СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ПОГРУЖЕНИЕМ В РАСПЛАВ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛОСЫ С НАНЕСЕННЫМ ПОКРЫТИЕМ, ПРОПУСКАЕМОЙ МЕЖДУ СДУВАЮЩИМИ СОПЛАМИ УСТАНОВКИ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ПОГРУЖЕНИЕМ В РАСПЛАВ Российский патент 2011 года по МПК C23C2/00 

Изобретение относится к способу стабилизации полосы с нанесенным покрытием, пропускаемой между сдувающими соплами установки для нанесения защитного покрытия погружением в расплав, а также к соответствующей установке для нанесения защитного покрытия погружением в расплав. При этом на полосу в зависимости от положения полосы воздействуют стабилизирующие силы от действующих бесконтактно на обрабатываемую стальную полосу электромагнитных катушек, установленных в направлении пропускания полосы позади сдувающих сопел.

Электромагнитные стабилизирующие полосу устройства основаны на принципе индукции, при этом индуцируемые посредством определенных магнитных полей силы действуют перпендикулярно ферромагнитной стальной полосе. Таким образом, положение стальной полосы может изменяться бесконтактно между двумя расположенными напротив друг друга электромагнитными индукторами (электромагнитами). Такие системы известны в различных конструктивных исполнениях. Они применяются, например, в установках для нанесения покрытия погружением в расплав в зоне покрытия выше так называемых сдувающих сопел. Известны различные концепции регулирования и управления (например, документы DE 10 2005 060058 А1, WO 2006/006911 А1).

Сдувающие сопла используют в установках для нанесения защитного покрытия погружением в расплав стальной полосы для обеспечения определенного количества материала покрытия на поверхности полосы. Качество покрытия (равномерность нанесения, точность толщины слоя, однородный поверхностный блеск) зависит в значительной степени от равномерности рабочей среды сдувающего сопла (например, воздуха или азота), а также от отклонений движения полосы в зоне сопла. Подобные отклонения движения полосы вызваны некруглостями валков или, например, импульсным воздействием воздуха и зоне охлаждающей башни установок для нанесения покрытия погружением в расплав. С увеличением движений полосы у сдувающего сопла снижается качество покрытия или равномерность покрытия пропускаемой стальной полосы.

За счет использования подключенных на выходе в направлении пропускания полосы систем стабилизации полосы можно амортизировать или ограничивать возникающие у сдувающего сопла движения полосы, так что достигается улучшение точности покрытия и равномерности покрытия жидкого металла на стальной полосе. Например, электромагнитные устройства могут посредством индуцируемых сил бесконтактно воздействовать на пропускаемую стальную полосу и таким образом изменять положение полосы.

В известных системах конструкция снабжена расположенным в направлении пропускания полосы после сдувающего сопла стабилизирующим полосу устройством, которое оказывает ограниченный эффект регулирования на движение полосы в сдувающем сопле. Успокоение колебаний осуществляется выше по потоку от сдувающего сопла с высокой эффективностью в пределах стабилизации полосы посредством стабилизирующих полосу катушек. Однако в зоне сопла эффект заметно снижен в зависимости от расстояния между соплом и устройством стабилизации. При этом положение устройства стабилизации полосы установлено в соответствии с конструктивными возможностями, не принимая в расчет физические зависимости.

Поэтому целью всех возможных решений является максимально близкое позиционирование стабилизирующего устройства относительно сдувающего сопла, при этом не учитывается взаимозависимость между расстоянием и эффективностью.

Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы оптимизировать стабилизацию полосы в зоне сдувающего сопла.

Эта задача согласно изобретению решается за счет способа по пункту 1 формулы изобретения. Он характеризуется тем, что расстояние (эффект) стабилизации полосы устанавливают относительно сдувающих сопел на значение, менее или равное пороговому значению расстояния, которое определяется как функция ширины полосы с учетом фактора Phi, при этом фактор Phi рассчитывается как функция толщины полосы и натяжения полосы.

