DE10014867A1 - Verfahren und Einrichtung zum Schmelztauchbeschichten von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Schmelztauchbeschichten von Metallsträngen, insbesondere von StahlbandInfo
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Abstract
Ein Verfahren zum Schmelztauchbeschichten von Metallsträngen (1), insbesondere von Stahlband, bei dem der Metallstrang (1) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (2) hindurch geführt wird, in dem durch ein elektromagnetisches Wanderfeld im Beschichtungsmetall Induktionströme induziert werden, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls bewirken, wird dahingehend ausgeübt, dass zum Stabilisieren einer mittigen Lage des Metallstrangs (1) im Führungskanal (2) bzw. im Induktor (3) das elektromagnetische Feld senkrecht zur Metallstrang-Oberfläche (1a) kontinuierlich korrigiert wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Schmelztauchbe
schichten von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, bei dem der Metallstrang
vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter
und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurch geführt wird, in dem durch
ein elektromagnetisches Wanderfeld im Beschichtungsmetall Induktionsströme indu
ziert werden, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine
elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls bewirken.
Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der EP 0 673 444 B1 bekannt. Dort ist allerdings
die Aufgabe gelöst, ein Verfahren zu schaffen, um die Beruhigung der Schmelze im
Führungskanal und auch im Behälter zu erzielen, weil die magnetischen Kräfte un
gleichmäßig verteilt sind und Wirbel entstehen. Die bekannte Lösung besteht hierzu
darin, dass dem Wanderfeld im oberen Bereich, in Behälternähe, des Führungska
nals ein konstantes Gleich- oder Wechselstromfeld entgegengerichtet wird, welches
eine Durchwirbelung im Beschichtungsmetall in diesem Bereich dämpft.
Ein anderes Verfahren sieht vor (WO 96 /03533), mittels um den Führungskanal an
geordneten Feldgeneratoren, ein oszillierendes Feld zu erzeugen. Die induzierten
Kräfte vermögen jedoch lediglich den elektromagnetischen Verschluss des Füh
rungskanals zu verschließen und erfüllen sonst keine weiteren Aufgaben.
Schließlich ist noch ein Verfahren bekannt (JP 5086446), Stahlband mit einem Be
schichtungsmetall zu versehen, wobei das Beschichtungsmetall allerdings seitlich
unter den Induktoren eingeführt und nach oben umgelenkt wird.
Alle bekannten Lösungen befassen sich mit der hydrodynamischen Dichtung des
Beschichtungsmetalls aus dem Behälter nach unten, also mit den grundsätzlich er
forderlichen physikalischen Größen, die das Verfahren als solches erst möglich ma
chen.
Der Einsatz von elektromagnetischen Kräften bewirkt die Induktion von Wirbelströ
men in der Schmelze, die senkrechte resultierende Kräfte in der Schmelze erzeugen.
Die magnetischen Wanderfelder erzeugen Kräfte, die senkrecht zur Metallstrang-
Oberfläche Kräfte erzeugen, die sich für den symmetrischen Fall gerade aufheben,
die jedoch mit abnehmendem Abstand von der Metallstrang-Oberfläche zur Induktor
oberfläche ansteigen. Die symmetrische Lage der Felder zu den Oberflächen des
Metallstrangs ist jedoch in der Praxis gerade ein Ausnahmefall, der selten erreicht
werden kann. Für den normalen Fall, dass der Metallstrang die Mittenlage im Induk
tor verlässt, werden die anziehenden Kräfte hin zum Induktor, auf den dis Startbe
wegung zunächst zuging, größer und zusätzlich verstärkend werden die anziehen
den Kräfte zum Induktor hin, von dem die Startbewegung zunächst wegging, kleiner.
Sofern daher die Lage des Metallstranges im Führungskanal für den magneto
hydrodynamischen Verschluss labil ist, bleibt nur noch der mechanische Längszug,
der während des Prozesses auf dem Metallstrang ruht, der jedoch nicht ausreicht,
den Metallstrang in einer stabilen Mittenlage zu halten.
