专利名称：金属条形材料浸涂表面喷气整修方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明有关金属丝液态金属槽浸涂材料的改良擦拭方法，有关进行这方法的设备，并有关设备中的气擦喷咀。
当将金属线或金属条等材料的细丝，放在诸如熔化锌，铝或其合金中浸涂时，一般必须在丝条表面上除去过多的涂敷材料。已有许多已知的方法进行这操作，其中之一一般称为喷气擦拭。在喷气擦拭法中，用一个气流冲撞丝条，剥除上面的多余材料。典型喷擦设备及其喷咀在下列专利说明书中有说明，例如美国专利2，194，565;3，060，889;3，270，364;3，611，986;3，707，400;3，736，174;4，287，238等号;澳大利亚专利第458，892;537，944;539，396;544，277等号。
用已知的喷气擦拭法涂敷丝条时，尤其在用诸如锌，铝或其合金等熔化金属涂敷金属线时，有若干问题发生。
对于薄板金属等的平面材料，喷气擦拭对控制材料上涂敷金属的厚度和产生光洁均匀的完成表面有效。对于角形丝条，诸如圆形与非圆形丝，管状材料及窄条等，受擦拭的材料的几何形状影响，招致放在平面材料上不会发生的问题。氧化金属在丝条上的擦拭表面的下面累积，形成围绕丝条全圆周的环或条形。这氧化物的周期性积累，变为足以推开擦拭气流，因为丝条的圆周小，在丝条上形成不利的厚圈或厚条形的涂层。本发明的目的是克服这问题。
先有技艺领域中有许多喷气擦拭法可克服这问题，方法为在丝条离开金属槽和在作擦拭之间，将丝条封闭在有全保护气氛的罩中，例如美国专利第3，707，400及4，287，238号所概述。
美国专利第3，707，400号揭示的方法中的一个问题，是通过调节进入喷气擦咀的气体的量，很难甚至不可能控制涂敷金属的厚度。为能不更换不同尺寸的喷咀而改变涂层的厚度，便必须按与涂层的要求厚度，正比例改变丝条的通过速度，就是减小层厚度时要求减通过速度，而增加涂层厚度时要求增大通过速度。这种为取得涂层的理想厚度而调节丝条通过量的要求是不利的，因为可能妨碍镀锌流水线中其它工序的有效运转，例如热处理及清理工序等，并改变生产的金属丝的质量。
美国专利第4，287，238号揭示的方法中存在的问题，是在喷咀的金属丝孔的表面上形成涂敷金属的溅斑，尤其在擦拭气体的压力和丝条速度较高时。这种溅斑由于擦拭作用可从丝条中清除，但也成为问题，因为溅斑在喷咀的金属丝孔及气孔的表面上迅速增加，最后与丝条接触，干扰气体的有效擦拭作用，造成丝条上的表面缺陷。这方法的另一缺点是气体消耗量相当大，因而用其它的擦拭方法比较经济，例如用软垫擦拭，丝条具体用石绵或类似材料或美国专利第3，892，894介绍的方法擦拭。
据美国专利第4，287，238号所示的方法还另有的问题是擦拭设备的总体积相当大。其总体积表明金属丝在热浸金属槽的出口端，相互间必须比其它方法大的间距，造成产量减低。这方法的一种变化形式如澳大利亚专利第539，396号所介绍，喷气擦拭在无保护罩下进行，其问题如上面就美国专利第4，287，238号中的方法所述，并且在擦拭后另有丝条上留有宽涂层圈的问题，上面也已提到。本发明的目的是克服已知喷气擦拭法和所用设备中的上述缺点。
美国专利第3，736，174号揭示一种喷气擦拭咀，将若干气流在冲撞正在擦拭的丝条前，使气流互相冲击。这种安排使气体在丝条上冲撞的角度可变化。虽然喷咀的某些部分与本发明的喷咀的表面相似，但在总的方面，这专利中的喷咀没有具体结构显示可产生本发明的理想质量。
