专利名称：用于控制平的金属制品上的涂层厚度的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在通过热浸渍，英文术语也简称为"热浸"来进行带的连续电镀工
艺的过程中控制诸如钢带的平的金属制品上的涂层厚度的方法和装置。 现有技术 在通过浸渍在热浴中进行的电镀工艺中，将在非氧化性/还原性气氛中被合适地 热预处理过的金属带浸在熔融Zn的浴(440°C _470°C )中，并通过浸渍在浴中的辊子将金 属带沿竖直方向引导出来。 在通过熔融浴的过程中，被带浸提的液态Zn的量由重力与粘性力之间的平衡决 定，而沉积到带的两个表面上的液态Zn层的厚度的结果与带的速度以及熔融Zn的物理性 能，例如动力粘度和表面张力成比例。 为了将沉积到带上的Zn层的厚度减小至带的最终应用规范所要求的那些值，通 常使用气体射流或刀片，在英语中称为"气刀"或通常是蒸汽或^的一些其他气体的射流或 刀片。 所采用的装置通常包括两个具有矩形截面或一些其他形式的截面的喷嘴，这两个 喷嘴设置在带的两侧，离带和Zn浴的自由表面预定的距离处，气体射流在室温下从这两个 喷嘴有利地喷出。这些气体射流起到减小覆盖带的表面的锌层厚度，迫使部分液态金属回 到浴中的作用。 相同类型的工艺可以用于用Zn-Al、铝和锡合金来涂覆金属带。 气刀的特征为冲击区上的压力分布非常窄，例如只有几毫米宽，诸如3mm-5mm，以
及存在较大的剪切应力作用区。由于液态锌的厚度上的压力梯度，所以压力分布的主要作
用是产生力，该力很急地切割流体裂缝并减小涂层厚度，将任何过量的Zn输送回浴中。当
气体射流垂直于带表面时，此力的值处于其最大值。 最终的涂层厚度值还由气体产生在带上的剪切应力的作用确定。当气体射流垂直 于带表面时，此值处于其最小值。冲击电镀的带并且然后在带表面上流动的气体使锌和带 冷却，尤其使气体的冲击区冷却。 因为涂层的最终厚度与带的速度成比例，所以为了以增加的速度获得相同的厚 度，必须增加由气刀施加的压力。通过提高气体流速或减小气刀喷嘴的开口就实现了此效 果。 国际标准和市场需求已经建立了适合于连续工业化应用的不连续数目的可容许 的涂层厚度和各自的容限。而且产生要求的厚度，还需要在电镀表面上获得恒定的厚度水 平和最大的均匀性，以保证涂层质量并使获得确定的涂层所需要的Zn的量减少至最少，从 而提供经济优势。 气刀技术的主要不足之处在于带来了强劲的冷却，且因此在气刀的作用下，Zn过 早凝固，当为了获得逐渐变薄的涂层而增加供给压力时尤其如此。这意味着降低了Zn厚度 减小的效力。
使用气刀技术的其他劣势表现为所应用的涂层缺乏均匀性，且受限的带速度导致 有限的生产率。 带的中心相对于带边缘存在的不同的流体动力学和热状况引起了非常重要的问 题。实际上，此状况导致涂层厚度沿着带的整个宽度缺乏均匀性，且均匀性的缺乏在边缘处 更严重。实际上，带的边缘比带的中心冷却得更快，这产生了液态Zn的物理性能的变化，尤 其是动力粘度的变化，此变化产生表面力(马朗戈尼效应)，从而引起涂层在边缘附近的积 聚。使用气刀或罩以偏斜带边缘处的气体射流，或使用增加边缘上的气体流速的蝶形喷嘴 只部分地解决了此问题。 涂层在边缘附近积聚除了产生有关线组的问题以及继而产生电镀带的平面度的
问题之外，当带受到连续处理时，还引发涂层性能的均匀性问题，上述处理例如在接近锌的
熔点的温度下加热并维持合适的时间，在英语中称为"锌镀层退火"的处理。而且，此积聚
并不允许使获得给定涂层所需的Zn的量减少至最少，这产生了经济劣势。 另一个问题表现为下述事实由于用于压力的应用区非常有限，所以Zn厚度的变
化非常急，且根据气体流速和也极度依赖于射流相对于带表面的倾斜角的剪切应力，对沉
积到带上的给定的最终厚度的Zn来说，带在涂层表面上进行输送存在速度限制，涂层表面
经受不稳定性和波形成而达到向气刀附近的环境中释放液态滴和固态滴的程度。此现象称
为"飞溅"，该现象通常由总是发生在带上的振动和振荡增强。"飞溅"既因形成"射流线"而
对产品质量带来大问题，又因释放粉尘而对环境安全带来大问题，且这表现为限制实际的
