EP0659897A1 - Process for the controlled regulation of an apparatus for coating of strip material - Google Patents
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- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/14—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness
- C23C2/24—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness using magnetic or electric fields
Definitions
- Such a system is described for example in DE 42 08 578 A1.
- the container which holds the molten coating material there is provided with a bottom-side through opening for the strip to be coated, which is sealed by an electromagnetic pump.
- This pump generates an electromagnetic force that is equal to or greater than the metallostatic pressure in the opening of the passage. This prevents the molten coating material from leaking through the passage.
- the prior art provides for the molten coating material to be kept in motion during the passage of the belt and to be circulated with the exclusion of atmospheric oxygen.
- FIG 1 the electrical circuit is shown roughly schematically.
- three-phase current is fed into the system from the networks 6 or 7, which is fed to the two inverters 19 and 20, which emit their output signals directly to the coils 4, 5 or 17, 18.
- the inverters 19, 20 enable the frequency, amplitude and also the shape to be changed in the manner described above. With respect to both inverters 19, 20, the phase positions can also be shifted relative to one another.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum prozeßgerechten Regeln einer Anlage zum Beschichten von bandförmigem Gut, bei der ein Metallband durch einen das geschmolzene Überzugsmaterial aufnehmenden Behälter hindurchgeführt wird, der unterhalb des Schmelzbadspiegels einen Durchführkanal aufweist, in dem durch ein elektromagnetisches Wanderfeld im Überzugsmaterial Induktionsströme induziert werden, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Wanderfeld eine elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten des Überzugsmaterial hervorrufen.The present invention relates to a method for process-appropriate control of a system for coating strip-shaped material, in which a metal strip is passed through a container which holds the molten coating material and which has a passage channel below the melt pool level, in which induction currents are induced in the coating material by an electromagnetic traveling field which, in interaction with the traveling electromagnetic field, produce an electromagnetic force for retaining the coating material.
Eine derartige Anlage ist beispielsweise in der DE 42 08 578 A1 beschrieben. Der dort schmelzflüssiges Überzugsmaterial aufnehmende Behälter ist mit einer bodenseitigen Durchführungsöffnung für das zu beschichtende Band versehen, die durch eine Elektromagnetpumpe abgedichtet ist. Diese Pumpe erzeugt eine elektromagnetische Kraft, die gleich groß oder größer als der metallostatische Druck in der Öffnung des Durchlaßkanals ist. Dadurch wird das schmelzflüssige Überzugsmaterial daran gehindert, durch den Durchlaßkanal auszulaufen. Desweiteren sieht der Stand der Technik vor, das schmelzflüssige Überzugsmaterial während des Durchlaufs des Bandes in Bewegung zu halten und unter Abschluß von Luftsauerstoff umzuwälzen.Such a system is described for example in DE 42 08 578 A1. The container which holds the molten coating material there is provided with a bottom-side through opening for the strip to be coated, which is sealed by an electromagnetic pump. This pump generates an electromagnetic force that is equal to or greater than the metallostatic pressure in the opening of the passage. This prevents the molten coating material from leaking through the passage. Furthermore, the prior art provides for the molten coating material to be kept in motion during the passage of the belt and to be circulated with the exclusion of atmospheric oxygen.
Das zum Zurückhalten und Umwalzen des Überzugsmaterials benutzte Wanderfeld, mit dem Induktionsströme in den Durchführkanal induziert werden ist netzgespeist, d. h. in der Regel steht es mit dem vorhandenen Drehstromnetz in Verbindung. Das Netz wird mit einer konstanten Netzfrequenz betrieben, beispielsweise 50 Hertz. Mögliche Veränderungen beschränken sich auf den Strom und die Spannung, was in vielen Fällen nicht ausreicht.The traveling field used to hold back and roll over the covering material, with which induction currents are induced in the feed-through channel, is fed from the mains, i. H. as a rule, it is connected to the existing three-phase network. The network is operated at a constant network frequency, for example 50 Hertz. Possible changes are limited to the current and voltage, which in many cases is not sufficient.
