BRPI0608946A2

BRPI0608946A2 - processo e dispositivo para revestimento por imersão à quente de chapas de metal

Info

Publication number: BRPI0608946A2
Application number: BRPI0608946-1A
Authority: BR
Inventors: Holger Behrens; Rolf Brisberger; Olaf Norman Jepsen; Michael Zielenbach
Original assignee: Sms Demag Ag
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2010-02-17
Also published as: CN101151396A; KR20070102599A; WO2006103050A1; RU2346076C1; CN101151396B; US7454937B2; JP2008534779A; CA2602656A1; US20070220940A1; EP1863945A1; US20090280270A1; TW200643216A; DE102005014878A1; AU2006228695A1; MX2007011791A; JP4521782B2

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA REVESTIMENTO POR IMERSãO A QUENTE DE CHAPAS DE METAL. A invenção trata de um processo para revestimento por imersão a quente de uma chapa de metal (1), especialmente de uma chapa de aço, no que a chapa de metal (1) é conduzida verticalmente por um recipiente (3) contendo um metal de revestimento fundido (2) através de um canal de condução pré-ligado (4), no que para retenção do metal de revestimento (2) no recipiente na área do canal de condução é produzido um campo eletromagnético por pelo menos dois indutores (5) ordenados ao lado da chapa de metal (1) e no que para estabilização da chapa de metal (1) em uma posição intermediária do canal de condução (4) o estimulo eletromagnético dos indutores é alterado e/ou é produzido um campo eletromagnético sobreposto ao campo eletromagnético dos indutores (5) através de pelo menos duas bobinas de correção (6) ordenadas ao lado das chapas de metal. Para atingir una regulagem média da chapa de metal (1), é previsto de acordo com a invenção que a estabilização da posição media da chapa de metal (1) no canal de condução (4) se procede pela seqüência das seguintes etapas em um ciclo fechado: a. Medição da força atuante no sentido horizontal (FH) que a chapa de metal (1) exerce ao deixar a posição média em um elemento de medição de força (7) b. Ação à corrente de indução (Ti) nos indutores (5) e/ou à corrente de indução (I~ I~) nas bobinas de correção (6) em dependência com a força medida (F~ H~) para segurar a chapa de metal na posição média no canal de condução (4). No mais a invenção trata de um dispositivo para revestimento por imersão à quente de chapas de metal.

Description

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA REVESTIMENTO POR IMERSÃO À QUENTE DE CHAPAS DE METAL

A invenção trata de um processo para revestimento por imersão à quente de uma chapa de metal, especialmente de uma chapa de aço, no que a chapa de metal é conduzida verticalmente por um recipiente contendo um metal de revestimento fundido através de um canal de condução pré-ligado, no que para retenção do metal de revestimento no recipiente na área do canal de condução é produzido um

campo eletromagnético por pelo menos dois indutores ordenados ao lado da chapa de metal e no que para estabilização da chapa de metal em uma posição intermediária do canal de condução o estimulo eletromagnético dos indutores é alterada e/ou é produzido

um campo eletromagnético sobreposto ao campo eletromagnético dos indutores através de pelo menos duas bobinas de correção ordenadas ao lado das chapas de metal. No mais a invenção trata de um dispositivo para revestimento por imersão a quente de chapa de metal.

Instalações clássicas de revestimento por imersão de

metais para chapas de metal apresentam uma parte intensa de manutenção, a saber, o recipiente de revestimento com o equipamento contido no mesmo. As superfícies das chapas de metal a serem revestidas devem ser purificadas antes do

revestimento de restos de óxidos e ativadas para a liga com o material de revestimento. Por este motivo as superfícies das chapas são tratadas antes do revestimento em processos térmicos em atmosfera reduzida. Como a camada de oxido é removida quimicamente ou por erosão anteriormente, a

superfície é ativada com o processo térmico redutor de talforma que ela se encontra após o processo térmico metalicamente puro.

