专利名称：保持熔融金属的方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将熔融金属保持在一容器中的方法和设备，更具体一些，本发明涉及一种利用该保持设备进行熔融金属镀覆的设备。
在通过使欲被电镀的材料经过诸如锌或铝的熔融金属(导电液体)池而进行镀覆的设备中，用在日本公开专利公报No.356/92中描述的方法保持熔融金属。在此方法中，在用不易被熔融金属润湿的材料做成的架空电解槽的底部设置一个开口部分，并利用熔融金属的表面张力将熔融金属保持在架空的电解槽中。此方法受到不能提高可以保持的熔融金属的高度的限制。
为了增大可以保持在容器中的熔融金属的高度， 日本公开专利公报No.109148/88公开了这样一种技术，即在贮存熔融金属的容器下方设置一用于接纳气体的压力室。此技术包括一含有气体的压力室，该气体与在熔融金属容器底部的一个开口相连，将压力室中的气体压力升高，从而提高保持在熔融金属容器中的熔融金属的高度。但是，在此公报中公开的上述技术有如下所述的缺点，即即使当熔融金属在开口处的压力(重力)与压力室中的气体压力静态地平衡，气体与熔融金属之间的密度差异也会使气体渗入熔融金属中，成为气泡，并穿过熔融金属上升。为了通过使欲被镀覆的材料经过熔融金属而获得品质优异的电镀产品，要求熔融金属的高度要高而且保持恒定，避免在熔融金属中出现气泡。
本发明的一个目的是能使熔融金属以一预定的高度保持在一个有一开口的底部的容器中。
本发明的另一目的是防止在熔融金属中形成气泡。
本发明的再一个目的为采用热浸镀方法生产品质令人满意的镀层。
本发明涉及一种用于保持熔融金属的设备，它包括一磁场发生装置和一导电块，所述的磁场发生装置用于在位于一容器中的熔融金属的下部产生一水平的磁场，以用电磁力将熔融金属保持在该容器中；所述导电块要如此构造，以使在熔融金属中感应生成的涡流部分地流出熔融金属之外。导电块包括块状部分和一连接部分，所述块状部分设置在由磁场发生装置产生的水平磁场突然改变的地方，而所述连接部分用于将熔融金属外面的块状部分连接在一起。
按照本发明，容器中的熔融金属由用磁场发生装置产生的水平磁场形成的电磁力保持。在熔融金属中感应生成的涡流部分地被导电块引导，在熔融金属外面流动。这样，在熔融金属中流动的电流量减少，由此减少了作用在熔融金属上的向下的力。在熔融金属中流动的电流量的减少还可以遏制熔融金属的温度由于焦尔热而升高。因此，可以将熔融金属的高度保持成比没有导电块时的高。
本发明还提供了一种用于保持熔融金属的设备，其特征为，在容器下方设有一压力室，用于保持一向熔融金属的底面施加压力的气体。
本发明还涉及一种用于保持熔融金属的设备，它包括一容器、一电磁铁、一导电块和一压力室，其中所述容器用于容纳熔融金属，该容器在其底部有一用于物料通过的开口；所述电磁铁设置在容器的下部，以在熔融金属的下部产生一水平的磁场；所述导电块包括多个块状部分和一个连接部分，该块状部分设置在容器中并靠近电磁铁铁芯的两端，该连接部分用于将熔融金属外的块状部分连接在一起；所述压力室与容器的底部相连，含有用于向熔融金属的底面施加压力的气体。
按照本发明的用于保持熔融金属的设备，容器中的熔融金属由电磁力和作用在熔融金属底面上的压力保持在容器中，此外，在磁场发生装置的作用下，在位于容器中的导电液体的底面附近产生其方向与重力加速度的方向相反的洛伦兹力。这样，视在重力加速度就可以朝上。在这种情况下，即使压力室中的气体将要进入熔融金属，但由于气体与熔融金属间的密度差所产生的力向下作用，导致气体决不会作为气泡在熔融金属中上升。因此，通过增加压力室中的气体压力，可以保持一稳定的熔融金属高度。
