ITMI20071167A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE CONTROL OF THE COATING THICKNESS OF A METAL METAL PRODUCT - Google Patents
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Description
Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: Description of the industrial invention entitled:
“Metodo e dispositivo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano” "Method and device for checking the coating thickness of a flat metal product"
Campo dell'invenzione Field of the invention
La presente invenzione si riferisce ad un metodo e ad un dispositivo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano, quale un nastro d’acciaio, durante il processo di galvanizzazione in continuo dello stesso per immersione a caldo, detto anche brevemente “hot dip" dalla terminologia inglese. The present invention refers to a method and a device for controlling the coating thickness of a flat metal product, such as a steel strip, during the continuous galvanization process of the same by hot dipping, also briefly called " hot dip "from English terminology.
Stato della tecnica State of the art
Nel processo di zincatura per immersione in bagno caldo, un nastro metallico opportunamente pretrattato termicamente in atmosfera non ossidante/riducente viene immerso in un bagno di Zn fuso (440°C-470°C) e attraverso dei rulli immersi nel bagno viene guidato fuori dallo stesso in direzione verticale. In the galvanizing process by immersion in a hot bath, a metal strip suitably heat-treated in a non-oxidizing / reducing atmosphere is immersed in a bath of molten Zn (440 ° C-470 ° C) and through rollers immersed in the bath is guided out of the itself in the vertical direction.
La quantità di Zn liquido estratto dal nastro nel passaggio attraverso il bagno fuso è determinata dall’equilibrio della forza gravitazionale con le forze viscose, e lo spessore dello strato di Zn liquido che si deposita su entrambe le superfici del nastro risulta essere proporzionale alla velocità del nastro e alle proprietà fisiche dello Zn fuso, quali la viscosità cinematica e la tensione superficiale. The quantity of liquid Zn extracted from the belt in the passage through the molten bath is determined by the equilibrium of the gravitational force with the viscous forces, and the thickness of the liquid Zn layer that deposits on both surfaces of the belt is proportional to the speed of the tape and the physical properties of the molten Zn, such as kinematic viscosity and surface tension.
Per ridurre io spessore di Zn depositato sul nastro, fino ai valori determinati dalle specifiche di utilizzo finale dei nastri, si ricorre comunemente all’uso di getti o lame ad aria, in inglese note come “Air Knives", o di altro gas, usualmente vapore o N2. To reduce the thickness of Zn deposited on the belt, up to the values determined by the final use specifications of the belts, we commonly resort to the use of air jets or blades, in English known as "Air Knives", or other gas, usually steam or N2.
I dispositivi utilizzati comprendono generalmente due ugelli di sezione rettangolare, o di altra forma, posti ai lati del nastro ad una predeterminata distanza sia dal nastro che dalla superficie libera del bagno di Zn, da cui esce un getto di gas convenientemente a temperatura ambiente. Con tali getti di gas si realizza la riduzione dello spessore dello strato di zinco che ricopre la superficie del nastro, forzando parte del metallo liquido al ritorno verso il bagno. The devices used generally comprise two nozzles of rectangular section, or of other shape, placed on the sides of the belt at a predetermined distance both from the belt and from the free surface of the Zn bath, from which a jet of gas conveniently at room temperature comes out. With these gas jets, the thickness of the zinc layer that covers the surface of the strip is reduced, forcing part of the liquid metal to return to the bath.
Lo stesso tipo di procedimento si può impiegare per ricoprire nastri metallici con leghe Zn-Fe, Zn-AI, alluminio e stagno. The same type of process can be used to cover metal strips with Zn-Fe, Zn-AI, aluminum and tin alloys.
La lama d’aria è caratterizzata da una distribuzione di pressione molto stretta sulla zona di impatto, larga pochi millimetri, ad esempio 3-5 mm, e dalla presenza di una zona un po’ più estesa di azione dello sforzo di taglio. L’effetto principale della distribuzione della pressione è quello di generare una forza, dovuta al gradiente di pressione sullo spessore dello zinco liquido, che tagli bruscamente la vena liquida e riduca lo spessore del rivestimento rimandando indietro la quantità di Zn in eccesso. Il valore di questa forza è massimo quando il getto di gas è perpendicolare alla superficie del nastro. The air knife is characterized by a very narrow pressure distribution on the impact area, a few millimeters wide, for example 3-5 mm, and by the presence of a slightly larger area of action of the cutting effort. The main effect of the pressure distribution is to generate a force, due to the pressure gradient on the thickness of the liquid zinc, which abruptly cuts the liquid vein and reduces the thickness of the coating, sending back the amount of excess Zn. The value of this force is maximum when the gas jet is perpendicular to the surface of the belt.
II valore dello spessore finale del rivestimento è determinato anche dall’azione dello sforzo di taglio generato sul nastro dal gas che scorre lungo la superficie del nastro. Tale valore è minimo quando il getto di gas è perpendicolare alla superficie del nastro. Un altro effetto del getto del gas è quello di raffreddare parzialmente il nastro e lo Zn uscente dal bagno. The value of the final thickness of the coating is also determined by the action of the shear stress generated on the belt by the gas flowing along the surface of the belt. This value is minimum when the gas jet is perpendicular to the belt surface. Another effect of the gas jet is to partially cool the strip and the Zn leaving the bath.
Poiché lo spessore finale del rivestimento è proporzionale alla velocità del nastro, per ottenere lo stesso spessore a velocità crescenti è necessario aumentare la pressione esercitata dalle lame ad aria. Questo effetto comporta l’aumento della portata del gas oppure la riduzione dell’apertura degli ugelli delle lame ad aria. Since the final thickness of the coating is proportional to the speed of the belt, to obtain the same thickness at increasing speeds it is necessary to increase the pressure exerted by the air blades. This effect involves increasing the gas flow rate or reducing the opening of the nozzles of the air blades.
Le norme internazionali e le richieste del mercato stabiliscono un numero discreto di spessori di rivestimento ammissibili e le rispettive tolleranze adattati alle successive applicazioni industriali. Oltre a realizzare gli spessori desiderati, è necessario ottenere la costanza dello spessore e la massima uniformità della superficie zincata sia per garantire la qualità del rivestimento che per ridurre al minimo la quantità di Zn necessario ad ottenere un dato rivestimento, ottenendone un vantaggio economico. Tra i limiti della tecnologia a lame d’aria hanno particolare rilevanza la velocità limitata consentita al nastro, e quindi una limitata produttività, e la non uniformità del rivestimento ottenuto. International standards and market demands establish a discrete number of permissible coating thicknesses and the respective tolerances adapted to subsequent industrial applications. In addition to achieving the desired thicknesses, it is necessary to obtain the consistency of the thickness and the maximum uniformity of the galvanized surface both to guarantee the quality of the coating and to minimize the quantity of Zn necessary to obtain a given coating, obtaining an economic advantage. Among the limitations of air knife technology, the limited speed allowed to the belt, and therefore limited productivity, and the non-uniformity of the coating obtained are of particular importance.
A causa della zona molto limitata di applicazione della forza di pressione, la variazione di spessore dello Zn è molto brusca e, in funzione della portata del gas e dello sforzo di taglio che dipende fortemente anche dalla inclinazione del getto rispetto alla superficie del nastro, per un dato spessore finale di Zn depositato sul nastro, esiste una velocità limite di avanzamento del nastro oltre la quale sulla superficie dello strato di rivestimento si innescano instabilità ed onde fino al rilascio di gocce liquide e solide nell’ambiente in prossimità delle lame ad aria. Questo fenomeno, noto con il nome di “splashing", è generalmente amplificato dalle vibrazioni ed oscillazioni sempre presenti sul nastro. Lo “splashing" produce grossi problemi sia per la qualità del prodotto, producendo le cosidette “jet lines”, sia per la sicurezza ambientale a causa delle polveri rilasciate, e rappresenta una delle principali cause che limitano la produttività degli attuali impianti di zincatura. Le gocce rilasciate, inoltre, sporcano anche le stesse lame ad aria. Due to the very limited area of application of the pressure force, the thickness variation of the Zn is very abrupt and, depending on the gas flow rate and the shear stress, which also strongly depends on the inclination of the jet with respect to the surface of the belt, for a given final thickness of Zn deposited on the belt, there is a limit speed of advancement of the belt beyond which instability and waves are triggered on the surface of the coating layer until the release of liquid and solid drops in the environment in the vicinity of the air blades. This phenomenon, known as "splashing", is generally amplified by the vibrations and oscillations always present on the tape. "Splashing" produces big problems both for the quality of the product, producing the so-called "jet lines", and for safety. due to the dust released, and represents one of the main causes limiting the productivity of current galvanizing plants. Furthermore, the drops released also dirty the air blades themselves.
