Патент на изобретение №2358033

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ПОЛОСУ ПОГРУЖЕНИЕМ В РАСПЛАВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области нанесения покрытий погружением в расплав и позволяет даже при неравномерностях в ходе процесса поддерживать в установке благоприятный газовый состав. Металлическую полосу подают через печь и роликовую камеру к емкости с расплавом через отверстие в зоне дна емкости, вокруг которого создают электромагнитное поле для удержания расплава в емкости. В роликовой камере, по меньшей мере, в двух отделенных друг от друга секциях поддерживают разные газовые атмосферы. В последующей в направлении транспортировки полосы секции роликовой камеры газовая атмосфера имеет меньшую долю водорода, чем в секции роликовой камеры, предшествующей упомянутой секции, причем первая в направлении транспортировки полосы секция роликовой камеры имеет газовую атмосферу с долей водорода более 5 об.%, а последняя в направлении транспортировки металлической полосы секция роликовой камеры имеет газовую атмосферу с долей водорода менее 5 об.%. Устройство для осуществления способа содержит печь, примыкающую к ней в направлении транспортировки металлической полосы роликовую камеру и емкость с расплавом, причем в зоне дна емкости имеется отверстие, выполненное с возможностью подачи полосы к емкости, и электромагнитный индуктор для задержания расплава в емкости. В роликовой камере расположена, по меньшей мере, одна перегородка, отделяющая друг от друга, по меньшей мере, две секции, причем каждая секция роликовой камеры имеет, по меньшей мере, один газоподвод для ввода в секцию газа определенного вида и/или состава. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на металлическую полосу, в частности, стальную полосу, погружением в расплав, при котором металлическая полоса подается через печь и примыкающую в направлении транспортировки металлической полосы роликовую камеру к емкости с расплавленным металлом покрытия через отверстие в зоне дна емкости, причем в зоне дна емкости создается электромагнитное поле для удержания металла покрытия в емкости. Кроме того, изобретение относится к устройству для нанесения покрытия погружением в расплав.

Классические установки для нанесения покрытия на металлические полосы погружением в расплав металла, известные, например, из ЕР 0172681 В1, содержат требующую интенсивного обслуживания часть, а именно емкость для нанесения покрытия с находящимся в ней оборудованием. Поверхности покрываемых металлических полос должны быть перед нанесением покрытия очищены от оксидных остатков и активированы для соединения с металлом покрытия. По этой причине поверхности полос перед нанесением покрытия обрабатываются во время экзотермических процессов в восстановительной атмосфере. Поскольку оксидные слои предварительно удаляются химическим или абразивным путем, в результате восстановительного экзотермического процесса поверхности активируются так, что они по окончании экзотермического процесса являются чистым металлом.

С активированием поверхностей полос возрастает, однако, их сродство к окружающему кислороду воздуха. Во избежание того, чтобы кислород воздуха перед процессом нанесения покрытия снова не попал на поверхности полос, полосы в погружном рукаве погружают сверху в ванну. Поскольку металл покрытия присутствует в жидком виде, и желательно было бы использовать для регулирования толщины покрытия гравитацию вместе с обдувочными устройствами, однако последующие процессы запрещают касание полосы вплоть до полного твердения металла покрытия, полоса в емкости для нанесения покрытия должна отклоняться в вертикальном направлении. Это происходит с помощью ролика, вращающегося в жидком металле. Из-за жидкого металла покрытия этот ролик подвержен сильному износу и является причиной остановок и, тем самым, простоев.

Для предотвращения окисления подготовленной для нанесения покрытия погружением в расплав металлической полосы у известного классического способа предусмотрено, что стальная полоса входит в печь через щеточное уплотнение и покидает печь за счет погружения в емкость для нанесения покрытия. При этом печной рукав также погружается в жидкий металл для герметизации от кислорода воздуха.

Во избежание или для подавления испарения цинка при нанесении покрытия погружением в расплав по описанной классической технологии с отклоняющим роликом в документе WO 2004/003250 А1 предложено, что над ванной металла находится газ или газовая смесь в качестве разделительного газа, который имеет плохую теплопроводность и обладает свойством уменьшать или предотвращать турбулентности газа или газовой смеси над поверхностью ванны металла.

