用于连续热浸法为平坦金属制品涂层的电磁设备及涂覆方法

专利名称：用于连续热浸法为平坦金属制品涂层的电磁设备及涂覆方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁设备，其用于通过连续热浸法用涂层金属涂覆平坦金属制 品，所述制品例如钢带，所述涂层金属例如锌或锌合金，本发明还涉及平坦金属制品连续热 浸法涂覆工艺。
背景技术：
已知钢带涂层工艺包括将其垂直通过一个熔融金属浴，所述金属浴通过交变磁场 方式保持半悬浮。传统热镀锌工艺是连续的，并通常需要(作为初始阶段)在进行涂层之前预处理 并预热所述钢带小心控制其温度。预处理化学并热改进涂层在所述钢带上的黏附效果，热 处理阶段可以是一个受控气氛下的预热操作或者是一个熔融操作，在该操作中钢带被浸在 还原性无机熔剂中以便在钢带表面形成保护膜防止氧化。当所述钢带在受控气氛下进行了预热，其可以进入高温镀槽，所述镀槽由锌或锌 合金组成，所述高温也可等于金属浴的温度，例如450°C。此类热镀锌工艺包括在半悬浮浴中涂层的步骤，所述半悬浮浴被容置在底部具有 让钢带通向其顶部的开口的容器中。所述钢带由设置在熔融镀槽下方的一个或多个导向轧 辊导向。所述钢带通常从底部垂直进入镀浴中然后穿过所述熔融涂层材料。所述钢带然后 垂直从金属浴中抽出。已知使用磁悬浮浴的系统的缺陷是存在所述镀浴下弯月面冲突以及导致的从所 述容置镀浴的容器底部开口漏液。—些尝试试图消除下弯月面冲突及其导致的漏液。钢带通过开口通常设置在含有镀浴的容器的底部或其侧壁(在水平通过所述钢 带的情况时)，各种发明用于防止从所述钢带通过开口漏液。一些发明采用在所述钢带通过开口附近冷却的方法冻结熔融金属涂层，而涂层的 部分固化使得开口部分闭合。在这种情况下，固/液界面的位置将由感应加热系统和可调 冷却水流速的受控冷却系统来控制。用于冻结关闭涂层材料以及靠近所述钢带通过开口的电磁密封的系统的发展显 示固/液界面在所述钢带通过开口的位置不稳定，其稳定性只能由感应加热来确保，这是 因为焦耳效应以及高水冷固/液界面热梯度不应低于1000°c /mm。固/液界面位置的不稳定导致在所述钢带通过开口发生涂层材料或者瞬间固化 或者熔融如果界面两次热梯度低于上述值则没有中间位置可以被维持。这些冻结密封导 致通过所述开口的所述钢带表面黏附，进而导致密封磨损或断裂，而这导致固化的涂层黏 附到所述钢带，或者通过开口泄漏熔融材料。与电磁密封器相关的问题还包括用于熔融涂层材料在所述镀浴中半悬浮所需电 磁力的强烈旋转。电磁力在熔融金属中的旋转部分通常用于补偿水力(粘性力和动力)，其表现为熔融金属在交变磁场中导向运动中。电磁力的另一成分(势能部分)通常用于补偿 液压，例如支撑熔融涂层材料悬浮。所述势能力和旋转力的比值(fp。tential/fv ti。al)通常不 低于1 ；只有在这一情况下可以得到涂层熔融金属部分悬浮。因此与之相关的问题是下弯 月面的不稳定性，结果导致通过下方开口泄漏涂层液。与设置在所述钢带通过开口附近位置的电磁设备相关的问题是交变场产生的磁 极引起所述钢带的铁磁体钢的吸力。所述钢带上的吸力使其振动甚至共振，进而体现在所 述钢带上涂层厚度的无规则性甚至缺漏。熔融材料通过沿下弯月泄漏的可能性随所述钢带 振动而升高。如果设置在临近所述钢带通过开口的电磁设备没有导致所述钢带在所述开 口内中间位置的稳定性，将会有液体金属通过所述开口从镀浴中滴漏，特别是沿着所述钢 带的边以及沿着开口滴漏。如果没有相应的问题，在一些情况下，液体防漏可到达98%或 100%，但是在所有情况下泄漏是很明显的。与已知用于连续热浸法涂覆钢带的机械或电磁设备的问题是不可控地生成Fen ZnmS金属间化合物，其被视为铁锌之间反应的结果。FenZnm合金主要位于所述钢带表面和 Zn涂层之间，并位于互易性接头区域。Fen Znm颗粒或脱离所述钢带或者直接在所述镀浴中 生成，因为始终存在溶解铁，并混合进入熔融锌涂层。这些Fen Znm颗粒，称为“硬渣”，对于 有涂层的钢带而言是个质量问题。硬渣的生成必须从钢带涂层系统中消除或者这些熔融镀 浴中剔除。其他与已知连续热浸法钢带涂层用机械或电磁设备相关的问题是所述钢带在金 属镀槽中的持续时间，通过超过或等于1秒钟。在这一情况下，在所述钢带表面上迅速发展 出相当厚度的金属间Fen Znm化合物；特别是在需要良好的涂层黏附以便获得坚实表面的 Y层，不能超过特定厚度，否则会导致涂层脆弱，即涂层不再形成。因此需要提供一种通过连续热浸法为平坦金属制品涂层的电磁设备以及相应涂 覆工艺，以克服前述缺点。

发明内容
本发明主要目标在于提供一种电磁设备，其用于通过在一个位于钢带导向轧辊上 方的小熔融镀槽中使用连续热浸法涂覆平坦金属制品，其不仅适于将熔融涂层材料容置在 镀浴中，而且还通过特定电磁组件消除了含有镀浴的容器下端开口处的滴漏。本发明另一目标是提供由连续热浸法涂覆平坦金属制品的工艺，所述工艺无效大 尺寸镀浴，也无需将一个或多个轧辊进入镀浴中以导向所述钢带，在所述工艺中所述钢带 直接进入小尺寸半悬浮镀槽中并且镀浴底部的感应电流被校正以防止滴漏。本发明为实现上述目标，提供一种基于权利要求1的通过在熔融金属浴中使用连 续热浸法涂覆平坦金属制品的电磁设备，其包括-一个纵向容器，其用于容纳所述金属浴，其底部设有一个纵向开口用于沿着金属 制品进料面将金属制品导入所述金属浴中，-一个电磁感应器，其设置于所述容器周围并适于生成跨越金属浴的磁通量，所 述感应器具有一个内剖面，其面对金属制品进料面，邻近所述容器外剖面，所述剖面使得可 以将所述磁通量集中在所述容器下部，进而诱导感应电流沿纵向穿越所述容器底部，进而 在所述镀浴底部产生最大强度电磁力，以获得镀浴相对于容器底部悬浮并定义一个下弯月
