PL202721B1 - Urządzenie do powlekania zanurzeniowego na gorąco pasm metalu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do powlekania zanurzeniowego na gorąco pasm metalu, zwłaszcza taśmy stalowej, w którym pasmo metalu jest prowadzone pionowo przez zbiornik, w którym umieszczony jest stopiony metal pow ł oki, i przez umieszczony przed nim kanał prowadzą cy, przy czym w obszarze kanału prowadzącego umieszczony jest induktor elektromagnetyczny, który w celu zatrzymania metalu w zbiorniku może za pomocą elektromagnetycznego pola zaporowego wzbudzać w metalu prądy indukcyjne, które we wzajemnym oddziaływaniu z elektromagnetycznym polem zaporowym wywierają siłę elektromagnetyczną.

Typowe instalacje do zanurzeniowego powlekania taśm metalowych mają część wymagającą intensywnej konserwacji, mianowicie zbiornik do powlekania ze znajdującym się tam wyposażeniem. Powierzchnie powlekanych taśm metalowych trzeba przed nałożeniem powłoki oczyścić z resztek tlenków i aktywować celem połączenia z metalem powłoki. Z tego powodu powierzchnie taśm obrabia się przed nakładaniem powłoki w procesach cieplnych w redukującej atmosferze. Ponieważ warstwy tlenków usuwa się najpierw chemicznie lub erozyjnie, redukujące procesy cieplne powodują takie uaktywnienie powierzchni, że po procesie cieplnym są one metalicznie czyste.

Wraz z uaktywnieniem powierzchni taśm wzrasta jednak ich powinowactwo w odniesieniu do tlenu z otaczającego powietrza. Aby tlen z powietrza nie mógł przed procesem powlekania ponownie dotrzeć do powierzchni taśm, wprowadza się je korytem zanurzeniowym od góry do kąpieli zanurzeniowej. Ponieważ metal powłoki jest w formie płynnej, zaś do regulacji grubości powłoki dobrze byłoby wykorzystać grawitację w połączeniu z urządzeniami wydmuchowymi, taśmę trzeba ustawić w zbiorniku do powlekania w kierunku pionowym, aby nie dotknąć jej w kolejnych procesach przed całkowitym zakrzepnięciem metalu powłoki. Realizuje się to za pomocą rolki, która porusza się w płynnym metalu. Płynny metal powłoki sprawia, że rolka ta podlega silnemu zużyciu i stanowi przyczynę przestojów, a co za tym idzie, przerw w produkcji.

Żądane niewielkie grubości nakładania metalu powłoki, które mogą się mieścić w zakresie mikrometrów, prowadzą do stawiania wysokich wymagań co do jakości powierzchni taśmy. Oznacza to, że także powierzchnie rolek prowadzących taśmę muszą być wysokiej jakości. Wady tych powierzchni powodują w ogólności uszkodzenia powierzchni taśmy. Stanowi to kolejną przyczynę częstych przestojów instalacji.

Znane instalacje do powlekania zanurzeniowego mają ponadto graniczne wartości szybkości powlekania. Chodzi przy tym o wartości graniczne pracy dyszy zgarniającej, procesów chłodzenia przemieszczanej taśmy metalowej i procesu cieplnego do regulacji warstw stopowych w metalu powłoki. Powoduje to, że po pierwsze maksymalna szybkość jest generalnie ograniczona, po drugie określone taśmy metalowe nie mogą być przemieszczane z maksymalną szybkością, możliwą dla danej instalacji.

W procesach powlekania zanurzeniowego zachodzą procesy wprowadzania skł adników stopowych, służące do związania metalu powłoki z powierzchnią taśmy. Własności i grubości powstających przy tym warstw stopowych są silnie zależne od temperatury w zbiorniku do powlekania. Z tego powodu w wielu procesach powlekania metal powłoki utrzymuje się wprawdzie w stanie płynnym, jednak temperatura nie może przekroczyć określonych wartości granicznych. Działałoby to na niekorzyść żądanego efektu zbierania metalu powłoki w celu ustalenia określonej grubości powłoki, ponieważ wraz ze spadkiem temperatury wzrasta lepkość metalu powłoki, potrzebna do jego zgarniania, utrudniając ten proces.

Aby uniknąć problemów, związanych z rolkami poruszającymi się w płynnym metalu, próbowano zastosować otwarty od dołu zbiornik do powlekania, który w swej dolnej części ma kanał prowadzący do pionowego prowadzenia taśmy w górę, zaś do uszczelnienia zastosować zamknięcie elektromagnetyczne. Chodzi przy tym o induktory elektromagnetyczne, które pracują z wykorzystaniem cofających, pompujących względnie zwężających, zmiennych względnie wędrujących pól elektromagnetycznych, które uszczelniają zbiornik do powlekania od dołu.