本发明还涉及一种用于保持熔融金属的设备，它包括一用于贮存熔融金属的容器、一磁场发生装置、一导电块和用于熔融金属的一个入口部分与一个出口部分，其中所述容器在其底部有一开口；所述的磁场发生装置用于在熔融金属的下部产生一水平磁场，以在位于容器中的熔融金属上作用一电磁力，从而保持熔融金属；所述导电块有在容器中位于由磁场发生装置产生的水平磁场突然发生变化的地方的块状部分，由此引导在熔融金属外流动的涡流；所述入口部分和出口部分设置在容器中，位于开口之外并在导电块的块状部分里面。
按照本发明，熔融金属可以由电磁力保持在容器中，在熔融金属中感应生成的涡流可以部分地被引导至熔融金属的外面。此外，在开口的外面和在导电块的块状部分的里面设置有用于将熔融金属输入容器的入口部分和用于将熔融金属排出容器的出口部分。这样，熔融金属就可以不受块状部分的干涉而流动，以致被焦尔热加热的熔融金属可以循环。
在如上所述地构造的用于保持熔融金属的设备中，导电块设置在磁通密度突然改变的铁芯端部附近，从而可用电磁力防止产生液体的流动(涡流)(即使在该处存在)。另外，容器的开口设置在导电块的内部，而且完全离开导电块。因此，可以使在开口处沿垂直方向的流速分量变小，而且可以将熔融金属稳定地保持成架空状态。在导电块的内部(朝向开口)，设有用于熔融金属的入口和出口。这样，作为对电磁力的补偿，受到焦尔热加热的熔融金属可以排放到铁芯外面而不受导电块的妨碍。在熔融金属冷却以后，可以将其通过入口循环至铁芯中。
本发明还涉及一种镀覆熔融的锌的设备，它包括一容器、一磁场发生装置和一导电块，其中所述的容器用于贮存作为熔融金属的熔融锌，并允许钢带连续地向上通过一个在其底部设置的开口；所述的磁场发生装置用于在熔融锌的下部产生一水平的磁场，以用电磁力将熔融的锌保持在容器中；所述导电块的结构可以使在熔融金属中感应生成的涡流在熔融的锌的外面流动。
导电块包括多个块状部分和一个连接部分，该块状部分设置在由磁场发生装置产生的水平磁场突然发生变化的地方，连接部分用于将熔融锌外面的块状部分连接在一起。在容器下面，设有一压力室，用于保持向位于容器中的熔融锌的底面施加压力的气体。
为了保持用于在容器内进行电镀的熔融锌有足够的高度(量)，将用于流动涡流的导电块的块状部分放置在介于电磁铁的铁芯端部之间的位置上，在该处，磁通密度突然改变，产生熔融锌的垂直流动。此外，容器的开口设置在导电块的块状部分内部，并与之隔开，从而最大限度地减小阻止熔融锌稳定地保持在容器中的流动垂直分量。此外，为了将熔融金属的温度控制在为保证镀覆品质所必需的控制范围内，要强迫循环开口附近的由于焦尔加热而使温度升高的熔融锌。为此，在容器的侧壁上，在导电块的内部设置一入口管和一出口管。
按照本发明，可以适当地保持熔融锌在容器中的高度与温度，以便能完成品质稳定的镀锌。
本发明还提供了连续镀锌的设备，包括一用于对带钢进行热处理的热处理装置；一镀覆设备，用于在由热处理装置处理之后将熔融的锌镀覆在带材上；以及一合金化装置，用于对经过镀覆设备镀覆的带材进行处理。
镀覆装置包括一容器、一磁场发生装置和一导电块，所述的容器用于贮存熔融的锌，并允许带钢连续地向上通过一设置在其底部的开口；磁场发生装置用于在位于容器中的熔融锌的下部产生一水平的磁场；导电块的构造可以使在熔融锌中感应生成的涡流在熔融锌之外流动。
