PL205346B1 - Urządzenie do metalizacji zanurzeniowej pasm metalowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do metalizacji zanurzeniowej pasm metalowych, w szczególnoś ci taś my stalowej, w którym pasmo metalowe jest przeprowadzane pionowo przez zbiornik z roztopionym metalem powłokowym i przez poprzedzający kanał prowadzący. Przy tym w strefie kanału prowadzącego jest umieszczony induktor elektromagnetyczny, który celem zatrzymania metalu powłokowego w zbiorniku indukuje prądy w metalu powłokowym za pośrednictwem elektromagnetycznego pola wędrującego, przy czym prądy indukowane oddziałując wzajemnie z elektromagnetycznym polem wędrującym wywołują siłę elektromagnetyczną, a induktor posiada co najmniej dwie cewki główne, które są umieszczone posobnie w kierunku ruchu pasma metalowego, oraz co najmniej dwie cewki korekcyjne do regulacji położenia pasma metalowego w kanale prowadzącym w kierunku normalnym do powierzchni tego pasma, które również są umieszczone posobnie w kierunku ruchu pasma metalowego.

W tradycyjnych urzą dzeniach do metalizacji zanurzeniowej pasm metalowych istnieje część wymagająca intensywnej konserwacji, mianowicie naczynie zanurzeniowe ze znajdującym się w nim wyposażeniem. Powierzchnie metalizowanych pasm muszą być oczyszczone z resztek tlenków i uaktywnione celem połączenia z metalem powłokowym. Dlatego powierzchnie tych pasm przed metalizacją są obrabiane w procesach termicznych w atmosferze redukującej. Warstwy tlenków są uprzednio usuwane chemicznie albo metodą ścierną, a w redukującym procesie termicznym następuje takie uaktywnienie powierzchni, że są one metalicznie czyste po tym procesie.

Jednak po aktywacji powierzchni pasma wzrasta jej powinowactwo wobec tlenu atmosferycznego. Aby nie dopuścić do zetknięcia się tego tlenu z powierzchnią pasma przed procesem metalizacji, wprowadza się pasma z góry do kąpieli w nurniku. Metal powłokowy występuje w postaci płynnej i można byłoby wykorzystać grawitację razem z urządzeniami upustowymi do regulacji grubości powłoki, jednak kolejne procesy nie pozwalają na dotykanie pasma aż do całkowitego stężenia metalu powłokowego; pasmo musi być zawrócone w naczyniu zanurzeniowym w kierunku pionowym. Odbywa się to za pomocą rolki obracającej się w płynnym metalu. Rolka pracując w takim środowisku ulega silnemu zużyciu i z tego powodu dochodzi do unieruchomienia urządzenia, a więc do przerwania produkcji.

Powłoka nanoszona na pasmo metalowe ma mieć małą grubość w zakresie mikrometrycznym, wobec czego wymagana jest wysoka jakość powierzchni pasma. Oznacza to, że również powierzchnie rolek prowadzących to pasmo muszą mieć wysoką jakość. Uszkodzenia na tych powierzchniach powodują na ogół uszkodzenie powierzchni pasma, co jest następnym powodem częstego unieruchomienia urządzenia.

Ponadto znane urządzenia do metalizacji zanurzeniowej mają ograniczoną prędkość powlekania. Chodzi przy tym o ograniczenia wynikające z pracy dyszy ściągającej, z chłodzenia przebiegającego pasma metalowego i z procesu nagrzewania celem ustawienia warstw stopu w metalu powłokowym. Tak, więc po pierwsze ograniczona jest generalnie prędkość maksymalna i po drugie określone taśmy metalowe nie mogą być przeprowadzane z maksymalną prędkością możliwą w danym urządzeniu.

Podczas metalizacji zanurzeniowej mają miejsce procesy stopotwórcze dla związania metalu powłokowego z powierzchnią pasma. Właściwości i grubość kształtujących się przy tym warstw stopowych zależą w dużej mierze od temperatury w naczyniu zanurzeniowym. W przypadku niektórych metalizacji metal powłokowy jest wprawdzie utrzymywany w stanie płynnym, ale temperatura może nie przekraczać określonej wartości granicznej. Może to pogarszać skuteczność ściągania metalu powłokowego dla uzyskania określonej grubości powłoki, ponieważ w niższej temperaturze wzrasta lepkość metalu powłokowego, co utrudnia operację ściągania metalu.

