CN110088348B - 空气擦拭装置和用于空气擦拭装置的喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制借助热浸涂覆而施加在金属带上的金属涂层的厚度的气体擦拭装置，所述气体擦拭装置包括具有气体入口和多个气体出口的气体供给腔、具有细长的气体排放槽的气体排放喷嘴，其中气体供给腔的气体出口与气体排放喷嘴流体连接，并且其中气体排放喷嘴被分成与细长的气体排放槽流体连接的多个气体排放通道。

Description

空气擦拭装置和用于空气擦拭装置的喷嘴

技术领域

本发明涉及一种空气擦拭装置，所述空气擦拭装置用于控制通过热浸涂覆而施加至金属带上的金属涂层的厚度。

背景技术

空气擦拭装置用于控制施加在移动的金属带(例如钢带)上的金属涂层的厚度。金属涂层借助热浸涂覆而施加，其中在连续或半连续处理中，作为处理的一部分，金属带通过例如Zn、Zn+Fe合金、Zn+Al或Zn+Mg+Al的熔融金属熔池。金属带沿着大致竖直方向离开熔池，之后使用已知为“气刀”的高压空气/气体装置而吹掉多余的施加金属涂层。从移动的带上移除多余的金属涂层事实上是控制施加的金属涂层的厚度。

由于在用涂层钢带进行例如汽车行业的外部部件的最终制造之前施加金属涂层，因此施加的涂层应当满足例如在整个涂层钢带上具有精确的预定厚度和均匀的厚度的要求。这不仅对于能够使涂层钢带进行成形操作而言是重要的，而且对于由涂层钢带形成的最终钢产品的最终外观而言也是重要的。

这些要求意味着气体擦拭装置应当在气体擦拭装置的气体喷嘴的总宽度上排放均匀的气体喷射流，这又意味着气体喷射流应当具有均匀的速度和压力。这暗示着气体擦拭装置及其气体排放喷嘴的结构具有高标准。

从气流入口通过气体擦拭装置的结构的气流应当防止气流的紊乱/旋涡以及任何其他常规变化(例如共振)。另一先决条件是气体均匀地分布在气体排放喷嘴的长度上，该长度对应于带的宽度。如US2008/0245903中公开的已知方案是向气体供给腔提供气体入口和多个气体出口，其中每个气体出口设置有可控制的出口阀。

气体排放喷嘴的气体排放槽需要在气体排放槽的总长度上以严格的公差设定。事实上，这种排放槽是具有大长宽比的窄槽，这使得难以在气体排放槽的总长度上设置或调节至预定的宽度。在已知的系统中，例如参见US2010/0224120，开口由相对于彼此能够调节的下边缘和上边缘形成。利用这种可调节的系统，即使不是根本不可能，也难以在气体排放槽的总长度上将宽度调节至预定的宽度，这将导致带上的不均匀的涂层厚度或者涂层带的表面上的瑕疵。

此外，气体排放喷嘴或者当前设计的喷嘴的边缘的刚度通常不足，导致气体排放喷嘴和气体排放槽的振动，因而导致施加涂层的不规则性，例如在带的宽度和/或长度上涂层厚度不均匀和/或涂层表面缺陷。

发明目的

本发明的一个目的是提供一种沿着气体排放槽的总长度提供均匀的气体排放的气体擦拭装置。

本发明的另一目的是提供一种其中在排放气体之前抑制气流中的紊乱/旋涡的气体擦拭装置。

本发明的另一目的是提供一种具有气体供给腔的气体擦拭装置，所述气体供给腔设计成抑制气体供给腔中的共振。

本发明的另一目的是提供一种具有气体排放喷嘴的气体擦拭装置，所述气体排放喷嘴允许气体排放槽的严格公差。

本发明的另一目的是提供一种具有气体排放喷嘴的气体擦拭装置，所述气体排放喷嘴具有足够的刚度以防止气体排放喷嘴中的振动。

本发明的又一目的是提供一种用于气体擦拭装置的可拆卸的气体排放喷嘴。

发明内容

本发明涉及气体擦拭装置以及气体排放喷嘴。

所述目的中的一个或多个通过提供这样的气体擦拭装置而实现，所述气体擦拭装置用于控制借助热浸涂覆而施加在金属带上的金属涂层的厚度，气体擦拭装置包括具有气体入口和多个气体出口的气体供给腔、具有细长的气体排放槽的气体排放喷嘴，其中气体供给腔的气体出口与气体排放喷嘴流体连接，其中气体排放喷嘴被分成多个气体排放通道，其中气体排放通道与细长的气体排放槽流体连接，并且其中气体供给腔的所述多个气体出口中的每一个均与气体排放喷嘴的气体排放通道流体连接。

