Устройство и способ для удержания расплавленного металла при непрерывном горячем покрытии металлической полосы

 

Изобретение относится к области непрерывного горячего покрытия полосы. Устройство для удержания расплавленного металла содержит резервуар по существу прямоугольного поперечного сечения, электромагнит переменного тока, содержащий сердечник и намотанную вокруг сердечника катушку, на которую подается переменный ток, и охладители расплавленного металла. Резервуар имеет длинные и короткие стороны и днище, в котором выполнено щелевидное отверстие, и содержит расплавленный металл. Сердечник электромагнита установлен смежно с наружными боковыми поверхностями резервуара между вспомогательными резервуарами и камерами. По внешней периферии верхней части резервуара выполнены вспомогательные резервуары ковшеобразной формы. Временные резервуары предназначены для временного содержания расплавленного металла, переливающегося через верхнюю часть резервуара. Снаружи нижней части резервуара вдоль его длинных сторон выполнены камеры. Камеры сообщены с резервуаром через щелевидные отводные отверстия, выполненные с заданным наклоном к резервуару. Устройство снабжено вспомогательными трубами, соединяющими камеры с вспомогательными резервуарами. Охладители установлены смежно с наружными поверхностями коротких сторон нижней части резервуара для формирования застывающих слоев металла внутри резервуара возле коротких сторон его нижней части. Для удержания расплавленного металла подают переменный ток на катушку электромагнита для создания в резервуаре электромагнитной силы в направлении, противоположном силе тяжести. Изобретение позволяет оптимизировать работу устройства. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 15 ил.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

(а) Область техники

Данное изобретение относится к устройству для удержания расплавленного металла при непрерывном горячем покрытии металлической полосы. Более конкретно, данное изобретение относится к устройству для удержания расплавленного металла при непрерывном горячем покрытии металлической полосы, в котором металлическая полоса пропускается через резервуар, заполненный расплавленным металлом для покрытия, а для устойчивой поддержки расплавленного металла в плавающем состоянии в процессе нанесения покрытия используется электромагнитное поле.

(б) Предшествующий уровень техники

При непрерывном горячем покрытии металлических полос металлические полосы непрерывно пропускают через резервуар, заполненный расплавленным металлом, используемым в качестве раствора для покрытия. Как показано на фиг.15, в традиционном способе непрерывного горячего покрытия резервуар 83 заполняют расплавленным металлом 81, полученным в результате его плавления, с использованием в качестве раствора таких металлов, как алюминий, цинк или сплав этих металлов, а металлическую полосу 89, которую непрерывно подают в резервуар посредством направляющего валка 85 и стабилизирующего валка 86, погружают в расплавленный металл 81, после чего ее удаляют из резервуара 83.

Направляющий валок 85 служит для изменения направления перемещения металлической полосы 89, а стабилизирующий валок служит для регулировки ее подачи. Направляющий валок 85 и стабилизирующий валок 86 погружены в расплавленный металл 81 в резервуаре 83, а осевые детали направляющего валка 85 и стабилизирующего валка 86 поддерживаются бандажно-втулочной конструкцией без использования смазки вследствие высокой температуры среды внутри резервуара 83.

В это время элементы, составляющие направляющий и стабилизирующий валки 85 и 86, вступают во взаимодействие с расплавленным металлом 81, образуя металлические соединения. Если образующиеся в результате этого посторонние включения налипают на поверхность металлической полосы 89, то металлическая полоса 89 подвергается сдавливанию, что ухудшает ее качество.

Кроме того, вращение осевых деталей направляющего и стабилизирующего валков 85 и 86 при отсутствии смазки приводит к износу осевых деталей. Это вызывает вибрацию металлической полосы 89, что приводит к таким дефектам, как возникновение рисунка в виде полосок на металлической полосе 89 или неравномерность покрытия.

Для решения этих проблем необходимо использовать конструкцию резервуара, в которой подобные валы не погружены в расплавленный металл. В связи с этим здесь описывается процесс, в котором применяется расплавленный металл и исключается использование опорных валков для металлической полосы, погруженных в расплавленный металл. В таком процессе отверстие, через которое подается металлическая полоса, выполняют в нижней секции резервуара. Металлическая полоса, на которую необходимо нанести покрытие, подается в нижнюю часть расплавленного металла через отверстие и затем удаляется из резервуара через его верхнюю секцию. При этом получается конструкция, предотвращающая выход расплавленного металла через это отверстие.

Что касается компоновки, предотвращающей выход расплавленного металла через отверстие в таком процессе, где не используются валы, погруженные в расплавленный металл, то в выложенной заявке Японии №63-109148 описывается способ, в котором для удержания массы расплавленного металла в плавающем состоянии используется давление газа, получаемое в камере, наполненной газом под давлением и установленной в непосредственной близости от отверстия резервуара. В выложенной заявке Японии №63-303045 также описан способ, в котором в районе отверстия установлен электромагнит постоянного тока, предназначенный для подачи постоянного тока к расплавленному металлу так, что металл удерживается в плавающем состоянии возникающей электромагнитной силой.

Кроме того, в Патенте США №5665437 и выложенной заявке Японии №63-310949 в районе отверстия резервуара установлен линейный индукционный электродвигатель для образования бегущего магнитного поля. Возникающая в результате этого электромагнитная сила удерживает расплавленный металл в плавающем состоянии. В Патенте США №5897683 описан способ удержания, в котором используется электромагнитная сила, создаваемая электромагнитом переменного тока, установленным вблизи отверстия резервуара, и проводящим блоком в определенной части резервуара, а также используется давление газа, полученное в камере, наполненной газом под давлением и расположенной ниже отверстия резервуара так, что расплавленный металл не выходит через отверстие.