Es hat sich gezeigt, daß beim Durchlaufbeschichten von Bändern, die durch den Durchführkanal in den Behälter geführt werden, eine in etwa gleichmäßige Temperatur gehalten werden kann. Tritt eine Störung in der Anlage auf und muß das bandförmige Gut vorübergehend angehalten werden, so muß sichergestellt sein, daß der "elektromagnetische Verschluß" erhalten bleibt, d. h. das Wanderfeld muß auch im Stillstand der Anlage verhindern, daR die Flüssigkeit ausläuft. Zum Halten des Flüssigkeitsspiegels wird nicht die volle Leistung des Wanderfeldes benötigt, trotzdem heizt sich das Überzugsmaterial kontinuierlich in unzulässiger Weise auf, dem wegen fehlender Regelungsmöglichkeiten nur durch Ablassen bzw. Abpumpen des flüssigen Überzugsmaterials oder durch einen separaten Umlauf mit Kühlung begegnet werden kann.It has been shown that during the continuous coating of strips which are fed through the through-channel into the container, an approximately uniform temperature can be maintained. If a fault occurs in the system and the belt-like material has to be temporarily stopped, it must be ensured that the "electromagnetic lock" is maintained, ie the traveling field must also prevent the liquid from leaking when the system is at a standstill. The full performance of the traveling field is not required to maintain the liquid level, but the coating material heats up continuously in an inadmissible manner, which, due to the lack of control options, can only be countered by draining or pumping off the liquid coating material or by a separate circulation with cooling.
Ausgehend von den geschilderten Problemen und Nachteilen des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren zum prozeßgerechten Regeln einer gattungsgemäßen Anlage zu finden, mit dem das elektromagnetische Wanderfeld im Bereich des Durchführkanals umfassend einstellbar ist. Die die Anlage beeinflußenden Parameter sollen in weiten Grenzen veränderbar sein, um gleichmäßige Verhältnisse während des gesamten Prozeßes einzustellen.Based on the described problems and disadvantages of the prior art, the object of the present invention is to find a method for the process-oriented control of a generic system, with which the electromagnetic traveling field in the area of the feed-through channel can be comprehensively adjusted. The parameters influencing the system should be able to be changed within wide limits in order to set uniform conditions during the entire process.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das elektromagnetische Wanderfeld über mindestens einen Wechselrichter mit Ausgangssignalen gespeist wird, deren Frequenz veränderbar ist und/oder deren Amplitude und Form einstellbar sind.To achieve the object, it is proposed according to the invention that the electromagnetic traveling field is fed via at least one inverter with output signals whose frequency can be changed and / or whose amplitude and shape can be adjusted.
Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht also in der Verwendung eines oder mehrerer Wechselrichter, die es ermöglichen, mindestens die Frequenz, mit der das elektromagnetische Wanderfeld gespeist wird, zu verandern. Durch diese Veranderungsmöglichkeit kann die Anlage den jeweiligen Prozeßzuständen angepaßt werden, die Leistung des "elektromagnetischen Verschlußes" kann im Fall von Anlagenstillständen problemlos reduziert und den notwendigen Gegebenheiten angepaßt werden, so daß eine nachteilige Erwärmung des Überzugsmaterials vermieden wird. Ebenso können Anpassungen an unterschiedliche Durchlaufgeschwindigkeiten gleichermaßen vorgenommen werden, wie Veränderungen der Spannung aber auch der Form des Ausgangssignals des Wechselrichters, so daß die Anlage in breiten Grenzen steuerbar wird.The essence of the present invention therefore consists in the use of one or more inverters which make it possible to change at least the frequency with which the traveling electromagnetic field is fed. With this possibility of modification, the system can be adapted to the respective process conditions, the performance of the "electromagnetic lock" can be easily reduced in the event of system downtimes and adapted to the necessary conditions, so that disadvantageous heating of the coating material is avoided. Likewise, adjustments to different throughput speeds can be made equally, such as changes in the voltage but also the shape of the output signal of the inverter, so that the system can be controlled within wide limits.
