专利名称：用于对一条金属股绳进行热浸涂层的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对一条金属股绳、特别是一条钢带进行一种热浸涂层装置，其中所述金属股绳垂直地被引导通过一个盛有熔融的涂层金属的容器并通过一个前置的导向通道，该装置配有至少两个安置在金属股绳两侧、导向通道范围内的感应器，用于产生一个电磁场，借以将涂层金属留住在容器中；还配有至少一个传感器，用于探测出金属股绳在导向通道范围中的位置。此外，本发明还涉及一种用于将一条金属股绳进行热浸涂层的方法。
用于金属带的传统金属浸渍涂层设备都具有一个须很好维护的部分，即涂层容器及其中的装备。待涂层的金属带的表面在涂层之前必须清除其上的氧化物残余，并为了同涂层金属的结合而将之活化。因此，带表面在涂层之前应在热处理过程中以一种还原气氛加以处理。由于所述氧化物层事先按化学法或磨除法加以清除了，所以可利用还原性的热处理使所述表面活化，从而使之在热处理之后处于金属纯状态。
但是，随着带表面的活化，带表面对环境的空气氧的亲合力会提高。为了防止空气氧在涂层过程之前再次到达带表面，须将所述带放在一个浸入套中从上引入到浸渍涂层浴中。由于涂层金属是呈液态的，而且人们愿意利用重力并结合喷吹装置以达到调定涂层厚度的目的，当然在涂层金属完全凝固之前的后续处理不允许接触所述带，所以该带在涂层容器中必须朝垂直方向加以转向。这一点是利用一个在液态金属中运行的辊子来实现的。由于液态涂层金属之故，该辊子受到强烈的磨损，这是造成停工从而造成生产作业中断的原因。
由于涂层金属的所希望的微小涂层厚度只能在微米范围内波动，所以对带表面的质量提出很高的要求。这一点意味着引导金属带的辊子的表面也必须具有高质量。辊子表面上的干扰通常会导致对带表面的损伤。这是造成设备经常停工的又一个原因。
为了防止上述与在液态涂层金属中运行的辊子相关联的问题发生，采取了如下措施使用一种朝下开口的涂层容器，该容器在其下部具有一个导向通道，以实现朝上的垂直的带导引，而为了密封则使用一种电磁封闭。在这里指的是使用电磁感应器，该电磁感应器以推回性的、泵唧性的或收束性的电磁交变场或行波场工作，借以朝下密封涂层容器。
这样一种解决方案例如在EP 0 673 444 B1中公开过。WO 96/03533提出的方案以及JP 5086446提出的方案也采用一种电磁封闭以实现涂层容器朝下的密封。
对非铁磁的金属带的涂层这样固然是可行的，但对基本上属于铁磁性的钢带则会出现这样的问题，就是这种钢带在电磁密封中由于铁磁性之故而被拉到导向通道的壁上，从而使钢带表面受损。此外，成为问题的是，涂层金属和金属带本身会由于感应场之故而受到不许可的加热。
铁磁性钢带通过导向通道在两个行波场感应器之间的位置是一个不稳定的平衡。只有在导向通道的中心处，作用于带的磁吸引力之总和才是零。一旦钢带偏离开它的居中位置，它就会较为靠近所述两个感应器中的一个，而远离另一个感应器。造成这种偏离的原因可能就是该钢带的简单平面状态缺陷。于此，须指出的缺陷大概是从钢带的宽度上依运行方向观察的种种带波纹(中心凸起、四分之一凸起、边缘波纹、翼状波纹、扭纹、交叉波纹、S-形波纹，等等)。与磁吸引力相关的磁感应根据一个指数函数随着离感应器的距离增大而减小其场强。相似地，因此磁吸引力随着离感应器的距离增大而以感应场强的平方减小。对于已偏离的钢带，这一点意味着随着向一个方向的偏离，对一个感应器的磁吸引力依指数上升，而另一个感应器的回复力则依指数减小。这两种效应自身增强，从而所述平衡是不稳定的。