Во избежание проблем, возникающих в связи с вращающимися в жидком металле покрытия роликами, известны также решения, в которых используется открытая внизу емкость для нанесения покрытия для пропуска полосы вертикально вверх, причем для герметизации используется электромагнитный затвор. Речь идет при этом об электромагнитных индукторах, которые работают с оттесняющими, накачивающими или сужающими электромагнитными переменными или бегущими полями, герметизирующими снизу емкость для нанесения покрытия. Такое решение известно, например, из ЕР 0673444 В1, WO 96/03533 или JP 5086446.

При этой технологии, известной как CVGL (Continuous Vertical Galvanizing Line – линия непрерывной вертикальной гальванизации), установка состоит, в основном, из трех основных компонентов, а именно, из емкости для нанесения покрытия, электромагнитного уплотнения и роликовой камеры с отклонением полосы в вертикальное положение. Роликовая камера отклоняет выходящую из печи для отжига горячую стальную полосу в вертикальное положение и направляет ее дальше перпендикулярно соединительному каналу и емкости для нанесения покрытия. Емкость для нанесения покрытия соединена с печью участком канала и роликовой камерой.

Такое решение известно из ЕР 0630421 В1.

В происходящем в печи процессе отжига устанавливаются механические свойства и поверхностные условия для покрытия жидким металлом. В зависимости от желаемых свойств материала стальная полоса отжигается в атмосфере защитного газа, а затем нагревается до температуры покрытия, лежащей при цинковании выше 500°С. При этом используется атмосфера защитного газа, состоящая, главным образом, из азота и водорода.

В отношении подробностей используемой атмосферы следует сослаться на JP 06145937 A и JP 03056654 A.

При улучшении горячекатаной полосы погружением в расплав отжиг отпадает. Стальная полоса нагревается в зависимости от среды покрытия непосредственно до температуры нанесения покрытия от 460 до 700°С.

Если в печи находятся большие количества кислорода, то поверхность отожженной и горячей перед процессом нанесения покрытия стальной полосы окисляется, и не происходит, или происходит лишь ограниченно, сцепление жидкого металла с полосой. Возникающие проблемы со сцеплением снижают качество покрытой стальной полосы.

При проведении названного способа CVGL невозможно обеспечить герметизацию атмосферы защитного газа от окружающего пространства за счет погружения печного рукава в металл, поскольку перед началом процесса нанесения покрытия печная зона через роликовую камеру и емкость для нанесения покрытия открыты. После заполнения жидким металлом и запуска процесса нанесения покрытия эта зона герметизируется.

Перед началом процесса нанесения покрытия печная атмосфера устанавливается в соответствии со стартовыми условиями. При этом следует обратить особое внимание на небольшое содержание кислорода в печи. Это достигается продувкой печи азотом.

Хотя перед запуском при технологии CVGL печь открыта через отверстие в дне сосуда для нанесения покрытия, атмосфера защитного газа в печи для отжига, в целом, не должна быть нарушена проникающим кислородом воздуха.

При осуществлении способа CVGL, то есть в герметизированном состоянии, в решениях согласно уровню техники в роликовой камере везде имеется печная атмосфера. Она состоит в зависимости от настройки процесса из азота и водорода (в концентрациях, равных или больше 5 об.%).

Недостатки возникают, в частности, при падении производительности установки или в случае аварии. Тогда кислород воздуха проникает через открытую канальную зону в роликовую камеру, что создает вследствие проблемы, связанные с высокой долей водорода.

В основе изобретения лежит поэтому задача создания способа и соответствующего устройства для нанесения покрытия на металлическую полосу погружением в расплав, позволяющих избежать названных недостатков. Следовательно, должно быть гарантировано, чтобы даже при неравномерностях в ходе процесса в установке не возникал неблагоприятный газовый состав.

Решение этой задачи благодаря изобретению отличается тем, что в роликовой камере, по меньшей мере, в двух отделенных друг от друга секциях, через которые проходит металлическая полоса, поддерживаются разные газовые атмосферы.