Однако среди конструкций и процессов, описанных выше, в способах, где используется давление газа для удержания расплавленного металла в плавающем состоянии, трудно поддерживать постоянное давление в наполненной газом под давлением камере и, кроме того, создается значительный шум. К тому же, если газ проникает в расплавленный металл, то внутри расплавленного металла могут образовываться пузырьки.

В способах удержания расплавленного металла с использованием электромагнита и источника постоянного тока постоянный ток может проходить через металлическую полосу, воздействуя на периферийное оборудование. Это является опасным для пользователя.

Более того, в способе с установкой линейного индукционного электродвигателя в районе отверстия резервуара для удержания расплавленного металла в плавающем состоянии металлическая полоса, проходящая через отверстие, может быть деформирована.

В заключение отметим, что в способе с одновременным использованием электромагнита постоянного тока и наполненной газом под давлением камеры для удержания расплавленного металла в плавающем состоянии использование обеих этих конструкций влечет за собой значительные затраты, а газ может проникать в расплавленный металл, образуя в нем пузырьки. К тому же, сложно поддерживать не только первоначальную форму проводника, погруженного в расплавленный металл, но и химический состав самого расплавленного металла.

Из документа ЕР 0952236 известно устройство для удержания расплавленного металла при непрерывном горячем покрытии металлической полосы. По числу существенных признаков это устройство является наиболее близким предложенному устройству, оно содержит резервуар по существу прямоугольного поперечного сечения, имеющий длинные и короткие стороны и днище, в котором выполнено щелевидное отверстие, и содержащий расплавленный металл, электромагнит переменного тока, содержащий сердечник, установленный смежно с наружными боковыми поверхностями резервуара, и намотанную вокруг сердечника катушку, на которую подается переменный ток. Создаваемое катушкой электромагнитное поле препятствует выходу расплавленного металла из щелевидного отверстия в днище резервуара, однако расплавленный металл при движении полосы может переливаться через верхнюю часть резервуара. Указанное обстоятельство может привести к загрязнению и даже поломке устройства, а также серьезно ухудшает условия безопасности персонала.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одной целью данного изобретения является создание устройства для удержания расплавленного металла, предназначенного для непрерывного горячего покрытия металлической полосы и в котором устройство для создания электромагнитной силы, состоящее из сердечника электромагнита и катушки электромагнита, установлено вблизи нижней части резервуара так, что расплавленный металл не вытекает через отверстие в поверхности днища резервуара.

Другой целью данного изобретения является создание устройства для удержания расплавленного металла, которое предназначено для непрерывного горячего покрытия металлической полосы и в котором расплавленный металл в резервуаре циркулирует по внешней траектории для повторной подачи расплавленного металла в резервуар из его нижней части, за счет чего поддерживается более устойчивое плавающее состояние расплавленного металла в зоне отверстия в поверхности днища резервуара.

Еще одной целью данного изобретения является создание устройства для удержания расплавленного металла, которое предназначено для непрерывного горячего покрытия металлической полосы и в котором внутри нижних зон коротких сторон резервуара искусственно формируют затвердевающие слои расплавленного металла так, что обеспечивается более устойчивое удержание расплавленного металла в плавающем состоянии.

Предложенное устройство для удержания расплавленного металла при непрерывном горячем покрытии металлической полосы содержит резервуар по существу прямоугольного поперечного сечения, имеющий длинные и короткие стороны и днище, в котором выполнено щелевидное отверстие, и содержащий расплавленный металл, электромагнит переменного тока, содержащий сердечник, установленный смежно с наружными боковыми поверхностями резервуара, и намотанную вокруг сердечника катушку, на которую подается переменный ток. Устройство характеризуется тем, что по внешней периферии верхней части резервуара выполнены вспомогательные резервуары ковшеобразной формы, предназначенные для временного содержания расплавленного металла, переливающегося через верхнюю часть резервуара, снаружи нижней части резервуара вдоль его длинных сторон выполнены камеры, сообщенные с резервуаром через щелевидные отводные отверстия, выполненные с заданным наклоном к резервуару, при этом сердечник электромагнита установлен между вспомогательными резервуарами и камерами, а само устройство снабжено вспомогательными трубами, соединяющими камеры с вспомогательными резервуарами.

В предпочтительном случае на длинных сторонах верхней части резервуара выполнены выпускные отверстия, через которые расплавленный металл может быть выпущен из резервуара во вспомогательные резервуары.

В каждом углу резервуара может быть расположена по меньшей мере одна вспомогательная труба.

Вспомогательные трубы могут быть установлены снаружи пары противолежащих полюсов сердечника электромагнита смежно с ними.

Кроме того, вспомогательные трубы могут быть установлены между парой противолежащих полюсов сердечника электромагнита или снаружи ярма сердечника электромагнита.

В предпочтительном случае отводные отверстия выполнены так, что расплавленный металл, подаваемый через них, образует угол в диапазоне от 30° до 45° с металлической полосой, подаваемой через отверстие, выполненное в днище резервуара.

Согласно альтернативному варианту выполнения настоящего изобретения устройство для удержания расплавленного металла при непрерывном нанесении металла на металлическую полосу при ее горячем покрытии содержит резервуар по существу прямоугольного поперечного сечения, имеющий длинные и короткие стороны и днище, в котором выполнено щелевидное отверстие, при этом резервуар содержит расплавленный металл, электромагнит переменного тока и охладители расплавленного металла. Устройство характеризуется тем, что электромагнит переменного тока установлен смежно с наружными поверхностями длинных сторон нижней части резервуара, а охладители расплавленного металла установлены смежно с наружными поверхностями коротких сторон нижней части резервуара для формирования застывающих слоев металла внутри резервуара возле коротких сторон его нижней части.