Es ist sogar möglich, daß bei Verwendung mehrerer Wechselrichter die Phasen der Ausgangssignale gegeneinander verschiebbar sind und dadurch weitgehend Einfluß auf die Verhältnisse im Wanderfeld genommen werden kann.It is even possible that if several inverters are used, the phases of the output signals can be shifted against each other and thus largely influence the conditions in the traveling field.
Vorzugsweise erfolgt die Speisung der Wechselrichter mit gleichgerichtetem Netzstrom aus mindestens einem Netz und/oder es wird zur Speisung der Wechselrichter eine Batteriespannung angelegt. Der vorhandene Netzstrom wird in diesem Fall zunächst in einen Gleichstrom umgerichtet, der in dem nachgeschalteten Wechselrichter in den frequenzregelbaren Wechselstrom zurückgeführt wird. In die Gleichrichterebene kann bei Störungen im Netz problemlos in bekannter Weise eine Batteriespannung eingespeist werden, so daß im Notfall die Anlage batteriebetrieben bis zum Abschalten weitergeführt werden kann.The inverters are preferably supplied with rectified mains current from at least one network and / or a battery voltage is applied to supply the inverters. In this case, the existing mains current is first converted into a direct current, which is fed back into the frequency-controllable alternating current in the downstream inverter. In the rectifier level, a battery voltage can be fed in in a known manner in the event of faults in the network, so that in an emergency the system can be operated battery-operated until it is switched off.
Da der Flüssigkeitsstand im Behälter und/oder im Durchführkanal wesentlichen Einfluß auf die Verhältnisse hat, die durch das elektromagnetische Wanderfeld beeinfluß werden, ist es sinnvoll, den Flüssigkeitsstand sensorisch zu erfassen und zur Steuerung der Menge des flüssigen Überzugsmaterials zu verwenden. Das Nachfüllen kann dabei beispielsweise automatisch aus einem Vorratsbehälter erfolgen, wenn ein Sensor ein Absinken des Flüssigkeitsspiegels erfaßt.Since the liquid level in the container and / or in the lead-through channel has a significant influence on the conditions which are influenced by the electromagnetic traveling field, it is sensible to detect the liquid level by sensors and to use it to control the amount of the liquid coating material. Refilling can take place automatically, for example, from a storage container when a sensor detects a drop in the liquid level.
Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung können auch Badturbulenzen im flüssigen Überzugsmaterial sensorisch erfaßt und zusammen mit den erfaßten, den Flüssigkeitsstand im Behälter und/oder Durchführkanal darstellenden Daten in einer Logikschaltung verarbeitet und zur Veränderung der Frequenz oder Amplitude des den Wechselrichter verlassenden Ausgangssignales verwendet werden.According to another proposal of the invention, bath turbulence in the liquid coating material can be sensed and processed together with the detected data representing the liquid level in the container and / or through-channel in a logic circuit and used to change the frequency or amplitude of the output signal leaving the inverter.
Auf diese Weise läßt sich die Veränderbarkeit des Ausgangssignals aus dem Wechselrichter in einen automatischen Ablauf integrieren, mit dem die Anlage prozeßgerecht gefahren wird.In this way, the changeability of the output signal from the inverter can be integrated into an automatic sequence with which the system is operated in a process-oriented manner.
