ITMI20111131A1 - Dispositivo di generazione di getto di gas per processi di rivestimento di nastri metallici - Google Patents

Description

Descrizione

"DISPOSITIVO DI GENERAZIONE DI GETTO DI GAS PER PROCESSI DI RIVESTIMENTO DI NASTRI METALLICIâ€

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di generazione di flusso di gas per processi di rivestimento a caldo di nastri metallici. Tale dispositivo à ̈ generalmente conosciuto anche col nome di lama d’aria.

Stato della tecnica

Come noto, il processo di zincatura a caldo consiste nel rivestire di zinco, mediante l'immersione in un bagno di zinco fuso (a 450 °C - 470 °C) contenuto in una vasca, nastri di acciaio su entrambe le facce e con spessori di rivestimento variabili in funzione dell’applicazione finale. Il processo à ̈ di tipo continuo; il nastro di acciaio viene normalizzato e le due superfici opposte preparate adeguatamente per ottenere una perfetta aderenza dello zinco all’acciaio di base e la formazione di uno strato di zinco molto sottile ed uniforme.

La regolazione dello spessore del rivestimento di zinco viene ottenuta con un sistema a lama d’aria, che consente anche la distribuzione del rivestimento uniformemente sulle due superfici e su tutta la lunghezza del nastro. Il sistema delle lame d'aria à ̈ costituito essenzialmente da due labbra, definenti un ugello avente una dimensione preponderante sulle altre ed atto a generare un getto piano, che convogliano un getto d’aria su tutta la larghezza del nastro e per ogni lato quando il nastro fuoriesce dalla vasca di zinco.

Il medesimo procedimento viene impiegato per il rivestimento di nastri metallici in generale, indipendentemente dalla natura del materiale liquido aggrappato al nastro oggetto di rivestimento. Il liquido può essere infatti, oltre che una lega di zinco, una lega di alluminio oppure una vernice.

Un sistema di regolazione permette di inclinare e distanziare le due labbra tra di loro, in modo da poter determinare lo spessore di rivestimento richiesto, anche differenziato per lato.

Un sistema di controllo ad anello chiuso basato su un sistema di misura dello spessore del rivestimento di zinco ottenuto, consente di ottimizzare la quantità di zinco e, quindi, lo spessore del rivestimento.

Le norme stabiliscono quale deve essere il valore minimo del rapporto massa/superficie (g/m2) del rivestimento totale di zinco sulle due facce, oppure dello spessore di rivestimento minimo (micron) su una faccia, in funzione dell’applicazione finale che dovrà avere il nastro d’acciaio. Questo si spiega con il fatto che la resistenza alla corrosione del materiale nel tempo à ̈ direttamente proporzionale allo spessore di zinco applicato sul nastro metallico.

La qualità del getto prodotto dalla lama d’aria rappresenta quindi uno dei fattori fondamentali del processo di zincatura a caldo.

E’ desiderabile che il flusso d’aria sia distribuito uniformemente nello spazio e nel tempo su entrambe le facce del nastro, in modo da poter garantire una deviazione minima dello spessore di rivestimento rispetto al valore nominale.

La lama d’aria si estende per tutta la larghezza del nastro e deve essere realizzata in modo da limitare le turbolenze al proprio interno, prima che questa attraversi l'ugello, allo scopo di ottenere la suddetta uniformità nel tempo e nello spazio di distribuzione dell’aria.

Per rendere uniforme la distribuzione delle pressioni e minimizzare la vorticosità del flusso d’aria à ̈ possibile aumentare notevolmente le perdite di carico all’interno del dispositivo, ma ciò à ̈ un grosso limite. Dunque, si à ̈ cercato di individuare soluzioni che a fronte di modeste perdite di carico riuscissero comunque a garantire una sufficiente uniformità del flusso di aria.