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其中设有校正装置，用于校正下弯月面末端感应电流，进而使得所述电磁力在整 个下弯月面延伸区域均衡。基于本发明另一方面，提供一种基于权利要求17的通过连续热浸法在熔融金属 浴在为平坦金属制品涂层的方法，其包括如下步骤-将平坦金属制品沿进料面通过设于容纳所述金属浴的纵向容器底部的纵向开口 导入所述熔融金属浴，-生成穿越金属浴的磁通量，其被集中在容器的狭窄下方以诱导感应电流沿纵向 穿越容器底部，并在所述金属浴底部形成最大强度电磁力，进而得到所述金属浴相对于容 器底部悬浮并限定所述金属浴的下弯月面，其中在下弯月面对感应电流进行校正，使得所述电磁力在下弯月面整个延伸区均本发明的设备包括一个设置在所述钢带的导向轧辊上方的小镀槽，其具有不使用 大尺寸镀浴(含有可达400吨熔融涂层材料、导向轧辊浸入熔融材料中)的全部优点。这些优点包括-系统更灵活，即当需要更换含镀浴的容器时；_更好地控制金属间化合物的过度形成，因为所述钢带在小型镀浴中的时间更 短；-温度和镀浴组分更均质；-更长的轧辊寿命，这是因为他们无需浸入镀浴中，因此轴承和轧辊耐久性更好， 也避免了所述钢带的振动，-降低所需维护，进而提高生产率。此外，这一设备不但使得熔融涂层材料在镀浴中不泄漏，还记不消除了从钢带下 方通过开口泄漏。泄漏的减少是通过本系统特定电磁性组件实现的，下文详述。含有熔融金属镀槽的容器从头到尾的形状具有在朝向容器所设所述钢带通过开 口方向向下会聚的侧壁。与容器相关的电磁体具有一对相互面对，反向磁极，每个邻近到容 器的各自侧壁并基本沿袭所述各自侧壁的形状。含熔融金属的容器的磁极和侧壁的结构被成型为便于电磁体生成的磁感应在容 器底部最大化，进而在镀槽底部垂直方向磁力强度最大，以将熔融金属推离所述钢带通过 开口。垂直方向的磁力基本为势能型并沿所述钢带通过开口整个长度均衡生成，以便抑 制液体金属在下弯月面附近循环，使得弯月面(即所述钢带在镀槽中进口区域)更稳定。电磁体通常具有搅拌金属浴的作用，该搅拌运动会致使金属浴发生渗漏问题金 属浴的局部旋转运动会使下弯月面的压力增大，致使其变成一个附加水头，必须被局部支 撑。根据本发明，阻尼方法的使用有利于分开和干扰由电磁体产生的熔融金属体积中 的涡旋。阻尼方法包括使用隔板或曲面，其可以更改熔融金属在容器中的循环，从而阻止搅 拌运动在那里发生。隔板与所属钢带中的进料平面基本垂直，其由本地的陶瓷材料生产而成，被安装在容器的上部和下部，从而可以容纳熔融金属层。不论是在熔融金属的上弯月面，还是下弯 月面，隔板都可以导致低速运动。同时，隔板还可以消除由熔融金属层中的电磁体引发的强 烈的局部电流环，并可以将其合并成一个单一的大型电流环。该单一的电流环的下部是笔 直的，且与下弯月面平行，以获取均勻分布在下弯月面的支撑电磁力。尽管安装在具有半悬浮熔融层材质的容器底部的机械导向件，可以使所述钢带固 定在容器的开口部中央保持不变，但电磁体仍然可以吸引所述钢带朝着任一个其正对着的 异性极移动，引起所述钢带在容器内左右摇晃，产生一种不希望的振荡运动。吸引所述钢带 朝着两极中的任一极移动的周期引力，可能导致其产生共振，甚至会使其破裂。该引力发生 在下弯月面的下方，决定于分布在那里的磁通量强度。由高导电率材料制成的屏蔽系统被 用来阻止磁通量分布和降低所述钢带的引力。基于本发明的第一个有利变量，应该包括一个不与金属浴接触的电流传导部件的 分流器，所述的传导部件将与电流导流终端相连接，并安装在容器底部的纵向开口的两个 末端，以便当与熔融金属浴接触时，可以局部产生电流，所述的线接头将由熔融金属浴-耐 性材料生产制成。导电线接头和高电导性电流导体或分流器不与熔融金属接触，其电动连接在线接 头上，当这些是由时变的电流供应时，将环绕总磁通量和含有熔融金属层的容器。电流导体 或分流器可以传导所有的由电磁体磁通量产生的感应电流。以上所描述的电流沿着熔融金 属镀槽的底部，在导电线接头之间循环。电流与由熔融金属底部的电磁体所产生的磁通量 相结合，目的是为了产生可以使熔融金属底部上升的磁力，使其与容器底部的开口分离，从 而可以界定下弯月面。使用这些导电线接头可以消除下弯月面边缘的电流畸变，确保仅有 悬浮力的垂直分量在那里存在。因此，熔融材料的渗漏物可以很方便的从所述钢带通过开 口的边缘被清除出去。同时，与它们连接的线接头和分流器将电流集中在熔融金属底部预 期要到达的地方，与不使用这些电流导体所产生的磁力相比，在这里所产生的向上的磁力 效率将大大增加。相反地，在本发明的第二个有利变量中，提供相称的成形磁性组件，以便界定“磁 窗”，目的是为了调整熔融镀槽自由面或下弯月面末端的感应电流，从而增加向上磁力的效率。本发明的另一个特征是，通过使用所述熔融材料的闭路循环电路，可以不断的清 洁熔融层材料，其中至少包括一个调制熔融金属层的熔窑，一个机械型或磁性水力型循环 泵及一个陶瓷沉淀过滤器，在熔融层合金被添加到电镀器容器中之前，其中的硬渣颗粒可 以通过过滤器很方便的被分离出去。安装在容器底部，用来容纳所述钢带通过开口附近的熔融层的闭合机械装置体现 了本发明的另一个特征及优点。这样的闭合机械装置允许在涂层生产线启动前，在容器中 填加熔融层。从属权利要求描述了本发明的优选实施例。


