WO2004050941A1 - Vorrichtung und verfahren zur schmelztauchbeschichtung eines metallstranges - Google Patents

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WO2004050941A1 PCT/EP2003/012791 EP0312791W WO2004050941A1 WO 2004050941 A1 WO2004050941 A1 WO 2004050941A1 EP 0312791 W EP0312791 W EP 0312791W WO 2004050941 A1 WO2004050941 A1 WO 2004050941A1
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Holger Behrens
Bodo Falkenhahn
Walter Trakowski
Michael Zielenbach
Robert JÜRGENS
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    • C23C2/52—Controlling or regulating the coating processes with means for measuring or sensing
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Definitions

  • the invention relates to a device for hot-dip coating a metal strand, in particular a steel strip, in which the metal strand is guided vertically through a container holding the molten coating metal and through an upstream guide duct, with at least two inductors arranged on both sides of the metal strand in the region of the guide duct for generation an electromagnetic field for retaining the coating metal in the container and with at least one sensor for determining the position of the metal strand in the region of the guide channel.
  • the invention further relates to a method for hot-dip coating a metal strand.
  • the strips are introduced into the dip coating bath from above in an immersion nozzle. Because the coating metal in liquid Form is present and you want to use gravitation together with blow-off devices to adjust the coating thickness, but the subsequent processes prohibit contact with the strip until the coating metal has completely solidified, the strip must be deflected in the vertical direction in the coating vessel. This happens with a roller that runs in the liquid metal. Due to the liquid coating metal, this role is subject to heavy wear and is the cause of downtimes and thus failures in production.
  • the position of the continuous ferromagnetic steel strip through the guide channel between two traveling field inductors is an unstable equilibrium. Only in the middle of the guide channel is the sum of the magnetic attraction forces acting on the tape zero. As soon as the steel strip is deflected from its central position, it comes closer to one of the two inductors while it moves away from the other inductor. Such deflection can be caused by simple belt flatness errors. Any type of band waves in the running direction, seen across the width of the band (centerbuckles, quarterbuckles, edge waves, fluttering, twisting, crossbow, S-shape, etc.) should be mentioned. According to an exponential function, the magnetic induction, which is responsible for the magnetic attraction, decreases in its field strength with the distance from the inductor.
  • the attraction decreases with the square of the induction field strength with increasing distance from the inductor.
  • DE 195 35 854 A1 and DE 100 14 867 A1 provide information on solving this problem, that is to say on the exact position control of the metal strand in the guide channel. According to the concepts disclosed there, it is provided that in addition to the coils for generating the electromagnetic traveling field, additional auxiliary coils are provided which are connected to a control system. stand and ensure that the metal strip is returned to the middle layer when it deviates from it.
  • sensors are disclosed in WO 01/11101 A1, JP 10298727 and JP 10046310, without their specific structure and specific arrangement being specified there.
  • the invention is therefore based on the object of specifying, for a generic device, a sensor for determining the position of the metal strand in the guide channel, which is distinguished by a high measurement accuracy, a simple structure and an inexpensive production possibility.
  • the aim is to increase the efficiency of the regulation of the metal strand in the central plane of the guide channel.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that the sensor for determining the position of the metal strand consists of two coils which - as seen in the conveying direction of the metal strand - are arranged within the vertical extent of the inductors and between the inductors and the metal strand.
  • the coils and the inductors are arranged symmetrically with respect to the center plane of the guide channel.
  • the coils are preferably the same and are designed as a wire winding without a core. They can have one or more turns. It is advantageously provided that the wire of the coils consists of copper. Furthermore, the turns of the coils can have a round, an oval or a rectangular shape.
  • the coils are connected to a measuring device for measuring the voltage induced in the coils.
  • the measuring device is designed for high-resistance measurement of the voltages induced in the coils.
  • the measuring device can have a difference former, with which the difference between the two voltages induced in the coils can be determined.
  • the metal strand is passed vertically through the container holding the coating metal and through the upstream guide channel.
  • at least two inductors positioned on both sides of the metal strand in the region of the guide channel are arranged, the position of the metal strand in the region of the guide channel being determined by means of at least one sensor.
  • the method according to the invention provides that to determine the position of the metal strand, two coils are provided, which, viewed in the direction of conveyance of the metal strand, are arranged within the vertical extent of the inductors between the inductors and the metal strand, the voltages induced in the coils being measured, the measured voltages subtracted from each other and the resulting value is used to derive an indicator for the position of the metal strand. After measuring the two induction voltages, a difference between the two values is carried out. Depending on the difference determined, the extent of the deviation of the metal strand from the central position is inferred.