本发明还提供了一种用于将熔融金属保持在一个在其底部具有一个开口的容器中的方法。此方法在熔融金属的下部产生一水平的磁场，以在熔融金属上作用一电磁力，从而将熔融金属保持在架空的状态。此方法还包括引导一部分在熔融金属中感应生成的涡流，由此使之在熔融金属之外流动，从而减少作用在熔融金属上的向下的力，并遏制焦耳热的产生。
本发明进一步提供了一种熔融锌镀敷方法，它包括在带钢从其中连续地从下至上地通过的熔融锌的下部产生一水平的磁场，以便将熔融锌保持在一容器中；以及引导一部分在熔融锌中感应生成的涡流，以使之在熔融锌的外面流动。
附图的简要说明
图1是具有用于保持熔融金属的设备的镀覆设备的框图；图2是作为用于保持熔融金属的设备的镀覆设备的示意图；图3是与本发明的一个实施例有关的用于保持熔融金属的设备的局部剖开的侧视图；图4为用于保持熔融金属的设备沿图3中箭头A的方向的视图；图5为图3所示用于保持熔融金属的设备沿箭头B(从底部)和箭头C(从顶部)的方向的视图；图6是导电块的一个例子的透视图；图7是表示电流在导电块中的流动的说明图；图8是表示在没有导电块时感应生成的涡流的说明图；图9是按照本发明另一实施例的用于保持熔融金属的设备的纵向剖视图；图10是图9所示设备的动作与效果的说明图；图11是图9所示设备的动作与效果的说明图；以及图12是按照本发明又一实施例的用于保持熔融金属的设备的纵向剖视图。
第一实施例下面将描述连续镀覆设备，它是本发明的一个应用例子。在图1中，已被一开卷装置(未示出)开卷的作为欲被镀敷的材料的带钢8在镀覆以前由预处理设备60进行诸如洗涤或去脂的预处理。然后，使经过预处理的带钢8通过一个由加热区、电极跳动加热区和冷却区组成的退火炉61。接着，用导向卷筒35向上引导经过退火的带钢8，使之进入一在该处被电镀的镀覆设备70。经过电镀的带钢8由一镀层厚度控制器62调节到预定的涂镀量，然后由冷却装置63冷却。
在用导向卷筒36将方向转换成水平方向以后，用卷取装置(未示出)缠绕带钢。在此处所描述的设备中，在镀层厚度控制器62和冷却装置63之间可以设置一合金化炉64。
如图2所示，镀覆设备70在容器1中贮存用于镀敷的熔融金属(熔融锌)2。容器1由一电磁泵54通过一给料管51从一贮罐53中被供以熔融金属2，在贮罐53中以恒温状态贮存作为一种热浸渍材料的熔融金属2。容器1中的熔融金属2通过排放管52由重力返回贮罐53中。
下面参考图3、4和5描述本发明的镀覆设备70。
在构成电镀浴的保持熔融金属(导电液体)2的容器1底部的横向中部有一向下突出的伸出部分1a。在伸出部分1a的中部形成一缝隙状开口3，用作欲被镀敷的材料(带钢)8的通道。在伸出部分1a的两侧，电磁铁的铁芯11与伸出部分1a的侧面和容器1的底面接触。在图5中，用虚线表示的部分11a是铁芯11的端部。铁芯11缠绕有线圈，该线圈与一交流电源连接，虽然这在图中未示出。
在容器1内，设有一导电块12。如图6所示，导电块12包括相对的块状部分12a和一个将这些块状部分12在其上部连在一起的连接部分12b。连接部分12b分为两件，这是因为在由块状部分12a和连接部分12b限定的区域的中部必须保证有用作带材8的通道的空间。在此实施例中，不仅将连接部分12b做成一个框架，而且也做成容器1的隔板。
导电块12的设置要使得其块状部分12a沿容器1的相对的内壁表面延伸，而其下端则配合在伸出部分1a中，由此使块状部分12a处于这样的位置，即在该处，由电磁铁产生的水平磁场将突然改变，也就是说，处于位于铁芯11的端部11a之间的间隙中。在容器1底部的带钢8从中通过的开口3位于导电块12的块状部分12a的内部并与之分开。
