УСТРОЙСТВО И СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ПОЛОСУ ПУТЕМ ПОГРУЖЕНИЯ В РАСПЛАВ
DEVICE AND PROCEDURE FOR APPLICATION OF COATING ON METAL STRIP BY IMMERSION IT INTO MELT

Изобретение относится к устройству и способу нанесения покрытия на металлическую полосу путем погружения в расплав.
Такое устройство известно, например, в общих чертах из публикации DE 10 2004030207 A1. Известное устройство нанесения покрытия путем погружения в расплав включает в себя резервуар для расплавленного металла, через который пропускают металлическую полосу. При прохождении через расплав металлическую полосу отклоняют и стабилизируют при помощи ролика, который состоит из корпуса и цапфы. Ролик или цапфа опираются на подшипники качения. Для обеспечения функционирования подшипники качения должны быть защищены от агрессивного расплавленного металла. С этой целью проходное отверстие вала должно быть изолировано от расплавленного металла эффективным уплотнением, чтобы воспрепятствовать проникновению расплава в подшипник качения. В указанном патентном документе герметизация осуществляется при помощи шлюза, который окружает роликовую цапфу шлюзовой камерой, которая изолирована или герметично уплотнена по отношению к металлическому расплаву, за исключением неплотности проходного отверстия вала, то есть на переходе к цапфе вала. Чтобы исключить проникновение расплавленного металла через проходное отверстие вала, шлюзовая камера наполнена газообразной средой под давлением. Шлюзовая камера имеет емкость-ловушку для улавливания протечек в виде незначительных количеств расплавленного металла, которые несмотря на давление газа проникают в шлюзовую камеру. Эту емкость-ловушку следует время от времени опорожнять, для чего вначале необходимо демонтировать ее, а затем повторно смонтировать, так что эксплуатация подобного шлюза связана с повышенным объемом технического обслуживания.
Исходя из указанного уровня техники, задачей изобретения является усовершенствование известного устройства и известного способа нанесения покрытия на металлическую полосу путем погружения в расплав таким образом, чтобы снизить объем работ по техническому обслуживанию, в частности для шлюза.
Эта задача в части устройства решается за счет признаков пункта 1 формулы изобретения. Соответственно, устройство нанесения покрытия на металлическую полосу путем погружения в расплав согласно изобретению отличается тем, что шлюз вместе со шлюзовой камерой погружают в расплавленный металл, при этом шлюзовая камера выполнена в форме погружного колокола с каналообразным выходным отверстием, погруженным в расплавленный металл и раскрытым в направлении него.
При предлагаемом исполнении шлюзовой камеры в форме погружного колокола приходится мириться с незначительными потерями за счет протечек. Они безвредны и не являются причиной повышенного технического обслуживания, так как незначительные количества расплавленного металла, которые несмотря на давление газа попадают через проходное отверстие вала внутрь шлюзовой камеры, отводятся оттуда непосредственно через каналообразное выходное отверстие в ванну расплава. Поэтому в варианте исполнения шлюза согласно изобретению не требуется как улавливание потерь за счет протечек в отдельной емкости-ловушке, так и связанный с этим известный из уровня техники объем работ по техобслуживанию.
С целью упрощения в предлагаемом описании не принято проводить различие между приводным валом, который может быть связан с роликовой цапфой, и самой роликовой цапфой; то есть понятие роликовой цапфы может распространяться также на приводной вал, в частности, когда в конкретном варианте исполнения не роликовая цапфа, а приводной вал окружен подшипниковым пространством и установлен в подшипнике с возможностью вращения.
В первом примере исполнения изобретения подшипниковая камера с подшипником для роликовой цапфы выполнена относительно газообразной среды сообщающейся со шлюзовой камерой. Это имеет преимущество, что также подшипниковая камера содержит газ под давлением и таким образом расплавленный металл удерживается на удалении от подшипника.
Предлагаемый шлюз в форме погружного колокола сам по себе или также вместе с другими шлюзами, которые могут быть открыты или закрыты, например, относительно расплавленного металла, может быть расположен между подшипниковой камерой и корпусом ролика. Эти параллельно расположенные шлюзы действуют вместе как избыточная каскадообразная уплотнительная система для уплотнения подшипниковой камеры относительно расплавленного металла, присутствующего на другой стороне уплотнительной системы, то есть в зоне корпуса ролика. В случае отдельных шлюзов, в частности, как описано выше, шлюзов, выполненных как погружные колокола, приходится мириться с неплотностями, которые не препятствуют, однако, первичной цели, то есть изоляции подшипникового пространства от расплавленного металла.