说明书中使用的术语“气体”包括适用于气体擦拭施加在金属带上的金属涂层的任何气体或气体组分。为此目的，最常见使用氮气、环境空气或氮气和环境空气的混合物。

通过在气体排放喷嘴中设置多个气体排放通道，控制了气体的排放，从而防止了气体排放喷嘴及其气体排放槽中的气体的侧向流动。因此，防止了带的不均匀涂层或将带的不均匀涂层抑制到较大程度，对于由不均匀气体排放引起的表面缺陷也是如此。

根据第一实施例，气体供给腔的所述多个气体出口与气体排放通道直接流体连接。这提供了具有相对少部件的结构，该结构可以以相对低的成本容易地实现。

在第二实施例中，多个气体通道设置成用于气体供给腔的气体出口与气体排放喷嘴的所述多个气体排放通道之间的流体连接。

该实施例的优点在于，在气体排放喷嘴及其气体排放通道的长度以及气体排放槽的长度上更佳地分配从气体供给腔至气体排放通道的气流。这将导致进一步改进施加的涂层的质量。

所提供的气体在压力下进入气体供给腔，并且将在通向气体排放喷嘴的通路的至少一部分上具有紊流。利用气体供给腔的额外长度，使得能够更简单地抑制紊流并且将其转换成层流。提供的气体进入气体供给腔所处的压力主要处于高达1巴过压的数量级，但是也可以更高。

另一优点是气体供给腔和气体排放喷嘴可以定位成彼此具有一定的距离。这由于气体排放喷嘴和移动带之间的距离较短而是有利的，并且就相对于移动带定位气体排放喷嘴并且更特别地定位气体排放槽而言这提供了更大的自由度。相对于移动带定位气体排放喷嘴涉及相对于移动带的距离以及相对于移动带的角度。

根据另一方面，设置的是，在一个或多个气体供给通道的至少一部分长度上，将所述一个或多个气体供给通道分成两个或更多个子通道。通过将气体供给通道分成子通道，可以更好地控制气流，尤其是在气体供给通道的弯曲位置处。由于笔直的气体供给通道对于气体擦拭装置而言需要更多的空间，而这在许多热浸设备中不可实现，因此几乎不可避免在气体供给通道中具有一个或多个弯曲部。所发现的是，对于控制紊流而言，其中大致U形的气体供给通道在弯曲部处具有子通道的结构产生了良好的结果。而且，可以利用这些U形气体供给通道而获得气体擦拭装置的相对小型结构。

子通道可以具有各种形状，诸如圆形、方形或多边形。优选地，子通道从横截面来看具有细长形状。为了与气体排放喷嘴具有最优的流体连接，还设置的是，子通道的细长形状与气体排放喷嘴的细长气体排放槽平行或大致平行。

根据另一方面，一个或多个气体供给通道从气体的供给方向来看在其最外端部处设置有发散部分。利用这一特征，气体将随之膨胀，进而减少气体中的任何旋涡并且将气体改变为层流。

另一特征是，在与气体排放喷嘴的流体连接中，在气体供给腔的多个气体出口与气体排放喷嘴之间或者在气体供给通道的外端部与气体排放喷嘴之间设置流动腔。流动腔是未被划分腔，所述多个气体出口或气体供给通道连接到所述流动腔，并且流动腔设置成用于校平可能存在于任何进入气流之间的任何压差。同时，流动腔允许气体的膨胀或进一步膨胀。

在气流的控制中，尤其是就防止和抑制紊流而言，重要的是在气流的尽可能远的上游处开始，优选在气体擦拭装置的气体供给腔的气体入口处或直接在气体入口之后开始。由于需要将气体均匀地分配在气体排放喷嘴的宽度上，因此设置的是气体供给腔包括细长管，在细长管的出口端处具有气体入口并且沿着细长管的长度具有多个气体出口。细长管可以具有任何圆筒形，更特别地从横截面来看包括圆形或椭圆形。

为了沿着气体供给腔的长度将气体均匀地分布在气体出口上并且因而均匀地分布在气体排放喷嘴上，设置的是，细长管的横截面面积等于或大于所有气体供给通道总共的横截面面积，并且优选等于或大于所有气体出口总共的横截面面积。在这一点上，气体供给通道的横截面面积指的是气体供给通道的最小横截面面积。

