WO2006103050A1 - Verfahren und vorrichtung zur schmelztauchbeschichtung eines metallbandes - Google Patents

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WO2006103050A1
WO2006103050A1 PCT/EP2006/002844 EP2006002844W WO2006103050A1 WO 2006103050 A1 WO2006103050 A1 WO 2006103050A1 EP 2006002844 W EP2006002844 W EP 2006002844W WO 2006103050 A1 WO2006103050 A1 WO 2006103050A1
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metal strip
guide channel
force
inductors
metal
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Holger Behrens
Rolf Brisberger
Olaf Norman Jepsen
Michael Zielenbach
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    • B21C47/00—Winding-up, coiling or winding-off metal wire, metal band or other flexible metal material characterised by features relevant to metal processing only
    • B21C47/28—Drums or other coil-holders
    • B21C47/30—Drums or other coil-holders expansible or contractible
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H18/00—Winding webs
    • B65H18/02—Supporting web roll
    • B65H18/04—Interior-supporting

Definitions

  • the invention relates to a process for hot dip coating of a metal strip, in particular a steel strip, in which the metal strip is passed vertically through a container receiving the molten coating metal and through an upstream guide channel, wherein for the retention of the coating metal in the container in the region of the guide channel an electromagnetic field by means of at least two inductors arranged on both sides of the metal strip are produced and wherein the electromagnetic excitation of the inductors is changed to stabilize the metal strip in a central position in the guide channel and / or an electromagnetic field superimposed on the electromagnetic field of the inductors is generated by means of at least two correction coils arranged on both sides of the metal strip. Furthermore, the invention relates to a device for hot dip coating a metal strip.
  • the coating metal is in liquid form and one would like to use gravity together with blowers to adjust the coating thickness, but subsequent processes prohibit belt contact until complete solidification of the coating metal, the belt in the coating vessel must be deflected in the vertical direction. This happens with a roller that runs in liquid metal. Due to the liquid coating metal, this roller is subject to heavy wear and is the cause of downtimes and thus failures in production.
  • non-ferromagnetic metal strips are thus possible in a particularly good manner, but occur in the substantially ferromagnetic steel strips in that problems that this drawn in the electromagnetic seals by the ferromagnetism to the channel walls and the strip surface is damaged.
  • the magnetic induction which is responsible for the magnetic attraction force, decreases in terms of its field strength according to an expo- nential function with the distance from the inductor.
  • the attraction force decreases with the square of the induction field strength with increasing distance from the inductor.
  • EP 0 854 940 B1 uses a method for stabilizing the strip, in which the common use of the coils for the wall derfeld for sealing and band stabilization takes place, wherein the control of the magnetic field whose field strength or its frequency is adjustable in dependence on a sensory detected tape position in the coating channel, the modulation of the electromagnetic traveling field is superimposed.
  • the control of electromagnetic additional or correction coils is provided for stabilizing the center position of the metal strip in the guide channel, wherein initially measured the position of the metal strip in the guide channel and after the measurement of the induction currents in the inductors and in the auxiliary coils on the induction current is acted upon in the auxiliary coils in dependence of the measured parameters in order to keep the metal strip in a central position in the guide channel.
  • WO 2004/050941 A1 To determine the position of the metal strip in the guide channel for the purpose of its central position control WO 2004/050941 A1 provides two coils, which are arranged in the conveying direction of the metal strip within the vertical extent of the inductors between the inductors and the metal strip, wherein the voltage induced in the coil is measured in order to obtain an indication of the actual position of the metal strip in the guide channel.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method and an associated apparatus for hot dip coating a metal strip, with which or with which it is possible to overcome the disadvantages mentioned Ü.
  • the efficiency of the scheme should therefore be improved, which should be possible in a simpler way to keep the metal strip in the middle of the guide channel.
  • the idea of the invention is therefore based on the idea of basing the center control by means of per se known influencing of the inductor and / or correction coil currents on the horizontal force exerted by the metal strip on a force measuring element when it leaves the center position. It is therefore - in contrast to previously known solutions - not measured the deflection of the center position itself.
  • a first procedural training provides that the measurement of the horizontal force acting below the guide channel.
  • the electromagnetic field generated for sealing a multi-phase traveling field which is generated by applying an alternating current with a frequency between 2 Hz and 2 kHz.