Измеряемая величина "положение полосы" представляет собой в рамках настоящего описания изменение по времени и/или по месту расстояния между полосой и прямой линией отсчета поперек направления движения полосы, то есть в данном случае положение полосы представляет собой фактический профиль полосы и/или ее поведение (отклонение) при вибрации как функцию времени.

Прямая линия отсчета по ширине полосы должна пониматься как линия, направленная перпендикулярно оси прокатки.

Понятие "стабилизация полосы" включает в рамках настоящего описания два существенных аспекта: во-первых, стабилизация полосы предполагает разглаживание волнообразного профиля полосы и, во-вторых, это понятие предполагает демпфирование колебаний полосы. Оба аспекта стабилизации полосы могут быть реализованы независимо один от другого или в комбинации, или одновременно при помощи соответствующих контуров регулирования.

Существенное преимущество заявленного ограничения расстояния следует видеть в том, что установкой расстояния на значение ниже расчетного порогового значения расстояния достигается существенно лучший эффект по обоим аспектам целенаправленной стабилизации полосы. Напротив, эффект стабилизации полосы при расстояниях выше порогового значения расстояния заметно снижается или полоса вместо регулирования стабилизации становится даже менее стабильной, чем без регулирования (обратный эффект).

Идеальным было бы нулевое расстояние, то есть когда стабилизация полосы установлена на высоте сдувающего устройства, так как в этом случае стабилизация полосы работала бы непосредственно на высоте сдувающих сопел и полоса оставалась бы оптимально стабильной в момент операции измерения. Однако эта схема расположения по конструктивным аспектам отсутствия места, как правило, не может быть реализована. Поэтому расстояние должно быть установлено как можно меньшим, но согласно изобретению максимально на величине расчетного порогового значения расстояния.

Электромагнитные силы генерируются расположенными попарно напротив друг друга на каждой стороне полосы катушечными устройствами, расстояние между которыми и сдувающими соплами может изменяться.

Под катушечным устройством в настоящем изобретении понимается устройство, содержащее электромагнитные катушки, установленные в направлении пропускания полосы позади сдувающих сопел для бесконтактного воздействия на пропускаемую стальную полосу и расстояние между которыми и сдувающими соплами может изменяться.

Преимущественно в способе согласно изобретению положение полосы определяют внутри катушечного устройства, а именно в пространственной близости от катушечного устройства.

Дополнительно положение полосы может быть определено выше или ниже по потоку от катушечного устройства.

Согласно варианту осуществления изобретения на каждой стороне полосы расположено несколько катушек, при этом катушки, находящиеся снаружи на движущихся кромках полосы, расположены с возможностью регулирования параллельно плоскости полосы. Это расположение обеспечивает преимущественным образом оптимальный эффект при разглаживании профиля полосы.

С более широкими полосами (В>1400 мм) расстояние между устройством для стабилизации полос, называемым в дальнейшем также сокращенно стабилизирующим устройством, и сдувающими соплами не должно превышать ширину полосы. С более узкими полосами (В<1400 мм) расстояние может быть допустимо до 1,75 ширины полосы. Это расстояние получается согласно принципу Сен-Венана, который гласит, что при увеличении расстояния относительно силы, прилагаемой, например, на зажатую стальную полосу, снижается ее воздействие на состояние в целом.

В основе решения согласно изобретению лежит позиционирование стабилизирующего устройства относительно сдувающего сопла или сдувающих сопел с учетом при этом механики напряжений.

Эффект точечного приложения нагрузки в заданной системе нагрузок наблюдается согласно принципу Сен-Венана лишь в небольшой зоне вокруг точки приложения нагрузки. Вызванный в результате приложения силы локальный неравномерный спектр сил очень быстро затухает. Этот принцип обычно используется для расчетов прочности при выборе размеров узлов/деталей и применим здесь для расчета эффекта стабилизации полосы в зоне сдувающих сопел.