Una lama d’aria à ̈ un dispositivo comprendente un condotto cilindrico, detto anche collettore di mandata, iniettante aria in una sorta di camera anulare. Sulla superficie laterale del condotto cilindrico si aprono dei fori di uscita dell’aria in pressione allineati per l’intera lunghezza del cilindro. Uno o più setti forati possono essere predisposti per uniformare il flusso di aria all'interno della camera anulare. Generalmente il condotto cilindrico à ̈ alimentato da entrambi gli estremi attraverso un plenum.

L’uniformità di alimentazione deve essere realizzata a priori dal corpo della lama d'aria, dato che l’ugello non à ̈ in grado di recuperare che solo in minima parte eventuali non uniformità della pressione di gas.

Ad esempio la pubblicazione DE1 9954231 in una prima variante mostra un condotto cilindrico avente un allineamento di fori paralleli all’asse di simmetria del condotto. In un’altra variante, mostra scanalature parallele tra loro disposte secondo meridiani del condotto cilindrico. Una terza variante mostra allineamenti di fori paralleli tra loro e disposti secondo meridiani del condotto cilindrico. Un primo setto forato à ̈ disposto verticalmente cioà ̈ perpendicolarmente rispetto all’asse di sviluppo della sezione trasversale della camera anulare. Un secondo ed immediatamente successivo setto, seguendo il moto orario del gas, à ̈ quasi orizzontale con fori che si aprono quasi perpendicolarmente rispetto ad un piano di sviluppo del condotto di uscita che à ̈ sostanzialmente tangente rispetto alla camera anulare e culminante con l’ugello piano.

Nel dispositivo descritto in DE19954231 risulta evidente che

- il tratto rettilineo che conduce aH’ugello à ̈ affiancato alla camera anulare, definendo una discontinuità in un piano mediale di sviluppo del condotto complessivo formato dalla camera anulare e dal tratto finale rettilineo,

- l’ultimo setto risulta quasi parallelo con lo sviluppo del tratto rettilineo che conduce aN'ugello,

- una frazione del gas, che ruota in senso orario, attraversa il setto verticale, mentre la restante frazione, che ruota in senso antiorario, attraversa solo l’ultimo setto, ciò comportando l’esistenza di due camere in parallelo contenute nel contenitore anulare del dispositivo.

Il dispositivo mostrato in tale documento induce il gas in pressione ad impattare e rimbalzare sulla parete inferiore dell’ultimo tratto rettilineo con un sensibile aumento delle turbolenze all’interno del dispositivo. Inoltre, le due frazioni di gas si scontrano prima di attraversare l’ultimo setto generando ulteriori turbolenze.

Sommario dell'invenzione

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo per uniformare un flusso di gas lungo un ugello atto a generare un getto piano, in particolare per processi di rivestimento a caldo di nastri metallici atto a migliorare l’uniformità della distribuzione del gas lungo l’estensione dell’ugello.

E’ oggetto della presente invenzione un dispositivo di generazione di un getto di gas piano e laminare, in particolare per processi di rivestimento a caldo di nastri metallici, comprendente, in conformità alla rivendicazione 1 ,

- un collettore di mandata avente una parete periferica, la parete periferica essendo dotata di primi fori,

- un’anticamera di uniformazione comunicante con detto collettore di mandata attraverso detti primi fori,

- un condotto di uscita comunicante ad una sua prima estremità con detta anticamera di uniformazione,

- un ugello atto a generare il getto di gas piano,

- detto condotto di uniformazione comunicante con detto ugello ad una sua seconda estremità, opposta alla sua prima estremità e con sezione più piccola, così da essere rastremato e da creare un percorso di flusso di gas che va da detta anticamera di uniformazione all’ugello, detto percorso definente una superficie di sviluppo mediale,

- almeno un setto forato disposto in detto condotto di uniformazione perpendicolarmente a detta superficie di sviluppo mediale, definendo in tal modo più tratti di uniformazione successive del condotto di uniformazione , caratterizzato dal fatto che detta superficie di sviluppo mediale à ̈ rappresentata da una curva ideale continua e priva di punti angolosi, così da trasformare il flusso di gas da turbolento in corrispondenza della prima estremità a laminare in corrispondenza della seconda estremità del condotto di uniformazione.

