способ и устройство для нанесения покрытия на металлическое изделие погружением в расплав

Формула изобретения

1. Способ нанесения покрытия на металлическое изделие (1), в частности стальную полосу, погружением в расплав, при котором металлическое изделие (1), по меньшей мере, по участкам по вертикали проводится через емкость (3), содержащую расплавленный металл (2) покрытия, с заданной скоростью (v) проводки, отличающийся тем, что скорость (v) проводки металлического изделия (1) через емкость (3) поддерживают постоянной, средством (7) измерения определяют уровень (h) расплавленного металла (2) покрытия в емкости (3), определяют продолжительность (t) нахождения металлического изделия (1) в металле (2) покрытия, задают желаемое значение продолжительности (t_ж) пребывания металлического изделия (1) в металле (2) покрытия, с помощью устройства (10) управления или регулирования и посредством значений h, t и t _ж оказывают воздействие на средства (8, 9) установления уровня (h), которые соединены с устройством (10) управления или регулирования, для получения желаемого значения продолжительности (t_ж) пребывания металлического изделия (1) в металле (2) покрытия, причем металлическое изделие (1) проводят исключительно вертикально через расплавленный металл (2) покрытия и через расположенный перед емкостью (3) направляющий канал (4), при этом для удержания металла (2) покрытия в емкости (3) в области направляющего канала (4) создают электромагнитное поле посредством, как минимум, двух расположенных по обе стороны от металлического изделия (1) индукторов (5).

2. Устройство для нанесения покрытия на металлическое изделие (1), в частности стальную полосу, погружением в расплав, в котором металлическое изделие (1) проводится, по меньшей мере, по участкам вертикально через содержащую расплавленный металл (2) покрытия емкость (3), отличающееся тем, что предусмотрены средства (6) для управления или регулирования уровня (h) расплавленного металла (2) покрытия в емкости (3) в зависимости от заданной продолжительности (t) пребывания металлического изделия (1) в расплавленном металле (2) покрытия, причем эти средства (6) содержат средство (7) для измерения уровня (h) расплавленного металла (2) покрытия в емкости (3) и средства (8, 9) установления уровня (h), которые соединены с устройством (10) управления или регулирования, при этом предусмотрен расположенный перед емкостью (3) направляющий канал (4), а также, как минимум, два индуктора (5), расположенные по обе стороны от металлического изделия (1) в области направляющего канала (4), для создания электромагнитного поля, удерживающего металл (2) покрытия в емкости (3).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средства (8, 9) установления уровня (h) расплавленного металла (2) покрытия содержат выпуск (8) для отведения расплавленного металла (2) покрытия из емкости (3) в резервную емкость (11), а также насос (9) для подачи расплавленного металла (2) покрытия из резервной емкости (11) в емкость (3).

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что резервная емкость (11) расположена ниже емкости (3).

5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что объем металла покрытия, забираемого в емкость (3), многократно меньше, чем объем резервной емкости (11).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что объем металла покрытия, забираемого в емкость (3), составляет от 5 до 20% от объема резервной емкости (11).

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается способа нанесения покрытия на металлическое изделие погружением в расплав, в частности на стальную полосу, при котором металлическое изделие, по меньшей мере, по частям по вертикали проводится сквозь контейнер, содержащий расплавленный металл покрытия, с заданной скоростью подъема. Далее, изобретение касается устройства для нанесения покрытия погружением в расплав металлического изделия.

Классические установки для нанесения металлического покрытия при погружении металлического изделия в расплав содержат требующую интенсивного технического обслуживания часть, а именно унифицированную ванну покрытия с находящимся там оборудованием. Поверхности покрываемого металлического изделия перед нанесением покрытия должны очищаться от остатков оксидов и активироваться для соединения с металлом покрытия. Для этого поверхности изделий, в частности полос, обрабатывают перед нанесением покрытия посредством тепловых процессов в восстановительной атмосфере. Так как слои оксидов удаляются вначале химически или посредством абразивной обработки, то при последующем восстановительном тепловом процессе поверхности активируются таким образом, что после теплового процесса они являются металлически чистыми.