在控制通过液态金属槽的金属丝上浸涂厚度的喷气擦拭方法中，本发明的第一方面为环形喷气擦拭咀的改进，喷咀有一个上环部和一个下环部，每一环形部有上下环形表面，会合为一相当尖锐的环形缘，上下环部的相邻表面间形成一个环形气道，终止于一个环形气孔，锐缘和气孔形成一个丝条孔，丝条从其中通过，上环部的上表面和气孔排出的气流的行进方向的夹角小于(80-X)°，下环部下表面和排出气道的气体行进方面的夹角小于(70+X)°，其中X为与通过喷气擦拭咀的丝条前进方向垂直的平面和气道排出气体前进方向的夹角，下环部的下表面对正液槽，其位置使该表面和通过喷气擦拭咀的丝条前进方向的最小夹角至少为20°，上环部上表面的位置使表面与通过喷气擦拭咀的丝条的前进方向间的最小夹角最少为10°。
本发明的第二方面为有一个装置持续涂敷通过液态金属槽的金属丝，控制浸涂涂层的涂膜厚度，其中包括a)液态金属浸涂槽，b)加压气体源，c)喷气擦拭咀，有一个上环部和一个下环部，每一环形部有上下表面会合为基本尖锐的环形缘，上下环部的相邻表面间形成一个环形气道，和加压气体源作可控连接，终点为一环形气孔，锐缘和气孔形成一个丝条孔，被擦拭的丝条从里面通过，上环形部上表面和排出气孔的气体的行进方向的夹角小于(80-X)°，而下环部的下表面和气道排出的气体的行进方向的夹角小于(70+X)°，其中X为与通过喷气擦拭咀的丝条行进方向垂直的平面，与气道排出的气体的行进方向的夹角，下环部下表面对正液槽，其位置使该表面和通过喷气擦拭咀的丝条前进方向的最小夹角至少为20°，上环部上表面的位置，使该表面和通过喷气擦拭咀的丝条行进方向的最小夹角至少为10°。
本发明的第三方面为用于控制丝条通过液槽浸涂的喷气擦拭咀，喷咀有上下环部，每一环形部的上下环形表面会合为基本尖锐的环形缘，相邻上下环形部间形成环形气道，终点为一环形气孔，锐缘与气孔形成丝条孔，用于围绕正在擦拭的的丝条，上环部上表面和气孔排出的气体行进方向的夹角小于(80-X)°，下环部下表面和排出气道的气体行进方向的夹角小于(70+X)°，X为与通过喷气擦拭咀的丝条行进方向垂直的平面，与气道排出气体的行进方向夹角，下环部下表面对正丝条从里面通过的液槽，运转时该表面和通过喷气擦拭咀的丝条的行进方向的最小夹角至少为20°，上环部上表面的位置使该表面和通过喷气擦拭喷咀的丝条行进方向的最小夹角至少为10°。
当将本发明的理想实施方案用于铁丝的锌，铝或铝锌合金涂敷时，比先有技艺有下列的优点(1)本发明喷咀擦拭效率比先有领域的设计高很多，因此金属涂层重量一定时，仅需低很多的擦拭气体压力和消耗量。因为擦拭气体在总运转费用中占很大一个部分，这便是一个值得争取的优点。
(2)擦拭作业后，尤其在涂敷速度低，涂层厚度大而擦拭气体压力低时，用本发明的喷咀在防止丝条其余部分上的厚环形涂层圈方面有较大的优点。
(3)可防止喷咀的金属丝孔和气体孔表面上锌的溅污。
(4)用本发明的喷咀时，擦拭气体压力和丝条上涂层厚度的关系，是通过改变气体压力，直接高精度控制或调节涂层厚度。
(5)由于本发明的喷咀有小直径的金属丝孔，气道长度仅足以将气体均匀围绕气孔分布，并不需保护罩或保护腔，因此喷咀的总尺寸小很多。
在本说明书中，“丝条”一词的含义为金属丝，截面可为圆形或非圆形，窄条材料的宽度不大于其厚度的十倍，以及管形材料。非圆形金属丝可为角形截面。