为了解决这一问题，也就是为了使金属股绳在导向通道中的精确的位置调节，DE 195 35 854 A1和DE 100 14 867 A1提出了一些方案。根据那里所公开的构思有如下规定除了用于产生电磁行波场的线圈之外，还配置了一些附加的辅助线圈，这些辅助线圈与一个调节系统相连，其作用是将偏离居中位置的金属带再次拉回到该位置上。
为了实现金属股绳在导向通道中的位置调节，对其位置的准确探测是一个重要的条件。为此，在WO 01/11 101 A1、JP 102 98 727及JP 100 463 10中公开了一些传感器，但没有在其中提出传感器的专门结构和具体布置。
因此，本发明的任务是为这种类型的装置提出一种传感器，用于指出金属股绳在导向通道中的位置，该传感器的特征在于测量精度高，结构简单，制造成本合算。这样，应当能提高金属股绳在导向通道的中心平面中的调节效果。
本发明的上述任务的解决方案的特征在于为探测金属股绳的位置所用的传感器由两个线圈组成，这两个线圈(依金属股绳的输送方向观察)被安置在感应器的高度延伸范围之内，并处在感应器和金属股绳之间。
在这种情况下最好使线圈和感应器针对导向通道的中心平面相对称地加以布置。
线圈最好是相同的，并作为没有芯的线圈式绕组加以成形。它们可以有一个或多个线匝。在这种情况下最好使线圈的金属丝由铜做成。此外，线圈的线匝可以具有圆形、椭圆形或矩形的形状。
根据改进方案，所述线圈与一个用于测量线圈中所感应的电压的测量机构相连。在这里可做如下规定测量机构是为了在线圈中所感应的电压的高欧姆电阻测量而设计的。
此外，测量机构可以有一个减法器，利用此减法器可以求得两个在线圈中所感应出的电压之差。
最后可将多对线圈(沿金属股绳的输送方向观察)安置在感应器的高度延伸范围内，处在感应器和金属股绳之间。
依本发明提出的用于金属股绳的热浸涂层方法，将金属股绳垂直地引导通过盛有涂层金属的容器，并通过前置的导向通道。为了将涂层金属保留在容器中，将至少两个感应器安置在金属股绳两侧、导向通道范围内，其中利用至少一个传感器探测金属股绳在导向通道的范围内的位置。
依本发明，本方法规定为了探测金属股绳的位置配置了两个线圈，这两个线圈(依金属股绳的输送方向观察)布置在感应器的高度延伸范围内、在感应器和金属股绳之间，其中测量在线圈中所感应的电压，被测量出的电压彼此相减，考虑所得出的值用于推导出一个用于金属股绳所述位置的指标(Indikator)。在测量了这两个感应电压之后，还须求得这两个值之差。根据所求得的差，便可推断出金属股绳偏离于中心位置的高度。
所提出的用于测定金属股绳在导向通道中的位置的传感器，其特征在于，结构简单，因而其制造成本合算。此外，利用该传感器可以很准确地探测到所述股绳的位置。
附图中示出本发明的一个实施例。附图表示
图1热浸涂层装置连同一个被引导通过此装置的金属股绳的示意横断面图，图2一个感应器连同一个安置在其前的测量线圈的透视前视图。
热浸涂层装置具有一个容器3，其中盛有熔融液态的涂层金属2。这里所指的涂层金属例如可以是锌或铝。被涂层的金属股绳1以一种钢带的形式依输送方向R垂直向上地通过容器3。在这里应指出的是从原则上讲，也有可能使金属股绳1从上向下地通过容器3。为了使金属股绳1通过容器3，该容器在其底部上有一开口，在这里有一个被夸大其大小或宽度绘出的导向通道4。
为了使熔融液态的涂层金属2不可以通过导向通道4向下流出，在金属股绳1的两边布置了两个电磁感应器5，这两个感应器产生一个磁场，该磁场在液态涂层金属2中造成上浮力，该上浮力对涂层金属2的重力起反作用，从而将导向通道4向下地加以密封。
这里的感应器5指的是两个对置地布置的交换场感应器或行波场感应器，它们在从2Hz至10kHz的频率范围内工作，并建立起一个垂直于输送方向R的电磁横向磁场。适用于单相系统(交变场感应器)的优选的频率范围在2kHz和10kHz之间，而适用于多相系统(例如行波场感应器)的优选的频率范围则在2Hz和2kHz之间。