根据通过在所示的熔融镀槽中使用热浸法，给电镀平坦金属制品涂层的电磁设备 的优选但非排他性实施例的详细描述，及附图，本发明的其他特征及优点将会变得更加显而易见，其中图1描述了基于本发明的系统第一个实施方案的图表；图2描述了基于本发明的容器和在电磁设备中使用的电磁体的透视图；图3描述了基于本发明的装置的主视图；图4描述了图3中装置的剖视图；图5描述了基于本发明的在装置中所使用的容器部分的透视图；图6描述了图5中容器部分的剖面侧视图；图7和8描述了容器的两面剖视图；图9描述了带有分流器的容器的主视图；图10描述了基于本发明的装置感应器的磁轭实施方案的剖视图；图11描述了在剖面中部分显示的带有分流器的半_容器剖视图；图12描述了所述钢带通过开口末端的分流器和导电线接头时产生的效应。图13描述了具有“磁窗”的半容器的进一步实施方案的剖视图；图14描述了基于本发明的装置的放大主视图。图中相同的参考数字代表相同的要素或组成部分。
具体实施例方式图1所示的是在熔融金属浴中使用连续的热浸法来为平坦金属制品涂层的系统 实施方案，这样的系统包括本发明的目标电磁设备1，当涂层为锌时，也被称为是镀锌器，其包括感应器3和 容纳熔融金属浴的容器11 ；-为卷绕线圈4附近的感应器3馈电的电流馈电装置2；-加热/熔窑5，其设有安装在炉缸中以便被侵入到窑中的熔融层材料中的循环泵 6 ；-一种用于净化熔融涂装材料，而进行适当加热的沉淀过滤器7 ；-使熔融层材料从镀锌器1流动到熔窑5，然后从熔窑5流动到沉淀过滤器7，最后 从沉淀过滤器7返回到镀锌器1进行循环流动而使用的适当加热的管子8。_用来关闭装置中容器11的闭合机械装置10，当工序启动时，将在其中填充熔融 层材料；_用来吸收在工序开始时流失的涂层材料的吸收器9，其安装在闭合机械装置10 的下面；-用来控制闭合循环线路中的每个要素独立加热的控制单元12，其包括管子8，具 有循环泵6的加热/熔窑5，过滤器7和吸收器9。图1中的系统可用于连续是用锌或锌合金，或铝，铝合金，镁，矽，锡，铅及其合金 为金属带涂层。现在根据图1，3和4，连续的金属带13从一个团(未示出)中被松出来，进行传统 预处理。预处理后，通过使用导向轧辊15，所述钢带13变成朝着纵向开口或裂缝16(安装 在装置1中容器11的底部)的方向。这样的拉长形容器11，具有相对于感应器的沟槽形状，包含具有熔融金属(例如锌)的金属浴17。金属浴17界定了上表面或上弯月面18。开口 16可以使所述钢带13通 过金属浴17，所述钢带沿着金属浴17延伸的方向移动。所述钢带13在金属浴17中的运 动使得所述钢带本身被涂上一层形成金属浴的熔融金属材料，被涂层的金属带14从金属 浴17的上表面18的下游移走。容器11具有上端开口，被涂层的金属带14可以通过其向 上移动。不管是气动型还是电磁型的涂层厚度控制装置19，都通常被用来获取所述钢带 14上的预期基本重量，其安装在容器11的上方。卷轴(未示出)被安装在控制装置19的 下游，冷却的金属带在卷轴上重新卷曲成一团后，从卷轴上移走。参照图3-图9将更详细的描述容器11。如图6和9所示，例如，通过一次或更多次的溢流51，来控制容器11中的熔融材料 的水平位置，其通过加热管(未示出)与加热/熔窖5相连接。如图4所示，其描述了与由所述钢带13界定的平面垂直的垂直平面的剖面图，容 器11基本上被形容成是一个拉长的漏斗。容器11包括相对较窄的部分20，其延伸到开口 16的下游，为所述钢带13界定了 一条通道27，以及安装在所述较窄部分20下游的相对较宽部分21。容器11的较窄部分20具有纵向槽49，其安装在所述较窄部分侧壁边缘的底部，当 金属浴悬浮系统开启时，即当上述的馈电装置2被激活时，其可以被用来引导熔融金属层 (或简单的液体金属)的组成部分向上旋转移动，所述的组成部分沿着容器11的侧壁向下 移动，降低了局部动态组件对液体金属下弯月面的压力，从而促使这样的下弯月面在向上 电磁力的均勻分布的前提下，能够更好的被均勻提升。相对于容器11的底部，所述的槽49 的深度为10-100毫米，其安装的适宜距离最好保持在30-60毫米之间，目的是为了使金属 浴17的底面具有更好的稳定性，从而减少或杜绝所述底面的材料出现渗漏现象。根据图2，3，4和9，容器11由两个半容器22组成，其各自的对应边沿着垂直法兰 连接在一起。当连接在一起时，两个半容器22确定了具有沟槽型的拉长容器11。如图6-图8所示，容器11具有一对纵向侧壁23和一对端壁24，其中每一个都在 侧壁23的对应端之间延伸。侧壁23界定了拉长的漏斗形。图4中所示的容器11的中间部分25，安装在相对较宽部分21为上部，相对较窄 部分20的下部的位置，其包括一对包含在壁23中的纵向侧壁26，朝着相对较窄部分20的 方向收缩。收缩壁26的结构和几何形状是本发明的一个重要特征，因为除了磁极延伸形状 外，它使得通过容器的感应器能够产生磁感应，并且在容器的底部可以使得磁感应最大化， 从而促使在镀槽底部或下弯月面的垂直方向产生最强的电磁力，所述的力可以在所述钢带 通过时，使熔融金属与开口分离。侧壁26的结构和几何形状是本发明的一个重要特征，因 为除了磁极延伸形状外，它使得通过容器的感应器能够产生磁感应，并且在容器的底部可 以使得磁感应最大化，从而促使在镀槽底部或下弯月面的垂直方向产生最强的电磁力，在 所述钢带通过时，所述的力可以使熔融金属与开口分离。用于制造容器11的材料可能包括耐火铁磁体介电材料，例如相对磁导率为μ * = 25-30的陶瓷与铁粉的混合材料，以及具有低导电率的陶瓷介电材料或非磁性金属材料， 如，316L不锈钢。可用材料还可能是耐高温和耐热冲击的复合材料，如由陶瓷粘合剂或水泥 粘合在一起的玻璃、陶瓷或硅纤维。容器11还可能由金属部件和陶瓷部件制成。