В предпочтительном случае устройство для удержания расплавленного металла дополнительно содержит датчики температуры, расположенные у каждой внутренней поверхности коротких сторон нижней части резервуара, где образуются застывающие слои, и у наружной поверхности коротких сторон нижней части резервуара, клапан подачи хладоносителя, соединенный с охладителями расплавленного металла и управляемый для регулирования количества хладоносителя, подаваемого в охладители расплавленного металла, и контроллер, соединенный с датчиками температуры и клапаном подачи хладоносителя для регулирования подаваемого количества хладоносителя в соответствии с регистрируемыми температурами для регулирования толщины застывающих слоев внутри резервуара.

Согласно еще одному варианту выполнения изобретения устройство для удержания расплавленного металла при непрерывном горячем покрытии металлической полосы содержит резервуар по существу прямоугольного поперечного сечения, имеющий длинные и короткие стороны и днище, в котором выполнено щелевидное отверстие, и содержащий расплавленный металл, электромагнит переменного тока, содержащий сердечник, установленный смежно с наружными боковыми поверхностями резервуара, намотанную вокруг сердечника катушку, на которую подается переменный ток, и охладители расплавленного металла. Устройство характеризуется тем, что по внешней периферии верхней части резервуара выполнены вспомогательные резервуары ковшеобразной формы, предназначенные для временного содержания расплавленного металла, переливающегося через верхнюю часть резервуара, снаружи нижней части резервуара вдоль его длинных сторон выполнены камеры, сообщенные с резервуаром через щелевидные отводные отверстия, выполненные с заданным наклоном к резервуару, сердечник электромагнита установлен между вспомогательными резервуарами и камерами, при этом устройство снабжено вспомогательными трубами, соединяющими камеры с вспомогательными резервуарами, а охладители расплавленного металла установлены смежно с наружными поверхностями коротких сторон нижней части резервуара для формирования застывающих слоев металла внутри резервуара возле коротких сторон его нижней части.

Кроме того, в изобретении предложен способ удержания расплавленного металла при непрерывном горячем покрытии металлической полосы, включающий подачу переменного тока на катушку электромагнита переменного тока для создания в резервуаре электромагнитной силы в направлении, противоположном силе тяжести, и подачу хладоносителя в охладители расплавленного металла для формирования внутри резервуара застывающих слоев металла. Способ характеризуется тем, что электромагнит переменного тока устанавливают смежно с наружными поверхностями длинных сторон нижней части резервуара, а охладители расплавленного металла - с наружными поверхностями коротких сторон нижней части резервуара.

В предпочтительном случае формирование застывающих слоев расплавленного металла включает измерение температур внутри и снаружи коротких сторон нижней части резервуара, расчет необходимой толщины застывающих слоев металла в зависимости от разницы температур внутри и снаружи коротких сторон нижней части резервуара и определение количества хладоносителя, которое необходимо подать в охладители расплавленного металла, и подачу определенного количества хладоносителя в охладители расплавленного металла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сопроводительные чертежи, которые включены в описание изобретения и составляют его часть, иллюстрируют один вариант выполнения изобретения и вместе с описанием используются для объяснения принципов изобретения.

Фиг.1 - схематический продольный вид в разрезе устройства для удержания расплавленного металла согласно первому предпочтительному варианту выполнения данного изобретения.

Фиг.2 - частичный вид сверху устройства для удержания расплавленного металла, приведенного на фиг.1.

Фиг.3 - вид в разрезе по линии III-III, показанной на фиг.2.

Фиг.4 - вид в разрезе по линии IV-IV, показанной на фиг.2.

Фиг.5 - вид в разрезе по линии V-V, показанной на фиг.1.

Фиг.6 - поперечное сечение устройства для удержания расплавленного металла согласно альтернативному предпочтительному варианту выполнения данного изобретения.

Фиг.7 - схематический вид для разъяснения электромагнитного поля, формируемого в устройстве для удержания расплавленного металла согласно данному изобретению.

Фиг.8 - схематический вид, иллюстрирующий индуцированный ток и электромагнитную силу, создаваемую в резервуаре устройства для удержания расплавленного металла согласно данному изобретению.

Фиг.9 - схематический вид, показывающий результаты численного анализа полей течения расплавленного металла около области нижнего отверстия резервуара устройства для удержания расплавленного металла согласно данному изобретению.

Фиг.10 - вид сбоку в разрезе устройства для удержания расплавленного металла согласно второму предпочтительному варианту выполнения данного изобретения.

Фиг.11 - вид спереди в разрезе устройства для удержания расплавленного металла, показанного на фиг.10.

Фиг.12 - схематический вид для описания охладителей расплавленного металла устройства для удержания расплавленного металла, приведенного на фиг.10.

Фиг.13 - схематический вид индуцированного тока и электромагнитной силы в резервуаре удерживающего устройства, показанного на фиг.10, до образования застывающего слоя.

Фиг.14 - схематический вид индуцированного тока и электромагнитной силы в резервуаре удерживающего устройства, показанного на фиг.10, после образования застывающего слоя.

Фиг.15 - схематический вид обычного устройства для осуществления процессов нанесения покрытия расплавленным металлом.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предпочтительные варианты выполнения данного изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Фиг.1 является схематическим продольным видом в разрезе устройства для удержания расплавленного металла согласно первому предпочтительному варианту выполнения данного изобретения.

Как показано на фиг.1, устройство 20 для удержания расплавленного металла используется для непрерывного горячего покрытия металлической полосы и включает основные элементы резервуара 21, содержащего расплавленный металл 22 и имеющего на поверхности днища щелевидное отверстие, и электромагнит 30 переменного тока, установленный смежно с наружными боковыми поверхностями резервуара 21. Электромагнит 30 переменного тока создает подъемную силу, приложенную к расплавленному металлу 22 так, что он не выходит через отверстие резервуара 21.

