在涂覆金属带的工艺中产生气体射流的设备

摘要

设备具有气流调平管（3），其界定连续弯曲的展开面（Z），包括安装有喷嘴（10）的收集器（4）、输送歧管（1），以便引导加压气体通过孔（12）进入前置室（2）内，第一带孔的隔板（5）和第二带孔的隔板（6）在调平管（3）内，被布置成垂直于管（3）的弯曲的展开面（Z）。

权利要求

1.一种用于产生用于金属带的热涂覆工艺的平的、层流的气体射流的设备，该设备包括：

-纵向的输送歧管(1)，其具有外周壁，所述外周壁设置有第一孔(12)，-调平前置室(2)，其通过所述第一孔(12)与所述纵向的输送歧管(1)相通，-调平管(3)，所述调平管(3)在其第一端与所述调平前置室(2)相通，-喷嘴(10)，其适用于产生平的、层流的气体射流，

-所述调平管(3)在其第二端与所述喷嘴(10)相通，所述第二端与所述第一端相对并且所述第二端具有比所述第一端小的截面，以便逐渐变细并且产生从所述调平前置室(2)到所述喷嘴(10)的气流路径，所述气流路径界定弯曲的中间展开面(Z)，-至少两个带孔的隔板布置在所述调平管(3)内并且垂直于所述弯曲的中间展开面(Z)，从而界定所述调平管(3)的彼此连接的至少两个连续的、相邻的部分(3a，3b)，其中所述第一孔(12)仅被设置在所述纵向的输送歧管(1)的所述外周壁的第一纵向段(11)内并且所述调平前置室(2)至少在外部围绕所述第一纵向段(11)延伸，其中所述调平管(3)的第一部分(3a)在外部围绕所述纵向的输送歧管(1)的所述外周壁的邻近所述第一纵向段(11)的第二纵向段延伸，以及其中所述调平管(3)的第二部分(3b)被布置在相对于所述纵向的输送歧管(1)的切线方向上，在所述第二纵向段的下游，从而所述弯曲的中间展开面(Z)由理想的连续弯曲的面且没有任何角点来表示，以便优化气流从所述调平管(3)的第一端处的湍流到所述调平管(3)的第二端处的层流的转变。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述调平前置室(2)在外部围绕所述第一纵向段(11)卷绕，以及其中所述调平管(3)的所述第一部分(3a)在外部围绕所述第二纵向段卷绕。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一部分(3a)在30°至180°范围内的角范围内围绕所述第二纵向段卷绕。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一部分(3a)在等于90°的角范围围绕所述第二纵向段卷绕。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述调平前置室(2)仅围绕所述第一纵向段(11)。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第一纵向段(11)具有90°的角范围。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述弯曲的中间展开面(Z)的第一延展是半圆柱形的侧面的至少一部分，而邻近所述第一延展的所述弯曲的中间展开面(Z)的第二延展是平面的。

8.根据权利要求1所述的设备，包括所述至少两个带孔的隔板中的第一带孔的隔板(5)和所述至少两个带孔的隔板中的第二带孔的隔板(6)，所述第二带孔的隔板(6)布置在所述第一带孔的隔板(5)的下游。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一带孔的隔板(5)被布置在所述调平前置室(2)和所述调平管(3)的所述第一部分(3a)之间的连接位置处。

10.根据权利要求8所述的设备，其中所述第二带孔的隔板(6)被布置在所述调平管(3)的所述第一部分(3a)和所述第二部分(3b)之间的连接位置处。

11.根据权利要求8所述的设备，其中在所述第一带孔的隔板(5)和出口管(4)之间的延展中所述调平管(3)的截面减小到初始值的四分之一。

12.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一带孔的隔板(5)包括第二孔(25)，以及所述第二带孔的隔板(6)包括第三孔(26)，并且其中沿着所述气流路径，从所述纵向的输出歧管的外周壁上的所述第一孔(12)到所述第三孔(26)在数量增加时直径逐步地减小。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第二孔(25)的直径(Φ2)是所述第一孔(12)的直径(Φ1)的一半以及所述第二孔(25)的数量是所述第一孔(12)的数量的两倍。

14.根据权利要求12或13所述的设备，其中所述第三孔(26)的直径(Φ3)是所述第二孔(25)的直径(Φ2)的一半以及所述第三孔(26)的数量是所述第二孔(25)的数量的两倍。