图6显示容器11的内部结构容器的狭窄部位20包括所述钢带的通道27 ；所述 钢带的通道27的一端包括容器底部的开口 16。通道27由两个相对的纵向墙壁观(图6中 只显示两个墙壁中的一个)以及一对相对的端壁四构成；这一对端壁四贯穿墙壁28对应 两端的之间。根据图2，3，10，14，可以对镀锌器1的感应器3进行更为细致的说明。镀锌器的感应器3的磁轭包含一个外部构件31 ；从平面图中看，此外部构件31为 一个长方形的框架，由铁磁体材料制成且包含一对相互对立的纵向侧壁32和一对端壁33 ； 端壁33贯穿于侧壁32的对应的两端之间。侧壁32以及端壁33形成一个垂直排列的内部 空间34，此空间的上、下两端分别由35和36开放性边缘限定。镀锌器的感应器3的磁轭还包括一对磁极37 ；每一个磁极都由铁磁体材料制成并 且安装在位于垂直空间34内部的外部构件31的对应的侧壁32之上。每一个磁极37都在 空间；34内部向另一磁极延伸并且至少在极的一个端面38处停止延伸；极的端面38与另一 个磁极37 (图10)的端面38相对且相向。磁极37形成放置容器11的一个开口 39 ；相对 的端面38成为开口 39的一个部件，所述容器的狭窄部位20就被插装在此部件中。如图2、3、14所示，通电线圈4被缠绕在每个磁极37上。根据当前发明的优选方 案，应该通过馈电装置2向每个线圈4提供时变电流，这样可以在被线圈4缠绕的磁极37 中产生一个磁场。在馈电装置2中，电流、电压、频率以及功率都可以改变；馈电装置2还可 以改变供给线圈4的电功率。所以，馈电装置2可以控制由镀锌器的感应器3所产生的磁 场的强度和质量。线圈4可能包括多个部分；各个部分可以被组装起来形成开口以便冷却空气能够 渗透进来。线圈包含很多匝，每一匝都缠绕在相对应的磁极37上，每一匝都由恰当的导电 材料制成，例如由铜制成。线圈匝通过一种电绝缘材料(未显示)这些线圈匝彼此相互绝 缘，并与磁极37绝缘。图14中所示的方案中，线圈4为实芯线，这是因为线圈中的电流密 度低于5A/mm2。磁极37与外部构件31 —起为线圈4中的电流所产生的磁场构成一个路径40。路 径40在图10中以虚线和箭头表示。应该特别注意的是，磁场从第一个磁极37的端面38 至第二个磁极37的端面38延伸并穿过了开口 39。磁场依次穿过第二个磁极37，然后从相 反的方向穿过纵向的侧壁32 (上述第二个磁极37安装在纵向侧壁32上)，再穿过外部构件 31的两个端壁33，穿过纵向侧壁32 (安装了第一个磁极37的纵向侧壁)，最后穿过第一个 磁极37返回到上述第一个磁极的端面38。每个磁极37上的线圈4中的电流方向受到控制，所以每个磁极上的线圈所产生的 磁场都从同样的方向穿过开口 39。镀锌器的感应器3的磁轭由一种常见的铁磁体材料制成；这种铁磁体材料可以是 铁素体或其它磁电材料，但最好是导电钢箔。如图10所示，镀锌器的感应器3的磁轭包含两个半磁体41 ；每个半磁体41都有 一个沿水平方向的大致呈“ E ”形的部分。如图7和10所示，磁极或极37的每个端面38都安装在与容器11的相应纵向侧 壁23相邻的位置，特别是在容器的狭窄部位20以及相交的侧壁沈处端面38非常靠近上 述侧壁23。在本方案中，一个磁极的每个端面38的形状应该如下应该与相邻的侧壁23的相应部分大致相同，特别是沿着相交侧壁26和容器的狭窄部位20的部位。相对、相向的磁极端面38之间的距离在容器底部邻近开口 16的容器狭窄部位或 区域20处最小。这种最小距离定义了开口 39的最小值；开口 39处的磁感应强度最大。相 反，如果磁极37之间的开口越大，则区域20下游的磁感应强度则越低。另外，因为在自由空间中的磁通量阻力(磁阻)比金属浴17的熔融金属的磁通量 阻力更低，磁通量容易穿过磁极端面38然后积聚在通道27中的金属浴17的正下方；这便 是位于容器底部的开口 16的用途(图4)。因此，对于通过线圈4的特定时变电流，与熔融 金属金属浴17的其它区域相比较，感应器3施加于金属浴的磁力在容器的狭窄部位20以 及靠近容器底部开口 16的部位更强。一般情况下，可以通过改变供给感应器的时变电流的 电流强度以及频率来调节磁体功率(以及磁通量)。为了在位于金属浴底部的容器下部狭窄部位20产生出所述的磁场集中效应，磁 极37之间开口 39的最低值与最高值之间的比率应该在0. 1至0. 7之间，最好在0. 3至0. 4 之间。另外，位于感应器3上部分的磁性开口垂直部分的最大尺寸应该是一个恒量，等于是 磁极37的高度的0. 2-0. 6，最好0. 35-0. 45。与容器的下部狭窄部位20相对应，磁性开口 39的下部分的总横截面积必须是位 于磁极37之间的磁性开口 39的最大横截面积的5% 20%，最好是8% 12%。