  • a single-phase alternating field can be provided, which is generated by applying an alternating current with a frequency between 2 kHz and 10 kHz.
  • the apparatus for hot-dip coating a metal strip in particular a steel strip, in which the metal strip is passed vertically through a container receiving the molten coating metal and through an upstream guide channel, has at least two inductors arranged on both sides of the metal strip in the region of the guide channel for generating an electromagnetic field for retaining the coating metal in the container and is inventively characterized by at least one force measuring element for measuring the force acting in horizontal direction, which exerts the metal strip on leaving the central position in the guide channel on the force measuring element, and by control means for controlling the induction current in the at least an inductor depending on the measured force are suitable.
  • control means are suitable for controlling their induction current.
  • the force measuring element is designed as a tape guide roller, which is provided with a force transducer.
  • the force transducer can be designed as strain gauges.
  • the force measuring element is advantageously arranged below the guide channel.
  • a force-measuring element is arranged on each side of the metal strip.
  • the invention proposal is achieved that a simple calibration of the measuring arrangement is possible. Furthermore, the proposed arrangement is very prone to interference, since no particularly sensitive sensors are needed. If, for example, the force measuring elements are equipped with strain gauges (DMS), a high-precision force measurement under harsh environmental conditions is nevertheless easily possible.
  • DMS strain gauges
  • the measuring elements which are suitable for measuring the force are generally known, so that extensive operating experience is available so that it is ensured that the measuring elements are well suited for continuous operation.
  • the ribbon surface and the environment do not play a significant role in stabilizing the ribbon in the mid-plane. Neither the liquid coating metal nor the glossy tape surface and the strong magnetic field disturb the process. The system works so very susceptible to interference.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown.
  • the single figure shows schematically a hot-dip coating device with a guided through this metal strip.
  • the hot-dip coating apparatus has a container 3 filled with molten coating metal 2.
  • molten coating metal 2 This may, for example, be zinc or aluminum.
  • To be coated metal strip 1 in the form of a steel strip passes through the container 3 in the conveying direction F vertically upwards. It should be noted at this point that, in principle, it is also possible that the metal strip 1 passes through the container 3 from top to bottom. For the passage of the metal strip 1 through the container 3 is den- open in the floor area. Here is an exaggeratedly large or broad guide channel. 4
  • the molten coating metal 2 can not flow down through the guide channel 4, located on both sides of the metal strip 1 two electromagnetic inductors 5, which generate a magnetic field, which counteracts the gravity of the coating metal 2 and thus seals the guide channel 4 downwards.
  • the inductors are supplied by supply means, not shown, with the inductor current Ii.
  • the inductors 5 are two alternating field or traveling field inductors arranged opposite the band 1, which are operated in the frequency range from 2 Hz to 10 kHz and establish an electromagnetic transverse field perpendicular to the conveying direction F.
  • the preferred frequency range for single-phase systems (AC field inductors) is between 2 kHz and 10 kHz, that for multi-phase systems (eg traveling field inductors) between 2 Hz and 2 kHz.
  • the aim is to keep the metal band 1 located in the guide channel 4 so that it lies as accurately as possible in the center plane 10 of the guide channel 4.
  • the metal band 1 is drawn with solid lines in this center plane 10 lying.
  • the metal strip 1 located between the two opposing inductors 5 is generally drawn between the inductors 5 to the closer inductor upon application of an electromagnetic field, the attraction increasing as it approaches an inductor, resulting in a highly unstable tape center position.
  • This results in the operation of the device has the problem that the metal strip 1 due to the attraction of the inductors 5 can not run freely and centrally through the guide channel 4 between the activated inductors 5.
  • correction coils 6 are therefore arranged on both sides of the guide channel 4 and der Metallbandes 1. These are controlled by a control means 8 so that the superposition of the magnetic fields of the inductors 5 and the correction coils 6, the metal strip 1 always holds in the middle of the guide channel 4.
  • the correction coils 6 so the magnetic field of the inductors 5 can be amplified or attenuated depending on the control (superposition principle of the magnetic fields). In this way, the position of the metal strip 1 in the guide channel 4 can be influenced.