Для достижения достаточного воздействия в сдувающем сопле на профиль полосы и движение (колебание) полосы с целью в значительной степени изменить или погасить его в соответствии с принципом Сен-Венана необходимо выбрать расстояние между воздействием стабилизации и сдувающим соплом в заданной зоне или соответственно исключить превышение максимального значения в форме порогового значения расстояния. При этом расстояние, то есть длина стальной полосы, на которой ожидается эффект от стабилизирующего устройства, выбирается по следующему правилу:

Расстояние ≤ порогового значения расстояния = Phi * характерная длина, где Phi = функция от толщины полосы и натяжения полосы

Вышеназванная задача решается далее посредством заявленной установки для нанесения защитного покрытия погружением в расплав. Она отличается тем, что расстояние (эффект) стабилизации полосы устанавливают относительно сдувающих сопел на значении, менее или равном пороговому значению расстояния, которое определяется как функция ширины полосы с учетом фактора Phi, как функции толщины полосы или натяжения полосы.

Преимущества этой установки соответствуют вышеназванным преимуществам заявленного способа.

Ниже решение согласно изобретению поясняется более детально также со ссылкой на чертеж. При этом показаны:

Фиг.1 - схематично катушечное устройство для стабилизации полосы,

Фиг.2 - профили полосы,

Фиг.3 - схематичное расположение сопловых балок,

Фиг.4 - система стабилизации полосы,

Фиг.5 - зависимость фактора Phi от ширины полосы и

Фиг.6 - взаимозависимость между колебаниями полосы и расстоянием стабилизирующего устройства относительно сдувающего сопла.

На фиг.1 показано катушечное устройство для стабилизации полосы, содержащее электромагнитные катушки 1, воздействующие на стальную полосу 2, и средства 3 измерения положения полосы.

Устройство стабилизации полосы и сдувающее сопло, в принципе, видны на фиг.4.

Пороговое значение расстояния по принципу Сен-Венана для движущихся широких стальных полос рассчитано примерно на ширину полосы и для более узких полос максимально на 1,75 ширины полосы (см. фиг.5). При большем удалении эффект стабилизации полосы в отношении гладкости профиля полосы (поперечный изгиб, S-образный профиль, см. фиг.2) очень ограничен и, соответственно, при больших расстояниях вовсе незаметен.

Точка приложения силы устройства стабилизации отстоит в таком случае слишком далеко от края сопла, чтобы оно могло оказать достаточное воздействие на деформацию полосы, как, например, уменьшение поперечного изгиба.

Далее, путем измерений и моделирований было доказано, что воздействие на колебания (демпфирование амплитуды колебаний полосы) в щелевом отверстии сопла зависит также от расстояния между точкой приложения силы и местонахождением щелевого отверстия сопла.

Таким образом получается следующая взаимозависимость:

Расстояние ≤ Phi (толщина полосы, натяжение полосы) * ширина полосы = пороговое значение расстояния.

Фактор Phi зависит от натяжения полосы и толщины полосы и аналитически был изучен посредством FEM-моделирований (метод конечных элементов) и определен эмпирически на установке для обработки полосы. На фиг.5 представлена взаимозависимость. С уменьшением ширины полосы увеличивается возможное расстояние между стабилизирующим устройством и сдувающим соплом (см. фиг.4), так как в связи с уменьшенной шириной полосы несимметричное распределение напряжения и соответственно неоптимальный волнообразный профиль полосы в меньшей степени оказывает отрицательное воздействие на стабилизацию полосы. Вследствие различий в напряжении по толщине полосы образуются упругие деформации. Напряжение по толщине полосы сказывается выше граничного значения в форме поперечной деформации полосы (поперечный изгиб).

Локальные изменения напряжения по толщине полосы за счет внешнего силового воздействия стабилизирующего устройства проявляются в зависимости от показанного хода рабочего процесса на расстоянии от 0,75 до 1,75 ширины полосы, если смотреть в направлении движения полосы.

