BRPI0411157B1 - compartimento selado para câmara de deposição à vácuo para tiras metálicas. - Google Patents

Abstract

"compartimento selado para câmara de deposição sob vácuo para tiras e instalação de linha de deposição sob vácuo". a presente invenção se relaciona a um compartimento selado (5) para uma câmara de vácuo para deposição preferivelmente em uma tira sem fim (1) caracterizado pelo fato de os rolos metálicos (10, 10<39>, 11, 11<39>, .... ) serem montados em braços (30, 30<39>, ... ) fixados às tampas (6, 6) e serem imóveis como estes últimos, os rolos do mesmo par tendo os eixos arranjados no mesmo plano vertical e tendo diâmetros diferentes, a posição dos rolos de menor diâmetro (10<39>, 11<39>, .... ) sendo alternados para cima e para baixo seguindo de um dado par de rolos para o próximo par de rolos, o berço de suporte (40, 40<39>, 41, 41<39> , ... ) para os dois rolos do mesmo par tendo projeção lateral (9, 9<39>) em direção ao centro, o espaçamento do qual em relação à base para o citado rolo definindo uma segunda folga.

Description

"COMPARTIMENTO SELADO PARA CÂMARA DE DEPOSIÇÃO À VÁCUO PARA TIRAS METÁLICAS".

Campo da Invenção A presente invenção se relaciona a um compartimento selado melhorado de entrada/saida de uma linha de deposição para uma camada fina sob vácuo em produto plano em movimento, preferivelmente uma tira metálica (aço carbono, aço inoxidável, etc.).

Estado da Técnica Dentro de uma câmara de deposição sob vácuo (pressão da ordem de 10“5 mbar), numerosos processos podem ser implementados: limpeza, deposição, etc..

Na siderurgia e metalurgia, linhas para deposição especifica de metal (metais puros, ligas, óxidos) ou deposição orgânica sob vácuo são crescentemente atrativas por diversas razões.

Em primeiro lugar, proporcionam um desenvolvimento muito fácil para novos produtos. Até a data, o revestimento de tiras metálicas está industrialmente limitado aos processos de revestimento por imersão ou eletrólise, que são processos tradicionais. 0 número de produtos obtidos desta forma é muito limitado. 0 uso industrial de linhas de deposição sob vácuo, que correntemente são finalizadas em linhas piloto, permitem obter dúzias de novos produtos.

Então, a partir do ponto de vista ambiental, se o processo de revestimento por imersão é relativamente limpo, a despeito da produzir um revestimento, o processo de eletrólise requer tratamentos quimicos associados, tal como filtragem, regeneração, tratamento de sedimentos, etc. Em todos os casos a preparação de superfície produz efluentes que devem sofrer tratamentos em forma de banhos e sedimentos. Em contraste, a deposição de vácuo, quer implementando plasma ou não, se trata de um processo seco. Somente o resíduo seco resultante da limpeza de superfície e perdas de deposição precisa ser recuperado.

Compartimentos selados são conhecidos por isolarem a câmara de deposição sob vácuo de outros elementos, como desbobinadores, bobinadores etc.. 0 compartimento se trata de um elemento cujo controle é muito importante para o estágio de implementação industrial. 0 estado da técnica descreve configurações de seladores: US_A 3.158.507; US_A 3.367.667; US_A 3.467.399; US_A 3.868.106; US_A 4.501.428; US_A 5.000.114; US_A 0.535.568; US_A 5.842.855; e US_A 5.865.932. A maior parte destas configurações não resultou em implementação industrial.

Na maior parte do tempo, para evitar vazamentos nos compartimentos de entrada/ saída que são pontos fracos, o uso de um elemento de vedação é evitado.

Com vidro, a deposição por banho é conseguida com placas com dimensões padrão. Com plástico, adota-se a solução de bobinamento na própria câmara de vácuo.