  • Each force measuring element has a tape guide roller 11 which bears against the metal strip 1. Between the tape guide roller 11 and the (only schematically shown) support 12 of the roller 11, a force transducer 9 in the form of a strain gauge (DMS) is arranged. With this it is possible to measure the magnitude of the horizontal force FH that exerts the tape 1 on the force measuring element 7. For this purpose, a position of the metal strip 1 is shown in the figure with dashed lines, in which the band is not centrally in the guide channel 4, but (exaggerated strongly drawn) is deflected to the right of the center plane 10.
  • DMS strain gauge
  • the load cell registers a horizontal force not equal to zero.
  • the measured value is forwarded to the control means 8.
  • the control means 8 thus receive as input the value and the direction of the horizontally acting force FH.
  • the control means 8 algorithms are stored, the basis of the present horizontal force FH the Induction current IK in the correction coils 6 influence. If, for example, as shown in the figure, a band deflection from the midplane 10 to the right is present, a horizontal force - measured by the right force-measuring element 7 - results to the right.
  • the control means 8 control this via an increased induction current IK for the left-hand correction coil 6, with the result that the band 1 is drawn more strongly to the left and thus moves back to the desired position (center plane 10). In this way, the position of the metal strip 1 is held in the closed loop so that the positional deviations of the metal strip 1 from the center plane 10 are minimal.
  • the nominal value for the position control can then be any force value between the two limit values, ideally the mid-position according to the mid-plane 10. A contact of the metal strip 1 with the wall of the guide channel 4 thus does not occur in proper execution of the invention, so that a high-quality hot-dip coating can be achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallbandes (1), insbesondere eines Stahlbandes, bei dem das Metallband (1) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, wobei zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) im Bereich des Führungskanals (4) ein elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallbandes (1) angeordneter Induktoren (5) erzeugt wird und wobei zum Stabilisieren des Metallbandes (1) in einer mittigen Lage im Führungskanal (4) die elektromagnetische Anregung der Induktoren (5) verändert und/oder ein sich dem elektromagnetischen Feld der Induktoren (5) überlagerndes elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallbandes (1) angeordneter Korrekturspulen (6) erzeugt wird. Um eine störunanfällige Mittenregelung des Metallbandes zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stabilisierung der mittigen Lage des Metallbandes (1) im Führungskanal (4) durch die Abfolge der folgenden Schritte in einem ge- schlossenen Regelkreis erfolgt: a) Messen der in horizontale Richtung wirkenden Kraft (FH), die das Metallband (1) beim Verlassen der mittigen Lage auf ein Kraftmesselement (7) ausübt; b) Einwirken auf den Induktionsstrom (lI) in den Induktoren (5) und/oder auf den Induktionsstrom (lK) in den Korrekturspulen (6) in Abhängigkeit der gemessenen Kraft (FH), um das Metallband (1) in einer mittigen Lage im Führungskanal (4) zu halten. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallbandes.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallbandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallbandes, insbesondere eines Stahlbandes, bei dem das Metallband vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchgeführt wird, wobei zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter im Bereich des Führungskanals ein elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallbandes angeordneter Induktoren erzeugt wird und wobei zum Stabilisieren des Metallbandes in einer mittigen Lage im Führungskanal die elektromagnetische Anregung der Induktoren verändert und/oder ein sich dem elektromagnetischen Feld der Induktoren überlagerndes elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallbandes angeordneter Korrekturspulen erzeugt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallbandes.
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 abrasiv 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 Tauchbe- schichtungsbad eingeführt. Da das Beschichtungsmetall in flüssiger Form vor- liegt und man die Gravitation zusammen mit Abblasvorrichtungen zur Einstellung der Beschichtungsdicke nutzen möchte, die nachfolgenden Prozesse jedoch eine Bandberührung bis zur vollständigen Erstarrung des Beschichtungs- metalls 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, bei denen ein nach unten offenes Beschichtungsgefäß eingesetzt wird, das in seinem unteren Bereich einen Führungskanal zur vertikalen Banddurchführung nach oben aufweist und zur Abdichtung einen elektromagnetischen Verschluss einsetzt. 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 0 854 940 B1 , aus der WO 01/71051 A1 , aus der WO 2004/050940 A2 und aus der WO 2004/050941 A1 bekannt.
Die Beschichtung nicht ferromagnetischer Metallbänder ist damit in besonders guter Weise möglich, jedoch treten bei den im wesentlichen ferromagnetischen Stahlbändern dadurch Probleme auf, dass diese in den elektromagnetischen Abdichtungen durch den Ferromagnetismus an die Kanalwände gezogen und die Bandoberfläche dadurch beschädigt wird.