При этом, в частности, предусмотрено, что последующая в направлении транспортировки металлической полосы секция имеет газовую атмосферу роликовой камеры с меньшей долей водорода, чем предшествующая этой секции секция роликовой камеры.

Предпочтительно первая в направлении транспортировки металлической полосы секция роликовой камеры имеет газовую атмосферу с долей водорода более 5 об.%, в частности, более 7 об.%.

В противоположность этому последняя в направлении транспортировки металлической полосы секция роликовой камеры имеет газовую атмосферу с долей водорода менее 5 об.%, в частности, менее 3 об.%.

Предпочтительно предусмотрено, что газовые атмосферы в секциях роликовой камеры имеют помимо водорода, в основном, только азот, за исключением неизбежных газовых примесей и прочих неизбежных газовых элементов.

Чтобы обеспечить максимально стабильную работу предпочтительно предусмотрено, что газовые атмосферы в секциях роликовой камеры в замкнутом регулирующем контуре поддерживаются с желаемыми составами.

Устройство для нанесения покрытия на металлическую полосу погружением в расплав содержит печь, примыкающую в направлении транспортировки металлической полосы роликовую камеру и емкость с расплавленным металлом покрытия, причем в зоне дна емкости имеются отверстие, через которое металлическая полоса подается к емкости, и электромагнитный индуктор для задержания металла покрытия в емкости.

Согласно изобретению, предусмотрено, что в роликовой камере расположена, по меньшей мере, одна перегородка, отделяющая друг от друга, по меньшей мере, две секции.

При этом преимущественно каждая секция роликовой камеры имеет, по меньшей мере, один газоподвод, через который в секцию может вводиться газ определенного вида и/или состава. Далее может быть предусмотрено, что каждая секция роликовой камеры содержит, по меньшей мере, один газовый датчик, с помощью которого можно определить вид, и/или состав, и/или концентрацию газа в секции.

Преимущественно предусмотрены регулирующие средства, с помощью которых можно поддерживать желаемые значения состава и/или концентрации газа, по меньшей мере, в одной из секций, преимущественно во всех секциях.

Роликовая камера преимущественно снабжена керамической внутренней облицовкой, что способствует поддержанию камеры в чистоте. Она содержит предпочтительно стальной корпус. Роликовая камера может состоять также из стали без внутренней облицовки.

Предпочтительно также, если имеются средства, с помощью которых введенный в секцию роликовой камеры газ может быть нагрет до желаемой температуры.

Согласно одной концепции роликовой камеры, предусмотрено, что она имеет в разрезе, в основном, прямоугольный контур, причем к первой секции, если смотреть в направлении транспортировки металлической полосы, примыкает направляющий канал для металлической полосы.

В качестве альтернативы этому один вариант роликовой камеры предусматривает, что она имеет в разрезе, в основном, прямоугольный контур, образующий одну из секций, к которой примыкает вторая секция, образованная направляющим каналом для металлической полосы.

Благодаря предложению, согласно изобретению, можно, в частности, в аномальных эксплуатационных условиях, например, при падении производительности, или при аварии, или при пуске, или при остановке установки для нанесения покрытия погружением в расплав поддерживать более благоприятные эксплуатационные условия.

Благодаря изобретению создан важный модуль для эксплуатации установки для нанесения покрытия погружением в расплав с высокой эксплуатационной надежностью.

Чтобы, в частности, при падении производительности, а также в случае аварии и, тем самым, при выпуске металла покрытия из емкости избежать смешивания водорода с проникающим кислородом воздуха, зона входа в емкость, то есть зона непосредственно под емкостью или соответствующая зона роликовой камеры (последняя секция роликовой камеры, если смотреть в направлении транспортировки металлической полосы), эксплуатируется с другой атмосферой по сравнению с остальной печной зоной. Доля водорода составляет здесь менее 5 об.%.

Примеры осуществления изобретения изображены на чертеже, на котором представлено:

– фиг.1: принципиальная схема установки для нанесения покрытия погружением в расплав при виде сбоку;

– фиг.2: первый вариант роликовой камеры установки для нанесения покрытия погружением в расплав на виде сбоку;

– фиг.3: второй вариант роликовой камеры установки для нанесения покрытия погружением в расплав на виде сбоку.