In particolare il fenomeno dello “splashing” si verifica quando al di sopra di un certo gradiente di riduzione dello spessore di rivestimento, e quindi al di sopra di una determinata velocità di avanzamento del nastro, l’angolo di uscita verso il basso dell'aria o gas del getto che ha impattato con la superficie del nastro, detto angolo essendo definito dalla direzione della velocità relativa aria-zinco verso il basso rispetto alla verticale, supera un valore critico per cui si ha il distacco di particelle solide (ZnO) dalla superficie del nastro. Ad esempio, per una velocità di avanzamento pari a 190 m/min e con una portata di ciascuna lama ad aria di 1000 Nm<3>/h ad una pressione di 0,5 bar, l’angolo critico è di circa 15°. In particular, the phenomenon of "splashing" occurs when above a certain gradient of reduction of the coating thickness, and therefore above a certain speed of advancement of the belt, the angle of exit towards the bottom of the air o gas of the jet that has impacted with the surface of the belt, said angle being defined by the direction of the relative air-zinc velocity downwards with respect to the vertical, exceeds a critical value for which there is the detachment of solid particles (ZnO) from the surface of the tape. For example, for a feed speed of 190 m / min and with a flow rate of each air blade of 1000 Nm <3> / h at a pressure of 0.5 bar, the critical angle is about 15 °.
Un altro problema è quello di provocare un forte raffreddamento e quindi la solidificazione prematura dello Zn sotto l’azione della lama ad aria, specialmente quando si aumenta la pressione di alimentazione con lo scopo di ottenere spessori di rivestimento sempre minori. Ciò significa diminuire l’efficacia di riduzione dello spessore di Zn. Another problem is to cause a strong cooling and therefore the premature solidification of the Zn under the action of the air blade, especially when the supply pressure is increased with the aim of obtaining ever smaller coating thicknesses. This means decreasing the effectiveness of reducing the thickness of Zn.
Un altro limite di questa tecnologia è causato dalla differente situazione fluidodinamica e termica presente al centro del nastro rispetto ai bordi dello stesso. Questa situazione, infatti, comporta che lo spessore del rivestimento non sia uniforme su tutta la larghezza del nastro ma risulti maggiore ai bordi. I bordi del nastro, infatti, si raffreddano più rapidamente rispetto al centro del nastro creando variazioni nelle proprietà fisiche dello Zn liquido, in particolare nella viscosità cinematica, che generano forze di superficie (effetto Marangoni) che provocano l’accumulo di rivestimento nei pressi dei bordi. Il problema viene risolto solamente parzialmente utilizzando lame o maschere per deflettere il getto di gas ai bordi del nastro oppure ugelli a farfalla che aumentano la portata di gas sui bordi. Another limitation of this technology is caused by the different fluid dynamic and thermal situation present at the center of the belt with respect to its edges. This situation, in fact, means that the thickness of the coating is not uniform over the entire width of the belt but is greater at the edges. The edges of the strip, in fact, cool more rapidly than the center of the strip, creating variations in the physical properties of the liquid Zn, in particular in the kinematic viscosity, which generate surface forces (Marangoni effect) that cause the accumulation of coating near the edges. The problem is solved only partially by using blades or masks to deflect the gas jet at the edges of the belt or butterfly nozzles that increase the gas flow rate on the edges.
L’accumulo di rivestimento vicino ai bordi, oltre che a creare problemi di bobinatura e successivamente di planarità del nastro zincato, comporta anche problemi di uniformità delle proprietà del rivestimento quando il nastro viene sottoposto a successivi trattamenti, ad esempio ad un riscaldamento ad una temperatura vicina al punto di fusione dello zinco, trattamento noto in inglese con il termine “galvannealing”. Inoltre, questo accumulo non permette di ridurre al minimo la quantità di Zn necessaria ad ottenere un dato rivestimento, con conseguenti svantaggi economici. Ulteriori limiti della tecnologia a lame d’aria sono rappresentati dal fatto che: The accumulation of coating near the edges, in addition to creating problems of winding and subsequently of flatness of the galvanized strip, also involves problems of uniformity of the properties of the coating when the strip is subjected to subsequent treatments, for example to a heating to a temperature close to the melting point of zinc, a treatment known in English with the term “galvannealing”. Furthermore, this accumulation does not allow to reduce to a minimum the quantity of Zn necessary to obtain a given coating, with consequent economic disadvantages. Further limitations of the technology with blades of air are represented by the fact that:
- il flusso d’aria produce una ossidazione del rivestimento che è tanto più intensa quanto maggiore sono la velocità e la portata del gas. Questo genera difetti sul prodotto finale e contribuisce al rilascio di polveri nell’ambiente. Le realizzazioni di sistemi di taglio con gas inerte, quale N2, utilizzate per ovviare a questo inconveniente, riescono soltanto parzialmente a risolvere il problema e comunque a costi maggiori rispetto alle classiche lame ad aria; - the air flow produces an oxidation of the coating which is all the more intense the greater the speed and flow rate of the gas. This generates defects on the final product and contributes to the release of dust into the environment. The realizations of cutting systems with inert gas, such as N2, used to obviate this drawback, are only able to partially solve the problem and in any case at higher costs than conventional air blades;
- fissata la velocità di avanzamento del nastro lo spessore finale del rivestimento dipende dal picco della forza di gradiente di pressione ma la pressione deH’aria o del gas deve essere mantenuta entro certi limiti onde evitare di raggiungere velocità supersoniche deH’aria con conseguenti problemi di vibrazione, battimenti e instabilità nella posizione del nastro, e rumore eccessivo neirimpianto; - once the speed of advancement of the belt is fixed, the final thickness of the coating depends on the peak of the pressure gradient force but the air or gas pressure must be kept within certain limits in order to avoid reaching supersonic air speeds with consequent problems of vibration, beating and instability in the position of the belt, and excessive noise in the system;
- viceversa, nel caso in cui sia fissato lo spessore finale del rivestimento ad un valore relativamente ridotto, non potendo aumentare troppo la pressione deH’aria occorre limitare la velocità del nastro e quindi la produttività della linea, ma ciò è in contrasto con le attuali esigenze di competitività commerciale che richiedono velocità superiori a 200 m/min. E’ sentita pertanto l’esigenza di realizzare un metodo ed un relativo dispositivo per il controllo dello spessore di un rivestimento di prodotti metallici, in uscita da un bagno caldo, che sia in grado si superare i suddetti inconvenienti. - vice versa, if the final thickness of the coating is set at a relatively low value, since the air pressure cannot be increased too much, it is necessary to limit the speed of the belt and therefore the productivity of the line, but this is in contrast with current commercial competitiveness needs that require speeds above 200 m / min. The need is therefore felt to create a method and a related device for controlling the thickness of a coating of metal products, coming out of a hot bath, which is able to overcome the aforementioned drawbacks.
Sommario dell’invenzione Summary of the invention
Uno scopo della presente invenzione è quello di prevedere un metodo e un relativo dispositivo per realizzare una operazione di rimozione controllata del rivestimento in eccesso nello stadio finale della galvanizzazione in continuo per immersione a caldo di un prodotto metallico piano, quale ad esempio un nastro di acciaio, mediante l'utilizzo di campi elettromagnetici ed eventualmente di getti di gas in modo tale da aumentare la produttività massima delle attuali linee di galvanizzazione ed al tempo stesso migliorare la qualità del prodotto finale, in particolare riducendo ed eventualmente eliminando il problema dello “splashing”. An object of the present invention is to provide a method and a relative device for carrying out a controlled removal operation of the excess coating in the final stage of the continuous galvanization by hot dipping of a flat metal product, such as for example a steel strip. , through the use of electromagnetic fields and possibly gas jets in such a way as to increase the maximum productivity of the current galvanizing lines and at the same time improve the quality of the final product, in particular by reducing and possibly eliminating the problem of "splashing" .
Un ulteriore scopo dell’invenzione riguarda la possibilità di controllare efficacemente il peso del rivestimento e l'uniformità di distribuzione dello stesso. A further object of the invention concerns the possibility of effectively controlling the weight of the coating and the uniformity of distribution of the same.