Однако при активации поверхности полосы повышается сродство этих поверхностей к кислороду из окружающего воздуха. Чтобы препятствовать попаданию кислорода воздуха на поверхности полосы перед нанесением покрытия, полосы вводятся в ванну для покрытия сверху через погружной рукав. Так как металл покрытия находится в жидком виде, и возможно использовать гравитацию вместе с дутьевым устройством для регулирования толщины покрытия, а последующие технологии, тем не менее, запрещают контакт с полосой вплоть до полного затвердевания металла покрытия, то полоса в ванне для покрытия должна отклоняться в вертикальном направлении. Это происходит с помощью ролика, который движется в жидком металле покрытия. Этот ролик подвергается сильному износу жидким металлом покрытия, что является причиной простоев и потерь в промышленном производстве.

Из-за желаемых незначительных толщин слоя наложенного металла покрытия, которые могут колебаться в микронном диапазоне, предъявляются высокие требования к качеству поверхности полосы. Это значит, что поверхности контактирующих с полосой роликов также должны быть высокого качества. Повреждения на этих поверхностях ведут, по сути, к дефектам на поверхности полосы. Это является следующим основанием для частых простоев установки.

Чтобы избегать проблем, которые связаны с движущимися в жидком металле покрытия роликами, было предложено использовать открытую вниз емкость для покрытия, которая в ее нижней области имеет направляющий канал для вертикального проведения полосы наверх и снабжена электромагнитным замком для уплотнения. При этом речь идет об электромагнитных индукторах, которые создают оттесняющие, откачивающие и, соответственно, суживающие электромагнитные переменные или, соответственно, бегущие поля и обеспечивают уплотнение емкости для покрытия снизу.

Подобное решение известно, к примеру, из документа EP 0673444 B1. Электромагнитный замок для уплотнения снизу емкости для покрытия применяется также в решении согласно документу WO 96/03533 и, соответственно, согласно документу JP 5086446.

Из документа DE 4208578 A1 также известна установка для нанесения покрытия погружением в расплав с электромагнитным замком. Для возможности регулировать продолжительность пребывания металлического изделия в металле покрытия независимо от скорости прохождения металлического изделия предусмотрено, что во время прохождения металлического изделия расплавленный материал покрытия находится в движении, направленном против поверхности металлического изделия, и циркулирует при воздействии воздуха.

При этом все упомянутые решения оставляют в стороне то, что должна поддерживаться заданная высота уровня металла покрытия в емкости для покрытия. Как правило, скорость прохождения металлического изделия через ванну покрытия обозначается как существенный параметр, влияющий на вид и качество покрытия погружением в расплав. Исходя из этого, несмотря на опубликованное в документе DE 4208578 A1 решение, в большинстве случаев не существует никакой возможности активно влиять на процесс нанесения покрытия погружением в расплавы. Это означает, что время пребывания металлического изделия в среде покрытия динамично изменяется при известных способах нанесения покрытия погружением в расплав преимущественно посредством скорости прохождения металлического изделия через емкость для покрытия, так как уровень жидкой ванны покрытия может уменьшаться крайне медленно из-за выноса материала покрытия на металлическом изделии. Уровень ванны покрытия не может использоваться в этом отношении как динамический регулируемый параметр для установления качества.

Способы нанесения на полосы-подложки покрытий из силикона для солнечных элементов и, соответственно, для полупроводниковых применений известны из документов US 4577588 и US 4762687.

Способы нанесения покрытий погружением в расплавы и соответствующие устройства, которые используют электромагнитный замок в области днища емкости для покрытия, известны далее из документов EP 0803586 A1, US 5665437 и из DE 10160949 A1.

