WO2005005681A1 - Vorrichtung zur schmelztauchbeschichtung eines metallstranges - Google Patents

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WO2005005681A1
WO2005005681A1 PCT/EP2004/006479 EP2004006479W WO2005005681A1 WO 2005005681 A1 WO2005005681 A1 WO 2005005681A1 EP 2004006479 W EP2004006479 W EP 2004006479W WO 2005005681 A1 WO2005005681 A1 WO 2005005681A1
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guide channel
container
metal
coating
bath
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PCT/EP2004/006479
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English (en)
French (fr)
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Holger Behrens
Rolf Brisbeger
Hans Georg Hartung
Bernhard Tenckhoff
Walter Trakowski
Michael Zielenbach
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Sms Demag Aktiengesellschaft
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/14—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness
    • C23C2/24—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness using magnetic or electric fields

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 passed vertically through a container holding the molten coating metal and through an upstream guide channel, with at least two inductors arranged on both sides of the metal strand in the region of the guide channel to generate an electromagnetic Field to retain the coating metal in the container.
  • the strips are introduced into the dip coating bath from above in a dip nozzle. Since the coating metal is in liquid form and you want to use gravitation together with blow-off devices ("air knife") to adjust the coating thickness, the subsequent processes, however, touch the strip until it is completely Forbidding the coating metal from being rigid, 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.
  • solutions which use a coating vessel which is open at the bottom and has a guide channel of a defined height in its lower region for vertical tape passage upwards and an electromagnetic one for sealing Insert closure.
  • electromagnetic inductors that work with pushing back, pumping or constricting electromagnetic alternating or traveling fields that seal the coating vessel downwards.
  • DE 195 35 854 A1 and DE 100 14 867 A1 provide special solutions for precise regulation of the position 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 correction door coils are provided, which are connected to a control system and ensure that the metal strip is returned to the middle position when it deviates from it.
  • the electromagnetic closure used to seal the guide channel which is used in the solutions discussed above, represents a magnetic pump which retains the coating metal in the coating container.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device for hot-dip coating a metal strand of the type mentioned at the outset, with which it is possible to overcome the disadvantage mentioned. It should This ensures that the immersion bath remains calm when using an electromagnetic lock, which is intended to increase the quality of the coating.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that the distance between the walls delimiting the guide channel in the direction normal to the surface of the metal strand is not constant in the area of the vertical extent of the guide channel between its underside and the bottom area of the container.
  • the effective width of the guide channel changes over its height extension, the height of the channel to be considered between the channel underside and the container bottom being relevant.
  • the proposed change in cross-section of the guide channel is intended to create a zone within the vertical extent of the channel in which the flow in the coating metal can be calmed down, with the aim that the bath surface is also calmed thereby.
  • the course of the walls delimiting the guide channel is funnel-shaped at least in sections.
  • the funnel-shaped section can directly adjoin the bottom region of the container and can be arranged with its wider side upwards.
  • the height of the funnel-shaped section is at most 30% of the height of the guide channel.
  • the walls delimiting the guide channel have a constriction.
  • the walls delimiting the guide channel have an extension.
  • the constriction or the enlargement can essentially have the shape of a circular section in cross section.
  • a further flow stabilization can be achieved if, according to a further development, it is provided that at least one flow guiding element is arranged in the container and / or in the guide channel.
  • the flow guiding element is advantageously designed as a flat, narrow sheet metal, the longitudinal axis of which extends in the direction perpendicular to the conveying direction of the metal strand and perpendicularly in the direction normal to the surface of the metal strand.
  • the at least one flow guide element can be arranged in the guide channel in the region of the extension.
  • a further calming of the bath surface can be achieved if, according to a further development, it is provided that at least one bath calming plate is arranged in the area of the surface of the coating metal in the container. This lies on the bathroom surface or is located at a low height above the bathroom. The position of the bath calming plate can be adjusted in height by means of an actuator.
  • the bath calming plate is preferably made of ceramic material.
  • the proposed measures ensure that the surface of the metal bath remains relatively calm despite the use of the electromagnetic closure, so that it is ensured that a high quality of the dip coating can be achieved.
  • FIG. 1 schematically shows a hot-dip coating device with a metal strand passed through it in a side view in section
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment to FIG. 1, only the area of the bottom of the container for the coating metal and the guide channel adjoining at the bottom being shown, and
  • FIG. 3 shows a further alternative embodiment analogous to FIG. 2.