Com a ativação da superfície da chapa aumenta a afinidade desta superfície da chapa com o oxigênio do ar envolta. Para evitar que o oxigênio do ar chegue à superfície da chapa antes do processo de revestimento as chapas são introduzidas através de um canal de imersão por cima em um banho de revestimento por imersão. Como o metal de revestimento se apresenta em forma liquida e se quer utilizar a gravitação junto com o dispositivo de sopro para ajuste da espessura de revestimento, no entanto impedindo nos processos seguintes um contato com a chapa até o total endurecimento do metal de revestimento, a chapa deve ser redirecionada no recipiente de revestimento na direção vertical. Isto ocorre por um rolo que corre no metal liquido. Por conta do material de revestimento liquido este rolo sofre um forte desgaste e é motivo de paradas e com isso falha na operação de produção.

Pelas espessuras de revestimento desejavelmente finas do metal de revestimento, que podem se mover na faixa de micrometros, são feitas altas exigências à qualidade da superfície da chapa. Isto que dizer que também as superfícies do rolo de guia da chapa devem ser de alta qualidade. Perturbações nesta superfície levam de forma geral a danos na superfície da chapa. Isto é outro motivo para parada freqüente das instalações.

Para evitar estes problemas, que estão em conexão com os rolos correndo no metal de revestimento liquido, são conhecidas soluções nas quais é empregado um recipiente com abertura para baixo, o qual apresenta na sua parte inferiorum canal de condução para condução vertical da chapa para cima e para vedação é empregada uma selagem eletromagnética. Trata-se aqui de indutores

eletromagnéticos, que trabalham com campos eletromagnéticos progressivos e alternantes repelentes, bombeantes e estrangulantes, que selam o recipiente para baixo.

Tal solução é conhecida, por exemplo, da EP 0 854 94 0 BI, do WO 01/71051 Al, do WO 2004/050940 A2 e do WO 2004/050941 Al.

O revestimento de chapas de metal não ferromagnéticas é com isto possível de forma bastante boa, no entanto apresentam-se problemas fundamentalmente em chapas de aço ferromagnéticas, que estas são atraídas na selagem eletromagnética pelo magnetismo à distância e danificam assim a superfície da chapa.

Na posição da chapa de aço ferromagnética que passa por um canal de condução entre dois indutores de campos progressivos trata-se de um equilíbrio instável. Apenas no meio do canal de condução a soma das forças de atração magnéticas atuantes sobre a chapa é zero. Assim que a chapa de aço é desviada da sua posição média, esta chega mais perto de um dos indutores, enquanto se afasta do outro indutor. Motivos para tal desvio podem ser erros de posição de plano da chapa. Devem ser citados quaisquer tipos de ondas na chapa vistas sob a espessura da chapa (Centerbuckles, Quarterbuckles, ondas no quanto, ressaltos, distorções, Crossbow, forma S etc). A indução magnética que é responsável pela força de atração, diminui de acordo com uma função exponencial com a distância do indutor sua força de campo. De forma parecida, a força de atraçãodiminui com o quadrado da força de indução com a crescente distancia do indutor. Para a chapa deslocada isto significa que com o deslocamento em uma direção a força de atração para o indutor aumenta enquanto a força de regresso do outro indutor diminui exponencialmente. Ambos os efeitos aumentam por si só, de forma que o equilíbrio é instável.

Para solução destes problemas, ou seja, para o ajuste de posição da chapa de metal no canal de condução, a EP 0 854 940 BI utiliza um processo para a estabilização de chapa, no qual o uso concomitante de bobinas para o campo progressivo para selagem assim como para estabilização se procede, no que o controle do campo magnético, sua força de campo, respectivamente sua freqüência em dependência de uma posição de chapa sensorialmente determinada no canal de revestimento é ajustável, é sobreposto ao controle do campo progressivo eletromagnético.

