CN1022052C - 控制金属丝上的浸涂膜的喷气擦拭方法及其喷气擦拭喷嘴 - Google Patents
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Abstract
用定型喷气擦拭喷嘴擦去金属丝或管上多余的熔化金属，可改进该金属丝或管的外观。喷嘴上下部各有会合为尖锐边缘的上下表面。上下部的相邻表面形成终点为气孔的气道。被擦拭的丝或管从气孔中通过。上部上表面与排气流向夹角小于(80-X)°，下部下表面和排气流向的夹角小于(70+X)°。X为与钢丝行进方向垂直的平面和气流方向之间的夹角。下部下表面正对液面，该表面和钢丝行进方向之间的最小夹角不小于20°，上部上表面的位置使该表面与钢丝之间的最小夹角不小于10°。
Description
本发明涉及一种控制通过液态金属槽的金属丝上的浸涂膜的喷气擦拭方法及其喷气擦拭喷嘴。
当将金属线或金属条等材料的细丝，放在诸如熔化锌、铝或其合金中浸涂时，一般必须将丝条表面上过多的涂敷材料除去。已有许多已知的方法进行这操作，其中之一一般称为喷气擦拭。在喷气擦拭过程中，用一个气流冲撞丝条，剥除上面的多余材料。典型喷气擦拭设备及其喷嘴在下列专利说明书中有说明，例如：
美国专利2，194，565;3，060，889;3，270，364;3，611，986;3，707，400;3，736，174;4，287，238等号;澳大利亚专利第458，892;537，944;539，396;544，277等号。
用已知的喷气擦拭法涂敷丝条时，尤其在用诸如锌，铝或其合金等熔化金属涂敷黑色金属线时，有若干问题发生。
对于薄板金属等的平面材料，喷气擦拭已经用来控制材料上涂敷金属的厚度和用来产生光洁均匀的成品表面。对于角形丝条，诸如圆形与非圆形丝，管状材料及窄条等，受擦拭的材料的几何形状影响，招致放在平面材料上不会发生的问题。氧化金属在丝条上的擦拭表面的下面累积，形成围绕丝条全圆周的环或条形。氧化物的周期性积累，变为足以推开擦拭气流，这是因为丝条的圆周小，在丝条上形成不利的厚圈或厚条形的涂层。本发明的目的是克服这问题。
现有技术领域中有许多喷气擦拭法可克服这问题，其方法为在丝条离开金属槽和在作擦拭之间，将丝条封闭在有全保护气氛的罩中，例如
美国专利第3，707，400及4，287，238号所概述。
美国专利第3，707，400号揭示的方法中的一个问题，是通过调节进入喷气擦嘴的气体的量，很难甚至不可能控制涂敷金属的厚度。为能不更换不同尺寸的喷嘴而改变涂层的厚度，便必须按涂层的要求厚度，正比例地改变丝条的通过速度，即减小涂层厚度时要求减小通过速度，而增加涂层厚度时要求增大通过速度。这种为取得涂层的理想厚度而调节丝条通过速度的要求是不利的，因为可能妨碍镀锌流水线中其它工序的有效运转，例如热处理及清理工序等，并改变生产的金属丝的质量。
美国专利第4，287，238号揭示的方法中存在的问题，是在喷嘴的金属丝孔的表面上形成涂敷金属的溅斑，尤其在擦拭气体的压力和丝条速度较高时。这种溅斑由于擦拭作用可从丝条中清除，但也成为问题，因为溅斑在喷嘴的金属丝孔及气孔的表面上迅速增加，最后与丝条接触，干扰气体的有效擦拭作用，造成丝条上的表面缺陷。这方法的另一缺点是气体消耗量相当大，因而用其它的擦拭方法比较经济，例如用软垫擦拭，丝条具体用石绵或类似材料或美国专利第3，892，894介绍的方法擦拭。
据美国专利第4，287，238号所示的方法引起的另外的问题是擦拭设备的总体积相当大。其总体积大意味着金属丝在热浸金属槽的出口端，相互间必须有比其它方法大的间距，造成产量减低。这方法的一种变化形式如澳大利亚专利第539，396号所介绍，喷气擦拭在无保护罩下进行，其问题如上面就美国专利第4，287，238号中的方法所述，并且在擦拭后另有丝条上留有宽涂层圈的问题，上面也已提到。本发明的目的是克服已知喷气擦拭法和所用设备中的上述缺点。
美国专利第3，736，174号揭示一种喷气擦拭嘴，将若干气流在其冲撞被擦拭的丝条之前互相冲击。这种结构使气体在丝条上冲撞的角度可变化。虽然喷嘴的某些部分与本发明的喷嘴的表面相似，但在总的方
面，这专利中的喷嘴没有具体结构显示可产生本发明的理想质量。