Per raggiungere gli scopi menzionati, secondo un primo aspetto della presente invenzione, è previsto un metodo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano, definente una direzione di avanzamento in uscita da un bagno di materiale di rivestimento fuso in processi di galvanizzazione in continuo per immersione a caldo, in cui sono previsti primi mezzi di generazione di almeno un campo magnetico alternato e secondi mezzi di generazione di getti di gas, atti a produrre getti di gas diretti sulle superfici di maggiore estensione di detto prodotto, entrambi detti mezzi essendo disposti in prossimità di dette superfici, il metodo comprendente, conformemente alla rivendicazione 1, i seguenti stadi: In order to achieve the aforementioned purposes, according to a first aspect of the present invention, a method is provided for controlling the coating thickness of a flat metal product, defining a direction of advancement out of a bath of molten coating material in galvanization processes. continuously by hot immersion, in which first means for generating at least one alternating magnetic field and second means for generating gas jets are provided, suitable for producing direct gas jets on the surfaces of greater extension of said product, both said means being arranged in proximity to said surfaces, the method comprising, according to claim 1, the following steps:
a) generazione di getti di gas, mediante detti secondi mezzi, in corrispondenza di una prima area ristretta lungo la larghezza del prodotto metallico, su ciascuna di dette superfici, in modo da rimuovere parte del rivestimento mediante l’azione di forze pneumatiche; a) generation of gas jets, by means of said second means, in correspondence with a first restricted area along the width of the metal product, on each of said surfaces, in order to remove part of the coating by the action of pneumatic forces;
b) generazione di almeno un campo magnetico non continuo, mediante detti primi mezzi, in prossimità di dette superfici del prodotto, detto campo inducente una distribuzione di correnti indotte sulle superfici tale da produrre forze elettromagnetiche cooperanti con dette forze pneumatiche per la rimozione di parte del rivestimento, dette forze elettromagnetiche essendo distribuite su una seconda area lungo la larghezza del prodotto metallico, su ciascuna di dette superfici, comprendente detta prima area ristretta. b) generation of at least one non-continuous magnetic field, by means of said first means, in proximity to said surfaces of the product, said field inducing a distribution of induced currents on the surfaces such as to produce electromagnetic forces cooperating with said pneumatic forces for the removal of part of the coating, said electromagnetic forces being distributed over a second area along the width of the metal product, on each of said surfaces, comprising said first restricted area.
Un secondo aspetto dell’invenzione prevede un dispositivo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano, definente una direzione di avanzamento in uscita da un bagno di materiale di rivestimento fuso in processi di galvanizzazione in continuo per immersione a caldo, comprendente, conformemente alla rivendicazione 11, mezzi di generazione di getti di gas, atti a produrre getti di gas diretti sulle superfici di maggiore estensione di detto prodotto in corrispondenza di una prima area ristretta lungo la larghezza del prodotto metallico, in modo da rimuovere parte del rivestimento mediante l’azione di forze pneumatiche; mezzi di generazione di almeno un campo magnetico non continuo, atti a produrre forze elettromagnetiche cooperanti con dette forze pneumatiche per la rimozione di parte del rivestimento, dette forze elettromagnetiche essendo distribuite su una seconda area lungo la larghezza del prodotto metallico, su ciascuna di dette superfici, comprendente detta prima area ristretta, entrambi detti mezzi essendo disposti in prossimità di dette superfici. A second aspect of the invention provides a device for controlling the coating thickness of a flat metal product, defining a direction of advance at the outlet from a bath of molten coating material in continuous hot-dip galvanization processes, comprising, according to claim 11, means for generating gas jets, suitable for producing direct gas jets on the surfaces of greater extension of said product in correspondence with a first narrow area along the width of the metal product, so as to remove part of the coating by means of the action of pneumatic forces; means for generating at least one non-continuous magnetic field, adapted to produce electromagnetic forces cooperating with said pneumatic forces for the removal of part of the coating, said electromagnetic forces being distributed over a second area along the width of the metal product, on each of said surfaces comprising said first restricted area, both said means being arranged in proximity to said surfaces.
Vantaggiosamente il metodo ed il dispositivo dell’invenzione prevedono l’utilizzo di induttori, alimentati in corrente alternata o pulsata, che operino eventualmente in cooperazione con le lame ad aria e producano forze elettromagnetiche che agiscano sullo strato di Zn liquido in direzione principalmente perpendicolare o parallela alla superficie del nastro ed in modo da poter sovrapporre gli effetti di queste forze sulla riduzione dello spessore di Zn con quelli gasdinamici o pneumatici. Advantageously, the method and the device of the invention provide for the use of inductors, powered by alternating or pulsed current, which possibly operate in cooperation with the air blades and produce electromagnetic forces that act on the liquid Zn layer in a mainly perpendicular or parallel direction. to the surface of the strip and in such a way as to be able to superimpose the effects of these forces on the reduction of the thickness of Zn with the gas-dynamic or pneumatic ones.
Nel caso di forze elettromagnetiche o forze di volume agenti in direzione sostanzialmente perpendicolare alla superficie del nastro è possibile incrementare la produttività in qualità poiché, a parità di pressione totale applicata sul rivestimento di Zn, data dalla combinazione di forze magnetiche e gasdinamiche, la pressione e la portata della lama ad aria potrà essere mantenuta al di sotto dei valori critici oltre i quali si innesca il fenomeno dello “splashing”. In the case of electromagnetic forces or volume forces acting in a direction substantially perpendicular to the surface of the belt it is possible to increase the productivity in quality since, for the same total pressure applied on the Zn coating, given by the combination of magnetic and gasdynamic forces, the pressure and the capacity of the air blade can be kept below the critical values beyond which the phenomenon of "splashing" is triggered.
Nel caso di forze elettromagnetiche o forze di volume agenti, invece, in direzione sostanzialmente parallela alla superficie del nastro è possibile incrementare la produttività in qualità anche perché la distribuzione di queste forze è tale da produrre una variazione più graduale nello spessore di Zn rispetto a quella particolarmente brusca, tipica delle lame ad aria. Infatti, introducendo gradienti di campo magnetico in direzione verticale, ossia parallela al nastro, è possibile variare le forze di volume agenti sul rivestimento in maniera graduale. In questo modo si riesce ad incrementare la produttività in qualità poiché, oltre a poter aumentare la forza complessiva di rimozione del rivestimento, si mantiene il valore dell’angolo definito dalla direzione della velocità relativa aria-zinco verso il basso, rispetto alla verticale, ben al di sotto del valore dell’angolo critico per un determinato valore di pressione e portata della lama ad aria. Questo permette vantaggiosamente di impedire o comunque controllare il fenomeno indesiderato dello splashing anche ad elevate velocità di avanzamento del nastro. In the case of electromagnetic forces or volume forces acting, on the other hand, in a direction substantially parallel to the surface of the belt it is possible to increase the productivity in quality also because the distribution of these forces is such as to produce a more gradual variation in the thickness of Zn than that particularly sharp, typical of air blades. In fact, by introducing magnetic field gradients in the vertical direction, ie parallel to the strip, it is possible to vary the volume forces acting on the coating in a gradual manner. In this way it is possible to increase the productivity in quality since, in addition to being able to increase the overall removal force of the coating, the value of the angle defined by the direction of the relative air-zinc speed downwards, with respect to the vertical, is maintained well below the critical angle value for a given air knife pressure and flow rate. This advantageously allows to prevent or in any case control the undesired phenomenon of splashing even at high speed of advancement of the belt.
Vantaggiosamente, poiché le forze elettromagnetiche agenti sul rivestimento di Zn sono proporzionali alla frequenza e alla intensità del campo magnetico imposto, è possibile ottimizzare tali parametri in modo da ottenere il massimo delle forze sullo Zn inducendo dei contenuti riscaldi nello Zn e nel nastro che favoriscono l’azione della forza di volume, in quanto rendono più fluido lo Zn liquido riducendone la viscosità cinematica e la tensione superficiale. In questo modo, inoltre, non vengono provocati surriscaldi tali da produrre problemi metallurgici al processo di rivestimento. Advantageously, since the electromagnetic forces acting on the Zn coating are proportional to the frequency and intensity of the magnetic field imposed, it is possible to optimize these parameters in order to obtain the maximum of the forces on the Zn by inducing heated contents in the Zn and in the strip which favor the action of the volume force, as they make liquid Zn more fluid by reducing its kinematic viscosity and surface tension. In this way, moreover, no overheating is caused such as to produce metallurgical problems in the coating process.
Con la presente invenzione si risolve pertanto anche il problema dell’accumulo di Zn sui bordi del nastro in quanto la temperatura dello Zn e del nastro risultano più uniformi sullo spessore del nastro. The present invention therefore also solves the problem of the accumulation of Zn on the edges of the strip since the temperature of the Zn and of the strip are more uniform on the thickness of the strip.
