EP1646734B1 - Vorrichtung zur schmelztauchbeschichtung eines metallstranges - Google Patents
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- EP1646734B1 EP1646734B1 EP04739945A EP04739945A EP1646734B1 EP 1646734 B1 EP1646734 B1 EP 1646734B1 EP 04739945 A EP04739945 A EP 04739945A EP 04739945 A EP04739945 A EP 04739945A EP 1646734 B1 EP1646734 B1 EP 1646734B1
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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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
- the invention relates to a device for hot dip coating of a metal strand, in particular a steel strip, in which the metal strand is passed vertically through a container receiving the molten coating metal and through an upstream guide channel, with at least two on both sides of the metal strand in the region of the guide channel arranged inductors for generating an electromagnetic Field for retaining the coating metal in the container.
- the belts are introduced from above into the dip-coating bath in a plunger.
- the coating metal is in liquid form, and one would like to use gravity together with blowers ("air knives") to adjust the coating thickness
- the subsequent processes touch the belt to the complete make-up metal prohibit the tape in the coating vessel in the vertical direction must be deflected. This happens with a roller that runs in liquid metal. Due to the liquid coating metal, this roller is subject to heavy wear and is the cause of downtimes and thus failures in production.
- Such a solution is for example from the EP 0 673 444 B1 and from the EP 0 659 897 A1 known.
- An electromagnetic closure for sealing the coating vessel down is also the solution according to the WO 96/03533 or the one according to the JP 5086446 one.
- the electromagnetic closure used in the above-discussed solutions for sealing the guide channel thus constitutes a magnetic pump which retains the coating metal in the coating container.
- the invention is therefore based on the object to provide a device for hot dip coating a metal strand of the type mentioned, with which it is possible to overcome the aforementioned disadvantage. It should therefore be ensured that the immersion bath remains quiet when using an electromagnetic shutter, whereby the quality of the coating should be increased.
- the solution of this object by the invention is characterized in that the distance between the guide channel limiting walls in the direction normal to the surface of the metal strand in the region of the vertical extent of the guide channel between the bottom and the bottom portion of the container is not formed constant, wherein the guide channel delimiting walls have a constriction or an extension.
- the effective width of the guide channel changes over its height extent, wherein the height of the channel to be considered between the channel bottom and the container bottom is relevant. Due to the intended cross-sectional change of the guide channel, a zone is to be created within the height extent of the channel, in which a calming of the flow in the coating metal can take place, whereby it is desirable that this also calms the bath surface.
- the constriction or the extension may have the shape of a circle section in cross-section substantially.
- a further flow calming can be achieved if it is provided according to a development that at least one flow-guiding element is arranged in the container and / or in the guide channel.
- the flow-guiding element is advantageously designed as a flat, narrow plate whose longitudinal axis extends perpendicularly in the direction perpendicular to the conveying direction of the metal strand and perpendicular to the direction normal to the surface of the metal strand.
- the at least one flow-guiding element can be arranged in the guide channel in the region of the extension.
- a further calming of the bath surface can be achieved if, according to a further development, it is provided that at least one bath soak plate is arranged in the container in the area of the surface of the coating metal. This is located on the bath surface or is located at a low height above the bath.
- the position of the bath calming plate can be adjustable in height by means of an actuator.
- the bath soak plate is preferably made of ceramic material.
- the surface of the metal bath remains relatively quiet despite the use of the electromagnetic shutter, so as to ensure that a high quality of the dip coating can be achieved.
- the device shown in the figures has a container 3 which is filled with molten coating metal 2.
- molten coating metal 2 This may be, for example, zinc or aluminum.
- To be coated metal strand 1 in the form of a steel strip passes through the container 3 in the conveying direction R vertically upwards. It should be noted at this point that it is also possible in principle that the metal strand 1, the container 3 passes from top to bottom.
- this is open in the bottom area;
- This is an exaggeratedly large or wide guide channel shown 4.
- This has an area H of the vertical extent. It should be noted that this area H is calculated from the bottom portion 8 of the container 3 to the bottom 7 of the guide channel 4 and represents that area which provides an opening gap for the passage of the metal strand 1.
- the molten coating metal 2 can not flow down through the guide channel 4, located on both sides of the metal strand 1, two electromagnetic inductors 5, which generate a magnetic field, which counteracts the gravitational force of the coating metal 2 and thus seals the guide channel 4 downwards.
- the inductors 5 are two oppositely disposed alternating field or traveling field inductors, which are operated in the frequency range from 2 Hz to 10 kHz and establish an electromagnetic transverse field perpendicular to the conveying direction R.