Vantaggiosamente, la presente invenzione risolve il problema di fornire aH’ugello un flusso uniforme per tutta la l’estensione de ugello e soprattutto uniforme nel tempo, cioà ̈ esente da instabilità.

In particolare, il fatto che la superficie di sviluppo del condotto di uniformazione sia continua e senza punti angolosi, comporta che la derivata prima calcolata sulla superficie di sviluppo del condotto in un qualunque punto del condotto nella direzione del flusso di gas sia anch'essa continua. In tal modo non vi sono zone in cui il flusso impatti contro le pareti del condotto con angoli tali da innescare turbolenze. Inoltre, ciò consente di inserire setti di uniformazione con superfici sempre perpendicolari al flusso del gas e dunque alla superficie di sviluppo del condotto di uniformazione e assi dei fori paralleli alla direzione del flusso di gas quale essa à ̈ nella posizione in cui sono disposti tali setti.

Tra un setto forato ed uno successivo, dunque, si definisce un tratto di condotto di uniformazione del flusso di gas compresso. Risulta dunque che tratti di condotto di uniformazione sono disposte in successione o in cascata, l’uno rispetto all’altro a valle di un’anticamera, realizzando una progressiva omogeneizzazione del flusso di gas.

Il condotto di uniformazione, comprendendo tali tratti di condotto di uniformazione progressivi, ha sezioni ortogonali alla direzione del flusso di gas di area progressivamente decrescente verso l’ugello in modo tale che anche la porzione del condotto di uniformazione avvolta su una porzione del collettore di mandata non induce turbolenze. A ciò si aggiunge il fatto che il primo tratto e il secondo tratto del condotto di uniformazione sono raccordati in modo che il flusso viene immesso nel secondo tratto parallelamente alla relativa superficie mediale di sviluppo del secondo tratto.

Inoltre, i fori dei setti attraverso le quali il fluido à ̈ costretto a passare vanno via via riducendo il proprio diametro aumentando in numero in funzione della posizione del rispettivo setto lungo lo sviluppo della direzione del flusso di gas, portando i filetti fluidi ad ordinarsi parallelamente alle pareti del condotto, trasformando gradualmente il moto del flusso di gas da turbolento a laminare. Ed inoltre, un setto à ̈ disposto in una porzione praticamente rettilinea del condotto di uniformazione, in cui tra l’altro, il tasso di turbolenza à ̈ già sensibilmente ridotto, comportando una ulteriore e definitiva riduzione delle turbolenze avvicinandosi ad una linearità quasi ideale aerodinamicamente.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono realizzazioni preferite dell’invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle Figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di un dispositivo per uniformare un flusso di gas lungo un ugello atto a generare un getto piano, in particolare per processi di rivestimento a caldo di nastri metallici, per esempio con leghe di zinco o leghe di alluminio, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Fig. 1 rappresenta una vista schematica in sezione trasversale del dispositivo, le Figure 2a, 2b e 2c rappresentano tre sezioni del dispositivo di figura 1 ortogonali alla direzione del flusso di gas.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell'invenzione Con riferimento alla figura 1 un dispositivo per uniformare un flusso di gas secondo la presente invenzione comprende un collettore di mandata 1-ed una anticamera di uniformazione 2 che conduce il gas dal collettore di mandata 1 al condotto 3 di uniformazione su cui si innesta l'ugello 10. La parete perimetrale del collettore di mandata, in un settore circolare 11 di circa 90°, per tutta la lunghezza dello stesso collettore, comprende primi fori 12 di passaggio del gas. L’anticamera di uniformazione 2 si sovrappone al settore circolare 11 in cui sfociano i fori 12 e si collega a un condotto di uniformazione 3 suddiviso in un primo tratto 3a che si avvolge sul collettore di mandata 1 per circa un settore, cioà ̈ per circa preferibilmente 90°, e in una seconda porzione 3b che si estende in direzione tangenziale rispetto al collettore di mandata 1. Le due porzioni del condotto di uniformazione 3 sono contigue e perfettamente raccordate tra loro.