Takie rozwiązanie jest znane na przykład z EP 0 673 444 B1. Elektromagnetyczne zamknięcie, służące do uszczelnienia zbiornika do powlekania od dołu, jest zastosowane także w rozwiązaniu znanym z JP 5086446.

Powlekanie nieferromagnetycznych taśm metalowych jest zatem możliwe, jednak w przypadku ferromagnetycznych taśm stalowych występuje ten problem, że taśmy te w uszczelkach elektromagnetycznych są przyciągane w wyniku ferromagnetyzmu do ścianek kanału, co pociąga za sobą

PL 202 721 B1 uszkodzenie powierzchni taśmy. Ponadto kłopoty sprawia fakt, że metal powłoki ulega niedostatecznemu nagrzaniu przez pola indukcyjne.

W odniesieniu do poł o ż enia ferromagnetycznej taś my stalowej, przechodzą cej przez kanał prowadzący pomiędzy dwoma ściennymi induktorami pola, chodzi o równowagę chwiejną. Jedynie w ś rodku kanał u prowadzą cego suma sił przycią gania magnetycznego, dział ają cych na taśm ę , jest równa zeru. Gdy taśma stalowa zostanie wychylona ze swego położenia środkowego, zbliża się do jednego z obu induktorów, oddalając zarazem od drugiego. Przyczyną takiego wychylenia mogą być zwykłe błędy płaskości taśmy. Wymienić należałoby przy tym wszelkie rodzaje falistości taśmy w kierunku jej ruchu, rozważane w odniesieniu do szerokości taśmy (wypukłości centralne, wypukłości poprzeczne, falistości krawędziowe, drobne nierówności, skręcenie, wygięcia krzyżowe, kształt litery S i inne). Natężenie pola indukcji magnetycznej, odpowiedzialnej za siłę przyciągania magnetycznego, maleje odpowiednio do funkcji wykładniczej wraz z odstępem od induktora. W podobny sposób maleje zatem siła przyciągania wraz z kwadratem natężenia pola indukcji z rosnącym odstępem od induktora. Dla wychylonej taśmy oznacza to, że wraz z odchylaniem w jednym kierunku siła przyciągania do jednego induktora wzrasta wykładniczo, podczas gdy siła cofająca od drugiego induktora wykładniczo maleje. Oba zjawiska wzmacniają się samoczynnie, w związku z czym równowaga jest chwiejna.

Wskazówki prowadzące do rozwiązania tego problemu, czyli dokładnej regulacji położenia pasma metalu w kanale prowadzącym, zawarte są w DE 195 35 854 A1 i DE 100 14 867 A1. Według ujawnionych w nich koncepcji poza cewkami do wytwarzania wędrującego pola elektromagnetycznego przewidziane są dodatkowe cewki korekcyjne, połączone z układem regulacyjnym i odpowiadające za to, by metalowa taśma przy wychyleniu z położenia środkowego była ponownie w to położenie cofana.

Przy realizacji tej zasady - czyli koncepcji induktora pola wędrującego z cewkami korekcyjnymi niekorzystny okazał się fakt, że induktory do wytwarzania wędrującego pola elektromagnetycznego muszą mieć stosunkowo dużą wysokość, co tłumaczy się wymaganym natężeniem pola, prądami elektrycznymi i potrzebnymi do tego celu rdzeniami z blachy. Wysokość induktora wynosi najczęściej około 600 mm. Wykazuje to negatywne oddziaływanie na wysokość kolumny metalu w kanale prowadzącym.

W zakresie wyeliminowania tego problemu znane jest z WO 96/03533 A1 urzą dzenie, w którym do zatrzymywania materiału powłoki wykorzystuje się elektromagnetyczne pole zaporowe, do czego stosuje się tylko jedną cewkę indukcyjną. Wysokość induktora jest wówczas stosunkowo niewielka.

Przy przechodzeniu pasma metalu przez kanał prowadzący występuje jednak niekorzystnie znaczne ferromagnetyczne przyciąganie pasma do ścianek kanału prowadzącego. Aby temu zapobiec, w tej znanej instalacji przewidziano, że induktory pola zaporowego są zasilane prądem zmiennym, którego częstotliwość jest wyższa niż 3 kHz. Dzięki temu przyciąganie ferromagnetyczne jest niewielkie, nie można go jednak całkowicie wyeliminować. Ponadto niekorzystne jest to, że przy przechodzeniu pasma metalu przez kanał prowadzący występuje silne nagrzewanie pasma.