Отдельные шлюзы и соответственно также подшипниковые пространства могут в принципе снабжаться по отдельности газообразной средой под давлением и таким образом герметизироваться относительно расплавленного металла. Тем не менее, в соответствии с изобретением предложено, что подшипниковое пространство и различные шлюзовые камеры выполнены сообщающимися между собой в отношении газообразной среды и допускают течение газообразной среды по меньшей мере в одном направлении. Это особенно предпочтительно при наличии манжетного уплотнения в переходной зоне между двумя смежными камерами, при этом манжетное уплотнение допускает течение газообразной среды в одном направлении, а в другом направлении функционирует как обратный клапан для газообразной среды, а также как затвор для возможных протечек расплавленного металла.
Проходное отверстие вала в переходной зоне между шлюзовой камерой и расплавом жидкого металла представляет собой существенное неплотное место устройства нанесения покрытия путем погружения в расплав как в отношении улетучивающейся из шлюзовой камеры в расплавленный металл газообразной среды, так и в отношении проникающего в шлюзовую камеру расплавленного металла. О возврате согласно изобретению в ванну расплава нежелательно проникающего расплавленного металла уже было сказано выше.
Преимущественным образом рядом с проходным отверстием вне шлюза может быть предусмотрен газоотделительный элемент для улавливания выходящей из шлюзовой камеры в расплавленный металл газообразной среды. Преимущественным образом эта уловленная среда может затем системой циркуляции газа подаваться назад в подшипниковую камеру или шлюзовые камеры. Как альтернативный вариант, она может выбрасываться также в окружающую атмосферу.
Если и приходится в принципе мириться с неплотностями в зоне проходного отверстия вала, то они все же нежелательны. Герметичность в зоне проходного отверстия вала может быть значительно повышена тем, что предусмотрено контактное уплотнение, которое создается за счет перепада давления между давлением газа в шлюзовой камере и давлением в ванне расплавленного металла параллельно роликовой оси в сторону корпуса ролика или выступа роликовой цапфы. В этом случае имеется возможность, чтобы преимущественным образом отказаться от системы циркуляции газа, которая предусматривает упомянутый возврат выделенного газа. Как альтернатива или дополнение к контактному уплотнению, в зоне проходного отверстия вала может быть предусмотрено также индуктивное уплотнение. Индуктивное уплотнение может быть использовано также как кольцевое уплотнение относительно роликовой цапфы.
Преимущественным образом давление газа в шлюзовых камерах, а также в подшипниковой камере контролируется и при необходимости поддерживается постоянным при помощи системы автоматического регулирования давления.
Преимущественным образом в подшипниковом пространстве размещен также привод вращения роликовой цапфы и соответственно всего ролика. Привод может быть выполнен, например, как электродвигатель или как специально выполненный пневмодвигатель. Как альтернатива установке привода, внутри подшипникового пространства он может быть расположен также снаружи, то есть вне расплавленного металла, при этом в таком случае роликовая цапфа и ролик приводятся во вращение посредством механического соединения, например кривошипно-ползункового механизма.
Далее, вышеназванная задача решается за счет предлагаемого способа эксплуатации устройства нанесения покрытия путем погружения в расплав. Преимущества, которые связаны с этим способом, соответствуют вышеназванным преимуществам, раскрытым в связи с устройством нанесения покрытия путем погружения в расплав.
Другие преимущественные варианты исполнения устройства нанесения покрытия путем погружения в расплав и способа его реализации являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
К описанию прилагаются пять фигур чертежа, которые показывают:
фиг.1 - устройство нанесения покрытия путем погружения в расплав в целом;
фиг.2 - опора и уплотнение ролика согласно первому примеру исполнения изобретения;
фиг.3 - опора и уплотнение ролика согласно второму примеру исполнения изобретения;
фиг.4 - система циркуляции газа для устройства нанесения покрытия путем погружения в расплав и
фиг.5 - опора и уплотнение ролика согласно третьему примеру исполнения изобретения.
Ниже изобретение описывается детально на примерах исполнения со ссылкой на фигуры. На всех фигурах одинаковые технические элементы обозначены соответственно одними и теми же позициями.