Il collettore di mandata 1 può avere una sezione trasversale circolare oppure ellittica o similare. La prima porzione 3a del condotto di uniformazione 3 può stendersi intorno ad una porzione del collettore di mandata 1 preferibilmente per un angolo compreso tra 30° e 180°.

Con il riferimento Z si indica la traccia di una superficie ideale mediale di sviluppo del condotto di uniformazione 3 che corrisponde ad un asse di sviluppo secondo la sezione trasversale del dispositivo rappresentato in figura 1 e alla direzione del flusso di gas nei tratti di condotto dove à ̈ sostanzialmente o completamente laminare.

Il condotto di uniformazione 3 si rastrema dal primo tratto 3a verso il secondo tratto 3b sino al condotto di uscita 4 su cui si innesta l'ugello 10.

L’ugello 10 può essere un componente separato oppure di pezzo con il condotto di uscita 4. L’ugello 10 rappresentato in figura 1 vuole solo schematizzare la presenza di un ugello avente una larghezza tale da generare un getto di gas piano.

I fori 12 permettono di immettere gas nell’anticamera di uniformazione 2. Tale tratto di parete laterale dei condotto di mandata 1 su cui si aprono i primi fori 12 può essere in comune tra il condotto di mandata 1 e-l’anticamera di uniformazione 2.

Un setto 5 Ã ̈ disposto sostanzialmente al congiungimento tra l'anticamera di uniformazione 2 e il primo tratto 3a dei condotto di uniformazione 3. Questo setto comprende secondi fori passanti 25.

Un successivo setto 6 Ã ̈ disposto sostanzialmente in una zona intermedia del secondo tratto 3b del condotto di uniformazione 3 a valle del primo setto 5 rispetto alla direzione del flusso di gas. Questo setto 6 comprende terzi fori passanti 26. Si preferisce che i-setti 5 e 6 siano smontabili sia per motivi di manutenzione che di modifica di configurazione del dispositivo.

I setti 5 e 6 risultano perpendicolari alla superficie di sviluppo mediale Z. Tale superficie Z segue un andamento dapprima semi-cilindrico e poi sostanzialmente piano.

Data la forma del condotto 3, con particolare riferimento alla variante di dispositivo della figura 1 , il setto 5 risulta sostanzialmente orizzontale ed il setto 6 sostanzialmente verticale.

Secondo la presente invenzione, ia perfetta raccordatura tra il primo tratto 3a e il secondo tratto 3b del condotto di uniformazione 3, che risulta arrotondato in ogni sua parete, al contrario, favorisce un deflusso del gas senza innescare fenomeni turbolenti.

Inoltre, i setti forati 5 e 6 risultano sempre perpendicolari alla superficie Z con gli assi dei rispettivi fori paralleli alla direzione del moto laminare del flusso di gas nelle rispettive posizioni lungo il condotto di uniformazione 3.

Vi à ̈ una relazione tra l’intensità di turbolenza e la posizione dei setti forati 5 e 6, con particolare riferimento al setto 6: si à ̈ verificato che se il fluido arriva al setto forato con un alto livello di turbolenza, il lavoro di uniformazione dei fori non viene sfruttato al massimo. Si preferisce che il setto 6 sia posizionato ad una distanza dal precedente setto 5 per cui la turbolenza in corrispondenza dell'ingresso del setto 6 ha un tasso almeno inferiore ai 7% rispetto al flusso totale di gas, la rimanente quantità di flusso muovendosi con moto laminare.

Dunque risulta particolarmente rilevante il fatto thà ̈ il setto 6 lavori con un tasso di turbolenza inferiore al 7% e preferibilmente del 5%.

