CN104114284A - 具有优良压力均匀性的涂层厚度及分布控制擦拭喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制移动带(3)上由液膜制成的涂层的厚度的装置，该装置包括喷嘴(1)，该喷嘴被供给有该喷嘴的室(2)中的加压流体(6)，所述室(2)终止于喷嘴唇缘(11)，该喷嘴唇缘形成细长排放开口(12)，所述细长排放开口用于将该加压流体排放至该移动带(3)上，所述室(2)还包括在流体流动中阻塞室(2)的截面L×h的穿孔隔板(8)，该穿孔隔板(8)具有多个孔(13)，使得所述孔(13)的总表面大于所述截面的90％，并且该穿孔隔板的厚度Th大于任何所述孔(13)的单独直径的3倍并大于3毫米，其特征在于，该穿孔隔板(8)具有蜂窝状几何形状，即具有六边形截面的单元(13)的几何形状。

Description

具有优良压力均匀性的涂层厚度及分布控制擦拭喷嘴
技术领域
本发明涉及用于控制运行带上的液膜厚度的气体擦拭装置。典型实例是用于在宽涂层钢板(例如，通过热浸镀覆获得的宽涂层钢板)上用气体擦拭液态金属的装置。
背景技术
在热浸镀覆中，涂层板的涂层均匀性是一个主要问题。
当使用气刀系统时，众所周知的是获得均匀性要求运行速度均匀、喷嘴-带距离恒定以及在喷嘴出口处的气流均匀。这些操作参数的任何变化均将导致涂层厚度发生变化。
本发明框架中的装置致力于一直沿薄开口获得均匀气流，该薄开口(thin opening，细开口)诸如为狭缝，具有2.5米的典型长度以及0.5至2毫米的开口厚度。图1是在热浸镀覆行业中使用的典型喷嘴设计的截面图。喷嘴1位于从包含有液态金属的镀槽中出来的运行涂层钢板3前面。喷嘴的出口由倾斜的唇缘11构成，该唇缘限定延伸的纵向开口或狭缝12。图2是图1中的带3及装置的对应正视图。
首先，经验表明带3与朝向带3定向的喷嘴面之间的角度10必须很宽以便降低高气流产生的涡流和再循环。就这点而言，图5示出了当角度10很小时，典型的涡流构造发展。
因此，由于可用空间通常减少，所以室2的尺寸(特别是其长度4和高度5)相当有限(参见图1和图2)。
可通过不同的已知方法获得提供至装置的空气供应6，例如通过从顶部喷射(图1)、从侧面喷射(图2)或者从后面喷射。这个空气供应6必须灵活，这是因为在根据特殊处理窗口的操作中该装置通常被移动。该装置的典型位移长度可高达100毫米。因此，使用的管道必须具有特殊的直径长度比以适应这个位移而不对其寿命造成有害影响。
此外，供给管道6的直径以及室的截面不能太小，这是因为否则的话管道中的气体速率会变得过高，导致气流沿着开口变化，进一步产生不均匀的涂层厚度。图3示出当未正确选择设计比时(实际上是在通过四个顶部开口6供应空气的情况下)由发明人进行的调查得出的气流及结果的实例。图6以另一个实例示出了在单(或非对称)侧气体入口6的情况下沿喷嘴的流动速率及出口速率。
上述问题在该行业中是众所周知的，并且已经提出了如在美国专利第4,041,895号中描述的一些技术方案。
