PL205282B1 - Urządzenie do powlekania zanurzeniowego na gorąco pasm metalu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do powlekania zanurzeniowego na gorąco pasm metalu, zwłaszcza taśmy stalowej, w którym pasmo metalu jest przeprowadzane co najmniej odcinkami pionowo przez zbiornik, w którym umieszczony jest stopiony metal do powlekania, i w którym pasmo metalu jest prowadzone przez co najmniej jedną ułożyskowaną rolkę.

Typowe instalacje do zanurzeniowego powlekania taśm metalowych, jakie opisano przykładowo w EP 0 556 833 A1, mają część wymagają cą intensywnej konserwacji, mianowicie zbiornik do powlekania ze znajdującym się tam wyposażeniem. Powierzchnie powlekanych taśm metalowych trzeba przed nałożeniem powłoki oczyścić z resztek tlenków i aktywować celem połączenia z metalem powłoki. Z tego powodu powierzchnie taśm obrabia się przed nakładaniem powłoki w procesach cieplnych w redukującej atmosferze. Ponieważ warstwy tlenków usuwa się najpierw chemicznie lub erozyjnie, redukujące procesy cieplne powodują takie uaktywnienie powierzchni, że po procesie cieplnym są one metalicznie czyste.

Wraz z uaktywnieniem powierzchni taśm wzrasta jednak ich powinowactwo w odniesieniu do tlenu z otaczającego powietrza. Aby tlen z powietrza nie mógł przed procesem powlekania ponownie dotrzeć do powierzchni taśm, wprowadza się je korytem zanurzeniowym od góry do kąpieli zanurzeniowej. Ponieważ metal powłoki jest w formie płynnej, zaś do regulacji grubości powłoki chciałoby się wykorzystać grawitację w połączeniu z urządzeniami wydmuchowymi, jednak w kolejnych procesach nie można dotknąć taśmy aż do całkowitego zakrzepnięcia metalu powłoki, taśmę trzeba ustawić w zbiorniku do powlekania w kierunku pionowym. Realizuje się to za pomocą rolki, która porusza się w pł ynnym metalu. Pł ynny metal powł oki sprawia, ż e rolka ta podlega silnemu zuż yciu i stanowi przyczynę przestojów, a co za tym idzie, przerw w produkcji.

Żądane niewielkie grubości nakładania metalu powłoki, które mieszczą się w zakresie mikrometrów, prowadzą do stawiania wysokich wymagań co do jakości powierzchni taśmy. Oznacza to, że także powierzchnie rolek prowadzących taśmę muszą być wysokiej jakości. Wady tych powierzchni powodują w ogólności uszkodzenia powierzchni taśmy. Stanowi to kolejną przyczynę częstych przestojów instalacji.

Typowe instalacje do powlekania zanurzeniowego mają ponadto graniczne wartości szybkości powlekania. Chodzi przy tym o wartości graniczne pracy dyszy zgarniającej, procesów chłodzenia przemieszczanej taśmy metalowej i procesu cieplnego do regulacji warstw stopowych w metalu powłoki. Powoduje to, że po pierwsze maksymalna szybkość jest generalnie ograniczona, po drugie określone taśmy metalowe nie mogą być przemieszczane z maksymalną szybkością, możliwą dla danej instalacji.

W procesach powlekania zanurzeniowego zachodzą procesy wprowadzania skł adników stopowych, służące do związania metalu powłoki z powierzchnią taśmy. Własności i grubości powstających przy tym warstw stopowych są silnie zależne od temperatury w zbiorniku do powlekania. Z tego powodu w wielu procesach powlekania metal powłoki utrzymuje się wprawdzie w stanie płynnym, jednak temperatura nie może przekroczyć określonych wartości granicznych. Działałoby to na niekorzyść żądanego efektu zbierania metalu powłoki w celu ustalenia określonej grubości powłoki, ponieważ wraz ze spadkiem temperatury wzrasta lepkość metalu powłoki, potrzebna do jego zgarniania, utrudniając ten proces.

Aby uniknąć problemów, związanych z rolkami poruszającymi się w płynnym metalu, próbowano zastosować otwarty od dołu zbiornik do powlekania, który w swej dolnej części ma kanał prowadzący do pionowego prowadzenia taśmy w górę, zaś do uszczelnienia zastosować zamknięcie elektromagnetyczne. Chodzi przy tym o induktory elektromagnetyczne, które pracują z wykorzystaniem cofających, pompujących względnie zwężających, zmiennych względnie wędrujących pól elektromagnetycznych, które uszczelniają zbiornik do powlekania od dołu.