  • the device shown in the figures 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.
  • this area H is calculated from the bottom area 8 of the container 3 to the underside 7 of the guide channel 4 and represents the area that provides an opening gap for the passage of the metal strand 1.
  • the inductors 5 are two alternating field or traveling field inductors arranged opposite one another, which are operated in the frequency range from 2 Hz to 10 kHz and build up an electromagnetic transverse field perpendicular to the conveying direction R.
  • the preferred frequency range for single phase Systems lies between 2 kHz and 10 kHz, those for multiphase systems (e.g. traveling field inductors) between 2 Hz and 2 kHz.
  • correction coils can be arranged on both sides of the guide channel 4 or the metal strand 1. These are controlled by control means such that the superimposition of the magnetic fields of the inductors 5 and the correction coils always keeps the metal strand 1 in the center of the guide channel 4.
  • the magnetic field of the inductors 5 can be strengthened or weakened depending on the control (superposition principle of the magnetic fields). In this way, the position of the metal strand 1 in the guide channel 4 can be influenced.
  • the distance d between the walls 6 delimiting the guide channel 4 in the direction N is normal to the surface of the metal strand 1 in the area H of the vertical extent of the guide channel 4 between its underside 7 and the bottom area 8 of the container 3 is not constant.
  • this is accomplished in this exemplary embodiment by connecting a funnel-shaped section 9 directly below the bottom region 8 of the container 3, the broad side of the funnel 9 adjoining the bottom region 8 of the container 3.
  • the height d of the funnel-shaped section 9 reduces the distance d between the walls 6 delimiting the guide channel 4 to the value which is reached below the funnel-shaped section 9 and is then kept constant downwards.
  • the embodiment of the guide channel 4 with funnel-shaped section 9 illustrated in FIG. 1 represents a measure which is based on the fact that the flow coming from the guide channel 4 is directed in the coating metal 2 in such a way that there are no swellings on the bath surface. It is also possible, by means of a suitable measure, to limit the turbulence in the flow, which is caused by the inductors 5 in the coating metal, locally to the region of the guide channel 4.
  • the provision of the funnel-shaped section 9 represents a first essential effect with which the flow in the coating metal 2 can be directed in the region of the guide channel 4.
  • the funnel-shaped section 9 reduces the swelling of the bath on the surface of the metal bath, because the proposed geometry of the upward flow in the guide channel 4 gives space for evasion into the volume of the container 3. As a result, the local turbulence is reduced or absorbed. Swelling of the bath on the surface of the coating metal 2 is prevented or reduced as a result, which would otherwise result in the “air knife” not being able to be set to a distance from the bath surface that is suitable for the quality of the coating.
  • bath calming plates 16 for example made of ceramic material
  • the bath calming plates 16 are held on the surface 15 of the coating metal 2 or positioned near the surface.
  • Actuators 17 are used for this purpose, with which the suitable height of the horizontally arranged bath calming plates 16 can be set. As a result, the turbulence, which may have penetrated to the surface of the bath, is deflected in the horizontal direction, so that swelling of the bath can be prevented.
  • flow guide elements 12, 12 ', 12 ", 13, 13' - designed as guide plates or guide vanes - into the liquid coating metal 2.
  • these flow guide elements 12 are 12 ', 12 "are designed as narrow plates, the longitudinal axis 14 of which is perpendicular to the plane of the drawing. They are arranged at a desired angle and ensure that the flow in the coating metal is deflected in the horizontal direction, so that bath build-up is minimized.
  • FIGS. 2 and 3 Further configurations, which are illustrated in FIGS. 2 and 3, are possible as measures for local limitation of the flow to the region of the guide channel 4.
  • the inductors 5 generate a turbulent flow especially in the guide channel 4 due to their pumping action.
  • swelling was suppressed on the surface of the bath, there is the possibility, by changing the geometry of the guide channel 4, to create space for evading the turbulence in the area of the guide channel 4, or to prevent the spreading of this turbulence into the container 3 by weirs, thus reducing the turbulence to limit the area of the guide channel 4.
  • FIG. 2 provides that a constriction 10 is provided in the region of the vertical extent H of the guide channel 4, which represents a type of web or weir and is preferably arranged directly below the base region 8 of the container 3 (particularly proven) the area between the - not shown - channel flange and the tank bottom).
  • the limiting walls 6 in the region of the constriction 10 have the shape of the section of a circle in cross section. This achieves a certain flow calming.