Bei der Lage des durchlaufenden ferromagnetischen Stahlbandes durch den Führungskanal zwischen zwei Wanderfeldinduktoren handelt es sich um ein labiles 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 labil ist.
Zur Lösung dieses Problems, also zur genauen Lageregelung des Metall- Strangs im Führungskanal, setzt die EP 0 854 940 B1 ein Verfahren zur Bandstabilisierung ein, bei dem die gemeinsame Nutzung der Spulen für das Wan- derfeld zur Abdichtung sowie zur Bandstabilisierung erfolgt, wobei die Steuerung des Magnetfeldes, dessen Feldstärke bzw. dessen Frequenz in Abhängigkeit von einer sensorisch erfassten Bandposition im Beschichtungskanal einstellbar ist, der Aussteuerung des elektromagnetischen Wanderfeldes überlagert wird.
Bei der WO 2004/050940 A2 ist zur Stabilisierung der Mittenlage des Metallbandes im Führungskanal die Ansteuerung elektromagnetischer Zusatz- oder Korrekturspulen vorgesehen, wobei zunächst die Lage des Metallbandes im Führungskanal gemessen und nach der Messung der Induktionsströme in den Induktoren und in den Zusatzspulen auf den Induktionsstrom in den Zusatzspulen in Abhängigkeit der gemessenen Parameter eingewirkt wird, um das Metallband in einer mittigen Lage im Führungskanal zu halten.
Zur Ermittlung der Lage des Metallbandes im Führungskanal zwecks dessen mittiger Lageregelung sieht die WO 2004/050941 A1 zwei Spulen vor, die in Förderrichtung des Metallbandes gesehen innerhalb der Höhenerstreckung der Induktoren zwischen den Induktoren und dem Metallband angeordnet sind, wobei die in den Spulen induzierte Spannung gemessen wird, um einen Hinweis auf die tatsächliche Lage des Metallbandes im Führungskanal zu erhalten.
Alle vorbekannten Verfahren stellen also auf die Lageermittlung des Metallbandes im Führungskanal ab, wobei dann aufgrund der festgestellten Lage die Induktoren bzw. die Zusatz- oder Korrekturspulen geregelt so angesteuert werden, dass das Metallband möglichst mittig im Führungskanal gehalten wird.
Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiges Vorgehen häufig Probleme bereitet, da die Lageermittlung des Metallbandes kontaktlos erfolgen muss, um die Oberfläche des Metallbandes im Bereich des Führungskanals nicht zu beschädigen. Ferner arbeiten die bekannten Sensoren (z. B. Wirbelstromsensoren, Lasersensoren oder kapazitive Sensoren) im Umfeld der sehr hohen Magnet- felder nicht immer einwandfrei, so dass die Regelung der Mittenlage nicht immer zuverlässig erfolgt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbandes zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, die genannten Nachteile zu ü- berwinden. Die Effizienz der Regelung soll also verbessert werden, wodurch es in einfacherer weise möglich werden soll, das Metallband mittig im Führungskanal zu halten.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierung der mittigen Lage des Metallbandes im Führungskanal durch die Abfolge der folgenden Schritte in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt:
a) Messen der im wesentlichen in horizontale Richtung wirkenden
Kraft, die das Metallband beim Verlassen der mittigen Lage auf ein Kraftmesselement ausübt;
b) Einwirken auf den Induktionsstrom in den Induktoren und/oder auf den Induktionsstrom in den Korrekturspulen in Abhängigkeit der gemessenen Kraft, um das Metallband in der mittigen Lage im Führungskanal zu halten.
Der Erfindungsgedanke basiert also auf der Idee, der Mittenregelung mittels an sich bekannter Beeinflussung der Induktor- und/oder Korrekturspulen-Ströme die horizontale Kraft zugrunde zu legen, die das Metallband auf ein Kraftmesselement ausübt, wenn es die Mittenlage verläset. Es wird also - im Unterschied zu vorbekannten Lösungen - nicht die Auslenkung aus der Mittenlage selber gemessen. Eine erste verfahrensgemäße Fortbildung sieht vor, dass die Messung der in horizontale Richtung wirkenden Kraft unterhalb des Führungskanals erfolgt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass - in an sich bekannter Weise - das zur Abdichtung erzeugte elektromagnetisches Feld ein mehrphasiges Wanderfeld ist, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 Hz und 2 kHz erzeugt wird. Alternativ kann auch ein einphasiges Wechselfeld vorgesehen werden, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 kHz und 10 kHz erzeugt wird.