Celem wynalazku jest takie udoskonalenie opisanego na wstępie urządzenia do powlekania zanurzeniowego na gorąco pasm metalu, aby wyeliminowane zostały opisane powyżej niedogodności. W szczególności należy opracować induktor elektromagnetyczny, który ma ma łą wysokość, a mimo to nie powoduje silnego nagrzewania pasma metalu.

Urządzenie do powlekania zanurzeniowego na gorąco pasm metalu, zwłaszcza taśmy stalowej, w którym pasmo metalu jest prowadzone pionowo przez zbiornik, w którym umieszczony jest stopiony metal powłoki, i przez umieszczony przed nim kanał prowadzący, przy czym w obszarze kanału prowadzącego umieszczony jest induktor elektromagnetyczny, który w celu zatrzymania metalu powłoki w zbiorniku może za pomocą elektromagnetycznego pola zaporowego wzbudzać w metalu powłoki prądy indukcyjne, które we wzajemnym oddziaływaniu z elektromagnetycznym polem zaporowym wywierają siłę elektromagnetyczną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że induktor jest połączony z elektrycznymi środkami zasilającymi, które zasilają go prądem zmiennym o częstotliwości mniejszej niż 500 Hz, przy czym środki zasilające zasilają induktor jednofazowym prądem zmiennym, zaś urządzenie zawiera elementy prowadzące do prowadzenia pasma metalu w kanale prowadzącym, które to elementy składają się z co najmniej dwóch cewek korekcyjnych do regulacji położenia pasma metalu w kanale prowadzącym w kierunku normalnym do powierzchni pasma metalu.

Korzystnie częstotliwość jest mniejsza niż 100 Hz, zwłaszcza wynosi 50 Hz.

Korzystnie induktor ma po jednej cewce indukcyjnej z obu stron kanału prowadzącego.

Korzystnie elementy prowadzące zawierają co najmniej jedną parę rolek prowadzących, umieszczonych w dolnej części kanału prowadzącego lub pod kanałem prowadzącym.

PL 202 721 B1

Korzystnie cewki korekcyjne, w odniesieniu do kierunku ruchu pasma metalu, są umieszczone na tej samej wysokości co cewki indukcyjne.

Korzystnie induktor elektromagnetyczny ma do umieszczenia cewki indukcyjnej i cewki korekcyjnej dwa rowki, biegnące równolegle do siebie oraz prostopadle do kierunku ruchu pasma metalu i prostopadle do kierunku normalnego.

Korzystnie umieszczona w rowku cewka korekcyjna jest usytuowana bliżej pasma metalu niż cewka indukcyjna.

Korzystnie induktor ma z obu stron pasma metalu co najmniej po dwie, umieszczone szeregowo obok siebie, cewki korekcyjne.

W urządzeniu według wynalazku induktor jest zatem połączony z elektrycznymi środkami zasilającymi, które zasilają go prądem zmiennym o częstotliwości mniejszej niż 500 Hz, przy czym środki zasilające zasilają induktor jednofazowym prądem zmiennym, zaś urządzenie zawiera elementy prowadzące do prowadzenia pasma metalu w kanale prowadzącym, które to elementy składają się z co najmniej dwóch cewek korekcyjnych do regulacji położenia pasma metalu w kanale prowadzącym w kierunku normalnym do powierzchni pasma metalu; korzystnie częstotliwość jest mniejsza niż 100 Hz, zwłaszcza wynosi 50 Hz.

Takie rozwiązanie pozwala znacznie zredukować nagrzewanie przemieszczającego się przez urządzenie pasma metalu, w porównaniu z rozwiązaniami dotychczasowymi. Ponadto łatwiejsze jest centralne prowadzenie pasma metalu w kanale prowadzącym, ponieważ ferromagnetyczne przyciąganie pasma metalu do ścianek kanału prowadzącego jest znacznie słabsze niż w uprzednio znanym rozwiązaniu. Wybrana koncepcja konstrukcyjna daje zatem w efekcie wymaganą niewielką wysokość induktora.

Elementy prowadzące do prowadzenia pasma metalu w kanale prowadzącym mogą ponadto mieć postać co najmniej jednej pary rolek prowadzących. Rolki te umieszczone są korzystnie w dolnej części kanału prowadzącego lub pod kanałem prowadzącym.