Tego rodzaju rozwiązania są znane na przykład z EP 0 673 444 B1, DE 195 35 854 A1, DE 100 14 867 A1, WO 96/03533 A1, EP 0 854 940 B1 i JP 5086446.

We wszystkich tych rozwiązaniach występuje problem, polegający na tym, że w pewnych okolicznościach stabilizacja względnie prowadzenie pasma metalu w kąpieli są niedostateczne. Jeżeli do wyeliminowania tego problemu zastosuje się rolki, znane przykładowo z EP 0 556 833 A1, wówczas pojawia się problem krótkiego czasu życia ułożyskowania rolek w agresywnej ciekłej kąpieli metalowej.

Celem wynalazku jest takie udoskonalenie opisanego na wstępie urządzenia do powlekania zanurzeniowego na gorąco pasm metalu, aby wyeliminowane zostały opisane powyżej niedogodności.

PL 205 282 B1

Zadanie to rozwiązano według wynalazku tak, że rolka lub co najmniej jej oś przechodzi przez boczne ścianki zbiornika i jest osadzona poza zbiornikiem. W przypadku wyprowadzonych osi względnie rolek może chodzić o rolki zwrotne i/lub rolki stabilizujące względnie wszystkie rolki umieszczone w ką pieli zanurzeniowej.

Korzystnie w obszarze bocznej ścianki zbiornika umieszczone są elementy uszczelniające do uszczelnienia metalu powłoki; elementy te mają korzystnie postać induktora elektromagnetycznego.

Rozwiązanie to sprawia korzystnie, że urządzenie do zanurzeniowego powlekania pasma metalu charakteryzuje się optymalną stabilnością i prowadzeniem pasma metalu w kąpieli, a mimo to ułożyskowanie rolek prowadzących względnie stabilizujących wykazuje dużą dokładność i długi czas życia, ponieważ nie podlega ono już agresywnemu działaniu kąpieli zanurzeniowej.

W innej postaci wykonania wynalazku induktor elektromagnetyczny jest usytuowany w pobliż u metalu powłoki. W ten sposób jego pole magnetyczne może osiągnąć maksymalne działanie uszczelniające. Jako induktor elektromagnetyczny można zastosować zarówno induktor pola wędrującego, jak też induktor pola zaporowego.

Działanie uszczelniające induktora, który zatrzymuje metal powłoki w kąpieli zanurzeniowej, można zoptymalizować tak, że usytuowany w obszarze bocznej ścianki zbiornika odcinek rolki lub osi rolki zawiera schodkowe odsadzenie. Odsadzenie to ma korzystnie postać zaokrąglenia. Ponadto korzystne jest, jeżeli graniczący z odsadzeniem rolki lub osi rolki odcinek induktora jest ukształtowany geometrycznie komplementarnie względem odsadzenia. Celem wytworzenia jak największego pola zaporowego w obszarze graniczącego odcinka induktora można umieścić co najmniej jedną cewkę elektromagnetyczną.

Optymalne prowadzenie i stabilizację pasma metalu osiąga się wówczas, gdy pasmo jest prowadzone z obu stron przez jedną rolkę, łącznie zatem przez dwie rolki. Rolki są przy tym korzystnie wykonane z tworzywa ceramicznego względnie są przynajmniej pokryte takim materiałem. Celem zapewnienia wysokiej jakości procesu powlekania w kąpieli rolki powinny być ponadto połączone z napędem obrotowym; wówczas rolki są napędzane.

Szczególnie korzystne zastosowanie koncepcji wynalazku polega na tym, że pasmo metalu jest prowadzone pionowo przez zbiornik i znajdujący się przed nim kanał prowadzący, przy czym w obszarze kanału prowadzącego jest umieszczony co najmniej jeden następny induktor elektromagnetyczny, który zapobiega wypływaniu metalu powłoki w dół ze zbiornika.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat zbiornika do powlekania zanurzeniowego z prowadzonym przezeń pasmem metalu, w widoku z przodu, fig. 2 - zbiornik z fig. 1 w widoku z boku, fig. 3 - pierwszy przykład wykonania elementów uszczelniających pomiędzy rolką i ścianką zbiornika, oraz fig. 4 - przykład wykonania alternatywny względem fig. 3.