另一特征是细长管在与气体入口相反的端部处设置有端部封闭板，端部封闭板设置有在气体入口的方向上突出的楔形突出部。由于气体以高压进入气体供给腔中并且给定形成气体供给腔的细长管的长度，可能易于在气体供给腔中发生共振，这将导致增大湍流。楔形突出部设置成使得气体供给腔的长度在其管的截面面积上不同，由此以较大程度防止在气体供给腔中发生共振。

在另一实施例中，设置的是，气体排放喷嘴构建为允许将气体排放喷嘴安装至气体擦拭装置和从气体擦拭装置拆卸气体排放喷嘴的单独部件。气体排放喷嘴构建为固定部件，并且无需调节。

与形成已知气体擦拭装置的一体式部分的常用气体排放喷嘴相比，这是一个较大的优点。这种已知气体排放喷嘴具有边缘，所述边缘在气体排放喷嘴的长度上是可调节的，因而在整个长度上也需要进行调节以具有预定尺寸的气体排放槽。由于这些可调节的边缘可能因操作期间的振动而偏离初始设定，因此需要定期地核查和调节这些边缘。为此目的，整个气体擦拭装置需要从热浸设备中取出、进行核查，并且如果需要的话则进行调节并且再次置入热浸设备中。

还设置的是，气体排放喷嘴是各独立部件的组件、或者是增材制备或浇铸的单一部件。在由各独立部件组装的气体排放喷嘴的情况下，制造这些独立部件，并且在必要时将这些独立部件机加工为具有非常严格的公差。如果需要的话，再次机加工已组装的气体排放喷嘴，这将主要涉及气体排放槽的精确尺寸。在作为单一部件制造的气体排放喷嘴的情况下，机加工将是必须的，以在必要之处获得光滑的表面并且同样在该实施例中获得处于预定规格内的气体排放槽。

在各部件的组件的情况下，气体排放喷嘴包括夹有锐角的第一板和第二板，所述第一板和第二板通过端板在外端部处连接、并且在端板之间以隔开的间距通过分离器叶片连接，所述分离器叶片将气体排放喷嘴的至少一部分分成多个气体排放通道。

为了防止在气体排放喷嘴中的气体排放中出现任何紊乱，分离器叶片从气体排放方向来看在一个端部或两个端部处被以介于10-20°之间、优选介于12-18°之间的角度斜切。

附图说明

将基于附图中所示的示例进一步解释本发明，在附图中：

图1示出了气体擦拭装置的分解视图，

图2示出了具有子通道的气体供给通道的视图，

图3A示出了设置在气体供给通道的端部处的连接凸缘，

图3B示出了连接凸缘的细节，

图4A示出了气体排放喷嘴，

图4B示出了贯穿气体排放槽的横截面，以及

图4C详细地示出了气体排放喷嘴的分离器叶片。

具体实施方式

在图1中，示出了气体擦拭装置1的分解视图，气体擦拭装置包括具有气体入口3和多个气体出口4的气体供给腔2，在图中仅可看到所述多个气体出口4中的一个。所述多个气体出口4连接至多个气体供给通道5，气体供给通道在其外端部处连接至连接凸缘6。连接凸缘6连接至流动腔7，气体排放喷嘴8安装在流动腔7的相对侧处。

气体供给腔2的气体入口3连接至气体(例如氮气、空气或其混合物)的高压源。由于气体以高速进入气体供给腔2中，因此在气体供给腔2中可能发生共振。为了抑制发生共振，端板9安装在气体供给腔2的相对端处，其中端板9设置有楔形部10。楔形部10设置成使得从气体供给腔2的长度方向来看气体供给腔2的长度在截面区域中不同，借助此有效地抑制共振。

气体供给腔2的横截面面积大于(优选远大于)所有多个气体出口4总共的总面积，因此气体均匀地分布在所有气体出口4上并且由此通过所有气体供给通道5。

在图2中，单一气体供给通道5示出为在其中气体供给通道5要连接至气体供给腔的上游侧处设置有汇聚部分11，并且在气体供给通道5的其中气体供给通道要连接至连接凸缘6的另一端处设置有发散部分12。气体供给通道5具有两个弯曲部13、14，在两个弯曲部13、14之间具有笔直部15。