Żeby uniknąć problemów związanych z pracą rolek w płynnym metalu powłokowym, zaproponowano zastosowanie otwartego w dół naczynia zanurzeniowego, które w swojej dolnej części ma kanał prowadzący przeznaczony do pionowego prowadzenia pasma w górę, a do uszczelnienia przewidziano zamknięcie elektromagnetyczne. Chodzi przy tym o induktory elektromagnetyczne, pracujące z odpychającymi, wypierającymi lub też przewężającymi elektromagnetycznymi polami zmiennymi lub wędrującymi, które uszczelniają od dołu naczynie zanurzeniowe.

Takie rozwiązanie jest znane na przykład z EP 0 673 444 B1. Elektromagnetyczne zamknięcie uszczelniające od dołu naczynie zanurzeniowe przewidziano także w rozwiązaniu według WO 96/03533 lub też według JP 5086446.

PL 205 346 B1

Wprawdzie możliwe jest powlekanie nie ferromagnetycznych taśm metalowych, ale w przypadku w zasadzie ferromagnetycznych taśm stalowych występują problemy polegające na tym, że taśmy te w elektromagnetycznych układach uszczelniających przeciągane są na skutek ferromagnetyzmu po ściankach kanału, co powoduje uszkodzenie powierzchni taśmy. Poza tym problemem jest to, że pola indukcyjne nagrzewają niedopuszczalnie metal powłokowy.

Ferromagnetyczna taśma stalowa przebiegająca przez kanał prowadzący znajduje się w równowadze chwiejnej między dwoma induktorami pola wędrującego. Tylko na środku kanału prowadzącego wypadkowa działających na taśmę magnetycznych sił przyciągania jest równa zero. Gdy nastąpi odchylenie taśmy stalowej z położenia środkowego, zbliża się ona do jednego z dwóch induktorów, natomiast oddala się od drugiego induktora. Przyczyną takiego odchylenia mogą być po prostu nierówności taśmy. Można tu wymienić dla przykładu falistość taśmy w kierunku jej przebiegu, nierówności na szerokości taśmy (wybrzuszenia środkowe, garby, falistość brzegowa, skręcenie, wygięcie skrośne, esowatość i tak dalej). Indukcja magnetyczna wyrażająca się natężeniem pola, od którego zależy magnetyczna siła przyciągania, zmniejsza się w funkcji wykładniczej wraz z odstępem od induktora. Dlatego też w miarę wzrostu odległości od induktora maleje siła przyciągania według kwadratu natężenia pola indukowanego. Tak, więc odchylenie taśmy w jednym kierunku oznacza wykładniczy przyrost siły przyciągania do induktora i jednocześnie wykładniczy spadek siły odwodzącej drugiego induktora. Efektem tych zjawisk jest równowaga chwiejna taśmy metalowej.

Dla rozwiązania tego problemu, to znaczy dokładnego wyregulowania położenia pasma metalowego w kanale prowadzącym, podano odpowiednie wskazówki w DE 195 35 854 A1 i DE 100 14 867 A1. Według ujawnionych tam koncepcji, oprócz cewek do wytwarzania elektromagnetycznego pola wędrującego przewidziane są dodatkowe cewki korekcyjne, które są powiązane z układem regulacji i zapewniają to, że pasmo metalowe po odchyleniu z położenia środkowego jest odwodzone z powrotem w to położenie.