其目的是如此地保持处于导向通道4中的金属股绳1，使得它尽可能确定不变地处在一个位置上、最好是处在导向通道4的中心平面7中。
处在两个对置地布置的感应器5之间的金属股绳1在一般情况下在所述感应器5之间施加一个电磁场时，总是被吸向较靠近的那个感应器，其中该吸引力随着逐渐造近一个感应器而增大，从而导致一个非常不稳定的金属带中心位置。因此，在所述装置工作时会产生这样的问题金属股绳1由于感应器5的吸引力之故，不能自由和居中地运行通过处于被激活的感应器之间的导向通道4。
因此，为了使金属股绳1稳定在导向通道4的中心平面7中，配置了一个未在图中示出的调谐回路，其中(最好经过也未示出的电磁辅助线圈)对金属股绳1施加影响。通过感应器5和(未示出的)辅助线圈的磁场的重叠，就可确保金属股绳1保持一个确定不变的、特别是居中的位置。在这种情况下利用这些辅助线圈，便可根据控制情况来增强或减弱感应器5的磁场(叠加原理)。
所述两个感应器5基本上对于导向通道4的中心平面7是镜面地布置的，彼此具有一个距离Y。感应器的高度延伸范围Ho(依金属股绳1的输送方向R观察)对于这两个感应器5来说是相等的。
在感应器5和金属股绳1之间、尤其是在感应器5和导向通道4的壁部之间，对于中心平面7镜面地布置了两个线圈6和6’。从图1可看出这两个线圈的高度位置H及其离感应器5的距离X1及X2；图2中示出一个感应器5连同一个安置在其前面的线圈6的前透视图，此外，还示出该线圈6被安置在一个相对于感应器5的确定的宽度位置L处。
为了进行有效的调节，重要的是尽可能精确地探测出金属股绳1在导向通道4中的位置s，也就是探测出从中心平面7的偏离。
这里使用位置测量传感器(线圈)6及6’，它们是作为无芯线圈式绕组设计的。它们被安置在相应感应器5的前面的电磁场中，适用于测量一个在线圈6、6’中所感应的电压UInd1和UInd2，该电压与在感应器5中所产生的场强成正比。在线圈6、6’中所感应的电压的测量是无电流(高欧姆电阻)地进行的，以便不影响感应器5(可能还有辅助线圈)的电磁场。这里的线圈6、6’指的是这样的线圈，它们具有一种导电金属(例如铜丝)的一个或多个线匝。在制造线圈6、6’时，金属丝材料可按圆形、椭圆形、矩形或相似形状围绕一个中点加以缠绕。
如图1所示，分别有两个线圈6、6’(图中只示出一个线圈对)如此相互安置在感应器5的电磁场中，使得它们形成一个几何上彼此对置的线圈对。在这里，一个共属对的线圈6、6’分别安置在感应器5和钢带1之间；针对导向通道4的中心平面7，它们是镜像对置地安置的，也就是说线圈6、6’的高度位置H、线圈6、6’的宽度位置L(参看图2)以及线圈6、6’离感应器5的距离X1及X2都是相等的。须指出的一点是距离X1及X2的相等性并不是必要的条件。
如果金属股绳1处在这两个感应器5之间，从而处在线圈6、6’之间、在给定的电磁场中的话，在线圈6、6’中所测得的感应电压便会根据金属股绳1的位置s而改变。这一点应归因于金属股绳1在磁场中的反馈。所提出的这种构思也就适应于磁场范围内感应器布置和测量线圈位置的结合，其中金属股绳1同电磁密封的磁场的交变作用的效应可加以利用。
所利用的效应以下述物理思考来诠释在线圈6、6’中，依照已知的电磁感应原理，下述电压被感应UInd＝-n dPhi/dt，式中UInd线圈中被感应的电压，n线圈的线匝的数目，dPhi＝BdA磁通量密度，式中A线圈垂直于磁场的面积，B磁场强度。