电镀车间的生产率的其中一种主要原因。 气刀技术方面的限制还表现为下述事实气流产生了涂层氧化，这使强度的增加 与速度和气体流速的增加成比例。这在最终产品中产生了缺陷并促使粉尘释放入环境中。 用于避免此缺陷而使用诸如^的惰性气体来实现的切割系统只能够解决部分问题，且当与 常用的气刀系统相比，在任何情况下成本都较高。 另外的限制涉及事实一旦带的输送速度固定下来，那么涂层的最终厚度取决于 压力梯度力的峰值，但是空气或气体的压力必须维持在某一限制内，以便防止达到超声波 空气速度以及防止因此产生的振动、击打和带位置的不稳定问题以及车间内过大的噪声水 平。 因此，在涂层的最终厚度固定在相对减小的值的情形中，由于不可能使空气压力 增加得太大，所以必须降低带速度，且因此还降低了生产线的生产率，且这与目前在销售竞 争力方面要求超过200米/分钟的速度的需求形成对比。 基于此原因，能够克服上述缺陷的方法和相关装置必须实现对离开热浴的金属制
品上的涂层厚度的控制。 发明概述 本发明的第一个目的是提供一种方法和相关的装置，其在通过热浸例如，诸如钢 带的平的金属制品来进行的连续电镀的最终步骤的过程中，通过联合使用交替的单相或脉 冲电磁场和气体射流来实现受控地去除过多涂层的操作，以便有效地控制涂层重量和涂层 分布的均匀性，从而通过涂层的局部感应加热来抵消气刀的冷却作用。 第二个目的是联合使用气刀和磁场，从而产生与气动压力相互配合的电磁力，以 便降低空气供给压力且因而减少"飞溅"和涂层氧化的问题。
第三个目的是使用磁场与气刀相配合来加热液态锌，以便局部地降低液态锌的动 力粘度和表面张力，且因而减少由气刀引起的"飞溅"现象。 本发明的另一个目的涉及提高带的输送速度的可能性，且因此使目前的电镀线的 生产率最大。 为了实现前述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种用于控制平的金属制 品上的涂层厚度的方法，制品界定当其在连续的热浸电镀工艺中离开熔融的涂层材料的浴 时的输送方向，其中，提供了用于产生至少一种交替的或脉冲的单相磁场的第一设备和用 于产生气体射流的第二设备，该第二设备适合于产生被引导在所述制品的主要伸出部分的 表面上的气体射流，两个所述设备设置在所述表面的附近，根据权利要求1，所述方法包括 下述步骤 a)通过在制品的所述表面附近的所述第一设备产生至少一种交替的或脉冲的单 相磁场，所述磁场引起感应电流分布在表面上，以便在所述表面上产生至少一个加热区；
b)在所述至少一个加热区处通过所述第二设备产生气体射流，以便沿着制品的总 宽度获得预定的均匀的涂层厚度。 本发明的第二个方面提供了一种用于控制平的金属制品上的涂层厚度的装置，制
品界定当其在连续的热浸电镀工艺中离开熔融的涂层材料的浴时的输送方向，根据权利
要求13，该装置包括用于产生至少一种交替的或脉冲的单相磁场的设备，其适合于产生感
应电流在所述制品的主要伸出部分的表面上的分布，以便在所述表面上产生至少一个加热
区，以及用于产生气体射流的设备，其适合于产生被引导在所述表面上的气体射流，两个所
述设备设置在所述表面的附近，用于产生气体射流的设备设置在所述至少一个加热区之上
或设置在所述至少一个加热区处，以便沿着制品的总宽度获得预定的均匀的涂层厚度。 根据电磁感应定律，通过在带的主要伸出部分的表面附近施加至少一种交替的感
应磁场，带材料中和仍旧呈液态的涂层材料中存在感应的电动力，且因而存在电感应电流，
该电流的强度取决于材料的电阻率以及其他因素。这些电流的方向总是使得其反对产生电