Diese Lageinstabilität betrifft zum einen die Mittellage des Metallstranges und zum
anderen jedoch auch die Form des Metallstranges parallel zur Stranglaufrichtung im
Führungskanal. Eine in einem Stahlband befindliche leichte Planheitsstörung wird
ebenfalls verstärkt, d. h. ein Cross-Bow im Band wird vergrößert. Erste Versuche ha
ben gezeigt, dass im magneto-hydrodynamischen Verschluss des Führungskanals
Kräfte wirken, die in Kombination mit der Beschichtungstemperatur zu plastischen
Veränderungen der Bandform führen. Neben den Cross-Bow-Fehlern wurden außer
dem S-förmige Bandformfehler parallel zur Bandlaufrichtung festgestellt. Die beob
achteten Kurvenformen der Deformation sind größer oder gleich der 2. Ordnung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einstellmöglichkeit der Lage des
Metallstranges im Führungskanal mit feiner Ortsauflösung quer zur Metallstrang-
Laufrichtung zu schaffen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Stabilisieren
einer mittigen Lage des Metallstrangs im Führungskanal bzw. im Induktor das elek
tromagnetische Feld senkrecht zur Metallstrang-Oberflache kontinuierlich korrigiert
wird. Dadurch wird der Metallstrang oder das Band in stabiler Lage im Führungskanal
gehalten, so dass die geschilderten Schwierigkeiten nicht auftreten können.
In einer Ausgestaltung dieses Grundgedankens wird vorgeschlagen, dass die Kor
rektur des elektromagnetischen Feldes derart erfolgt, dass eine S-Form quer zur
Laufrichtung im Metallstrang erzeugt wird. Dadurch wird das Trägheitsmoment hin
sichtlich einer Krümmung eines Bandes parallel zur Metallstrang-Längsrichtung so
weit erhöht, das das Metallband plan und eben durch den Führungskanal geführt
werden kann.
Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass Korrekturspulen mit dem Wanderfeld der
magneto-hydrodynamischen Induktoren im Gleichgewicht betrieben werden. Dadurch
wird lediglich die Feldstärke lokal auf die Bedürfnisse der Korrektur der Bandlage
eingestellt.
Die Einrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen, insbesondere
von Stahlband, in der der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Be
schichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Füh
rungakanal hindurchführbar ist, in dem mittels eines elektromagnetischen Wanderfel
des im Beschichtungsmetall Induktionsströme induzierbar sind, die in Wechselwir
kung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine elektromagnetische Kraft zum
Zurückhalten des Beschichtungsmetalls ausüben, ist zur Lösung der gestellten Auf
gabe dahingehend gestaltet, dass Korrekturspulen vorgesehen sind, die in die Ma
gnetjoche der Hauptspulen des magneto-hydrodynamischen Induktors eingeordnet
sind. Diese Korrekturspulen erzeugen lokal eine Feldverstärkung bzw. eine Feld
schwächung, die eine Einstellung der Lage des Metallstrangs oder des Bandes an
einer beliebigen Stelle in dem Führungskanal erlauben. Die einstellbare Bandlage in
der Kanaldurchführung ist insbesondere die gerade Durchführung in der Kanalmitte
(Kurvenform 0. Ordnung). Zur Erhöhung der Stabilität sind aber auch Kurvenformen
höherer Ordnung, wie z. B. ein "S" (Kurvenform 3. Ordnung) möglich.
Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwecks Darstellung einer Metall
strang-Kurvenform höherer Ordnung quer zur Metallstrang-Längsrichtung zumindest
zwei Reihen kleinerer Korrekturspulen längs des Metallstrang-Laufweges angeordnet
sind.
Vorteilhaft ist dabei, dass die kleineren Korrekturspulen einzeln ansteuerbar sind.
Dadurch werden die Auflösung und die Genauigkeit gesteigert.