Wie eingangs erläutert, kann sich die Temperatur im Durchführkanal aber auch im Behälter verändern, wenn das Wanderfeld mehr Leistung induziert, als in einem momentanen Zustand des Prozeßes benötigt wird. Die Erfindung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Frequenz des den Wechselricher verlassenden Ausgangssignales in Abhängigkeit von der im Durchlaufkanal und/oder Behälter gemessene Temperatur zu verändern, so daß ein ungewolltes Aufheizen des Überzugsmaterials verhindert wird.As explained at the beginning, the temperature in the lead-through channel can also change in the container if the traveling field induces more power than is required in a current state of the process. The invention advantageously makes it possible to change the frequency of the output signal leaving the inverter as a function of the temperature measured in the flow channel and / or container, so that undesired heating of the coating material is prevented.
In weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Wanderfeld auf mehrere einzeln gespeiste Spulengruppen aufgeteilt werden. So ist es denkbar, den Durchführkanal mit mehreren Spulen zu umgeben, von denen einzelne nur der Temperatursteuerung des Überzugsmaterials und andere nur als "magnetischer Verschluß" wirken.In a further embodiment of the invention, the traveling field can be divided into several individually fed coil groups. It is conceivable to surround the feed-through channel with several coils, some of which only act as a temperature control for the coating material and others only as a "magnetic closure".
Auch ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung möglich, die Amplituden bzw. Frequenzen mehrerer Wechselrichter zu überlagern, um dadurch noch größere Variationen für die Steuerung der Anlage zu erreichen.In one embodiment of the invention, it is also possible to superimpose the amplitudes or frequencies of a plurality of inverters in order to achieve even greater variations for the control of the system.
Schließlich können erfindungsgemäß zur Einstellung der Temperatur im Durchführkanal und/oder Behälter ein oder mehrere Induktoren verwendet werden, deren Frequenzen einstellbar sind. Dadurch lassen sich gezielte Temperaturänderungen im System einstellen.Finally, according to the invention, one or more inductors, the frequencies of which can be set, can be used to adjust the temperature in the lead-through channel and / or container. This allows targeted temperature changes in the system to be set.
In bekannter Weise sind alle Metalloberflächen der Anlage durch eine Schutzgasflutung an Oxidationen gehindert. Als Schutzgas kommt beispielsweise Stickstoff in Frage, das in den abgedeckten Behälter oder in den Durchführschlitz des Durchführkanals geleitet wird.In a known manner, all metal surfaces of the system are prevented from oxidizing by an inert gas flooding. For example, nitrogen can be used as the protective gas, which is passed into the covered container or into the feed-through slot of the feed-through channel.
Auch können bekannte Heizungen oder Kuhlungen für das schmelzflüssige Überzugsmaterial verwendet werden, mit denen die Temperaturen zusätzlich gesteuert werden können.Known heaters or coolers can also be used for the molten coating material, with which the temperatures can also be controlled.
Die Induktoren sowie der Durchführkanal und/oder Behälter können in horizontaler und/oder vertikaler Richtung oszillierend betrieben werden, um die Beeinflußung des Überzugsmaterials und dessen Aufbringung auf das Band zu verbessern.The inductors and the feed-through channel and / or container can be operated in an oscillating manner in the horizontal and / or vertical direction in order to improve the influencing of the coating material and its application to the belt.
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist anhand einer Zeichnungsskizze erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1
- grob schematisch eine mögliche Schaltung von zwei Wechselrichtern auf zwei Induktoren und
- Fig. 2
- eine grob schematische Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Anlage.
- Fig. 1
- roughly schematically a possible circuit from two inverters to two inductors and
- Fig. 2
- a rough schematic sectional view through a system according to the invention.
In der Figur 2 ist mit 1 das zu beschichtende Band bezeichnet, welches den Behälter 2 von unten nach oben durchläuft. Der Behälter 2 ist mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial, beispielsweise Zink gefüllt, durch das das Band 1 durch den Durchführkanal 3, der das Band 1 allseitig umschließt, hindurchgeführt ist. Um zu verhindern, daß das schmelzflüssige Überzugsmaterial aus dem Behälter 2 ausläuft, ist der Durchführkanal von Induktoren 4 und 5 umgeben, die ein Wanderfeld in bekannter Weise erzeugen, mit dem in Folge der elektromagnetischen Kräfte das Überzugsmaterial am Ausfließen gehindert wird.In FIG. 2, 1 denotes the strip to be coated, which passes through the
Zusätzliche Induktoren 17, 18 können diesen Effekt unterstützen, gezielt zur Temperatureinstellung verwendet werden aber auch eingesetzt werden, um mittels magnetischer Kraft, eine Zentrierung des Bandes 1 im Durchführkanal 3 und damit dessen Stabilisierung zu bewirken.