- the preferred frequency range for single-phase Systems is between 2 kHz and 10 kHz, for multi-phase systems (eg traveling field inductors) between 2 Hz and 2 kHz.
- the magnetic field of the inductors 5 can be amplified or attenuated depending on the control (superposition principle of the magnetic fields). In this way, the position of the metal strand 1 in the guide channel 4 can be influenced.
- the distance d of the guide channel 4 bounding walls 6 in the direction N normal to the surface of the metal strand 1 in the H range of height of the guide channel 4 between the bottom 7 and the bottom portion 8 of the container 3 is not formed constant.
- a funnel-shaped portion 9 connects, the funnel 9 with its broad side adjacent to the bottom portion 8 of the container 3.
- the distance d of the guide channel 4 bounding walls 6 reduces to the value reached below the funnel-shaped portion 9 and then kept constant downwards.
- the illustrated in Fig. 1 embodiment of the guide channel 4 with funnel-shaped portion 9 is a measure that is geared to the fact that coming from the guide channel 4 flow in the coating metal 2 is directed so that there are no Badaufwallungen on the bath surface. Furthermore, it is possible by means of a suitable measure to limit the turbulence in the flow, which is caused by the inductors 5 in the coating metal, locally to the region of the guide channel 4.
- the provision of the funnel-shaped portion 9 represents a first significant effect with which the flow in the coating metal 2 in the region of the guide channel 4 can be directed.
- the Badaufwallungen be reduced to the surface of the metal bath, because of the proposed geometry of the directed upward in the guide channel 4 flow space to dodge into the volume of the container 3 is given. As a result, the local turbulence is reduced or collected.
- Another measure for the flow control is the circulation of Badberuh Whilesplatten 16, for example of ceramic material, on the surface 15 of the coating bath.
- the Badberuh Whilesplatten 16 are held on the surface 15 of the coating metal 2 or positioned near the surface.
- the turbulence which may have penetrated to the bath surface, deflected in the horizontal direction, so that Badaufwall urge can be prevented.
- flow guide elements 12, 12 ', 12 ", 13, 13' as guide plates or guide vanes - into the liquid coating metal 2.
- the inductors 5 generate a turbulent flow, in particular in the guide channel 4, due to their pumping action.
- As a measure to suppress flushing on the bath surface is possible by changing the geometry of the guide channel 4 space to evade the turbulence already in the region of the guide channel 4 to create or hinder the spread of turbulence in the container 3 by weirs and so the turbulence on the Limiting area of the guide channel 4.
- a constriction 10 is provided, which is a kind of web or weir and preferably located directly below the bottom portion 8 of the container 3 (has proven particularly useful the area between the - not shown - channel flange and the container bottom).
- the delimiting walls 6 in the region of the constriction 10 have the shape of the section of a circle in cross-section. As a result, a certain flow calming is achieved.
- Fig. 3 a further alternative embodiment is illustrated.
- an extension 11 is arranged, in the present case above the height range over which the inductors 5 extend (which is also advantageous in the case of the embodiment according to FIG. 2).
- the extension 11 is in some way a compensating volume between the guide channel 4 and the bottom portion 8 of the container 3. This ensures that the turbulence in the guide channel can expand and calm before reaching the container 3 and thus no longer the flow conditions in the container 3 tangent. It is thus achieved that the flow in the guide channel 4 no longer continues in the overlying container 3, but the coating metal 2 again reaches the lower region of the guide channel 4, in which prevail the turbulence.
- the geometric configuration of the extension 11 corresponds, as stated above in connection with FIG. 2, to the fluidic requirements in the area between the guide channel 4 and the container 3.
- FIG. 3 Another measure for local limitation of the flows to the region of the guide channel 4 is likewise illustrated in FIG. 3.
- flow guidance elements 13 and 13 ' are arranged, which functionally correspond to the flow guidance elements 12, 12', 12 "described above. Turbulences can be deflected downwards again underneath the underside 7 of the guide channel 4 and the bottom area 8 of the container 3.
- the flow guide elements 13, 13 ' support the desired formation of the flow conditions in the region of the extension 11 and result in a reduction of turbulence.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges, insbesondere eines Stahlbandes, in der der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchgeführt wird, mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges im Bereich des Führungskanals angeordneten Induktoren zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter.