  • the proposed sensor for determining the position of the metal strand in the guide channel is characterized by a simple and therefore inexpensive Construction from. It also enables the position of the strand to be recorded very precisely.
  • FIG. 2 shows a perspective view of an inductor with a measuring coil arranged in front of it.
  • the hot-dip coating device has a container 3 which is filled with molten coating metal 2.
  • molten coating metal 2 can be zinc or aluminum, for example.
  • the metal strand 1 to be coated in the form of a steel strip passes the container 3 vertically upwards in the conveying direction R. It should be noted at this point that it is fundamentally also possible for the metal strand 1 to pass the container 3 from top to bottom. For the passage of the metal strand 1 through the container 3, it is open in the bottom area; here is an exaggeratedly large or wide guide channel 4.
  • the inductors 5 are two alternating field or traveling field inductors arranged opposite one another, which operate in the frequency range from 2 Hz to 10 kHz are operated and build up a transverse electromagnetic field perpendicular to the conveying direction R.
  • the preferred frequency range for single-phase systems (AC field inductors) is between 2 kHz and 10 kHz, that for multi-phase systems (e.g. traveling field inductors) between 2 Hz and 2 kHz.
  • the aim is to hold the metal strand 1 located in the guide channel 4 in such a way that it is as defined as possible in a position, preferably in the center plane 7 of the guide channel 4.
  • the metal strand 1 located between the two opposing inductors 5 is generally attracted to the closer inductor when an electromagnetic field is applied between the inductors 5, the attraction growing with the approach of an inductor, which leads to a highly unstable band center position. This results in the problem during operation of the device that the metal strand 1 cannot run freely and centrally through the guide channel 4 between the activated inductors due to the attraction of the inductors 5.
  • a control circuit (not shown) is therefore provided, in which the metal strand 1 is acted on, preferably via additional electromagnetic coils (also not shown).
  • additional electromagnetic coils also not shown.
  • the superimposition of the magnetic fields of the inductors 5 and the additional coils (not shown) ensures that the metal strand 1 maintains a defined, preferably central, position.
  • the magnetic field of the inductors 5 can be strengthened or weakened depending on the control (superposition principle) by means of the additional coils.
  • the two inductors 5 are arranged essentially mirrored to the center plane 7 of the guide channel 4 and are at a distance Y from one another.
  • the height Ho of the inductors - viewed in the direction of conveyance R of the metal strand 1 - is the same for both inductors 5.
  • the position measuring sensors (coils) 6 and 6 ' are used, which are designed as wire windings without a core. They are arranged in front of the respective inductors 5 in the electromagnetic field and are used to measure a voltage U ⁇ n d induced in the coils 6, 6 '. and U
  • the voltage induced in the coils 6, 6 ' is measured without current (high-resistance) in order not to influence the field of the inductors 5 (and possibly the additional coils).
  • the coils 6, 6 ' are those which have one or more turns of a conductive wire metal (e.g. copper wire).
  • the wire material is wound round, oval, rectangular or in a similar form around a center.
  • the coils 6, 6 'of an associated pair are each arranged between inductor 5 and steel strip 1; with respect to the center plane 7 of the guide channel 4, they are arranged in a mirrored manner, ie the height H of the coil 6, 6 ', the width L of the coils 6, 6' (see FIG. 2) and the distance Xi or X 2 of the coils 6, 6 'from the inductor 5 are the same. It should be noted that the equality of the distances Xi and X 2 is not a necessary requirement.
  • the measured induced voltage in the coils 6, 6' changes depending on the position s of the metal strand 1. This is due to the feedback of the metal strand 1 in the magnetic field.
  • the proposed concept is based on the combination of inductor arrangement and measuring coil position within the magnetic field, the effect of the interaction of the metal strand 1 with the magnetic field of the electromagnetic seal being used.
  • A surface of the coil perpendicular to the magnetic field
  • B magnetic field strength
  • the induced voltage Uin d in the coil 6, 6 ' is thus proportional to the field strength at the location of the coil.
  • the position of the coils 6, 6' results between the coils in the electromagnetic field of the inductors 5 without a metal strand 1 arranged between the coils 6, 6 '. correspond- the difference signal, ie a voltage difference U ⁇ nd .
  • the voltage difference is U
  • this difference signal Uin d of the coils 6, 6' changes when the coils 6, 6 'are in a fixed position.
  • the metal strand 1 now occupies different positions s between the inductors 5 and the upstream coils 6, 6 ', different differential signals of the coils 6, 6' result depending on the position s.
