用于在较高的温度下介质中的中空体中减压的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及材料科学领域并且涉及一种用来在较高的温度下的介质中的空腔中减压的装置，譬如其例如在金属加工业中可以用于金属材料热浸镀覆层用的装置。本发明的任务在于说明一种装置，通过该装置可以在中空体的内腔中以可靠且受控的方式实现减压，并且同时可以延迟或者完全防止在较高的温度下的介质的渗入。这个任务通过用于在较高的温度下的介质中的中空体中减压的装置得到解决，在该装置中，在中空体的并非用于预定用途的区域中存在至少一个通向中空体的空腔的开口，其通过至少一个由可渗透气体的金属或陶瓷材料制成的构件而相对中空体的周围介质封闭。
【专利说明】用于在较高的温度下介质中的中空体中减压的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料科学和冶金学领域，并且涉及一种用来在较高的温度下的介质中的中空体中减压的装置，譬如该减压装置例如在金属加工业中可以用于金属材料热浸镀覆层用的装置。
【背景技术】
[0002]金属材料通过金属敷层的热浸镀精制是表面精制的一种既定并公知的方法，以便改进产品的使用性能和腐蚀性能。在此，待覆层的金属预制材料被短暂地浸入到金属的覆层浴中。在束状的或扁平产品(如线或带)热浸镀精制的情况下，连续的流程是适当的，在其中待覆层的产品经过覆层浴数秒。为此，作为应用情况，扁平钢产品通过基于Zn合金或A1合金的金属的连续式热浸镀精制是公知的。这种热浸镀覆层设备的结构条件不可避免地要求扁平产品的通过线的转向和稳定化。这通常通过充分公知的辊系统来实现(DE19 511943A1 ；W02006/002 822A1 ；EP1 518 003B1)。
[0003]由于经济上的约束，保持小的运行成本、避免设备停机并且保证高的产品质量存在有在整体上减小磨损、特别是对辊系统减小磨损的要求。当在金属的覆层浴中持续使用时，由于高的机械和化学磨损与热负荷的结合，它们的使用寿命是有限的。在此，同样影响磨损度和产品质量的旋转阻力、惯性矩和滑动倾角(Schlupfneigung)基本上可以通过辊系统的结构而受到影响。
[0004]根据经验，中空辊有关于此地相对实心辊或开口辊拥有优点。然而力求使用的中空辊引起在内腔中过压的危险。这种过压由于覆层浴的高温(约400°C到800° )而由例如气体和/或液体或湿气的蒸发和气体膨胀造成，该气体和/或液体或湿气在中空辊制造时渗入到内腔中。在熔融浴中使用起初是冷的中空辊时或者之后内腔均匀加热的情况下，发生体积膨胀和压力形成。由此，可能造成不期望的变形或者在最坏的情况下造成中空辊的爆裂。爆裂不仅干扰运行过程，而且对于设备操作人员是有着实际的生命危险的:没有预警地突然并急剧地施放的过压可能会把熔融流动的覆层材料由罐中抛出来。
[0005]有针对性地经由排气装置导出过压变为特别困难的，这是因为应当避免覆层浴渗入到中空辊的内腔中。因此放弃使用中空辊往往是有利于工作安全的。
[0006]但是，除了热浸镀覆层设备中的中空辊的所描述的疑难之外，在具有较高的温度的、特别是热熔融的环境中应用封闭的中空体时也存在减压/压力下降的问题，这是因为通常的排气装置，例如阀或管套管是生产成本高昂并且是要完善地维护的。
[0007]对于用于在金属的覆层浴中的中空辊的排气，现有技术公开了不同的解决方案。
[0008]根据DE10 2007 045 200A1公知了一种中空辊，其带有通过辊轴颈的排气通道。排气通道将在轴颈轴承中的充气的空间区域与辊的内腔连接。此外，该空间区域经由第二排气通道与覆层浴液面的上方的大气压连接。通过辊轴承(Rollenlager)的封闭结构阻止了熔融金属渗入到排气腔中。