- Klassische Metall-Tauchbeschichtungsanlagen für Metallbänder weisen einen wartungsintensiven Teil auf, nämlich das Beschichtungsgefäß mit der darin befindlichen Ausrüstung. Die Oberflächen der zu beschichtenden Metallbänder müssen vor der Beschichtung von Oxidresten gereinigt und für die Verbindung mit dem Beschichtungsmetall aktiviert werden. Aus diesem Grunde werden die Bandoberflächen vor der Beschichtung in Wärmeprozessen in einer reduzierenden Atmosphäre behandelt. Da die Oxidschichten zuvor chemisch oder abrasiv entfernt werden, werden mit dem reduzierenden Wärmeprozess die Oberflächen so aktiviert, dass sie nach dem Wärmeprozess metallisch rein vorliegen.
- Mit der Aktivierung der Bandoberfläche steigt aber die Affinität dieser Bandoberflächen für den umgebenden Luftsauerstoff. Um zu verhindern, dass Luftsauerstoff vor dem Beschichtungsprozess wieder an die Bandoberflächen gelangen kann, werden die Bänder in einem Tauchrüssel von oben in das Tauchbeschichtungsbad eingeführt. Da das Beschichtungsmetall in flüssiger Form vorliegt und man die Gravitation zusammen mit Abblasvorrichtungen ("Luftmesser") zur Einstellung der Beschichtungsdicke nutzen möchte, die nachfolgenden Prozesse jedoch eine Bandberührung bis zur vollständigen Erschichtungsmetalls verbieten, muss das Band im Beschichtungsgefäß in senkrechte Richtung umgelenkt werden. Das geschieht mit einer Rolle, die im flüssigen Metall läuft. Durch das flüssige Beschichtungsmetall unterliegt diese Rolle einem starken Verschleiß und ist Ursache von Stillständen und damit Ausfällen im Produktionsbetrieb.
- Durch die gewünschten geringen Auflagedicken des Beschichtungsmetalls, die sich im Mikrometerbereich bewegen können, werden hohe Anforderungen an die Qualität der Bandoberfläche gestellt. Das bedeutet, dass auch die Oberflächen der bandführenden Rollen von hoher Qualität sein müssen. Störungen an diesen Oberflächen führen im allgemeinen zu Schäden an der Bandoberfläche. Dies ist ein weiterer Grund für häufige Stillstände der Anlage.
- Um die Probleme zu vermeiden, die im Zusammenhang mit den im flüssigen Beschichtungsmetall laufenden Rollen stehen, sind Lösungen bekannt, die ein nach unten offenes Beschichtungsgefäß einsetzen, das in seinem unteren Bereich einen Führungskanal definierter Höhe zur vertikalen Banddurchführung nach oben aufweist und zur Abdichtung einen elektromagnetischen Verschluss einzusetzen. Es handelt sich hierbei um elektromagnetische Induktoren, die mit zurückdrängenden, pumpenden bzw. einschnürenden elektromagnetischen Wechsel- bzw. Wanderfeldern arbeiten, die das Beschichtungsgefäß nach unten abdichten.
- Eine solche Lösung ist beispielsweise aus der
EP 0 673 444 B1 und aus derEP 0 659 897 A1 bekannt. Einen elektromagnetischen Verschluss zur Abdichtung des Beschichtungsgefäßes nach unten setzt auch die Lösung gemäß der bzw. diejenige gemäß derWO 96/03533 ein.JP 5086446 - Ebenfalls mittels eines elektromagnetischen Verschlusses im Bodenbereich hält die Lösung gemäß der
das Beschichtungsmetall im Gefäß.JP 11 193451 A - Dort ist im Bodenbereich des Beschichtungsgefäßes eine sich nach oben hin verjüngende trichterförmige Kontur vorgesehen.
- Für eine genaue Regelung der Lage des Metallstranges im Führungskanal sehen die
DE 195 35 854 A1 und dieDE 100 14 867 A1 spezielle Lösungen vor. Gemäß den dort offenbarten Konzepten ist vorgesehen, dass neben den Spulen zur Erzeugung des elektromagnetischen Wanderfeldes zusätzliche Korrekturspulen vorgesehen sind, die mit einem Regelungssystem in Verbindung stehen und dafür Sorge tragen, dass das Metallband beim Abweichen von der Mittellage in diese wieder zurückgeholt wird. - Der bei den vorstehend diskutierten Lösungen zum Einsatz kommende elektromagnetische Verschluss zur Abdichtung des Führungskanals stellt insoweit eine magnetische Pumpe dar, die das Beschichtungsmetall im Beschichtungsbehälter zurückhält.