在同时用作容器1的挡板的导电块12的连接部分12b(与开口3对应的部分)的中部设有一开口13，用作作为欲被镀覆的材料的带钢8的通道。
在容器1的侧面上，靠近导电块12的块状部分12a，并且在开口3这一侧，设有用于熔融金属2的入口管14和出口管15。将入口管14设置成几乎彼此相对，与出口管15刚好一样。前述的供应管51与入口管14相连，而排放管12则与出口管15相连。
在具有上述结构的用于保持熔融金属的设备中，通过入口管14流入容器1的熔融金属用由水平磁场和感应涡流I产生的电磁力稳定地保持在开口3处。这样，被焦尔热加热的熔融金属2通过出口管15流出本系统而无洩漏。将在此系统外被冷却的熔融金属2通过入口管14再次输入容器1。在图3与4中，用标号17代表的部分是被焦尔热加热的部分。
如图8所示，当向容器1中的熔融金属2施加一交流磁场时，产生涡流I，并且按照弗莱明定则以涡流I和交流磁场为基础形成力F1和F2。在此情况下，力F2变成一个向下的力，因为涡流在该处沿相反方向流动。这样，保持熔融金属2的力为(F1-F2)。为了补偿与F2相对应的力，需要施加一个剩余电流，即一个交流磁场。因为有由此剩余电流产生的焦尔热，可以使熔融金属2进一步被加热。
但是，在本发明中，如图7所示，导电块12设置在容器1中，构成一用于在熔融金属2外流动的闭合电路。因此，部分涡流在熔融金属2的外面流动，并且不会产生向下的力F2。因此，在熔融金属2中流动的电流可通过与F2相对应的电流量而减少，而且由于焦尔热产生的热变小。这样，就能遏制熔融金属2的温升，并保持熔融金属2有足够的高度。
此外，熔融金属2的入口管14和出口管15设置在导电块12的块状部分12a的里面，而且在开口3的外面。因此，可以使在铁芯11区受到焦尔热的熔融金属2产生循环，同时不会由块状部分12a阻断。
因此，熔融金属2可以在铁芯11的外面冷却而不干扰熔融金属2的稳定的保持。相应地，可以将熔融金属2的温度保持为最佳的，以保证镀敷的品质。
如上所述，将导电块12的块状部分12a布置在介于铁芯11的端部11a之间的位置上，在该处，磁通密度显著地改变。其结果是，可以防止能损害熔融金属2的稳定保持的涡流的发生，并且可以使受到焦耳热的熔融金属2在系统外冷却。即使有由铁芯11产生的大的涡流I存在，也可以将熔融金属2的温度保持在为确保镀敷质量而必需的控制范围内，而且可以将熔融金属2的高度保持在进行镀覆所必需的水平。第二实施例在图9中，在贮存诸如锌或铝的熔融镀敷金属2的容器1的底部形成一用于作为欲被镀覆的材料的带钢8的通道的矩形开口20。此开口20通过一与容器1整体地连接的开口形成部分20a向下延伸。在从顶部看去时，开口形成部分20a的横向截面是一个矩形。在开口形成部分20a的下端连有一压力室21。在压力室21的下端，形成一使带钢8通过的缝隙22。压力室21装有一供气装置和一用于供气的管路。可以对压力室21中的气压进行控制。供气装置等与传统的装置相同，而且在附图中没有示出。
在开口形成部分20a的外面，设置一作为磁场发生装置的线圈23。动力源装置(未示出)与线圈23相连。总之，将电磁铁构造成以开口形成部分20a作为铁芯。