说明书

在涂覆金属带的工艺中产生气体射流的设备

发明领域

[0001] 本发明涉及在金属带的热涂覆工艺中产生气流的设备。这样的设备也通常被称为气刀。现有技术

[0002] 如已知的，热镀锌工艺包括通过浸泡钢带到包含在槽中的熔融锌浴中（在450℃-470℃）而在钢带的两面上涂覆锌并具有随最终应用变化的可变的涂层厚度。该工艺是连续型的；钢带被规格化以及两个相对的表面被适当地准备以获得锌完美地粘附到基础钢并且形成非常薄的、均匀的锌层。

[0003] 锌涂层厚度的调整借助气刀系统获得，气刀系统也允许涂层被均匀地分布在两个表面并且遍及带的整个长度。气刀系统基本上包括两个唇状物，界定了喷嘴具有与其他尺寸相比占优势的尺寸并且适合产生平的射流，当带从锌槽出来时，喷嘴将气体射流输送到带的整个宽度并且到其每个面上。

[0004] 通常应用相同的步骤以涂覆金属带，而不考虑粘到被涂覆的带的液体材料的性质。除了锌合金外，的确，液体可以是铝合金或涂料。

[0005] 调整系统允许两个唇状物彼此倾斜和隔开，以便确定需要的涂层厚度，甚至能区分每个面的涂层的厚度。

[0006] 基于测量所获得的锌涂层的厚度的系统的闭环控制系统允许锌的量并且因此涂层厚度被优化。

[0007] 根据钢带的最终应用，标准设定了两个面上的总的锌涂层的质量/面积比（g/m2）的最小值或一个面上的最小涂层厚度（微米）。

[0008] 这通过材料随着时间推移的耐腐蚀性正比于应用到金属带的锌厚度来解释。

[0009] 因此，通过气刀产生的射流的质量代表热镀锌工艺的一个基本的因素。

[0010] 期望气流在空间和时间上被均匀地分布在带的两个面上，以便确保涂层厚度相对于标准值的最小偏差。

[0011] 气刀在带的整个宽度上延伸并且被提供以便在气刀内的湍流穿过喷嘴之前限制该湍流，以便获得前述气体在空间和时间上的均匀分布。

[0012] 为了使压力分布平坦和最小化气流的漩涡，可以在设备内大大增加负载损耗，但这是重要的限制。因此，已经尝试找出解决方法，尽管适度的负载损耗，将仍然设法确保足够均匀的气流。

[0013] 气刀是包括圆柱形管（也称为输送歧管）的设备，注射气体到一种环形室。受压气体的出口孔被设置在圆柱形管的外侧面，在圆柱的整个长度被对齐。一个或多个带孔的隔板可以被布置，以便使气流在环形室内是均匀的。圆柱形管通常通过增压室（plenum）从两端被进料。

[0014] 由于喷嘴仅能弥补气压的可能的非均匀性的一部分，进料均匀性必须通过气刀主体自身获得。

[0015] 在公开的DE19954231中，例如，第一变化形式显示圆柱形管具有布置成平行于管的对称轴的对齐的孔。在另一个变化形式中，圆柱形管具有彼此平行并且根据圆柱形管的经线布置的凹槽。第三变化形式显示圆柱形管具有彼此平行并且根据圆柱形管的经线布置的对齐的孔。第一带孔的隔板被垂直地布置，即，垂直于环形室的横截面的展开轴。跟随气体的顺时针运动的第二和紧接着连续的隔板与朝几乎垂直于出口管的展开平面是敞口的孔几乎是水平的，出口管基本上与环形室相切并且子午线上（culminant）具有平的喷嘴。

[0016] 在DE19954231中描述的设备中，很显然

[0017] -直线伸展导致喷嘴邻近环形室，界定在由环形室和直线最终的伸展形成的总管的中间展开平面内的中断，

[0018] -最后的隔板几乎与通往喷嘴的直线伸展的展开平行，

[0019] -沿顺时针方向旋转的一部分气体穿过垂直的隔板，而沿逆时针方向旋转的其余的部分仅穿过最后的隔板，这导致两个平行的室包含在设备的环形容器中。

[0020] 显示在这篇文献中的设备引起受压的气体撞击和反弹最后直线伸展的底壁，在设备内的湍流有相当大的增加。此外，两个气体部分在穿过最后的隔板之前碰撞，因此产生进一步的湍流。