这样，线圈6、6’中所感应的电 UInd便与线圈的位置处的场强成正比。通过在线圈6中所感应的电压UInd1和在线圈6’中所感应的电压UInd2的减法，在感应器6、6’之间没有布置金属股绳1时，在感应器5的电磁场中的线圈之间得出一个相应于线圈6、6’的位置的差异信号，也就是一个电压差UInd。在理想的条件下和相等的距离X1和X2的情况下，线圈6和6’之间的电压差UInd为零。
如果这时将金属股绳1置于线圈6、6’之间的有效电磁场中，在线圈6、6’的位置固定的情况下，线圈6、6’的所述差异信号UInd便会改变。
如果这时金属股绳1在感应器5和串联的线圈6、6’之间占有不同位置s，则根据位置s而得出线圈6、6’的不同的差异信号。金属股绳1的位置s可以从位置固定的线圈6、6’的电压差及其根据下述参数的布置而得出线圈6、6’的高度位置H，线圈6、6’的宽度位置B，及线圈6、6’离感应器5的距离X1和X2。
在线圈6、6’中便感应出一个电压UInd1和UInd2，依下列关系式UInd1＝-n1dPhi/dt f1及UInd2＝-n2dPhi/dt f2式中UInd1线圈6中所感应的电压，UInd2线圈6’中所感应的电压，n1线圈6的线匝的数目，n2线圈6’的线匝的数目，f1用于线圈6的系数作为金属股绳的位置和磁场强度的函数，f2用于线圈6’的系数作为金属股绳的位置和磁场强度的函数。
在线圈6、6’中所感应的电压在测量机构8的一部分中加以测量。对测量机构8的在其上进行上述测量的那个部分附接了一个减法器9，在此减法器上可确定电压差UInd，即线圈6中所感应的电压UInd1和线圈6’中所感应的电压UInd2之差。在测量机构8上为减法器9配置了一个单元，在此单元中可以从电压差UInd出发反算出金属股绳1相对于导向通道4的中心平面7的位置s。对于金属股绳的位置s在这里所存储的函数曲线取决于电压差UInd。
通过被布置在线圈6、6’之间的金属股绳1和每个在线圈6、6’中所感应的电压的与金属带相关和与磁场相关的变化的反馈，便可根据所测量的电压差UInd依照一个存储于测量机构8中的函数，而求得金属股绳1的位置s。这样便可简单而准确地求得金属股绳1的位置s，并在调节钢带位置时加以利用。
附图标记一览表1 金属股绳(钢带)2 涂层金属3 容器4 导向通道5 感应器6 传感器(线圈)6’传感器(线圈)7 导向通道的中心平面8 测量机构9 减法器S 金属股绳的位置R 输送方向Ho 感应器的高度延伸范围Y 感应器的距离H 线圈的高度位置L 线圈的宽度位置X1线圈6离感应器的距离X2线圈6’离感应器的距离UInd1在线圈6中所感应的电压UInd2在线圈6’中所感应的电压UInd电压差
权利要求
1.用于对一条金属股绳(1)、特别是一条钢带进行热浸涂层的装置，其中金属股绳(1)垂直地被引导通过一个盛有熔融液态涂层金属(2)的容器(3)、并通过一个前置的导向通道(4)，该装置配有至少两个安置在金属股绳(1)的两侧、导向通道(4)部位处的感应器(5)，用于产生一个电磁场，借以将涂层金属(2)保留在容器(3)中；还配有至少一个传感器(6，6’)，用于探测金属股绳(1)在导向通道(4)范围中的位置(s)，其特征在于，所述用于探测金属股绳(1)的位置的传感器由两个线圈(6，6’)组成，从金属股绳(1)的输送方向(R)观察，这两个线圈布置在感应器(5)的高度延伸范围(Ho)内、感应器(5)和金属股绳(1)之间。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，线圈(6，6’)和感应器(5)是针对导向通道(4)的中心平面(7)对称地加以布置的。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，线圈(6，6’)是相同的，并作为无芯线圈式绕组构成。