Резервуар 21 является по существу прямоугольным в поперечном сечении и имеет длинные и короткие стороны. Металлическая полоса 33 подается через щелевидное отверстие, выполненное в поверхности днища резервуара 21. Вспомогательные резервуары 24 ковшеобразной формы выполнены на верхней части резервуара 21 по внешней периферии этой верхней части. Вспомогательные резервуары 24 предназначены для временного содержания расплавленного металла, переливающегося через верхнюю часть резервуара 21. Может быть предусмотрена пара вспомогательных резервуаров 24, установленных смежно с длинными сторонами резервуара 21 и симметрично по отношению к металлической полосе 33, проходящей через резервуар 21.

Фиг.2 является частичным видом сверху показанного на фиг.1 устройства для удержания расплавленного металла, на котором показан один из вспомогательных резервуаров 24.

Как показано на чертеже, выпускное отверстие 23 выполнено на верхней боковой поверхности длинной стороны резервуара 21, которая образует одну боковую стенку вспомогательного резервуара 24. Выпускное отверстие 23 позволяет расплавленному металлу 22 легко переливаться во вспомогательный резервуар 24.

У нижней части резервуара 21 выполнена камера 26. Кроме того, из камеры 26 к резервуару 21 проходит вверх под заданным углом отводное отверстие 38, выполненное так, что камера 26 сообщается с внутренней полостью резервуара 21.

Предпочтительней, если каждая из камер 26 включает конструкцию в виде труб, проходящую вдоль длинной стороны резервуара 21 и предназначенную для соединения с соответствующим вспомогательным резервуаром 24. Кроме того, предпочтительней, если отводные отверстия 38 имеют форму длинной щели, выполненной под заданным углом к длинной стороне резервуара 21.

Фиг.3 является сечением по линии III-III, показанной на фиг.2, а фиг.4 - сечением по линии IV-IV, показанной на фиг.2.

Как показано на фиг.3 и 4, вспомогательный резервуар 24 и камера 26 (на чертежах показан один элемент из каждой пары) сообщаются через вспомогательные трубы 28. Вспомогательные трубы 28 проходят вниз вдоль боковой стенки резервуара 21, начинаются у поверхности днища вспомогательного резервуара 24 и тянутся до верхней поверхности камеры 26.

Кроме того, как показано на фиг.5, вспомогательные трубы 28 могут иметь начало в каждом углу резервуара 21, имеющего, как описано выше, по существу прямоугольное поперечное сечение. Расплавленный металл 22, временно сохраняемый во вспомогательных резервуарах 24, после переливания его из резервуара 21 поступает в камеры 26 через вспомогательные трубы 28.

Как описано выше, электромагнит 30 переменного тока установлен смежно с наружными боковыми поверхностями резервуара 21. Электромагнит 30 переменного тока содержит сердечник 31, установленный смежно с длинными стенками резервуара 21 между вспомогательными резервуарами 24 и камерами 26, и катушку 32, намотанную вокруг сердечника 31. Сердечник 31 имеет противолежащие полюсы, между которыми находится резервуар 21, и соединяющее полюсы ярмо. Катушка 32 намотана вокруг полюсов сердечника 31, причем во время работы через катушку 32 пропускают переменный ток. Предпочтительней, чтобы полюсы сердечника 31 имели ширину, по меньшей мере, такую же, как ширина длинных сторон резервуара 21.

Как показано на фиг.5, вспомогательные трубы 28 могут быть расположены снаружи пары противолежащих полюсов 31а сердечника 31. Как показано на фиг.6, возможно расположение вспомогательных труб 28 между парой полюсов 31а.

Снаружи ярма 31b сердечника 31 выполнены отдельные окна. Кроме того, вспомогательные трубы, соединяющие вспомогательные резервуары 24 и окна, и вспомогательные трубы, соединяющие окна и камеру 26, выполнены с возможностью пропускания расплавленного металла. В этом случае окна могут перемещаться вверх и вниз для регулирования количества циркулирующего расплавленного металла.

Ниже приведено описание работы устройства для удержания расплавленного металла согласно первому предпочтительному варианту выполнения данного изобретения.

Во-первых, резервуар 21 и вспомогательные трубы 28 заполняют расплавленным металлом 22. Если затем на катушку 32 электромагнита 30 переменного тока подают переменный ток, то, как показано на фиг.7, в резервуаре 21 электромагнитом 30 создается электромагнитное поле. В таком случае в расплавленном металле 22, заполняющем резервуар 21, индуцируется ток так, что, как показано на фиг.8, образуется единая траектория 41 прохождения тока. Сила Лоренца, возникающая в результате взаимодействия индуцированного тока и электромагнитного поля и определяемая векторным произведением индуцированного тока и электромагнитного поля, то есть электромагнитная сила, величина которой пропорциональна произведению индуцированного тока и электромагнитного поля, действует по направлению к центру траектории 41 прохождения тока. Таким образом, в нижней части резервуара 21 электромагнитная сила 43 действует в направлении, противоположном направлению силы тяжести, а в верхней части резервуара 21 электромагнитная сила 42 действует в направлении, совпадающем с направлением силы тяжести.

В устройстве для удержания расплавленного металла по первому предпочтительному варианту выполнения данного изобретения электромагнит 30 переменного тока находится в непосредственной близости от отверстия резервуара 21 благодаря выполнению внешней периферии резервуара 21 все более сужающейся в нижней его части. В результате, как показано на фиг.8, электромагнитная сила 43, действующая в нижней части резервуара 21 в направлении, противоположном силе тяжести, возрастает, а электромагнитная сила 42, действующая в верхней части резервуара 21, является сравнительно малой. Следовательно, суммарная электромагнитная сила, действующая на расплавленный металл 22 в резервуаре 21, действует в направлении, противоположном направлению силы тяжести, так что расплавленный металл 22 удерживается в резервуаре 21 в плавающем состоянии.