本发明的第一方面提供了一种控制通过液态金属槽的金属丝上的浸涂膜的喷气擦拭方法，包括将金属丝通过一个环形喷气擦拭喷嘴，该环形喷气擦拭喷嘴具有一个上环部和一个下环部，每一环形部各具有上下环形表面，会合为基本尖锐的环形边缘，使上下环部的相邻环形表面形成一条二者间的环形气道，其终点为一环形气孔，边缘与气道形成一个丝孔，金属丝从该丝孔中通过，使上环部上表面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角小于（80-X）°，使下环部下表面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角小于（70+X）°，式中X为垂直于通过喷气擦拭喷嘴的丝的行进方向的平面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角，将下环部的下表面正对液槽，将其配置成使该表面和通过喷气擦拭喷嘴的丝的前进方向之间的最小夹角至少为20°，将上环部的上表面配置成使该表面和通过喷气擦拭喷嘴的丝的行进方向之间的最小夹角至少为10°。
本发明的第二方面提供了一种控制通过液态金属槽的金属丝上的浸涂膜的喷气擦拭喷嘴，其特征在于所述喷气擦拭喷嘴具有一个上环部和一个下环部，每一环部各具有上下表面，会合为基本尖锐的环形边缘，上下环部的相邻环形表面形成一条二者间的环形气道，其终点为一环形气孔，边缘与气道形成一个丝孔，该丝孔环绕被擦拭的丝条，上环部上表面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角小于（80-X）°，下环部下表面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角小于（70+X）°，式中X为垂直于通过喷气擦拭喷嘴的丝的行进方向的平面和由气道排出的气体的行进的方向之间的夹角，下环部下表面适于正对着金属丝从其中通过的液槽，并且在使用时该表面和通过喷气擦拭喷嘴的丝的行进方向之间的最小夹角至少为20°，上环部的上表面的位置为使该表面和通过喷气嘴的丝的行进方向之间的最小夹角至少为10°。
当将本发明的理想实施方案用于铁丝的锌，铝或铝锌合金涂敷时，与现有技术相比具有下列的优点：
（1）本发明喷嘴擦拭效率比现有技术的装置高很多，因此金属涂层重量一定时，仅需低很多的擦拭气体压力和消耗量。因为擦拭气体的费用在总运转费用中占很大一个部分，这便是一个值得争取的优点。
（2）擦拭作业后，尤其在涂敷速度低，涂层厚度大而擦拭气体压力低时，用本发明的喷嘴在防止丝条其余部分上的厚环形涂层圈方面有较大的优点。
（3）可防止喷嘴的金属丝孔和气体孔表面上锌的溅污。
（4）用本发明的喷嘴时，擦拭气体压力和丝条上涂层厚度的关系，是通过改变气体压力，直接高精度控制或调节涂层厚度。
（5）由于本发明的喷嘴有小直径的金属丝孔，气道长度只需足以将气体均匀围绕气孔分布，并不需保护罩或保护腔，因此喷嘴的总尺寸小很多。
在本说明书中，“丝条”一词的含义为截面为圆形或非圆形的金属丝，宽度不大于其厚度的十倍的窄条材料，以及管形材料。非圆形金属丝可为角形截面。
下面主要参照圆金属丝对发明作叙述，但应强调本发明还适用于非圆形金属丝和上述条形材料。
在本说明书中，“由气道排出的气体的行进方向”，为便利起见可视为从通过喷嘴的径向截面观察时，在下环部上表面和上环部下表面间形成的概念化的中心线。气道的形状最好是使上环部的下表面和下环部的上表面在向着气孔的方向上逐渐收窄。为将气体按特定角度导向，气孔附近的表面最好是从径向截面看时，相对通过气道的想象中心线对称，该气道按要求的方向倾斜。假如中心线非直线，便可能需要实际测量气体排出气道时的行进方向。假如在气道的内部增加环形模压件将其
分隔成若干气道，从里面排出的气体互相冲撞，如美国专利第3，736，174号所述，则气体行进方向为气流冲撞后的综合方向。如果气流行进方向与丝条行进方向垂直，则角X为0°。如果气流方向与丝条行进方向相反，则角X为正值，如气流方向与丝条行进方向相同则X为负值。最好气道引导的由气孔排出的气体，与垂直于丝条行进方向的平面倾斜约±60°，更好为在+60°至-30范围内，而以+45°至0°为最理想。