[0021] 发明概述

[0022] 本发明的目的是提供沿着适于产生平的射流的喷嘴使气流变平，尤其适用于金属带热涂覆工艺中并且适于改善分布在喷嘴长度上的气体的均匀性的设备。

[0023] 本发明的目的是用于产生平的、层流的气体射流的设备，尤其是在金属带热涂覆工艺中的设备，根据权利要求1包括，

[0024] -具有外周壁的纵向的输送歧管，外周壁设置有第一孔，

[0025] -调平前置室（levelling pre-chamber），其通过第一孔与所述纵向的输送歧管相通，

[0026] -调平管（levelling pipe），在其第一端与所述调平前置室相通，[0027] -喷嘴，其适用于产生平的气体射流，

[0028] -所述调平管在其第二端与所述喷嘴相通，所述第二端与第一端相对并且所述第二端具有比第一端小的截面，以便逐渐变细并且以产生从所述调平前置室到喷嘴的气流路径，所述路径界定弯曲的中间展开面（medial development surface），[0029] -至少两个带孔的隔板被布置在所述调平管内，垂直于所述弯曲的中间展开面，从而界定调平管的至少两个连续的部分，这两个部分是相邻的并且彼此连接，[0030] 其中第一孔仅被设置在输送歧管的外周壁的第一纵向段上以及所述调平前置室至少围绕所述第一纵向段向外延伸，

[0031] 其中调平管的第一部分围绕输送歧管的外周壁的邻近第一纵向段的第二纵向段向外延伸，

[0032] 以及其中调平管的第二部分被布置在相对于输送歧管的基本上切线方向上，在所述第二纵向段的下游，

[0033] 从而所述弯曲的中间展开面由理想的连续弯曲的面且没有任何角点（angular point）来表示，以便优化气流从调平管的第一端的湍流到调平管的第二端的层流的转变。

[0034] 在优选的变化形式中，调平前置室在外部有利地围绕所述第一纵向段卷绕，以及调平管的第一部分在外部围绕所述第二纵向段卷绕。

[0035] 调平管的第一部分优选地在30°-180°范围内，例如，约90°的角范围内围绕运输歧管的所述第二段或纵向部分卷绕。

[0036] 在优选的变化形式中，调平前置室仅围绕优选地但不必须具有约90°的角范围的所述第一纵向段卷绕。

[0037] 设备配置成使得穿过第一孔离开输送歧管的气流能够在单一的旋转方向上穿过调平前置室以便到达调平管。

[0038] 弯曲的中间展开面的第一延展（first stretch）基本上是半圆柱的侧面的至少一部分，而邻近所述第一延展的所述弯曲的中间展开面的第二延展基本上是平面的。

[0039] 本发明有利地解决了流体供给到喷嘴的问题，流体在整个喷嘴延伸段内是均匀地并且尤其随着时间的推移是均匀地，即，无不稳定。尤其，调平管的展开面是连续的并且没有任何角点，意味着在管的展开面上计算的在气流方向上管的任意点的一阶导数也是连续的。从而，没有流体以例如引发湍流的角度撞击管壁的区域。此外，这允许插入调平隔板，所述调平隔板具有垂直于气流并且因此垂直于调平管的展开面的面和平行于气流方向的孔轴线，根据其内布置所述隔板的位置。

[0040] 在一个带孔的隔板和下一个带孔的隔板之间，压缩气流调平管的一部分因此被界定。因此，调平管的延展被一个相对于另一个地顺序布置或级联布置在前置室的下游，因此提供改进的均匀化的气流。

[0041] 调平管，包括调平管的所述渐进的延展，具有垂直于气流的截面，该截面具有朝向喷嘴逐渐减小的面积，以便调平管的也卷绕在一部分输送歧管上的部分不会引起湍流。另外，调平管的第一和第二部分被连接以便流平行于相应的第二部分的中间展开面被引导到第二部分。

[0042] 此外，根据沿着气流的方向发展的各隔板的位置，流体被迫穿过的隔板孔的直径在隔板孔的数量增加时是逐渐减小的，因此导致流体线将被布置成平行于管壁，从而将气流运动从湍流逐渐转变成线性。另外的优势是隔板被布置在调平管的几乎直线的部分内，尤其，此处是湍流速度已经明显地减小的地方，因此导致湍流进一步的、明确的减少并接近几乎是空气动力学上理想的线性。