  • the constriction 10 initially prevents or prevents the turbulence from spreading into the container 3.
  • the aluminum depletion to be feared in such a measure in the guide channel 4 does not occur since the volume of coating metal 2 in the guide channel 4 is only small and the tracking of fresh coating metal from the coating container above the channel is ensured by the normal discharge of coating metal.
  • the higher likelihood of tape contact (between metal strand 1 and constriction 10) to be feared with such a measure is only slight, since there are no more ferromagnetic attraction forces as in the channel area and the self-centering of the metal strand 1 between the two sides of the constriction 10 occurs the effect of two flow baffles is known.
  • the design and shape of such a weir in the form of the constriction 10 and its clear width for the metal strand 1 corresponds to the fluidic requirements in the intermediate area between the guide channel 4 and the container 3.
  • FIG. 3 A further alternative embodiment is illustrated in FIG. 3. It is provided here that an extension 11 is arranged in the area of the height H of the guide channel 4, in this case above the height area over which the inductors 5 extend (which is also advantageous in the case of the embodiment according to FIG. 2).
  • the extension 11 represents in a certain way a compensation volume between the guide channel 4 and the bottom region 8 of the container 3. This ensures that the turbulence in the guide channel can expand and calm before the container 3 is reached, and thus no longer the flow conditions in the container 3 affects. It is thus achieved that the flow in the guide channel 4 no longer continues into the container 3 lying above, but the coating metal 2 again reaches the lower region of the guide channel 4, in which the turbulence prevails.
  • the geometric configuration of the extension 11 corresponds to the fluidic requirements in the area between the guide channel 4 and the container 3.
  • FIG. 3 Another measure for locally limiting the flows to the area of the guide channel 4 is likewise illustrated in FIG. 3.
  • flow guide elements 13 and 13 ' which functionally correspond to the flow guide elements 12, 12', 12 ", which were described above.
  • Turbulence can be deflected downwards again between the underside 7 of the guide channel 4 and the bottom region 8 of the container 3.
  • the flow guide elements 13, 13 ' support the desired formation of the flow conditions in the region of the enlargement 11 and result in the reduction of turbulence.
  • the combination of the measures described in FIGS. 1, 2 and 3 is particularly preferably used, which, in the superposition, produce an overall low-turbulence flow in the guide channel 4 and in the container 3 and thus provide a good calming of the surface of the coating metal 2 in the container 3 lead.

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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 elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3). Zur Beruhigung des Beschichtungsbades ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Abstand (d) der den Führungskanal (4) begrenzenden Wände (6) in Richtung (N) normal auf die Oberfläche des Metallstranges (1) im Bereich (H) der Höhenerstreckung des Führungskanals (4) zwischen dessen Unterseite (7) und dem Bodenbereich (8) des Behälters (3) nicht konstant ausgebildet ist.

Description

Vorrichtung 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 Führungskanals angeordneten Induktoren zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter.
Klassische Metall-Tauchbeschichtungsanlagen für Metallbänder weisen einen wartungsintensiven Teil auf, nämlich das Beschichtungsgefäß mit der darin be- findlichen 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 vorliegen.
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 ("Luftmesser") zur Einstellung der Beschichtungsdicke nutzen möchte, die nachfolgenden Prozesse jedoch eine Bandberührung bis zur vollständigen Er- starrung 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, sind Lösungen bekannt, die ein nach unten offenes Beschichtungsgefäß einsetzen, das in seinem unteren Bereich einen Führungskanal definierter Höhe 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 Wechsel- bzw. 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.
Für eine genaue Regelung der Lage des Metallstranges im Führungskanal sehen die DE 195 35 854 A1 und die DE 100 14 867 A1 spezielle Lösungen vor. Gemäß den dort offenbarten Konzepten ist vorgesehen, dass neben den Spulen zur Erzeugung des elektromagnetischen Wanderfeldes zusätzliche Korrek- turspulen vorgesehen sind, die mit einem Regelungssystem in Verbindung stehen und dafür Sorge tragen, dass das Metallband beim Abweichen von der Mittellage in diese wieder zurückgeholt wird.
Der bei den vorstehend diskutierten Lösungen zum Einsatz kommende elek- tromagnetische Verschluss zur Abdichtung des Fuhrungskanals stellt insoweit eine magnetische Pumpe dar, die das Beschichtungsmetall im Beschichtungs- behälter zurückhält.