下面主要参照圆金属丝对发明作叙述，但应强调本发明还适用于非圆形金属丝和上述条形材料。
在本说明书中，“气道排出”的气体行进方向”，为便利起见可视为从喷咀径向部分观察时，在下环部上表面和上环部下表面间形成的概念化的中心线。气道的形状最好是上部的下表面和下部的上表面向着气孔逐渐收窄。为将气体按特定角度引导，气孔附近的表面最好从径向部分看时，围绕通过气道的想象中心线对称，气道向理想的方向倾斜。假如中心线非直线，便可能需要实际测量气体排出气道时的行进方向。假如在气道的内部增加环形模压件，分隔成若干气道，从里面排出的气体互相冲撞，如美国专利第3，736，174号所述，则气体行进方向为气流冲撞后的综合方向。如果气流行进方向与丝条行进方向垂直，则角X为0°。如果气流方向与丝条行进方向相反，则角X为正值，如气流方向与丝条行进方向相同则X为负值。最好气道引导气孔排出的气体，与丝条行进方向垂直的平面倾斜约±60°，更好为在+60°至-30范围内，而以+45°至0°为最理想。
喷咀的上下部各有上下表面，该上下表面会合为基本尖锐的环形缘。语汇“基本尖锐环形边缘”用于表示两表面沿一条线或一个位置会合形成的边缘，截去锐边后的厚度约不超过3mm，最好不超过2mm，或倒角圆弧半径约不超过2mm，最好不超过1mm。喷咀下部的下表面和气道排出的气体的行进方向间的角度必须小于(70+X)°。上环部的夹角最好小于80°，小于50°更好，最理想为小于40°。喷咀上部的上表面和气道排出的气体的行进方向的夹角必须小于(80-X)°。下环部的夹角最好小于70°，更好为小于50°，以小于40°为最理想。
上下部的相邻表面，即上部的下表面和下部的上表面间形成终点为气孔的气道。于是在喷咀的上下部间的环形边缘间形成气孔。气道与适当的喷气擦拭气体源连接，诸如空气或氮。气道最好有一环形挡圈，形成气道中的缩颈，设计可保证围绕气孔有均匀气压。最好有多个进气源，在喷咀周围等距布置，进一步提高气流在气孔周围的均匀分布。气道径向长度以仅足以将气体在气孔周围均匀分布为高度理想。气道最好是上环部的下表面和下环部的上表面，在向着剖面观察时互相逐渐接近，临近气孔时，距离至少为2mm，但最好至少为6mm。
最好喷咀有一个丝条孔，其丝条及丝孔有均匀的间隙，并需尽可能小，而又服从金属丝不与环形模压件的边缘接触的要求。丝条及丝孔的间隙最好小于10mm，以小于7.5mm更好，而以小于4mm为最好。丝孔的这些理想间隙距离据认为小于先有领域的喷气擦拭咀。据发现，使用丝孔的小间距，有助于较小量的气体而取得光洁均匀的涂层。从喷咀中通过时，约束金属丝使其横向活动量越小，便可使金属丝的间隙也越小。为进一步限制金属丝的横向活动，可用一个金属丝从里面通过的导丝器，其尺寸仅稍微大于金属丝。将这导丝器沉没在熔化金属槽中，将其放在喷咀孔的垂直下方，与金属丝同轴线。用这种导丝器可进一步减小丝条与喷咀丝孔的间隙尺寸。
在本发明的理想实施方案中，喷气擦拭咀在液槽液面上方的高度应尽可能低，而同时防止液槽中溶液表面飞溅。理想中当将丝条从液槽中拉出时，喷咀的喷气在槽中的液面上，围绕丝条吹成一个平静的凹潭，不造成槽中液面的飞溅。如喷咀离槽中液面过高，则擦拭的有效性降低，损害丝条的表面质量。在典型的应用中，喷咀气孔最好距槽中液面10至200mm，以15至100mm较理想。