W rozwiązaniach według znanych wcześniej propozycji niekorzystne jest to, że regulacja pasma metalowego celem jego utrzymania na środku kanału prowadzącego jest utrudniona przez to, że niekiedy dochodzi do wygaszania (osłabiania) pól z powodu nakładania się pól magnetycznych cewek głównych i korekcyjnych. W efekcie występują problemy ze skutecznym odwodzeniem pasma metalowego na środek kanału prowadzącego. Badania reakcji taśmy stalowej wykazały, że stosowana obecnie coraz cieńsza taśma traci swoją sztywność na tyle, że stawia tylko nieznaczny opór deformacji powodowanej działaniem pola magnetycznego induktorów. W tym kontekście problemem jest duża rozpiętość między dolnym wałkiem zwrotnym poniżej kanału prowadzącego i górnym wałkiem zwrotnym powyżej kąpieli metalu powłokowego, która w instalacji produkcyjnej może przekraczać 20 m. Konieczne jest więc skuteczne regulowanie położenia taśmy metalowej w kanale prowadzącym, co jest utrudnione omówionymi wyżej okolicznościami.

Dlatego u podstaw wynalazku leży zadanie takiego rozwinięcia urządzenia do metalizacji zanurzeniowej pasm metalowych określonego wyżej rodzaju, żeby przezwyciężyć wspomniane problemy. W szczególnoś ci powinna istnieć moż liwość skutecznego utrzymywania taś my metalowej na ś rodku kanału prowadzącego.

Zadanie to rozwiązuje się według wynalazku przez to, że przynajmniej część cewek korekcyjnych, patrząc w kierunku ruchu pasma metalowego, jest umieszczona z wzajemnym przemieszczeniem prostopadle do kierunku ruchu i prostopadle do kierunku normalnego do powierzchni pasma metalowego.

Korzystnie cewki korekcyjne, patrząc w kierunku ruchu pasma metalowego, są umieszczone w co najmniej dwóch rzędach, korzystnie w sześciu rzędach. Poza tym każdy rząd może mieć przynajmniej dwie cewki korekcyjne. Ponadto przewidziano korzystnie, że środek cewki korekcyjnej w następnym rzędzie, patrząc w kierunku ruchu pasma metalowego, jest usytuowany dokładnie między dwoma środkami cewek korekcyjnych poprzedniego rzędu.

Dzięki ukształtowaniu według wynalazku uzyskuje się to, że ze względu na przemieszczenie cewek korekcyjnych w rzędach (patrząc w kierunku ruchu pasma metalowego) wędrujące pola magnetyczne cewek służących do uszczelnienia kanału prowadzącego i cewek korekcyjnych służących do regulacji położenia taśmy w kanale prowadzącym nakładają się na wspólne pole, które działa zarówno uszczelniająco jak i regulująco. Wynalazek pozwala wyeliminować zjawisko polegające na tym, że na granicach cewek korekcyjnych w rzędzie następuje wygaszanie pola przez znoszące się pola magnetyczne, co uniemożliwia wpływ na taśmę metalową w kanale prowadzącym celem wyregulowania jej położenia.

PL 205 346 B1

W układzie przewidzianym według wynalazku pola indukowane nakładają się na siebie, a niepożądany efekt wygaszania pola z boku jest kompensowany przez znajdującą się niżej przemieszczoną cewkę korekcyjną. Na stronie dolnej induktorów to zjawisko nie sprawia problemów, bo zakres regulacji słupa ciekłego metalu znajduje się w górnej połowie kanału prowadzącego i nie powstają tu zakłócenia.

W rozwinię ciu wynalazku przewidziano, ż e każ dorazowo przynajmniej jedna cewka korekcyjna, patrząc w kierunku ruchu pasma metalowego, jest umieszczona na tej samej wysokości, co cewka główna. Ponadto można przewidzieć, że induktor elektromagnetyczny może posiadać pewną ilość wpustów mieszczących cewki główne i cewki korekcyjne, przy czym wpusty te przebiegają prostopadle do kierunku ruchu pasma metalowego i prostopadle do kierunku normalnego. Przy tym można korzystnie przewidzieć, że w każdym wpuście jest umieszczona przynajmniej część co najmniej jednej cewki głównej i co najmniej jednej cewki korekcyjnej. Ponadto korzystnie jest, gdy umieszczona we wpuście część cewki korekcyjnej jest usytuowana bliżej pasma metalowego niż odpowiednia część cewki głównej.