Die industrielle Erprobung derartiger Anlagen hat ergeben, dass das Strö- mungsbild auf der Oberfläche des Metallbades, d. h. die Badoberfläche, relativ unruhig ist, was auf die elektromagnetischen Kräfte durch den Magnetver- schluss zurückgeführt werden kann. Die Unruhe im Bad hat zur Folge, dass die Qualität der Schmelztauchbeschichtung negativ beeinflusst wird. Durch das sich oberhalb des Beschichtungsbehälters befindliche "Luftmesser" wird näm- lieh, wie oben bereits erwähnt, überschüssiges flüssiges Metall vom beschichteten Strang abgeblasen. Für eine genaue Einstellung der Beschichtungsdicke ist eine ruhige Metallbadoberfläche unabdingbar.
Zur Badberuhigung besteht jedoch nicht die Möglichkeit, die Intensität des ma- gnetischen Feldes nennenswert zu reduzieren, ohne damit die Dichtigkeit des Magnetverschlusses zu gefährden. Aus der DE 102 54 307 A1 ist es nämlich bekannt, dass für das Sicherstellen der Dichtigkeit des Verschlusses in Abhängigkeit der Höhe des Pegels im Beschichtungsbad eine gewisse Mindeststärke des Magnetfeldes erforderlich ist. Dort wird vorgesehen, dass die Festlegung der Höhe der durch die Induktoren erzeugten magnetischen Feldstärke in Abhängigkeit des Pegelstandes des geschmolzenen Beschichtungsmetalls im Behälter erfolgt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten eines Metallstranges der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der es möglich ist, den genannten Nachteil zu überwinden. Es soll also sichergestellt werden, dass das Tauchbad beim Einsatz eines elektromagnetischen Verschlusses ruhig bleibt, wodurch die Qualität der Beschichtung erhöht werden soll.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der den Führungskanal begrenzenden Wände in Richtung normal auf die Oberfläche des Metallstranges im Bereich der Höhenerstreckung des Führungskanals zwischen dessen Unterseite und dem Bodenbereich des Behälters nicht konstant ausgebildet ist.
Hiernach wird also vorgesehen, dass sich die effektive Breite des Führungskanals über dessen Höhenerstreckung ändert, wobei die zu betrachtende Höhe des Kanals zwischen der Kanalunterseite und dem Behälterboden relevant ist. Durch die vorgesehene Querschnittsveränderung des Führungskanals soll innerhalb der Höhenerstreckung des Kanals eine Zone geschaffen werden, in der eine Beruhigung der Strömung im Beschichtungsmetall erfolgen kann, womit angestrebt wird, dass sich hierdurch auch die Badoberfläche beruhigt.
Nach einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Verlauf der den Führungskanal begrenzenden Wände zumindest abschnittsweise trichterförmig ausgebildet ist. Der trichterförmige Abschnitt kann sich dabei unmittelbar an den Bodenbereich des Behälters anschließen und mit seiner breiteren Seite nach oben angeordnet sein. Dabei kann insbesondere vorgesehen werden, dass die Höhenerstreckung des trichterförmigen Abschnitts höchstens 30 % der Höhenerstreckung des Führungskanals beträgt.
Eine alternative oder additive Ausgestaltung sieht vor, dass die den Führungskanal begrenzenden Wände eine Einschnürung aufweisen. Wiederum alternativ oder additiv hierzu kann vorgesehen werden, dass die den Führungskanal begrenzenden Wände eine Erweiterung aufweisen. Die Einschnürung bzw. die Erweiterung kann im Querschnitt im wesentlichen die Form eines Kreisabschnittes aufweisen. Eine weitere Strömungsberuhigung kann erreicht werden, wenn gemäß einer Weiterbildung vorgesehen wird, dass im Behälter und/oder im Führungskanal mindestens ein Strömungsleitelement angeordnet ist. Das Strömungsleitelement ist mit Vorteil als ebenes, schmales Blech ausgebildet, dessen Längsach- se sich in Richtung senkrecht auf die Förderrichtung des Metallstranges und senkrecht auf die Richtung normal auf die Oberfläche des Metallstranges erstreckt. Ferner kann das mindestens eine Strömungsleitelement im Führungskanal im Bereich der Erweiterung angeordnet sein.