Die Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallbandes, insbesondere eines Stahlbandes, in der das Metallband vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchgeführt wird, hat mindestens zwei beiderseits des Metallbandes im Bereich des Führungskanals angeordneten Indukto- ren zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter und ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch mindestens ein Kraftmesselement zur Messung der in horizontale Richtung wirkenden Kraft, die das Metallband beim Verlassen der mittigen Lage im Führungskanal auf das Kraftmesselement ausübt, sowie durch Regelungsmittel, die zur Ansteuerung des Induktionsstroms in dem mindestens einen Induktor in Abhängigkeit der gemessenen Kraft geeignet sind.
Vorzugsweise sind neben den Induktoren zwei beiderseits des Metallbandes angeordneter Korrekturspulen vorhanden, wobei die Regelungsmittel zur An- Steuerung deren Induktionsstrom geeignet sind.
Besonders bevorzugt ist das Kraftmesselement als Bandführungsrolle ausgebildet, die mit einem Kraftaufnehmer versehen ist. Der Kraftaufnehmer kann dabei als Dehnmessstreifen ausgebildet sein. Das Kraftmesselement ist mit Vorteil unterhalb des Führungskanals angeordnet. Ferner ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass beiderseits des Metallbandes je ein Kraftmesselement angeordnet ist. Hiermit kann die Horizontalkraft des Bandes in beide Auslenkungsrichtungen von der Mittenlage leicht erfasst werden.
Mit dem Erfindungsvorschlag wird erreicht, dass eine einfache Kalibrierung der Messanordnung möglich ist. Ferner ist die vorgeschlagene Anordnung sehr stö- runanfällig, da keine besonders empfindlichen Sensoren benötigt werden. Werden die Kraftmesselemente beispielsweise mit Dehnmessstreifen (DMS) aus- gestattet, ist eine hochgenaue Kraftmessung unter rauen Umgebungsbedingungen dennoch leicht möglich. Die zur Kraftmessung in Frage kommenden Messelemente sind allgemein bekannt, so dass umfangreiche Betriebserfahrungen damit vorliegen, so dass sichergestellt ist, dass die Messelemente gut für den Dauerbetrieb geeignet sind.
Insbesondere spielen die Bandoberfläche und die Umgebung keine wesentliche Rolle bei der Stabilisierung des Bandes in der Mittenebene. Weder das flüssige Beschichtungsmetall noch die glänzende Bandoberfläche und das starke Magnetfeld stören das Verfahren. Das System arbeitet also sehr störunanfällig.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Schmelztauch-Beschichtungsvorrichtung mit einem durch diese hindurch geführten Metallband.
Die Schmelztauchbeschichtungsvorrichtung hat einen Behälter 3, der mit schmelzflüssigem Beschichtungsmetall 2 gefüllt ist. Bei diesem kann es sich beispielsweise um Zink oder um Aluminium handeln. Das zu beschichtende Metallband 1 in Form eines Stahlbandes passiert den Behälter 3 in Förderrichtung F vertikal nach oben. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es grund- sätzlich auch möglich ist, dass das Metallband 1 den Behälter 3 von oben nach unten passiert. Zum Durchtritt des Metallbandes 1 durch den Behälter 3 ist die- ser 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 Metallbandes 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. Die Induktoren werden von nicht dargestellten Versorgungsmitteln mit dem Induktorstrom Ii versorgt.
Bei den Induktoren 5 handelt es sich um zwei gegenüber des Bandes 1 angeordnete Wechselfeld- oder Wanderfeldinduktoren, die im Frequenzbereich von 2 Hz bis 10 kHz betrieben werden und ein elektromagnetisches Querfeld senkrecht zur Förderrichtung F 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, das sich im Führungskanal 4 befindliche Metallband 1 so zu halten, dass es möglichst genau in der Mittenebene 10 des Führungskanals 4 liegt. In der Figur ist das Metallband 1 mit ausgezogenen Linien in dieser Mittenebene 10 liegend eingezeichnet.