  • the position s of the metal strand 1 results from the difference between the locally fixed coils 6, 6 'and their arrangement in accordance with the parameters height position H of the coils 6, 6', width position B of the coils 6, 6 'and distance Xi and X2 of the coils 6 , 6 'from inductor 5.
  • Uind 2 induced voltage in the coil 6 ', nt .: number of turns of the coil 6, n 2 : number of turns of the coil 6', fi: factor for the coil 6 as a function of the position of the
  • the voltage induced in the coils 6, 6 ′ is measured in part of the measuring device 8.
  • the part of the measuring device 8 in which this measurement is carried out is followed by a difference generator 9 in which the voltage difference
  • Uin d is determined, i.e. the difference between the induced voltage
  • Difference former 9 is arranged downstream of the measuring device 8, in which, based on the voltage difference U ⁇ nc ⁇ , the position s of the metal strand 1 can be calculated back relative to the center plane 7 of the guide channel 4.
  • the function curve for the position s of the metal strand stored here depends on the voltage difference U ⁇ n d

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges (1), insbesondere eines Stahlbandes, in der der Metallstrang (1) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1) im Bereich des Führungskanals (4) angeordneten Induktoren (5) zur Erzeugung eines is elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) und mit mindestens einem Sensor (6, 6') zur Ermittlung der Lage (s) des Metallstranges (1) im Bereich des Führungskanals (4). Zur einfachen und genauen Ermittlung der Lage des Metallstranges im Führungskanal ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Sensor zur Ermittlung der Lage des Metallstranges (1) aus zwei Spulen (6, 6') besteht, die in Förderrichtung (R) des Metallstranges (1) gesehen innerhalb der Höhenerstreckung (Ho) der Induktoren (5) zwischen den Induktoren (5) und dem Metallstrang (1) angeordnet sind. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges, insbesondere eines Stahlbandes, in der der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchgeführt wird, mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges im Bereich des Führungska- nals angeordneten Induktoren zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter und mit mindestens einem Sensor zur Ermittlung der Lage des Metallstranges im Bereich des Führungskanals. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges.
Klassische Metall-Tauchbeschichtungsanlagen für Metallbänder weisen einen wartungsintensiven Teil auf, nämlich das Beschichtungsgefäß mit der darin befindlichen Ausrüstung. Die Oberflächen der zu beschichtenden Metallbänder müssen vor der Beschichtung von Oxidresten gereinigt und für die Verbindung mit dem Beschichtungsmetall aktiviert werden. Aus diesem Grunde werden die Bandoberflächen vor der Beschichtung in Wärmeprozessen in einer reduzierenden Atmosphäre behandelt. Da die Oxidschichten zuvor chemisch oder ab- rasiv entfernt werden, werden mit dem reduzierenden Wärmeprozess die Oberflächen so aktiviert, dass sie nach dem Wärmeprozess metallisch rein vorlie- gen.
Mit der Aktivierung der Bandoberfläche steigt aber die Affinität dieser Bandoberflächen für den umgebenden Luftsauerstoff. Um zu verhindern, dass Luftsauerstoff vor dem Beschichtungsprozess wieder an die Bandoberflächen gelangen kann, werden die Bänder in einem Tauchrüssel von oben in das Tauchbeschichtungsbad eingeführt. Da das Beschichtungsmetall in flüssiger Form vorliegt und man die Gravitation zusammen mit Abblasvorrichtungen zur Einstellung der Beschichtungsdicke nutzen möchte, die nachfolgenden Prozesse jedoch eine Bandberührung bis zur vollständigen Erstarrung des Beschichtungsmetalls verbieten, muss das Band im Beschichtungsgefäß in senkrechte Richtung umgelenkt werden. Das geschieht mit einer Rolle, die im flüssigen Metall läuft. Durch das flüssige Beschichtungsmetall unterliegt diese Rolle einem starken Verschleiß und ist Ursache von Stillständen und damit Ausfällen im Produktionsbetrieb.
Durch die gewünschten geringen Auflagedicken des Beschichtungsmetalls, die sich im Mikrometerbereich bewegen können, werden hohe Anforderungen an die Qualität der Bandoberfläche gestellt. Das bedeutet, dass auch die Oberflächen der bandführenden Rollen von hoher Qualität sein müssen. Störungen an diesen Oberflächen führen im allgemeinen zu Schäden an der Bandoberfläche. Dies ist ein weiterer Grund für häufige Stillstände der Anlage.