Specjalne znaczenie przypisuje się zasilaniu prądem przemiennym zarówno cewek głównych jak i cewek korekcyjnych. Przewidziano do tego korzystnie środki, za pomocą których cewki główne mogą być zasilane 3-fazowym prądem przemiennym. Szczególnie korzystnie jest, gdy w sumie sześć cewek głównych (a więc sześć rzędów) jest umieszczonych posobnie, patrząc w kierunku ruchu pasma metalowego, i każda z nich jest zasilana prądem trójfazowym przesuniętym w fazie o 60°.

Dalej przewiduje się zastosowanie środków, za pomocą których cewki korekcyjne są zasilane prądem przemiennym, który ma taką samą fazę jak prąd, którym jest zasilana sąsiednia cewka główna.

Celem zapewnienia właściwego fazowo zasilania cewek głównych i korekcyjnych można korzystnie zastosować układ zasilania z synchronizacją impulsową za pośrednictwem światłowodów.

Tego rodzaju ukształtowanie urządzenia daje to, że cewki korekcyjne pracują infazowo z polem wędrującym. W przypadku induktorów pola wędrującego wykorzystywane są najczęściej trzy fazy pola wirującego; dla cewek korekcyjnych wystarczy jedna faza cewki głównej, przed którą znajduje się cewka korekcyjna. Do zasilania obu induktorów po obu stronach pasma metalowego można wykorzystać dla pola wędrującego 3-fazowy przemiennik częstotliwości; dla cewek korekcyjnych wystarczą 1-fazowe przemienniki częstotliwości, mianowicie po jednym dla każdej cewki korekcyjnej. Istotne znaczenie ma przy tym synchronizacja poszczególnych przemienników częstotliwości. Można ją zrealizować w szczególnie prosty sposób za pomocą wspomnianej wcześniej synchronizacji impulsowej poprzez światłowody, którą zaleca się korzystnie ze względu na silne pola magnetyczne oraz pola rozproszenia.

Położenie przesuwającej się taśmy stalowej może być rozpoznawane przez czujniki pola indukowanego, które pracują ze słabym polem pomiarowym korzystnie o wysokiej częstotliwości. Przy tym napięcie o wyższej częstotliwości i małej mocy nakłada się na ślady pola wędrującego. Napięcie to nie wpływa na uszczelnienie; również nie ma nagrzewania metalu powłokowego lub też taśmy stalowej. Indukcja o wyższej częstotliwości może być odfiltrowana z mocnego sygnału normalnego uszczelnienia i generowany jest sygnał proporcjonalny do odstępu od czujnika. Umożliwia to rozpoznawanie i regulowanie położenia taś my w kanale prowadzącym.

Badania sztywności własnej pasma metalowego wykazały, że za pomocą zaproponowanego ukształtowania cewek korekcyjnych można znacznie usprawnić regulację położenia taśmy metalowej. Taśma ta nie ma dużych rozpiętości w strefie induktorów i wykazuje sztywność własną wystarczającą do regulacji położenia taśmy podczas jej przebiegu w kanale prowadzącym.

Przykład realizacji wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia schematycznie naczynie (zbiornik) do metalizacji zanurzeniowej z przeprowadzanym przez to naczynie pasmem metalowym; fig. 2 - widziany z przodu induktor elektromagnetyczny, który jest umieszczony u dołu zbiornika zanurzeniowego;

fig. 3 - widziany z boku induktor elektromagnetyczny ukazany na fig. 2;

fig. 4 - kolejność faz elektromagnetycznego pola wędrującego, które jest wytwarzane przez induktor elektromagnetyczny.

Na fig. 1 przedstawiono zasadę metalizacji zanurzeniowej pasma metalowego 1, w szczególności taśmy stalowej. Przeznaczone do powlekania pasmo metalowe 1 wchodzi pionowo z dołu w kanał prowadzący 4 urządzenia do metalizacji zanurzeniowej.

PL 205 346 B1

Kanał prowadzący 4 stanowi dolny koniec zbiornika 3, który jest napełniony ciekłym metalem powłokowym 2. Pasmo metalowe 1 jest prowadzone pionowo w górę w kierunku ruchu X. Aby ciekły metal powłokowy 2 nie wypływał ze zbiornika 3, w obrębie kanału prowadzącego 4 jest umieszczony induktor elektromagnetyczny. Składa się on z dwóch połówek 5a i 5b, które po jednej są umieszczone z boku pasma metalowego 1. W induktorze elektromagnetycznym 5 jest wytwarzane wędrujące pole elektromagnetyczne, które zatrzymuje w zbiorniku 3 ciekły metal powłokowy 2 blokując jego wypływ.