Si ottiene così un nastro con uno spessore di rivestimento uniforme su tutta la sua superficie, evitando di conseguenza i problemi di bobinatura e successivamente di planarità del nastro zincato, ed i problemi di uniformità delle proprietà del rivestimento quando il nastro viene sottoposto a successivi trattamenti, ad esempio ad un trattamento di “galvannealing”. Inoltre viene ridotta al minimo la quantità di Zn necessaria ad ottenere un determinato rivestimento, con conseguenti vantaggi economici. Infine, grazie alla vantaggiosa combinazione di lame ad aria e campi magnetici generanti forze elettromagnetiche cooperanti le forze di pressione pneumatica, è possibile ridurre la pressione di alimentazione dell’aria riducendo anche i problemi legati all’ossidazione del rivestimento. In this way a strip is obtained with a uniform coating thickness over its entire surface, thus avoiding the problems of winding and subsequently of flatness of the galvanized strip, and the problems of uniformity of the properties of the coating when the strip is subjected to subsequent treatments. for example to a “galvannealing” treatment. Furthermore, the quantity of Zn necessary to obtain a certain coating is reduced to a minimum, with consequent economic advantages. Finally, thanks to the advantageous combination of air blades and magnetic fields generating electromagnetic forces cooperating with the pneumatic pressure forces, it is possible to reduce the air supply pressure, also reducing the problems related to oxidation of the coating.
Eventualmente i campi magnetici, alternati o impulsati, possono essere applicati sia in direzione parallela che perpendicolare al nastro, in particolare nel caso di campi magnetici, prodotti dagli induttori, che non producano una saturazione magnetica del nastro di acciaio. Tali campi magnetici hanno una intensità variabile da 0,05 a 0,5 T in aria, preferibilmente minore o uguale a 0,3T. Possibly the magnetic fields, alternating or pulsed, can be applied both in parallel and perpendicular direction to the strip, in particular in the case of magnetic fields, produced by the inductors, which do not produce a magnetic saturation of the steel strip. These magnetic fields have an intensity ranging from 0.05 to 0.5 T in air, preferably less than or equal to 0.3T.
Il metodo della presente invenzione si può applicare per controllare lo spessore di rivestimento di nastri d'acciaio in uscita da un bagno caldo, ad esempio, di zinco, leghe Zn-Fe e Zn-AI, alluminio, leghe di Al e stagno. The method of the present invention can be applied to control the coating thickness of steel strips leaving a hot bath, for example, of zinc, Zn-Fe and Zn-AI alloys, aluminum, Al alloys and tin.
Breve descrizione delle Figure Brief description of the Figures
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, del metodo e del dispositivo dell’invenzione con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui: Further features and advantages will be more evident in the light of the detailed description of preferred but not exclusive embodiments of the method and device of the invention with the help of the accompanying drawing tables in which:
la Fig. 1 rappresenta uno schema del processo di immersione di un nastro in un bagno metallico fuso con successiva applicazione di lame ad aria; Fig. 1 represents a diagram of the process of dipping a strip in a molten metal bath with subsequent application of air blades;
la Fig. 2a rappresenta una porzione di nastro sul quale è applicato un primo campo magnetico avente una prima direzione; Fig. 2a represents a strip portion on which a first magnetic field having a first direction is applied;
la Fig. 2b rappresenta una vista laterale del nastro con schema delle correnti indotte e delle forze di volume prodotte dal campo magnetico di Fig. 2a; Fig. 2b represents a side view of the tape with a diagram of the induced currents and the volume forces produced by the magnetic field of Fig. 2a;
la Fig. 3 rappresenta una prima forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione; Fig. 3 represents a first schematic embodiment of the device of the invention;
la Fig. 4 rappresenta una seconda forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione; Fig. 4 represents a second schematic embodiment of the device of the invention;
la Fig. 5 rappresenta una terza forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione; Fig. 5 represents a third schematic embodiment of the device of the invention;
la Fig. 6 rappresenta una quarta forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione; Fig. 6 represents a fourth schematic embodiment of the device of the invention;
la Fig. 7a rappresenta una porzione di nastro sul quale è applicato un secondo campo magnetico avente una seconda direzione; Fig. 7a represents a portion of tape on which a second magnetic field having a second direction is applied;
la Fig. 7b rappresenta una vista laterale del nastro con schema delle correnti indotte e delle forze di volume prodotte dal campo magnetico di Fig. 7a; Fig. 7b represents a side view of the tape with a diagram of the induced currents and the volume forces produced by the magnetic field of Fig. 7a;
la Fig. 8 rappresenta una quinta forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione; Fig. 8 represents a fifth schematic embodiment of the device of the invention;
la Fig. 8a rappresenta una sesta forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione; Fig. 8a represents a sixth schematic embodiment of the device of the invention;
la Fig. 9a rappresenta una porzione di nastro sul quale sono applicati contemporaneamente due secondi campi magnetici aventi direzioni opposte; Fig. 9a represents a portion of tape on which two second magnetic fields having opposite directions are applied simultaneously;
la Fig. 9b rappresenta una vista laterale del nastro con schema delle correnti indotte e delle forze di volume prodotte dai campi magnetici di Fig. 9a; Fig. 9b represents a side view of the belt with a diagram of the induced currents and the volume forces produced by the magnetic fields of Fig. 9a;
la Fig. 10 rappresenta una settima forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione; Fig. 10 represents a seventh schematic embodiment of the device of the invention;
la Fig. 11 rappresenta un esempio di distribuzione delle forze pneumatiche ed elettromagnetiche agenti su un nastro; Fig. 11 represents an example of distribution of the pneumatic and electromagnetic forces acting on a belt;
la Fig. 12 rappresenta un confronto tra risultati di simulazioni sulla riduzione dello spessore del rivestimento utilizzando solamente le lame ad aria e combinando con queste l’azione di un campo magnetico alternato; la Fig. 13 rappresenta un ulteriore esempio di distribuzione delle forze elettromagnetiche agenti su un nastro; Fig. 12 represents a comparison between simulation results on the reduction of the thickness of the coating using only the air blades and combining with these the action of an alternating magnetic field; Fig. 13 represents a further example of distribution of the electromagnetic forces acting on a tape;
la Fig. 14 rappresenta una sezione di una variante del dispositivo conforme alla presente invenzione. Fig. 14 represents a section of a variant of the device according to the present invention.
Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite deH’invenzione Uno schema del processo di zincatura di un nastro metallico per immersione in bagno caldo è illustrato in Fig. 1. Il nastro metallico 1, opportunamente pretrattato termicamente in atmosfera non ossidante/riducente, viene immerso nel bagno 2 di Zn fuso e, attraverso dei rulli 3 immersi nel bagno, viene guidato fuori dallo stesso in direzione verticale ad una predeterminata velocità. Detailed description of preferred embodiments of the invention A scheme of the galvanizing process of a metal strip by immersion in a hot bath is illustrated in Fig. 1. The metal strip 1, suitably thermally pre-treated in a non-oxidizing / reducing atmosphere, is immersed in the bath 2 of molten Zn and, by means of rollers 3 immersed in the bath, it is guided out of it in a vertical direction at a predetermined speed.
Al di sopra del bagno 2 sono previsti, in corrispondenza di ciascun lato di maggiore estensione del nastro, mezzi di generazione di getti di gas, comprendenti ugelli o lame ad aria 4 idonei a produrre getti o lame di aria o altro gas, quale vapore o N2, e quindi forze pneumatiche per ridurre lo spessore di Zn depositato sul nastro. Tali getti agiscono in corrispondenza di una prima area ristretta lungo la larghezza del nastro, su entrambe le sue superfici 11 ; detta prime area si estende lungo la direzione di avanzamento del nastro per circa 5 mm. La pressione di alimentazione degli ugelli 4 è preferibilmente compresa tra 0,1 bar e 1 bar. Per eseguire il metodo della presente invenzione, un relativo dispositivo comprende mezzi di generazione di campi elettromagnetici non continui, alternati o impulsati, per la rimozione del materiale di rivestimento in eccesso mediante le forze elettromagnetiche indotte sugli strati di rivestimento del nastro, detti mezzi essendo eventualmente vantaggiosamente combinati con i suddetti mezzi di generazione di getti di gas. Above the bath 2, at each side of greatest extension of the belt, means for generating gas jets are provided, comprising nozzles or air blades 4 suitable for producing jets or blades of air or other gas, such as steam or N2, and therefore pneumatic forces to reduce the thickness of Zn deposited on the strip. These jets act in correspondence with a first narrow area along the width of the belt, on both of its surfaces 11; said first area extends along the direction of advance of the tape for about 5 mm. The supply pressure of the nozzles 4 is preferably between 0.1 bar and 1 bar. To carry out the method of the present invention, a relative device comprises means for generating non-continuous, alternating or pulsed electromagnetic fields, for the removal of the excess coating material by means of the electromagnetic forces induced on the coating layers of the strip, said means being optionally advantageously combined with the aforementioned means for generating gas jets.