Um exemplo de elemento de vedação de entrada/ saída 5 para uma câmara de deposição sob vácuo está mostrado na figura 1. Neste compartimento, nove rolos 10, 11, 12, são arranjados em fileiras escalonadas e definem sete sub-câmaras 20, 21, 22, 23,.... Cada sub-câmara é conectada a um sistema de bombeamento 3. Os sistemas de bombeamento 3 juntos permitem obter vácuo progressivo de câmara para câmara 20, 21, 22, 23, ..., cujo valor na última sub-câmara chega a 10'5 mbar. 0 arranjo escalonado ajuda a reduzir o número de rolos e a compacidade do compartimento Ademais, a tira assume uma forma curvada quando passa através de rolos, que na verdade garante boa selagem ao longo da largura da tira, significativamente melhorada em relação à deixar uma simples folga entre rolos. Desta forma, um maior espaçamento entre dois rolos será aceitável.

Dependendo do caso, cada rolo é adicionalmente localizado em berço fixado à parede horizontal quer superior ou inferior. Ali, o vazamento é reduzido ao espaçamento ou folga entre rolo e berço. Ocorrem também vazamentos entre as laterais dos rolos cilíndricos e as paredes laterais da câmara.

Por último, para manter a selagem em cada sub-câmara, é necessário que a pressão de contato entre a tira e os rolos, selando uma sub-câmara, seja pelo menos igual à diferença de pressão entre a citada sub-câmara e seu ambiente. Caso contrário, há o risco de a tira se desprender dos rolos. Para evitar o problema, uma tração suficiente deve ser aplicada à tira para compensar a diferença de pressão existente entre duas sub-câmaras sucessivas.

Para aplicação industrial em caso de movimento contínuo, muitos problemas do estado da técnica precisam ser resolvidos. Em primeiro lugar, há o problema de capacidade de manter o equipamento. Inserir a tira no compartimento deve ser fácil. Ademais, o alojamento que forma a câmara de vácuo é limitado na altura, e o acesso, por conseguinte, será difícil. Por exemplo, será necessário de acordo com o corrente estado da técnica desmontar completamente a câmara para verificar o estado das superfícies dos rolos. Um outro problema está ligado às perdas de vácuo associadas a vazamentos que ocorrem no compartimento que afeta o desempenho de bombeamento. Isto implica em alto consumo de eletricidade e requer pesados investimentos em equipamento de bombeamento.

Por definição, o baixo nível ou mesmo falta de troca térmica na parte do alojamento sob vácuo, não implica em expansão dos rolos no lado de vácuo. Na verdade, um contato que ocorre é insuficiente para garantir condução térmica entre a tira quente e os rolos localizados no lado de vácuo. Por outro lado, a expansão dos rolos ocorre no lado do ar por troca térmica que possivelmente se transmite para a tampa externa do alojamento. Esta expansão no comprimento dos rolos aumenta o risco de enrosco em conseqüência do contato com as paredes laterais da câmara. A deformação na verdade não é igualada pela parte externa do alojamento localizada na extensão que a última é seguramente fixada à parte localizada no lado de vácuo que não expande. Objetivos da Invenção A presente invenção pretende prover um compartimento selado de entrada/saída de uma linha de deposição sob vácuo para um produto plano, que permita superar os problemas do estado da técnica. A presente invenção pretende em particular prover um compartimento selado que possa ser usado em uma linha de deposição contínua sob vácuo para um produto metálico plano, como uma tira de aço carbono ou aço inoxidável. A presente invenção adicionalmente pretende prover um compartimento selado de baixa manutenção (para inserção da tira, acesso aos rolos, etc.). A presente invenção também pretende prover um compartimento selado que permite um melhor desempenho ao mesmo tempo reduza o consumo de eletricidade associado e simplifique o equipamento necessário. A presente invenção também pretende eliminar o risco de os rolos enroscarem com a expansão de partes metálicas parcialmente sob vácuo.

Por último, a presente invenção pretende evitar desgaste preferencial de rolos providos com revestimento de borracha adicional.