Если, например, в связи с некруглостью стабилизирующего валка колебания стальной полосы наблюдаются в цинковочной ванне, путем регулирования стабилизирующего устройства достигается уменьшение колебаний полосы относительно ситуации, когда отсутствует регулирование стабилизирующего устройства, если расстояние стабилизирующего устройства относительно сдувающего сопла составляет типичным образом максимально 1,5 м от щелевого отверстия сопла. Как видно на фиг.5, пороговое значение расстояния составляет примерно 1,5 м для многих различных типичных ширин полосы. Если стабилизирующее устройство находится дальше, чем это пороговое значение, от сдувающего сопла, то колебания в зоне сдувающего сопла больше не демпфируются, напротив, они могут даже возбуждаться, что вопреки демпфированию колебаний в зоне стабилизирующего устройства приводит к повышению отклонений движения полосы внутри сдувающего сопла и, следовательно, к понижению качества покрытия (фиг.6).

Аналогичный эффект наблюдается также в отношении стабилизации/разглаживании профиля полосы. При расстояниях ниже порогового значения достигается хорошая гладкость, выше этого значения гладкость возможна с трудом или вовсе невозможна.

Далее, предусмотрено следующее устройство для комбинирования стабилизации полосы со сдувающим соплом, в котором стабилизирующие полосу катушки всегда действуют в направлении центрирования положения полосы.

В отличие от известных систем стабилизация должна соответственно способствовать выравниванию положения полосы или определять фактическое положение. Выравнивание осуществляется при помощи подключенных дополнительно выравнивающих средств.

Благодаря специальной рамной конструкции сдувающего сопла стабилизирующее устройство закреплено на этой раме и поэтому может быть установлено механически жестко и с возможностью корректировки (фиг.3). Поэтому центрирование положения полосы или середины полосы всегда идентично между стабилизирующим устройством и сдувающим соплом.

Таким образом контролируется возможное скручивание полосы в процессе производства и исключается повторная установка нулевого положения или корректировка заданного положения полосы. До высокой степени сдувающие сопла и стабилизирующие катушки механически синхронизированы и взаимно выровнены.

Резюмируя, можно констатировать следующие аспекты:

1. Установка максимально допустимого расстояния между стабилизирующим устройством и сдувающим соплом на основе физических взаимозависимостей (принцип Сен-Венана) в виде расстояния ≤Phi * ширина полосы.

2. Фактор коррекции Phi получается путем моделирований и производственных испытаний как функция ширины полосы между 1,75 и 0,75. Деформации полосы в поперечном направлении возникают в связи с нестабильностью из-за незначительной толщины полосы. С уменьшением ширины полосы они проявляются не так сильно, что приводит к увеличению возможного расстояния стабилизирующего устройства относительно сдувающего сопла.

3. Интегрирование катушек для стабилизации полосы в конструкцию сдувающих сопел для повышения точности взаимной установки на основе механического соединения сопла со стабилизирующими катушками.

4. Катушки для стабилизации полосы за счет соединения со сдувающим соплом установлены всегда идентично, даже в случае косого положения или скручиваний полосы.