这个文献公开了用于控制施加至移动基板的涂层厚度及涂层分布的系统，该系统包括一对“气刀”，当移动基板从镀槽出来时，该对气刀将加压流体排放至移动基板上以将过量涂层从基板上刮去，并留下具有期望厚度及分布的涂层沉积物。每一个气刀均具有增压室，该增压室将加压流体供应至限定细长喷嘴开口的一对喷嘴唇缘。流体流动影响装置设置在每个气刀的增压腔与喷嘴唇缘之间，所述流体流动影响装置优选包括隔板、筛组件、挡板和叶片组件。隔板和筛组件有助于确保层状同等加压流动供应至挡板。挡板具有特殊构造的流动限制开口，该流动限制开口引起从气刀排出的流体的压力轮廓以预定方式沿其喷嘴开口的长度变化，借此引起涂层轮廓以预定方式横过基板的宽度变化。叶片组件包括叶片，该叶片有助于控制通过喷嘴开口排放的流体的方向。加压流体通过包括鼓风机的系统供应至气刀，并且响应于感测到的移动基板的线速度控制鼓风机的速度以确保在基板上保持期望厚度的涂层沉积物。
因此，上述解决方案通常涉及安装在室内的隔板，或可替换地涉及设置有多个孔的板7(例如，参见图1)，其目的在于通过产生相当高的压降使板下游的压力均匀化。
然而，这些现有技术解决方案具有两个主要缺点：
-由于压降，故其耗费大量能量；
-由于该设计无法降低除与隔板垂直的方向之外的其它方向上的流体速率，故其无法抑制室内形成的涡流。由于涡流碰撞时局部总压力较高，因此涡流也是导致沿开口的气流不均匀的原因。图3示出了由于入口管而导致的这种内部涡流的实例。此外，图4示出了沿喷嘴长度及宽度横过出口相应计算出的速率。不同的线对应于横过开口厚度的不同位置处的对应速率，较高的值对应于开口的中心并且较低的值对应于更靠近开口的位置。
文献JP08 319 551A公开了一种气体擦拭喷嘴，其用于将气体吹至从熔融金属镀槽中不断提起来的钢带的表面上，并控制附着金属的厚度。气体擦拭喷嘴按描述顺序包括气体入口、多孔口块、第一压力均衡室、变窄部分、第二压力均衡室以及狭缝形式的气体出口，所述变窄部分偏离狭缝的中心线以便使流动路径弯曲。多孔口块具有至少为20％的孔口开口比。孔口的等效直径不超过狭缝间隙的10倍，且第一压力均衡室的流动路径的长度是所述多孔口块中的孔口的直径的至少6倍。
发明目的
本发明旨在避免现有技术的缺点。
特别是，本发明旨在通过抑制喷嘴室中的内部涡流使室内的总压力均匀，并显著改善静态气体压力的均匀性。因此，将沿喷嘴开口获得均匀性高得多的出口速率。
本发明的另一个目标是限制由于多孔板隔板的存在而导致的喷嘴室中的压降。
发明内容
本发明涉及用于控制移动带上由液膜制成的涂层的厚度的装置，该装置包括喷嘴，该喷嘴供给有该喷嘴室中的加压流体，所述室终止于喷嘴唇缘，该喷嘴唇缘形成细长排放开口，所述细长排放开口用于将该加压流体排放至该移动带上，所述室还包括在流体流动中阻塞该室的截面L×h的穿孔隔板，该穿孔隔板具有多个孔，使得所述孔的总表面大于所述截面的90％，并且该穿孔隔板的厚度Th大于任何所述孔的独立直径的3倍并大于3毫米，其特征在于，该穿孔隔板具有蜂窝状几何形状，即具有六边形截面的单元的几何形状。
根据优选的实施方式，喷嘴的细长排放开口为长度高达2.5米且厚度高达3毫米的狭缝。
本发明的装置尤其期望用于以下情况中：
-移动带为从镀槽中出来的涂有液体的板；
-移动带为从热浸镀覆槽中出来的涂有金属液体的金属板；
-热浸镀覆槽是用于钢板的电镀槽；
-加压流体为加压气体；
-加压气体包括氧气和氮气的混合物。
附图说明
图1示意性地示出了根据现有技术的用于以气体擦拭涂层板的典型喷嘴的截面图，该喷嘴在喷嘴室中设置有多孔板。
图2示意性地示出了图1中的喷嘴及板的正视图。
图3示出了对于通过四个顶部圆形开口供给气体的喷嘴而计算出的气流。
图4示出了对于模拟图3中喷嘴而计算出的出口速率。不同的线对应于横过喷嘴开口的高度的速率。
图5示出了尤其是当带与喷嘴端部之间的角度为尖角时得到的典型的高涡度。
