CN116648311A - 多射流气刀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制移动的金属带材上的熔融金属涂层的厚度的多槽气体擦拭装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制施加于金属带材上的熔融金属涂层的厚度的多槽气体擦拭装置。
背景技术
气体擦拭装置被用来控制施加于移动的金属带材(比如钢带材)上的金属涂层的厚度。金属涂层借助于热浸涂覆施加，其中在连续的或半连续的工艺中，作为所述工艺的一部分，金属带材穿过例如Zn、Zn+Fe合金、Zn+Al或Zn+Mg+Al的熔融金属熔池。金属带材以大致竖直方向离开熔池，然后利用高压空气/气体擦拭装置(也称为“气刀”)将多余的所施加的金属涂层吹掉。从移动的带材移除多余的金属涂层实际上是对所施加的金属涂层的厚度的控制。
由于金属涂层是在由涂覆的钢带材最终制造例如汽车工业的外部部件之前施加的，所以所施加的涂层应当满足要求，例如精确的预定厚度以及整个涂覆的钢带材上的均匀厚度。这不仅对于能够对涂覆的钢带材进行成形操作很重要，而且对于由涂覆的钢带材形成的最终钢产品的最终外观也很重要。
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出均匀的气体射流，这意味着气体射流应当具有均匀的速度和压力。这意味着对气体擦拭装置以及其气体排出喷嘴的构造有很高的标准。
本质上，排出喷嘴的流(也称为气刀射流)是不稳定的，这导致镀锌表面不均匀(表现为橘皮)。可以使用辅助射流来稳定这样的流。例如，EP3190204公开一种用于制造镀熔融金属的钢带材的方法。
多射流气刀的缺点是压力梯度可能较低，并且因此添加辅助射流会对擦拭效率产生不利影响。因此，为商业镀锌线制造这样的装置的努力有限。
最近，计算研究表明，可以修改气体擦拭装置的几何形状，以实现类似的或甚至更高的压力梯度并且由此实现更高的擦拭效率和更低的涂层重量(Yayhaee等人，JCTR，2017年)。涂层重量可能受到刀至带材的距离、主射流和辅助射流的角度、主喷嘴和辅助喷嘴的间隙宽度以及主射流与辅助射流之间的间距的影响。更高的擦拭效率需要辅助射流与主射流之间的倾斜角度。另外，CFD(计算流体动力学)表明，辅助射流流速的入口压力应当为主射流的流速的一小部分。与传统的气刀相比，这种构造将需要更长的喷嘴以在主喷嘴处实现相同的流速，这导致喷嘴的刚度较低并且空气流不稳定。
因此，希望提供一种用于商业镀锌线的多射流气刀，其具有稳定的空气流和高擦拭效率。
发明目的
因此，本发明的一个目的是提供一种具有两股单独的空气流的多射流气刀。
本发明的另一个目的是提供一种具有足够刚度的多射流气刀。
本发明的另一个目的是提供一种可以容易地组装和拆卸的多射流气刀。
本发明的另一个目的是多射流气刀的喷嘴可以被容易地更换，并且间隙设置可以被单独地调节。
本发明的另一个目的是提供一种具有模块化设计的多射流气刀。
本发明的另一个目的是提供一种可以用于商业镀锌线中的多射流气刀。
发明内容
这些目的中的一个或多个通过根据权利要求1-15的多槽气体擦拭装置来实现。
在第一方面中，提供一种用于控制移动的金属带材上的熔融金属涂层的厚度的多槽气体擦拭装置，包括：
●喷嘴系统，所述喷嘴系统具有带有第一细长开口的主喷嘴和各自带有辅助细长开口的两个辅助喷嘴，其中所述主喷嘴和辅助喷嘴平行地布置，并且
●其中所述喷嘴系统包括利用垫片(8)附接在一起的两个喷嘴构件(10a，10b)，从而限定具有间隙宽度d的第一细长开口，并且
●其中每个喷嘴构件包括内部部件和外部部件，从而限定具有间隙宽度da的辅助细长开口，并且
●其中每个内部部件包括内部喷嘴唇缘(1a，1b)和在所述内部喷嘴唇缘处的两个外部端(3a，3b)，并且