Budowę induktora elektromagnetycznego 5 przedstawiono dokładniej na fig. 2 i 3. Ukazany jest tylko jeden z dwóch symetrycznie ukształtowanych induktorów 5a, 5b, które są umieszczone po obu stronach pasma metalowego 1. Jak widać na fig. 2, pasmo metalowe 1 przemieszcza się w kierunku ruchu X przechodząc w górę przez induktor 5. Celem wytworzenia wędrującego pola elektromagnetycznego wyposażono induktor 5 w ogółem sześć cewek głównych 6. Przebiegają one przez całą szerokość induktora 5a (patrz fig. 3). Cewki główne 6 są umieszczone we wpustach 10, które są wyżłobione w metalowym korpusie induktora 5a. Z prawej strony fig. 2 zaznaczono kierunki prądu w ogółem pięciu odcinkach przewodów cewek głównych 6, przy czym są to kierunki wychodzące z płaszczyzny rysunku lub też wchodzące w płaszczyznę rysunku.

W induktorach 5a, 5b są umieszczone cewki korekcyjne 7, aby pasmo metalowe 1 było utrzymywane dokładnie centrycznie w kanale prowadzącym 4 w kierunku N normalnym do powierzchni pasma 1 (patrz fig. 2 i fig. 3) i nie stykało się z induktorami 5a, 5b. Jak to można zauważyć zwłaszcza na fig. 3, w każdym z ogółem sześciu rzędów 8', 8, 8', 8, 8....., 8......umieszczono obok siebie kilka cewek korekcyjnych 7. W dwóch sąsiednich wpustach 10 umieszczono cewkę główną 6 rozpościerającą się na całej szerokości induktora 5a, oraz kilka usytuowanych obok siebie cewek korekcyjnych 7.

Przewidziano przy tym, że cewki korekcyjne 7 dwóch kolejnych rzędów 8], 8, 8', 8, 8.....,

8...... są umieszczone z wzajemnym przemieszczeniem, jak to można zauważyć na fig. 3. Środek cewek korekcyjnych 7 jest oznaczony przez 9. Jak to ukazano na fig. 3 u dołu z prawej strony, odstępy a i b są jednakowe i wyznaczają one wielkość wzajemnego przemieszczenia cewek korekcyjnych 7. Dzięki takiemu ukształtowaniu uzyskuje się to, że wytwarzane przez cewki korekcyjne 7 pola magnetyczne, które regulują położenie pasma metalowego 1 w kanale prowadzącym 4, nie mogą redukować się wzajemnie. Umożliwia to skuteczną regulację położenia.

Na fig. 4 przedstawiono kolejność faz prądu 3-fazowego w sześciu naszkicowanych cewkach głównych 6. Te trzy fazy są oznaczone przez R, S i T i występują w kolejności R, -T, S, -R, T -S.

Odpowiednie cewki korekcyjne 7 muszą być wysterowane z taką samą fazą jak w cewce głównej 6, która jest umieszczona przed cewką korekcyjną 7. Tak, więc cewki główne 6 służące do wytwarzania pola wędrującego są wysterowane trzema fazami pola wirującego, natomiast każda z cewek korekcyjnych 7 jest zasilana tylko jedną fazą. Cewki 6 i 7_są zasilane ustawionym fazowo prądem za pomocą odpowiednich i od dawna znanych przemienników częstotliwości. Przemienniki te muszą być odpowiednio zsynchronizowane, do czego nadaje się w szczególności synchronizacja impulsowa za pośrednictwem światłowodów.