Una prima forma di realizzazione del metodo della presente invenzione prevede la generazione di un campo magnetico B non continuo, alternato o impulsato, avente una direzione sostanzialmente parallela alla direzione di avanzamento del nastro X, ossia quella verticale, come illustrato in Fig. 2a. A first embodiment of the method of the present invention provides for the generation of a non-continuous, alternating or pulsed magnetic field B, having a direction substantially parallel to the direction of advance of the tape X, ie the vertical one, as illustrated in Fig. 2a.
Tale campo magnetico B induce delle correnti elettriche indotte 6 sia nel nastro 1, ad esempio in acciaio ferromagnetico, che negli strati di rivestimento di zinco. A causa della maggiore conducibilità elettrica dello zinco rispetto all’acciaio per predeterminati valori della frequenza, dipendenti dallo spessore del nastro e dalla condizione o meno di saturazione magnetica del nastro stesso, le correnti tendono a concentrarsi sulla superficie del rivestimento. Tali correnti 6 percorrono la superficie del rivestimento di Zn trasversalmente alla direzione di avanzamento del nastro. L’interazione tra queste correnti indotte 6 ed il campo magnetico B inducente genera forze elettromagnetiche 7 agenti sul rivestimento principalmente in senso perpendicolare alle superfici 11. Tali forze elettromagnetiche 7 agiscono sul rivestimento del nastro in modo similare alle forze pneumatiche delle lame ad aria o ugelli 4 in modo da ridurre lo spessore di Zn in corrispondenza di una seconda area sostanzialmente coincidente con la prima area ristretta, rimuovendo e rimandando indietro lo Zn in eccesso. This magnetic field B induces induced electric currents 6 both in the strip 1, for example in ferromagnetic steel, and in the zinc coating layers. Due to the higher electrical conductivity of zinc compared to steel for predetermined frequency values, depending on the thickness of the tape and the condition or not of magnetic saturation of the tape itself, the currents tend to concentrate on the surface of the coating. These currents 6 travel along the surface of the Zn coating transversely to the direction of advance of the strip. The interaction between these induced currents 6 and the inducing magnetic field B generates electromagnetic forces 7 acting on the coating mainly perpendicular to the surfaces 11. These electromagnetic forces 7 act on the coating of the belt in a similar way to the pneumatic forces of the air blades or nozzles 4 so as to reduce the thickness of Zn in correspondence with a second area substantially coinciding with the first restricted area, removing and returning the excess Zn.
Per gli spessori di nastro tipici, utilizzati nel processo di zincatura, è vantaggioso utilizzare frequenze di alimentazione del campo magnetico superiori a 100 Hz ed inferiori a 500 kHz in modo da poter concentrare la corrente elettrica alla superficie del nastro e dello Zn liquido. For typical strip thicknesses used in the galvanizing process, it is advantageous to use magnetic field power frequencies higher than 100 Hz and lower than 500 kHz in order to be able to concentrate the electric current at the surface of the strip and liquid Zn.
In particolare è preferibile per l’efficienza delle soluzioni a flusso magnetico prevalentemente verticale che il rapporto tra lo spessore del nastro e lo spessore di penetrazione della corrente nel nastro abbia un valore compreso tra 0,5 e 20. L’intensità del campo magnetico alternato è, invece, preferibilmente compresa tra 0,005 e 0,5 T in aria nel tratto compreso tra il nastro ed i poli a giogo magnetico o le bobine. In particular, for the efficiency of mainly vertical magnetic flux solutions, it is preferable that the ratio between the thickness of the tape and the penetration thickness of the current in the tape has a value between 0.5 and 20. The intensity of the alternating magnetic field on the other hand, it is preferably comprised between 0.005 and 0.5 T in air in the portion comprised between the strip and the magnetic yoke poles or the coils.
Questa prima forma di realizzazione del metodo dell’invenzione può essere realizzata mediante un dispositivo comprendente, in una prima variante, una o più bobine o avvolgimenti 8 avvolte intorno al nastro 1 ed alimentate con corrente alternata o pulsante in modo da creare un campo magnetico alternato o pulsante B longitudinale interno ad essa, come illustrato in Fig. 3. Le lame ad aria 4 sono vantaggiosamente disposte in prossimità della bobina 8, preferibilmente in corrispondenza di metà avvolgimento. This first embodiment of the method of the invention can be realized by means of a device comprising, in a first variant, one or more coils or windings 8 wound around the tape 1 and fed with alternating or pulsating current so as to create an alternating magnetic field or longitudinal pushbutton B inside it, as illustrated in Fig. 3. The air blades 4 are advantageously arranged in proximity to the reel 8, preferably in correspondence with half winding.
Una seconda variante del dispositivo, illustrata in Fig. 4, prevede mezzi di generazione di campi elettromagnetici comprendenti due induttori, ciascuno costituito ad esempio da uno o più avvolgimenti o bobine 9 avvolte attorno a un nucleo o giogo ferromagnetico 10, sostanzialmente a forma di C, mentre i mezzi di generazione di getti di gas comprendono per ciascun induttore una struttura di supporto e di alimentazione degli ugelli 4, comprendente un collettore di alimentazione 12 di gas e gli ugelli stessi, posti in prossimità di ciascuna superficie 11 di maggiore estensione del nastro di acciaio 1 in uscita dal bagno fuso del materiale di rivestimento. A second variant of the device, illustrated in Fig. 4, provides means for generating electromagnetic fields comprising two inductors, each consisting for example of one or more windings or coils 9 wound around a ferromagnetic core or yoke 10, substantially C-shaped , while the means for generating gas jets comprise for each inductor a support and supply structure for the nozzles 4, comprising a gas supply manifold 12 and the nozzles themselves, placed in proximity to each surface 11 of greater extension of the belt of steel 1 coming out of the molten bath of the coating material.
I nuclei ferromagnetici 10, sostanzialmente a forma di C, sono del tipo a lamine oppure compatti e realizzati in materiale ferromagnetico o magneto-dielettrico o ferritico, mentre le bobine 9 sono disposte una di fronte all'altra da ciascun lato del nastro di acciaio 1 e possono essere raffreddate ad acqua. E’ previsto il controllo della frequenza del campo magnetico alternante in funzione del tipo e della qualità del rivestimento da rimuovere. The ferromagnetic cores 10, substantially C-shaped, are of the leaf type or compact and made of ferromagnetic or magneto-dielectric or ferritic material, while the coils 9 are arranged opposite each other on each side of the steel strip 1 and can be water cooled. The frequency of the alternating magnetic field is controlled according to the type and quality of the coating to be removed.
Vantaggiosamente essendo la struttura di supporto, comprendente il collettore di alimentazione 12 e gli ugelli 4, disposta all’interno dei nuclei ferromagnetici 10, la sovrapposizione dei getti di gas con la zona di azione delle forze magnetiche è sempre garantita. Advantageously, being the support structure, comprising the feed manifold 12 and the nozzles 4, arranged inside the ferromagnetic cores 10, the overlap of the gas jets with the zone of action of the magnetic forces is always guaranteed.
Gli ugelli 4, disposti in prossimità di poli a giogo magnetico di ciascun nucleo ferromagnetico 10, possono trovarsi all'interno o all’esterno degli induttori. The nozzles 4, arranged near the magnetic yoke poles of each ferromagnetic core 10, can be inside or outside the inductors.
Per la realizzazione del campo magnetico B alternato o pulsante, avente direzione sostanzialmente parallela alla direzione di avanzamento del nastro X, le bobine 9 sono percorse da corrente alternata o pulsante con un angolo di sfasamento tra le correnti pari a 180° in modo che sia presente solo un flusso magnetico longitudinale generato dagli anelli di flusso magnetico 13, 13’ circolanti su ciascun induttore. For the realization of the alternating or pulsating magnetic field B, having a direction substantially parallel to the direction of advancement of the tape X, the coils 9 are traversed by alternating or pulsating current with a phase shift angle between the currents equal to 180 ° so that it is present only a longitudinal magnetic flux generated by the magnetic flux rings 13, 13 'circulating on each inductor.
Vantaggiosamente variando la disposizione, il numero delle spire lungo l’asse verticale o direzione di avanzamento del nastro, e/o la forma del giogo ferromagnetico 10 è possibile anche variare la distribuzione delle forze elettromagnetiche 7 sul rivestimento di Zn liquido in modo più graduale rispetto alla tipica distribuzione stretta prodotta dalle lame ad aria 4. In questo modo si facilita la risoluzione del problema dello “splashing" in quanto la variazione di spessore del nastro avviene in corrispondenza di una seconda area o zona, lungo la larghezza del nastro, più estesa della prima area ristretta di applicazione delle forze pneumatiche. Advantageously, by varying the arrangement, the number of turns along the vertical axis or direction of advancement of the strip, and / or the shape of the ferromagnetic yoke 10, it is also possible to vary the distribution of the electromagnetic forces 7 on the liquid Zn coating in a more gradual way than to the typical narrow distribution produced by the air blades 4. In this way the solution of the "splashing" problem is facilitated since the variation in thickness of the belt occurs in correspondence with a second area or zone, along the width of the belt, more extended of the first restricted area of application of pneumatic forces.