喷嘴的上下部各有上下表面，该上下表面会合为基本尖锐的环形缘。词汇“基本尖锐的环形边缘”用于表示两表面沿一条线会合形成的边缘，或者用于表示这种情况，即截头后的边缘的厚度约不超过3mm，最好不超过2mm，或倒角圆弧半径约不超过2mm，最好不超过1mm。喷嘴下部的下表面和由气道排出的气体的行进方向之间的角度必须小于（70+X）°。上环部的夹角最好小于80°，小于50°更好，最理想为小于40°。喷嘴上部的上表面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角必须小于（80-X）°。下环部的夹角最好小于70°，更好为小于50°，以小于40°为最理想。
上下部的相邻表面，即上部的下表面和下部的上表面之间形成终点为气孔的气道。于是在喷嘴的上下部间的环形边缘间形成气孔。气道与适当的喷气擦拭气体源、诸如空气或氮气源连接。气道最好有一环形挡圈，在气道中提供节流，以保证围绕气孔有均匀气压。最好有多个进气源，在喷嘴周围等距布置，进一步提高气流在气孔周围的均匀分布。气道径向长度以仅足以将气体在气孔周围均匀分布为高度理想。气道最好是使上环部的下表面和下环部的上表面，在从剖面上观察时向着气孔方向互相逐渐接近，临近气孔时，距离至少为2mm，但最好至少为6mm。
最好喷嘴有一个丝条孔，使丝条及丝孔之间有均匀的间隙，并使间隙尽可能小，而又服从金属丝不与环形模压件的边缘接触的要求。丝条
及丝孔之间的间隙最好小于10mm，以小于7.5mm更好，而以小于4mm为最好。丝孔的这些理想间隙距离远小于现有技术的喷气擦拭喷嘴的间隙。据发现，使用较小间隙的丝孔，有助于使用较小量的气体而取得光洁均匀的涂层。在从喷嘴中通过时，约束金属丝使其横向活动量越小，便可使金属丝的间隙也越小。为进一步限制金属丝的横向活动，可用一个金属丝从里面通过的导丝器，其尺寸仅稍微大于金属丝。将这导丝器沉没在熔化金属槽中，将其放在喷嘴孔的垂直下方，与金属丝同轴线。用这种导丝器可进一步减小丝条与喷嘴丝孔之间的间隙尺寸。
在本发明的理想实施方案中，喷气擦拭喷嘴在液槽液面上方的高度应尽可能低，而同时防止液槽中溶液的表面飞溅。理想中当将丝条从液槽中拉出时，喷嘴的喷气在槽中的液面上，围绕丝条吹成一个平静的凹潭，不造成槽中液面的飞溅。如喷嘴离槽中液面过高，则擦拭的有效性降低，损害丝条的表面质量。在典型的应用中，喷嘴气孔最好距槽中液面10至200mm，以15至100mm较理想。
使喷嘴的上下部的位置可在喷气擦拭喷嘴的轴向上相对调节，就可改变气道的宽度从而也改变气孔的宽度。在本发明的一个理想实施方案中，这调节是用上下部的螺纹啮合进行，两者的相对旋转可使气道的宽度变化。任何改变气孔宽度的其它措施也都可使用，例如可将一个部分相对于另一部分轴向滑动，或在喷嘴的上下模压件之间放置填隙片。
下面作为举例参照附图叙述本发明的一个理想实施方案，附图如下：
图1为本发明喷气擦拭喷嘴沿气孔23中心线的垂直剖视图。
喷气擦拭喷嘴10用于配合钢丝镀锌使用。将钢丝25从熔化锌槽24中通过，围绕一个滑块28牵引，在通过放在锌槽24的液面以上20mm的喷气擦拭喷嘴10之前，先垂直通过导丝器27。镀锌钢丝通过喷气擦拭喷嘴10之后，用传统冷却装置（未示）冷却。
喷气擦拭喷嘴10有一个上喷嘴部11和一个下喷嘴部12。喷嘴部11有锥形上表面13和成形的下表面15，喷嘴部12有成形的上表面14和锥形下表面16。各喷嘴部11、12的上下表面分别会合为尖锐的圆边缘17及18。在表面14及15间形成气道19，终点为环形气孔20。气孔附近的表面14及15间的中心线，处在垂直于钢丝的水平面（即X＝0°）中。表面13和中线的夹角为35°，表面16和中线的夹角为35°。钢丝25和每一表面的夹角为55°。
喷嘴上下部11及12在其外圆周上都有螺纹，可和喷嘴体21啮合。将喷嘴部11及12的一个或两个相对于喷嘴体21旋转，可改变气道19的宽度。气道19与在喷嘴部11，12及喷嘴体21间形成的气室接通。进气口23通入喷嘴10，通过喷嘴体21通入气室22。挡气板26设在气道19内，即将挡气板26安装在下喷嘴部12的上成形表面上，向着上喷嘴部11向上伸展，从而保证擦拭气体从进气口23到气孔20的均匀流动。
将一种气体，最好是非氧化性气体，诸如氮气之类通过进气口23引入，从进气口通过气室22引入环形气道19。气道19排出的气体冲撞钢丝25，擦去从喷气擦拭嘴10中通过的钢丝25上的多余熔化锌。