在磁性 开口 39的下部分之上具有大致垂直的壁体；在容器11的相交壁体沈处，磁性开口随磁极 37之上的壁体一起延伸，并与水平面形成一个25°至80°的倾角，倾角最好在40°至80° 之间。下半个区域相对于磁极37的总高度的相对垂直延伸应该在3% 15%之间，最好在 7%~ 10% 之间。磁极37的纵向延伸或宽度必须大于或至少等于通道27的开口 16的纵向延伸。由时变电流产生的磁通量穿过开口 39并感应金属浴17中的电流。根据图11，用 于传输感应电流的路径42的下部分中电流被直接引入到金属合金或者熔融涂层材料中， 这样路径42可导电。图5，6，9以及11显示用于涂覆金属带的本发明的电磁设备的第一个方案。上述第一个方案包括使用分流器或者旁路以便对沿金属浴下部自由面的感应电 流进行整流。上述分流器包含基本垂直的导电部件或导体44，基本上水平的导电部件或导 体43，其将垂直导电部件或导体44彼此连结，以及熔融金属金属浴相接触并且安装在纵向 通道27的端部的导电终端47。水平导体43可位于容器11外壁外部或与之接触，即位于金属浴的外部，由导电材 料制成，例如由铜制成。水平导体43用于传输感应电流之外还可以用于屏蔽从靠近上部弯 月面的磁轭传输出来的磁通量，这样可以减小对上述上部弯月面的干扰以及磁极37可能 对所述钢带造成的引力。垂直导体44与水平导体43 —起安装在两个半容器22之间，将各个导电终端47 连接起来。垂直导体44可以采用一个耐火墙50与金属浴17绝缘(如图6中所示)，或者 可以与金属浴17相连。根据图5以及图6，分流器的垂直导体44通常都是由导电材料制成的L形元件； 如果导体44与金属浴绝缘，则导体44可以由铜制成，如果导体44与金属浴相连，则导体44 可以由不锈钢或石墨或者其它导电材料制成。
垂直导体44包含一对竖臂，每个竖臂都安装在与容器11的相应端壁M相邻近的 位置，两个竖臂通过水平导体43构成的相交延伸相互联接。这些垂直的导体44由一对熔融镀层材料抗性的导电终端47组成，例如，由硅或碳 化铜制成，或者由石墨、热解石墨制成，在末端确定它们L形的较短部分。这些终端或电极 47允许靠近通道27的容器中区域20的金属浴17与外部电源相连接。这些电极47无需冷却，因此避免通道27中熔融镀层材料的局部冷凝的现象，这样 能够使其粘着固化镀层而占用所述钢带，从而利用容器顺向的裂口将其堵住。图11所示实施例中，感应电流流过导体44，43而不是在金属浴17中循环，另外感 应电流受导体44影响流入容器11的端处，例如，在熔融金属浴17的内部或金属浴本身的 下弯月面处。这些导电部分43，44和47直接集聚靠近下弯月面处的感应电流以便增加电磁力 的电位。抑制熔融镀层材料的其他部分的感应电流与集聚靠近下弯月面的感应电流使金属 浴运动减慢。此外，在注满容器11过程中，当金属浴中液态金属的量不足以产生悬浮力时， 电流的集聚在下弯月面是有用的。熔融材料中、分流器的水平43与垂直44导体中的感应电流沿熔融物质的下弯月 面合并，且延伸到金属浴17的底部，在容器11纵向上成水平方向且靠近容器底部开口 16。 这里导入的电流的方向与局部磁通量的方向成直角。因此，磁通量和感应电流在水平面处 相交，从而产生向上的电磁力。这些电磁力推动容器底部靠近开口 16处的金属浴17部分， 例如，金属浴17的最底下部分，或远离开口 16向上的部分。这种影响称为磁悬浮，即金属 浴17的下弯月面。这种磁感应向底部逐渐增加以致到达电磁极较低边缘的最大处。向下递增的磁通量密度及熔融镀层材料的导电物质的下弯月面的存在产生一种 积极地作用，即当熔融物质向下移动时，电磁的支撑力在逐渐增加。一种由施加于挨着开口 16处的熔融金属浴的向上的力造成的磁悬浮成为影响金 属浴中熔融金属物质的一个重要因素。以上描述的磁悬浮可能产生一种容积高于98%的金属浴17。这种前述磁悬浮形 成的金属浴17的容积，可以有效防止通过所述钢带通过开口 16的熔融涂层材料的流失及 部分减少通道27侧壁28和端壁四的滴漏。(图6和图11)感应器3产生足够的电磁力来弥补流向金属浴17的熔融涂层材料的水动力(电 磁力的电位部分)。同时，电磁力产生一种循环的振荡运动，这种运动暗示容器11内熔融涂 层涡流的出现，从而将所述钢带从底部冲到顶部。这些涡流具有一种沿着所述钢带普通的升高的支流，说明在条状与涂层之间热量 扩散和化学扩散的强度在减小。同时，双重涡流有两股下降的直通所述钢带边缘的流量。熔 融涂层流量的动压减少了所述钢带边缘的举升力，并且促成容器11底部开口 16处的漏出， 尤其增加所述钢带通道27边缘的熔融材料漏出的可能性。(如图4和图6所示)容器11内双重涡流的破裂由纵向的平面平坦部件45和46造成的(如图4，6，7 所示)，每一对所说的元件都从容器11纵向的侧壁23突出。尤其是上面的一对平坦部件45可能在容器更宽的部分21的上面区域得到调整， 例如，靠近部分21的上端。
在第一个变体中(图7)，则是下平坦部件46被设置在靠近容器的上宽部分21。在 第二个变体中(未示出)，下平坦部件46可设置在容器11的最狭窄处20。容器11内对涡流的校正的影响是双重的从磁流体力学的本质来看是局部的，而 从水动力学的本质来看是全面的。这两种因素在分配涂层材料物质的流速中引起了重要的变化。由于容器11上宽部分21上平坦部件45造成的磁通量的分流，在平坦部件45之 间的开口处产生向下的电磁力，在上述的平坦部件45和46之间的涡流改变了循环的方向 熔融涂层向与区域中上面和下面的平面元件之间的所述钢带的相反方向流动。此外，所述 平坦部件45和46像遮流板一样工作着，以此限制容器更宽广部分21的涡流以及将其与下