Na fig. 1 i 2 ukazana jest zasada zanurzeniowego powlekania pasma 1 metalu, zwłaszcza taśmy stalowej. Powlekane pasmo 1 metalu wchodzi w przykładzie wykonania pionowo od dołu do kanału prowadzącego 12 instalacji do powlekania. Kanał prowadzący tworzy dolny koniec zbiornika 3, napełnionego płynnym metalem 2 powłoki. Pasmo 1 metalu prowadzi się w kierunku ruchu X pionowo do góry. Aby płynny metal 2 powłoki nie mógł wydostawać się ze zbiornika 3, w obszarze kanału prowadzącego 12 umieszczony jest induktor elektromagnetyczny 13. Składa się on z dwóch połówek, z których każda jest usytuowana z boku pasma 1 metalu. W induktorze elektromagnetycznym 13 wytwarzane jest wędrujące pole elektromagnetyczne lub pole zaporowe, które zatrzymuje płynny metal 2 powłoki w zbiorniku 3 i zapobiega jego wydostawaniu się ze zbiornika.

Celem dobrego prowadzenia i stabilizacji pasma 1 metalu w zbiorniku 3 metalu 2 powłoki umieszczone są dwie rolki 4, usytuowane nad induktorem 13, czyli poruszające się w płynnym metalu 2 powłoki.

Jak widać na fig. 2, rolki 4 przechodzą z obu stron przez boczne ścianki 6 zbiornika 3. Na swych obu osiowych końcach rolki 4 przechodzą w odcinki 5 osi (oś rolek), osadzone w łożyskach 14 (łożyskach tocznych). Ponieważ ułożyskowanie ma miejsce poza zbiornikiem 3, czyli poza metalem 2 powłoki, może ono być bardzo dokładne i wykazywać niewielki luz; ponadto ułożyskowanie charakteryzuje się długim czasem życia.

Należy wspomnieć, że koncepcję rozmieszczenia i ułożyskowania rolek można wykorzystać również wówczas, gdy zmiana kierunku pasma metalu następuje w zbiorniku 3, na przykład według EP 0 556 833 A1.

PL 205 282 B1

Dokładne i wykazujące mały luz ułożyskowanie rolek 4 w łożyskach 14 poza zbiornikiem 3 pozwala utrzymywać niewielką różnicę pomiędzy średnicą przelotowego otworu w ściance 6 zbiornika i średnicą rolki 4. W ten sposób - w najprostszym przypadku - przy odpowiednio małej szczelinie otworu, przez który przechodzą rolki, wypływający przez szczelinę metal 2 powłoki można bez problemu pomieścić w odbieralniku, w związku z czym realizacja procesu powlekania nie wymaga żadnych dodatkowych nakładów aparaturowych. Należałoby jedynie zwrócić uwagę na to, żeby obszar wypływającego metalu był utrzymywany w atmosferze gazu ochronnego, aby uniknąć utleniania i powstawania niepożądanych zanieczyszczeń metalu powłoki.

Korzystnie jednak postępuje się w sposób, przedstawiony na fig. 3 i 4:

Na tych figurach widać, że w obszarze bocznej ścianki 6 zbiornika 3 umieszczony jest induktor elektromagnetyczny 7 z jedną lub więcej cewek elektromagnetycznych 11 Induktor 7 wytwarza pole elektromagnetyczne, zatrzymujące metal 2 powłoki w zbiorniku 3, przy czym zastosowanie może znaleźć zarówno pole wędrujące, jak też pole zaporowe. Induktor 7 działa jak układ uszczelniający.

W rozwiązaniu z fig. 3 zastosowane jest wędrujące pole elektromagnetyczne. Ponieważ przelotowa szczelina pomiędzy boczną ścianką 6 i rolka 4 może być utrzymywana w niewielkim wymiarze poprzez precyzyjne ułożyskowanie rolki 4, wymagane do uszczelnienia natężenie pola induktora 7 może być wyraźnie słabsze niż miałoby to miejsce w przypadku przeprowadzenia taśmy przez dno zbiornika 3 (patrz induktor 13 na fig. 1 i 2). Pozwala to na zmniejszenie wysokości induktora 7. Efekt pompowania, wywoływany przez pole wędrujące, wytwarza przepływ w obszarze przejścia rolki 4 przez boczną ściankę 6, przeciwdziałający krzepnięciu metalu 2 powłoki w obszarze przejścia rolki 4 przez boczną ściankę 6. Ponadto - jak widać na fig. 3 - induktor 7 w zbiorniku 3 znajduje się blisko metalu 2 powłoki.