流，尤其是反对磁通变化，这既是因为场随时间变化，也是因为带相对于场的位移随时间变化。 感应电流在Zn涂层和带上产生加热，此加热本质取决于施加的磁场的强度和频 率。带的加热还取决于在带内重新闭合的磁通管的几何形状趋势。 有利地是，根据本发明的方法在当磁通闭合在磁轭内时，允许改变磁通前行的通 路，横穿经受电镀工艺的带。因此，可以在带内闭合由电磁感应引起的集中式和分布式加热 现象，改变磁感应的模式和频率以及场磁通的通路。磁通管可以通过控制供给正在被讨论 的磁路的电流而产生大体不同的构型。 磁通分布的差异影响感应电流在带内的不同分布且因而还影响感应加热。使用根 据本发明的方法，可以以此方式控制带上的加热区和此加热的强度。 有利地是，该方法提供了在某些条件下，由于电流的恢复而更多地集中在边缘上 的加热。在此情形中，可以抵消带边缘相对于带中心的自然的过冷却。 而且，还由于产生在Zn涂层上的力与施加的磁场的频率和强度成比例，所以可以 使这些参数最佳以获得Zn上的最大力，在Zn和带上感应有限的加热这样的方式而有利于 体积力的作用，这是因为它们使液态Zn更流动，局部地降低了动力粘度和表面张力。而且，
6这样，不会产生过热而引起冶金学问题，诸如在涂覆工艺中不期望地产生Fe-Zn合金。
由于交替的单相或脉冲的磁场，有利地是，带和涂层材料上的加热由感应引起，或 直接产生在气体射流作用区或邻近所述作用区和所述作用区之上的区中，因而避免了气体 对涂层材料的强化冷却且避免了其过早凝固的风险。除了升高涂层材料的表面温度之外， 感应加热有利地减小了所述材料，具体是带的边缘处的表面张力和动力粘度。而且，由于加 热，动力粘度和表面张力被局部改变以便更难以引起"飞溅"现象。 本发明还解决了 Zn在带边缘上的积聚的问题，这是因为沿着带的厚度的Zn的温 度和带的温度更均匀了。 这样，获得了一种在其所有表面上具有均匀的涂层厚度的带，因此避免了由线组 和继而出现的电镀带的平面度引起的问题，以及当带经受，例如"锌镀层退火"处理的连续 处理时，涂层性能的均匀性问题。而且，确定的涂层所需的Zn的量被减至最少，因而带来经 济优势。 交替磁场或脉冲磁场可以施加在大体平行于带的方向上或大体垂直于带的方向
上。可能地，所述磁场可以被施加在平行于带和垂直于带的两个方向上。 可以应用根据本发明的方法来控制离开，例如锌、Zn-Al合 金、铝、Al和锡合金的
热浴的钢带上的涂层厚度。 附图简述 借助于附图，进一步的特征和优势将会从根据本发明的方法和装置的优选但不排 他的实施方案的详细描述中变得更清楚，其中
图1显示了用于熔融金属浴中的带的浸渍工艺的图示，其连续应用了气刀图2a显示了其上施加了具有第一方向的第一磁场的带的一部分；图2b显示了带的俯视图，其具有由图2a中的磁场感应的电流的图示；图3显示了根据本发明的装置的第一示意性实施方案；图3a更详细地显示了图3中的装置；图3b显示了图3a中的装置的变化形式；图3c显示了图3a中的装置的另一种变化形式；图4显示了根据本发明的装置的第二示意性实施方案；图4a更详细地显示了图4中的装置；图5a显示了其上施加了具有第二方向的第二磁场的带的一部分；图5b显示了带的侧视图，其具有由图5a中的磁场感应的感应电流的图示图6显示了根据本发明的装置的第三示意性实施方案；图6a更详细地显示了图6中的装置；图7显示了本发明的装置的第四示意性实施方案；图8a显示了其上施加了具有相同的第二方向的第三磁场的带的一部分；图8b显示了带的侧视图，其具有由图8a中的磁场感应的电流的图示；图9显示了本发明的装置的第五示意性实施方案； 图9a更详细地显示了图9中的装置；图10显示了本发明的装置的第六示意性实施方案；图lla显示了其上同时施加了所述第二磁场和第三磁场的带的一部 ；
图lib显示了带的侧视图，其具有由图11a中的磁场感应的感应电流的图示；
图12显示了本发明的装置的第七示意性实施方案；
图13显示了本发明的装置的第八示意性实施方案； 图14a、14b和14c显示了气刀相对于移动的带上产生的加热区进行定位的方式；
图15显示了图12的装置的实施方案的变化形式；
图16显示了根据本发明的装置的变化形式的截面。