Eine andere Wetterentwicklung besteht darin, dass für jeden einzelnen Korrekturvor
gang eine Messung der Lage des Metallstrangs im Führungskanal durchführbar ist.
Eine weitere Besonderheit ist dadurch gegeben, dass die Korrekturen mittels der
Korrekturspulen aufgrund eines Regelkreises ausführbar sind. Diese Maßnahme
trägt ebenfalls zur Genauigkeit der Bandlage in der Kanaldurchführung bei.
Eine weitere Steigerung der Genauigkeit des Messverfahrens ergibt sich noch da
durch, dass jeder Korrekturspule ein gesonderter Regelkreis zugeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht ferner darin, dass mehr als zwei elektroma
gnetische Korrekturspulen in jeweils zumindest zwei Reihen von Korrekturspulen
längs des Metallstrang-Laufweges angeordnet sind. Die lokalen elektromagnetischen
Feldkorrekturen eröffnen die Möglichkeiten, kleinere Störungen der Planheit eines
Bandes, wie die beobachteten Cross-Bows bzw. S-Formen längs der Bandrichtung
auszugleichen und damit dauerhafte Deformationen des Bandes im Führungskanal
zu vermeiden. Diese Korrekturen stellen einen erheblichen Vorteil dar.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung
dargestellt, an der auch das Verfahren erläutert werden kann, und die nachstehend
näher erklärt wird.
Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch den Induktor, der das Prinzip der Erfindung zeigt,
Fig. 2 einen Schnitt durch zwei Induktoren mit zwei Gruppen von Korrekturspulen
zur Einstellung der S-Form quer zur Metallstrang-Längsrichtung,
Fig. 3 einen Schnitt durch zwei Induktoren mit jeweils zwei Reihen von Korrektur
spulen,
Fig. 4 einen Schnitt wie Fig. 3 durch zwei Induktoren mit einer vergrößerten Anzahl
von Korrekturspulen in zwei Reihen und
Fig. 5 einen Plan der Anordnung der Korrekturspulen innerhalb einer Reihe.
Das Verfahren zum Schmelztauchbeschichten von Metallsträngen 1, insbesondere
von Stahlband (wie gezeichnet), bei dem der Metallstrang 1 vertikal durch einen das
geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter (nicht gezeichnet) und
durch einen vorgeschalteten Führungskanal 2 hindurch geführt wird, in dem durch
ein elektromagnetisches Wanderfeld im Beschichtungsmetall Induktionsströme indu
ziert werden, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine
elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls bewirken, wird
derart ausgeübt (Fig. 1), dass zum Stabilisieren einer mittigen Lage des Metall
strangs 1 im Führungskanal 2 bzw. in einem Induktor 3 das elektromagnetische Feld
senkrecht zur Metallstrang-Oberfläche 1a kontinuierlich korrigiert wird. Dabei kann
die Korrektur des elektromagnetischen Feldes dahingehend erfolgen, dass eine S-
Form (Fig. 2) quer zur Laufrichtung 4 im Metallstrang 1 erzeugt wird.
Die gemäß den Fig. 1 und 2 in einem Induktor 3 gegenüber von Magnetjochen 7 der
Hauptspule 6 in Spulen-Ausnehmungen 6a eingebauten Korrekturspulen 5 korrigie
ren das Feld kontinuierlich.
Zwecks Darstellung einer Metallstrang-Kurvenform höherer Ordnung quer zur Metall
strang-Längsrichtung 1b sind zumindest zwei Reihen 8 kleinerer Korrekturspulen 5
längs des Metallstrang-Laufweges 1c angeordnet (vgl. Fig. 3). Die kleineren Korrek
turspulen 5 sind einzeln ansteuerbar und für jeden einzelnen Korrekturvorgang wird
eine Messung der Lage des Metallstrangs 1 im Führungskanal 2 durchgeführt. Die
Korrekturen werden mittels der Korrekturspule 5 aufgrund eines (nicht näher darge
stellt) Regelkreises ausgeführt. Jeder Korrekturspule 5 ist ein gesonderter Regelkreis
zugeordnet. Gemäß Fig. 4 sind zumindest fünf elektromagnetische Korrekturspulen 5
in jeweils zumindest zwei Reihen 8 aus Korrekturspulen 5 längs des Metallstrang-
Laufwegs 1c angeordnet.