W przykładzie wykonania z fig. 4 do uszczelnienia magneto-hydrodynamicznego zastosowane jest zwężające elektromagnetyczne pole zaporowe. Zaporowe działanie pola magnetycznego występuje wówczas, gdy linie pola indukcyjnego, wytwarzanego przez cewkę elektromagnetyczną 11, są prostopadłe do kierunku spływania metalu 2 powłoki.

W związku z tym rolka 4 ma w obszarze swego odcinka 8 specjalny kształt: ceramiczna powłoka rolki 4 ma w przykładzie wykonania odsadzenie 9 w postaci zaokrąglenia; induktor 7 ma w swym graniczącym z tym odsadzeniem obszarze dopasowaną doń, czyli komplementarną, geometrię. W tym odcinku 10 induktora 7 umieszczona jest cewka elektromagnetyczna 11. Wskutek tego linie pola w szczelinie pomiędzy rolką 4 i boczną ścianką 6 są prostopadłe do kierunku spływania metalu 2 powłoki (patrz strzałki 15).

Na zakończenie należy wspomnieć, że zaproponowana koncepcja umieszczenia rolki w kąpieli do powlekania może znaleźć zastosowanie nie tylko do rolek stabilizujących, lecz także do rolek zanurzeniowych (na przykład do zmiany kierunku pasma metalu).

Wykaz odnośników pasmo metalu metal powłoki zbiornik rolka prowadząca oś rolki boczna ścianka zbiornika 3 element uszczelniający (induktor) odcinek rolki prowadzącej 4 odsadzenie rolki prowadzącej 4 odcinek induktora 7 elektromagnetyczna cewka induktora 7 kanał prowadzący induktor łożyska toczne kierunek prostopadły do kierunku spływania

X kierunek ruchu

PL 205 282 B1

Claims (10)

1. Urządzenie do powlekania zanurzeniowego na gorąco pasm (1 metalu, zwłaszcza taśmy stalowej, w którym pasmo (1) metalu jest przeprowadzane co najmniej odcinkami pionowo przez zbiornik (3), w którym umieszczony jest stopiony metal (2) powłoki, i w którym pasmo (1) metalu jest prowadzone przez co najmniej jedną ułożyskowaną rolkę (4), przy czym rolka (4) lub co najmniej jej oś (5) przechodzi przez boczne ścianki (6) zbiornika (3) i jest osadzona poza zbiornikiem (3), zaś w obszarze bocznej ścianki (6) zbiornika (3) umieszczone są elementy uszczelniające do uszczelnienia metalu (2) powłoki, znamienne tym, że elementy uszczelniające (7) zawierają co najmniej jeden induktor elektromagnetyczny, przy czym usytuowany w obszarze bocznej ścianki (6) zbiornika (3) odcinek (8) rolki (4) lub osi (5) rolki zawiera odsadzenie (9) w postaci zaokrąglenia.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że graniczący z odsadzeniem (9) rolki (4) lub osi (5) rolki odcinek (10) induktora (7) jest ukształtowany geometrycznie komplementarnie względem odsadzenia (9).

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że w obszarze graniczącego odcinka (10) induktora (7) umieszczona jest co najmniej jedna cewka elektromagnetyczna (11).

4. Urządzenie według jednego z zastrz. 1 do 3, znamienne tym, że induktor elektromagnetyczny (7) jest usytuowany w pobliżu metalu (2) powłoki.

5. Urządzenie według jednego z zastrz. 1 do 4, znamienne tym, że induktor elektromagnetyczny (7) stanowi induktor pola wędrującego.

6. Urządzenie według jednego z zastrz. 1 do 4, znamienne tym, że induktor elektromagnetyczny (7) stanowi induktor pola zaporowego.

7. Urządzenie według jednego z zastrz. 1 do 6, znamienne tym, że pasmo (1) metalu jest prowadzone z obu stron przez dwie rolki (4).

8. Urządzenie według jednego z zastrz. 1 do 7, znamienne tym, że co najmniej jedna rolka (4) jest wykonana z tworzywa ceramicznego lub przynajmniej pokryta takim materiałem.

9. Urządzenie według jednego z zastrz. 1 do 8, znamienne tym, że co najmniej jedna rolka (4) jest połączona z napędem obrotowym.

10. Urządzenie według jednego z zastrz. 1 do 9, znamienne tym, że pasmo (11) metalu jest prowadzone pionowo przez zbiornik (3) i znajdujący się przed nim kanał prowadzący (12), przy czym w obszarze kanału prowadzącego (12) jest umieszczony co najmniej jeden następny induktor elek-