发明优选实施方案详述 图1中显示阐释了通过浸渍在热浴中来进行金属带的电镀工艺的图示。将在非氧 化性/还原性气氛中被合适地热预处理过的金属带1浸渍在熔融Zn的浴2中，且通过浸渍 在浴中的三个辊子，以预定的速度将金属带1沿竖直方向引导离开浴。 在浴2之上，带的较大的伸出部分的每一侧处设置了用于产生气体射流的设备， 该设备包括喷嘴或气刀4，其适于产生空气或诸如蒸汽或^的其他气体的射流或刀片，且因 此产生气动力以减小沉积到带上的Zn的厚度。用于喷嘴4的供给压力优选为在0. 1巴到 1巴之间的范围。 为了实施根据本发明的方法，相关装置包括用于产生交替的单相或脉冲磁场的设 备，以便通过感应加热带的涂层11来去除过多的涂层材料，所述设备有利地与前述用于产 生气体射流的设备相结合。 用于产生交替磁场的设备可以包括一个或多个磁轭或一个或多个缠绕线圈或线 匝，磁轭的磁极具有预定的几何形状，线圈设置在带附近并被供给交替的或脉冲的单相电 流。 根据本发明的方法的第一实施方案提供了具有大体平行于带的输送方向的纵向 交替的磁场B的产生，如图2a所示，带的输送方向是竖直方向。 所获得的加热作用是均匀的且加热区5对应于气体射流的冲击区12处的大体矩 形区。加热区5有利地覆盖带1的整个宽度，包括边缘在内。 由均匀的纵向场B感应的加热取决于感应电流6的强度和分布，感应电流6随电 流在带中的渗透深度的变化而变化，这取决于磁场感应频率，以及随带本身的厚度的变化 而变化。 有利地是，为了获得最佳加热，所产生的磁感应频率以获得带厚度与感应电流在 带本身中的渗透深度之间的预定比的方式进行变化，该预定比的范围优选为在0.5到20之 间。例如，对具有范围在0. 2mm到4mm之间的厚度的带来说，用范围在500Hz到500000Hz 之间，优选为在10kHz到300kHz之间的频率进行工作是合适的。 相反，交替磁场的强度优选在"擦拭"区处，在空气中构成0. 05T到IT之间，该区
是气刀作用区。 根据本发明的方法的第一实施方案可以通过下述装置来实现，在第一变化形式 中，该装置包括一个或多个线圈或线匝7，其缠绕在带1周围并被供给交替电流或脉冲电流 以便在所述线圈或线匝内部产生交替的或脉冲的纵向磁场B，如图3所示，或在第二变化形 式中，该装置包括设置有极8、8'的磁轭，根据图4中的图示来布置，极8、8'设置在带的主 要伸出部分的每一个表面处且具有相同的功能。在后一种情形中，所产生的磁通平行于带 输送方向从各自磁轭的上级8移动至下级8'。
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在装置的第一变化形式中，有利地是，所提供的喷嘴4设置在线圈7的附近，优选 为在线组的一半高度处，如图3a所示。线圈7的线匝还可以设置得在顶部更接近带，而在 底部逐渐更远离带，如图3b所示，或可选择地，它们可以沿着竖直面至熔融涂层材料的浴， 即从顶部到底部以逐渐减少的数目设置，如图3c所示。在图3b所示的实施方案中，线圈7 相对于竖直面的张角P优选为在0。到60°之间。 另一方面，如图4a所示，该装置的第二变化形式提供了用于产生电磁场的设备， 该设备包括两个感应器，每一个感应器，例如包括缠绕在具有大体C形的铁磁芯或铁磁轭 31周围的一个或多个线组或线圈30，而对每一个感应器来说，用于产生气体射流的设备包 括用于支撑并供给喷嘴4的支撑和供给结构，该结构包括气体输送歧管32和相同的喷嘴， 且设置在离开熔融涂层材料浴的钢带1的主要伸出部分的每一个表面11的附近。
具有大体C形的铁磁芯31是层压堆或紧凑型，且产生在铁磁或磁介电体或铁素体 材料中，而线圈30在钢带1的每一侧上彼此相对设置且可以被水冷却。根据待去除的涂层 的类型和质量提供了对交替磁场的频率的控制。 有利地是，由于包括输送歧管32和喷嘴4的支撑结构被设置在铁磁芯31的内部， 所以总是保证了气体射流叠加在感应加热的作用区上。设置在每一个铁磁芯31的磁轭极 8、8'的附近的喷嘴4可以被设置在感应器的内部或外部。 为了实现具有大体平行于带的输送方向的方向的交替的或脉冲的磁场B，交替电 流或脉冲电流流过线圈30，且电流之间的相移角等于180° ，这样在每一个感应器上循环 的磁通回路(magnetic flux loop)33、33，只产生了一个纵向磁通。 