4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，线圈(6，6’)具有一个或多个线匝。
5.按权利要求3或4所述的装置，其特征在于，线圈(6，6’)的线由铜制成。
6.按权利要求3至5中任一项所述的装置，其特征在于，线圈(6，6’)的线匝具有圆形、椭圆形或矩形的形式。
7.按权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，线圈(6，6’)与一个测量机构(8)相连，该测量机构用于测量在线圈(6，6’)中所感应的电压(UInd1，UInd2)。
8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，测量机构(8)用于对在线圈(6，6’)中所感应的电压(UInd1，UInd2)进行高欧姆测量。
9.按权利要求7或8所述的装置，其特征在于，测量机构(8)具有一个减法器(9)，借此减法器可以求得所述两个在线圈(6，6’)中所感应的电压(UInd1，UInd2)之差(UInd)。
10.按权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，从金属股绳(1)的输送方向(R)观察，有多对线圈(6，6’)被安置在感应器(5)的高度延伸范围(Ho)之内、感应器(5)和金属股绳(1)之间。
11.用于对于一条金属股绳(1)、特别是钢带进行热浸涂层方法，其中金属股绳(1)被垂直地引导通过一个盛有熔融液态的涂层金属(2)的容器(3)，并通过一个前置的导向通道(4)，其中利用至少两个被布置在金属股绳(1)两侧、导向通道(4)部位处的感应器(5)来产生一个电磁场，借以将涂层金属(2)保留在容器(3)中；而且其中利用至少一个传感器(6，6’)探测出金属股绳(1)在导向通道(4)的范围中的位置(s)，其特征在于，为了探测出金属股绳(1)的位置配置了两个线圈(6，6’)，依金属股绳(1)的输送方向(R)观察，这两个线圈布置在感应器(5)的高度延伸范围(Ho)内、感应器(5)和金属股绳(1)之间，其中对线圈(6，6’)中所感应出的电压(UInd1，UInd2)加以测量，所测量的电压彼此相减，考虑所得出的值用于推导出一个用于金属股绳(1)所述位置的指标。
全文摘要
本发明涉及一种用于将一条金属股绳(1)、特别是一条钢带进行热浸涂层的装置，其中金属股绳(1)被垂直地引导通过一个盛有熔融涂层金属(2)的容器(3)，并被引导通过一个前置的导向通道(4)，本装置配有至少两个布置在金属股绳(1)两侧、导向通道(4)部位处的感应器(5)，用于产生一个电磁场，借以将涂层金属(2)保留在容器(3)中；还配有至少一个传感器(6，6’)，用于探测金属股绳(1)在导向通道(4)的范围中的位置(5)。为了能简单而准确地求得金属股绳在导向通道中的位置，根据本发明建议用于探测金属股绳(1)的位置的传感器由两个线圈(6，6’)组成，依金属股绳(1)的输送方向(R)观察，这两个线圈被布置在感应器(5)的高度延伸范围(Ho)之内，处于感应器(5)和金属股绳(1)之间。此外，本发明还涉及一种用于对于一条金属股绳进行热浸涂层的方法。
文档编号C23C2/00GK1717506SQ200380104586
公开日2006年1月4日 申请日期2003年11月15日 优先权日2002年11月30日
发明者R·比里斯伯格, B·邓克霍夫, H·比仁斯, B·发坎哈恩, W·特拉戈夫斯基, M·泽仁巴克, R·祖根斯 申请人:Sms迪马格股份公司