Das sich zwischen den beiden gegenüberliegenden Induktoren 5 befindliche Metallband 1 wird im allgemeinen beim Anlegen eines elektromagnetischen Feldes zwischen den Induktoren 5 zu dem näher gelegenen Induktor gezogen, 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 das Metallband 1 aufgrund der Anziehungskraft der Induktoren 5 nicht frei und mittig durch den Führungskanal 4 zwischen den aktivierten Induktoren 5 laufen kann. Zur Stabilisierung des Metallbandes 1 in der Mittenebene 10 des Führungskanals 4 sind daher Korrekturspulen 6 beiderseits des Führungskanals 4 bzw. des Metallbandes 1 angeordnet. Diese werden von einem Regelungsmittel 8 so angesteuert, dass die Überlagerung der magnetischen Felder der Induktoren 5 und der Korrekturspulen 6 das Metallband 1 stets mittig im Führungskanal 4 hält.
Mittels der Korrekturspulen 6 kann also das magnetische Feld der Induktoren 5 je nach Ansteuerung verstärkt oder abgeschwächt werden (Superpositionsprinzip der Magnetfelder). Auf diese Weise kann auf die Lage des Metallbandes 1 im Führungskanal 4 Einfluss genommen werden.
Unterhalb des Führungskanals 4 ist ein Paar Kraftmesselemente 7 vorhanden, und zwar beiderseits des Metallbandes 1 je ein Kraftmesselement 7. Jedes Kraftmesselement hat eine Bandführungsrolle 11 , die am Metallband 1 anliegt. Zwischen der Bandführungsrolle 11 und dem (nur schematisch gezeigten) Träger 12 der Rolle 11 ist ein Kraftaufnehmer 9 in Form eines Dehnmessstreifens (DMS) angeordnet. Mit diesem ist es möglich, die Größe der horizontalen Kraft FH ZU messen, die das Band 1 auf das Kraftmesselement 7 ausübt. Hierzu ist in der Figur mit gestrichelten Linien eine Lage des Metallbandes 1 eingezeichnet, bei der das Band nicht mittig im Führungskanal 4, sondern (übertrieben stark eingezeichnet) nach rechts von der Mittenebene 10 abgelenkt ist.
Dadurch, dass das unter Bandzug stehende Metallband 1 bei der gestrichelt eingetragenen Lage eine Horizontalkraftkomponente FH auf das Kraftmessele- ment 7 nach rechts ausübt, registriert der Kraftaufnehmer eine Horizontalkraft ungleich Null. Der gemessene Wert wird an die Regelungsmittel 8 weitergegeben.
Die Regelungsmittel 8 erhalten als Eingangsgröße also den Wert und die Rich- tung der horizontal wirkenden Kraft FH. In den Regelungsmitteln 8 sind Algorithmen hinterlegt, die ausgehend von der vorliegenden Horizontalkraft FH den lnduktionsstrom IK in den Korrekturspulen 6 beeinflussen. Liegt beispielsweise - wie in der Figur dargestellt - eine Bandauslenkung von der Mittenebene 10 nach rechts vor, ergibt sich eine Horizontalkraft - gemessen durch das rechte Kraftmesselement 7 - nach rechts. Die Regelungsmittel 8 steuern infolge dessen über einen erhöhten Induktionsstrom IK für die linke Korrekturspule 6 diese an mit der Folge, dass das Band 1 stärker nach links gezogen wird und sich so wieder auf die Soll-Lage (Mittenebene 10) zu bewegt. Auf diese Weise wird die Lage des Metallbandes 1 im geschlossenen Regelkreis so gehalten, dass die Lageabweichungen des Metallbandes 1 von der Mittenebene 10 minimal werden.
Je größer die Bandabweichung aus der Mittenebene 10 wird, desto größer wird der Umschlingungswinkel der jeweiligen Bandführungsrolle 11 des Kraftmesselements 7. Aufgrund des Bandzuges ergibt sich ein entsprechend korrelierender Wert für die Horizontalkraft FH-
Denkbar ist es auch, mit nur einem einzigen Kraftmesselement 7 die Erfindung auszuführen. Dann würde sich nämlich bei einer Bandabweichung nach rechts ein höherer Umschlingungswinkel der Bandführungsrolle 11 ergeben und damit eine entsprechend größere Horizontalkraft. Hingegen würde eine Lageabwei- chung nach links den Umschlingungswinkel des Bandes 1 - bis zum Abheben des Bandes von der Bandführungsrolle 11 - allmählich kleiner werden, so dass auf eine Auslenkung nach links geschlossen werden kann.