本发明的第一实施方案的所有变化形式的特征为，线圈或磁轭的端子部分在带 输送平面附近(范围在lOmm-lOOmm之间)竖直分布，以便有利地沿着在纵向方向上延伸 了 5mm-30mm且至少部分叠加在受到气刀最剧烈冷却的区(纵向延伸了约3mm-10mm)上的 带区进行集中加热，因而减少了需要的加热功率，对以米计的带宽来说，该加热功率等于约 lkW-50kW。 相比之下，采用"行波磁场"的装置为得到相同的结果需要使用高两倍或三倍的功率。 相反，根据本发明的方法的第二实施方案提供了具有大体垂直于带的输送方向的 方向的非均匀的交替磁场B'的产生，如图5a所示。 带上所获得的加热作用是非均匀的。具体地说，磁场B'具有梯度，这使由曲线6' 表示的感应电流的分布既加热带的边缘，又加热带的中心。在若干个加热区内使加热局部 化-第一区9，其是大体椭圆形的，位于相对于带表面的中心且设置在气体射流的冲 击区12处；以及 _两个侧面加热区9'，其设置在第一中心区9之上，位于在带的边缘处。
在第一变化形式中，通过供给磁轭可以获得磁场B'的梯度，其中磁隙内的极10 的几何形状类似于图6所示的几何形状，所述极设置有相对于竖直面倾斜了优选在0°到 60°之间的角度的表面20。 如图6a所示，该第一变化形式包括两个感应器，每一个感应器，例如包括缠绕在 铁磁芯或铁磁轭31'周围的一个或多个线组或线圈30。轭31'的两个部件，每一个设置在带1的主要伸出部分的表面处，它们在垂直于片的水平面上被有利地连接，以便闭合磁通 并使其最大。对每一个感应器来说，用于产生气体射流的设备包括用于支撑并供给喷嘴4' 的支撑和供给结构，该结构包括气体输送歧管32'且设置在铁磁轭31'的外部。喷嘴4'设 置在所述感应器的紧上面且朝向下的方向略微倾斜，以确保气体射流区与磁场B'的作用区 重合。此方案允许更容易进行喷嘴清洁，因为喷嘴的上部部件不受妨碍。
在第二可选择的变化形式中，通过采用一系列类似于图7所示类型的非均匀分布 的线匝7'或线匝7'的线组可以获得磁场B'的梯度。相对于带的输送方向仅设置在一侧 上的线匝7'以一方式被缠绕，以界定垂直于所述方向的轴和相对于竖直面倾斜优选包括在 0°到60°之间的角度的内表面。 通过使非均匀的交替磁场B"的梯度颠倒获得了根据本发明的方法的第三实施方 案，如图8a所示。 在此情形中，磁场B"的梯度使由曲线6"表示的感应电流的分布既加热带的边缘， 又加热带的中心。在下面若干个加热区内使加热局部化-第一区9，其是大体椭圆形的，位于相对于带表面的中心且设置在气体射流的冲 击区12处；以及 _两个侧面加热区9"，其设置在第一中心区9之下，位于在带的边缘处。
在第一变化形式中，通过供给磁轭以类似于上述方式的方式获得了磁场B"的梯 度，磁隙内的磁轭的极10的几何形状类似于图9所示的几何形状，所述极设置有相对于竖 直面倾斜了优选包括在0。到60°之间的角度的表面20'。 如图9a所示，第一变化形式包括两个感应器，每一个感应器，例如包括缠绕在芯 或铁磁轭31'周围的一个或多个线组或线圈30'。轭31'的两个部件，每一个设置在带1的 主要伸出部分的表面处，它们在垂直于片的水平面上被有利地连接，以便闭合磁通并使其 最大。对每一个感应器来说，用于产生气体射流的设备包括用于支撑并供给喷嘴4'的支撑 和供给结构，该结构包括气体输送歧管32'且设置在铁磁轭31'的外部。喷嘴4'设置在所 述感应器的紧上面且朝向下的方向略微倾斜，以确保气体射流区与磁场B"的作用区重合。 此方案允许更容易进行喷嘴清洁，因为喷嘴的上部部件不受妨碍。 在第二可选择的变化形式中，通过采用一系列类似于图IO所示类型的非均匀分 布的线匝7"或线匝7"的线组可以获得磁场B'的梯度。相对于带的输送方向仅设置在一 侧上的线匝7"以一方式缠绕，以界定垂直于所述方向的轴和相对于竖直面倾斜优选包括在 0°到60°之间的角度的内表面。 通过产生具有垂直于带的输送方向且彼此反向的方向的两个非均匀的交替磁场 B'、B"，即通过组合第二实施方案和第三实施方案获得了根据本发明的方法的第四实施方 案，如图lla到图13所示。 在此情形中，感应电流6'、6"在带1的表面11上的分布是使表面11的中心处产 生的加热相对于边缘高。因此，设置了比前述情形中的中心区9宽的中心加热区9"';且第 二侧面加热区9' 、9"设置在区9"'之上和之下。 如图12和图13所示，通过提供如图6和图9所示的相对于水平面对称设置的磁 轭的组合，或一系列如图7和图10所示的非均匀分布的线匝7'、7"或线匝7'、7"的线组的 组合可以实现磁场B' 、 B"的梯度，每一个线组被设置成相对于带的输送方向分别处于侧面处。 具体地，根据本发明的方法的此第四实施方案可以通过诸如图15所示的装置来实现，该装置完全等同于上面已经描述且阐释在图4a中的装置。 为了实现交替的或脉冲的磁场B'，以大体正交的方向横穿带的输送方向，交替的