Расплавленный металл 22, удерживаемый таким образом в резервуаре 21 в плавающем состоянии, переливается во вспомогательные резервуары 24 через выпускные отверстия 23, выполненные в верхней части резервуара 21, затем этот расплавленный металл 22 перетекает через вспомогательные трубы 28, верхние части которых начинаются от днища вспомогательных резервуаров 24. Затем расплавленный металл 22 перетекает через вспомогательные трубы 28 из вспомогательных резервуаров 24 в камеры 26. Вслед за этим расплавленный металл 22, поступающий в камеры 26, впрыскивается в резервуар в форме свободной плоской струи через отводные отверстия 38 под гидростатическим давлением, зависящим от высоты вспомогательных труб 28 и электромагнитной силы, создаваемой электромагнитом 30 переменного тока.

Фиг.9 является схематическим видом, показывающим результаты численного анализа полей течения расплавленного металла в области нижней части резервуара 21 устройства для удержания расплавленного металла согласно данному изобретению.

Как показано на чертеже, свободная плоская струя протекает через отводные отверстия 38, выполненные под заданным углом (Θ) к подаваемой металлической полосе 33, то есть внутренние наибольшие линии, образованные течением расплавленного металла 22, составляют заданный угол (Θ) с металлической полосой 33, которая подается к устройству для удержания расплавленного металла. Угол (9) предпочтительно составляет от 30° до 45° для гарантии наиболее стабильного удерживания расплавленного металла 22 в плавающем состоянии. Если угол (Θ) составляет менее 30°, то поток свободной плоской струи, встречаясь с металлической полосой 33, будет слишком сильно замедляться, а если угол (Θ) составляет более 45°, то поток свободной плоской струи ударяется о металлическую полосу 33 и разбрызгивается вниз, в сторону от предполагаемого направления потока.

Впрыскиваемый таким образом расплавленный металл 22 входит в резервуар 21 в месте, расположенном вблизи металлической полосы 33 около нижней части резервуара 21 с отверстием. К тому же, расплавленный металл 22 не только обладает скоростью в направлении, противоположном направлению силы тяжести, но в этой области расплавленным металлом всегда создается траектория прохождения индуцированного тока, создаваемого электромагнитным полем. Следовательно, свободная поверхность расплавленного металла, поддерживаемого в плавающем состоянии электромагнитной силой в нижней части резервуара 21 с отверстием, кинетически стабилизирована так, что обеспечивается устойчивая поддержка расплавленного металла 22 в плавающем состоянии.

Расплавленный металл 22, циркулирующий так, как описано выше, уменьшается в объеме по мере того, как он наносится на металлическую полосу 33, проходящую через резервуар 21, поэтому необходимо непрерывно или периодически пополнять запас расплавленного металла 22.

Интенсивность электромагнитной силы, создаваемой электромагнитом 30 переменного тока, пропорциональна квадрату тока, подаваемого на катушку 32. В результате, предотвращение выхода расплавленного металла 22 в виде потока свободной плоской струи, впрыскиваемой через отводные отверстия 38, может быть устойчиво реализовано регулированием тока, подаваемого на катушку 32, и вертикальной высоты расплавленного металла 22 во вспомогательных резервуарах 24.

Фиг.10 является видом сбоку в разрезе устройства для удержания расплавленного металла согласно второму предпочтительному варианту выполнения данного изобретения, а фиг.11 - видом спереди в разрезе показанного на фиг.10 устройства для удержания расплавленного металла.

Как показано на чертежах, устройство 50 для удержания расплавленного металла согласно второму предпочтительному варианту выполнения данного изобретения включает основные элементы резервуара 51, содержащего расплавленный металл 22, электромагниты 60 переменного тока, установленные смежно с наружными боковыми поверхностями резервуара 51 для создания подъемной силы, приложенной к расплавленному металлу 22 в резервуаре 51, и охладители 53 расплавленного металла, предназначенные для формирования застывающих слоев 55 расплавленного металла 22 в нижних частях внутри резервуара 51, соответствующих участкам расположения охладителей 53 расплавленного металла. Резервуар 51 является по существу прямоугольным в поперечном сечении и имеет длинные и короткие стороны. В поверхности днища резервуара 51 выполнено щелевидное отверстие, через которое подается металлическая полоса 33.

Пара электромагнитов 60 переменного тока установлена смежно с наружной нижней поверхностью длинных сторон резервуара 51. Электромагниты 60 переменного тока расположены напротив друг друга симметрично относительно металлической полосы 33, когда она подается в резервуар 51. Охладители 53 расплавленного металла установлены на нижней наружной поверхности коротких сторон резервуара 51. При работе охладители 53 расплавленного металла создают застывающие слои 55 расплавленного металла 22 в нижних частях внутри резервуара 51 возле его коротких сторон.

Фиг.12 является схематическим видом, изображающим охладители 53 расплавленного металла в показанном на фиг.10 устройстве для удержания расплавленного металла.

На чертеже показана конструкция для подачи хладоносителя к охладителям 53 расплавленного металла и отвода хладоносителя от них. Что касается подачи хладоносителя к охладителям 53 расплавленного металла, то они снабжены датчиками температуры 57а и 57b, соответственно внутри и снаружи резервуара 51, клапаном 63 подачи хладоносителя, управляемым для регулирования количества хладоносителя, подаваемого к охладителям 53 расплавленного металла, и контроллером 61, предназначенным для регулирование подачи хладоносителя в зависимости от регистрируемых температур так, чтобы было можно регулировать толщину застывающих слоев 55.

Датчики температуры 57а и 57b установлены соответственно внутри и снаружи резервуара 51 на высоте, соответствующей высоте образования застывающих слоев 55. Температуры, регистрируемые датчиками 57а и 57b, передаются на контроллер 61. Клапан 63 подачи хладоносителя соединен с каждым из охладителей 53 расплавленного металла, а также с контроллером 61. Кроме того, контроллер 61 соединен с клапаном 63 подачи хладоносителя, а также с датчиками 57а и 57b температур. В зависимости от температур, регистрируемых датчиками 57а и 57b, контроллер 61 подает сигналы на клапан 63 подачи хладоносителя для регулирования количества хладоносителя, подаваемого к охладителям 53 расплавленного металла. В соответствии с этим процессом регулируется толщина застывающих слоев 55 в резервуаре 51.