Elementos característicos da Invenção Um primeiro objetivo da presente invenção se relaciona a um compartimento selado para uma linha de deposição sob vácuo para tiras, preferivelmente metálicas, em movimento contínuo, tendo tampa inferior e tampa superior destacáveis, compreendendo diversos pares de rolos metálicos entre os quais passa a tira e que são mantidos em berço fixado à tampa frontal com uma folga que define um primeiro vazamento, dois pares sucessivos de rolos definem uma sub-câmara mantida a uma certa pressão, inferior à pressão atmosférica, por meio de uma unidade de bombeamento conectada à citada câmara caracterizado pelo fato de: os rolos serem montados em mancais fixados às citadas tampas e serem também destacáveis. os rolos de um mesmo par terem seus eixos arranjados em um mesmo plano vertical e terem diâmetros diferentes, a posição do rolo de menor diâmetro sendo alternadamente baixa/ alta quando se segue de um dado par de rolos para o par de rolos adjacente; o berço que suporta os dois rolos de um mesmo par tem uma protuberância lateral em direção ao centro, a folga desta protuberância em relação à superfície lateral dos citados rolos define um segundo vazamento;

De acordo com uma configuração preferida da invenção, os rolos de menor diâmetro são revestidos com uma certa espessura de borracha ou elastômero;

Vantajosamente, os rolos de maior diâmetro são rolos com superfícies em contato com a tira, são de metal e definem a linha de passagem da tira;

De acordo ainda com uma configuração mais preferida, dois rolos de um mesmo par ficam desalinhados na direção transversal em relação ao movimento da tira de um modo no qual em cada lateral do compartimento um dos rolos é saliente em relação ao outro rolo.

Em um modo particularmente vantajoso, a selagem de cada sub-câmara do compartimento é garantida entre a tira e o corpo de dois rolos pré-tensionando o rolo revestido de borracha contra o rolo de superfície metálica, que ao mesmo tempo permite a passagem da tira e pressiona a borracha ou o elastômero em torno da tira.

Ainda vantajosamente, o ângulo da mudança de direção da tira ê determinado pela relação de diâmetros dos rolos de um mesmo par, e deve ser menor que 10°.

Uma vantagem essencial da invenção é o fato de a mesma permitir que a pressão mais baixa em uma sub-câmara seja menor que 10"4 mbar, preferivelmente 10'5 mbar. A folga ou espaço que caracteriza o primeiro vazamento é preferivelmente função da largura máxima da tira, sendo que a largura que caracteriza o segundo vazamento é essencialmente constante e menor que 0,3 mm, preferivelmente 0,2 mm.

Um segundo objetivo da presente invenção se relaciona a uma instalação do tipo linha de deposição sob vácuo para uma camada fina orgânica ou metálica em ferro ou aço plano ou produto metálico em movimento a uma velocidade de pelo menos 10 m/min, preferivelmente uma tira de aço carbono ou aço inoxidável, compreendendo compartimento selado de entrada/ saída, como acima. Descrição Resumida dos Desenhos A figura 1 mencionada acima mostra uma vista em corte transversal de um compartimento selado para uma câmara de deposição sob vácuo de acordo com o estado da técnica; a figura 2 mostra vistas em corte transversal vertical e longitudinal de um compartimento selado para câmara de deposição sob vácuo, de acordo com uma configuração preferida da invenção, e também mostra duas tampas destacáveis. a figura 3 mostra uma vista de topo do compartimento selado para a câmara de deposição sob vácuo da figura 2; a figura 4 mostra vistas em corte transversal vertical e longitudinal de compartimento selado da figura 2. a figura 4 mostra vistas em corte transversal vertical e longitudinal do compartimento selado da figura 2. Descrição Detalhada da Configuração Preferida As figuras 2 e 3 mostram exemplo de compartimento de entrada/ saída para uma câmara de deposição sob vácuo, de acordo com a presente invenção. A tira metálica 1 entra no compartimento pelo lado esquerdo e sai pelo lado direito. Neste caso, a câmara 5 compreende quatro pares de rolos um contra o outro 10, 10' , 11, 11', . ..., entre os quais é inserida uma tira. Os citados pares de rolos definem sub-câmaras 20, 21, 22, em cada uma delas há uma pressão diferente sucessivamente menor para um compartimento de entrada, sendo que para o compartimento de saída, a situação se inverte.