Um die Probleme zu vermeiden, die im Zusammenhang mit den im flüssigen Beschichtungsmetall laufenden Rollen stehen, hat es Ansätze dazu gegeben, ein nach unten offenes Beschichtungsgefäß einzusetzen, das in seinem unteren Bereich einen Führungskanal zur vertikalen Banddurchführung nach oben aufweist und zur Abdichtung einen elektromagnetischen Verschluss einzusetzen. Es handelt sich hierbei um elektromagnetische Induktoren, die mit zurückdrängenden, pumpenden bzw. einschnürenden elektromagnetischen Wechselbzw. Wanderfeldern arbeiten, die das Beschichtungsgefäß nach unten abdichten.
Eine solche Lösung ist beispielsweise aus der EP 0 673 444 B1 bekannt. Einen elektromagnetischen Verschluss zur Abdichtung des Beschichtungsgefäßes nach unten setzt auch die Lösung gemäß der WO 96/03533 bzw. diejenige gemäß der JP 5086446 ein. Die Beschichtung von nicht ferromagnetischen Metallbändern wird damit zwar möglich, jedoch treten bei den im wesentlichen ferromagnetischen Stahlbändern damit Probleme auf, dass diese in den elektromagnetischen Abdichtungen durch den Ferromagnetismus an die Kanalwände gezogen werden und die Bandoberfläche dadurch beschädigt wird. Weiterhin ist es problematisch, dass das Beschichtungsmetall und das Metallband selber durch die induktiven Felder unzulässig erwärmt werden.
Bei der Lage des durchlaufenden ferromagnetischen Stahlbandes durch den Führungskanal zwischen zwei Wanderfeldinduktoren handelt es sich um ein instabiles Gleichgewicht. Nur in der Mitte des Führungskanals ist die Summe der auf das Band wirkenden magnetischen Anziehungskräfte Null. Sobald das Stahlband aus seiner Mittenlage ausgelenkt wird, gerät es näher an einen der beiden Induktoren, während es sich vom anderen Induktor entfernt. Ursachen für eine solche Auslenkung können einfache Planlagefehler des Bandes sein. Zu nennen wären dabei jegliche Art von Bandwellen in Laufrichtung, gesehen über die Breite des Bandes (Centerbuckles, Quarterbuckles, Randwellen, Flattern, Verdrehen, Crossbow, S-Form etc.). Die magnetische Induktion, die für die magnetische Anziehungskraft verantwortlich ist, nimmt gemäß einer Expo- tentialfunktion mit dem Abstand vom Induktor in ihrer Feldstärke ab. In ähnlicher Weise nimmt daher die Anziehungskraft mit dem Quadrat der Induktionsfeldstärke mit wachsendem Abstand vom Induktor ab. Für das ausgelenkte Band bedeutet das, dass mit der Auslenkung in die eine Richtung die Anziehungskraft zum einen Induktor expotentiell ansteigt, während die rückholende Kraft vom anderen Induktor expotentiell abnimmt. Beide Effekte verstärken sich von selbst, so dass das Gleichgewicht instabil ist.
Zur Lösung dieses Problems, also zur genauen Lageregelung des Metallstrangs im Führungskanal, geben die DE 195 35 854 A1 und die DE 100 14 867 A1 Hinweise. Gemäß den dort offenbarten Konzepten ist vorgesehen, dass ne- ben den Spulen zur Erzeugung des elektromagnetischen Wanderfeldes zusätzliche Zusatzspulen vorgesehen sind, die mit einem Regelungssystem in Verbin- dung stehen und dafür Sorge tragen, dass das Metallband beim Abweichen von der Mittellage in diese wieder zurückgeholt wird.
Zur Lageregelung des Metallstranges im Führungskanal ist die genaue Erfassung der Lage eine wichtige Voraussetzung. In der WO 01/11101 A1 , der JP 10298727 und der JP 10046310 sind hierfür Sensoren offenbart, ohne dass deren spezifischer Aufbau und die konkrete Anordnung dort angegeben wären.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine gattungsgemäße Vorrichtung einen Sensor zur Ermittlung der Lage des Metallstranges im Führungs- kanal anzugeben, der sich durch eine hohe Messgenauigkeit, einen einfachen Aufbau und eine kostengünstige Herstellungsmöglichkeit auszeichnet. Damit soll die Effizienz der Regelung des Metallstranges in der Mittenebene des Führungskanals erhöht werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Ermittlung der Lage des Metallstranges aus zwei Spulen besteht, die - in Förderrichtung des Metallstranges gesehen - innerhalb der Höhenerstreckung der Induktoren und zwischen den Induktoren und dem Metallstrang angeordnet sind.