В основе изобретения лежит поэтому задача создать способ и соответствующее устройство для нанесения покрытий на металлическое изделие погружением в расплавы, с помощью которых возможно оказывать эффективное влияние на параметры покрытия погружением в расплавы без необходимости изменения скорости прохождения металлического изделия через расплавленный металл покрытия.

Решение этой задачи, согласно изобретению, в отношении способа заключается в том, что скорость проведения металлического изделия через контейнер поддерживается абсолютно постоянной, при этом продолжительность пребывания металлического изделия в расплавленном металле покрытия устанавливается посредством управления или регулирования уровня расплавленного металла покрытия в емкости для нанесения покрытия, причем металлическое изделие проводится исключительно вертикально через расплавленный металл покрытия и через расположенный перед емкостью направляющий канал, при этом для удерживания металла покрытия в емкости в области направляющего канала создается электромагнитное поле посредством, как минимум, двух расположенных по обе стороны металлического изделия индукторов.

Сущность изобретения состоит в том, что для целенаправленного воздействия на параметры, которые влияют на качество процесса нанесения покрытия погружением в расплав, высота уровня расплавленного металла покрытия в емкости для покрытия поднимается. При таком образе действий возможно оказывать влияние на качество покрытия без варьирования скорости проведения металлического изделия через устройство нанесения покрытия.

При этом применяется сам по себе известный CVGL-способ (Continuous Vertical Galvanising Line непрерывная вертикальная линия гальванизации) с электромагнитным замком снизу.

Устройство, согласно изобретению, для нанесения на металлическое изделие покрытий погружением в расплавы, в котором металлическое изделие проводится, по меньшей мере, по участкам вертикально через содержащую расплавленный металл покрытия емкость, характеризуется средствами для управления или регулирования высоты уровня расплавленного металла покрытия в емкости в зависимости от заданной продолжительности пребывания металлического изделия в расплавленном металле покрытия, причем указанные средства включают в себя средство для измерения уровня расплавленного металла покрытия в емкости и средства установления уровня, которые соединены с устройством управления или регулирования, при этом предусмотрен расположенный перед емкостью направляющий канал, а также, как минимум, два индуктора, расположенных по обе стороны металлического изделия в области направляющего канала, создающих электромагнитное поле для удерживания металла покрытия в емкости.

В дальнейшем может предусматриваться, чтобы средства установления уровня расплавленного металла покрытия содержали выпуск для отведения расплавленного металла покрытия из емкости для нанесения покрытия в резервную емкость, а также насос для транспортирования расплавленного металла покрытия от резервной емкости в емкость для нанесения покрытия. При этом резервная емкость расположена преимущественно ниже емкости для нанесения покрытия.

Для более эффективного и быстрого влияния на уровень расплавленного металла покрытия в емкости преимущественным является то, что объем забираемого материала в емкость для нанесения покрытия многократно меньше, чем объем резервной емкости; при этом предусмотрено, в частности, чтобы объем забора составлял от 5 до 20% от объема резервной емкости.

На чертеже представлен пример осуществления изобретения. Единственный чертеж схематически показывает устройство для нанесения покрытий погружением в расплав с одним проведенным сквозь него металлическим изделием.

Устройство содержит емкость 3, которая наполнена расплавленным металлом 2 покрытия, например цинком или алюминием. Покрываемое металлическое изделие 1 в форме стальной ленты проходит через емкость 3 в направлении R проводки вертикально наверх с заданной и поддерживаемой во время процесса постоянной скоростью v проводки.

Нужно отметить, что также возможно, чтобы металлическое изделие 1 проходило через емкость 3 сверху вниз.

Для прохождения металлического изделия 1 через емкость 3 предусмотрено отверстие в области днища; здесь находится направляющий канал 4. Чтобы расплавленный металл 2 покрытия не мог вытекать вниз через направляющий канал 4, по обе стороны металлического изделия 1 находятся два электромагнитных индуктора 5, которые создают электромагнитное поле, вызывающее объемные силы в жидком металле, которые противодействуют силе тяжести металла 2 покрытия и за счет этого уплотняют снизу направляющий канал 4.

