УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ПРОТЯЖЕННОЕ ИЗДЕЛИЕ
DEVICE FOR APPLICATION OF COATING ONTO EXTENDED PRODUCT

Изобретение относится к технологическому оборудованию для непрерывного нанесения металлических защитных покрытий на поверхность протяженного изделия типа проволоки, ленты и т.п. погружением в расплав алюминия, цинка, их сплавов, олова, свинца и др. Изобретение может использоваться для горячего алюминирования, цинкования или алюмоцинкования длинномерных изделий из чугуна или стали.
Известны устройства для нанесения покрытий на проволоку, ленту и т.п., в которых предусмотрено применение направляющего валка, осуществляющего погружение в расплав и перемещение протяженного изделия (см. Руководство по горячему цинкованию. - М.: Металлургия, 1975, с.376; "Металлические покрытия листовой и полосовой стали". - М.: Металлургия, 1971, с.496).
Недостатками известных устройств, в которых используются стальные ванны, является то, что стальные ванны имеют большой объем и значительную открытую площадь зеркала расплава, что предопределяет большие энергозатраты на поддержание заданной температуры самого расплава.
Контакт, с элементами погружных транспортирующих устройств (валков, скоб и т.д.) приводит к растворению железа в цинке и тем самым снижает срок эксплуатации оборудования и увеличивает расход цинка.
Применение стальных ванн с погружным транспортирующим устройством исключает возможность легирования расплава алюминием. Керамические же ванны хотя и устойчивы к воздействию алюминиевого расплава, а также легированного алюминием цинкового расплава, но имеют больший объем по сравнению с металлическими. Это связано с тем, что в отличие от металлических ванн, где обогрев производится через их стенки, в керамической ванне обогрев осуществляется через зеркало расплава, что приводит к увеличению ее объема.
Известно устройство для нанесения защитного покрытия на протяженные металлические изделия, содержащее ванну с нагревательными элементами и с проходным отверстием, расположенным в дне ванны, МГД-затвор, расположенный под проходным отверстием, с патрубком, частично введенным внутрь ванны через проходное отверстие. МГД-затвор выполнен в виде двух L-образных магнитопроводов с обмоткой однофазного тока в виде плоских катушек, расположенных на вертикальных стержнях магнитопровода (СССР, авторское свидетельство SU 1492759, опубл. 15.03.1994).
К недостаткам этого устройства относится его сложность вследствие использования МГД-затвора.
Известно устройство для нанесения металлических покрытий на протяженные изделия, включающее ванну с расплавом и камеру нанесения покрытия (Франция, заявка на изобретение FR 7516981, опубл. 1975 г.). Камера нанесения покрытия в этом устройстве имеет входной и выходной каналы, через которые осуществляется перемещение изделия при нанесении покрытия. С помощью насоса расплав перемещается из ванны в камеру нанесения покрытия. Заполнение камеры осуществляется таким образом, что уровень расплава в камере устанавливается выше входного и выходного каналов. При этом расплав свободно вытекает из камеры в ванну, однако количество расплава, возвращающегося в камеру, несколько больше вытекающего из входного и выходного каналов в ванну. Это позволяет поддерживать уровень расплава в камере нанесения покрытия выше входного и выходного каналов.
Недостатком этой установки является то, что подача расплава из ванны в камеру осуществляется с помощью погружного насоса, что значительно снижает показатели надежности, предъявляемые к промышленному оборудованию. Непрерывная циркуляция расплава приводит к быстрому изнашиванию каналов, а сам расплав загрязняется материалами, из которых изготовлены каналы, что приводит к ухудшению условий формирования покрытия, а, следовательно, к снижению его качества. При этом использование алюминиевого расплава весьма проблематично из-за его высокой агрессивности.
Наиболее близким по технической сущности аналогом предлагаемого устройства является устройство для обработки поверхности изделия, в частности, для нанесения покрытия, которое содержит ванну с расплавом металла (сплава) и расположенную над ванной камеру нанесения покрытия с входным и выходным отверстиями и заборным вертикальным каналом, погруженным в расплав, находящийся в ванне. Для подъема расплава из ванны по вертикальному каналу в камеру нанесения покрытия создают избыточное давление в ванне и разрежение в камере нанесения покрытия. Перепад давлений в полостях над поверхностью расплава камеры и над поверхностью расплава в ванне таков, что уровень расплава располагается выше входного и выходного отверстий камеры. Создание разрежения в камере нанесения покрытия выполняет одновременно и другую роль, а именно служит для предотвращения вытекания расплава из камеры для нанесения покрытия. При этом должно быть соблюдено следующее условие:
ат
1
м.ст.
Р≥Р+Р,
ат
где Р - атмосферное давление;
1
P - давление в камере нанесения покрытия;
м.ст
Р - давление столба расплава над нижней образующей канала.