Ad esempio, disponendo le spire della bobina 8 in modo che siano più vicine al nastro in alto e siano via via più lontane dal nastro in basso, come illustrato in Fig. 5, e/o si abbia un numero di spire via via decrescente lungo la verticale verso il bagno di materiale di rivestimento fuso, ossia dall’alto in basso come illustrato in Fig. 6, oppure si abbiano gioghi ferromagnetici che concentrino diversamente le linee di campo, si ottengono forze elettromagnetiche 7 decrescenti nella direzione opposta a quella di avanzamento del nastro. For example, by arranging the turns of the reel 8 so that they are closer to the tape at the top and are gradually further away from the tape at the bottom, as shown in Fig. 5, and / or there is a number of turns gradually decreasing along the vertical towards the bath of molten coating material, i.e. from top to bottom as illustrated in Fig. 6, or if there are ferromagnetic yokes which concentrate the field lines differently, decreasing electromagnetic forces 7 are obtained in the opposite direction to that of advancement of the tape.
Nella forma di realizzazione illustrata in Fig. 5 l’angolo di apertura β della bobina 8 rispetto alla verticale è preferibilmente compreso tra 0 e 60°. Una seconda forma di realizzazione del metodo della presente invenzione prevede la generazione di un campo magnetico B’, alternato o impulsato, non uniforme avente una direzione sostanzialmente perpendicolare alla direzione di avanzamento del nastro X, ossia quella verticale, come illustrato in Fig. 7a. In the embodiment illustrated in Fig. 5, the opening angle β of the coil 8 with respect to the vertical is preferably between 0 and 60 °. A second embodiment of the method of the present invention provides for the generation of a magnetic field B ', alternating or pulsed, non-uniform having a direction substantially perpendicular to the direction of advancement of the tape X, ie the vertical one, as shown in Fig. 7a.
Tale campo magnetico B’ induce delle correnti elettriche indotte 6’ sia nel nastro 1, ad esempio in acciaio ferromagnetico, che negli strati di rivestimento di zinco che circolano lungo la larghezza del nastro e che si chiudono lateralmente sui bordi del nastro in direzione verticale, come meglio illustrato in Fig. 7b. L’interazione tra queste correnti indotte 6’ ed il campo magnetico inducente B’ genera le forze elettromagnetiche 7’, 7” agenti sul rivestimento principalmente in direzione sostanzialmente parallela alle superfici 11. Essendo il campo magnetico B’ non uniforme vengono prodotte sulla superficie del rivestimento e del nastro forze T dirette verso il basso maggiori delle forze 7” dirette verso l’alto in modo da favorire la rimozione verso il bagno del rivestimento in eccesso. This magnetic field B 'induces induced electric currents 6' both in the strip 1, for example in ferromagnetic steel, and in the zinc coating layers which circulate along the width of the strip and which close laterally on the edges of the strip in the vertical direction, as better illustrated in Fig. 7b. The interaction between these induced currents 6 'and the inducing magnetic field B' generates the electromagnetic forces 7 ', 7 "acting on the coating mainly in a direction substantially parallel to the surfaces 11. Since the magnetic field B' is not uniform, they are produced on the surface of the coating and tape downward-directed T forces greater than upward 7 ”forces to aid in the removal of excess coating towards the bath.
In questo caso, per gli spessori di nastro tipici, utilizzati nel processo di zincatura, è vantaggioso utilizzare frequenze del campo magnetico superiori a 5 Hz ed inferiori a 5 kHz in modo da poter concentrare la corrente elettrica alla superficie del nastro e dello Zn liquido. In this case, for the typical strip thicknesses used in the galvanizing process, it is advantageous to use magnetic field frequencies higher than 5 Hz and lower than 5 kHz in order to be able to concentrate the electric current on the surface of the strip and of the liquid Zn.
L’intensità del campo magnetico B’ è, invece, preferibilmente compresa tra 0,005 e 0,5 T in aria nel tratto compreso tra il nastro ed i poli a giogo magnetico o le bobine. The intensity of the magnetic field B 'is, on the other hand, preferably between 0.005 and 0.5 T in the air in the section between the tape and the magnetic yoke poles or the coils.
Questa seconda forma di realizzazione del metodo dell’invenzione può essere realizzata mediante un dispositivo, illustrato in Fig. 8, comprendente due induttori, ciascuno costituito ad esempio da uno o più avvolgimenti o bobine 9’ avvolte attorno a un nucleo o giogo ferromagnetico 10’. Le due parti del giogo 10’, visibili in Fig. 8, disposte ciascuna in corrispondenza di una superficie di maggiore estensione del nastro 1, sono vantaggiosamente collegate sul piano orizzontale perpendicolare al foglio in modo da chiudere e massimizzare il flusso magnetico. L’inclinazione dei poli 15 rispetto alla verticale è definita da un angolo γ vantaggiosamente compresa tra 0° e 60°. This second embodiment of the method of the invention can be realized by means of a device, illustrated in Fig. 8, comprising two inductors, each consisting for example of one or more windings or coils 9 'wound around a ferromagnetic core or yoke 10' . The two parts of the yoke 10 ', visible in Fig. 8, each arranged at a surface of greater extension of the tape 1, are advantageously connected on the horizontal plane perpendicular to the sheet in order to close and maximize the magnetic flux. The inclination of the poles 15 with respect to the vertical is defined by an angle γ advantageously between 0 ° and 60 °.
I mezzi di generazione di getti di gas comprendono per ciascun induttore una struttura di supporto e di alimentazione di ugelli 4’, comprendente un collettore di alimentazione 12’ di gas, disposta all’esterno del giogo ferromagnetico 10’. Gli ugelli 4’ sono disposti immediatamente al di sopra di detti induttori e leggermente inclinati verso il basso in modo da far coincidere la zona del getto di gas con quella di azione delle forze elettromagnetiche. Questa soluzione permette un più facile accesso per la pulizia degli ugelli in quanto la parte superiore degli stessi risulta libera. Per concentrare e direzionare le forze su un punto preciso, pertanto, vengono vantaggiosamente applicati dei campi magnetici che variano lungo la direzione di moto del nastro ed in particolare siano più intensi nella zona dove si vuole concentrare di più le forze di riduzione dello spessore di Zn, e diminuiscano di intensità nelle zone adiacenti. Più intensa è la variazione di intensità del campo B’ lungo la direzione verticale, più è possibile concentrare le forze elettromagnetiche agenti verso il basso. The means for generating gas jets comprise for each inductor a support structure and feeding nozzles 4 ', comprising a 12' gas supply manifold, arranged outside the ferromagnetic yoke 10 '. The nozzles 4 'are arranged immediately above said inductors and slightly inclined downwards so as to make the area of the gas jet coincide with that of the action of the electromagnetic forces. This solution allows easier access for cleaning the nozzles as the upper part of the nozzles is free. To concentrate and direct the forces on a precise point, therefore, magnetic fields are advantageously applied which vary along the direction of motion of the belt and in particular are more intense in the area where the Zn thickness reduction forces are to be concentrated more. , and decrease in intensity in adjacent areas. The more intense the variation in intensity of the field B 'along the vertical direction, the more it is possible to concentrate the electromagnetic forces acting downwards.
Una variante per realizzare detta seconda forma di realizzazione del metodo dell’invenzione prevede di adottare una serie o matassa di spire 70 non uniformemente distribuite del tipo illustrato in Fig. 8a. Le spire 70, disposte solo da un lato rispetto alla direzione di avanzamento del nastro, sono avvolte in modo da definire assi perpendicolari a detta direzione ed una superficie interna inclinata rispetto ad un piano verticale di un angolo di ampiezza preferibilmente compresa tra 0° e 60°. A variant to achieve said second embodiment of the method of the invention provides for the adoption of a series or skein of unevenly distributed coils 70 of the type illustrated in Fig. 8a. The coils 70, arranged only on one side with respect to the direction of advancement of the belt, are wound in such a way as to define axes perpendicular to said direction and an internal surface inclined with respect to a vertical plane by an angle of width preferably between 0 ° and 60 °.