Индукторы 5 могут быть выполнены в виде двух расположенных напротив друг друга индукторов переменных или блуждающих полей, которые работают в диапазоне частот от 2 Гц до 10 кГц и создают поперечное электромагнитное поле перпендикулярно к направлению R проводки. Предпочтительный диапазон частот для однофазных систем (индукторы переменных полей) лежит между 2 кГц и 10 кГц, для многофазных систем (например, индукторы блуждающих полей) - между 2 Гц и 2 кГц.

В предложенном устройстве для нанесения покрытий погружением в расплав предусмотрено влияние с помощью соответствующих средств на уровень h расплавленного металла 2 покрытия в емкости 3, и это влияет на параметры процесса и вместе с тем повышает качество нанесения покрытия.

При этом предусмотрены средства 6 для управления или регулирования уровня h, причем, как можно видеть на чертеже, уровень h может изменяться в широких пределах между минимальным уровнем hmin и максимальным уровнем hmax.

Текущий уровень h в емкости 3, а также скорость v проведения металлического изделия 1 определяют продолжительность t нахождения металлического изделия 1 в металле 2 покрытия; отсюда следуют важные параметры влияния на процесс нанесения покрытий погружением в расплав.

Средство 6 для управления или регулирования уровня h содержит средство 7 измерения, с помощью которого может измеряться текущий уровень h. От средства 7 измерения измеренное значение передается устройству 10 управления или регулирования. Оно получает также желаемое значение продолжительности t_ж пребывания металлического изделия 1 в металле 2 покрытия. Устройство 10 управления или регулирования может оказывать влияние на средства 8, 9 для воздействия на уровень h, в особенности на выпуск 8, через который может отводиться расплавленный металл 2 покрытия из емкости 3, а также на отрегулированный по числу оборотов насос 9, с помощью которого металл 2 покрытия может подаваться в емкость 3. Желаемый и, соответственно, необходимый уровень h может управляемо или регулируемо устанавливаться соответствующим влиянием на приток и, соответственно, отток металла 2 покрытия в емкость 3 и, соответственно, из нее посредством устройства 10 управления или регулирования.

Особенно предпочтительным является то, что резервная емкость 11 расположена под емкостью 3. Как можно видеть на примере, трубопровод 12 связывает выпускное отверстие с резервной емкостью 11. Равным образом, предусмотрен трубопровод 13, в котором расположен насос, с помощью которого металл 2 покрытия может откачиваться из резервной емкости 11 в емкость 3.

Уровень ванны материала покрытия динамично устанавливается с помощью выпуска 8 и насоса 9 и, соответственно, регулируется. При этом возможно использовать уровень h как управляющий параметр для регулирования качества покрытия металлического изделия 1.

Целенаправленным изменением уровня h ванны для покрытия и, вместе с тем, текущим изменением продолжительности t пребывания металлического изделия 1 в металле 2 покрытия при постоянной скорости v проводки устанавливается и регулируется качество металлического изделия 1, выходящего из устройства с нанесенным покрытием.

Перечень основных обозначений

1. Металлическое изделие (стальная лента).

2. Металл покрытия.

3. Емкость.

4. Направляющий канал.

5. Индуктор.

6. Средства для управления или регулирования высоты уровня материала покрытия.

7. Средство для измерения уровня материала покрытия.

8. Средство для воздействия на уровень, выпуск.

9. Средство для воздействия на уровень, насос.

10. Устройство для управления или регулирования.

11. Резервная емкость.

12. Трубопровод.

13. Трубопровод.

v - скорость проводки;

t - продолжительность пребывания;

h - провень расплавленного металла покрытия в емкости;

hmin - минимальный уровень;

hmax - максимальный уровень;

R - направление проводки.