如喷咀的上下部的相对位置，可在喷气擦拭咀的轴向上相互调节，使气道的宽度和气孔的宽度可变化。在本发明的一个理想实施方案中，这调节用上下部的螺纹啮合进行，两者的相对旋转可使气道的宽度变化。任何改变气孔宽度的其它措施也都可使用，例如可将一个部分相对于另一部分轴向滑动，或在喷咀的上下模压件之间放置填隙片。
下面作为举例参照附图叙述本发明的一个理想实施方案，附图如下
图1为本发明喷气擦拭咀的剖视。
喷气擦拭喷10用于配合钢丝镀锌使用。将钢丝25从熔化锌槽24中通过，围绕一个滑块28牵引，在通过放在锌槽24的液面以上20mm的喷气擦拭喷咀10前，先垂直通过导丝器27。镀锌钢丝通过喷气擦拭咀10后，用传统冷却装置(未示)冷却。
喷气擦拭咀10有一个上喷咀部11和一个下喷咀部12。每一个喷咀部11及12分别有上表面13及14和下表面15及16。上下表面分别会合为尖锐的圆边缘17及18。在表面14及15间形成气道19，终点为环形气孔20。气孔附近的表面14及15间的中心线，处在垂直于钢丝的水平面中。表面13和中线的夹角为35°，表面16和中线的夹角为35°。钢丝25和每一表面的夹角为55°。
喷咀上下部11及12在其外圆周上都有螺纹，可和喷咀本体21啮合。将喷咀部分的一个或两个11及12相对于本体21旋转，改变气道19的宽度。气道19和在部分11，12及主体21间形成的气室接通。进气口23通入喷咀10，通过主体21通入气室22。挡气板26放在气道19内，保证擦拭气体从进气口23到气孔20的均匀流动。
将一种气体，最好是非氧化性气体，诸如氮之类通过进气口23引入，从进气口通过气室22引入环形气管19。气管19排出的气体冲撞钢丝25，擦去从喷气擦拭咀10中通过的钢丝25上的多余熔化锌。
在本发明的一种典型方法中，将通过锌槽24的2.50mm钢丝，在60公尺/分钟速度下，垂直向上通过喷咀10。气孔为0.50mm，丝孔边缘17及18和钢丝25间的间隙为3.75mm。用氮气作擦拭气，压力为6KPa，流速在标准温度和压力下为4.5公尺/小时。据发现擦拭的钢丝有光洁的锌涂层，没有涂层圈和其它表面缺陷，涂层重量为281克／公尺。甚至在起动后许多小时，未发现锌在喷咀10上飞溅。
权利要求
1.一种控制通过液态金属槽在金属丝上覆盖浸涂膜的喷气擦拭方法，其特征在于一个环形喷气擦拭咀有一个上环部和一个下环部，每一环形部有上下环形表面，会合为基本尖锐的环形边缘，上下环形表面形成二者间的环形气道，终点为一环形气孔，边缘与气道形成一个丝孔，丝条从里面通过，上环部上表面和气孔排出的气体行进方向的夹角小于(80-X)°，下环部下表面和气道排出的气体的行进方向的夹角小于(70+X)°，X为与通过喷气擦拭咀的丝条行进方向垂直的平面和气道排出的气体行进方向的夹角，下环部的下表面对正液槽，其位置使该表面和通过喷气擦拭咀的丝条的前进方向间，最小夹角至少为20°，上环部的表面的位置，使表面和通过喷气咀的丝条行进方向的最小夹角至少为10°。
2.一种在通过液态金属槽的金属丝上连续敷设并控制浸涂膜厚度的设备，包括下列各项a)液态金属涂敷槽，b)加压气体源，c)一个喷气擦拭咀，设备的特征在于喷气擦拭咀有一个上环部和一个下环部，每一个环部有上下表面，会合为基本尖锐的环形边缘，相邻上下环部形成一条环形气道，与加压气体源连接运转，终点为一环形气孔，边缘与气口形成一个丝孔，擦拭中的丝条从其中通过，上环部上表面和排出气孔的气体与行进方向的夹角，小于(80-X)°，下环部下表面和气道排出的气体行进方向的夹角，小于(70-X)°，X为与通过喷气擦拭咀的丝条行进方向垂直的平面，和气道排出的气体行进的方向的夹角，下环部下表面对正液槽，其位置使该表面和通过喷气擦拭咀的丝条行进方向的最小夹角，至少为20°，上环部的表面的位置，使表面和通过喷气咀的丝条的行进方向的最小夹角至少为10°。
