弯液面涂覆设备和方法

摘要

一种用于对金属条的至少一个表面进行弯液面涂覆的设备和方法，包括具有可调节涂覆盘、邻近涂覆盘布置的辊封套、能够操作以帮助密封辊封套的可调节挡板和/或气体输送装置的设备。

说明书

优先权

本申请要求2011年5月27日提交、题为“BAFFLE SYSTEM FOR  MENISCUS COATING APPARATUS”、序列号为No.61/490,862的 美国临时专利申请的优先权，该临时专利申请通过引用结合在此。

背景技术

金属条的耐腐蚀性可通过用例如锌的熔融金属涂覆此条来增 强。已知使金属条退火，准备金属条的表面以便在封套内保持的保 护性气氛中涂覆，接着将金属条浸没在熔融金属池中以利用熔融金 属涂覆金属条。

浸没池可能不确保金属条的一致产品品质。例如，用于引导金 属条经过池的槽辊的表面状况的变化会对金属条造成负面影响，例 如痕迹或刮擦以及不均匀涂层厚度形成。此外，浸没池方法通常需 要大的熔融金属容器，它们及槽辊制造和维护起来成本很高。

弯液面涂覆方法是已知的，如1995年9月26日授予的题为 “Apparatus for Meniscus Coating a Metal strip”的美国专利 No.5453127以及1995年3月21日授予的题为“Meniscus Coating  Metal strip”的美国专利No.5399376中公开的，这些专利通过引用结 合在此。对金属条进行处理（例如，在熔炉中加热金属条，或者加 热和冷却金属条，以在利用涂覆金属涂覆金属条之前实现接近涂覆 金属熔点的温度）。在这种处理后，金属条经过容纳在封套内的保 护性、通常是非氧化的气氛，以到达保持一池熔融涂覆金属的涂覆 盘。金属条通常靠近所述池的熔融金属经过，表面张力桥接熔融金 属表面和金属条之间的间隙，允许熔融金属对条进行涂覆。

本申请描述一种弯液面涂覆设备，通过使环境空气到容纳保护 性气氛的封套中的侵入最小来在保护性封套外对所述条进行涂覆。

附图说明

虽然说明书的结尾是特别指出并明确要求保护本发明的权利要 求书，但相信从结合附图给出的特定例子的以下说明可以更好地理 解本发明，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1描绘一种示例性弯液面涂覆设备的正视图；

图2描绘图1的示例性涂覆设备的透视图并包括示例性的第一 对挡板；

图3描绘图1的示例性涂覆设备的透视图并包括示例性的第二 对挡板；

图4描绘具有多个密封件的示例性挡板的正视图；

图5描绘图1的设备的正视图并包括示例性的第一对气体输送 装置；

图6描绘图1的设备的正视图并包括示例性的第二对气体输送 装置；以及

图7描绘图1的设备的正视图并包括示例性的第三对气体输送 装置。

附图不意欲以任何方式是限制性的，可以想到，本发明的各种 实施方式可以以各种其他方式，包括不一定在附图中描绘的方式来 执行。结合在说明书中并形成说明书一部分的附图阐述了本发明的 若干方面，它们与说明书一起用来解释本发明的原理，但是应当理 解，本发明不局限于所示的精确布置。

具体实施方式

以下描述的本发明的特定例子不应当用来限制本发明的范围。 本领域技术人员将会从以下说明中明白本发明的其他例子、特征、 方面、实施方式和优点。如将会认识到，本发明能够是其他不同和 明显的方面，都不脱离本发明。因此，附图和说明书应当被认为本 质上是说明性的而不是限制性的。

如上面通过引用结合的美国专利No.5453127和5399376中公开 的，金属条前进经过弯液面涂覆设备以用熔融金属进行涂覆。在涂 覆之前，金属条必须是清洁的并且没有会不利地影响涂层附着的任 何氧化物或其他材料。这种表面准备和处理在本领域中是已知的。 就温度而言，金属条可以在熔炉中加热，或者在熔炉中加热接着冷 却，以实现希望的温度，这在本领域中也是公知的。

在金属条接近涂覆时，该准备状态必须保持。这可通过如本领 域已知并在美国专利No.5435127中描述的将准备好的条封装在具有 专门的保护性气氛的辊封套中来完成。辊封套可以是将涂覆盘连同 成形辊容纳在保护性环境中的基本封闭的腔室，其帮助保持涂覆前 条的形状。金属条前进经过涂覆盘以在封套内利用熔融金属涂覆。