弯月面隔离。下平坦部件46可以带有一个垂直纵向的部分或投射46’(如图8所示)，垂直方 向从部件46的上表层延伸，其最大延伸与所述部件46宽度相同。所述垂直部分46’用来 偏离或分散强大的喷流，同时促进容器17的注满进程。部件45和46有一个高于所述钢带的Lsteip的纵向延伸L，即L至少等于Lsteip+0. 1H， 这里的H指容器11内的熔融涂层的深度。部件45和46由电介质材料构成，通过主要的磁 通量来修正流入熔融材料的电流循环。它们限定了沿着下弯月面的一条顺直通道区域的感 应电流通过。因此，平坦部件45和46也促使金属浴中下弯月面的感应电流的整流。包含湍流的平坦部件45和46由非磁性的材料或轻铁磁体陶瓷材料构成。它们还 能由导电性低于金属浴17中的熔融材料的金属材料组成，例如，316L不锈钢。纵向平面的平坦部件45和纵向平面的部件46都是基本平行且水平的，优选其横 向尺寸可形成一个最小的开口使得所述钢带在两个平坦部件45与两个部件46之间通过。下平坦部件46有效消除下弯月面的上的熔融涂层中双重涡流的影响。上面的平 坦部件45盖住熔融涂层，以此来防止喷洒，并且将材料推向上升的钢带。图12中上面的图表解释了容器11底部通道27的端壁四处的滴漏机制。当端 壁四绝缘的时候，感应电流的线条在绝缘壁四处成曲线，这里电磁力的垂直部分相应地减 少，因此，液体金属泄漏的可能性就出现了。端壁四处存在导电终端或电极47是本发明方法所要求的，当熔融涂层材料灌注 到容器底部并由一个闭合机构或机械密封10容置于其中，如图14所示。导电壁四与熔融 金属间良好连接使得感应电流有一个与金属浴17中的器壁成直角的磁力线以及穿过支撑 电磁统一水平的所述器壁四，如图12中间的图表所示。在这种情况下，限定通道27的端壁四的导电终端47属于分流及限定一个流过金 属浴17底部的感应电流的低电阻的导电通路。因此，电磁力只具有沿着容器底部的整个开 口 16的垂直的，统一的元件，且减少电磁力的漩涡元件，以致减少下弯月面附近的金属浴 的移动。当线圈4上的电流增加的时候，下弯月面会移动到电极47以上，同时电流会流动 以部分避过电极且部分在顶端进入电极。(如图12中较低图表所示)同样在这种情况下， 可得到均衡的电磁力。灌注容器11可无需闭合机构10 (如图1和图14所示)，通过移动所述终端47上 方下弯月面的位置来利用导电终端47，此外，接受一些被电流吸收装置9阻止的初始的漏磁现象。此外，由于存在下平坦部件46以及其上可能的垂直投射，使得在注满容器11的时 候可以没有包含电子导电元件47，43和44的分流及闭合机构10，但是升高下弯月面所需的 磁场大约为存在分流的两倍。通过提供石墨制且直接连接金属浴的导电终端47和导体44，很可能从金属浴材 料中石墨本身的低导电性中得到益处，因为只有在注满容器11时，电流和支撑电磁才会集 中在邻近终端47金属浴的较低表面；而当容器注满时，更均勻地再分配促进悬于空中下表 面的稳定性。实际上，可相对于中心将电磁炉集中于通道27的端壁四的近端，或者通过使用不 同电子导电材料制成终端47从而使沿着所有通道27的所述电磁力均衡。例如，为了集中 所述电磁力，可使用不锈钢或其它导电性与属浴材料相似或高于的金属；然而为了使所述 力均衡，有可能使用石墨或其它有较低导电性的材料。根据图13中第二个实施例，修正金属浴整个底部或较低自由表面或弯月面的感 应电流的功能通过适当的磁性组件来实现，相反的结构以便确定“磁性窗口”。这些绝缘的 磁性组件设于容器11中且其结构适于确定一个四边形的磁路，其用来集中所述金属浴物 质内磁通量于电路内部以及所述感应电流于电路外。所述磁路的下边位于容器11底部上方0-50mm，优选10_15mm。参照第一个优选变化形式，这些“磁性窗口 ”可制成两对磁性组件M和55 (图13) 的形式，每一对组件M和阳中的部件被集成、固定或锚定到半容器22，且其表面平行于所 述钢带的进料平面，与另半个容器22中安装的另一个组件M和55 (未示出)相应部件的 相对表面接触或不接触。在如图13所示的变化中，磁路或者是“磁窗”由所述两对磁性组件M，55以及为 两对纵向平坦部件45，46所界定。其它所述磁性窗口的变体可包括-两个固体元件，在所述钢带进料平面的左面与右面，整合连接到容器上，例如镶 嵌在两个半个容器22之间；-或者是管，其结构便于界定一个矩形框架，其是被整合、固定或锚定的，例如镶 嵌在两个半个容器22之间。这些“磁性窗口”可以用与容器11以及平坦部件45和46相同的材料制成，也可 以用不同的材料制成。但是任何一种材料都不是导电的。如果采用陶瓷材料，磁性组件M和55将随着容器11 一起连铸和固定，或者作为 可分离组件添加。磁性组件讨和阳最少也应该是部分是由软铁磁体材料组成。例如，通 过直接插入铁磁体材料线，这些铁磁体材料线相互之间是电绝缘的，然后把这线安排在与 金属浴17中磁通量主要穿过的方向相平行的方向上。感应电流很好的避免了两个“磁性窗口”，每一个“磁性窗口”都安排在所述钢带的 进料平面的一侧，由于这些窗口，感应电流圈的下部是直的以便感应电流积聚在下弯月面 附近，因此增加电磁力的势能部分。