Dabei wird bevorzugt vorgesehen, dass die Spulen und die Induktoren in Bezug auf die Mittenebene des Führungskanals symmetrisch angeordnet sind.
Die Spulen sind vorzugsweise gleich und als Drahtwicklung ohne Kern ausge- bildet. Sie können eine oder mehrere Windungen aufweisen. Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Draht der Spulen aus Kupfer besteht. Ferner können die Windungen der Spulen eine runde, eine ovale oder eine rechteckige Form aufweisen.
Weiterbildungsgemäß stehen die Spulen mit einer Messvorrichtung zur Messung der in den Spulen induzierten Spannung in Verbindung. Dabei kann vor- gesehen werden, dass die Messvorrichtung zur hochohmigen Messung der in den Spulen induzierten Spannungen ausgelegt ist.
Ferner kann die Messvorrichtung einen Differenzbildner aufweisen, mit dem die Differenz der beiden in den Spulen induzierten Spannungen ermittelt werden kann.
Schließlich kann vorgesehen werden, dass mehrere Paare Spulen in Förderrichtung des Metallstranges gesehen innerhalb der Höhenerstreckung der Induktoren zwischen den Induktoren und dem Metallstrang angeordnet sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung des Metallstranges wird der Metallstrang vertikal durch den das Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch den vorgeschalteten Führungskanal hindurchgeführt. Zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter sind mindestens zwei beiderseits des Metallstranges im Bereich des Führungskanals positionierte Induktoren angeordnet, wobei mittels mindestens eines Sensors die Lage des Metallstranges im Bereich des Führungskanals ermittelt wird.
Das Verfahren sieht erfindungsgemäß vor, dass zur Ermittlung der Lage des Metallstranges zwei Spulen vorgesehen sind, die in Förderrichtung des Metallstranges gesehen innerhalb der Höhenerstreckung der Induktoren zwischen den Induktoren und dem Metallstrang angeordnet sind, wobei die in den Spulen induzierten Spannungen gemessen, die gemessenen Spannungen voneinander abgezogen und der sich ergebende Wert zur Ableitung eines Indikators für die Lage des Metalistranges herangezogen wird. Nach Messung der beiden Induktionsspannungen wird also eine Differenzbildung beider Werte durchgeführt. In Abhängigkeit der ermittelten Differenz wird auf die Höhe der Abweichung des Metallstranges aus der Mittenlage geschlossen.
Der vorgeschlagene Sensor zur Lagebestimmung des Metallstranges im Führungskanal zeichnet sich durch einen einfachen und damit kostengünstigen Aufbau aus. Weiterhin ist es mit ihm möglich, die Lage des Stranges sehr genau zu erfassen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 schematisch den Schnitt durch eine Schmelztauch-
Beschichtungsvorrichtung mit einem durch diese hindurch geführten Metallstrang und
Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Induktors mit einer vor diesem angeordneten Messspule.
Die Schmelztauch-Beschichtungsvorrichtung weist einen Behälter 3 auf, der mit schmelzflüssigem Beschichtungsmetall 2 gefüllt ist. Bei diesem kann es sich beispielsweise um Zink oder Aluminium handeln. Der zu beschichtende Metallstrang 1 in Form eines Stahlbandes passiert den Behälter 3 in Förderrichtung R vertikal nach oben. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es grundsätzlich auch möglich ist, dass der Metallstrang 1 den Behälter 3 von oben nach unten passiert. Zum Durchtritt des Metallstranges 1 durch den Behälter 3 ist dieser im Bodenbereich geöffnet; hier befindet sich ein übertrieben groß bzw. breit dargestellter Führungskanal 4.
Damit das schmelzflüssige Beschichtungsmetall 2 nicht durch den Führungskanal 4 nach unten abfließen kann, befinden sich beiderseits des Metallstranges 1 zwei elektromagnetische Induktoren 5, die ein magnetisches Feld erzeugen, das im flüssigen Beschichtungsmetall 2 Auftriebskräfte bewirkt, die der Schwerkraft des Beschichtungsmetalls 2 entgegenwirken und damit den Führungskanal 4 nach unten hin abdichten.
Bei den Induktoren 5 handelt es sich um zwei gegenüber angeordnete Wechselfeld- oder Wanderfeldinduktoren, die im Frequenzbereich von 2 Hz bis 10 kHz betrieben werden und ein elektromagnetisches Querfeld senkrecht zur Förderrichtung R aufbauen. Der bevorzugte Frequenzbereich für einphasige Systeme (Wechselfeldinduktoren) liegt zwischen 2 kHz und 10 kHz, der für mehrphasige Systeme (z. B. Wanderfeldinduktoren) zwischen 2 Hz und 2 kHz.