- Die industrielle Erprobung derartiger Anlagen hat ergeben, dass das Strömungsbild auf der Oberfläche des Metallbades, d. h. die Badoberfläche, relativ unruhig ist, was auf die elektromagnetischen Kräfte durch den Magnetverschluss zurückgeführt werden kann. Die Unruhe im Bad hat zur Folge, dass die Qualität der Schmelztauchbeschichtung negativ beeinflusst wird. Durch das sich oberhalb des Beschichtungsbehälters befindliche "Luftmesser" wird nämlich, wie oben bereits erwähnt, überschüssiges flüssiges Metall vom beschichteten Strang abgeblasen. Für eine genaue Einstellung der Beschichtungsdicke ist eine ruhige Metallbadoberfläche unabdingbar.
- Zur Badberuhigung besteht jedoch nicht die Möglichkeit, die Intensität des magnetischen Feldes nennenswert zu reduzieren, ohne damit die Dichtigkeit des Magnetverschlusses zu gefährden. Aus der
DE 102 54 307 A1 ist es nämlich bekannt, dass für das Sicherstellen der Dichtigkeit des Verschlusses in Abhängigkeit der Höhe des Pegels im Beschichtungsbad eine gewisse Mindeststärke des Magnetfeldes erforderlich ist. Dort wird vorgesehen, dass die Festlegung der Höhe der durch die Induktoren erzeugten magnetischen Feldstärke in Abhängigkeit des Pegelstandes des geschmolzenen Beschichtungsmetalls im Behälter erfolgt. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten eines Metallstranges der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der es möglich ist, den genannten Nachteil zu überwinden. Es soll also sichergestellt werden, dass das Tauchbad beim Einsatz eines elektromagnetischen Verschlusses ruhig bleibt, wodurch die Qualität der Beschichtung erhöht werden soll.
- Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der den Führungskanal begrenzenden Wände in Richtung normal auf die Oberfläche des Metallstranges im Bereich der Höhenerstreckung des Führungskanals zwischen dessen Unterseite und dem Bodenbereich des Behälters nicht konstant ausgebildet ist, wobei die den Führungskanal begrenzenden Wände eine Einschnürung oder eine Erweiterung aufweisen.
- Hiernach wird also vorgesehen, dass sich die effektive Breite des Führungskanals über dessen Höhenerstreckung ändert, wobei die zu betrachtende Höhe des Kanals zwischen der Kanalunterseite und dem Behälterboden relevant ist. Durch die vorgesehene Querschnittsveränderung des Führungskanals soll innerhalb der Höhenerstreckung des Kanals eine Zone geschaffen werden, in der eine Beruhigung der Strömung im Beschichtungsmetall erfolgen kann, womit angestrebt wird, dass sich hierdurch auch die Badoberfläche beruhigt.
- Die Einschnürung bzw. die Erweiterung kann im Querschnitt im wesentlichen die Form eines Kreisabschnittes aufweisen.
- Eine weitere Strömungsberuhigung kann erreicht werden, wenn gemäß einer Weiterbildung vorgesehen wird, dass im Behälter und/oder im Führungskanal mindestens ein Strömungsleitelement angeordnet ist. Das Strömungsleitelement ist mit Vorteil als ebenes, schmales Blech ausgebildet, dessen Längsachse sich in Richtung senkrecht auf die Förderrichtung des Metallstranges und senkrecht auf die Richtung normal auf die Oberfläche des Metallstranges erstreckt. Ferner kann das mindestens eine Strömungsleitelement im Führungskanal im Bereich der Erweiterung angeordnet sein.
- Eine weitere Beruhigung der Badoberfläche kann erreicht werden, wenn gemäß einer weiteren Fortbildung vorgesehen wird, dass im Bereich der Oberfläche des Beschichtungsmetalls im Behälter mindestens eine Badberuhigungsplatte angeordnet ist. Diese liegt auf der Badoberfläche auf oder ist in geringer Höhe über dem Bad angeordnet. Die Position der Badberuhigungsplatte kann dabei mittels eines Aktuators in der Höhe einstellbar sein. Die Badberuhigungsplatte besteht bevorzugt aus keramischem Material.
- Mit den vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, dass die Oberfläche des Metallbades trotz Einsatz des elektromagnetischen Verschlusses relativ ruhig bleibt, so dass sichergestellt ist, dass eine hohe Qualität der Tauchbeschichtung erreicht werden kann.
- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisch eine Schmelztauch-Beschichtungsvorrichtung mit einem durch diese hindurch geführten Metallstrang in der Seitenansicht im Schnitt,
- Fig. 2
- eine alternative Ausgestaltung zu Fig. 1, wobei lediglich der Bereich des Bodens des Behälters für das Beschichtungsmetall und der sich nach unten anschließende Führungskanal dargestellt ist, und
- Fig. 3
- eine weitere alternative Ausgestaltung analog zu Fig. 2.
- Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung weist einen Behälter 3 auf, der mit schmelzflüssigem Beschichtungsmetall 2 gefüllt ist. Bei diesem kann es sich beispielsweise um Zink oder Aluminium handeln. Der zu beschichtende Metallstrang 1 in Form eines Stahlbandes passiert den Behälter 3 in Förderrichtung R vertikal nach oben. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es grundsätzlich auch möglich ist, dass der Metallstrang 1 den Behälter 3 von oben nach unten passiert.
- Zum Durchtritt des Metallstranges 1 durch den Behälter 3 ist dieser im Bodenbereich geöffnet; hier befindet sich ein übertrieben groß bzw. breit dargestellter Führungskanal 4. Dieser hat einen Bereich H der Höhenerstreckung. Dabei ist anzumerken, dass dieser Bereich H vom Bodenbereich 8 des Behälters 3 bis zur Unterseite 7 des Führungskanals 4 gerechnet wird und denjenigen Bereich darstellt, der für den Durchtritt des Metallstranges 1 einen Öffnungsspalt vorsieht.
- Damit das schmelzflüssige Beschichtungsmetall 2 nicht durch den Führungskanal 4 nach unten abfließen kann, befinden sich beiderseits des Metallstranges 1 zwei elektromagnetische Induktoren 5, die ein magnetisches Feld erzeugen, das der Schwerkraft des Beschichtungsmetalls 2 entgegenwirkt und damit den Führungskanal 4 nach unten hin abdichtet.
- Bei den Induktoren 5 handelt es sich um zwei gegenüber angeordnete Wechselfeld- oder Wanderfeldinduktoren, die im Frequenzbereich von 2 Hz bis 10 kHz betrieben werden und ein elektromagnetisches Querfeld senkrecht zur Förderrichtung R aufbauen. Der bevorzugte Frequenzbereich für einphasige Systeme (Wechselfeldinduktoren) liegt zwischen 2 kHz und 10 kHz, der für mehrphasige Systeme (z. B. Wanderfeldinduktoren) zwischen 2 Hz und 2 kHz.
- Zur Stabilisierung des Metallstranges 1 in der Mittenebene des Führungskanals 4 können - nicht dargestellte - Korrekturspulen beiderseits des Führungskanals 4 bzw. des Metallstranges 1 angeordnet sein. Diese werden von Regelungsmitteln so angesteuert, dass die Überlagerung der magnetischen Felder der Induktoren 5 und der Korrekturspulen den Metallstrang 1 stets mittig im Führungskanal 4 hält.
- Mittels der Korrekturspulen kann das magnetische Feld der Induktoren 5 je nach Ansteuerung verstärkt oder abgeschwächt werden (Superpositionsprinzip der Magnetfelder). Auf diese Weise kann auf die Lage des Metallstranges 1 im Führungskanal 4 Einfluss genommen werden.
- Um eine Beruhigung der Badoberfläche im Behälter 3 zu erreichen, ist vorgesehen, dass der Abstand d der den Führungskanal 4 begrenzenden Wände 6 in Richtung N normal auf die Oberfläche des Metallstranges 1 im Bereich H der Höhenerstreckung des Führungskanals 4 zwischen dessen Unterseite 7 und dem Bodenbereich 8 des Behälters 3 nicht konstant ausgebildet ist.
- Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird dies in diesem Ausführungsbeispiel dadurch bewerkstelligt, dass sich unmittelbar unter dem Bodenbereich 8 des Behälters 3 ein trichterförmiger Abschnitt 9 anschließt, wobei der Trichter 9 mit seiner breiten Seite am Bodenbereich 8 des Behälters 3 angrenzt. Über eine Höhenerstreckung h des trichterförmigen Abschnitts 9 reduziert sich der Abstand d der den Führungskanal 4 begrenzenden Wände 6 auf den Wert, der unterhalb des trichterförmigen Abschnitts 9 erreicht und dann nach unten konstant gehalten wird.