[0009]由W02006002822A1和DE10 319 840B3公知了结构，其中，辊的内腔同样经由排气通道与辊轴承中的膨胀腔连接。这种膨胀腔可以再次通过其他通道向环境大气排气。在这种情况下，应当用电感线圈避免熔融金属渗入到膨胀腔中。
[0010]根据DE43 07 282C2，公知了在中空辊的轴颈(Zapfen)和支撑臂中的气体转移孔。然而这些孔没有进一步详细说明。
[0011]由DE10 2009 040 961A1在原则上公知了一种在中空体中通过闭锁件封闭排气孔的方案。然而其所描述的工作方式对于浸入在覆层液中的中空辊是无法应用的。
[0012]对于热浸镀覆层设备的运行经验表明，伴随着停机时间和等待时间的延长，不能持续地避免熔融流动的覆层浴渗入到轴颈支承机构中。因此，根据DE10 2007 045 200A1和DE10 319 840B3的结构上的解决方案在日常运行中仅能够断言为有缺陷的。而根据DE43 07 282C2的结构上的、简单的解决方案没有有效地避免覆层浴渗入到排气孔中。如果在那里形成熔渣，那么可能造成排气孔的难以辨识的闭塞。这是有很大的潜在危险的，因为可能发生无意识使用在内腔中可能出现的过压能够不受控地排出的中空辊。因此，迫切地推荐设备操作人员放弃采用根据DE43 07 282C2所列出的解决方案。
[0013]总的来说， 所有根据现有技术公知的、用来给用于在较高的温度并且特别是在金属的覆层浴中的中空辊或者其他中空体排气的解决方案都具有显著的缺陷。长产品的连续的热浸镀精制在原则上提出了延长浸浴装置的使用寿命以及保证产品质量的挑战。
【发明内容】
[0014]本发明的任务在于说明一种用于在较高的温度下的介质中、特别是在熔融物中的中空体中减压的装置，通过该装置可以在中空体的内腔中以可靠且受控的方式实现减压，并且同时可以延迟或者完全防止在较高的温度下的介质的渗入。
[0015]该任务通过在权利要求中说明的发明解决。有利的设计方案为从属权利要求的主题。
[0016]在根据本发明的、用于在较高的温度下的介质中的中空体中减压的装置中，中空体的并非用于预定用途的区域中存在至少一个通向中空体的空腔的开口，其通过至少一个由可渗透气体的金属或陶瓷材料制成的构件而相对中空体的周围介质封闭。
[0017]有利的是，存在金属的中空体，更加有利的是，作为金属的中空体存在热浸镀覆层设备的辊。
[0018]此外，有利的是，在温度至少超过材料的熔点和/或软化点的情况下在熔融物、液体和/或气体中存在中空体。
[0019]同样有利的是，中空体存在于由金属或金属合金、玻璃或聚合物构成的熔融物中。
[0020]并且还有利的是，该构件布置在侧面区域中和/或轴承区域中。
[0021]以下也是有利的，即，该构件在辊状中空体的情况下布置在端面中和/或布置在用来支承辊状中空体的轴颈中，其中，更加有利的是构件布置在辊状中空体的轴颈中，该轴颈的内部空腔与辊状中空体的空腔相连接。
[0022]当构件构造为盘时同样是有利的。
[0023]此外以下也是有利的，即，多个构件布置在多个开口中，或者在一个开口中彼此前后相继地布置多个构件，其中更加优选的情况是，在一个开口中彼此前后相继地布置多个构件，而各个构件由不同的材料构成。[0024]并且当构件具有结构化部(有利地为局部厚度减少部)时，也是有利的。
[0025]以下也是有利的，即，构件由多孔陶瓷材料构成，其中，更有利的是作为陶瓷材料存在:多孔陶瓷材料或者由不同材料构成的多孔复合物材料，并且更有利的是作为陶瓷材料存在:氧化物陶瓷和硅酸盐陶瓷，例如氧化铝、堇青石、滑石、氧化镁、氧化锆、硅酸锆、钛酸铝；或者非氧化物陶瓷，例如氮化硅、SiAlONe (赛隆陶瓷)、氮化铝、碳化硅、碳化钛、二硼化钛；或者碳材料，例如石墨或玻璃碳；或者复合物，如碳键合(kohlenstoffgebunden)的氧化物或者硬质金属。