Eine weitere Beruhigung der Badoberfläche kann erreicht werden, wenn gemäß einer weiteren Fortbildung vorgesehen wird, dass im Bereich der Oberfläche des Beschichtungsmetalls im Behälter mindestens eine Badberuhigungsplatte angeordnet ist. Diese liegt auf der Badober läche auf oder ist in geringer Höhe über dem Bad angeordnet. Die Position der Badberuhigungsplatte kann dabei mittels eines Aktuators in der Höhe einstellbar sein. Die Badberuhigungsplatte besteht bevorzugt aus keramischem Material.
Mit den vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, dass die Oberfläche des Metallbades trotz Einsatz des elektromagnetischen Verschlusses relativ ruhig bleibt, so dass sichergestellt ist, dass eine hohe Qualität der Tauchbeschich- tung erreicht werden kann.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Schmelztauch-Beschichtungsvorrichtung mit einem durch diese hindurch geführten Metallstrang in der Seitenansicht im Schnitt, Fig. 2 eine alternative Ausgestaltung zu Fig. 1 , wobei lediglich der Bereich des Bodens des Behälters für das Beschichtungsmetall und der sich nach unten anschließende Führungskanal dargestellt ist, und
Fig. 3 eine weitere alternative Ausgestaltung analog zu Fig. 2.
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung 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 Boden- bereich geöffnet; hier befindet sich ein übertrieben groß bzw. breit dargestellter Führungskanal 4. Dieser hat einen Bereich H der Höhenerstreckung. Dabei ist anzumerken, dass dieser Bereich H vom Bodenbereich 8 des Behälters 3 bis zur Unterseite 7 des Führungskanals 4 gerechnet wird und denjenigen Bereich darstellt, der für den Durchtritt des Metallstranges 1 einen Öffnungsspalt vor- sieht.
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 der Schwerkraft des Beschichtungsmetalls 2 entgegenwirkt und damit den Führungskanal 4 nach unten hin abdichtet.
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.
Zur Stabilisierung des Metallstranges 1 in der Mittenebene des Führungskanals 4 können - nicht dargestellte - Korrekturspulen beiderseits des Führungskanals 4 bzw. des Metallstranges 1 angeordnet sein. Diese werden von Regelungsmitteln so angesteuert, dass die Überlagerung der magnetischen Felder der Induktoren 5 und der Korrekturspulen den Metallstrang 1 stets mittig im Führungskanal 4 hält.
Mittels der Korrekturspulen kann das magnetische Feld der Induktoren 5 je nach Ansteuerung verstärkt oder abgeschwächt werden (Superpositionsprinzip der Magnetfelder). Auf diese Weise kann auf die Lage des Metallstranges 1 im Führungskanal 4 Einfluss genommen werden.
Um eine Beruhigung der Badoberfläche im Behälter 3 zu erreichen, ist vorgesehen, dass der Abstand d der den Führungskanal 4 begrenzenden Wände 6 in Richtung N normal auf die Oberfläche des Metallstranges 1 im Bereich H der Höhenerstreckung des Führungskanals 4 zwischen dessen Unterseite 7 und dem Bodenbereich 8 des Behälters 3 nicht konstant ausgebildet ist.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird dies in diesem Ausführungsbeispiel dadurch bewerkstelligt, dass sich unmittelbar unter dem Bodenbereich 8 des Behälters 3 ein trichterförmiger Abschnitt 9 anschließt, wobei der Trichter 9 mit seiner breiten Seite am Bodenbereich 8 des Behälters 3 angrenzt. Über eine Höhener- Streckung h des trichterförmigen Abschnitts 9 reduziert sich der Abstand d der den Führungskanal 4 begrenzenden Wände 6 auf den Wert, der unterhalb des trichterförmigen Abschnitts 9 erreicht und dann nach unten konstant gehalten wird.