根据本发明的一种实施方式，弯液面涂覆设备的涂覆盘布置在 辊封套外。本发明描述将保护性气氛保持在辊封套内，同时涂覆盘 布置在辊封套外的弯液面涂覆设备的实施方式。本发明的弯液面涂 覆设备包括允许条离开封套同时使环境空气到辊封套中的侵入最小 化的物理或者加压气体屏障，如下文描述。此外，所描述的物理或 者加压气体屏障帮助保持保护性气氛，特别是它们帮助在条离开封 套后在条周围保持无氧、或者至少基本无氧环境，直到向其施加熔 融金属涂层。

涂覆盘包括将熔融相的涂覆金属输送到金属条表面的上唇。弯 液面涂覆盘是本领域公知的，合适的盘包括特别是在美国专利 No.5453127和5399376中描述的那些盘。条可包括碳钢、不锈钢或 者任何其他合适的金属条。涂覆金属可包括锌、铝、锌镁、锡、镀 铅锡（包括铅和锡）、或者其他合适的涂覆金属，如本领域已知的。

金属条朝着涂覆盘前进经过辊封套的盖。特别地，金属条前进 经过辊封套的盖中的孔的条接收部分，如下文进一步描述的。辊封 套的盖中的孔包括不接收金属条的至少一个开放部分。孔可在盖的 边缘之间完全或部分延伸。

下文进一步描述的可调节板或挡板适于覆盖盖中的孔的全部或 部分开放部分。挡板可布置在辊封套内或者辊封套外，例如在盖的 顶部上。一个或多个密封件可布置在挡板和涂覆盘之间，或者在涂 覆盘和辊封套的盖之间。涂覆盘的涂覆唇和盖之间通过挡板和/或密 封件隔离可允许正的气体压力在该区域形成，从而允许涂覆唇和条 之间的距离更大。例如，弯液面中的不受支承的熔融金属经由重力 和表面张力之间的平衡的向下拉力向下垂。对于给定的表面张力， 在弯液面由于该表面张力不再足以保持熔融金属而下落、或者从下 垂形式脱离并在重力拉动下向下落之前具有最大的唇到条距离。弯 液面下方的压力的增加可抵消重力，从而允许更大的唇到条距离。 调节该压力可允许弯液面涂覆过程开始于低的压力并随着唇到条距 离增加而加大压力。更大的唇到条距离可允许例如条形状变化可能 性的量增加。

参考图1，显示一对水平布置的涂覆盘10。虽然显示了一对涂 覆盘10，但本发明的实施方式可包括单个涂覆盘10。每个涂覆盘10 包括上唇12、底边缘14和在上唇12和底边缘14之间延伸的与唇相 邻的侧壁16。上唇12和/或涂覆盘10包括陶瓷、塑料陶瓷、金属、 非润湿材料和/或其他合适的材料及其组合。涂覆盘10可借助气体燃 烧器和/或感应生热加热。每个上唇12能够利用涂覆金属对金属条 20的至少一个表面18涂覆。当金属条20挨着涂覆盘10经过时，表 面张力桥接上唇12处的熔融金属和金属条20之间的间隙，以利用 涂覆金属来涂覆金属条20。如本领域技术人员将会理解的，也可以 在涂覆设备中使用其他涂覆盘结构。

涂覆金属包括熔融金属，例如锌、铝、锡和/或镀铅锡金属（包 括铅和锡）、或者能够用来涂覆金属条的其他熔融金属。合适的涂 覆金属是本领域公知的。在使用多于一个涂覆盘的情况下，每个涂 覆盘可容纳相同的涂覆金属，或者不同的涂覆金属，使得不同的涂 覆金属施加在金属条20的相对侧上。金属条20的第一表面18可用 第一涂覆金属涂覆，相对的第二表面18可用第二涂覆金属涂覆。例 如，金属条20的一侧可涂覆锡涂层，金属条20的另一侧可涂覆锌 或者镀铅锡金属涂层。

参考图1，具有盖24的辊封套22布置成与涂覆盘10邻近并在 其下方，可以以不同的距离隔开。本领域技术人员鉴于这里的教导 明白的定位装置可用来将涂覆盘10调节到希望位置。上唇12之间 的距离应当至少足以允许金属条20经过同时借助上唇12提供金属 条20的表面18的弯液面涂层。

至少一个辊26可布置在辊封套22内。图1的实施方式中显示 了要在辊封套22的盖24前和下方布置的一对辊26。辊26被构造成 在金属条20朝着辊封套22的盖24和朝着涂覆盘10运动经过辊26 时将金属条20成形和/或弄平。这种成形辊在本领域中是公知的。