Ziel ist es, den sich im Führungskanal 4 befindlichen Metallstrang 1 so zu halten, dass er möglichst definiert in einer Position, bevorzugt in der Mittenebene 7 des Führungskanals 4, liegt.
Der sich zwischen den beiden gegenüber liegenden Induktoren 5 befindliche Metallstrang 1 wird im allgemeinen beim Anlegen eines elektromagnetischen Feldes zwischen den Induktoren 5 zu dem näher gelegenen Induktor angezogen, wobei die Anziehung mit Annäherung an einen Induktor anwächst, was zu einer hochgradig instabilen Bandmittenlage führt. Damit ergibt sich beim Betrieb der Vorrichtung das Problem, dass der Metallstrang 1 aufgrund der Anzie- hungskraft der Induktoren 5 nicht frei und mittig durch den Führungskanal 4 zwischen den aktivierten Induktoren laufen kann.
Zur Stabilisierung des Metallstranges 1 in der Mittenebene 7 des Führungskanals 4 ist daher ein nicht dargestellter Regelkreis vorgesehen, bei dem - vor- zugsweise über ebenfalls nicht dargestellte elektromagnetische Zusatzspulen - auf den Metallstrang 1 eingewirkt wird. Durch die Überlagerung der magnetischen Felder der Induktoren 5 und der (nicht dargestellten) Zusatzspulen wird sichergestellt, dass der Metallstrang 1 eine definierte, vorzugsweise mittige, Lage einhält. Dabei kann mittels der Zusatzspulen das magnetische Feld der Induktoren 5 je nach Ansteuerung verstärkt oder abgeschwächt werden (Superpositionsprinzip).
Die beiden Induktoren 5 sind im wesentlichen gespiegelt zur Mittenebene 7 des Führungskanals 4 angeordnet und weisen zueinander einen Abstand Y auf. Die Höhenerstreckung Ho der Induktoren - in Förderrichtung R des Metallstranges 1 betrachtet - ist bei beiden Induktoren 5 gleich. Zwischen den Induktoren 5 und dem Metallstrang 1 und namentlich zwischen den Induktoren 5 und der Wand des Führungskanals 4 sind spiegelbildlich zur Mittenebene 7 zwei Spulen 6 und 6' angeordnet. Aus Fig. 1 geht deren Höhenlage H sowie deren Abstand Xi bzw. X2 vom Induktor 5 hervor, in Fig. 2 ist in perspektivischer Ansicht eines Induktors 5 mit einer davor angeordneten Spule 6 zu erkennen, dass darüber hinaus die Spule 6 in einer definierten Breitenlage L relativ zum Induktor 5 angeordnet ist.
Für eine effiziente Regelung ist es wesentlich, die Lage s des Metallstranges 1 im Führungskanal 4, also die Abweichung von der Mittenebene 7, möglichst genau zu erfassen.
Hier kommen die Lagemess-Sensoren (Spulen) 6 bzw. 6' zum Einsatz, die als Drahtwicklungen ohne Kern ausgeführt sind. Sie sind vor den jeweiligen Induk- toren 5 im elektromagnetischen Feld angeordnet und zur Messung einer in den Spulen 6, 6' induzierten Spannung Uιnd. und U|nd2 geeignet, die proportional zur erzeugten Feldstärke in den Induktoren 5 ist. Die Messung der in den Spulen 6, 6' induzierten Spannung erfolgt stromlos (hochohmig), um das Feld der Induktoren 5 (und ggf. der Zusatzspulen) nicht zu beeinflussen. Bei den Spulen 6, 6' handelt es sich um solche, die eine oder mehrere Windungen eines leitenden Drahtmetalls (z. B. Kupferdraht) aufweisen. Bei der Herstellung der Spulen 6, 6' wird das Drahtmaterial rund, oval, rechteckig oder in ähnlicher Form um einen Mittelpunkt gewickelt.
Wie Fig. 1 entnommen werden kann, sind jeweils zwei Spulen 6, 6' - dargestellt ist nur ein Spulenpaar - so im elektromagnetischen Feld der Induktoren 5 zueinander angeordnet, dass sie ein geometrisch gegenüber liegendes Paar bilden. Dabei sind die Spulen 6, 6' eines zusammengehörigen Paars jeweils zwischen Induktor 5 und Stahlband 1 angeordnet; in Bezug auf die Mittenebene 7 des Führungskanals 4 sind sie gespiegelt angeordnet, d. h. die Höhenlage H der Spule 6, 6', die Breitenlage L der Spulen 6, 6' (s. Fig. 2) sowie der Abstand X-i bzw. X2 der Spulen 6, 6' vom Induktor 5 sind gleich. Es sei angemerkt, dass die Gleichheit der Abstände Xi und X2 nicht notwendige Voraussetzung ist.