На фиг.1 изображена установка для нанесения покрытия погружением в расплав, работающая по так называемому способу CVGL (непрерывная вертикальная линия гальванизации). В емкости 5 находится расплавленный металл 4 покрытия. Емкость 5 имеет в зоне своего дна отверстие 6, через которое вертикально вверх проходит металлическая полоса 1 с целью ее покрытия металлом 4. Чтобы жидкий металл покрытия не стекал вниз через отверстие 6, предусмотрен электромагнитный индуктор 9, который известным образом вызывает закупоривание отверстия 6.

Покрываемая полоса 1 попадает сначала, если смотреть в направлении F транспортировки, в печь 2, в которой она, как уже сказано, нагревается до нужной температуры процесса. К печи 2 через соединительный фланец 17 примыкает роликовая камера 3, задачами которой являются отклонение подогретой полосы 1 от направления входа в роликовую камеру 3 в вертикальное направление и ее точный ввод в отверстие 6 емкости 5. Для этого имеются два ролика 18, 19, причем, как показано на фиг.3, может быть достаточно также одного из них.

Как лучше всего видно на фиг.2 и 3, роликовая камера 3 состоит в данном примере из двух отделенных друг от друга секций 7, 8, причем отделение осуществляется посредством перегородки 10.

Роликовая камера 3 на фиг.2 выполнена в сечении (при виде сбоку) прямоугольной, причем обе секции 7, 8 изображены, в основном, прямоугольными. К первой в направлении F транспортировки секции 7 справа примыкает направляющий канал 16 для металлической полосы 1. На фиг.3 видно, что секция 7 также может быть образована только этим направляющим каналом 16.

Важно, что обе секции 7, 8 выполнены так, что в них могут поддерживаться разные газовые атмосферы.

Для этого в каждой секции предусмотрен газоподвод 11, 12, через который в секцию 7, 8 может вводиться газ или газовая смесь. Газ может представлять собой азот N₂, или водород Н₂, или их смесь.

Газовые датчики 13, 14 в каждой секции 7, 8 определяют параметры газовой атмосферы. Например, с помощью датчиков 13, 14 можно измерить концентрацию водорода Н₂. Измеренные значения подаются в данном примере (фиг.2) к регулирующему средству 15. Регулирующие средства 15 вызывают подачу газа или газовой смеси по газоподводам 11, 12, так что в секциях 7, 8 имеют место желаемые газовые составы или газовые концентрации.

Особенно желательно, чтобы в первой секции 7 концентрация водорода составляла более 5 об.%, тогда как это значение во второй секции должно быть ниже.

Разделение газовой атмосферы в роликовой камере 3 и отдельно от печи 2 происходит, следовательно, за счет разных газовых камер, соединенных между собой отверстиями для прохождения стальной полосы, то есть в роликовой камере 3 расположены перегородки 10, которые разделяют роликовую камеру 3, по меньшей мере, на две газовые камеры.

Через два или более места подачи защитного газа (по меньшей мере, одно на каждую газовую камеру), как уже сказано, азот и водород подаются в разных концентрациях.

Посредством, по меньшей мере, одного измерения на каждую газовую камеру контролируется атмосфера, а в регулирующем контуре устанавливаются желаемые концентрации. При этом в газовой зоне непосредственно под емкостью 5 подается азот без кислорода. Газовый поток внутри роликовой камеры в рабочем состоянии направлен к входу в печь. В случае выпуска металла 4 покрытия из емкости 5 предотвращается выход обогащенной водородом печной атмосферы через описанный азотный шлюз.

Роликовая камера 3 выполнена внутри керамической. Она состоит из стального корпуса с керамической внутренней облицовкой, образующей разные газовые камеры. Подаваемый защитный газ нагревается и служит за счет этого для поддержания внутренней температуры роликовой камеры 3.

Помимо изолирующего действия (уменьшенная теплопроводность наружу) облицовка в случае аварии и связанного с этим риска прорыва жидкого металла в роликовую камеру 3 выполнена так, что она является стойкой к жидким металлам, например цинку или алюминию, а также их сплавам.