Die Wahl dieser Ausgestaltung hat sich durch folgende Erkenntnis ergeben: Bei der industriellen Erprobung der in Rede stehenden Schmelztauchbeschich- tungsvorrichtungen traten Zustände auf, die eine ruhige Badoberfläche erzeugten. Die Auswertung der Daten ergab allerdings, dass hier ein Zusammenspiel von Pegelhöhe im Beschichtungsbad und der eingestellten Abdichtleistung der Induktoren 5 die Ursache war. Ein Regelbetrieb für die Position des Metallstranges 1 im Führungskanal 4 mittels der erwähnten Korrekturspulen zeigte des weiteren, dass die Regeleingriffe lokal die Unruhe an der Badoberfläche verstärken. Es handelt sich hier also um eine Kombination mehrerer konkurrierender Effekte. Es ist nicht möglich, lediglich die Leistung der Induktoren 5 herunter zu fahren, da man dadurch Leckagen erhalten würde. Die Induktorleistung richtet sich jedoch - wie oben ausgeführt - nach der Pegelhöhe im Beschich- tungsbad, die möglichst groß sein sollte. Man benötigt jedoch auch die Regelung der Position des Metallstranges 1 im Führungskanal 4, was lokale Unruhe erzeugt. Vorgeschlagen wird daher die erläuterte Veränderung der Geometrie des Führungskanals 4 bzw. die noch weiter unten detailliert erläuterten Zusatzmaßnahmen zur Beruhigung der Badoberfläche.
Die in Fig. 1 illustrierte Ausgestaltung des Führungskanals 4 mit trichterförmigem Abschnitt 9 stellt eine Maßnahme dar, die darauf abstellt, dass die aus dem Führungskanal 4 kommende Strömung im Beschichtungsmetall 2 so gelenkt wird, dass es an der Badoberfläche keine Badaufwallungen gibt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch geeignete Maßnahme die Turbulenz in der Strömung, die durch die Induktoren 5 im Beschichtungsmetall hervorgerufen wird, lokal auf den Bereich des Führungskanals 4 zu begrenzen.
Das Vorsehen des trichterförmigen Abschnitts 9 stellt einen ersten wesentlichen Effekt dar, mit dem die Strömung im Beschichtungsmetall 2 im Bereich des Führungskanals 4 gelenkt werden kann. Durch den trichterförmigen Abschnitt 9 werden die Badaufwallungen an der Oberfläche des Metallbades reduziert, weil durch die vorgeschlagene Geometrie der nach oben im Führungskanal 4 gerichteten Strömung Platz zum Ausweichen in das Volumen des Behälters 3 ge- geben wird. Hierdurch wird die lokale Turbulenz herabgesetzt bzw. aufgefangen. Badaufwallungen auf der Oberfläche des Beschichtungsmetalls 2 werden dadurch verhindert bzw. vermindert, die ansonsten bedingen würden, dass das „Luftmesser" nicht auf einen für die Qualität der Beschichtung passenden Abstand zur Badoberfläche eingestellt werden kann.
Eine weitere Maßnahme zur Strömungslenkung ist die Auflage von Badberuhigungsplatten 16, beispielsweise aus keramischem Material, auf die Oberfläche 15 des Beschichtungsbades. Die Badberuhigungsplatten 16 werden auf der Oberfläche 15 des Beschichtungsmetalls 2 gehalten bzw. nahe der Oberfläche positioniert. Hierzu dienen Aktuatoren 17, mit denen die geeignete Höhe der horizontal angeordneten Badberuhigungsplatten 16 eingestellt werden kann. Hierdurch werden die Turbulenzen, die gegebenenfalls bis zur Badoberfläche durchgedrungen sind, in horizontale Richtung umgelenkt, so dass Badaufwallungen verhindert werden können.
Eine weitere Möglichkeit der Strömungslenkung besteht durch das Einfügen von Strömungsleitelementen 12, 12', 12", 13, 13' - als Leitplatten bzw. Leitflügel ausgebildet - in das flüssige Beschichtungsmetall 2. Wie Fig. 1 entnommen werden kann, sind diese Strömungsleitelemente 12, 12', 12" als schmale Plat- ten ausgebildet, deren Längsachse 14 senkrecht auf der Zeichenebene steht. Sie sind unter einem gewünschten Winkel angeordnet und sorgen dafür, dass die Strömung im Beschichtungsmetall in horizontale Richtung umgelenkt wird, so dass Badaufwallungen minimiert werden. Die Strömungsleitelemente 12, 12', 12" sind dabei relativ nahe am Metallstrang 1 angeordnet.
Als Maßnahmen zur lokalen Begrenzung der Strömung auf den Bereich des Führungskanals 4 sind weitere Ausgestaltungen möglich, die in den Figuren 2 und 3 illustriert sind.