Befindet sich der Metallstrang 1 zwischen den Induktoren 5 und somit zwischen den Spulen 6, 6' im gegebenen elektromagnetischen Feld, ändert sich abhängig von der Lage s des Metallstranges 1 die gemessene induzierte Spannung in den Spulen 6, 6'. Dies ist auf die Rückkopplung des Metallstranges 1 im Magnetfeld zurückzuführen. Das vorgeschlagene Konzept stellt also auf die Kombination aus Induktoranordnung und Messspulenlage innerhalb des magnetischen Feldes ab, wobei der Effekt der Wechselwirkung des Metallstranges 1 mit dem Magnetfeld der elektromagnetischen Abdichtung genutzt wird.
Der genutzte Effekt erklärt sich aus folgenden physikalischen Überlegungen:
In den Spulen 6, 6' wird entsprechend des bekannten Prinzips der elektroma- gnetischen Induktion folgende Spannung induziert:
Uind = - n dPhi/dt,
mit
Uind: induzierte Spannung in der Spule, n: Anzahl der Windungen der Spule, dPhi = B dA: magnetische Flussdichte mit
A: Fläche der Spule senkrecht zum magnetischen Feld, B: magnetische Feldstärke.
Damit ist die induzierte Spannung Uind in der Spule 6, 6' proportional zur Feldstärke am Ort der Spule. Durch Differenzbildung der induzierten Spannungen Uindi in der Spule 6 und Uιnd2 in der Spule 6' ergibt sich ohne zwischen den Spulen 6, 6' angeordnetem Metallstrang 1 zwischen den Spulen im elektromagnetischen Feld der Induktoren 5 ein der Position der Spulen 6, 6' entsprechen- des Differenzsignal, also eine Spannungsdifferenz Uιnd. Bei idealen Bedingungen und gleichen Abständen Xi und X2 ist die Spannungsdifferenz U|nd zwischen den Spulen 6 und 6' Null.
Wird jetzt der Metallstrang 1 zwischen die Spulen 6, 6' in das wirkende elektro- magnetische Feld eingebracht, ändert sich bei fester Position der Spulen 6, 6' dieses Differenzsignal Uind der Spulen 6, 6'.
Nimmt der Metallstrang 1 nun unterschiedliche Lagen s zwischen den Induktoren 5 und den vorgeschalteten Spulen 6, 6' ein, ergeben sich abhängig von der Lage s unterschiedliche Differenzsignale der Spulen 6, 6'. Die Lage s des Metallstranges 1 ergibt sich aus der Differenz der örtlich festen Spulen 6, 6' und ihrer Anordnung gemäß der Parameter Höhenlage H der Spulen 6, 6', Breitenlage B der Spulen 6, 6' und Abstand Xi und X2 der Spulen 6, 6' vom Induktor 5.
In den Spulen 6, 6' wird also eine Spannung Uιncιι und U|nd2 induziert, gemäß der Beziehung:
Figure imgf000012_0001
bzw.
Umd2 = - n2 dPhi/dt f2
mit
Uind .: induzierte Spannung in der Spule 6,
Uind2: induzierte Spannung in der Spule 6', n-t.: Anzahl der Windungen der Spule 6, n2: Anzahl der Windungen der Spule 6', f-i: Faktor für die Spule 6 als Funktion der Position des
Metallstranges und der magnetischen Feldstärke, f2: Faktor für die Spule 6' als Funktion der Position des
Metallstranges und der magnetischen Feldstärke.