De acordo com a presente invenção, para garantir manutenção da câmara e acesso aos rolos, os mancais dos rolos 30, 30' podem ser destacados e fixados às tampas, inferior 6 ou superior 7 da câmara, dependendo da posição, alta ou baixa, do rolo considerado. Também são providas duas tampas 6 e 7 que podem ser suficientemente afastadas no plano vertical por meio de mecanismos de elevação (não mostrados). Assim, durante operação de manutenção, os rolos ou mancais podem ser facilmente acessados. Uma outra vantagem é a facilidade de inserção da tira.

Muitos elementos foram designados para melhorar a selagem da câmara no nível de cada par de rolos.

Primeiramente, o rolo de menor diâmetro 10', 11', 12',... é provido de revestimento de borracha ou elastômero, pelo menos na superfície de contato. Assim em cada par de rolos, o rolo metálico determina a linha de passagem da tira, onde inicialmente se ajusta a posição do rolo revestido de borracha para pressionar suficientemente o correspondente rolo metálico, deformar a borracha, e ajustar o perfil da tira (figura 4) . Assim, graças à compressão da tira entre os rolos de borracha e metálico, a selagem é garantida na superfície da tira ao longo do comprimento e nas laterais da tira.

Vantajosamente pode se garantir que os rolos 10, 10' tenham diâmetros diferentes alternadamente em ambos lados da tira 1, (por exemplo 300 mm e 250 mm, respectivamente) assim a tira segue uma trajetória não-retilínea (quebrando a linha de passagem) com o desgaste se concentrando no ângulo de maior contato, e sendo minimizado o desgaste do rolo revestido de borracha. No entanto, devido ao fato de os rolos serem arranjados aos pares e a tira ser pressionada entre os mesmos, não há preocupação com respeito a restrição de ΔΡ entre atmosfera e a primeira sub-câmara de vácuo, que permite adicional bombeamento nesta última. Ademais, a tração exercida na tira não é critica para manutenção da selagem em várias sub-câmaras de vácuo ao longo da tira.

Ademais, os rolos são mantidos no lado da tampa 6, 7, nos berços 40, 40', 41, 41'. Este arranjo permite minimizar vazamentos dependendo entre outras coisas da folga entre berço e rolo, como será explicado adiante. De fato, de acordo com a presente invenção, estão resolvidos os problemas de vazamento e expansão térmica no nível das paredes laterais. de um lado, estendendo lateralmente os berços superior (40',...) e inferior (40,....) dos rolos em curva em direção ao centro (9, 9'), como na figura 4; por outro lado, deslocando os rolos de cada par (10, 10', ....) um em relação ao outro na largura da câmara.

Assim, a partir da lateral, cada um dos dois rolos mostra um deslocamento em relação ao outro rolo e vice-versa. Este arranjo permite ao berço modificado (40, 40', ...) ser posicionado como acima. Deve ser notado que por causa de sua construção, o berço modificado não se encontra transversalmente no mesmo lado que dos dois rolos.

Em cada rolo, o mancai correspondente ao berço modificado tem dupla função, a saber: absorver expansão térmica do cilindro considerado; e manter uma folga lateral constante, i.e. independentemente da citada expansão, em outras palavras independentemente do comprimento efetivo dos rolos, sendo que o vazamento lateral, i.e. ao longo da superfície lateral do rolo, será independente da expansão térmica, a selagem não ocorre mais na lateral, mas ao invés sobre o corpo do rolo.