ат
1
м.ст.
Разность давлений Δ=Р-(P+Р) в процессе нанесения покрытия поддерживают на постоянном уровне для исключения вытекания расплава и исключения прорыва атмосферного воздуха в камеру через входной и выходной каналы камеры (патент Российской Федерации №2237743, опубл. 10.10.2004).
К недостаткам данного устройства относится то, что у камеры нанесения покрытия заборный канал, погруженный в расплав ванны, расположен вертикально, что предполагает размещение камеры нанесения непосредственно над ванной с расплавом. Такое взаимное расположение камеры нанесения покрытия и ванны, соединенных вертикальным каналом, во-первых, затрудняет техническое обслуживание устройства и не обеспечивает его безопасную эксплуатацию, так как выполнение работ по заправке проволоки, устранению каких либо неполадок всегда будет происходить в зоне высокой температуры, а вынужденное использование охлаждающих контуров только увеличивает риски возникновения нештатных ситуаций; во-вторых, требует периодической остановки линии для нанесения покрытия, в состав которой входит заявленное устройство для нанесения покрытия, вследствие того, что компенсация расходуемого расплава добавлением в ванну возможна только после полного слива расплава из камеры нанесения покрытия, в результате снижается производительность и повышаются энергозатраты. Дозагрузка ванны без остановки работы устройства и без снятия избыточного давления в ванне невозможно, так как при открытии ванны избыточное давление будет вытеснять расплав, находящийся в ванне выше уровня его крышки, что недопустимо.
Задачей, решаемой изобретением, является достижение безопасности, удобства при эксплуатации и упрощение технического обслуживания устройства, как при эксплуатации, так и при дозагрузке ванны с расплавом, снижение энергозатрат и повышение производительности работы устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для нанесения покрытия на протяженное изделие, включающее ванну с расплавом и камеру нанесения покрытия с входным и выходным каналами; с заборным каналом, погруженным в ванну с расплавом, причем камера нанесения покрытия и ванна с расплавом размещены рядом друг с другом и соединены заборным наклонным каналом, погруженным в расплав ванны с образованием сообщающихся сосудов. Камера нанесения покрытия и ванна с расплавом снабжены средствами для создания внутри них над зеркалом расплава соответственно разрежения и избыточного давления, при этом, ванна с расплавом снабжена каналом-питателем для загрузки через него расходуемого расплава или металла в твердом состоянии. Канал-питатель для дополнительного повышения безопасности дозаправки выполнен в виде расширяющегося кверху канала, выходящего на верхнюю часть ванны с расплавом.
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении удобства и безопасности при эксплуатации, упрощении технического обслуживания устройства, обеспечении непрерывной работы устройства без остановок на дозагрузку ванны, обеспечении безопасности при дозагрузке ванны с расплавом, а также в снижении энергозатрат и повышении производительности работы устройства.
Достижение технического результата обусловлено существенными признаками, которыми охарактеризовано устройство. Расположение камеры нанесения покрытия рядом с ванной с расплавом облегчает доступ к камере нанесения покрытия и оборудованию, обеспечивающим ее работоспособность (система контроля температуры, датчик давления, датчик уровня расплава, газовые ножи для удаления излишков расплава и т.д.). Одновременно этот признак позволяет снизить энергозатраты на подъем расплава из ванны в камеру нанесения покрытия, так как расположение камеры нанесения и ванны с расплавом так, что они образуют сообщающие сосуды, позволяет заметно уменьшить величину избыточного давления, создаваемого над уровнем расплава в ванне. Расположение ванны с расплавом рядом с камерой нанесения покрытия позволяет обеспечить дозагрузку ванны (для компенсации расходуемого расплава) без остановки технологического процесса нанесения покрытия, что дополнительно снижает энергозатраты на нагрев расплава в ванне (нет теплопотерь, которые могли возникнуть при остановке устройства и открытии крышки). Для дозагрузки ванны она снабжена каналом-питателем, погруженным в расплав ванны ниже его уровня, что позволяет, открыв крышку канала-питателя, загружать дополнительные порции расплава или металла (сплава) в твердом состоянии непосредственно в расплав, находящийся в ванне без остановки работы устройства. При этом обеспечивается безопасность работы, поскольку избыточное давление, создаваемое над зеркалом расплава в ванне, за счет разности с атмосферным давлением будет вытеснять расплав вверх по каналу-питателю, но не выше, чем уровень расплава в камере нанесения покрытия, в которой давление ниже атмосферного. Тем самым исключается выброс расплава за пределы канала-питателя, что дополнительно гарантируется расширяющейся кверху формой канала-питателя.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг.1 - схематическое изображение устройства для нанесения покрытия на протяженное изделие.
На фиг.2 - разрез А-А с фиг.1.