或脉冲的电流流过线圈30且电流之间的相移角等于0° ，这样只有一个磁通以相反的方向
横穿带两次，所述磁通是由共用于两个感应器的磁通回路33"产生的。 使用具有合适形状的极的铁磁轭或铁磁芯允许模拟磁场的形状。具体地说，极相
对于竖直方向，即带的输送方向的倾角必须在O。到60°之间，以便是有效的。 由场B'和/或B"感应的加热取决于感应电流6'和/或6"的强度和分布，该感
应电流随磁感应强度及其频率的变化而变化。例如，对具有范围在0. 2mm到4mm之间的厚
度的带来说，用范围在5Hz到1000Hz之间，优选为在50Hz到500Hz之间的频率进行工作是
合适的。相反，交替磁场B'、B"的强度在空气中优选包括在0.05T到1T之间。 有利地是，感应加热使得其与冷却效应形成对照，这是因为气体射流或气刀作用，
由此加热区5、9、9'、9"、9"'必须被设置在所述射流的冲击区下或至多在所述射流的冲击区
处。这样，可以在基本上等于离开浴2时的温度下使带保持运动，直到其到达射流的冲击
区，因而避免了喷嘴4附近的锌的表面凝固。实际上，可能经受凝固风险的带表面是正好在
喷嘴4下方的部分，即在气体射流冲击区下方的部分，具有约等于带宽度的宽度且具有范
围在几毫米到10mm之间的高度，这对应于气体射流的压力峰值。 热功率是由气体射流的冷却引起的，热功率可以在具有等于lmm-10mm高度的气体射流冲击区内从带去除，根据气刀的工作条件，热功率可在lkW到50kW之间变化。有利地是，调整磁场的强度和频率以便提供具有等于所去除的热功率的热功率的带，因而能够在去除过量的涂层之前避免液态涂层的过早凝固。 图14a到图14c显示了喷嘴4相对于输送过程中产生在带上的加热区的可能的布置。 在图14a所示的情形中，气体射流可以被有利地施加在加热区5处或其之上。禁止将气体射流施加在此区5之下，这是因为其到达此区时，涂层可能已经达到固态，因此使由磁场B产生的加热作用无效。在根据本发明的方法的其他实施方案的情形中，根据喷嘴被设置在椭圆形的中心加热区附近，还是被设置在边缘处的加热区附近，感应加热将具有不同的效果。 在图14b所示的情形中，气体射流可以被施加在侧面加热区9'处或其之上。禁止将气体射流设置在这些区9'之下，这是因为其到达这些加热区时，涂层可能已经达到固态，因此使边缘处由磁场B'产生的加热作用无效。因此，在此情形中，喷嘴4优选被设置在侧面加热区9'处或其之上，因为如果它们被设置在中心加热区9处，那么加热边缘所供给的热功率可能变得多余，这是因为在热功率到达区9'的时间之前，边缘处的涂层可能已经凝固。 在图14c所示的情形中，气体射流可以被施加在中心加热区9处或其之上。禁止将气体射流施加在此区之下，这是因为其到达此区9时，涂层可能已经达到固态，因此使带的中心处由磁场B"产生的加热作用无效。 因此，在此情形中，喷嘴4优选地设置在中心加热区9处或其之上，因为如果它们
11被设置在侧面加热区9"处的话，那么加热带的中心表面所供给的热功率可能变得多余，这
是因为在热功率到达中心区9的时间之前，中心区内的涂层可能已经凝固。 在根据本发明的方法的所有实施方案中，气体射流的产生出现在最远离熔融涂层
材料的浴的加热区或多个加热区之上。因此，喷嘴4设置在引起局部加热的线圈或磁极之