- Die Wahl dieser Ausgestaltung hat sich durch folgende Erkenntnis ergeben: Bei der industriellen Erprobung der in Rede stehenden Schmelztauchbeschichtungsvorrichtungen traten Zustände auf, die eine ruhige Badoberfläche erzeugten. Die Auswertung der Daten ergab allerdings, dass hier ein Zusammenspiel von Pegelhöhe im Beschichtungsbad und der eingestellten Abdichtleistung der Induktoren 5 die Ursache war. Ein Regelbetrieb für die Position des Metallstranges 1 im Führungskanal 4 mittels der erwähnten Korrekturspulen zeigte des weiteren, dass die Regeleingriffe lokal die Unruhe an der Badoberfläche verstärken. Es handelt sich hier also um eine Kombination mehrerer konkurrierender Effekte. Es ist nicht möglich, lediglich die Leistung der Induktoren 5 herunter zu fahren, da man dadurch Leckagen erhalten würde. Die Induktorleistung richtet sich jedoch - wie oben ausgeführt - nach der Pegelhöhe im Beschichtungsbad, die möglichst groß sein sollte. Man benötigt jedoch auch die Regelung der Position des Metallstranges 1 im Führungskanal 4, was lokale Unruhe erzeugt. Vorgeschlagen wird daher die erläuterte Veränderung der Geometrie des Führungskanals 4 bzw. die noch weiter unten detailliert erläuterten Zusatzmaßnahmen zur Beruhigung der Badoberfläche.
- Die in Fig. 1 illustrierte Ausgestaltung des Führungskanals 4 mit trichterförmigem Abschnitt 9 stellt eine Maßnahme dar, die darauf abstellt, dass die aus dem Führungskanal 4 kommende Strömung im Beschichtungsmetall 2 so gelenkt wird, dass es an der Badoberfläche keine Badaufwallungen gibt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch geeignete Maßnahme die Turbulenz in der Strömung, die durch die Induktoren 5 im Beschichtungsmetall hervorgerufen wird, lokal auf den Bereich des Führungskanals 4 zu begrenzen.
- Das Vorsehen des trichterförmigen Abschnitts 9 stellt einen ersten wesentlichen Effekt dar, mit dem die Strömung im Beschichtungsmetall 2 im Bereich des Führungskanals 4 gelenkt werden kann. Durch den trichterförmigen Abschnitt 9 werden die Badaufwallungen an der Oberfläche des Metallbades reduziert, weil durch die vorgeschlagene Geometrie der nach oben im Führungskanal 4 gerichteten Strömung Platz zum Ausweichen in das Volumen des Behälters 3 gegeben wird. Hierdurch wird die lokale Turbulenz herabgesetzt bzw. aufgefangen.
- Badaufwallungen auf der Oberfläche des Beschichtungsmetalls 2 werden dadurch verhindert bzw. vermindert, die ansonsten bedingen würden, dass das "Luftmesser" nicht auf einen für die Qualität der Beschichtung passenden Abstand zur Badoberfläche eingestellt werden kann.
- Eine weitere Maßnahme zur Strömungslenkung ist die Auflage von Badberuhigungsplatten 16, beispielsweise aus keramischem Material, auf die Oberfläche 15 des Beschichtungsbades. Die Badberuhigungsplatten 16 werden auf der Oberfläche 15 des Beschichtungsmetalls 2 gehalten bzw. nahe der Oberfläche positioniert. Hierzu dienen Aktuatoren 17, mit denen die geeignete Höhe der horizontal angeordneten Badberuhigungsplatten 16 eingestellt werden kann. Hierdurch werden die Turbulenzen, die gegebenenfalls bis zur Badoberfläche durchgedrungen sind, in horizontale Richtung umgelenkt, so dass Badaufwallungen verhindert werden können.
- Eine weitere Möglichkeit der Strömungslenkung besteht durch das Einfügen von Strömungsleitelementen 12, 12', 12", 13, 13'- als Leitplatten bzw. Leitflügel ausgebildet - in das flüssige Beschichtungsmetall 2. Wie Fig. 1 entnommen werden kann, sind diese Strömungsleitelemente 12, 12', 12" als schmale Platten ausgebildet, deren Längsachse 14 senkrecht auf der Zeichenebene steht. Sie sind unter einem gewünschten Winkel angeordnet und sorgen dafür, dass die Strömung im Beschichtungsmetall in horizontale Richtung umgelenkt wird, so dass Badaufwallungen minimiert werden. Die Strömungsleitelemente 12, 12', 12" sind dabei relativ nahe am Metallstrang 1 angeordnet.