[0026]同样有利的是，构件具有在10_14m2到10_8m2的范围中的气体渗透率，有利地在10_13m2 到 10_1Qm2 范围中。
[0027]根据本发明，根据本发明的装置用作过压防护或者爆裂防护。
[0028]有利地，在爆裂压力在0.5MPa到2MPa的范围内的情况下作为爆裂防护使用该装置。
[0029]通过根据本发明的解决方案首次实现了，在较高的温度下的介质中、特别是熔融物中对中空体可靠并受控地减压。由此特别是明显地改进了带有这种中空体的设备的工作安全。
[0030]同时根据本发明延迟了或者完全避免了在较高的温度下的介质、特别是熔融物渗入到中空体的内腔中。
[0031]根据本发明，作为在较高的温度下的介质应当理解为熔融物、加热的液体和/或加热的气体或蒸汽。
[0032]在本发明的范畴中作为介质应当理解为熔融物、液体和/或气体，其中，根据本发明的解决方案特别是用于熔融物并且更确切地说用于金属或金属合金、玻璃或聚合物的熔融物。
[0033]相应地，对于在本发明的范畴中针对熔融物的较高温度理解为这样的温度，在该温度下材料被加热直至至少超过熔点和/或软化点。在此，概念“较高的温度”是与中空体的、在中空体与介质形成接触之前的起始温度相比较。介质具有比中空体较高的温度，由此，在介质中使用中空体时，由于温度均衡化在中空体中发生温度升高，由此再次产生在中空体内部的气体的体积膨胀，其在内部导致不期望的压力升高。在多数情况下，中空体具有约-5°C到40°C的初始温度，而通常较高的温度为高于80°C，在金属熔融物的情况下为在350°C到800°C或者更高温度。
[0034]令人惊讶地，提出的任务由以下解决，即，中空体在相应的位置设置根据本发明的构件。在这些位于中空体的并非用于预定用途的区域中的相应的位置上，要引入或要存在、或者已引入或已存在开口，根据本发明的构件被安装到这些开口中。
[0035]有利地，根据本发明的构件构造为盘的形式并且更加有利地为由多孔的陶瓷材料制成的陶瓷盘，其在介质下和较高的温度下至少在较长的时间段上没有显出腐蚀现象和/或毁坏现象。
[0036]在热浸镀覆层设备的中空辊的情况下，用于预定用途的区域理解为中空辊的周侧面，这是因为在那里待覆层的物件与中空辊发生接触。根据本发明的构件可以安装在中空辊的所有其他位置上。有利地，构件安装在中空轴颈中，从而中空辊的空腔的环境状况贴靠在构件的一侧上而熔融物贴靠在另一侧上。在此要注意的是，根据本发明的构件应当在边沿上不透气地安装到中空辊中，由此根据本发明的构件在气体渗过的情况下不会从中空轴颈中被压出来，并且另一方面熔融物不会在那里渗入到中空轴颈的内腔中。这例如可以通过含碳的密封材料实现。根据本发明的由可渗透气体的材料制成的构件由此使中空体的空腔相对于熔融物封闭。根据本发明的可渗透气体的材料是多孔的，并且由此相对于气体是可穿透的，该气体由内腔泄露并且因此导致减压和卸压。
[0037]此外，多孔的材料的特征在于孔隙特性，孔隙特性同时避免了熔融物通过材料渗入到中空体的内腔中，并且特别是中空辊内腔的内腔中。
[0038]这一点由此实现，即，如此选择多孔材料的润湿性能，使得或者由于差的润湿不能实现熔融物的渗入，或者仅不充分地实现熔融物的渗入；或者在润湿的情况下虽然熔融物渗入到多孔材料中，但是熔融物由于高毛细力而附着在那里并且不渗入到中空体内腔中。当毛细力高于由熔融物作用到空腔上的所谓的流体静压力时防止了渗入，流体静压力在热浸镀覆层设备的中空辊的情况下通过中空辊在熔融浴中浸入的深度、熔融物的密度以及地心引力确定。 [0039]多孔材料的选择可以在考虑润湿行为、环境因素、特别是熔融物的表面张力和多孔材料的孔隙特性(孔径)的情况下根据公知的所谓沃什伯恩(Washburn)公式并且通过调整在使用中出现的流体静压力由本领域技术人员容易地实现。