磁窗的高度等于或小于平坦部件45与相应平坦部件46之间的距离，磁窗被设置 成其相互面对的内墙56、57与平坦部件46中至少一个的侧边相接近或接触。相互面对的内墙56和57之间的距离或者是等于即将镀膜的金属带13的宽度，或者是大于这个宽度。 与相互面对的内墙56和57相反的墙56’，57’也可能有一个最大的相互距离，且相当于轴 向延伸37的纵向延伸。增加的值相当于相互面对的极面38之间的开口最小值。图13所示方案限制了对之前描述的电流分流器43、44和47的应用需要。另一个办法就是，两种用于整流感应电流的系统可能会一起被用到接近金属浴17 中的下弯月面17的地方，也就是电流分流器和磁窗，所以，只有在这个过程的第一步中才 用到电流分流器，在通道27里的金属浴17的下弯月面被称为成对端壁观和四(图6)。当 这个下弯月面移动到通道27时，电流分流器就不再生效了，只有磁窗单独工作。正如前面提到的，通过由感应器3产生的磁场，以及在金属浴17中产生的感应电 流之间的相互作用而产生了磁力，这个力会使熔融金属浴17远离容器底部的开口 16，包括 金属浴17底部通过通道27。在容器11纵向拉伸的任意位置上，金属浴17的底部出现的磁力是向上的，这取决 于(a)局部磁通量的量，以及(b)在这个位置产生的局部电流强度。极面38确保了这个位 置上的磁通量。正如前面提到的，电导线43和44直接使由感应器3产生的感应电流传向 终端或者是电极47，与容器11的底部相邻近。与没有导体时相比，应用了导体43和44后， 感应电流更加聚集在通道27的边部。这就增加了通道27尾部产生向上的磁力，最终将会 降低容器的滴泄漏，尤其是沿着通道27的边部。正如前面提到的，由感应器3得到的磁通量强度取得最大值的位置，正是轴向膨 胀37间开口 39最小的位置。同样地，在金属浴17中产生的感应电流相对较强，而此处开 口 39相对较小，尤其是接近金属浴17底部的位置。另外，终端47会沿着金属浴17底部， 接近通道27的较高部分聚集感应电流。除了产生磁力，由于焦耳作用，感应器3的运作，会使大量的熔融涂料以及铁磁体 板带13、14产生热。这样的熔融材料热是非常强的，尽管有大量的热泄漏，尤其是在沉淀过 滤器7的管线位置。镀锌机器上的容器11主要包括冷藏箱48(图6)，采用一种合理的冷却流体(可以 是汽体，也可以是液体)，来提取所述钢带和熔融材料通过电磁镀锌机1中交变磁场所产生 的大量热。冷藏箱48是以很定的流体流动速率运作的。冷藏箱48中的弯曲的管是由非磁 性钢组成，上面覆盖一层耐高温涂层(如金属氧化物或是碳化物基的)，目的是阻止他们与 流体涂层材料之间相互作用。冷却流体是通过弯曲的管来冷却容器11内的熔融材料的，因 此会使一定量的金属涂层在管的表面固溶形成壳状或者是层状。这固溶而成的壳层可以阻 止由熔融镀槽17引起的管腐蚀。有利的是，平坦部件46的垂直纵向部分或者是投影46’可以用于设置冷藏箱48 中弯曲管的较低部分。更多的好处可以用供给的电导防护物53来描述，如图1和14所示，这将阻止磁通 量穿过所述钢带，并且降低马克斯韦吸引力。这个防护物53的设置与装置10相似，适合于 支持减震器9。如图14所示本发明实施例，描绘了用于开始连续热浸法涂层过程的密封闭合机 构。参考图14，闭合机构10由两个推动台52和一个软耐火材料管组成，其可被外力压碎，这个压力是由两个台52向相反方向运动所施加的，同时推动由软的耐火材料制成的管 在容器11和所述钢带13的底部开口 16入口处运动，导致容器11末端机械闭合，当在所述 钢带13启动之前，这个容器充满熔融涂层材料的情况下，会出现。或者是别的情况下时也 会出现，如缺少提供给感应器的能量。一旦感应器3被磁场激活，金属浴的半悬浮就开始运作，闭合机构10就被打开，所 述钢带13会以一个垂直于金属浴17的方向移动。由于软耐火管，最好是陶瓷为原材料，当闭合机构10运转的时候，这个管可以部 分涂有固溶涂层材料。在随后结束之前以及在通过振荡器9清空容器11中的熔融材料之 后，馈电装置2必须以高频的方式激活，如可以高达400赫兹，目的是通过感应器加热，并且 使软的陶瓷管上残留的固溶材料融化，通过感应器3而弥散的通量来实现这个结果。
权利要求
1.一种电磁设备，通过在熔融金属浴(17)里使用热浸法给平坦金属制品涂层，包括-一个用于容置所述金属浴的纵向容器(11)，其底部设有一个纵向开口(16)，通过所述开口沿所述制品进料平面将其导入所述金属浴，-一个设置在容器(11)周围的电磁感应器(3)，其适于产生穿越所述金属浴(17)的磁 通量，所述感应器内剖面面对所述金属制品的进料平面，接连所述容器的外部剖面(11)，所 述剖面将所述磁通量集结在容器底部窄小下部(20)，从而纵向产生穿越容器(11)底部的 感应电流，进而在该金属浴(17)底部产生最强的电磁力，使得所述金属浴相对于容器底部 悬浮并形成一个下弯月面，-一个校正装置，用于校正在下弯月面的感应电流，以使得所述感应电流在所述下弯月 面整个延伸区内均衡。
2.如权利要求1所述的设备，其中用于校正在下弯月面的感应电流的校正装置，设有 与金属浴(17)不接触的电流导流部分(43，44)，所述电流导流部分(43，44)被连接到设于 所述纵向开口(16)的两个各自端壁(29)上并与所述熔融金属浴至少部分接触的电流导流 终端(47)，所述电流导流终端(47)由熔融金属浴耐性材料制成。