3.一种用于在通过液态金属槽的金属丝上控制浸涂膜的喷气擦拭咀，其特征在于有一个上环部和一个下环部，每一环部有上下环形表面会合为基本尖锐的环形边缘，上下环部的相邻表面形成环形气道，终点为一环形气孔，边缘和气孔形成丝条孔，用于围绕正在擦拭的丝条，上环部上表面，和气孔排出的气体的行进方向，夹角小于(80-X)°，下环部下表面，和气道排出的气体的行进方向，夹角小于(70-X)°，X表示与通过喷气擦拭咀的丝条行进方向垂直的平面，和气道排出的气体行进方向的夹角，下环部的下表面对正一个液槽，丝条从液槽中通过，其位置使表面或通过喷气擦拭咀的丝条的行进方向的最小夹角最少为20°，上环部表面的位置，使表面和通过喷气咀的丝条的行进方向的最小夹角至少为10°。
4.如权利要求1所述之方法，其特征为金属丝为圆截面钢丝，液态金属涂层为锌，铝或铝/锌合金。
5.如权利要求1所述之方法，或权利要求2所述之设备，或权利要求3所述之喷气擦拭咀，而特征为上环部夹角小于80°，最好小于50°，而最理想为小于40°，下环部小于70°，最好小于50°，而以小于40°更理想。
6.如权利要求1所述之方法，或如权利要求2所述之设备，或权利要求3所述之喷气擦拭咀，其特征为气道在径向上的长度，仅足以在丝条周围均匀分布气体。
7.如权利要求6中所述之方法，或设备或喷气咀，其特征为气道上环部的下表面，和下环部的上表面，当在径向部分上观看时，向着气孔互相逐渐靠近，临近气孔前侧时距离至少为2mm，最好至少为6mm。
8.如权利要求1所述之方法，或权利要求2所述之设备，或权利要求3所述之喷气擦拭咀，其特征为气道将气孔排出的气体引导，与丝条行进方向垂直的平面倾斜+60°至-60°，以+60°至-30°较理想，更理想为+45°至0°。
9.如权利要求1所述之方法，或权利要求2所述之设备，或权利要求3所述之喷气擦拭咀，其特征为上下环部的环形边缘，量度为与丝条距离小于10mm，以小于7.5mm为理想，更理想为小于4mm。
10.如权利要求1所述之方法，或权利要求2所述之设备，其特征为喷咀的气孔离液槽中的液面10至200mm，最好为15至100mm。
11.如权利要求1所述之方法，或权利要求2之设备，或权利要求3所述之喷气擦拭咀，其特征为利用装置使上下环部的相对位置可在喷气擦拭咀的轴向上调节，使气道的宽度可变化。
全文摘要
用定型喷气擦拭喷嘴擦去金属丝或管上多余的熔化金属，可改进该金属丝或管的外观。喷嘴上下部各有会合为尖锐边缘的上下表面。相邻上下部形成终点为气孔的气道。被擦拭的丝或管从气孔中通过。上部上表面与排气流向夹角小于(80-X)°，下部下表面和排气流向的夹角小于(70+X)°。X为与钢丝行进方向垂直的平面，和气流方向的夹角。下部下表面正对液面，该表面和钢丝行进方向最小夹角不小于20°，上部上表面的位置使表面与钢丝的最小夹角不小于10°。
文档编号C23C2/38GK1040629SQ89106690
公开日1990年3月21日 申请日期1989年8月22日 优先权日1988年8月24日
发明者马尔科姆·阿伦·罗伯特逊 申请人:澳大利金属金丝工业有限公司