在具有这样结构的设备中，当电流通过位于熔融金属2的底部附近的线圈23，以向开口形成部分20a施加一交流磁场时，在熔融金属2中产生一电磁力(洛仑兹力)F，其方向与重力G的方向相反。在熔融金属2内的压力分布如图10所示。在熔融金属2的底面上，由受到力F的作用的熔融金属2的重量所产生的力与在压力室21中的气体压力P2平衡。P1代表作用在熔融金属2的液面上的压力。
在此情况下，如果气泡24即将进入熔融金属2，则如图11所示，在气泡24上产生一向下的力，该力将气泡向下推回，以使气泡24显然不能进入熔融金属2。因此，通过加大气体压力，可以提高熔融金属2的底面2a的位置，从而提高熔融金属2的高度。
在前述实施例中，曾经将线圈23用作磁场发生装置，以产生一水平的磁场。但是，也允许采用一线性驱动，由此产生一移动磁场，以产生洛仑兹力。第三实施例在图12中，保持构成电镀浴的熔融金属(熔融锌)2的容器1底部的沿宽度方向的中部是一向下突出的伸出部分1a。在伸出部分1a的中部形成一用于作为欲被镀覆的材料的带钢8的通道的开口3。在伸出部分1a的两侧，一电磁铁的铁芯11与伸出部分1a的侧面和容器1的底面接触。铁芯11缠绕有一线圈，该线圈与一交流电源相连。
在容器1内，如图3、4和5所示的实施例那样，设置一导电块12。如图6所示，导电块12包括相对的块状部分12a和一将这些块状部分12a在其上部连在一起的连接部分12b。将连接部分12b分成两件的原因是，在由块状部分12a和连接部分12b限定的区域的中部必须保证有一个用于使带材8通过的空间。在此实施例中，不仅将连接部分12b做成一个框架，而且还将其做成一个用于容器1的挡板。
导电块12要如此设置，以使其块状部分12a沿容器1的相对的内壁表面延伸，并使其下端配合在伸出部分1a中，从而使块状部分12a可位于在铁芯11的端部之间的部位，在该处，由电磁铁产生的水平磁场会突然改变。在同时用作容器1的挡板的导电块12的连接部分12b(与开口3对应的部分)的中部设有一开口13，用于作为欲被镀覆的材料的带钢8的通道。在容器1的侧面上，靠近导电块12的块状部分12a，并且在开口3这一侧，设有用于熔融金属2的入口管14和出口管15。将入口管14设置成几乎彼此相对，与出口管15刚好一样。所示结构的其它部分与图3、4和5所示的相同。
在容器1的底部构造有一个压力室21，作为与伸出部分1a的连接。在压力室21的下端，形成一使带钢8通过的缝隙22。压力室21装有一用于供气的管道和一供气装置。可以对压力室21中的气体压力进行控制。供气装置等与传统的装置相同，因而在附图中略去。
在此用于保持熔融金属的设备中，容器1中的熔融金属2用由水平磁场和感应涡流产生的电磁力及压力保持，该水平磁场由通过线圈的电流产生，而该压力是从压力室21内作用在熔融金属2的底面上的。由于所产生的涡流的一部分进入导电块21，因此使作用在熔融金属2上的向下的力减小(见图7与8)。这样，可以减少用于保持熔融金属2的电流量，而且也可以抑制熔融金属2由焦尔热产生的热。此外，可以防止气泡进入熔融金属2。
权利要求
1.一种用于保持熔融金属的设备，包括磁场发生装置，用于在装在一容器中的熔融金属的下部上产生一水平的磁场，以用一电磁力将熔融金属保持在容器中；以及一导电块，它的构造可以使在熔融金属中感应生成的涡流在熔融金属外面流动。
2.如权利要求1所述的保持熔融金属的设备，其特征为，导电块包括块状部分与一连接部分，所述块状部分设置在由磁场发生装置产生的水平磁场突然改变的地方，所述连接部分用于在熔融金属外面将块状部分连接在一起。