在本发明的一种典型方法中，将通过锌槽24的直径2.50mm钢丝，在60米/分钟速度下，垂直向上通过喷嘴10。气孔为0.50mm，丝孔边缘17及18和钢丝25间的间隙为3.75mm。用氮气作擦拭气，压力为6KPa，流率在标准温度和压力下为4.5立方米/小时。据发现擦拭的钢丝有光洁的锌涂层，没有涂层圈和其它表面缺陷，涂层重量为281克/平方米。甚至在起动后许多小时，未发现锌在喷嘴10上飞溅。
Claims (35)
1、一种控制通过液态金属槽的金属丝上的浸涂膜的喷气擦拭方法，包括将金属丝通过一个环形喷气擦拭喷嘴，该环形喷气擦拭喷嘴具有一个上环部和一个下环部，每一环形部各具有上下环形表面，会合为基本尖锐的环形边缘，使上下环部的相邻环形表面形成一条二者间的环形气道，其终点为一环形气孔，边缘与气道形成一个丝孔，金属丝从该丝孔中通过，使上环部上表面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角小于(80-X)°，使下环部下表面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角小于(70+X)°，式中X为垂直于通过喷气擦拭喷嘴的丝的行进方向的平面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角，将下环部的下表面正对液槽，将其配置成使该表面和通过喷气擦拭喷嘴的丝的前进方向之间的最小夹角至少为20°，将上环部的上表面的配置成使该表面和通过喷气擦拭喷嘴的丝的行进方向之间的最小夹角至少为10°。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于金属丝为圆形断面的黑色金属丝，液态金属涂层为锌、铝或铝/锌合金。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于上环部的夹角为小于80°，下环部的夹角为小于70°。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于上环部的夹角为小于50°。
5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于上环部的夹角为小于40°。
6、根据权利要求3所述的方法，其特征在于下环部的夹角为小于50°。
7、根据权利要求3所述的方法，其特征在于上环部的夹角为小于40°。
8、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于气道在径向上的长度，仅足以在丝周围均匀分布气体。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于气道中的上环部的下表面和下环部的上表面，当在径向截面上观看时，它们向着气孔互相逐渐靠近，临近气孔前侧的距离至少为2mm。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于该距离至少是6mm。
11、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于气道将由气道排出的气体进行导向，使之相对一个与丝行进方向垂直的平面呈+60°至-60°的角度。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于该角度为+60°至-30°。
13、根据权利要求11所述的方法，其特征在于该角度为+45°至0°。
14、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于使上下环部的环形边缘与丝的间隔距离小于10mm。
15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于该间隔距离为小于7.5mm。
16、根据权利要求14所述的方法，其特征在于该间隔距离为小于4mm。
17、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于喷嘴的气孔与液面的间隔距离为10至200mm。
18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于该间隔距离为15-100mm。