Generell kann gesagt werden, dass die Induktoren 5 durch ihre Pumpwirkung eine turbulente Strömung vor allem im Führungskanal 4 erzeugen. Als Maß- nähme zur Unterdrückung von Aufwallungen auf der Badoberfläche besteht die Möglichkeit, durch Änderungen der Geometrie des Führungskanals 4 Platz zum Ausweichen der Turbulenzen bereits im Bereich des Führungskanals 4 zu schaffen oder die Ausbreitung dieser Turbulenzen in den Behälter 3 durch Wehre zu behindern und so die Turbulenz auf den Bereich des Führungskanals 4 zu begrenzen.
Dies erfolgt bereits in erheblichem Umfang durch den trichterförmigen Abschnitt 9, der in Fig. 1 illustriert ist. In Fig. 2 ist alternativ oder additiv hierzu vorgesehen, dass im Bereich der Höhenerstreckung H des Führungskanals 4 eine Ein- schnürung 10 vorgesehen ist, die eine Art Steg oder Wehr darstellt und bevorzugt unmittelbar unterhalb des Bodenbereichs 8 des Behälters 3 angeordnet ist (besonders bewährt hat sich der Bereich zwischen dem - nicht dargestellten - Kanalflansch und dem Behälterboden).
Wie Fig. 2 entnommen werden kann, weisen die begrenzenden Wände 6 im Bereich der Einschnürung 10 im Querschnitt die Form des Abschnitts eines Kreises auf. Hierdurch wird eine gewisse Strömungsberuhigung erzielt.
Durch die Einschnürung 10 wird zunächst die Ausbreitung der Turbulenz in den Behälter 3 be- bzw. verhindert. Die bei einer solchen Maßnahme zu befürchtende Aluminiumverarmung im Führungskanal 4 tritt nicht auf, da das Volumen an Beschichtungsmetall 2 im Führungskanal 4 nur gering ist und die Nachführung von frischem Beschichtungsmetall aus dem Beschichtungsbehälter über dem Kanal durch den normalen Austrag an Beschichtungsmetall sichergestellt wird. Des weiteren ist die bei einer solchen Maßnahme zu befürchtende höhere Wahrscheinlichkeit einer Bandberührung (zwischen Metallstrang 1 und Einschnürung 10) nur gering, da hier keine ferromag netischen Anziehungskräfte wie im Kanalbereich mehr herrschen und die Selbstzentrierung des Metallstranges 1 zwischen den beiden Seiten der Einschnürung 10 durch den Effekt zweier angeströmter Leitbleche bekannt ist. Die Ausführung und Form eines solchen Wehres in Form der Einschnürung 10 sowie dessen lichte Weite für den Metallstrang 1 entspricht den strömungstechnischen Anforderungen in dem Zwischenbereich zwischen Führungskanal 4 und Behälter 3.
In Fig. 3 ist eine weitere alternative Ausgestaltung illustriert. Hier ist vorgesehen, dass im Bereich der Höhenerstreckung H des Führungskanals 4 eine Er- Weiterung 11 angeordnet ist und zwar vorliegend oberhalb des Höhenbereichs, über den sich die Induktoren 5 erstrecken (was auch im Falle der Ausgestaltung gemäß Fig. 2 von Vorteil ist).
Die Erweiterung 11 stellt in gewisser Weise ein Ausgleichsvolumen zwischen Führungskanal 4 und dem Bodenbereich 8 des Behälters 3 dar. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Turbulenz im Führungskanal schon vor dem Erreichen des Behälters 3 ausdehnen und beruhigen kann und somit nicht mehr die Strömungsverhältnisse im Behälter 3 tangiert. Es wird also erreicht, dass sich die Strömung im Führungskanal 4 nicht mehr weiter in den darüber liegenden Be- hälter 3 fortsetzt, sondern das Beschichtungsmetall 2 wieder in den tiefer liegenden Bereich des Führungskanals 4 gelangt, in dem die Turbulenzen herrschen.
Auch für diese Ausgestaltung gilt hinsichtlich einer möglichen Aluminiumverar- mung bzw. Selbstzentrierung des Stranges 1 dasselbe, was bereits oben im Zusammenhang mit Fig. 2 ausgeführt wurde.
Nicht dargestellt ist, dass sich an die Erweiterung 11 in der Fortsetzung nach oben eine Einschnürung 10 gemäß Fig. 2 anschließen kann.
Die geometrische Ausgestaltung der Erweiterung 11 entspricht, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 2 ausgeführt, den strömungstechnischen Anforderungen in dem Bereich zwischen Führungskanal 4 und Behälter 3.