No WO 2004/050940 A2 é previsto para estabilização da posição média da chapa de metal o controle de bobinas adicionais ou de correção, no que a principio é medida a posição da chapa de metal no canal de condução e após a medição da corrente de indução nos indutores e nas bobinas adicionais é acionada uma corrente de indução nas bobinas adicionais dependendo dos parâmetros medidos para segurar a chapa de metal em uma posição média.

Para determinação da posição da chapa de metal no canal de condução, motivo deste controle de posição média, o WO 2004/050941 Al.prevê duas bobinas, que estão ordenadas na direção de transporte da chapa de metal, vistas dentro da extensão da altura dos indutores entre os indutores e a chapa de metal, no que é medida a tensão nas bobinas paraobter uma dica da posição real da chapa de metal no canal de condução.

Todos os processos pré-conhecidos destacam, portanto, a identificação da posição da chapa de jnetal no canal de condução, no que por conta da posição identificada os indutores respectivamente as bobinas adicionais e de correção são ajustadas de tal forma que a chapa de metal é segurada de melhor forma no centro do canal de condução.

Verificou-se que tal procedimento apresenta muitas vezes problemas, já que a identificação da posição da chapa de metal deve se proceder sem contato para não danificar a superfície da chapa de metal na área do canal de condução. Alem disso, os sensores conhecidos (por exemplo, sensores de corrente de Foucault, sensores de laser ou sensores capacitivos) não trabalham nas redondezas de campos magnéticos muito altos sem problemas, de forma que o ajuste da posição média nem sempre ocorre de forma confiável.

A invenção tem, portanto a tarefa de criar um processo e um dispositivo correspondente para revestimento por imersão à quente de uma chapa de metal com o qual é possível, respectivamente, de superar as desvantagens citadas. A eficiência do controle deve então ser melhorada, pelo o que deve ser possível segurar a chapa de metal no canal de condução de modo fácil.

A solução desta tarefa pela invenção é de acordo com o processo, caracterizada pelo fato que a estabilização na posição média da chapa de metal no canal de condução se procede pela seqüência das seguintes etapas em um ciclo fechado:

a. Medição da força fundamental atuante na direçãohorizontal que a chapa de metal exerce ao deixar a posição média em um elemento de medição de força

b. Ação da corrente de indução nos indutores e/ou à corrente de indução nas bobinas de correção em dependência com a força medida para segurar a chapa de metal na posição média no canal de condução.

O pensamento da invenção se baseia por tanto na idéia de aplicar uma força horizontal ao ajuste médio por meio de interferência conhecida por si de correntes de indutores e/ou bobinas de correção, que a chapa de metal exerce em um elemento de medição de força quando este deixa a posição média. Portanto não é medido o desvio da posição média em si, em diferença das soluções pré-conhecidas.

Um primeiro desenvolvimento de acordo com o processo prevê que a medição da força atuante na direção horizontal se procede abaixo do canal de condução.

Preferencialmente é previsto que, de forma em si já conhecida, o campo eletromagnético produzido para a selagem é um campo progressivo multifásico, que é produzido por colocação de uma corrente alternada com uma freqüência entre 2Hz e 2kHz. Alternativamente pode ser previsto um campo progressivo de fase única, que pode ser produzido por colocação de uma corrente alternada com uma freqüência entre 2kHz e 10kHz.

O dispositivo para revestimento por imersão à quente da chapa de metal, especialmente de uma chapa de aço, no qual a chapa de metal é conduzida verticalmente por um recipiente contendo o metal de revestimento fundido, tem ordenados indutores pelo menos de ambos os lados da chapa de metal na área do canal de condução para produção docampo eletromagnético para contenção do metal de revestimento no recipiente e é identificado de acordo com a invenção por pelo menos um elemento de medição de força para medição da força atuante na direção horizontal, que a chapa de metal exerce no elemento de medição ao deixar a posição média do canal de condução, assim como meios de regulagem para controle da corrente de indução no que pelo menos um indutor é apropriado para dependência da força medida.