На фиг.1 показано устройство 100 нанесения покрытия путем погружения в расплав металлической полосы (не показана). Устройство включает две вертикальные стойки 102, расположенные с обеих сторон резервуара 110, который наполнен расплавленным металлом 200. Вдоль этих стоек вертикально перемещается при помощи вертикальных приводов 104 поперечная траверса 103. На вертикальной траверсе 103 подвешены два кронштейна 105, между которыми расположен с возможностью вращения ролик 120. Металлическая полоса после своего погружения в расплавленный металл направляется вокруг ролика 120, вернее вокруг корпуса 122 ролика, прежде чем она вновь выходит вверх из расплавленного металла. При помощи вертикально перемещающейся траверсы 103 ролик вместе со своей опорой на кронштейне 105 опускается в расплавленный металл 200 или поднимается вверх из расплавленного металла для проведения работ по техобслуживанию или на время простоя.
На фиг.2 показан в форме детального изображения с фиг.1 первый пример исполнения согласно изобретению устройства нанесения покрытия путем погружения в расплав. Показан резервуар 110 с содержащимся внутри расплавленным металлом 200, при этом зеркало ванны расплавленного металла обозначено позицией В. На кронштейне 105 ролик 120, подвешенный вместе со своей опорой, погружается в расплавленный металл 200. Конкретно видна роликовая цапфа 124, которая установлена, например, в подшипнике качения 144 кронштейна 105. Зона вокруг подшипника качения обозначена в дальнейшем как подшипниковая камера 142. Далее виден газопровод 190 для подачи газообразной среды, например азота в подшипниковую камеру 142. Перед самым входом в подшипниковую камеру 142 газопровод 190 выполнен предпочтительно в виде спиральных витков. Эта спиральная намотка представляет собой удлиненный путь для подводимой газообразной среды N2, прежде чем она войдет в подшипниковую камеру 142; когда спиралеобразные витки погружаются в горячий расплавленный металл 200, газообразная среда при протекании по спиралеобразным виткам перед входом в подшипниковую камеру 142 уже нагревается предварительно до температуры расплавленного металла.
Между подшипниковой камерой 142 и корпусом 122 ролика согласно изобретению расположен шлюз 130, который окружает роликовую цапфу 124 шлюзовой камерой 132. Шлюз 130, точно как и корпус 146 подшипника и корпус 122 ролика, погружается в расплавленный металл 200 и поэтому снаружи окружен расплавленным металлом. В соответствии с изобретением шлюз 130 и его камера 132 в форме погружного колокола выполнен с каналообразным выходным отверстием 134, который в режиме работы устройства нанесения покрытия путем погружения в расплав также погружен в расплавленный металл 200; выходное отверстие 134 раскрыто в направлении расплавленного металла.
2
Шлюз 130 расположен между подшипниковой камерой 142 и корпусом 122 ролика. В переходной зоне между подшипниковой камерой 142 и шлюзовой камерой 132 разделительная стенка со стороны цапфы заканчивается втулкой 137, которая окружает цапфу 124 ролика 120. Между внутренним диаметром втулки 137 и наружным диаметром цапфы остается кольцевой зазор 136 для контролируемого прохода газообразной среды (N) между подшипниковой камерой 142 и шлюзовой камерой 132.
2
Противоположная относительно корпуса 122 ролика стенка 138 шлюзовой камеры преимущественно выполнена гибкой или упругой, например как мембрана. Стенка 138 заканчивается со стороны цапфы кольцевым уплотнением 139. Однако это кольцевое уплотнение 139 со стороны цапфы не является герметичным на 100%, а сохраняется некоторая негерметичность относительно цапфы 124. Эта негерметичность может относиться как к газообразной среде (N), которая через неплотность может из шлюзовой камеры 132 выделяться в окружающий расплавленный металл 200, так и к металлическому расплаву 200, который через неплотность в проходном отверстии 136 вала может попадать в шлюзовую камеру 132.
Чтобы снизить эту негерметичность, кольцевое уплотнение 139 выполнено согласно изобретению преимущественно как контактное уплотнение, которое скользит по корпусу 122 ролика или выступу 123 роликовой цапфы 124.
Показанное на фиг.2 уплотнение подшипника 144, относительно возможного нежелательного проникновения расплава, функционирует следующим образом.