辊封套22的盖24包括孔28。盖部分24中的孔28的一部分可 通过下面描述的挡板覆盖，以使空气到钢条20附近的辊封套22内 的侵入最小或者使涂覆之前钢条与周围气氛的接触最小。孔28包括 条接收部分30和至少一个开放部分32，条接收部分30是在涂覆过 程中被金属条20占据的孔28的部分，开放部分32是涂覆过程中没 有被金属条20占据的孔28的任何部分（图2）。回头参考图1，条 接收部分30的尺寸和形状设置成接收金属条20。金属条20具有条 宽度和厚度，孔28具有比金属条20的条宽度和厚度大的孔宽度和 厚度，使得不是整个孔28接收金属条20，而是仅仅条接收部分30 接收金属条20。任何开放部分32不接收金属条20的部分。

至少一个可调节板或者挡板34可布置成覆盖开放部分32的一 些或者全部。挡板34可手动地和/或自动地调节到希望位置，例如借 助本领域技术人员鉴于这里的教导将会明白并且由以下提供的边缘 感测系统：EMC-Automation GmBH,D-57482Wenden,Germany; Keyence Corporation,Itasca,Illinois;FMS Force Measuring Systems  AG,Hoffman Estates,Illinois;以及Microsonic GmbH,44227Dormund, Germany。

参考图2，开放部分32环绕接收金属条20的条接收部分30。 挡板34布置在开放部分32上。挡板34防止周围空气经由辊封套22 的盖24的开放部分32大量泄漏到辊封套22中并帮助在限定在涂覆 盘10和盖24下方的空间S中提供正压力。

图2显示包括平部分36的一种实施方式的挡板34。平部分36 布置在辊封套22的盖24的孔28的开放部分32上。图3显示包括 平部分36和侧壁部分38的另一种实施方式的挡板34。平部分36 包括面对条接收部分30的内边缘40和从内边缘40向上延伸以在金 属条20经孔28的条接收部分30接收时抵靠金属条的侧边缘的侧壁 部分38。侧壁部分38的尺寸设置成借助挡板侧壁边缘40密封每个 涂覆盘10的与唇相邻的侧壁16。挡板侧壁边缘40可包括辅助将挡 板侧壁边缘40密封到与唇相邻的侧壁16的例如耐火纤维布的柔性 材料。替代地，侧壁部分38可类似于与唇相邻的侧壁16的形状并 留出允许每个涂覆盘10希望定位的空隙。

另外地或替代地，如图4所示，多个密封件42可布置在辊封套 22的盖24和涂覆盘10的上唇12之间。密封件42被显示为布置在 涂覆盘10的上唇12下方，每个密封件42布置在挡板侧壁边缘40 和每个涂覆盘10的与唇相邻的侧壁16之间。

每个涂覆盘10可包括表面44使得第二密封件42可布置在表面 44和辊封套22的盖24之间。例如，如图4所示，第二密封件42 布置在每个涂覆盘10的表面44之间，其中表面44被显示为涂覆盘 10的底面和辊封套22的盖24的顶面。

除了上面描述的物理屏障之外，或者代替该物理屏障，气体屏 障可用来帮助密封封套。气体输送装置可布置在涂覆设备上，在涂 覆盘的上唇之前，大体接近辊封套的盖。气体输送装置操作以在涂 覆金属条之前在涂覆设备的区域中输送例如氮气的气体。这种气体 的输送可围绕预涂覆的金属条建立正压力。这样，可以辅助提供或 维持预涂覆金属条周围的保护性气氛并由此使周围气氛对预涂覆金 属条的影响最小。气体输送装置可另外输送其他合适的气体，例如 氢气，以改善热传递属性和/或在涂覆金属条之前在金属条上引起化 学反应。例如，气体输送装置可输送氮气和爆炸限制以下且足量的 低水平氢气来允许热传递改善并与存在于涂覆盘的上唇之前和上游 的氧气反应。各种希望的气体的成分和效果对于涂覆金属条领域的 技术人员是已知的。

气体输送装置还可帮助固化任何多余的涂覆金属并使任何熔融 金属从涂覆唇上滴落的负面效果最小。例如，当气体输送装置布置 在涂覆盘的上唇下方时，来自气体输送装置的气体流会使可能从金 属条逃脱并朝着辊封套向下滴落的任何涂覆金属滴冻结。没有气体 输送装置，熔融金属会滴在成形辊26上并在这些辊上冻结，最终造 成它们停止操作。如果气体输送装置将熔融金属冻结，这会帮助防 止、或者至少使涂覆金属到辊的这种镀覆最小。