Фиг 13 является схематическим видом, показывающим индуцированный ток и электромагнитную силу в резервуаре 51 до образования застывающих слоев 55.

Электромагнитное поле, сформированное электромагнитом 60 переменного тока, создает внутри расплавленного металла 22, залитого в резервуар 51, индуцированный ток. Этот индуцированный ток образует единую траекторию 71 прохождения тока. По направлению к центру траектории 71 прохождения тока действует определяемая векторным произведением индуцированного тока и электромагнитного поля сила Лоренца, то есть электромагнитные силы 72, 73 и 75, интенсивность которых пропорциональна произведению индуцированного тока и электромагнитного поля.

Таким образом, при установке электромагнита 60 переменного тока в нижней части резервуара 51 электромагнитная сила 72, воздействующая на расплавленный металл 22 вблизи отверстия, имеет направление, противоположное направлению силы тяжести, а электромагнитная сила 73, воздействующая на расплавленный металл 22 в верхней части резервуара 51, имеет направление, совпадающее с направлением силы тяжести. Так как интенсивность электромагнитной силы 72 в нижней части резервуара 51 поблизости от электромагнита 60 переменного тока превышает электромагнитную силу 73 в верхней части резервуара 51, расположенной сравнительно далеко от электромагнита 60 переменного тока, то суммарная электромагнитная сила в резервуаре 51 направлена противоположно направлению силы тяжести, создавая тем самым подъемную силу для расплавленного металла 22 в резервуаре 51.

В углах днища резервуара 51 направление индуцированного тока 71 изменяется, вследствие чего также изменяется направление действия электромагнитной силы. Если говорить более подробно, то электромагнитная сила 75 в углах днища резервуара 51 содержит составляющие 75а, перпендикулярные направлению силы тяжести, и составляющие 75b, соответствующие направлению силы тяжести.

За пределами углов в областях коротких сторон составляющая 75b в направлении действия силы тяжести уже не действует, а присутствует только составляющая 75а, перпендикулярная направлению действия силы тяжести. Таким образом, в нижних углах коротких сторон резервуара 51 электромагнитная сила, направленная против силы тяжести, значительно меньше, чем в центральной части длинных сторон резервуара, вследствие чего обеспечивается устойчивый эффект поддержки в плавающем состоянии. Этот эффект поддержки в плавающем состоянии получается еще более устойчивым при работе охладителей 53 для формирования застывающих слоев 55.

Фиг.14 является схематическим видом, показывающим индуцированный ток и электромагнитную силу в резервуаре после образования застывающих слоев 55.

Как показано на чертеже, траектория 71 течения индуцированного тока аналогична траектории до образования застывающих слоев 55. Однако в нижней части резервуара 51 присутствуют только те составляющие электромагнитной силы, воздействующие на расплавленный металл, которые имеют направление, противоположное направлению силы тяжести. Кроме того, при образовании застывающих слоев 55 в углах днища и коротких сторонах резервуара 51 присутствуют лишь требуемые силы, вследствие чего расплавленному металлу 22 сообщается достаточное подъемное усилие и он не выходит через отверстие.

Застывающие слои 55 образуются в резервуаре 51 таким образом, что они оказываются прикрепленными к внутренним нижним частям коротких сторон резервуара 51. Предпочтительней, если толщина застывающих слоев 55 такова, что застывающие слои 55 проходят от нижних частей коротких сторон резервуара 51 до того места, где начинается образование электромагнитных составляющих, перпендикулярных силе тяжести.

Способ определения толщины застывающих слоев 55 более подробно описан ниже. Расстояние от нижних частей коротких сторон резервуара 51 до места, где начинается образование электромагнитных составляющих, перпендикулярных силе тяжести, почти равно глубине (δ) проникновения электрического поля переменного тока. Таким образом, предпочтительней, чтобы застывающие слои 55 получались толще, чем глубина (δ) проникновения, которая определяется расплавленным металлом 22, обеспечивающим толщину застывающих слоев 55, и частотой электрического поля переменного тока.

Глубина (δ) проникновения может быть получена из приведенного ниже Уравнения 1.

[Уравнение 1]

где f - частота электромагнитного поля переменного тока, σ - электропроводность расплавленного металла, μ - магнитная проницаемость.

Если температуры внутри и снаружи резервуара 51 известны, то толщину застывающих слоев 55 можно определить из приведенного ниже Уравнения 2.

[Уравнение 2]

где t_pol - толщина стенки короткой стороны резервуара 51, t_solid - толщина застывающих слоев 55 расплавленного металла, k_pol - теплопроводность резервуара 51, k_solid - теплопроводность застывающего расплавленного металла, Т_ро - температура наружной стороны стенки резервуара 51, T_pi - температура внутренней стороны стенки резервуара 51, и T_m - температура на границе между застывающими слоями 55 и расплавленным металлом 22, являющаяся температурой застывания металла.

Таким образом, датчики температуры 57а и 57b регистрируют соответственно T _pi и Т_ро, так что может быть определена толщина (t_solid) застывающих слоев 55. Для обеспечения устойчивой поддержки расплавленного металла 22 в плавающем состоянии толщина (t_solid) застывающих слоев 55 должна удовлетворять Уравнению 3, приведенному ниже.

[Уравнение 3]

Для определения производительности устройства для удержания расплавленного металла согласно второму предпочтительному варианту выполнения данного изобретения был проведен следующий эксперимент.