- Als Maßnahmen zur lokalen Begrenzung der Strömung auf den Bereich des Führungskanals 4 sind weitere Ausgestaltungen möglich, die in den Figuren 2 und 3 illustriert sind.
- Generell kann gesagt werden, dass die Induktoren 5 durch ihre Pumpwirkung eine turbulente Strömung vor allem im Führungskanal 4 erzeugen. Als Maßnahme zur Unterdrückung von Aufwallungen auf der Badoberfläche besteht die Möglichkeit, durch Änderungen der Geometrie des Führungskanals 4 Platz zum Ausweichen der Turbulenzen bereits im Bereich des Führungskanals 4 zu schaffen oder die Ausbreitung dieser Turbulenzen in den Behälter 3 durch Wehre zu behindern und so die Turbulenz auf den Bereich des Führungskanals 4 zu begrenzen.
- Dies erfolgt bereits in erheblichem Umfang durch den trichterförmigen Abschnitt 9, der in Fig. 1 illustriert ist. In Fig. 2 ist alternativ oder additiv hierzu vorgesehen, dass im Bereich der Höhenerstreckung H des Führungskanals 4 eine Einschnürung 10 vorgesehen ist, die eine Art Steg oder Wehr darstellt und bevorzugt unmittelbar unterhalb des Bodenbereichs 8 des Behälters 3 angeordnet ist (besonders bewährt hat sich der Bereich zwischen dem - nicht dargestellten - Kanalflansch und dem Behälterboden).
- Wie Fig. 2 entnommen werden kann, weisen die begrenzenden Wände 6 im Bereich der Einschnürung 10 im Querschnitt die Form des Abschnitts eines Kreises auf. Hierdurch wird eine gewisse Strömungsberuhigung erzielt.
- Durch die Einschnürung 10 wird zunächst die Ausbreitung der Turbulenz in den Behälter 3 be- bzw. verhindert. Die bei einer solchen Maßnahme zu befürchtende Aluminiumverarmung im Führungskanal 4 tritt nicht auf, da das Volumen an Beschichtungsmetall 2 im Führungskanal 4 nur gering ist und die Nachführung von frischem Beschichtungsmetall aus dem Beschichtungsbehälter über dem Kanal durch den normalen Austrag an Beschichtungsmetall sichergestellt wird. Des weiteren ist die bei einer solchen Maßnahme zu befürchtende höhere Wahrscheinlichkeit einer Bandberührung (zwischen Metallstrang 1 und Einschnürung 10) nur gering, da hier keine ferromagnetischen Anziehungskräfte wie im Kanalbereich mehr herrschen und die Selbstzentrierung des Metallstranges 1 zwischen den beiden Seiten der Einschnürung 10 durch den Effekt zweier angeströmter Leitbleche bekannt ist. Die Ausführung und Form eines solchen Wehres in Form der Einschnürung 10 sowie dessen lichte Weite für den Metallstrang 1 entspricht den strömungstechnischen Anforderungen in dem Zwischenbereich zwischen Führungskanal 4 und Behälter 3.
- In Fig. 3 ist eine weitere alternative Ausgestaltung illustriert. Hier ist vorgesehen, dass im Bereich der Höhenerstreckung H des Führungskanals 4 eine Erweiterung 11 angeordnet ist und zwar vorliegend oberhalb des Höhenbereichs, über den sich die Induktoren 5 erstrecken (was auch im Falle der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 von Vorteil ist).
- Die Erweiterung 11 stellt in gewisser Weise ein Ausgleichsvolumen zwischen Führungskanal 4 und dem Bodenbereich 8 des Behälters 3 dar. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Turbulenz im Führungskanal schon vor dem Erreichen des Behälters 3 ausdehnen und beruhigen kann und somit nicht mehr die Strömungsverhältnisse im Behälter 3 tangiert. Es wird also erreicht, dass sich die Strömung im Führungskanal 4 nicht mehr weiter in den darüber liegenden Behälter 3 fortsetzt, sondern das Beschichtungsmetall 2 wieder in den tiefer liegenden Bereich des Führungskanals 4 gelangt, in dem die Turbulenzen herrschen.
- Auch für diese Ausgestaltung gilt hinsichtlich einer möglichen Aluminiumverarmung bzw. Selbstzentrierung des Stranges 1 dasselbe, was bereits oben im Zusammenhang mit Fig. 2 ausgeführt wurde.
- Nicht dargestellt ist, dass sich an die Erweiterung 11 in der Fortsetzung nach oben eine Einschnürung 10 gemäß Fig. 2 anschließen kann.