Газообразная среда, преимущественно азот, по газопроводу 190 подается в подшипниковую камеру 142. Там газообразная среда омывает подшипник 144, прежде чем через кольцевой зазор 136' она перетекает в шлюзовую камеру 132. Подшипниковая камера 142 и шлюзовая камера 132 выполнены относительно газообразной среды сообщающимися друг с другом. Поэтому в обеих камерах устанавливается одинаковое давление газа. Давление газа внутрь шлюзовой камеры 132 выбирается таким, что оно препятствует проникновению расплавленного металла 200 через открытое каналообразное выходное отверстие 134 шлюза 130 в шлюзовую камеру 132. Одновременно это давление воздействует на выполненную гибкой наружную стенку 138 шлюзовой камеры 132. Эта наружная стенка 138 нагружается снаружи давлением от расплавленного металла 200. Поэтому контактное кольцевое уплотнение 139 подвергается действию дифференциального давления между давлением газа внутри шлюзовой камеры 132 и давлением, которое оказывает на наружную стенку 138 расплавленный металл 200 на выступ 123 или корпус 122 ролика, и силы К параллельно направлению оси R ролика. С этой целью величина давления газа внутри шлюзовой камеры 132 должна быть адекватной давлению расплавленного металла. Исполнение кольцевого уплотнения 139 как контактного уплотнения создает значительное улучшение его уплотняющего воздействия по сравнению с простым исполнением как уплотнения к поверхности цапфы. В целом, таким образом, может быть существенно снижен объем расплавленного металла, проникающего через проходное отверстие 136 вала. Приходится допустить этот объем проникновения расплавленного металла. Он проникает непосредственно в зоне шлюзовой камеры 132 с роликовой цапфой 124 в каналообразное выходное отверстие 134 и таким образом после оборота вновь подается в ванну расплава в резервуаре 110. Таким образом удается очень эффективно защитить подшипниковую камеру 142 и, в частности, подшипник 144 без больших расходов на техобслуживание от воздействия агрессивного расплавленного металла 200.
На фиг.3 показан второй пример исполнения предлагаемого изобретения. От показанного на фиг.2 первого примера исполнения он отличается по существу тем, что между подшипниковым пространством и известным из фиг.2 шлюзом расположен другой шлюз 150 с другим окружающим роликовую цапфу 124 шлюзовым пространством 152. Второй шлюз способствует дальнейшему улучшенному экранированию подшипникового пространства от проникающего расплавленного металла; другой шлюз 150 представляет собой вместе со шлюзом 130 в форме погружного колокола каскадообразное уплотнение. Другая шлюзовая камера 152 выполнена относительно газообразной среды преимущественно сообщающейся с подшипниковой камерой 142 и шлюзовой камерой 132. Эта связь через манжетное уплотнение 154 ограничивает направление течения газообразной среды из подшипниковой камеры 142 в другую шлюзовую камеру 152. Манжетное уплотнение 154 жестко закреплено на фланце 125 на роликовой цапфе 124. Поэтому при вращении роликовой цапфы и ролика вращается также манжетное уплотнение в показанном на фиг.3 примере исполнения и при этом скользит на выступе 147 корпуса 143 подшипника. Разделительная стенка между другой шлюзовой камерой 152 и шлюзовой камерой 132 уплотнена относительно роликовой цапфы 124 кольцевым уплотнением, хотя это уплотнение по причине вращательного движения цапфы не является на 100% герметичным и, в частности, делает возможным ограниченное течение газообразной среды от второй шлюзовой камеры 152 в шлюзовую камеру 132.
В отличие от шлюза 130 другой шлюз 150, если исключить негерметичность уплотнения со стороны цапфы, в переходной зоне между другой шлюзовой камерой 152 и шлюзовой камерой 132 герметично уплотнен относительно проникновения расплавленного металла 200. В частности, другой шлюз 150 не снабжен как погружной колокол открытым для расплава 200 выходным отверстием. Вместо этого он имеет открытую к другой шлюзовой камере резервуар-ловушку 158, в которую может улавливаться расплавленный металл, проходящий шлюз 130. Дальнейшее движение расплавленного металла на поверхности роликовой цапфы 124 от другой шлюзовой камеры 152 в подшипниковую камеру 142 преграждает в дальнейшем указанный фланец 125, на котором закреплено манжетное уплотнение 154. Таким образом, посредством другого шлюза 150 во взаимодействии с манжетным уплотнением 154 обеспечивается дополнительная защита от проникновения расплавленного металла 200 в подшипниковое пространство 142.
Если цапфа 124 вала аксиально соединена с валом, например приводным валом, рекомендуется, чтобы стык, например, в форме температурного шва 17 был расположен в зоне шлюзовой камеры 132 или, еще лучше, удален дальше от проходного отверстия 136 в зоне другой шлюзовой камеры 152. Таким образом можно воспрепятствовать залипанию или загрязнению чувствительного температурного шва за счет проникновения жидкого металла 200.