[0043] 从属权利要求描述了本发明的优选的实施方式，形成本说明书的组成部分。

[0044] 附图简述

[0045] 鉴于由在附图的帮助下通过非限制性的实施例显示的沿着适合产生平的射流的喷嘴使气流变平，尤其适合金属带热涂覆工艺（例如用锌合金或铝合金）的设备的优选但不是唯一的实施方式的详细描述，本发明的另外的特征和优势将变得更清楚，附图中：

[0046] 图1表示设备的示意性横截面图，

[0047] 图2a、2b和2c表示在图1中的设备的垂直于气流方向的三个截面。

[0048] 在图中相同的附图标记和字母确定相同的元件或部件。

[0049] 发明的优选实施方式的详细描述

[0050] 参见图1，根据本发明的使气流变平的设备包括纵向的传输歧管1和调平前置室2，调平前置室2将气体从传输歧管1引导到调平管3，喷嘴10接合在调平管3上。传输歧管的在具有约90°的角范围的第一纵向段11内在所述歧管的整个长度或纵向范围上的外周壁包括用于气体通过的第一孔12。在图1和2a中，例如，设置了三行第一孔12。在其他变化形式中，第一孔12的行数可以与3行不同。调平前置室2覆盖在孔12所开设的第一纵向段11上，并且被连接到调平管3，调平管3被分成第一延展或部分3a和第二延展或部分
3b，第一延展或部分3a被卷绕在传输歧管1上，围绕第二纵向段在之上，即优选地约90°，第二延展或部分3b在相对于传输歧管1的基本上切线方向上延伸。调平管3的两个部分是相邻的并且彼此完美地连接，从而避免沿着整个调平管存在边缘。

[0051] 纵向的传输歧管1可以具有圆形或椭圆形或类似的横截面，且其侧面可以被划分成具有相等的或不同的角范围的纵向段。调平管3的第一部分3a可以围绕传输歧管1的部分或纵向段优选地在30°-180°的角度范围内延伸。

[0052] 参考字母Z表示调平管3的理想的中间展开面的轮廓线，相当于根据显示在图1中的设备的横截面的展开轴，以及相当于气流在基本上或完全地线性延伸的管中的方向。

[0053] 调平管3从第一部分3a向第二部分3b逐渐变细直到出口管4，喷嘴10被接合在出口管4上。

[0054] 喷嘴10可以为单独的组件或者与出口管4一起被整体制成单件。显示在图1中的喷嘴10仅意在图示存在具有例如产生平的气体射流的宽度的喷嘴。

[0055] 孔12允许气体被引入调平前置室2。传输歧管1的侧壁的第一孔12在其上敞开的延展通常可以在传输歧管1和调平前置室2之间。

[0056] 隔板5被基本上布置在调平前置室2和调平管3的第一部分3a之间的连接位置（joining point）处。这个隔板5包括第二通孔25。

[0057] 后续的隔板6被基本上布置在第一隔板5的相对于气流方向的下游的调平管3的第二部分3b的中间区域。这个隔板6包括第三通孔26。

[0058] 为了维护和改进设备的结构的两个原因，优选地，隔板5和6是可拆开的。

[0059] 隔板5和6垂直于弯曲的中间展开面Z。所述面Z遵循首先是基本上半圆柱形的，然后是基本上平的模式，即弯曲的中间展开面Z的第一延展基本上是半圆柱形的侧面的至少一部分，而所述弯曲的面Z的第二延展基本上是平面的。

[0060] 具体参见图1中的设备的变化形式，给出管3的形状，隔板5基本上是水平的以及隔板6基本上是垂直的。更普遍地，两个隔板5和6被分别布置在基本上彼此正交的平面上。

[0061] 根据本发明，调平管3的第一部分3a和第二部分3b之间完美的连接（每个部分具有圆形的壁）反而促进了气体流出而不引起湍流的现象。

[0062] 此外，带孔的隔板5和6总是垂直于面Z，且各孔的轴线平行于沿着调平管3的各位置的气流的层流运动的方向。

[0063] 湍流强度与带孔的隔板5和6的位置之间存在关联，尤其是参见隔板6：已经证实，如果流体以高的湍流速度到达带孔的隔板6，孔26的调平作用没有被充分利用。优选地，隔板6与之前的隔板5被隔开，从而隔板6的入口处的湍流速度比总气流低至少7%，剩余量的流体以层流运动来移动。