Preferencialmente existem ao lado dos indutores a ambos os lados da chapa de metal bobinas de correção, no que os meios de regulagem são apropriados para controle da corrente de indução.

Especialmente preferido é o desenvolvimento do elemento de medição de força como rolo de condução da chapa, que é previsto com um sensor de esforço. O sensor de esforço pode nisto ser desenvolvido como fita de medição de dilatação.

O elemento de medição de força é ordenado vantajosamente abaixo do canal de condução. Além disso, é previsto preferencialmente que a ambos os lados da chapa de metal seja ordenado um elemento de medição de força. Com isso pode-se definir facilmente a força horizontal da chapa em ambas as direções a partir da posição média.

Com a proposta da invenção é obtido, que uma calibração fácil da ordem de medição seja possível. Além disso, o arranjo proposto é sofre muito poucas perturbações, já que não são necessários sensores muito sensíveis. Sendo os elementos de medição de força, por exemplo, equipados com fitas de medição de dilatação (DMS),mesmo sob condições ambientais desfavoráveis uma medição de força precisa é possível. Os elementos de medição considerados para uma medição de força são conhecidos em geral, de forma que uma experiência operacional existe de forma que é assegurado que os elementos de medição são bem apropriados para operação continua.

Fundamentalmente não são especialmente importantes a superfície da chapa e seu meio para a estabilização da chapa no nível médio. Nem o metal de revestimento líquido, nem a superfície da chapa ainda reluzente e o campo magnético perturbam o processo. O sistema trabalha, portanto sem muitas perturbações.

No desenho é apresentado um exemplo de execução da invenção. A única figura mostra esquematicamente um dispositivo de revestimento por imersão a quente com uma chapa de metal sendo passada por este.

O dispositivo de revestimento por imersão a quente tem um recipiente 3, que é preenchido com metal de revestimento liquido por fusão 2. Neste pode-se tratar, por exemplo, de zinco ou alumínio. A chapa de metal 1 a ser revestida, em forma de uma chapa de aço, passa pelo recipiente 3 na direção de transporte F verticalmente para cima. Seja observado neste ponto que também é possível fundamentalmente que a chapa de metal 1 passe pelo recipiente 3 de cima para baixo. Para a passagem da chapa de metal 1 pelo recipiente 3 este é aberto na região do fundo. Aqui se encontra um canal de condução 4 representado exageradamente grande, respectivamente largo.

Para que o metal líquido fundido 2 não possa escorrer pelo canal de condução 4 para baixo, se encontra a ambos oslados da chapa de metal 1 dois indutores eletromagnéticos 5, que produzem um campo eletromagnético, que age contra a gravidade do metal de revestimento 2 selando assim o canal de condução 4 para baixo Os indutores são alimentados com a corrente de indução I por meios de alimentação não representados.

Nos indutores 5 trata-se de dois indutores de campo progressivos ou campo alternante ordenados em frente da chapa 1, que são operados na faixa de 2Hz até 10kHz e constróem um campo transversal eletromagnético transversalmente à direção de transporte. A faixa de freqüência preferida para sistemas de fase única (indutores de campo alternante) fica entre 2kHz e 10kHz, para sistemas multifásicos (por exemplo, indutores de campo progressivo) entre 2Hz e 2kHz.

O objetivo é manter a chapa de metal 1 de tal forma no canal de condução, que fique bem no nível médio 10 do canal de condução 4. Na figura a chapa de metal 1 está desenhada deitada com uma linha prolongada neste nível médio 10.

A chapa de metal 1 que se encontra entre os dois indutores 5 que se encontravam em paralelo é atraída de forma geral para o indutor mais próximo na colocação do campo magnético entre os indutores 5, no que a atração cresce com a aproximação a um indutor, o que leva a uma posição média da chapa altamente instável. Com isso se dá o problema na operação que a chapa de metal 1 por conta da força de atração dos indutores 5 não pode correr livremente e por meio do canal de condução 4 entre os indutores ativados.