[0040]与熔融物相接触的多孔原料的毛细力通过沃什伯恩公式说明:
【权利要求】
1.一种用于在较高的温度下的介质中的中空体中减压的装置，在所述装置中，在所述中空体的并非用于预定用途的区域中存在至少一个通向所述中空体的空腔的开口，所述开口通过至少一个由能渗透气体的金属或陶瓷材料制成的构件而相对所述中空体的周围介质封闭。
2.根据权利要求1所述的装置，在所述装置中存在金属的中空体。
3.根据权利要求2所述的装置，在所述装置中存在热浸镀覆层设备的辊作为金属的中空体。
4.根据权利要求1所述的装置，在所述装置中，在温度至少超过材料的熔点和/或软化点时在熔融物、液体和/或气体中存在所述中空体。
5.根据权利要求1所述的装置，在所述装置中，所述中空体存在于由金属或金属合金、玻璃或聚合物形成的熔融物中。
6.根据权利要求1所述的装置，在所述装置中，所述构件布置在侧面区域中和/或轴承区域中。
7.根据权利要求1所述的装置，在所述装置中，所述构件在辊状中空体的情况下布置在端面中和/或布置在用来支承所述辊状中空体的轴颈中。
8.根据权利要求7所述的装置，在所述装置中，所述构件布置在所述辊状中空体的轴颈中，所述轴颈的内部空腔与所述辊状中空体的空腔相连接。
9.根据权利要求1所述的装置，在所述装置中，所述构件构造为盘。
10.根据权利要求1所述的装置，在所述装置中，多个所述构件布置在多个开口中，或者在一个开口中彼此前后相继地布置有多个构件。
11.根据权利要求10所述的装置，在所述装置中，在一个开口中彼此前后相继地布置有多个构件，其中，各个所述构件由不同的材料构成。
12.根据权利要求1所述的装置，在所述装置中，所述构件具有结构化部，有利地为局部厚度减少部。
13.根据权利要求1所述的装置，在所述装置中，所述构件由多孔陶瓷材料构成。
14.根据权利要求13所述的装置，在所述装置中存在多孔陶瓷材料或者由不同材料构成的多孔复合物材料作为陶瓷材料。
15.根据权利要求14所述的装置，在所述装置中，作为陶瓷材料存在氧化物陶瓷和硅酸盐陶瓷，例如氧化铝、堇青石、滑石、氧化镁、氧化锆、硅酸锆、钛酸铝；或者非氧化物陶瓷，例如氮化硅、SiAlONe、氮化铝、碳化硅、碳化钛、二硼化钛；或者碳材料，例如石墨或玻璃碳；或者复合物，如碳键合的氧化物或者硬质金属。
16.根据权利要求1所述的装置，在所述装置中，所述构件具有在10_14m2到10_8m2的范围中的气体渗透率，有利地在10_13m2到10_1(lm2范围中。
17.根据权利要求1至16中至少之一所述的装置的作为过压防护或爆裂防护的用途。
18.根据权利要求17所述的装置的用途，用于在爆裂压力在0.5MPa到2MPa的范围中的情况下作为爆裂防护。
【文档编号】F16C13/02GK103649360SQ201280034009
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2011年7月8日
【发明者】克里斯多佛·古泽克, 弗兰克·艾斯纳, 约阿希姆·许尔斯特龙, 弗雷德·金德拉, 贝尔特-海纳·维勒克, 马克·布卢梅瑙, 马库斯·科瓦克, 格德·延德里舍克, 艾尔弗雷德·佩茨, 鲁道夫·舍嫩贝格, 约尔格·阿德勒, 海克·海默 申请人:蒂森克虏伯钢铁欧洲公司, 弗朗霍夫应用科学研究促进协会