在气体供给腔2位于流动腔7的顶部处的结构(这么做是为了节省水平方向上的空间)的情况下，另一选择是直接或通过短的竖直通道连接气体出口4与流动腔7。然而，这种结构将意味着流动腔7中的进入空气弯曲约90°，导致在气体排放喷嘴8的正上游处存在更多的紊乱。

由于气体供给通道5设置有弯曲部13、14和笔直部15，在与气体排放喷嘴8对齐的方向上将气体引入流动腔7中，避免在该区域中出现紊乱。气体供给通道5在弯曲部13、14处设置有子通道16。利用这些子通道16，气流被引导通过更狭窄的空间，这与通过不具有这些子通道16的相同气体供给通道15的气流相比，相当大地减少了气流中的紊乱。

利用发散部分12，气体在进入流动腔7中之前膨胀。用于所述多个气体供给通道5的连接凸缘6对于每个气体供给通道5设置有开口17。开口17的侧部19被斜切，使得斜切与发散部分12的侧面对齐。

所述一个或多个气体供给通道5的发散部分12在至少一个方向上夹有介于10-20°之间、优选介于12-18°之间的角度，以便稳定气流。利用16°的角度或者略小的角度、即小1-2°数量级的角度，已经获得了良好的结果。在附图中给出的示例中，发散部分12沿着彼此大致呈直角的两个方向在给定的角度范围内扩张。作为矩形通道和矩形发散部分(以横截面来看)的代替，还可以使用圆形通道和圆锥形发散部分。重要的是，这些其他形状的发散部分具有如上所述的发散角度。

连接凸缘6可拆卸地附接至流动腔7，为此设置有允许气密连接的器件，在该示例中所述器件为用于螺栓、螺钉等的孔18。

流动腔7是未被划分腔，允许校平可能存在于通过每个气体供给通道5进入流动腔内的任何气流之间的任何压差。

图4A示出了气体排放喷嘴8的透视图。气体排放喷嘴8包括上部部件20和下部部件21、端板22、23、和位于上部部件20和下部部件21之间的分离器叶片24。分离器叶片24向气体排放喷嘴8提供非常刚性的结构，并且相当大地减少了气体排放喷嘴8以及细长的气体排放槽25(参见图4B)中的任何侧向气流。

分离器叶片24在其上游侧26和下游侧27处被斜切(参见图4C)，以向细长的气体排放槽25平滑地引导气流。由被斜切侧所夹的角度对应于发散部分12的角度，并且介于10-20°之间，优选介于12-18°之间。利用16°的角度或者略小的角度、即小1-2°数量级的角度，已经获得了良好的结果。

分离器叶片24是气体排放喷嘴8的重要特征，因为这些分离器叶片24向气体排放喷嘴8提供了刚性结构，并且控制通过气体排放喷嘴8和细长的气体排放槽25的气流。这导致在细长的气体排放槽25的长度上形成均匀的气流，使得在金属带上形成不具有或几乎不具有任何表面缺陷的均匀涂层。而且，由于气体排放喷嘴8的刚性，因此在细长的气体排放槽25的槽宽度中不存在任何漂移，因而不需要任何调节。

气体排放喷嘴8可拆卸地附接至流动腔7，为此设置成允许螺钉、螺杆等将气体排放喷嘴8以气密方式连接至流动腔7。利用这些安装器件，如果需要的话，气体排放喷嘴8可以容易地换成新的气体排放喷嘴8或换成具有不同槽宽度的气体排放喷嘴8。

图4C示出了细长的气体排放槽25相对于槽宽度具有相当大的槽深度。气体排放喷嘴8的上部部件20的斜切端28和下部部件21的斜切端29被机加工以获得预定的槽宽度。可以在组装或制造气体排放喷嘴之前或之后进行机加工。

槽深度和槽宽度之间的比设置成使得槽深度比槽宽度大10-15倍，使得可能仍然存在于细长的气体排放槽25的入口处的气体中的任何紊乱被均衡化。例如，在槽宽度介于1.00和1.50mm之间的情况下，槽深度介于15和25mm之间，因而确保严格受控的擦拭气体喷射。在限定槽宽度和槽深度时考虑上部部件20和下部部件21的厚度以及上部部件20和下部部件21之间的角度。

可以通过使用螺钉、螺栓、胶水或任何合适的焊接方法将分立的各部件(即，由附图标记20、21、22、23、24指代的各部件)固定至彼此而由这些部件组装气体排放喷嘴8。另一方法是将气体排放喷嘴8浇铸为单一部件，或者通过增材制造而制造气体排放喷嘴8。