Wegen der Magnetfelder sind ohne Regelung nur die Lagen des Metallbandes 1 stabil, bei denen das Band rechts oder links an der Wand des Führungskanals 4 anliegt. Diese beiden Lagen können durch die Korrekturspulen 6 gezielt angefahren werden, wodurch eine einfache Kalibrierung der Messeinrichtung möglich wird. Als Sollwert für die Positionsregelung kann dann jeder Kraftwert zwischen den beiden Grenzwerten verwendet werden, idealerweise die Mitten- läge gemäß der Mittenebene 10. Ein Kontakt des Metallbandes 1 mit der Wand des Führungskanals 4 tritt somit bei ordnungsgemäßer Ausführung der Erfindung nicht auf, so dass eine hochqualitative Schmelztauchbeschichtung erzielbar ist.
Bezugszeichenliste:
1 Metallband (Stahlband)
2 Beschichtungsmetall
3 Behälter
4 Führungskanal
5 Induktor 6 Korrekturspule
7 Kraftmesselement
8 Regelungsmittel
9 Kraftaufnehmer
10 Mittenebene 11 Bandführungsrolle
12 Träger
FH horizontal wirkende Kraft Ii Induktionsstrom in den Induktoren
IK Induktionsstrom in den Korrekturspulen
F Förderrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallbandes (1 ), insbesondere eines Stahlbandes, bei dem das Metallband (1) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, wobei zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Be- hälter (3) im Bereich des Führungskanals (4) ein elektromagnetisches
Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallbandes (1) angeordneter Induktoren (5) erzeugt wird und wobei zum Stabilisieren des Metallbandes (1) in einer mittigen Lage im Führungskanal (4) die elektromagnetische Anregung der Induktoren (5) verändert und/oder ein sich dem elektromagnetischen Feld der Induktoren (5) überlagerndes elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallbandes (1) angeordneter Korrekturspulen (6) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierung der mittigen Lage des Metallbandes (1) im Füh- rungskanal (4) durch die Abfolge der folgenden Schritte in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt:
a) Messen der in horizontale Richtung wirkenden Kraft (FH), die das Metallband (1) beim Verlassen der mittigen Lage auf ein Kraft- messelement (7) ausübt;
b) Einwirken auf den Induktionsstrom (l|) in den Induktoren (5) und/oder auf den Induktionsstrom (IK) in den Korrekturspulen (6) in Abhängigkeit der gemessenen Kraft (FH), um das Metallband (1 ) in der mittigen Lage im Führungskanal (4) zu halten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der in horizontale Richtung wirkenden Kraft (FH) unterhalb des Führungskanals (4) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld ein mehrphasiges Wanderfeld ist, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 Hz und 2 kHz erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld ein einphasiges Wechselfeld ist, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 kHz und 10 kHz erzeugt wird.
5. Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallbandes (1 ), insbesondere eines Stahlbandes, in der das Metallband (1) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetali (2) aufnehmenden Behäl- ter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, mit mindestens zwei beiderseits des Metallbandes (1) im Bereich des Führungskanals (4) angeordneten Induktoren (5, 6) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschich- tungsmetalls (2) im Behälter (3), gekennzeichnet durch mindestens ein Kraftmesselement (7) zur Messung der in horizontale Richtung wirkenden Kraft (FH), die das Metallband (1) beim Verlassen der mittigen Lage im Führungskanal (4) auf das Kraftmesselement (7) ausübt, und durch Regelungsmittei (8), die zur Ansteuerung des Induktionsstroms (Iu
IK) in dem mindestens einen Induktor (5, 6) in Abhängigkeit der gemessenen Kraft (FH) geeignet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Induktoren (5) zwei beiderseits des Metallbandes (1) angeordneter Korrekturspulen (6) vorhanden sind und die Regelungsmittel (8) zur Ansteuerung deren Induktionsstrom (IK) geeignet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftmesselement (7) als Bandführungsrolle ausgebildet ist, die mit einem Kraftaufnehmer (9) versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftaufnehmer (9) als Dehnmessstreifen (DMS) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftmesselement (7) unterhalb des Führungskanals (4) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits des Metallbandes (1) je ein Kraftmesselement (7) angeordnet ist.
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