●其中每个外部部件包括外部喷嘴唇缘(2a，2b)、在所述外部喷嘴唇缘处的两个外部端(4a，4b)以及多个支撑件(5a，6a，7a)，其中所述多个支撑件以垂直于所述外部喷嘴唇缘的取向集成于所述外部喷嘴唇缘(2a，2b)中。
有利地，擦拭装置的喷嘴系统包括两个喷嘴构件，每个喷嘴包括内部部件和外部部件。这样，已经构成模块化设计，所述模块化设计容许获得平行地布置的主喷嘴以及两个辅助喷嘴。因此，本发明提供一种非常简单的装置，所述装置可以容易地在商业镀锌线中实施。通过外部喷嘴唇缘中的多个支撑件引入足够的刚度，并且因此引入稳定的空气流。所述支撑件的量、形状以及厚度没有特别的限制。优选地，支撑件以在5-15cm的范围内、优选地在5-10cm的范围内的间隔隔开。支撑件的密度优选地为每米长度至少15个支撑件。在优选实施例中，支撑件在喷嘴唇缘的长度上以均匀的间隔隔开。
应当注意，根据本发明的擦拭装置本身为包括主射流和辅助射流的多槽气刀。擦拭装置和气刀的定义可以互换地使用。
气体擦拭装置的长度没有特别的限制，并且应当优选地被选择成使得它可以适应最宽的带材尺寸(典型地高达2500mm)。
为了获得较低的涂层重量，多槽气刀的布置应当使得主射流和辅助射流的中心线在带材上的同一点处重合。这可能受到刀至带材的距离(Z)、内部喷嘴唇缘的角度α、外部喷嘴唇缘的角度β、主喷嘴的间隙宽度(d)、辅助喷嘴的间隙宽度(da)以及主射流与辅助射流之间的间距(a)的影响。
在一个实施例中，气体擦拭装置的喷嘴构件的内部部件和外部部件可拆卸地连接。这容许容易地更换喷嘴，并且具有可以根据所需规格容易地调节辅助喷嘴的间隙宽度da的优点。辅助喷嘴的间隙宽度da可以由外部喷嘴唇缘的外部端处的偏移或外部喷嘴唇缘的凹陷确定。优选地，为了易于制造，外部部件本身被制成一件。
在一个实施例中，喷嘴构件可拆卸地连接。这容许容易地更换喷嘴，并且容许例如通过改变垫片而容易地调节主喷嘴的间隙d。
这样，喷嘴系统可以由可以容易地组装在一起的四个模块化部件制成。
在优选实施例中，内部喷嘴唇缘以从中心线测量的在10-20°的范围内的角度α倾斜。角度α优选地在10-20°的范围内、更优选地为15°，从而可以在带材上获得最高冲击压力。
在优选实施例中，外部喷嘴唇缘以从中心线测量的在20-40°的范围内的角度β倾斜。角度β优选地在10-20°的范围内、更优选地为15°，从而可以在带材上获得最高冲击压力。
在优选实施例中，两个喷嘴构件为彼此的镜像。通过具有两个互为镜像的喷嘴构件，制造过程变得更容易。另外，这样的构造将产生稳定的空气流。
在优选实施例中，外部部件中的多个支撑件在喷嘴开口处被以在4-12°的范围内的角度斜切，以便减少涡流脱落，这对应于在8-24度的范围内的封装角度。优选地，支撑件被以在6-10°的范围内的、最优选地为8°的角度斜切。
在优选实施例中，第一细长开口被进给以第一加压气体，并且辅助细长开口被进给以第二加压气体。辅助射流中的气体流优选地低于至主射流的气体流。优选地，第二加压气体的气体流为主射流的气体流的20％。
为了提供单独的气体流，可以提供流调节机构。由于辅助射流直接附接于主喷嘴上，所以具有用于主喷嘴和辅助喷嘴的单独的气体进给的气刀设计是优选的。这可以通过向喷嘴添加套管来实现，所述套管可以将擦拭气体引导至喷嘴。优选地，为主喷嘴和辅助喷嘴的加压气体提供单独的进给通道。
在优选实施例中，气体擦拭装置包括具有两个隔室的套管，所述套管被构造成使得第一加压气体被通过第一隔室引导至第一细长开口，并且第二加压气体被通过第二隔室引导至辅助细长开口。套管可以安装至喷嘴以引导擦拭气体以将擦拭气体引导至喷嘴。
可以从气刀的一侧或两侧或者从背部进给主射流。可以从背部或从一侧或两侧、或者从气刀的顶部进给辅助射流。优选地，在套管的外侧处提供一种擦拭气体，并且经由背部提供另一种擦拭气体，因为这种设置将适合大多数热浸镀锌设备的构造。