Para estabilização da chapa de metal 1 no nível médio10 do canal de condução 4 existem, portanto bobinas de correção 6 ordenadas a ambos os lados do canal de condução 4, respectivamente da chapa de metal 1. Estas são controladas de tal forma pelo meio de regulagem 8, a sobreposição dos campos magnéticos dos indutores 5 e da bobina de correção 6 segura a chapa de metal 1 no meio do canal de condução 4.

Através das bobinas de correção 6 o campo magnético dos indutores 5 também pode por controle ser aumentado ou diminuído (principio de superposição dos campos magnéticos). Desta forma pode ser influenciada a posição da chapa de metal 1 no canal de condução 4.

Abaixo do canal de condução 4 existe um par de elementos de medição de força 7, cada um dos elementos de medição de força 7 a um lado da chapa de metal 1. Cada elemento de medição de força tem um rolo de condução de chapa 11, que fica na chapa de metal 1. Entre o rolo de condução da chapa 11 e do (apenas esquematicamente mostrado) suporte 12 do rolo 11 tem ordenado um sensor de esforço 9 na forma de uma fita de medição de dilatação (DMS) . Com esta é possível medir a grandeza da força horizontal FH, que a chapa 1 exerce sobre o elemento de medição de força 7. Para isto é mostrada na figura com uma linha tracejada a posição da chapa de metal 1, na qual a chapa não é desviada não no meio do canal de condução, mas (desenhado exageradamente forte) para a direita a partir do nível médio.

Pelo fato de que a chapa de metal 1 sob tensão de chapa exerce na posição da linha tracejada uma componente de força horizontal FH no elemento de medição de força 7para a direita, o sensor de esforço registra uma força horizontal diferente de zero. O valor medido é transferido ao meio de regulagem 8.

Os meios de regulagem 8 recebem como grandeza de entrada, portanto o valor da força FH agindo na direção horizontal. Nos meios de regulagem 8 há algoritmos, que partem da força horizontal FH existente para influenciar a corrente de indução IK nas bobinas de correção. Quando há, por exemplo, um desvio da chapa - como mostrado na figura -do nível médio para a direita, se dá uma força horizontal para a direita - medida pelo elemento de medição de força 7. O meio de regulagem 8 controla por conta disto sobre uma corrente de indução elevada para a bobina de correção esquerda 6 com a conseqüência que a chapa 1 é puxada mais forte para a esquerda e assim volta a se mover na posição correta (nível médio 10). Desta forma a posição da chapa de metal 1 deve ser mantida no ciclo fechado de tal forma que o desvio da posição de nível médio 10 é mínimo.

Quanto maior o desvio da chapa do nível médio 10, maior é o ângulo de enrolamento do respectivo rolo de condução da chapa 11 do elemento de medição de força 7. Por conta da tensão da chapa se dá um valor maior força horizontal correspondente FH.

Também é pensável executar a invenção com um único elemento de medição de força 7. Neste caso se daria então em um desvio de chapa para a direita um vinculo de enrolamento do rolo de condução 11 e com isso uma força horizontal correspondentemente maior. Por outro lado um desvio de posição para a esquerda deixaria o vinculo de enrolamento da chapa 1 menor até a elevação da chapa dorolo de condução de chapa 11, de forma que um desvio para a esquerda possa ser fechado.

Por causa dos campos magnéticos apenas as posições das chapas de metal 1 estáveis sem controle, nas quais a chapa encosta na direita ou na esquerda na parede do canal de condução 4. Estas duas posições podem ser atingidas propositalmente pelas bobinas de correção 6, n que uma calibração simples do dispositivo de medição é possível. Como valor esperado para a regulagem da posição pode então ser utilizado qualquer valor de força entre os dois valores limites, idealmente a posição média de acordo com o nível médio 10.