Между шлюзом 130 и корпусом 122 ролика предусмотрен газоотделительный элемент 160, который также погружен в расплав 200. Газоотделительный элемент служит для улавливания небольших количеств газообразной среды, которая из шлюзовой камеры 132 может мимо контактного кольцевого уплотнения 139 попадать в расплавленный металл 200. Газоотделительный элемент 160 выполнен в виде колокола и имеет отводной трубопровод 162, через который газообразная среда может отводиться из расплавленного металла. Из отводного трубопровода 162 газообразная среда может быть удалена либо в окружающую атмосферу, либо собирается в емкость (здесь не показана) и в определенный момент при помощи средства 170 вновь подается в подшипниковую камеру 142. Эта последняя альтернатива представляет собой замкнутую систему циркуляции для газообразной среды и поэтому считается особенно благоприятной для окружающей среды. Проход между стенкой газоотделительного элемента 160 и поверхностью выступа 123 роликовой цапфы 124 или самой роликовой цапфы 124 выполнен согласно изобретению так, что газообразная среда не может попасть в расплавленный металл 200 мимо газоотделительного элемента.
Давление газа в подшипниковой камере 142, другой шлюзовой камере 152 и шлюзовой камере 132 контролируют преимущественным образом при помощи манометра М и регулируют при помощи системы автоматического регулирования (не показана), преимущественно поддерживают постоянным. В этой системе регулирования средство 170 для подачи газообразной среды в подшипниковую камеру 142 служит в данном случае как насос или исполнительный элемент.
2
Циркуляция газообразной среды детально представлена на фиг.4. Газообразная среда Nхранится под давлением Р1 в емкости 174. При помощи дросселя 182 давление газообразной среды регулируется до рабочего давления, которое, в частности, необходимо для подшипниковой камеры 142. Затем газообразная среда течет из подшипниковой камеры 142 через возможную промежуточную другую шлюзовую камеру 132 в шлюзовую камеру 152 и оттуда через проходное отверстие 136 вала в газоотделительный элемент 160. Здесь установлено давление Р3, которое может отличаться от давления газа в шлюзовой камере 152, и регулируется вторым дросселем 163. Отводной трубопровод 162 соединен с резервуаром 171, в котором собирается поступившая циркулирующая загрязненная газообразная среда. Необходимо, чтобы давление Р3 в газоотделительном элементе 160 было установлено как промежуточное давление, более высокое, чем давление газа Р4 в резервуаре 171, и чтобы таким образом газ в газоотделительном элементе 160 за счет перепада давления тек в резервуар 171.
Резервуар 171 и емкость 174 как общие элементы нескольких систем циркуляции газа могут быть использованы одновременно как сборный резервуар. В таком случае требуется, чтобы в газоотделительных элементах, которые соответственно могут быть расположены для опор других роликов на разных глубинах в металлическом расплаве, было установлено соответственно более высокое давление Р3, чем в резервуаре 171. В целях очистки резервуар 171 имеет в своем распоряжении люк 9. Система циркуляции газа является замкнутой за счет соединения резервуара 171 с емкостью 174 при том, что это соединение включает фильтр 172 для очистки циркулирующей газовой среды и насос 173 для подачи газообразной среды в емкость 174 и в систему циркуляции в целом. Возможные потери газа в системе циркуляции газа пополняются из газовой, в частности азотной, сети устройства 100 нанесения покрытия путем погружения в расплав или из резервуара для хранения 175. Равным образом как в резервуаре 171, так и в емкости 174 давление контролируют при помощи манометра М.
На фиг.5 показан третий пример исполнения устройства согласно изобретению для нанесения покрытия путем погружения в расплав. Между подшипниковой камерой 142 с подшипниками 144 и корпусом 122 ролика расположены шлюзовая камера 132 и газоотделительный элемент 160. Шлюзовая камера 132 выполнена как погружной колокол. На конце разделительной стенки 138 со стороны цапфы, между шлюзовой камерой 132 и газоотделительным элементом 160, помещено индуктивное уплотнение 137'. Это индуктивное уплотнение состоит по существу из катушки с навитыми коаксиально относительно роликовой цапфы 124 токоведущими проводниками. Индуцируемое этими токоведущими проводниками магнитное поле предотвращает обратное поступление объема расплавленного металла 200 из газоотделительного элемента 160 в шлюзовую камеру 132. Позицией х на фиг.5 обозначено зеркало ванны расплавленного металла. Зазор Sp между индуктивным уплотнением и роликовой цапфой 124 ограничивает прохождение газа из камеры 132 в газоотделительный элемент 160.