优选地，套管包括在外侧处的与所述第一隔室流体连接的气体入口。优选地，气体擦拭装置的套管包括在背部处的与第二隔室流体连接的气体入口，以向辅助射流供应擦拭气体，以防止过高的最大气体速度和压降。已经选择在套管的两侧进给用于主射流的擦拭气体以及从背部进给用于辅助射流的擦拭气体。因为从侧面进给辅助喷嘴可能会导致过高的最大气体速度和压降。
在优选实施例中，套管的第一隔室包括校准机构。在主喷嘴之前，优选地添加校准机构，以破坏存在于至主喷嘴的流中的涡流。优选地，增加校准孔，以在进入主喷嘴之前破坏存在于流中的涡流。
在优选实施例中，套管的第二隔室包括多个支撑件。所述多个支撑件将在至辅助喷嘴的管道中实现更高的刚度，从而确保更稳定的空气流。
在优选实施例中，套管的多个支撑件与喷嘴构件的外部部件的多个支撑件对准。通过对准所述支撑件，空气流将为最稳定的。
在优选实施例中，套管的多个支撑件在背部处的气体入口处被斜切以减少涡流。优选地，套管的多个支撑件被以在4-12°的范围内的、更优选地在6-10°的范围内的、最优选地为8°的角度斜切。
在优选实施例中，第一加压流体与第二加压流体的雷诺数之比在2∶1至10∶1的范围内、优选地在4∶1至8∶1的范围内、最优选地为6∶1。加压流体没有特别的限制并且可以为空气、氮气、CO2、或氩气。优选地，加压流体为空气或氮气。
附图说明
通过以下附图进一步解释说明本发明。
图1示出根据本发明的擦拭装置的喷嘴系统的示例性实施例。
图2示出图1的示例性实施例的细节B和G。
图3示出根据本发明的擦拭装置的示例性实施例。
具体实施方式
图1示出根据本发明的擦拭装置的喷嘴系统的示例性实施例的分解图。喷嘴系统包括两个喷嘴构件10a和10b，所述两个喷嘴构件各自包括两个内部部件和两个外部部件。每个内部部件包括内部喷嘴唇缘1a、1b和两个外部端3a、3b，从而形成封壳。内部部件利用垫片(8)可拆卸地连接。通过改变垫片的尺寸，可以设定第一细长开口的间隙d。间隙d通常在0.5-5.0mm之间，并且根据最终产品的涂层要求设定。每个外部部件包括外部喷嘴唇缘2a、2b、两个外部端4a、4b以及多个支撑件5a、6a、7a。多个支撑件优选地垂直于外部喷嘴唇缘。支撑件各自具有0.4-20mm的宽度，并且优选地在擦拭装置的长度上均匀地隔开，以为擦拭装置提供刚度。外部部件例如利用穿过支撑件的紧固件可拆卸地连接至相应的内部部件。辅助细长开口的间隙宽度da由外部喷嘴唇缘处的外部端处的偏移或外部喷嘴唇缘的凹陷限定。通过改变偏移和/或凹陷的尺寸，例如通过更换外部部件，可以设定辅助细长开口的间隙da。间隙da通常在0.1-1.5mm之间，并且根据最终产品的涂层要求制造。
如本领域技术人员众所周知的，可以经由铣削、模制、3d打印等制造内部部件和外部部件。为了实现所需的间隙以及为了添加用于刚度的支撑件，外部部件优选地由低碳钢机械加工而成。外部部件被垂直于喷嘴开口的用于刚度的支撑件分成多个部段。这些支撑件可以用于将外部部件安装至内部部件。支撑件优选地在喷嘴开口处被以8度的角度斜切(图2，细节G，俯视图)，以防止涡流脱落。可以对辅助喷嘴上的射流开口进行铣削以实现所需的间隙da。在机械加工/铣削之后，可以对外部部件进行处理以硬化表面。
为了在带材上实现高冲击压力，并且因此实现高擦拭效率，内部喷嘴唇缘相对于中心线50成15°的角度α，并且外部喷嘴唇缘相对于中心线50成30°的角度β(图2，细节B，侧视图)。可以在喷嘴开口处对喷嘴唇缘进行铣削，以获得主喷嘴的期望的间隙宽度(d)、辅助喷嘴的期望的间隙宽度(da)以及主射流与辅助射流之间的间距(a)。在图2的细节B中，喷嘴唇缘被铣削成使得主喷嘴间隙宽度为1.0-1.5mm，辅助喷嘴间隙宽度为1.0-1.5mm，并且间距(a)为1mm。
图3示出根据本发明的擦拭装置的示例性实施例，所述擦拭装置包含具有两个隔室的套管，所述套管被构造成使得第一加压流体(23)被经由套管的外侧通过第一隔室(13)引导至第一细长开口，并且第二加压流体(24)被经由套管的背部通过第二隔室(13)引导至辅助细长开口。在该特定实施例中，孔被用作第一隔室中的校准机构，以破坏存在于至主喷嘴的流中的涡流。第二隔室包括支撑件，所述支撑件优选地与喷嘴系统的外部部件的支撑件对准。如本领域技术人员所公知的，套管可以附接至擦拭装置。一种可能性是利用紧固件穿过支撑件中的开口(9)来紧固喷嘴系统和套管。