Um contato da chapa de metal 1 com a parede do canal de condução 4 não ocorre, portanto na execução de acordo com a invenção, de forma que um revestimento por imersão a quente de alta qualidade é atingível.

Legenda 1. Chapa de metal (chapa de aço)2 . Metal de revestimento3 . Recipiente4 . Canal de Condução5 . Indutor6 . Bobina de correção7. Elemento de medição de força8 . Meio de regulagem9 . Sensor de Esforço

10 . Nível médio11. Rolo de condução de chapa

12 . Suporte

FH - ■ força atuando horizontalmenteli - corrente de indução nos indutores

IK - corrente de indução nas bobinas de correção

F - direção de transporte

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para revestimento por imersão a quente de chapa de metal (1) , especialmente de uma chapa de aço, no que a chapa de metal (1) é conduzida verticalmente por um recipiente (3) contendo um metal de revestimento fundido (2) e por um canal de condução (4) pré-ligado, no que para contenção do metal de revestimento (2) no recipiente (3) na área do canal de condução (4) é produzido um campo eletromagnético por meio de pelo menos dois indutores (5) ordenados a ambos os lados da chapa de metal (1) e no que para estabilização da chapa de metal (1) na posição média do canal de condução (4) é modificado o estimulo magnético dos indutores e/ou é produzido um campo eletromagnético sobreposto ao campo eletromagnético dos indutores (5) através de pelo menos duas bobinas de correção (6) ordenadas ao lado das chapas de metal (1) , caracterizado pelo fato de que a estabilização da posição média da chapa de metal (1) no canal de condução (4) se procede pela seqüência das seguintes etapas em um ciclo fechado:a. Medição da força atuante no sentido horizontal (FH) que a chapa de metal (1) exerce ao deixar a posição média em um elemento de medição de força (7);b. Ação à corrente de indução (li) nos indutores (5) e/ou à corrente de indução (IK) nas bobinas de correção (6) em dependência com a força medida (FH) para segurar a chapa de metal (1) na posição média no canal de condução (4).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a medida da força na direção horizontal (FH) ocorre abaixo do canal de condução (4).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que o campo eletromagnético é um campo magnético progressivo multifásico que é produzido pela aplicação de uma corrente alternada com uma freqüência entre 2Hz e 2kHz.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o campo eletromagnético é um campo alternado de uma fase, que é produzido pela aplicação de uma corrente alternada com uma freqüência entre 2kHz e 10kHz.

5. Dispositivo para revestimento por imersão a quente de chapa de metal (1), especialmente de uma chapa de aço, no que a chapa de metal (1) é conduzida verticalmente por recipiente (3) contendo um metal de revestimento fundido (2) e por um canal de condução (4) , com pelo menos dois indutores (5) ordenados a ambos os lados da chapa de metal (1) na área do canal de condução (4) para produção de um campo eletromagnético para contenção do metal de revestimento (2) em um recipiente (3), caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento de medição (7) para medição da força atuante na direção horizontal (FH) que a chapa de metal (1) exerce ao deixar posição média do canal de medição (4) sobre o elemento de medição de força (7) e por um meio de regulagem (8) que para controle da corrente de indução (Ii,IK) no qual pelo menos um indutor (5) em relação a dependência da força medida (FH) é apropriado.

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ao lado dos indutores (5) existem duas bobinas de correção (6) ordenadas a ambos os lados da chapa de metal (1) e que os meios de regulagem (8) do estimulo de sua corrente de indução (IK) sãoapropriadas.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o elemento de medição de força (7) é desenvolvido como rolo de condução de chapa, que é provido com seu sensor de esforço (9) .

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o sensor de esforço (9) é desenvolvido como fita de medição de dilatação (DMS).

9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o elemento de medição de força (7) é ordenado abaixo do canal de condução (4).

10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que a ambos os lados da chapa de metal (1) é ordenado um elemento de medição de força (7).