[0064] 因此，隔板6以低于7%并且优选低于5%的湍流速度工作是尤为重要的。

[0065] 调平管3的变窄基本上发生在隔板5和出口管4之间，以喷嘴10结束；在设备具有相对于其他尺寸是占优势的尺寸，即，具有约2-3米的宽度和比宽度低得多的高度和长度为特征的喷嘴的情况下，为了产生相应的具有2-3米宽的平面气体射流，截面被减少到四分之一，例如，从60mm的截面改变到15mm的截面。这被提供用于在理想的面Z上测得的在500mm和900mm之间全部路径。

[0066] 根据本发明的另一方面，第一空12、第二孔25和第三孔26被依尺寸设计并被布置成彼此具有特别的关联。

[0067] 第一孔12、第二孔25和第三孔26优选是圆孔。

[0068] 参考图2a、2b和2c：

[0069] -第一孔12具有直径Φ1并在第一方向上以等于d1的量度与另一第一孔隔开和在垂直于第一方向的第二方向上以等于s1的量度与另一第一孔隔开；

[0070] -第二孔25具有直径Φ2并在第一方向上以等于d2的量度与另一第二孔隔开和在垂直于第一方向的第二方向上以等于s2的量度与另一第二孔隔开；

[0071] -第三孔26具有直径Φ3并在第一方向上以等于d3的量度与另一第三孔隔开和在垂直于第一方向的第二方向上以等于s3的量度与另一第三孔隔开；

[0072] 直径Φ1和Φ2之间以及直径Φ2和Φ3之间的关系是有利地等于孔数的增长率。孔之间的距离s2、d2和s3、d3沿着气流路径相应地减少。例如，如果隔板5上的第二孔25的直径是相对于第一孔12的直径的一半，那么第二孔25的数量是相对于第一孔12的数量的两倍。这独立于调平管3的布置有孔的部分来发生。这需要三个系列的孔，如是图1中的变化形式的情况，表达相同的负载损失。因此，总负载损失等于孔的三个系列中的一个的负载损失的三倍。

[0073] 对于所有系列的孔，两个连续的行的孔被相互偏移，以便定义列数，列数是孔被对齐的情况下的双倍。此外，连续的列彼此等距间隔。用于设计孔的尺寸和位置的相同规则也适用当有两个以上的隔板，例如三个或四个时。

[0074] 图2a、2b和2c显示，从顶到底，第一系列孔12（图2a）、隔板5（图2b）和隔板6（图2c）。值得注意的是两条平行且竖直的线a和b穿过两个连续列的孔12的中心。

[0075] 所述线a和b分别穿过隔板5上孔25的中心以及进一步穿过隔板6上孔26的中心。

[0076] 在线a和b之间有孔25的中间行，即，没有被线穿过的中间行。

[0077] 在线a和b之间有孔26的三个中间行，即，没有被线穿过的中间行。

[0078] 因此，值得注意的是随着孔的行数增加，所述孔的直径类似地减小。

[0079] 本发明有利地解决了将流体供给到喷嘴10的问题，流体在喷嘴的整个长度内是均匀的并且随着时间的推移是稳定的。

[0080] 这首先是由于调平管3的展开面Z不具有任何中断；然后，由于流体穿过的隔板总是被布置成垂直于展开面Z的事实。

[0081] 获得流体的进一步优化，因为孔，从输出歧管的外周壁的这些孔到设置在调平管的最后的带孔的隔板上的孔在数量增加时直径逐步地减小。

[0082] 此外，隔板6被布置在部分3b上，中间展开面的对应部分是基本上平的；这在调平管3的所述部分3b和布置在其中的隔板6之间产生协同效应。另外，特别由于所述隔板6具有非常小直径的孔，这能够进一步减小湍流到小于2%的速度，因此实现在出口管4处产生几乎全部是层流的气流运动。

[0083] 本发明的设备有利地具有较低损耗的负载，且具有相同的引导到平的喷嘴10的气流的均匀性。这产生施加到带上的更大剪切应力的射流，以更多且更好地去除过量的锌。

[0084] 然而在没有偏离本申请的保护范围的情况下，能够组合显示在各种优选的实施方式中的要素和特征。