Il restringimento del condotto di uniformazione 3 avviene essenzialmente tra il setto 5 ed il condotto di uscita 4 che termina con l’ugello 10; nel caso di un dispositivo avente un ugello caratterizzato da una dimensione preponderante rispetto alle altre, cioà ̈ con una larghezza di circa 2 - 3 metri e una altezza di molto inferiore, in modo da generare un corrispondente getto di gas planare di ampiezza di 2-3 metri, si passa da una sezione di 60 mm ad una di 15 mm, realizzando quindi una riduzione della sezione ad 1/4. Ciò per un percorso complessivo misurato sulla superficie ideale Z compreso tra 500 e 900 mm.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, i primi fori 12, i secondi fori 25 e i terzi fori 26 sono dimensionati e disposti in modo tale da essere in relazione tra loro. I primi 12, secondi 25 e terzi fori 26 sono preferibilmente fori circolari.

I primi fori 12 hanno diametro Φ1 e risultano distanziati tra loro orizzontalmente di una misura pari a d1 e verticalmente di una misura pari a s1.

I secondi fori 25 hanno diametro Φ2 e risultano distanziati tra loro orizzontalmente di una misura pari a d2 e verticalmente di una misura pari a s2.

I terzi fori 26 hanno diametro Φ3 e risultano distanziati tra loro orizzontalmente di una misura pari a d3 e verticalmente di una misura pari a s3.

Vantaggiosamente il rapporto tra i diametri Φ1 e Φ2 e tra i diametri Φ2 e Φ3 à ̈ pari al tasso di incremento del numero dei fori. Di pari passo si riducono le distanze s2, d2 ed s3, d3 tra i fori. Per esempio, se il diametro dei secondi fori, che si trovano sul setto 5, si dimezza, il numero degli stessi fori raddoppia. Ciò indipendentemente dal tratto del condotto di uniformazione 3 in cui i fori sono collocati. Questo implica che le tre serie di fori, qual à ̈ il caso della variante della figura 1, esprimono una medesima perdita di carico. Dunque, una perdita di carico complessiva à ̈ pari a tre volte la perdita di carico su una delle tre serie di fori.

Per tutte le serie di fori, i fori di due righe successive risultano sfasati tra loro in modo da definire un numero di colonne doppio rispetto al caso in cui i fori fossero allineati. Inoltre, colonne successive risultano equidistanti tra loro. La stessa regola di dimensionamento e posizionamento dei fori si applica anche qualora i setto sono in numero maggiore di due, per es. tre o quattro.

Nelle figure 2a, 2b e 2c sono riportate, dall’alto verso il basso, la prima serie di fori 12 (fig. 2a), il setto 5 (fig. 2b) ed il setto 6 (fig. 2c). Si nota che le due rette parallele e verticali a e b passano per i centri delle fori 12 di due colonne successive.

Tali rette a e b passano per i centri dei fori 25 e per i centri di ulteriori fori 26 rispettivamente sui setti 5 e 6.

Tra le rette a e b à ̈ compresa una fila di fori 25 intermedia, cioà ̈ non attraversata dalle rette.

Tra le rette a e b sono comprese tre file di fori 26 intermedie, cioà ̈ non attraversate dalle rette.

Si nota, dunque, che così come aumenta il numero delle file di fori in modo similare si riduce il diametro degli stessi fori.

Vantaggiosamente, la presente invenzione risolve il problema di fornire all’ugello 10 un flusso uniforme per tutta la lunghezza de ugello e stabile nel tempo.

Ciò grazie in primo luogo alla superficie di sviluppo Z del condotto di uniformazione 3 che non presenta discontinuità; poi per il fatto che i fori attraverso cui passa il fluido sono sempre disposti perpendicolarmente rispetto alla superficie di sviluppo Z; inoltre perché i fori vanno via via riducendo il proprio diametro aumentando di numero.

Ed inoltre, il setto 6 à ̈ disposto nel tratto 3b che à ̈ praticamente rettilineo: ciò genera un effetto sinergico tra tale tratto 3b, rettilineo, del condotto ed il setto 6 in esso disposto. Soprattutto per il fatto che tale setto presenta fori di diametro molto piccolo che sono in grado di ridurre ulteriormente le turbolenze fino ad un tasso inferiore al 2%, pervenendo alla produzione di un moto del flusso di gas quasi esclusivamente laminare in corrispondenza del collettore 4.