Bevor die Zeichnungsfigur 2 weiter erläutert wird, wird auf Figur 1 hingewiesen, in der die elektrische Schaltung grob schematisch dargestellt ist. Alternativ wird aus den Netzen 6 oder 7, je nach Stellung der Schalter 9, beispielsweise Drehstrom in das System eingespeist, der den beiden Wechselrichtern 19 und 20 zugeführt wird, die ihre Ausgangssignale unmittelbar an die Spulen 4, 5 oder 17, 18 abgeben. Dabei ermöglichen die Wechselrichter 19, 20 in der vorstehend beschriebenen Weise die Veränderung von Frequenz, Amplitude und auch der Form. Bezogen auf beide Wechselrichter 19, 20 können auch die Phasenlagen zueinander verschoben werden.Before the figure 2 is further explained, reference is made to Figure 1, in which the electrical circuit is shown roughly schematically. Alternatively, depending on the position of the
Es ist aber auch möglich, mit Hilfe einer bekannten Login-Schaltung 13 eine Batterie 8 dem Wechselrichter 19 zuzuschalten, um im Falle des Ausfalls des Netzes die Induktoren, d. h. das Wanderfeld zu speisen. Die Batteriespannung wird im Wechselrichter in Wechselspannung umgeformt und kann in erfindungsgemäßer Weise geregelt werden.However, it is also possible to connect a
Aus der Zeichnungsfigur 2 sind verschiedene Sensoren zu entnehmen, von denen ein unterer Sensor 10 der Überwachung des im Durchführkanal befindlichen Überzugsmaterials und dessen Füllstand ebenso dient, wie der Sensor 11, mit dem der obere Badspiegel des Überzugsmaterials erfaßt werden kann. Mit Hilfe eines weiteren Sensors 14 lassen sich Turbulenzen im Überzugsmaterial erkennen, die auf eine falsch eingestellte Frequenz im Wanderfeld hindeuten. Vorzugsweise wird beim Erfassen von Turbulenzen ein Signal über eine nicht dargestellte Logik an den Wechselrichter gegeben, um die Frequenz zu verändern. Ein weiterer Sensor 15 kann unmittelbar im Durchführkanal 3 den Flüssigkeitsstand erfassen. Mit einer Meßeinrichtung 16 läßt sich die Temperatur im schmelzflüssigen Überzugsmaterial erfassen und ebenfalls zur Einstellung der Pulsfrequenz verwenden, in dem das verarbeitete Meßsignal dem Wechselrichter zugeleitet wird.From the drawing figure 2 various sensors can be seen, of which a
Die zusätzlichen Spulen 17 und 18 im oberen Bereich des Durchführkanals 3 können der zusätzlichen Erwärmung und Temperatursteuerung im oberen Bereich des Kanals ebenso dienen, wie der Stabilisierung des Bandlaufs durch magnetische Kräfte. Auch diese Spulen können über den bzw. die oder separate Wechselrichter hinsichtlich Frequenz und Amplitude verändert werden und somit in breiten Grenzen den Parametern der Anlage angepaßt werden. Zusätzliche Induktoren 21 im Behälter 2 oder ggf. auch im Bereich des Kanals 3 ermöglichen eine ßeeinflußung der Temperatur des Überzugsmaterials; diese Induktoren können über separate Wechselrichter geregelt werden.The
Beim Absinken des Badspiegels des Überzugsmaterials, das durch den Sensor 11 erfaßbar ist, kann automatisch ein Nachfüllen des Behälters eingeleitet werden, wie das bei 12 schematisch angedeutet ist. Das gesamte System ist unter Schutzgas betrieben, wobei das Schutzgas beispielsweise durch eine Schutzgaslanze 22 eingeleitet werden kann. Zur Steuerung der Temperatur kann das Überzugsmaterial aus dem Behälter 21 umgepumöt und hierbei über zusätzliche Heizung bzw. Kühlung in der Temperatur den Prozeßbedingungen angepaßt werden.When the bath level of the coating material, which can be detected by the
Claims (9)
dadurch gekennzeichnet,