Cewki korekcyjne mogą być, w odniesieniu do kierunku ruchu pasma metalu, umieszczone na tej samej wysokości co cewki indukcyjne. Wysoką sprawność induktora osiąga się wówczas, gdy induktor elektromagnetyczny ma do umieszczenia cewki indukcyjnej i cewki korekcyjnej dwa rowki, biegnące równolegle do siebie oraz prostopadle do kierunku ruchu pasma metalu i prostopadle do kierunku normalnego. Regulacja pozycji pasma metalu w kanale prowadzącym jest łatwiejsza, jeżeli umieszczona w rowku cewka korekcyjna jest usytuowana bliżej pasma metalu niż cewka indukcyjna. Regulacja może odbywać się z większą dokładnością, jeżeli induktor ma z obu stron pasma metalu co najmniej po dwie, umieszczone szeregowo obok siebie, cewki korekcyjne.

Ponadto można zastosować środki do zasilania cewek korekcyjnych prądem zmiennym, mającym tę samą fazę, co strom, zasilający cewki indukcyjne.

Co się tyczy regulacji położenia pasma metalu w kanale prowadzącym, położenie przechodzącej taśmy stalowej można rejestrować za pomocą czujników pola indukcyjnego, pracujących z wykorzystaniem słabego pola pomiarowego o wysokiej częstotliwości. W tym celu do cewek indukcyjnych przykłada się napięcie o wyższej częstotliwości i niższej mocy. Napięcie o wyższej częstotliwości nie ma wpływu na uszczelnienie; podobnie nie powoduje ono nagrzewania metalu powłoki względnie taśmy stalowej. Indukcję o wyższej częstotliwości można oddzielić od silnego sygnału zwykłego uszczelnienia. Dostarcza ona wówczas sygnał proporcjonalny do odległości od czujnika. Rozwiązanie to pozwala na kontrolę i regulację położenia taśmy w kanale prowadzącym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat zbiornika do powlekania zanurzeniowego z prowadzonym przezeń pasmem metalu, fig. 2 - schematyczny przekrój kanału prowadzącego i induktorów z umieszczonymi poniżej rolkami prowadzącymi, fig. 3 - widok odpowiadający fig. 2 z kanałem prowadzącym w postaci cewek korekcyjnych, oraz fig. 4 - induktor z fig. 3 w widoku z boku.

Na fig. 1 ukazana jest zasada zanurzeniowego powlekania pasma 1 metalu, zwłaszcza taśmy stalowej. Powlekane pasmo 1 metalu wchodzi w przykładzie wykonania pionowo od dołu do kanału prowadzącego 4 instalacji do powlekania. Kanał prowadzący 4 tworzy dolny koniec zbiornika 3, napełnionego płynnym metalem 2 powłoki. Pasmo 1 metalu prowadzi się w kierunku ruchu X pionowo do góry. Aby płynny metal 2 powłoki nie mógł wydostawać się ze zbiornika 3, w obszarze kanału prowadzącego 4 umieszczony jest induktor elektromagnetyczny 5. Składa się on z dwóch połówek 5a i 5b, z których każda jest usytuowana z boku pasma 1 metalu. W induktorze elektromagnetycznym 5 wyPL 202 721 B1 twarzane jest elektromagnetyczne pole zaporowe, które zatrzymuje płynny metal 2 powłoki w zbiorniku 3 i zapobiega jego wydostawaniu się ze zbiornika.

Induktor 5 jest zasilany przez elektryczny środek zasilający 6 jednofazowym prądem zmiennym. Częstotliwość f prądu zmiennego leży poniżej 500 Hz. Korzystnie stosuje się częstotliwość sieciową, czyli 50 względnie 60 Hz.

Szczegóły budowy obszaru kanału prowadzącego 4 są widoczne na fig. 2. Induktor 5 (względnie jego obie połówki 5a i 5b) mają rowki 9, w które wstawiona jest cewka indukcyjna 7, zasilana prądem zmiennym i wytwarzająca dzięki temu elektromagnetyczne pole zaporowe. Należy w szczególności zadbać o to, aby pasmo 1 metalu było prowadzone jak najbardziej centralnie w kanale prowadzącym 4 w odniesieniu do kierunku N normalnego względem pasma 1.

Ponieważ induktor 5 względnie cewka indukcyjna 7 powoduje w czasie pracy pewne ferromagnetyczne przyciąganie pomiędzy pasmem 1 i ścianką kanału prowadzącego 4, przewidziane są elementy prowadzące 8, które na fig. 2 mają postać rolek prowadzących 8a. Są one umieszczone pod kanałem prowadzącym 4 i zapewniają centralne wprowadzanie pasma 1 metalu do kanału prowadzącego 4.