图6在上部显示了当喷嘴室仅用侧入口供应时喷嘴室内的流动，在下部示出了相应计算出的出口速率。
图7示意性地示出了设置有根据本发明的所谓的蜂窝状装置的喷嘴。
图8是本发明的典型实施方式的截面图。
图9是与图8对应的工业实施方式的透视图。
图10示出了通过本发明的装置获得的喷嘴出口处的均匀压力轮廓，下部的数字指的是沿喷嘴开口的每一个特定气体入口管道的位置。
具体实施方式
根据第一优选实施方式，本发明涉及这样的实施例，在喷嘴室以及气流内，特殊组件8设置有孔，下文称为“蜂窝”几何形状部件，如图8示意性地示出。大体上，蜂窝几何形状指的是具有六边形截面的空隙单元13的结构。在这种情况下，单元的所谓的直径为六边形外接圆的直径。然而，容许偏离“理想”的六边形模型的孔结构落在本发明的范围内。
由于使用了多孔板隔板，造成喷嘴室内产生压降，因此本发明通过设法使空隙比(即，孔截面的总和除以板的全截面)接近1来改善这种情况。
然而，根据本发明，部分8的特征在于以下特性：
-具有多个孔的板。孔的总表面需高于全截面(L x h)的90％，如图7中所表示的。
-部件的厚度(Th)大于独立孔直径的3倍，且大于3毫米。
已观察到本发明的装置具有如下性质，即，阻塞内部气体涡流并将流体流动定向在适当的方向(即，必须处于喷嘴的出口处的方向)上。这可获得最小的能量损失，这意味着系统原则上不要求增加通常用于在压力下产生流体的鼓风机的压力容量。使用本发明的装置，可有利地减小对室进行供给的管道的直径。
因此，本发明不再需要使用如在例如美国专利第4,041,895号中描述的薄内部隔板7。
实例
图9示出了根据本发明的工业实现的实例。
已通过用皮托管(Pitot tube，全压管)一直沿着喷嘴测量动压力而检查了装置的效率。根据图10，可观察到一直沿着这个具体装置中的开口以平均的百分比测量的良好或令人满意的压力均匀性。试验显示，对于长2米且开口小于2毫米的喷嘴而言，所测量的从最大值至最小值的变化小于约1％。
本文描述的喷嘴通常专用于擦拭由移动带携带的液体。液体可为含水的或存在于液态金属中。上文中考虑的带的典型宽度可为600毫米至2300毫米。
参考标号列表
1.喷嘴
2.室
3.带
4.室长度
5.室高度
6.空气供应
7.多孔板隔板
8."蜂窝状"部件
10.喷嘴端角度
11.喷嘴唇缘
12.喷嘴开口(或狭缝)
13.孔

Claims (2)

1.一种用于控制移动带(3)上由液膜制成的涂层的厚度的装置，所述装置包括喷嘴(1)，所述喷嘴被供给有所述喷嘴的室(2)中的加压流体(6)，所述室(2)终止于喷嘴唇缘(11)，所述喷嘴唇缘形成细长排放开口(12)，所述细长排放开口用于将所述加压流体排放至所述移动带(3)上，所述室(2)还包括在流体流动中阻塞所述室(2)的截面L×h的穿孔隔板(8)，所述穿孔隔板(8)具有多个孔(13)，使得所述孔(13)的总表面大于所述截面的90％并且所述穿孔隔板的厚度Th大于任何所述孔(13)的单独直径的3倍并大于3毫米，其特征在于，所述穿孔隔板(8)具有蜂窝状几何形状，即具有六边形截面的单元(13)的几何形状。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(12)的所述细长排放开口为长度高达2.5米且厚度高达3毫米的狭缝。
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