Claims (14)

1.一种气体擦拭装置(1)，所述气体擦拭装置用于控制借助热浸涂覆而施加至金属带上的金属涂层的厚度，所述气体擦拭装置包括具有气体入口(3)和多个气体出口(4)的气体供给腔(2)、具有细长的气体排放槽(25)的气体排放喷嘴(8)，其中气体供给腔(2)的气体出口(4)与气体排放喷嘴(8)流体连接，其特征在于，气体排放喷嘴(8)包括夹有锐角的上部部件和下部部件(20、21)、在上部部件和下部部件的外端部处通过端板(22、23)连接、并且通过分离器叶片(24)以隔开的间距连接上部部件和下部部件，所述分离器叶片将气体排放喷嘴(8)的至少一部分分成多个气体排放通道(30)，其中气体排放通道(30)与细长的气体排放槽(25)流体连接，并且其中多个气体供给通道(5)设置成用于气体供给腔(2)的所述多个气体出口(4)与气体排放喷嘴(8)的所述多个气体排放通道(30)之间的流体连接，其中气体供给腔(2)的所述多个气体出口(4)中的每一个均与气体排放喷嘴(8)的气体排放通道(30)流体连接，并且其中流动腔(7)设置在气体供给通道(5)的外端部与气体排放喷嘴(8)之间。

2.根据权利要求1所述的气体擦拭装置，其中，在一个或多个气体供给通道(5)的长度的至少一部分上，所述一个或多个气体供给通道(5)被分成两个或更多个子通道(16)。

3.根据权利要求2所述的气体擦拭装置，其中，子通道(16)从横截面来看具有细长的形状。

4.根据权利要求3所述的气体擦拭装置，其中，细长形状的子通道(16)与气体排放喷嘴(8)的细长的气体排放槽(25)平行。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的气体擦拭装置，其中，一个或多个气体供给通道(5)从气体的供给方向来看在其最外端处设置有发散部分(12)。

6.根据权利要求5所述的气体擦拭装置，其中，所述一个或多个气体供给通道(5)的发散部分(12)在至少一个方向上夹有介于10-20°之间的角度。

7.根据权利要求1-4中的任一项所述的气体擦拭装置，其中，气体供给腔(2)包括细长管，其中在细长管的外端部处设置有气体入口(3)，并且沿着细长管的长度具有所述多个气体出口(4)。

8.根据权利要求7所述的气体擦拭装置，其中，细长管的横截面面积等于或大于所有气体供给通道(5)总共的横截面面积。

9.根据权利要求8所述的气体擦拭装置，其中，细长管在与气体入口(2)相对的端部处设置有端部封闭板(9)，所述端部封闭板设置有在气体入口(3)的方向上突出的楔形突出部(10)。

10.根据权利要求6所述的气体擦拭装置，其中，所述一个或多个气体供给通道(5)的发散部分(12)在至少一个方向上夹有介于12-18°之间的角度。

11.一种用于根据权利要求1-10中的任一项所述的气体擦拭装置的气体排放喷嘴(8)，所述气体排放喷嘴具有细长的气体排放槽(25)，所述气体擦拭装置用于控制借助热浸涂覆而施加在金属带上的金属涂层的厚度，其特征在于，气体排放喷嘴(8)构建为允许将气体排放喷嘴(8)安装至气体擦拭装置(1)上以及允许从气体擦拭装置(1)拆卸气体排放喷嘴(8)的独立部件，并且气体排放喷嘴(8)包括夹有锐角的上部部件和下部部件(20、21)、在上部部件和下部部件的外端部处通过端板(22、23)连接、并且通过分离器叶片(24)以隔开的间距连接上部部件和下部部件，所述分离器叶片将气体排放喷嘴(8)的至少一部分分成多个气体排放通道(30)。

12.根据权利要求11所述的气体排放喷嘴，其中，气体排放喷嘴(8)是各独立部件的组件、或者是增材制造或铸造的单个部件。

13.根据权利要求11或12所述的气体排放喷嘴，其中，分离器叶片(24)从气体排放方向来看在一个或两个端部处以介于10-20°之间的角度成斜角。

14.根据权利要求13所述的气体排放喷嘴，其中，分离器叶片(24)从气体排放方向来看在一个或两个端部处以介于12-18°之间的角度成斜角。

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