Eine weitere Maßnahme zur lokalen Begrenzung der Strömungen auf den Bereich des Führungskanals 4 ist gleichermaßen in Fig. 3 illustriert. Hier sind im Bereich der Erweiterung 11 Strömungsleitelemente 13 und 13' angeordnet, die von ihrer Funktion her den Strömungsleitelementen 12, 12', 12" entsprechen, die oben beschrieben wurden. Durch den Einsatz der Strömungsleitelemente 13, 13' (in Form von Leitstegen bzw. Leitflügeln) zwischen Unterseite 7 des Führungskanals 4 und Bodenbereich 8 des Behälters 3 können Turbulenzen wieder nach unten umgelenkt werden. Die Strömungsleitelemente 13, 13' unterstützen die gewünschte Ausbildung der Strömungsverhältnisse im Bereich der Erweiterung 11 und haben einen Abbau von Turbulenzen zur Folge.
Die Realisierung der genannten Maßnahmen ist sehr einfach umzusetzen, da sich neben Metall auch keramische Materialien sehr gut bearbeiten und zusammenfügen lassen. Sie sind auch hinreichend resistent, was den Einsatz in der aggressiven Umgebung des Beschichtungsmetalls 2 anbelangt.
Besonders bevorzugt kommt die Kombination der in den Figuren 1 , 2 und 3 be- schriebenen Maßnahmen zum Einsatz, die in der Superposition eine insgesamt turbulenzarme Strömung im Führungskanal 4 und im Behälter 3 erzeugen und so zu einer guten Beruhigung der Oberfläche des Beschichtungsmetalls 2 im Behälter 3 führen.
Bezugszeichenliste:
1 Metallstrang (Stahlband)
2 Beschichtungsmetall
3 Behälter
4 Führungskanal
5 Induktor
6 begrenzende Wand
7 Unterseite des Führungskanals
8 Bodenbereich des Behälters
9 trichterförmiger Abschnitt
10 Einschnürung
11 Erweiterung
12, 12', 12 Strömungsleitelement
13, 13' Strömungsleitelement
14 Längsachse des Strömungsleitelements
15 Oberfläche des Beschichtungsmetalls
16 Badberuhigungsplatte
17 Aktuator
d Abstand der den Führungskanal begrenzenden Wände
N Normalenrichtung auf die Oberfläche des Metallstrang*
H Bereich der Höhenerstreckung des Führungskanals h Höhenerstreckung des trichterförmigen Abschnitts
R Förderrichtung

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), dadurch gekennzeichnet, ' dass der Abstand (d) der den Führungskanal (4) begrenzenden Wände (6) in Richtung (N) normal auf die Oberfläche des Metallstranges (1) im Bereich (H) der Höhenerstreckung des Führungskanals (4) zwischen dessen Unterseite (7) und dem Bodenbereich (8) des Behälters (3) nicht konstant ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , cüadyrch gekennzeichnet, dass der Verlauf der den Führungskanal (4) begrenzenden Wände (6) zumindest abschnittsweise trichterförmig (9) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der trichterförmige Abschnitt (9) unmittelbar an den Bodenbereich (8) des Behälters (3) anschließt und mit seiner breiteren Seite nach oben angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenerstreckung (h) des trichterförmigen Abschnitts (9) höchstens 30 % der Höhenerstreckung (H) des Führungskanals (4) beträgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die den Führungskanal (4) begrenzenden Wände (6) eine Einschnürung (10) aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die den Führungskanal (4) begrenzenden Wände (6) eine Erweiterung (11) aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichn t, dass die Einschnürung (10) bzw. die Erweiterung (11) im Querschnitt im wesentlichen die Form eines Kreisabschnittes aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter (3) und/oder im Führungskanal (4) mindestens ein Strömungsleitelement (12, 12', 12", 13, 13') angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (12, 12', 12", 13, 13') als ebenes, schmales Blech ausgebildet ist, dessen Längsachse (14) sich in Richtung senkrecht auf die Förderrichtung (R) des Metallstranges (1) und senkrecht auf die Richtung (N) normal auf die Oberfläche des Metallstranges (1) erstreckt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Strömungsleitelement (13, 13') im Führungskanal (4) im Bereich der Erweiterung (11) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Oberfläche (15) des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) mindestens eine Badberuhigungsplatte (16) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Badberuhigungsplatte (16) mittels eines Aktuators (17) in der Höhe einstellbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Badberuhigungsplatte (16) aus keramischem Material besteht.
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