根据本发明的擦拭装置的模块化设计产生可以被容易地组装和拆卸并且可以被用于商业镀锌线中的装置。此外，擦拭装置可以被进给以两股单独的空气流，并且具有足够的刚度。
Claims (15)
1.一种用于控制移动的金属带材上的熔融金属涂层的厚度的多槽气体擦拭装置，包括：
●喷嘴系统，所述喷嘴系统具有带有第一细长开口的主喷嘴和各自带有辅助细长开口的两个辅助喷嘴，其中所述主喷嘴和辅助喷嘴平行地布置，并且
●其中所述喷嘴系统包括利用垫片(8)附接在一起的两个喷嘴构件(10a，10b)，从而限定具有间隙宽度d的第一细长开口，并且
●其中每个喷嘴构件包括内部部件和外部部件，从而限定具有间隙宽度da的辅助细长开口，并且
●其中每个内部部件包括内部喷嘴唇缘(1a，1b)和在所述内部喷嘴唇缘处的两个外部端(3a，3b)，并且
●其中每个外部部件包括外部喷嘴唇缘(2a，2b)、在所述外部喷嘴唇缘处的两个外部端(4a，4b)以及多个支撑件(5a，6a，7a)，其中所述多个支撑件以垂直于所述外部喷嘴唇缘的取向集成于所述外部喷嘴唇缘(2a，2b)中。
2.根据权利要求1所述的气体擦拭装置，其中，所述喷嘴构件的内部部件和外部部件可拆卸地连接。
3.根据权利要求2或3所述的气体擦拭装置，其中，所述喷嘴构件可拆卸地连接。
4.根据权利要求1所述的气体擦拭装置，其中，所述辅助细长开口的间隙宽度da优选地在0.2-3mm之间、更优选地在0.3-1.5mm之间，并且其中所述辅助细长开口的间隙宽度da由所述外部喷嘴唇缘处的外部端处的偏移或者由所述外部喷嘴唇缘的凹陷限定。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的气体擦拭装置，其中，所述外部部件被制成一件。
6.根据上述权利要求中的任一项所述的气体擦拭装置，其中，所述内部喷嘴唇缘呈从中心线(50)测量的在10-20°的范围内的角度α，和/或其中所述外部喷嘴唇缘呈从中心线(50)测量的在20-40°的范围内的角度β。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的气体擦拭装置，其中，所述多个支撑件在所述喷嘴开口处被以在4-12°的范围内的角度斜切。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的气体擦拭装置，其中，所述第一细长开口被进给以第一加压流体，并且所述辅助细长开口被进给以第二加压流体。
9.根据权利要求8所述的气体擦拭装置，进一步包括具有两个隔室的套管，所述套管被构造成使得所述第一加压流体被通过第一隔室(13)引导至所述第一细长开口，并且所述第二加压流体被通过第二隔室(14)引导至所述辅助细长开口。
10.根据权利要求9所述的气体擦拭装置，其中，所述套管包括在外侧处的与所述第一隔室流体连接的气体入口(23)。
11.根据权利要求9或10所述的气体擦拭装置，其中，所述套管的第一隔室包括用于减少涡流的校准机构。
12.根据权利要求9-11中的任一项所述的气体擦拭装置，其中，所述套管包括在背部处的与所述第二隔室流体连接的气体入口(24)。
13.根据权利要求9-12中的任一项所述的气体擦拭装置，其中，所述套管的第二隔室包括多个支撑件。
14.根据权利要求13所述的气体擦拭装置，其中，所述套管的多个支撑件与所述喷嘴构件的外部部件的多个支撑件对准。
15.根据权利要求13或14所述的气体擦拭装置，其中，所述套管的多个支撑件在背部处的气体入口处被斜切。
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