- Die geometrische Ausgestaltung der Erweiterung 11 entspricht, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 2 ausgeführt, den strömungstechnischen Anforderungen in dem Bereich zwischen Führungskanal 4 und Behälter 3.
- Eine weitere Maßnahme zur lokalen Begrenzung der Strömungen auf den Bereich des Führungskanals 4 ist gleichermaßen in Fig. 3 illustriert. Hier sind im Bereich der Erweiterung 11 Strömungsleitelemente 13 und 13' angeordnet, die von ihrer Funktion her den Strömungsleitelementen 12, 12', 12" entsprechen, die oben beschrieben wurden. Durch den Einsatz der Strömungsleitelemente 13, 13' (in Form von Leitstegen bzw. Leitflügeln) zwischen Unterseite 7 des Führungskanals 4 und Bodenbereich 8 des Behälters 3 können Turbulenzen wieder nach unten umgelenkt werden. Die Strömungsleitelemente 13, 13' unterstützen die gewünschte Ausbildung der Strömungsverhältnisse im Bereich der Erweiterung 11 und haben einen Abbau von Turbulenzen zur Folge.
- Die Realisierung der genannten Maßnahmen ist sehr einfach umzusetzen, da sich neben Metall auch keramische Materialien sehr gut bearbeiten und zusammenfügen lassen. Sie sind auch hinreichend resistent, was den Einsatz in der aggressiven Umgebung des Beschichtungsmetalls 2 anbelangt.
- Besonders bevorzugt kommt die Kombination der in den Figuren 1, 2 und 3 beschriebenen Maßnahmen zum Einsatz, die in der Superposition eine insgesamt turbulenzarme Strömung im Führungskanal 4 und im Behälter 3 erzeugen und so zu einer guten Beruhigung der Oberfläche des Beschichtungsmetalls 2 im Behälter 3 führen.
-
- 1
- Metallstrang (Stahlband)
- 2
- Beschichtungsmetall
- 3
- Behälter
- 4
- Führungskanal
- 5
- Induktor
- 6
- begrenzende Wand
- 7
- Unterseite des Führungskanals
- 8
- Bodenbereich des Behälters
- 9
- trichterförmiger Abschnitt
- 10
- Einschnürung
- 11
- Erweiterung
- 12, 12', 12"
- Strömungsleitelement
- 13, 13'
- Strömungsleitelement
- 14
- Längsachse des Strömungsleitelements
- 15
- Oberfläche des Beschichtungsmetalls
- 16
- Badberuhigungsplatte
- 17
- Aktuator
- d
- Abstand der den Führungskanal begrenzenden Wände
- N
- Normalenrichtung auf die Oberfläche des Metallstranges
- H
- Bereich der Höhenerstreckung des Führungskanals
- h
- Höhenerstreckung des trichterförmigen Abschnitts
- R
- Förderrichtung
Claims (8)
- Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges (1), insbesondere eines Stahlbandes, in der der Metallstrang (1) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1) im Bereich des Führungskanals (4) angeordneten Induktoren (5) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand (d) der den Führungskanal (4) begrenzenden Wände (6) in Richtung (N) normal auf die Oberfläche des Metallstranges (1) im Bereich (H) der Höhenerstreckung des Führungskanals (4) zwischen dessen Unterseite (7) und dem Bodenbereich (8) des Behälters (3) nicht konstant ausgebildet ist, wobei die den Führungskanal (4) begrenzenden Wände (6) eine Einschnürung (10) oder eine Erweiterung (11) aufweisen. - Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einschnürung (10) bzw. die Erweiterung (11) im Querschnitt im wesentlichen die Form eines Kreisabschnittes aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Behälter (3) und/oder im Führungskanal (4) mindestens ein Strömungsleitelement (12,12', 12", 13, 13') angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Strömungsleitelement (12, 12', 12", 13, 13') als ebenes, schmales Blech ausgebildet ist, dessen Längsachse (14) sich in Richtung senkrecht auf die Förderrichtung (R) des Metallstranges (1) und senkrecht auf die Richtung (N) normal auf die Oberfläche des Metallstranges (1) erstreckt. - Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Strömungsleitelement (13, 13') im Führungskanal (4) im Bereich der Erweiterung (11) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich der Oberfläche (15) des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) mindestens eine Badberuhigungsplatte (16) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Position der Badberuhigungsplatte (16) mittels eines Aktuators (17) in der Höhe einstellbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Badberuhigungsplatte (16) aus keramischem Material besteht.
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