Сначала был изготовлен резервуар 51 из нержавеющей стали толщиной 10 мм и к отверстию нижней части резервуара 51 было приложено магнитное поле переменного тока (B_rms) частотой 60 Гц при 0,3 Т. Разница в температурах на внутренней и наружной сторонах стенок резервуара 51 поддерживалась на уровне 100°С или выше, и толщина (t_solid) самого нижнего из застывающих слоев 55 у коротких сторон резервуара 51 составила более 55 мм, что является глубиной (δ) проникновения расплавленного цинка, рассчитанной по Уравнению 1. Таким образом, расплавленный цинк 22, залитый в резервуар 51, стабильно поддерживается в плавающем состоянии на высоте 500 мм от отверстия.

В то же время, если разница в температурах на внутренней и наружной сторонах стенок коротких сторон резервуара 51 составляет меньше 100°С, то толщина (t_solid ) застывающего слоя становится меньше глубины (δ) проникновения, при этом происходит выход расплавленного цинка в области короткой стороны. Поэтому, температуры внутренней и наружной сторон стенки регистрировались соответственно датчиками температуры 57а и 57b, a контроллер 61 на основе этой информации осуществлял регулирование клапана подачи 63 таким образом, что разница температур внутренней и наружной сторон стенки поддерживалась на уровне 100°С или выше, способствуя тем самым созданию толщины (t_solid) застывающих слоев 55, превышающей глубину (δ) проникновения.

Устройство для удержания расплавленного металла согласно третьему предпочтительному варианту выполнения данного изобретения включает все признаки устройств для удержания расплавленного металла по первому и второму предпочтительным вариантам выполнения данного изобретения.

В частности, устройство для удержания расплавленного металла согласно третьему предпочтительному варианту выполнения данного изобретения содержит резервуар с расплавленным металлом и имеет щель, выполненную в поверхности днища, вспомогательные резервуары для временного хранения расплавленного металла, переливающегося через верхнюю часть резервуара; камеры, расположенные у нижней части резервуара и сообщающиеся со вспомогательными резервуарами через вспомогательные трубы, а с резервуаром - через отводные отверстия, электромагниты переменного тока, установленные смежно с наружными боковыми поверхностями резервуара, и создает подъемную силу, приложенную к расплавленному металлу так, что он не выходит в отверстие резервуара, а также охладители расплавленного металла, предназначенные для образования застывающих слоев внутри резервуара на нижней части его коротких сторон.

Резервуар выполнен по существу прямоугольным в поперечном сечении и имеет длинные и короткие стороны. Вспомогательные резервуары имеют ковшеобразную форму и расположены по внешней периферии вокруг верхней части резервуара.

Кроме того, вдоль поверхности длинной стороны нижней части резервуара выполнены камеры, которые сообщаются с резервуаром через отводные отверстия щелевидной формы, проходящие вверх с наклоном к внутренней полости резервуара.

Электромагнит переменного тока содержит сердечник, установленный смежно с наружными длинными сторонами резервуара между вспомогательными резервуарами и камерами, и намотанную вокруг сердечника катушку, через которую течет переменный ток. Охладители расплавленного металла установлены на нижних наружных поверхностях коротких сторон резервуара. При работе охладители расплавленного металла образуют застывающие слои внутри резервуара у нижней части его коротких сторон.

Рассмотренное устройство для удержания расплавленного металла дополнительно содержит датчик температуры у каждой внутренней нижней поверхности коротких сторон резервуара, где образуются застывающие слои, и у наружной нижней поверхности коротких сторон резервуара, клапан подачи хладоносителя, управляемый для регулирования количества хладоносителя, подаваемого к охладителям расплавленного металла, и контроллер, соединенный с датчиками температуры и клапаном подачи хладоносителя для регулирования количества хладоносителя, подаваемого в соответствии с регистрируемыми температурами, для регулирования толщины застывающих слоев, образующихся внутри резервуара.

Хотя выше были подробно описаны предпочтительные варианты выполнения данного изобретения, следует иметь в виду, что специалистами в данной области техники могут быть внесены многочисленные изменения и/или модификации приведенной здесь основной изобретательской концепции, не выходящие за пределы сущности и объема правовой защиты изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство для удержания расплавленного металла при непрерывном горячем покрытии металлической полосы, содержащее резервуар, по существу, прямоугольного поперечного сечения, имеющий длинные и короткие стороны и днище, в котором выполнено щелевидное отверстие, и содержащий расплавленный металл, электромагнит переменного тока, содержащий сердечник, установленный смежно с наружными боковыми поверхностями резервуара, и намотанную вокруг сердечника катушку, на которую подается переменный ток, отличающееся тем, что по внешней периферии верхней части резервуара выполнены вспомогательные резервуары ковшеобразной формы, предназначенные для временного содержания расплавленного металла, переливающегося через верхнюю часть резервуара, снаружи нижней части резервуара вдоль его длинных сторон выполнены камеры, сообщенные с резервуаром через щелевидные отводные отверстия, выполненные с заданным наклоном к резервуару, при этом сердечник электромагнита установлен между вспомогательными резервуарами и камерами, а само устройство снабжено вспомогательными трубами, соединяющими камеры с вспомогательными резервуарами.

2. Устройство для удержания расплавленного металла по п.1, отличающееся тем, что на длинных сторонах верхней части резервуара выполнены выпускные отверстия, через которые расплавленный металл может быть выпущен из резервуара во вспомогательные резервуары.

3. Устройство для удержания расплавленного металла по п.1, отличающееся тем, что в каждом углу резервуара расположена по меньшей мере одна вспомогательная труба.

4. Устройство для удержания расплавленного металла по п.1, отличающееся тем, что вспомогательные трубы установлены снаружи пары противолежащих полюсов сердечника электромагнита смежно с ними.

5. Устройство для удержания расплавленного металла по п.1, отличающееся тем, что вспомогательные трубы установлены между парой противолежащих полюсов сердечника электромагнита.