daß das elektromagnetische Wanderfeld über mindestens einen Wechselrichter mit Ausgangssignalen gespeist wird, deren Frequenz veränderbar ist und/oder deren Amplitude und Form einstellbar sind.Process for regulating a system for coating strip-like material in accordance with the process, in which a metal strip is passed through a container which holds the molten coating material and which has a passage channel below the molten pool level, in which induction currents are induced which interact with an electromagnetic traveling field in the coating material cause an electromagnetic force to hold the coating material away from the traveling electromagnetic field,
characterized,
that the electromagnetic traveling field is fed via at least one inverter with output signals whose frequency can be changed and / or whose amplitude and shape can be set.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Phasenlage der Ausgangssignale durch mehrere Wechselrichter gegeneinander verschoben wird.Method according to claim 1,
characterized,
that the phase position of the output signals is shifted against each other by several inverters.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speisung der Wechselrichter mit gleichgerichtetem Netzstrom aus mindestens einem Netz erfolgt und/oder zur Notspeisung der Wechselrichter eine Batteriespannung angelegt wird.Method according to claims 1 and 2,
characterized,
that the inverters are supplied with rectified mains current from at least one network and / or a battery voltage is applied for the emergency supply of the inverters.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Flüssigkeitsstand im Behalter und/oder Durchführkanal sensorisch erfaßt und zur Steuerung der Menge des flüssigen Überzugsmaterials verwendet wird.Method according to claims 1 to 3,
characterized,
that the liquid level in the container and / or through duct is sensed and used to control the amount of liquid coating material.
dadurch gekennzeichnet,
daµ Badturbulenzen im flüssigen Überzugsmaterial sensorisch erfaßt und zusammen mit den erfaßten, den Flüssigkeitsstand im Behälter und/oder Durchführkanal darstellenden Daten in einer Logik-Schaltung verarbeitet und zur Veränderung der Frequenz oder der Amplitude des den Wechselrichter verlassenden Ausgangssignals verwendet werden.Method according to claims 1 to 4,
characterized,
Bath turbulence in the liquid coating material is sensed and processed together with the detected data representing the liquid level in the container and / or through-channel in a logic circuit and used to change the frequency or the amplitude of the output signal leaving the inverter.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz des den Wechselrichter verlassenden Ausgangssignals in Abhängigkeit von der im Durchlaufkanal und/oder Behälter gemessenen Temperatur verändert wird.Method according to claims 1 to 5,
characterized,
that the frequency of the output signal leaving the inverter is changed as a function of the temperature measured in the flow channel and / or container.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wanderfeld auf mehrere einzeln gespeiste Spulen aufgeteilt wird.Method according to one or more of the preceding claims,
characterized,
that the traveling field is divided into several individually fed coils.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Amplituden bzw. Frequenzen mehrerer Wechselrichter überlagert werden.Method according to one or more of the preceding claims,
characterized,
that the amplitudes or frequencies of several inverters are superimposed.
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Einstellung der Temperatur im Durchführkanal und/oder Behälter ein oder mehrere Induktoren, deren Frequenzen einstellbar sind, verwendet werden.Method according to one or more of the preceding claims,
characterized,
that one or more inductors, the frequencies of which can be set, are used to adjust the temperature in the through-duct and / or container.
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