Para operações de fluxo laminado e molecular, a passagem de gás através da câmara deve ser estendida tanto quanto possível. Em operação molecular, as bombas devem estar tão próximas quanto possível da fonte e a seção 8 deve ser tão grande quanto possível (figuras 3 e 4).

As características melhoradas dos compartimentos para câmaras de deposição sob vácuo, de acordo com a presente invenção, por conseguinte apresentara as seguintes vantagens: manutenção mais fácil e menos cara, graças ao uso de conjuntos destacáveis de rolos; melhor eficiência de bombeamento e em igual medida consumo de energia elétrica, e o investimento em equipamento são reduzidos em conseqüência da melhor selagem (deslocamento dos rolos de um mesmo par, deformação dos rolos revestidos de borracha); os problemas de expansão diferencial das partes metálicas em conseqüência de serem submetidas sob vácuo adotando berços modificados na forma de bases que se ajustam aos mancais e se estendem na forma de um colar cobrindo parcialmente o corpo e deslocamento dos rolos; adoção de diferentes diâmetros para os rolos permite que o desgaste do rolo metálico seja melhorado e minimiza o desgaste do polímero.

Claims (7)

1. Compartimento selado para câmara de deposição à vácuo para tiras metálicas em movimento continuo (1) tendo tampa inferior (6) e tampa superior (7) destacáveis compreendendo diversos pares de rolos metálicos (10, 10', 11, 11, ...) entre os quais passa a tira (1) e os mesmos sendo fixados em berços (40, 40', 41, 41', ...) fixados às tampas (6, 7) voltada contra os mesmos com uma folga que define uma primeiro vazamento, dois pares sucessivos de rolos definem uma sub-câmara (20, 21, 22, ...) mantida a uma certa pressão, mais baixa que a pressão atmosférica, por meio de uma unidade de bombeamento (3) conectada à citada câmara, caracterizado pelo fato de: -os rolos serem montados em mancais (30, 30', firmemente fixados às citadas tampas (6, 7) que também são destacáveis; -os rolos de um mesmo par têm seus eixos arranjados no mesmo plano vertical e têm diferentes diâmetros, a posição do rolo de menor diâmetro (10', 11', ··-) sendo alternativamente alta/ baixa quando se segue de um dado par de rolos para o par subseqüente; -os berços (40, 40', 41, 41'; ...), mantendo dois rolos do mesmo par, têm uma protuberância lateral (9, 9') em direção ao centro, a folga dos quais em relação às superfícies laterais dos citados rolos definem um segundo vazamento; em que os rolos de menor diâmetro (10', 11', . . . ) são revestidos com uma certa espessura de borracha ou elastômero; e em que dois rolos de um mesmo par são deslocados na direção transversal em relação ao movimento da tira de um modo no qual em cada lateral do compartimento um dos rolos é saliente em relação ao outro rolo.

2. Compartimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os rolos de maior diâmetro (10, 11, ·..) serem rolos cujas superfícies de contato com a tira (1) são metálicas e definem a linha de passagem da tira.

3. Compartimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a selagem de cada sub-câmara do compartimento ser garantida entre a tira e o corpo dos dois rolos, pré-tensionando o rolo revestido de borracha contra o rolo de superfície metálica permitindo ambos a passagem da tira e a pressão da borracha ou elastômero em torno da tira.

4. Compartimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de o ângulo de mudança de direção de tira ser determinado pela relação de diâmetros dos rolos de um mesmo par e ser menor que 10°.

5. Compartimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de a unidade de bombeamento assegurar que a pressão mais baixa, presente em uma sub-câmara (20, 21, 22,...), seja menor que 10“4mbar, preferivelmente 10“5mbar.

6. Compartimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de a folga que define o primeiro vazamento ser função da largura máxima da tira.

7. Compartimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a folga que define o segundo vazamento ser essencialmente constante e menor que 0,3 mm, preferivelmente 0,2 mm.