Jak widać na fig. 3, kanał prowadzący 4 można również ukształtować w inny sposób. Przewidziane są tutaj elektryczne cewki korekcyjne 8b, które wytwarzają regulowane pole magnetyczne i w ten sposób utrzymują pasmo 1 metalu centralnie w kanale prowadzącym 4. Jak można zobaczyć, zarówno cewki indukcyjne 7, jak też cewki korekcyjne 8b są umiejscowione w rowkach 9 induktora 5a, 5b - na tej samej wysokości w odniesieniu do kierunku ruchu X.

Na fig. 4 naszkicowana jest w widoku z boku jedna z obu połówek 5b induktora. Można tutaj jeszcze raz zobaczyć, że zarówno cewka indukcyjna 7, jak też cewka korekcyjna 8b są umieszczone w rowkach 9 induktora 5b. Ponadto wynika stąd, że przewidziane są trzy, umieszczone obok siebie cewki korekcyjne 8b', 8b i 8b', które działają na pasmo 1 metalu na całej jego szerokości i mogą je utrzymywać centralnie w kanale prowadzącym 4.

Cewki korekcyjne 8b', 8b i 8b' steruje się tą samą fazą prądu, która występuje w cewce indukcyjnej 7, przed którą umieszczone są cewki korekcyjne 8b(, 8b i 8b'.

Ponadto należy wspomnieć, że możliwa jest także kombinacja rolek prowadzących 8a (patrz fig. 2) i cewek korekcyjnych 8b (patrz fig. 3).

Wykaz odnośników 1 2

5, 5a, 5b 6

8a

8b,

8b', 8b, 8b' f

X

N pasmo metalu (taśma stalowa) metal powłoki zbiornik kanał prowadzący induktor elektromagnetyczny elektryczny środek zasilający cewka indukcyjna element prowadzący rolka prowadząca cewka korekcyjna rowek rowek częstotliwość kierunek ruchu kierunek normalny

Claims (8)

1. Urządzenie do powlekania zanurzeniowego na gorąco pasm metalu, zwłaszcza taśmy stalowej, w którym pasmo metalu jest prowadzone pionowo przez zbiornik, w którym umieszczony jest stopiony metal powłoki, i przez umieszczony przed nim kanał prowadzący, przy czym w obszarze kanału prowadzącego umieszczony jest induktor elektromagnetyczny, który w celu zatrzymania metalu powłoki w zbiorniku może za pomocą elektromagnetycznego pola zaporowego wzbudzać w metalu powłoki prądy indukcyjne, które we wzajemnym oddziaływaniu z elektromagnetycznym polem zapo6

PL 202 721 B1 rowym wywierają siłę elektromagnetyczną, znamienne tym, że induktor (5a, 5b) jest połączony z elektrycznymi środkami zasilającymi (6), które zasilają go prądem zmiennym o częstotliwości (f) mniejszej niż 500 Hz, przy czym środki zasilające (6) zasilają induktor (5) jednofazowym prądem zmiennym, zaś urządzenie zawiera elementy prowadzące (8) do prowadzenia pasma (1) metalu w kanale prowadzącym (4), które to elementy składają się z co najmniej dwóch cewek korekcyjnych (8b) do regulacji położenia pasma (1) metalu w kanale prowadzącym (4) w kierunku normalnym (N) do powierzchni pasma (1) metalu.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że częstotliwość (f) jest mniejsza niż 100 Hz, zwłaszcza wynosi 50 Hz.

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że induktor (5) ma po jednej cewce indukcyjnej (7) z obu stron kanału prowadzącego (4).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że elementy prowadzące (8) zawierają co najmniej jedną parę rolek prowadzących (8a), umieszczonych w dolnej części kanału prowadzącego (4) lub pod kanałem prowadzącym (4).

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że cewki korekcyjne (8b), w odniesieniu do kierunku ruchu (X) pasma (1) metalu, są umieszczone na tej samej wysokości co cewki indukcyjne (7).

6. Urządzenie według zastrz. 1 albo 5, znamienne tym, że induktor elektromagnetyczny (5, 5a, 5b) ma do umieszczenia cewki indukcyjnej (7) i cewki korekcyjnej (8b) dwa rowki (9), biegnące równolegle do siebie oraz prostopadle do kierunku ruchu (X) pasma (1) metalu i prostopadle do kierunku normalnego (N).

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że umieszczona w rowku (9) cewka korekcyjna (8b) jest usytuowana bliżej pasma (1) metalu niż cewka indukcyjna (7).

8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że induktor (5, 5a, 5b) ma z obu stron pasma (1) metalu co najmniej po dwie, umieszczone szeregowo obok siebie, cewki korekcyjne (8b', 8b'', 8b''').