6. Устройство для удержания расплавленного металла по п.1, отличающееся тем, что вспомогательные трубы установлены снаружи ярма сердечника электромагнита.

7. Устройство для удержания расплавленного металла по п.1, отличающееся тем, что отводные отверстия выполнены так, что расплавленный металл, подаваемый через них, образует угол в диапазоне от 30 до 45° с металлической полосой, подаваемой через отверстие, выполненное в днище резервуара.

8. Устройство для удержания расплавленного металла при непрерывном нанесении металла на металлическую полосу при ее горячем покрытии, содержащее резервуар, по существу, прямоугольного поперечного сечения, имеющий длинные и короткие стороны и днище, в котором выполнено щелевидное отверстие, при этом резервуар содержит расплавленный металл, электромагнит переменного тока и охладители расплавленного металла, отличающееся тем, что электромагнит переменного тока установлен смежно с наружными поверхностями длинных сторон нижней части резервуара, а охладители расплавленного металла установлены смежно с наружными поверхностями коротких сторон нижней части резервуара для формирования застывающих слоев металла внутри резервуара возле коротких сторон его нижней части.

9. Устройство для удержания расплавленного металла по п.8, отличающееся тем, что дополнительно содержит датчики температуры, расположенные у каждой внутренней поверхности коротких сторон нижней части резервуара, где образуются застывающие слои, и у наружной поверхности коротких сторон нижней части резервуара, клапан подачи хладоносителя, соединенный с охладителями расплавленного металла и управляемый для регулирования количества хладоносителя, подаваемого в охладители расплавленного металла, и контроллер, соединенный с датчиками температуры и клапаном подачи хладоносителя для регулирования подаваемого количества хладоносителя в соответствии с регистрируемыми температурами для регулирования толщины застывающих слоев внутри резервуара.

10. Способ удержания расплавленного металла при непрерывном горячем покрытии металлической полосы, включающий подачу переменного тока на катушку электромагнита переменного тока для создания в резервуаре электромагнитной силы в направлении, противоположном силе тяжести, и подачу хладоносителя в охладители расплавленного металла для формирования внутри резервуара застывающих слоев металла, отличающийся тем, что электромагнит переменного тока устанавливают смежно с наружными поверхностями длинных сторон нижней части резервуара, а охладители расплавленного металла - с наружными поверхностями коротких сторон нижней части резервуара.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что формирование застывающих слоев расплавленного металла включает измерение температур внутри и снаружи коротких сторон нижней части резервуара, расчет необходимой толщины застывающих слоев металла в зависимости от разницы температур внутри и снаружи коротких сторон нижней части резервуара, определение количества хладоносителя, которое необходимо подать в охладители расплавленного металла, и подачу определенного количества хладоносителя в охладители расплавленного металла.

12. Устройство для удержания расплавленного металла при непрерывном горячем покрытии металлической полосы, содержащее резервуар, по существу, прямоугольного поперечного сечения, имеющий длинные и короткие стороны и днище, в котором выполнено щелевидное отверстие, и содержащий расплавленный металл, электромагнит переменного тока, содержащий сердечник, установленный смежно с наружными боковыми поверхностями резервуара, намотанную вокруг сердечника катушку, на которую подается переменный ток, и охладители расплавленного металла, отличающееся тем, что по внешней периферии верхней части резервуара выполнены вспомогательные резервуары ковшеобразной формы, предназначенные для временного содержания расплавленного металла, переливающегося через верхнюю часть резервуара, снаружи нижней части резервуара вдоль его длинных сторон выполнены камеры, сообщенные с резервуаром через щелевидные отводные отверстия, выполненные с заданным наклоном к резервуару, сердечник электромагнита установлен между вспомогательными резервуарами и камерами, при этом устройство снабжено вспомогательными трубами, соединяющими камеры с вспомогательными резервуарами, а охладители расплавленного металла установлены смежно с наружными поверхностями коротких сторон нижней части резервуара для формирования застывающих слоев металла внутри резервуара возле коротких сторон его нижней части.

13. Устройство для удержания расплавленного металла по п.12, отличающееся тем, что дополнительно содержит датчики температуры, расположенные у каждой внутренней поверхности коротких сторон нижней части резервуара, где образуются застывающие слои металла, и у наружной поверхности коротких сторон нижней части резервуара, клапан подачи хладоносителя, соединенный с охладителями расплавленного металла и управляемый для регулирования количества хладоносителя, подаваемого в охладители расплавленного металла, и контроллер, соединенный с датчиками температуры и клапаном подачи хладоносителя для регулирования подаваемого количества хладоносителя в соответствии с регистрируемыми температурами для регулирования толщины застывающих слоев металла внутри резервуара.

14. Устройство для удержания расплавленного металла по п.12, отличающееся тем, что на длинных сторонах верхней части резервуара выполнены выпускные отверстия, через которые расплавленный металл может быть выпущен из резервуара во вспомогательные резервуары.

15. Устройство для удержания расплавленного металла по п.12, отличающееся тем, что в каждом углу резервуара расположена по меньшей мере одна вспомогательная труба.

16. Устройство для удержания расплавленного металла по п.12, отличающееся тем, что вспомогательные трубы установлены снаружи пары противолежащих полюсов сердечника электромагнита смежно с ними.

17. Устройство для удержания расплавленного металла по п.12, отличающееся тем, что вспомогательные трубы установлены между парой противолежащих полюсов сердечника электромагнита.

18. Устройство для удержания расплавленного металла по п.12, отличающееся тем, что вспомогательные трубы установлены снаружи ярма сердечника электромагнита.

19. Устройство для удержания расплавленного металла по п.12, отличающееся тем, что отводные отверстия выполнены так, что расплавленный металл, подаваемый через них, образует угол в диапазоне от 30 до 45° с металлической полосой, подаваемой через отверстие, выполненное в днище резервуара.

РИСУНКИ