19、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于利用装置将上下环部的相对位置在喷气擦拭喷嘴的轴向上调节，使气道的宽度变化。
20、一种控制通过液态金属槽的金属丝上的浸涂膜的喷气擦拭喷嘴，其特征在于所述喷气擦拭喷嘴具有一个上环部和一个下环部，每一环部各具有上下表面，会合为基本尖锐的环形边缘，上下环部的相邻环形表面形成一条二者间的环形气道，其终点为一环形气孔，边缘与气道形成一个丝孔，该丝孔环绕被擦拭的丝条，上环部上表面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角小于（80-X）°，下环部下表面和由气道排出的气体的行进方向之间的夹角小于（70+X）°，式中X为垂直于通过喷气擦拭喷嘴的丝的行进方向的平面和由气道排出的气体的行进的方向之间的夹角，下环部下表面适于正对着金属丝从其中通过的液槽，并且在使用时该表面和通过喷气擦拭喷嘴的丝的行进方向之间的最小夹角至少为20°，上环部的上表面的位置为使该表面和通过喷气嘴的丝的行进方向之间的最小夹角至少为10°。
21、根据权利要求20所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于上环部的夹角为小于80°，下环部的夹角为小于70°。
22、根据权利要求21所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于上环部的夹角为小于50°。
23、根据权利要求21所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于上环部的夹角为小于40°。
24、根据权利要求21至23中任一项所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于下环部的夹角为小于50°。
25、根据权利要求21至23中任一项所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于下环部的夹角为小于40°。
26、根据权利要求20至23中任一项所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于气道在径向上的长度，仅足以在丝周围均匀分布气体。
27、根据权利要求26所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于气道中的上环部的下表面和下环部的上表面，当在径向截面上观看时，它们向着气孔互相逐渐靠近，临近气孔前侧的距离至少为2mm。
28、根据权利要求27所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于该距离至少是6mm。
29、根据权利要求20至23中任一项所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于气道将由气道排出的气体进行导向，使之相对一个与丝行进方向垂直的平面呈+60°至-60°的角度。
30、根据权利要求29所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于该角度为+60°至-30°。
31、根据权利要求29所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于该角度为+45°至0°。
32、根据权利要求20至23中任一项所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于使上下环部的环形边缘与丝的间隔距离小于10mm。
33、根据权利要求32所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于该间隔距离为小于7.5mm。
34、根据权利要求32所述的喷气擦拭喷嘴，其特征在于该间隔距离为小于4mm。
35、根据权利要求20至23中任一项所述之喷气擦拭喷嘴，其特征在于具有装置可将上下环部的相对位置在喷气擦拭喷嘴的轴向上调节，使气道的宽度变化。
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