3.如权利要求2所述设备，其中所述熔融金属浴耐性材料可至少包含以下材料中的一 种碳化硅、碳化铜、黑铅、热解黑铅。
4.如权利要求2或3所述的设备，其中所述电流导流部分包括一对垂直导体(44)，其 被设置在构成容器(11)的两个半容器(22)的相应末端，每个垂直导体被连接在容器(11) 的各自端壁(24)，所述垂直导体通过容器(11)外部的一对水平导体(43)相互连接。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述垂直导体(44)为基本L型，且所述导流导电终 端(47)设于所述L型的短臂上。
6.如权利要求4所述的设备，其中所述水平导电装置(43)与容器(11)外壁相连。
7.如前述任一权利要求所述的设备，其中所述容器(11)设有一宽的上部(21)和两对 纵向平坦部件(45，46)，所述部件中每对从所述容器(11)的纵向侧壁(23)突出。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述纵向平坦部件(45，46)中每个的所述纵向延伸 (L)比平坦金属制品(13)的宽度大至少0. 1H，所述H是指容器(11)中熔融金属浴的深度。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述纵向平坦部件(45，46)彼此平行且水平，且其横 向尺寸适于限定用于在每对部件之间通过平坦金属制品通过的最小开口。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述用于整流感应电流的校正装置包括一个电绝 缘磁性组件，该磁性组件设于容器(11)内且结构相反，以便定义一个磁路，所述磁路适于 在金属浴中将磁通量连接到所述磁路内部，并且将感应电流连接到所述磁路外部。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述磁路为四边形，且其下边设于容器(11)底部 上方 0-50mm，优选 10_15mm。
12.如权利要求10或11所述的设备，其中设有两对磁性组件(54，55)，每对部件均集 成到所述半容器(22)且具有与平坦金属制品的进料平面平行的表面，所述表面与设在另 一半容器(22)上的另一对组件(54，55)的反向表面接触或不接触。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述磁路由两对磁性组件(54，55)以及两对纵向 平坦部件(45，46)所界定，每对所述部件从所述容器(11)的纵向侧壁(23)突出，并被设置 分别靠所述容器(11)的宽的上部(21)的上端和下端。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述纵向平坦部件(45，46)中每个的纵向延伸 (L)比平坦金属制品(13)的宽度大至少0. 1H，所述H是指容器(11)中熔融金属浴的深度。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述纵向平坦部件(45，46)彼此平行且水平，且其 横向尺寸适于限定用于在每对部件之间通过平坦金属制品通过的最小开口。
16.如权利要求1所述的设备，其中所述用于整流感应电流的校正装置包括-一个电流分流器，其设有不与金属浴(17)连接的电流导流部分(43，44)，所述电流导 流部分(43，44)被连接到设于所述纵向开口(16)的两个各自端壁(29)上并与所述熔融金 属浴至少部分接触的电流导流终端(47)，-一个电绝缘磁性组件，该磁性组件设于容器(11)内且结构相反，以便定义一个磁路， 所述磁路适于在金属浴中将磁通量连接到所述磁路内部，并且将感应电流连接到所述磁路 外部。
17.是用前述权利要求中任一所述的设备在熔融金属浴(17)中使用连续热浸法给平 坦金属制品涂层的方法，包括以下步骤-通过设于容纳所述金属浴的纵向容器(11)底部的纵向开口(16)沿进料平面将平坦 金属制品导入所述熔融金属浴(17)中；-产生成穿越所述金属浴(17)的磁通量，所述磁通量在所述容器的窄小下部(20)集 中，从而诱导生成纵向穿越所述容器(11)底部的感应电流，并在金属浴(17)底部形成最强 的电磁力，以使得所述金属浴相对于容器底部悬浮并形成其下弯月面，其中在所述下弯月面末端进行所述感应电流整流，以使得所述感应电流在所述下弯月 面整个延伸区内均衡。
全文摘要
一种电磁设备，其用于在小熔融金属浴中使用连续热浸法给平坦金属制品涂层，其设于钢带导向轧锟上方，所述设备不仅适于容纳熔融涂层材料于所述金属浴中，且通过特定电磁性组件进一步消除了所述容器下方钢带通过用开口处的滴漏。
文档编号C23C2/24GK102105616SQ200980125504
公开日2011年6月22日 申请日期2009年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者安娜斯塔莎·柯列斯尼金克, 安德雷·库杜缇, 安纳多利·柯列斯尼金克, 法比奥·古斯塔尼, 米罗德·帕里克, 维克多利亚·布尔雅克, 阿尔弗雷德·博洛尼 申请人:达涅利机械工业有限公司