Устройство для нанесения металлического покрытия (или любого другого покрытия) на протяженное изделие, например, на стальную проволоку, состоит из ванны с расплавом 1 (или другим материалом в жидком состоянии), представляющей собой электрическую печь для плавления и выдержки расплава при заданной температуре и расположенной рядом с ней камеры нанесения покрытий 2. Камера нанесения 2 оснащена наклонным каналом 3, сообщающим камеру нанесения покрытия 2 с ванной с расплавом 1, и входным 4 и выходным 5 каналами, выполненными в боковых стенках камеры нанесения покрытия 2 и расположенными, к примеру, горизонтально. В рабочем положении ванна с расплавом 1, камера нанесения покрытия 2 и наклонный канал герметизированы, что исключает контакт расплава с внешней атмосферой. Наклонный канал 3 в верхней части открыт во внутреннюю часть камеры нанесения покрытия 2 через проем в днище или через проем в боковой стенке вблизи днища, а нижняя часть наклонного канала 3 сообщена с полостью ванны с расплавом 1 ниже минимально возможного уровня расплава, при этом наклонный канал 3 выполнен так, что исключено сообщение воздушной полости над уровнем расплава в ванне 1 с камерой нанесения 2.
По наклонному каналу 3 расплав имеет возможность перемещаться из ванны с расплавом 1 и заполнять камеру нанесения покрытия 2 до заданного уровня.
Через горизонтальные каналы, входной 4 и выходной 5, осуществляется перемещение проволоки или другого длинномерного изделия через расплав в камере нанесения покрытия 2 для формирования покрытия на проволоке.
Верхняя съемная крышка камеры нанесения покрытия 2 оснащена, в частности, датчиками контроля уровня расплава, датчиком давления, датчиком температуры, средством создания разрежения.
На верхнюю съемную крышку камеры 2 установлены, в частности, датчик уровня расплава, манометр и отводящий канал с отводящим патрубком, соединенным с вакуумным насосом, создающим разрежение, разрежение можно также создавать эжектором. Отводящий патрубок может быть, при необходимости, смонтирован на стенке камеры нанесения 2. Обслуживание датчиков и оборудования, расположенных на камере нанесения покрытия, возможно в любое время и не вызывает затруднений за счет вынесения камеры нанесения 2 в сторону от ванны с расплавом 1.
Крышка ванны с расплавом 1 (или стенка ванны в верхней ее части) имеют подводящий канал и подводящий патрубок, соединенный с компрессором, создающим избыточное давление в ванне с расплавом.
Как отводящий, так и подводящий канал расположены в зоне воздушной полости над уровнем расплава, предпочтительно в крышке ванны и крышке камеры.
Первоначально расплав в ванне 1 и камере нанесения покрытия 2 располагается на одном уровне за счет того, что расположенные рядом ванна с расплавом 1 и камера нанесения 2, соединенные наклонным каналом 3, образуют сообщающиеся сосуды. В камере нанесения покрытия 2 этот уровень располагается ниже осей входного 4 и выходного 5 каналов.
В процессе работы устройства подъем уровня расплава в камере нанесения покрытия 2 по сравнению с уровнем в ванне с расплавом 1 производится за счет создания разности давлений в ванне 1 и камере 2. Уровень расплава в камере нанесения покрытия 2 в процессе работы устройства удерживается выше оси каналов 4, 5, по которым проходит проволока.
При создании избыточного давления в ванне с расплавом 1 и разрежения в камере нанесения 2 дополнительная порция расплава поднимается по наклонному каналу 3 из ванны 1 в камеру 2 и уровень расплава в камере нанесения 2 устанавливается выше входного и выходного каналов.
ат
1
м.ст.
ат
1
м.ст.
При соблюдении условия Р≥Р+Р, где Р - атмосферное давление; Р - давление в камере нанесения покрытия; Р - металлостатическое давление расплава над уровнем входного и выходного каналов камеры нанесения покрытия, расплав, установившись выше уровня каналов входного и выходного каналов, не вытекает наружу через отверстия в них.
м.ст.
Устройство для нанесения покрытия имеет средство регулирования уровня расплава в камере нанесения покрытия 2. Расплав в камере нанесения 2 постоянно расходуется, и уровень расплава стремится понизиться. При снижении уровня расплава разность атмосферного давления и давления в камере нанесения 2 увеличивается (за счет уменьшения Р), что может привести к прорыву воздуха (воздушных пузырей) через входной или выходной канал камеры 2 внутрь камеры. Это может нарушить процесс нанесения покрытия и привести к дефектам покрытия на изделии. Кроме того, наличие воздушных пузырей в расплаве вызовет его загрязнение оксидными включениями, что ухудшает условия формирования покрытия и приводит к появлению дефектов покрытия. Для регулирования уровня расплава в камере нанесения 2 можно использовать любую подходящую известную систему.