Перечень ссылочных позиций

1 металлическая полоса

2 печь

3 роликовая камера

4 расплавленный металл покрытия

5 емкость

6 отверстие в зоне дна емкости

7 первая секция

8 вторая секция

9 электромагнитный индуктор

10 перегородка

11 газоподвод

12 газоподвод

13 газовый датчик

14 газовый датчик

15 регулирующее средство

16 направляющий канал

17 соединительный фланец

F направление транспортировки

H₂ водород

N₂ азот

Формула изобретения

1. Способ нанесения покрытия на металлическую полосу (1), в частности стальную полосу, погружением в расплав, при котором металлическую полосу (1) подают через печь (2) и примыкающую в направлении (F) транспортировки металлической полосы (1) роликовую камеру (3) к емкости (5) с расплавленным металлом (4) покрытия через отверстие (6) в зоне дна емкости (5), причем в зоне дна емкости (5) создают электромагнитное поле для удержания металла (4) покрытия в емкости (5), причем в роликовой камере (3), по меньшей мере, в двух отделенных друг от друга секциях (7, 8) поддерживают разные газовые атмосферы, отличающийся тем, что в последующей в направлении (F) транспортировки металлической полосы (1) секции (8) роликовой камеры (3) газовая атмосфера имеет меньшую долю водорода, чем в секции (7) роликовой камеры (3), предшествующей упомянутой секции (8), причем первая в направлении (F) транспортировки металлической полосы (1) секция (7) роликовой камеры (3) имеет газовую атмосферу с долей водорода более 5 об.%, а последняя в направлении (F) транспортировки металлической полосы (1) секция (8) роликовой камеры (3) имеет газовую атмосферу с долей водорода менее 5 об.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовые атмосферы в секциях (7, 8) роликовой камеры (3) содержат помимо водорода, в основном, только азот.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что газовые атмосферы в секциях (7, 8) роликовой камеры (3) поддерживают в замкнутом регулирующем контуре с желаемыми составами.

4. Устройство для нанесения покрытия на металлическую полосу погружением в расплав, содержащее печь (2), примыкающую к ней в направлении (F) транспортировки металлической полосы (1) роликовую камеру (3) и емкость (5) с расплавленным металлом (4) покрытия, причем в зоне дна емкости (5) имеется отверстие (6), выполненное с возможностью подачи металлической полосы (1) к емкости (5), и электромагнитный индуктор (9) для задержания металла (4) покрытия в емкости (5), в частности для осуществления способа по одному из пп.1-3, в котором в роликовой камере (3) расположена, по меньшей мере, одна перегородка (10), отделяющая друг от друга, по меньшей мере, две секции (7, 8), причем каждая секция (7, 8) роликовой камеры (3) имеет, по меньшей мере, один газоподвод (11, 12) для ввода в секцию (7, 8) газа определенного вида и/или состава.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждая секция (7, 8) роликовой камеры (3) содержит, по меньшей мере, один газовый датчик (13, 14) для определения вида и/или состава, и/или концентрации газа в секции (7, 8).

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что имеются регулирующие средства (15) для поддержания желаемых значений состава и/или концентрации газа, по меньшей мере, в одной из секций (7, 8), преимущественно во всех секциях (7, 8).

7. Устройство п.4 или 5, отличающееся тем, что роликовая камера (3) снабжена керамической внутренней облицовкой.

8. Устройство п.4 или 5, отличающееся тем, что роликовая камера (3) содержит стальной корпус.

9. Устройство п.4 или 5, отличающееся тем, что имеются средства для нагрева введенного в секцию (7, 8) роликовой камеры (3) газа до желаемой температуры.

10. Устройство п.4 или 5, отличающееся тем, что роликовая камера (3) имеет в разрезе, в основном, прямоугольный контур, причем к первой секции (7), если смотреть в направлении (F) транспортировки металлической полосы (1), примыкает направляющий канал (16) для металлической полосы (1).

11. Устройство п.4 или 5, отличающееся тем, что роликовая камера (3) имеет в разрезе, в основном, прямоугольный контур, образующий одну (8) из секций, к которой примыкает вторая секция (7), образованная направляющим каналом (16) для металлической полосы (1).

РИСУНКИ