Vantaggiosamente, il dispositivo della presente invenzione presenta una minore perdita di carico a parità di uniformità del flusso di gas condotto ugello piano 10. Ciò si traduce in una maggiore forza di taglio del getto esercitata sul nastro con una maggiore e migliore asportazione dello zinco in eccesso.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di generazione di un getto di gas piano e laminare, in particolare per processi di rivestimento a caldo di nastri metallici, comprendente - un collettore di mandata (1) avente una parete periferica, la parete periferica essendo dotata di primi fori (12), - un’anticamera di uniformazione (2) comunicante con detto collettore di mandata (1) attraverso detti primi fori (12), - un condotto di uscita (4) comunicante ad una sua prima estremità con detta anticamera di uniformazione (2), - un ugello (10) atto a generare il getto di gas piano, - detto condotto di uniformazione (3) comunicante con detto ugello (10) ad una sua seconda estremità, opposta alla sua prima estremità e con sezione più piccola, così da essere rastremato e da creare un percorso di flusso di gas che va da detta anticamera di uniformazione (2) ugello (10), detto percorso definente una superficie di sviluppo mediale (Z), - almeno un setto forato (5, 6) disposto in detto condotto di uniformazione (3) perpendicolarmente a detta superficie di sviluppo mediale (Z), definendo in tal modo più tratti di uniformazione (3a, 3b) successivi e contigui del condotto di uniformazione (3), caratterizzato dal fatto che detta superficie di sviluppo mediale (Z) à ̈ rappresentata da una curva ideale continua e priva di punti angolosi, così da trasformare il flusso di gas da turbolento in corrispondenza della prima estremità a laminare in corrispondenza della seconda estremità del condotto di uniformazione (3).
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui un primo tratto (3a) di detto condotto di uniformazione (3) Ã ̈ avvolto in modo anulare intorno ad almeno una porzione periferica di detto collettore di mandata (1) e un secondo tratto (3b) Ã ̈ disposto in direzione tangenziale rispetto al collettore di mandata (1).
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 , comprendente un primo setto forato (5) e un secondo setto forato (6) disposto a valle di detto primo setto.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detto primo setto (5) à ̈ disposto al congiungimento tra l’anticamera di uniformazione (2) e il primo tratto (3a) del condotto di uniformazione (3).
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui il secondo setto (6) Ã ̈ disposto sostanzialmente al congiungimento tra il primo tratto (3a) e il secondo tratto (3b) del condotto di uniformazione (3).
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, in cui detto secondo setto (6) à ̈ disposto ad una distanza tale, dal primo setto (5), per cui il tasso di turbolenza del gas à ̈ inferiore al 7%.
7. 7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto condotto di uniformazione (3) si riduce in sezione a circa 1⁄4 di un valore iniziale in un tratto compreso tra il primo setto (5) ed il condotto di uscita (4).
8. 8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo setto forato (5) comprende secondi fori (25) e detto secondo setto forato (6) comprende terzi fori (26) ed in cui i diametri (Φ1,Φ2,Φ3) dei fori (12, 25, 26) si riducono lungo il percorso del fluido con il numero di fori (12, 25, 26) che incrementa.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui il diametro (Φ2) di detti secondi fori (25) risulta dimezzato rispetto al diametro (Φ1) di detti primi fori (12) ed il numero di detti secondi fori (25) à ̈ doppio rispetto al numero di detti primi fori (12).
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui il diametro (Φ3 ) di detti terzi fori (26) risulta dimezzato rispetto al diametro (Φ2) di detti secondi fori (25) ed il numero di detti terzi fori (26) à ̈ doppio rispetto al numero di detti secondi fori (25).
11. 11. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni 9 o 10, in cui una perdita di carico su una serie di fori (12, 25, 26) à ̈ uguale ad una perdita di carico su un’altra serie di fori (25, 26, 12). (FIU/Pa)