In Fig. 5 ist die erste Gruppe der Korrekturspulen 5 auf einer Seite des Führungska
nals 2 und die zweite Gruppe auf der anderen Seite symmetrisch angeordnet. Die
Hauptspulen 6 des 3phasigen Systems liegen jeweils in Spulen-Ausnehmungen 6a.
Die in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Anordnung ist in einem Gehäuse 9 eingebaut und
umschlossen.
In Fig. 1 ist eine Anordnung der magnetischen Feldkorrekturen mittels der Korrektur
spulen 5 gezeigt, die den Raum des Magnetjochs 7 für den Einbau ausnutzt. Die in
den Fig. 2 bis 4 dargestellte Anordnung von zwei Korrekturspulen-Reihen 8 dient je
weils zur Einstellung der S-Form quer zum Metallstrang-Laufweg 1c.
1
Metallstrang
1
a Metallstrang-Oberfläche
1
b Metallstrang-Längsrichtung
1
c Metallstrang-Laufweg
2
Führungskanal
3
Induktor
4
Laufrichtung
5
Korrekturspule
6
Hauptspule
6
a Spulen-Ausnehmung
7
Magnetjoch
8
Reihe der Korrekturspule
9
Gehäuse
Claims (10)
1. Verfahren zum Schmelztauchbeschichten von Metallsträngen, insbesondere
von Stahlband, bei dem der Metallstrang vertikal durch einen das geschmol
zene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorge
schalteten Führungskanal hindurchgeführt wird, in dem durch ein elektroma
gnetisches Wanderfeld im Beschichtungsmetall Induktionsströme induziert
werden, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine
elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls bewir
ken,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Stabilisieren einer mittigen Lage des Metallstrangs im Führungska
nal bzw. im Induktor das elektromagnetische Feld senkrecht zur Metallstrang-
Oberfläche kontinuierlich korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Korrektur des elektromagnetischen Feldes derart erfolgt, dass eine
S-Form quer zur Laufrichtung im Metallstrang erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass Korrekturspulen mit dem Wanderfeld der magneto-hydrodynamischen
Induktoren im Gleichgewicht betrieben werden.
4. Einrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen, insbesondere
von Stahlband, in der der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene
Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalte
ten Führungskanal hindurchführbar ist, in dem mittels eines elektromagneti
schen Wanderfeldes im Beschichtungsmetall Induktionsströme induzierbar
sind, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine
elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls aus
üben,
dadurch gekennzeichnet,
dass Korrekturspulen (5) vorgesehen sind, die in die Magnetjoche (7) der
Hauptspulen (6) des magneto-hydrodynamischen Induktors (3) eingeordnet
sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwecks Darstellung einer Metallstrang-Kurvenform höherer Ordnung
quer zur Metallstrang-Längsrichtung (1b) zumindest zwei Reihen (8) kleinerer
Korrekturspulen (5) längs des Metallstrang-Laufweges (1c) angeordnet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die kleineren Korrekturspulen (5) einzeln ansteuerbar sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass für jeden einzelnen Korrekturvorgang eine Messung der Lage des Me
tallstrangs (1) im Führungskanal (2) durchführbar ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Korrekturen mittels der Korrekturspulen (5) aufgrund eines Regel
kreises ausführbar sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Korrekturspule (5) ein gesonderter Regelkreis zugeordnet ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehr als zwei elektromagnetische Korrekturspulen (5) in jeweils zumin
dest zwei Reihen (8) von Korrekturspulen (5) längs des Metallstrang-
Laufweges (1c) angeordnet sind.
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