Die in den Spulen 6, 6' induzierte Spannung wird in einem Teil der Messvorrichtung 8 gemessen. Dem Teil der Messvorrichtung 8, in dem diese Messung erfolgt, ist ein Differenzbildner 9 nachgeschaltet, in dem die Spannungsdifferenz
Uind bestimmt wird, also die Differenz zwischen der induzierten Spannung
Uindi in der Spule 6 und der induzierten Spannung U|nd2 in der Spule 6'. Dem
Differenzbildner 9 ist in der Messvorrichtung 8 eine Einheit nachgeordnet, in der ausgehend von der Spannungsdifferenz Uιncι auf die Lage s des Metallstran- ges 1 relativ zur Mittenebene 7 des Führungskanals 4 rückgerechnet werden kann. Der hier hinterlegte Funktionsverlauf für die Lage s des Metallstranges ist abhängig von der Spannungsdifferenz Uιnd-
Durch Rückkopplung des zwischen den Spulen 6, 6' angeordneten Metallstran- ges 1 und der damit bandlageabhängigen und magnetfeldabhängigen Veränderung der einzelnen in den Spulen 6, 6' induzierten Spannungen ergibt sich damit die Lage s des Metallstranges 1 gemäß der gemessenen Spannungsdifferenz Uind nach einer in der Messvorrichtung 8 hinterlegten Funktion. Somit ist es in einfacher und exakter Weise möglich, die Lage s des Metallstranges 1 zu ermitteln und bei der Lageregelung des Stahlbandes zu nutzen.
Bezugszeichenliste 40 517
1 Metallstrang (Stahlband)
2 Beschichtungsmetall
3 Behälter
4 Führungskanal
5 Induktor
6 Sensor (Spule)
6' Sensor (Spule)
7 Mittenebene des Führungskanals
8 Messvorrichtung
9 Differenzbildner
s Lage des Metallstranges
R Förderrichtung
Ho Höhenerstreckung des Induktors
Y Abstand der Induktoren
H Höhenlage der Spule
L Breitenlage der Spule
Xi Abstand der Spule 6 vom Induktor χ2 Abstand der Spule 6' vom Induktor
U|nd1 induzierte Spannung in der Spule 6
U|nd2 induzierte Spannung in der Spule 6'
U|nc ι Spannungsdifferenz

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges (1 ), insbesondere eines Stahlbandes, in der der Metallstrang (1 ) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1 ) im Bereich des Führungskanals (4) angeordneten Induktoren (5) zur
Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls
(2) im Behälter (3) und mit mindestens einem Sensor (6, 6') zur Ermittlung der Lage (s) des Metallstranges (1 ) im Bereich des Führungskanals (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Ermittlung der Lage des Metallstranges (1 ) aus zwei Spulen (6, 61) besteht, die in Förderrichtung (R) des Metallstranges (1 ) gesehen innerhalb der Höhenerstreckung (Ho) der Induktoren (5) zwischen den Induktoren (5) und dem Metallstrang (1 ) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (6, 6') und die Induktoren (5) in Bezug auf die Mittenebene (7) des Führungskanals (4) symmetrisch angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (6, 6') gleich und als Drahtwicklung ohne Kern ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (6, 6') eine oder mehrere Windungen aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht der Spulen (6, 6') aus Kupfer besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen der Spulen (6, 6') eine runde, eine ovale oder eine rechteckige Form aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (6, 6') mit einer Messvorrichtung (8) zur Messung der in den Spulen (6, 6') induzierten Spannung (U|ndi, U]nd2) in Verbindung stehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- Vorrichtung (8) zur hochohmigen Messung der in den Spulen (6, 6') induzierten Spannungen (U|ndi, Uιnd2) ausgelegt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (8) einen Differenzbildner (9) aufweist, mit dem die Differenz (Uind) der beiden in den Spulen (6, 61) induzierten Spannungen (Uindi, Uind2) ermittelt werden kann.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Paare Spulen (6, 6') in Förderrichtung (R) des Metallstran- ges (1 ) gesehen innerhalb der Höhenerstreckung (H0) der Induktoren (5) zwischen den Induktoren (5) und dem Metallstrang (1 ) angeordnet sind.
11. Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges (1 ), ins- besondere eines Stahlbandes, bei dem der Metallstrang (1 ) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, bei dem mittels mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1 ) im Bereich des Führungskanals (4) angeordneten Induk- toren (5) ein elektromagnetisches Feld zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) erzeugt wird und bei dem mit mindestens einem Sensor (6, 6') die Lage (s) des Metallstranges (1 ) im Bereich des Führungskanals (4) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Lage des Metallstranges (1 ) zwei Spulen (6, 6') vorgesehen sind, die in Förderrichtung (R) des Metallstranges (1 ) gesehen innerhalb der Höhenerstreckung (Ho) der Induktoren (5) zwischen den Induktoren (5) und dem Metallstrang (1 ) angeordnet sind, wobei die in den Spulen (6, 6') induzierten Spannung (Uιndi, Uιnd2) gemessen, die gemessenen Spannungen voneinander abgezogen und der sich ergebende Wert zur Ableitung eines Indikators für die Lage des Metallstranges (1 ) herangezogen wird.
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