上，或者线圈或磁极处。 由利用电磁场的感应进行带涂层的局部加热，因此允许抵消由气刀进行冷却的区内气刀的冷却效应。 局部加热使涂层维持液态，由于此局部加热，促进了气刀的气动"擦拭"作用。因此，需要较低的压力和较低的气刀流速以便获得相同的结果，且因此降低了由射流产生的噪音并减轻了"飞溅"问题。可选择地，可以用相同的气体压力或流速进行工作以获得较薄的涂层厚度或较高的生产线速度。 而且，使加热集中在气刀作用区的事实限制了所需的电能且还限制了使带及其涂层过热的风险。实际上，在所述第二实施方案的所有变化形式中，通过对根据本发明的装置的线组或线圈供给交替的或脉冲的单相电流以便产生磁场B'、B"，可以使加热集中于在竖直方向沿着带输送平面延伸达约5mm-100mm的限制区内。这样，加热区与冷却区(其延伸约3mm-10mm)，即与气刀作用区重叠是最佳的，因而改善了本发明的装置和方法的效率。
相比之下，已知的行波场"擦拭"系统产生的加热区或热作用区延伸长得多的纵向距离，长至少100mm，且因此是效率低的。 而且，在所有的实施方案中，通过对本发明的装置的线组或线圈供给交替的或脉冲的单相电流以便产生具有前述预定的频率和强度的磁场B、 B'、 B"，可以避免带局部过热以防止形成不期望的Zn-Fe合金。如果需要的话，低于8(TC，优选为低于5(TC的过热能够是可接受的，且可以通过对带传输低于l丽/tf，优选为低于0. 9丽/m2的特定功率而有效地获得。 参考图4a和图15中所阐释的装置，可以提供一种变化形式，即磁芯或磁轭31也可以实现气刀的功能。这样是可能的，因为极性膨胀体(polare邓ansion)或磁极8、8'可以被合适地成形以界定适合于产生气体射流的喷嘴4，正如图16中的示例。在此变化形式中，有利地是，在所述喷嘴4的入口部分提供了隔板40或槽，它们被设想使喷嘴自身内部的流速相等。因此，在此情形中，喷嘴4由极性膨胀体8、8'的构型界定，且具有通道孔，当从横向截面看(图16)时，通道孔具有沿着带的输送方向变细的形状。具体地，在图16所示的实施方案中，所述通道孔包括两个连续的逐渐变细的拉伸体，它们界定了彼此之间的方向倾角。在此情形中，磁轭极8、8'，分别是上面的一个与下面的一个之间的距离包括在0. 5mm到5mm之间。 有利地是，为了减少气刀的支撑和供给结构的感应加热，该支撑和供给结构设置
在每一个铁磁芯31内部且包括歧管32和可能的喷嘴4，可以在所述结构与芯31之间设置
至少一个高导电率的电磁罩，其执行两个功能-防止由感应引起的气刀过热，并且-使磁通直接集中在气体射流作用的区内。 所述至少一个罩还可以在带与磁芯的空间内起到磁场集中器的作用，这部分地提高了所述场对带的局部作用效率。
根据另一个变化形式，设置在磁芯内部的所述电磁罩可以被成形为使得其形成用于气体射流的喷嘴。因此，在此情形中，喷嘴将会由电磁罩或多个电磁罩的构型界定。
权利要求
用于控制平的金属制品上的涂层厚度的方法，制品界定当其在连续的热浸电镀工艺中离开熔融的涂层材料的浴时的输送方向，其中，提供了用于产生至少一种交替的或脉冲的单相磁场的第一设备和用于产生气体射流的第二设备，所述第二设备适合于产生被引导在所述制品的主要伸出部分的表面上的气体射流，两个所述设备设置在所述表面的附近，所述方法包括下述步骤a)通过在制品的所述表面附近的所述第一设备产生至少一种交替的或脉冲的单相磁场(B、B’、B”)，所述磁场使感应电流(6、6’、6”)分布在所述表面上，以便在所述表面上产生至少一个加热区(9、9’、9”、9’”)；b)在所述至少一个加热区处通过所述第二设备产生气体射流，以便沿着制品的总宽度获得预定的均匀的涂层厚度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述交替的或脉冲的单相磁场在所述至少一个 加热区处在空气中具有0. 05T到IT之间的强度。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，交替的或脉冲的磁场(B)是均匀的，且具有 大体平行于制品的输送方向的方向。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，产生在制品的每一个所述表面上的加热区(5)是 大体矩形的，且覆盖所述表面的整个宽度，包括边缘。
5. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述交替的或脉冲的磁场所具有的频率使得能 够获得金属制品的厚度与感应电流进入制品本身内的渗透深度之间的预定的比。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述频率在500Hz到500000Hz之间，优选为在 10kHz到300kHz之间，且所述预定的比在0. 5到20之间。
7. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，交替的或脉冲的磁场(B'、B")是非均匀的，且具有大体垂直于制品的输送方向的方向。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，在所述表面上产生了多个加热区第一中心区 (9、9'")和第二侧面区(9'、9")，所述第一中心区(9、9'")是大体椭圆形的，而所述第二侧 面区(9'、9")在制品的边缘附近比第一区小，所述第二加热区产生在第一中心加热区(9) 之上(9')和/或之下(9")。
9. 根据利要求7所述的方法，其中，所述交替的或脉冲的磁场(B'、B")具有5Hz到 1000Hz之间，优选为在50Hz到500Hz之间的频率。
10. 根据利要求4或8所述的方法，其中，施加在所述加热区的热功率可在lkW与50kW 之间变化。
11. 根据利要求4或8所述的方法，其中，所述气体射流的产生发生在最远离熔融涂层 材料的浴的所述加热区之上。
12. 用于控制平的金属制品上的涂层厚度的装置，制品界定当其在连续的热浸电镀工 艺中离开熔融涂层材料的浴时的输送方向，所述装置包括用于产生至少一个交替的或脉冲的单相磁场(B、B'、B")的设备(7、7'、7"、8、8'、10、 10')，其适合于产生感应电流(6、6'、6")在所述制品的主要伸出部分的表面上的分布，以 便在所述表面上产生至少一个加热区(9、9'、9"、9'")，以及用于产生气体射流的设备(4)，其适合于产生被引导在所述表面上的气体射流， 两个所述设备设置在所述表面的附近，用于产生气体射流的所述设备设置在所述至少一个加热区之上或设置在所述至少一个加热区处，以便沿着制品的总宽度获得预定的均匀 的涂层厚度。
13. 根据权利要求12所述的装置，其中，设置了用于产生平行于金属制品的输送方向 的交替的或脉冲的均匀磁场(B)的设备，所述设备包括一个或多个线圈(7)或磁轭，所述一 个或多个线圈(7)围绕所述方向缠绕并被供给有交替电流或脉冲电流，所述磁轭在所述表 面处设置有极(8、8，)。
14. 根据权利要求12所述的装置，其中，设置了用于产生垂直于金属制品的输送方向 的至少一个交替的或脉冲的非均匀磁场(B、B")的设备，该设备包括至少一个磁轭，磁隙 内所述磁轭的磁极(IOUO')具有相对于竖直面倾斜优选在O。到60°之间的角度的表面 (20、20')，或所述设备包括相对于带的输送方向仅设置在一个侧面上的非均匀分布的线匝 (7'、7")的线组，以便界定相对于竖直面倾斜优选在O。到60°之间的角度的内表面。
15. 根据权利要求14所述的装置，其中，设置有两个磁轭，所述磁轭分别设置有相对于 水平面呈对称设置的第一极(10)和第二极(IO')，或者设置有两个非均匀分布的线匝(7'、 7")的线组，所述线匝(7'、7")相对于带的输送方向设置在两个侧面上，以便产生具有相反 方向的两个交替的或脉冲的磁场(B、B")。
全文摘要
通过施加在带的主要伸出部分的表面附近的磁场和气体射流的联合作用有利地控制了施用到从熔融锌的浴中浸提出的移动的钢带上的涂层材料的重量和分布。
文档编号C23C2/14GK101720360SQ200880019297
公开日2010年6月2日 申请日期2008年6月9日 优先权日2007年6月8日
发明者安德烈·科杜蒂, 法比奥·瓜斯蒂尼, 米洛拉德·帕里科维奇, 阿尔弗雷多·波罗尼 申请人:丹尼尔和科菲森梅克尼齐有限公司