如图5所示的至少一个气体输送装置44可定位在涂覆设备中， 在成形辊（如果它们正在使用的话）后面并在涂覆盘12的上唇12 前面。气体输送装置44可与一个或多个挡板34一起使用。替代地， 气体输送装置44或者挡板34可在涂覆盘10的上唇12的上游使用， 以辅助防止氧气泄露到未涂覆金属条20周围的区域并且/或者捕捉 和/或固化逃离的熔融涂覆金属，由此使逃离的涂覆金属经过孔28 朝着辊26滴落最小。

气体输送装置44可包括如图5-6所示的管和喷嘴组件46或者如 图7所示的稳压室48，下面进一步描述。气体输送装置44可操纵以 输送例如氮气或者其他合适气体的气体，来帮助保持围绕孔28的区 域附近的正气体压力，从而在辊封套22内和布置在上唇10下面的 空间S内提供更加受控的气氛。

图5显示了作为布置在辊24和辊封套22的盖24之间的管和喷 嘴组件46的气体输送装置44。特别是，管和喷嘴组件46布置在辊 封套22的盖24的下方和上游并且在辊26的上方和下游。

图6示出布置在涂覆盘10的上唇12和辊封套22的盖24之间 的管和喷嘴组件46。特别是，管和喷嘴组件46布置在上唇12下方 和上游并且在辊封套22的盖24上方和下游的空间S中。管和喷嘴 组件46的管连接可与辊封套22的盖24隔开或者安装到辊封套22 的盖24。

图7示出包括稳压室48的另一实施方式的气体输送装置44。每 个稳压室48用作正压力腔，以使例如氮气和如上所述的气体朝着金 属条20的未涂覆表面18前进。稳压室48可与辊封套22的盖24隔 开或者安装到辊封套22的盖24。图6显示稳压室48安装到盖24 的底表面上使得稳压室48布置在盖24的上游。

在操作中，金属条20如上所述地被处理，以实现希望的状态， 例如无氧、清洁的状态。接着，金属条20前进到辊封套22中并可 被一对（或更多）辊26成形。当在辊封套22中时，金属条20的状 态被维持，因为辊封套22在金属条20周围包括保护性气氛。金属 条20朝着涂覆盘10的上唇20前进经过涂覆盘10的孔28，以允许 金属条20的一个或两个表面18都用涂覆金属涂覆，如上所述。例 如挡板34和/或气体输送装置44的物理和/或气体压力屏障可定位在 上唇12和辊26之间以辅助涂覆之前保持辊封套22和预涂覆金属条 20周围的基本无氧环境，防止周围空气经孔28泄露到辊封套22中， 并使金属条20从辊封套22的孔28朝着涂覆盘10的上唇12前进后 环境大气对预涂覆金属条20的影响最小。

例如，挡板34的平部分36布置在孔28的开放部分32上。挡 板34可另外包括密封涂覆盘10的与唇相邻的侧壁16的侧壁部分 38。挡板34密封孔28的一些或者所有开放部分32，以防止周围空 气/氧气泄露到辊封套22内的受保护环境中。在金属条20前进经过 孔28并朝着涂覆盘10的上唇12经过挡板34时，侧壁部分38密封 前进的金属条20的侧边缘部分。

另外或者替代地，如上所述，例如管和喷嘴组件46或稳压室48 的气体输送装置44靠近辊封套24的盖24布置并在上唇12和辊26 之间。在金属条20前进经过辊26并在其借助上唇12涂覆之前，气 体输送装置44向金属条20输送例如氮的气体，辅助保持金属条20 的清洁、无氧状态。另外，如果金属条20的上部已经用涂覆金属涂 覆，并且该涂覆金属的部分以熔融状态逃脱并朝着辊封套22滴落， 例如，气体输送装置44可辅助固化熔融涂覆金属并防止熔融金属进 入到辊封套22内以潜在地影响辊26的操作。

金属条20前进到上唇12，上唇容纳足量的涂覆金属并借助表面 张力附着到并涂覆金属条20的表面18。金属条20上的熔融金属涂 层的厚度可进一步通过例如上面通过引用结合在此的美国专利 No.5453127中描述的喷射喷嘴来调节。

已经显示和描述了本发明的多种实施方式，这里描述的方法和 系统的进一步变形可由本领域技术人员通过合适的改变来实现，不 脱离本发明的范围。已经提到了若干这种潜在改变，其他的对于本 领域技术人员是明白的。例如，上面描述的例子、实施方式、几何 形状、材料、尺寸、比例、步骤等是说明性的。因此，本发明的范 围应当按照权利要求书来考虑，并且不应理解为局限于说明书和附 图中显示和描述的结构和操作的细节。