Una ulteriore forma di realizzazione del metodo dell’invenzione è illustrata negli schemi di Figure 9a e 9b, secondo la quale un altro modo di creare forti gradienti del campo magnetico in direzione verticale, ossia parallela al nastro, tali da creare nel rivestimento le forze di volume indirizzate principalmente verso il basso è quello di incrociare due campi magnetici ortogonali B’ rispetto alle superfici 11 del nastro, aventi direzioni opposte. A further embodiment of the method of the invention is illustrated in the diagrams of Figures 9a and 9b, according to which another way of creating strong gradients of the magnetic field in the vertical direction, i.e. parallel to the tape, such as to create the forces of volume directed mainly downwards is to cross two orthogonal magnetic fields B 'with respect to the surfaces 11 of the belt, having opposite directions.
In entrambi i casi delle Figure 7a, 7b e 9a, 9b, il gradiente del campo, cioè la variazione della sua intensità, in direzione verticale determina la variazione delle forze elettromagnetiche applicate sullo Zn e di conseguenza la loro azione più o meno graduale sulla riduzione dello spessore del rivestimento. In both cases of Figures 7a, 7b and 9a, 9b, the gradient of the field, i.e. the variation of its intensity, in the vertical direction determines the variation of the electromagnetic forces applied on the Zn and consequently their more or less gradual action on the reduction the thickness of the coating.
Questa terza forma di realizzazione del metodo dell’invenzione può essere realizzata mediante un dispositivo, come quello illustrato in Fig. 10, del tutto identico a quello già descritto sopra ed illustrato in Fig. 4. This third embodiment of the method of the invention can be achieved by means of a device, such as the one illustrated in Fig. 10, completely identical to the one already described above and illustrated in Fig. 4.
Per la realizzazione del campo magnetico B’ alternato o pulsante, attraversante in direzione sostanzialmente ortogonale la direzione di avanzamento del nastro X, le bobine 9 sono percorse da corrente alternata o pulsante con un angolo di sfasamento tra le correnti pari a 0° in modo che sia presente solo un flusso magnetico attraversante due volte il nastro in versi opposti, detto flusso essendo generato dall’anello di flusso magnetico 13”comune ai due induttori. For the realization of the alternating or pulsating magnetic field B ', crossing the direction of advance of the tape X in a substantially orthogonal direction, the coils 9 are traversed by alternating or pulsating current with a phase shift angle between the currents equal to 0 ° so that there is only a magnetic flux crossing the tape twice in opposite directions, said flux being generated by the magnetic flux ring 13 "common to the two inductors.
L’utilizzo di gioghi o nuclei ferromagnetici con i poli opportunamente sagomati permette di modellare la forma del campo magnetico. In particolare l’inclinazione dei poli rispetto la direzione verticale, ossia la direzione di avanzamento del nastro, deve essere compresa tra 0° e 60° per essere efficace. The use of ferromagnetic yokes or cores with suitably shaped poles allows you to model the shape of the magnetic field. In particular, the inclination of the poles with respect to the vertical direction, i.e. the direction of advancement of the belt, must be between 0 ° and 60 ° to be effective.
Una ulteriore variante dell’invenzione prevede, con riferimento ai dispositivi di Fig. 4 e 10, di variare l'angolo di sfasamento tra le correnti nell'intervallo ±180°, con valori diversi da 0° e 180°, per generare flussi magnetici longitudinale e trasversali rispetto alla direzione di avanzamento del nastro, aventi un'intensità intermedia compresa tra i valori minimo e massimo. A further variant of the invention provides, with reference to the devices of Fig. 4 and 10, to vary the phase shift angle between the currents in the range ± 180 °, with values other than 0 ° and 180 °, to generate magnetic fluxes longitudinal and transversal with respect to the direction of advancement of the belt, having an intermediate intensity between the minimum and maximum values.
La Fig. 13 illustra la situazione che si verifica nella zona compresa tra nastro 1 ed i rispettivi poli a giogo magnetico dei nuclei o gioghi ferromagnetici 10, sostanzialmente a forma di C, nel caso in cui i campi magnetici prodotti dagli induttori non producono saturazione magnetica sul nastro (possibile se l’intensità del campo in aria < 0,3T). Vantaggiosamente, a causa delle proprietà ferromagnetiche del nastro di acciaio, le linee di campo magnetico B’ alla superficie del nastro, e quindi nello strato sottile di Zn, sono perpendicolari al nastro nella zona di ingresso e di uscita del nastro dagli induttori. La componente di campo magnetico B’ perpendicolare al nastro reagisce con le correnti indotte sul piano dello spessore di Zn in modo da produrre forze 7’ dirette vantaggiosamente verso il basso che contribuiscono l’asportazione più graduale del rivestimento limitando dunque il fenomeno dello splashing. La componente di campo magnetico B parallela al nastro reagisce, invece, con le correnti indotte che percorrono la superficie del rivestimento di Zn trasversalmente alla direzione di avanzamento del nastro. L’interazione tra queste correnti indotte ed il campo magnetico B inducente genera forze elettromagnetiche 7 agenti sul rivestimento principalmente in senso perpendicolare alle superfici 11. Tali forze elettromagnetiche 7 agiscono sul rivestimento del nastro in modo similare alle forze pneumatiche delle lame ad aria o ugelli 4 in modo da ridurre lo spessore di Zn in corrispondenza di un’area sostanzialmente coincidente con l’area ristretta di azione di dette forze pneumatiche, rimuovendo e rimandando indietro lo Zn in eccesso. Fig. 13 illustrates the situation that occurs in the area between tape 1 and the respective magnetic yoke poles of the substantially C-shaped ferromagnetic cores or yokes 10, in the case in which the magnetic fields produced by the inductors do not produce magnetic saturation on the tape (possible if the field strength in air <0.3T). Advantageously, due to the ferromagnetic properties of the steel strip, the magnetic field lines B 'at the surface of the strip, and therefore in the thin layer of Zn, are perpendicular to the strip in the entrance and exit area of the strip from the inductors. The magnetic field component B 'perpendicular to the strip reacts with the currents induced on the plane of the thickness of Zn in order to produce forces 7' advantageously directed downwards which contribute to the more gradual removal of the coating thus limiting the phenomenon of splashing. The magnetic field component B parallel to the strip reacts, on the other hand, with the induced currents which travel across the surface of the Zn coating transversely to the direction of advance of the strip. The interaction between these induced currents and the inducing magnetic field B generates electromagnetic forces 7 acting on the coating mainly perpendicular to the surfaces 11. These electromagnetic forces 7 act on the belt coating in a similar way to the pneumatic forces of the air blades or nozzles 4 so as to reduce the thickness of Zn in correspondence with an area substantially coinciding with the restricted area of action of said pneumatic forces, removing and returning the excess Zn.
Con riferimento ai dispositivi illustrati nelle Figure 4 e 10, una variante può prevedere che il nucleo o giogo magnetico 10 possa svolgere anche la funzione di “lama d’aria”. Ciò è possibile in quanto le espansioni polari o poli magnetici 14’, 14” possono essere sagomate opportunamente per definire gli ugelli 4 atti a generare dei getti di gas, come nell’esempio di Fig. 14. In tale variante sono vantaggiosamente previste delle paratie 30, o slots, in corrispondenza della sezione d’ingresso di detti ugelli 4 che hanno lo scopo di equalizzare la portata all’interno degli ugelli stessi. Gli ugelli 4, in questo caso, sono pertanto definiti dalla configurazione delle espansione polari 14’, 14” e presentano una luce di passaggio che, in sezione trasversale (Fig. 14), ha una forma rastremata andando verso la direzione di avanzamento del nastro. Nella forma di realizzazione di Fig. 14, in particolare, detta luce di passaggio comprende due tratti rastremati successivi definenti direzioni incidenti tra loro. In tal caso la distanza tra i poli a giogo magnetico 14’, 14”, rispettivamente superiore ed inferiore, è compresa tra 0,5 e 5 mm. With reference to the devices illustrated in Figures 4 and 10, a variant may provide that the core or magnetic yoke 10 can also perform the function of "air knife". This is possible since the pole pieces or magnetic poles 14 ', 14 "can be suitably shaped to define the nozzles 4 suitable for generating gas jets, as in the example of Fig. 14. In this variant, bulkheads are advantageously provided 30, or slots, in correspondence with the inlet section of said nozzles 4 which have the purpose of equalizing the flow rate inside the nozzles themselves. The nozzles 4, in this case, are therefore defined by the configuration of the pole pieces 14 ', 14 "and have a passage opening which, in cross section (Fig. 14), has a tapered shape going towards the direction of advance of the belt . In the embodiment of Fig. 14, in particular, said passage opening comprises two successive tapered portions defining directions incident to each other. In this case, the distance between the magnetic yoke poles 14 ', 14 ", respectively upper and lower, is between 0.5 and 5 mm.