3.如权利要求1所述的用于保持熔融金属的设备，包括一压力室，用于保持用来向位于所述容器中的熔融金属的底面施加压力的气体，上述压力室与容器的底部相连。
4.一种用于保持熔融金属的设备，包括一用于容纳熔融金属的容器，上述容器在其底部有一用作材料的通道的开口；一电磁铁，它设置在上述容器的下部，以在熔融金属的下部产生一水平的磁场；一包括块状部分和一连接部分的导电块，所述块状部分设置在容器中，并且靠近电磁铁的铁芯的端部，所述连接部分用于在熔融金属的外面将块状部分连接在一起；以及一与上述容器的底部相连的压力室，用于容纳用来向熔融金属的底面施加压力的气体。
5.一种用于保持熔融金属的设备，包括一用于贮存熔融金属的容器，上述容器在其底部有一开口；磁场发生装置，用于在熔融金属的下部产生一水平磁场，以向位于容器中的熔融金属施加一电磁力，从而保持熔融金属；一导电块，它具有在容器中的那些由磁场发生装置产生的水平磁场突然改变的地方的块状部分，由此，使涡流在熔融金属外面流动时被引导；以及用于熔融金属的一入口部分和一出口部分，上述入口部分和出口部分在容器中设置在开口的外面并位于导电块的块状部分的里面。
6.一种熔融锌的镀覆设备，包括一容器，它用于贮存作为熔融金属的熔融锌并允许带钢连续地向上穿过一个设置在其底部的缝隙；磁场发生装置，用于在熔融锌的下部产生一水平的磁场，以用电磁力将熔融锌保持在上述容器中；以及一导电块，它的构造使得在熔融金属中感应生成的涡流在熔融金属外面流动。
7.如权利要求6所述的熔融锌的镀覆设备，其特征为，导电块包括块状部分和一连接部分，所述块状部分设置在由磁场发生装置产生的水平磁场突然改变的地方，所述连接部分用于在熔融金属外面将块状部分连接在一起。
8.如权利要求6所述的熔融锌的镀覆设备，包括一与上述容器的底部相连的压力室，用于保持用来向在容器中的熔融金属的底面施加压力的气体。
9.连续的镀锌设备，包括一热处理装置，用于对带钢进行热处理；一镀覆设备，用于在由热处理装置进行处理之后对带钢进行熔融锌的镀敷；一合金化装置，用于对由镀覆设备镀敷的带钢进行合金化处理；其特征为，上述镀覆设备包括一容器，用于贮存熔融锌并允许带钢连续地向上穿过一个设置在其底部的开口；磁场发生装置，用于在位于容器中的熔融锌的底部产生一水平的磁场；以及一导电块，它的构造可以使在熔融锌中感应生成的涡流在熔融锌外面流动。
10.一种用于在一容器中保持熔融金属的方法，所述容器在其底部有一开口，上述方法包括在熔融金属的下部产生一水平的磁场，以在熔融金属上作用一电磁力，从而将熔融金属保持成架空状态；以及引导一部分在熔融金属中感应生成的涡流，从而使其在熔融金属外面流动，由此使作用在熔融金属上的向下的力减小，并遏制焦耳热的产生。
11.一种熔融锌的镀覆方法，包括在熔融锌的下部产生一水平磁场，以便将熔融锌保持在上述容器中，并使带钢从下向上地连续穿过熔融锌；以及引导一部分在熔融锌中感应生成的涡流，使之在熔融锌的外面流动。
全文摘要
一种用于将熔融金属保持在其底部有一开口的容器中的设备，包括一电磁铁和一导电块，该电磁铁用于在位于容器中的熔融金属的下部产生一水平磁场，该导电块用于引导由水平磁场的产生而在熔融金属中感应生成的一部分涡流，使之在熔融金属外面流动。
文档编号F27B14/00GK1168158SQ9619140
公开日1997年12月17日 申请日期1996年11月8日 优先权日1995年11月10日
发明者宇丿木贤一, 桥本律男, 川田则幸, 深田保男, 加藤千昭, 松川敏胤 申请人:川崎制铁株式会社, 三菱重工业株式会社