Изобретение относится к области нанесения защитного покрытия на поверхность полосы. Технический результат - повышение качества покрытия за счет стабилизации полосы с нанесенным защитным покрытием, пропускаемой между сдувающими соплами установки для нанесения покрытия погружением в расплав. На полосу в зависимости от положения полосы воздействуют стабилизирующие силы воздействующих бесконтактно на обрабатываемую стальную полосу электромагнитных катушек, установленных в направлении пропускания полосы позади сдувающих сопел. Чтобы улучшить стабилизацию полосы в зоне сдувающего сопла, согласно изобретению предлагается, что расстояние воздействия стабилизации полосы устанавливать относительно сдувающих сопел на значение, менее или равное пороговому значению расстояния. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ стабилизации полосы с нанесенным покрытием, пропускаемой между сдувающими соплами установки для нанесения покрытия погружением в расплав, в котором определяют положение полосы и на полосу в зависимости от положения воздействуют посредством стабилизирующих сил от действующих бесконтактно на пропускаемую стальную полосу одного или нескольких катушечных устройств, содержащих электромагнитные катуши, установленные в направлении пропускания полосы позади сдувающих сопел, отличающийся тем, что расстояние воздействия стабилизации полосы устанавливают относительно сдувающих сопел на значение менее или равное пороговому значению расстояния, которое определяют как функцию ширины полосы с учетом фактора Phi, при этом фактор Phi рассчитывают как функцию толщины полосы и натяжения полосы в диапазоне между 0,75 и 1,75.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расстояние устанавливают по возможности меньшим, оптимально на нулевом значении.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что положение полосы определяют внутри катушечного устройства.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что положение полосы определяют в пространственной близости от катушечного устройства.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что положение полосы дополнительно определяют выше или ниже по потоку от катушечного устройства.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что положение полосы определяют как распределение по месту расстояния между полосой и прямой линией отсчета по ширине полосы, при этом измеряемая фактическая величина в этом случае представляет собой фактический профиль полосы.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что стабилизирующие силы в зависимости от определенного фактического профиля полосы действуют на полосу поперек направления транспортировки с тем, чтобы фактический профиль гладко вытянуть поперек направления полосы до заданного оптимального профиля полосы, имеющего вид и форму гладкого, свободного от волнистости профиля.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что положение полосы определяют как временное изменение расстояния между полосой и прямой линией отсчета, при этом измеряемая фактическая величина в этом отношении представляет фактическое отклонение полосы при вибрации в зависимости от времени.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что стабилизирующие силы в зависимости от определенного фактического отклонения полосы при вибрации действуют на полосу преимущественно перпендикулярно относительно направления транспортировки, чтобы в случае необходимости соответственно демпфировать определенное фактическое отклонение полосы при вибрации.

10. Способ по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что измеренное положение полосы как изменение расстояния между полосой и прямой линией отсчета, распределенное по времени и/или по месту по ширине полосы, представляет собой поведение профиля полосы при вибрации как функция времени, при этом стабилизирующие силы воздействуют на полосу таким образом, что профиль полосы в меру необходимости разглаживается, и одновременно демпфируют его отклонения при вибрации.

11. Установка для нанесения защитного покрытия на полосу погружением в расплав, содержащая по меньшей мере одно сдувающее сопло для удаления излишнего материала покрытия с полосы, измерительное устройство для определения положения полосы и устройство для стабилизации полосы с электромагнитными катушками, которое расположено позади сдувающего сопла в направлении движения полосы, для генерирования воздействующих бесконтактно на стальную полосу стабилизирующих сил в зависимости от положения полосы, отличающаяся тем, что расстояние воздействия стабилизации полосы устанавливают относительно сдувающих сопел на значение менее или равное пороговому значению расстояния, которое определяют как функцию ширины полосы с учетом фактора Phi, при этом фактор Phi рассчитывают как функцию толщины полосы и натяжения полосы в диапазоне между 0,75 и 1,75.

12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что катушки расположены попарно напротив друг друга на верхней и нижней стороне полосы с возможностью изменения их расстояния относительно сдувающих сопел.

13. Установка по п.11, отличающаяся тем, что измерительное устройство расположено на высоте катушек или вблизи от них для определения положения полосы.

14. Установка по п.11, отличающаяся тем, что на верхней и/или нижней стороне полосы соответственно расположено большое число катушек, распределенных по ширине полосы, при этом соответственно лежащие снаружи катушки расположены с возможностью регулирования на движущихся кромках полосы параллельно плоскости полосы.

15. Установка по п.11, отличающаяся тем, что стабилизирующее устройство и измерительное устройство механически жестко соединены друг с другом и разнесены одно относительно другого.