Vantaggiosamente, per ridurre il riscaldamento per induzione della struttura di supporto e di alimentazione delle lame di gas, disposta all’interno di ciascun nucleo ferromagnetico 10 e comprendente il collettore 12 ed eventualmente gli ugelli 4, può essere previsto almeno uno schermo ad alta conducibilità elettrica, disposto tra detta struttura ed il nucleo 10, che adempie a due funzioni: Advantageously, to reduce the induction heating of the support and supply structure of the gas blades, arranged inside each ferromagnetic core 10 and comprising the manifold 12 and possibly the nozzles 4, at least one shield with high electrical conductivity can be provided. , placed between said structure and the core 10, which fulfills two functions:
- impedire il surriscaldamento per induzione della lama d'aria, - prevent overheating of the air knife by induction,
- e concentrare il flusso magnetico direttamente nella zona dove il getto di gas agisce. - and concentrate the magnetic flux directly in the area where the gas jet acts.
Schermi supplementari ad alta conducibilità elettrica possono essere previsti, disposti esternamente a ciascun nucleo ferromagnetico ed in prossimità dei poli dei gioghi magnetici, per ridurre il riscaldamento per induzione sul nastro 1 e sullo strato di rivestimento 11, quando le temperature diventano eccessive per il processo. Mediante questo opportuno posizionamento degli schermi esterni si può limitare la diminuzione del flusso magnetico nella zona dove il getto di gas agisce per mantenere l'efficacia del sistema di rimozione del materiale di rivestimento in eccesso. Additional screens with high electrical conductivity can be provided, arranged externally to each ferromagnetic core and in proximity to the poles of the magnetic yokes, to reduce the induction heating on the belt 1 and on the coating layer 11, when the temperatures become excessive for the process. By means of this opportune positioning of the external shields it is possible to limit the decrease of the magnetic flux in the area where the gas jet acts to maintain the effectiveness of the system for removing the excess coating material.
Detti schermi agiscono anche come concentratori di campo magnetico nello spazio tra nastro e nucleo magnetico aumentando in parte l’efficacia locale di azione di detto campo sul nastro. Said screens also act as magnetic field concentrators in the space between the tape and the magnetic core, partially increasing the local action effectiveness of said field on the tape.
Secondo una ulteriore variante, i suddetti schermi elettromagnetici, interni o esterni ai nuclei magnetici, possono essere sagomati in modo tale da costituire essi stessi gli ugelli per i getti di gas. In questo caso, quindi, gli ugelli saranno definiti dalla configurazione degli schermi elettromagnetici. According to a further variant, the aforesaid electromagnetic screens, internal or external to the magnetic cores, can be shaped in such a way as to constitute themselves the nozzles for the gas jets. In this case, therefore, the nozzles will be defined by the configuration of the electromagnetic shields.
In Fig. 11 è mostrato un esempio di distribuzione della forza di volume o di Lorentz 20 ottenibile imponendo un campo magnetico alternato a 200Hz confrontato con la forza pneumatica di pressione 21 generata da una lama ad aria. Si può osservare che la distribuzione delle forze di volume 20 generate dal campo magnetico variabile non è concentrata in un ridotto spazio come le forze pneumatiche 21, tipicamente agenti su una area di altezza di circa 5 mm, ma è molto più estesa. In Fig. 11 le forze di volume 20 si estendono per circa 300 mm lungo il nastro. Questo fatto favorisce una più graduale variazione dello spessore di Zn sul nastro. Inoltre è possibile sovrapporre le zone di azione dei campi magnetici alternati e delle forze pneumatiche, tenendo conto della natura delle sorgenti del campo magnetico variabile, senza necessità di inclinare il getto del gas e quindi massimizzandone l’azione e riducendo lo sforzo di taglio che è pericoloso per l’innesco del fenomeno di “splashing”. Fig. 11 shows an example of volume or Lorentz force distribution 20 obtainable by imposing an alternating magnetic field at 200Hz compared with the pneumatic pressure force 21 generated by an air blade. It can be observed that the distribution of the volume forces 20 generated by the variable magnetic field is not concentrated in a small space like the pneumatic forces 21, typically acting on a height area of about 5 mm, but is much more extensive. In Fig. 11 the volume forces 20 extend approximately 300 mm along the belt. This fact favors a more gradual variation of the thickness of Zn on the web. Furthermore, it is possible to superimpose the action zones of the alternating magnetic fields and pneumatic forces, taking into account the nature of the sources of the variable magnetic field, without the need to tilt the gas jet and therefore maximizing its action and reducing the shear stress which is dangerous for the triggering of the "splashing" phenomenon.
In Fig. 12 sono mostrati i risultati di una simulazione sulla riduzione dello spessore del rivestimento sia utilizzando solamente le lame ad aria che combinandole con l’azione di un campo magnetico alternato. Si può osservare che l’effetto del campo magnetico aggiuntivo (linea 22) è in grado sia di diminuire lo spessore finale rispetto a quello ottenibile con la sola lama ad aria (linea 23), che di provocare una riduzione più graduale dello spessore che non inneschi il fenomeno dello “splashing". Fig. 12 shows the results of a simulation on the reduction of the thickness of the coating both by using only the air blades and by combining them with the action of an alternating magnetic field. It can be observed that the effect of the additional magnetic field (line 22) is able both to decrease the final thickness compared to that obtainable with the air blade alone (line 23), and to cause a more gradual reduction of the thickness than trigger the phenomenon of "splashing".
Così sovrapponendo le forze gasdinamiche o pneumatiche, concentrate sotto il getto di gas, e le forze elettromagnetiche distribuite più gradualmente lungo il nastro è possibile operare una riduzione più graduale dello spessore dello Zn in modo da poter operare in tutte le condizioni operative di “wiping” con angoli inferiori a quello critico per il quale si verifica il fenomeno indesiderato dello “splashing". Thus by superimposing the gasdynamic or pneumatic forces, concentrated under the gas jet, and the electromagnetic forces distributed more gradually along the belt, it is possible to make a more gradual reduction in the thickness of the Zn so as to be able to operate in all operating conditions of "wiping" with angles lower than the critical one for which the undesired phenomenon of "splashing" occurs.
Vantaggiosamente il metodo dell’invenzione consente di operare con una velocità di avanzamento del nastro compresa tra 1 e 5 m/s. Advantageously, the method of the invention allows to operate with a speed of advancement of the belt between 1 and 5 m / s.
Un ulteriore vantaggio è dato dal fatto che il riscaldamento indotto dalle correnti 6, 6’ è tale da contrastare l’effetto di raffreddamento dovuto all’azione dei getti di gas o lame ad aria, per cui le lame ad aria o ugelli 4, 4’ devono essere previste al di sopra o al massimo in corrispondenza della zona di impatto di detti getti. In tal modo si riesce a mantenere il nastro in movimento ad una temperatura sostanzialmente uguale a quella di uscita dal bagno 2 fino a raggiungere la zona di impatto dei getti, evitando così la solidificazione superficiale dello zinco in prossimità degli ugelli. Infatti, la superficie del nastro che potrebbe essere sottoposta al rischio di solidificazione è quella appena al di sotto degli ugelli, ossia al di sotto della zona di impatto dei getti di aria, avente una larghezza circa pari a quella del nastro ed un’altezza variabile da qualche millimetro a 10 mm corrispondente al picco di pressione del getto di gas. A further advantage is given by the fact that the heating induced by the currents 6, 6 'is such as to counteract the cooling effect due to the action of the gas jets or air blades, so that the air blades or nozzles 4, 4 'must be provided above or at most in correspondence with the impact zone of said jets. In this way it is possible to keep the belt in motion at a temperature substantially equal to that of the outlet from the bath 2 until it reaches the impact zone of the jets, thus avoiding the surface solidification of the zinc near the nozzles. In fact, the surface of the belt that could be subjected to the risk of solidification is that just below the nozzles, i.e. below the impact zone of the air jets, having a width approximately equal to that of the belt and a variable height. from a few millimeters to 10 mm corresponding to the peak pressure of the gas jet.
Infine, una variante del metodo dell’invenzione prevede soltanto l’utilizzo dei mezzi di generazione di campi elettromagnetici, senza pertanto prevedere l’utilizzo di lame ad aria per la rimozione del materiale di rivestimento in eccesso. Quest’ultima variante può essere utilizzata vantaggiosamente per velocità di avanzamento del nastro fino a circa 2 m/s, con il vantaggio di poter ovviare ai problemi legati all’utilizzo delle lame ad aria ottenendo così una qualità superiore. Finally, a variant of the method of the invention only provides for the use of means for generating electromagnetic fields, without therefore providing for the use of air blades for the removal of excess coating material. This last variant can be advantageously used for belt feed speeds of up to about 2 m / s, with the advantage of being able to overcome the problems associated with the use of air blades, thus obtaining a higher quality.
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