5, 5a, 5b 6 7

8', 8, 8' 9 10 X N

8, 8', 8

Wykaz odnośników pasmo metalowe (taśma stalowa) metal powłokowy zbiornik (naczynie) kanał prowadzący induktor elektromagnetyczny cewka główna cewka korekcyjna rzędy środek cewki korekcyjnej 7 wpust kierunek ruchu kierunek normalny odstęp środków 9 odstęp środków 9 faza prądu 3-fazowego faza prądu 3-fazowego faza prądu trójfazowego a

b

R

S

T

PL 205 346 B1

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do metalizacji zanurzeniowej pasm metalowych (1), w szczególności taśmy stalowej, w którym pasmo metalowe (1) jest przeprowadzane pionowo przez zbiornik (3) z roztopionym metalem powłokowym (2) i przez poprzedzający kanał prowadzący (4), przy czym w strefie kanału prowadzącego (4) jest umieszczony induktor elektromagnetyczny (5), który celem zatrzymania metalu powłokowego (2) w zbiorniku (3) może indukować prądy w metalu powłokowym (2) za pośrednictwem elektromagnetycznego pola wędrującego, przy czym te indukowane prądy oddziałując wzajemnie z elektromagnetycznym polem wędrującym wywołują siłę elektromagnetyczną, i przy czym induktor (5) posiada co najmniej dwie cewki główne (6), które są umieszczone posobnie w kierunku ruchu (X) pasma metalowego (1), a także co najmniej dwie cewki korekcyjne (7) do regulacji położenia pasma metalowego (1) w kanale prowadzącym (4) w kierunku (N) normalnym do powierzchni tego pasma, które również są umieszczone posobnie w kierunku ruchu (X) pasma metalowego (1), znamienne tym, że przynajmniej część cewek korekcyjnych (7), patrząc w kierunku ruchu (X) pasma metalowego (1) jest umieszczona z wzajemnym przemieszczeniem prostopadle do kierunku ruchu (X) i prostopadle do kierunku (N) normalnego do powierzchni pasma metalowego (1).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że cewki korekcyjne (7), patrząc w kierunku ruchu (X) pasma metalowego (1), są umieszczone w co najmniej dwóch rzędach (8', 8, 8', 8, 8.....,

   8......), korzystnie w sześciu rzędach.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że każdy rząd (8', 8, 8', 8, 8 , 8 ) posiada co najmniej dwie cewki korekcyjne (7).
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że środek (9) cewki korekcyjnej (7) w następnym rzędzie (8), patrząc w kierunku ruchu (X) pasma metalowego (1), jest usytuowany między dwoma środkami (9) cewek korekcyjnych (7) poprzedniego rzędu (8').
5. 5. Urządzenie według jednego z zastrz. 1 do 4, znamienne tym, że każdorazowo przynajmniej jedna cewka korekcyjna (7), patrząc w kierunku ruchu (X) pasma metalowego (1), jest umieszczona na tej samej wysokości co cewka główna (6).
6. 6. Urządzenie według jednego z zastrz. 1 do 5, znamienne tym, że induktor elektromagnetyczny (5) posiada pewną ilość wpustów (10) mieszczących cewki główne (6) i cewki korekcyjne (7), przy czym wpusty te przebiegają prostopadle do kierunku ruchu (X) pasma metalowego (1 i prostopadle do kierunku normalnego (N).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że w każdym wpuście (10) jest umieszczona przynajmniej część co najmniej jednej cewki główne (6) i co najmniej jednej cewki korekcyjnej (7).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że umieszczona we wpuście (10) część cewki korekcyjnej (7) jest usytuowana bliżej pasma metalowego (1) niż odpowiednia część cewki głównej (6).
9. 9. Urządzenie według jednego z zastrz. 1 do 8, znamienne tym, że mają elementy do zasilania cewek głównych (6) 3-fazowym prądem przemiennym.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że w sumie sześć cewek głównych (6) jest umieszczonych posobnie, patrząc w kierunku ruchu (X) pasma metalowego (1), i każda z nich jest zasilana prądem trójfazowym przesuniętym w fazie o 60°.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że mają elementy służące do zasilania cewek korekcyjnych (7) prądem przemiennym, który ma taką samą fazę jak prąd zasilający sąsiednią cewkę główną (6).
12. 12. Urządzenie według zastrz. 11, znamienne tym, że elementy do zasilania cewek głównych (6) i cewek korekcyjnych (1) prądem przemiennym mają urządzenie służące do synchronizacji impulsowej za pośrednictwem światłowodów.