CN1422340A - 镀膜装置 - Google Patents

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Abstract

用来在非磁性金属的熔融液(14)中为钢带(12)镀膜的镀膜装置，包括一个在熔融液(14)中旋转的轴(16)用来引导钢带(12)。轴(16)被支撑在轴承(261)中，上述轴承是一个磁性轴承，它的固定部分(281)被密封。这样，在金属熔融液中获得了非接触的轴支撑，从而轴承的磨损大大地降低，并且轴承的使用寿命得以延长。

Description

镀膜装置
本发明涉及到一种镀膜装置，用来在非磁性金属的熔融液中为钢带镀膜。
用来给钢带镀膜的镀膜装置用于，例如，给钢带和钢板镀锌。为了实现这个目的，钢带被牵引穿过大约450℃的锌熔融液。钢带连续地向下潜入锌熔融液，被熔融液中的一个旋转轴向上偏转并且从锌熔融液中冒出。在熔融液中，轴支撑在敞开的滑动轴承中，这些轴承由于巨大的力、锌熔融液的高温和锌熔融液的化学侵蚀而遭受很高的磨损。在连续运作的镀膜设备中，仅仅几天滑动轴承就被磨损到不得不更换的地步。更换一个导向辊的两个轴承要用几个小时，它代表着镀膜设备的一个很重要的成本因子，价值在100和200百万DM之间。
本发明的一个目的是提高熔融液中旋转轴的使用寿命。
根据本发明，该目的通过权利要求1的特征得以解决。
在本发明的镀膜装置中，轴的轴承是一个磁性的轴承，它的固定轴承部分被密封起来。磁性轴承在支撑部分非接触地支撑着轴头。由于非接触支撑，固定轴承部分和轴头的机械磨损被降低到最小。不同于滑动轴承，轴承部分的镀膜不需要为了最小的磨损进行优化，但是它需要提供一个具有强的抵抗金属熔融液特性的涂层。因为，在450-470℃的工作温度，锌熔融液，例如，作用象酸一样，轴的轴承上的抗酸涂层不再遭受显著的磨损，轴的轴承的侵蚀被根本地降低了。因此，非接触的轴承极大地避免了轴承部分的机械磨损，从而允许在轴承部分使用经济的抗酸涂层并降低磨损。由于这两种作用的优点，轴的轴承的使用寿命增加为滑动轴承使用寿命的好几倍。当使用磁性轴承时，锌熔融液中的磁性轴承的使用寿命可以增加到好几周。
在密封的固定轴承部分和轴头之间保持一个敞开的空隙，所以轴头可以在固定轴承部分保持浮动且轴头不接触固定轴承部分。因此，轴可以以很小的阻力旋转。因为磁场在固定轴承部分和轴头之间的连续空隙中一定不能被屏蔽，所以磁性轴承仅仅适合用于非磁性金属例如锌的熔融液中。
优选地向轴承壳供应冷却气体以冷却固定轴承部分的磁性部件。通常，磁性部件是螺线管，它的效率在低的工作温度下会更高，也就是说，由此产生的磁场在低的工作温度下会更强。另外，外壳可以容纳一个气压传感器来探测气体的泄漏。例如，它可以是一个压力传感器，可以探测轴承壳中的气体压力。轴承壳中压力的下降表明轴承壳有泄漏，因此轴承壳的破坏可以很快被探测出来，并且可以避免更大的破坏。冷却气体在受压力的情况下被供应到轴承壳中，所以它可以穿过轴承壳可能存在的泄漏向外密封，从而防止金属熔融液进入轴承壳，这样可以避免磁性轴承遭受严重的破坏。
轴优选地是一个浸液辊用来偏转或导向锌熔融液中的钢带。轴也可以实施为一个导向辊来控制钢带的张力或用来精确定位钢带。
根据一个优选实施例，轴的轴承具有一个陶瓷的应急运转衬垫。陶瓷衬垫粘结在轴承壳的内表面，这样当固定轴承部分的磁性部件失效时，轴头可以在陶瓷衬垫上运转。仅仅轴头最终可以被磨损或破坏，它比陶瓷衬垫柔软。轴头可以随后用简单的方式修复或更换。因此，轴承具有应急运转特性，它可以在磁性轴承失效时避免更大的破坏。
根据一个优选实施例，在轴头和/或轴承壳上提供了一种碳化钨涂层或陶瓷涂层。两种涂层具有很高的抗酸性，因此可以针对象酸一样的金属熔融液例如锌熔融液的侵蚀提供很好的保护。
轴头优选地用磁性材料制成，固定轴承部分包括一个产生磁场的磁性部件，它可以把轴头非接触地固定在轴承部分。磁性部件可以是一个螺线管。螺线管的优点在于产生的磁场强度可以控制。因此根据主应力、旋转的个数等等，可以将磁场强度调整到给定的状态。这样，轴头和轴承壳之间的空隙在整个周边可以保持不变。
轴承优选地设计成径向轴承，磁性部件相对于轴头径向排列。另外，轴承可以设计成一个止推轴承，它的一个磁性部件沿轴头的轴向排列。在这种方式中，轴在径向和轴向上都被非接触地支撑。
根据一个优选实施例，提供了一个用来探测轴头在固定轴承部分中的径向和/或轴向位置的传感器。根据传感器探测到的轴头在轴承部分的位置，一个控制装置可以控制磁性部件产生的磁场强度。因此，轴承壳和轴头之间的空隙保持不变。空隙高度的偏差可以被传感器立刻探测出来，并且可以通过相应地控制磁性部件得以补偿。
轴承部分优选地包括一组磁性部件并且轴头包括极靴，磁性部件产生旋转的磁场通过轴头的极靴来驱动轴。另外，轴也可以设计成一个鼠笼式马达，一组绝缘的铜线沿着纵向安排在轴上，并且相互连通。这里，轴通常以一个大约与被轴引导的钢带速度相等的周向速度被驱动。因此，钢带和轴之间的滑动得以避免，从而用熔融的金属对钢带镀膜会更均匀和完美。
根据一个优选实施例，轴承具有一个加热装置。加热装置的目的在于使轴承保持在一个高的温度，甚至当它从金属熔融液中取出后，这时轴承壳和轴头之间的周向空隙中的熔融金属仍然保持液态，直到轴头从轴承壳中取出。
根据一个优选实施例，轴承部分包括四个磁性部件，等间距地分布在周向上。在镀膜装置运行期间，作用在轴上的合成力精确地落在两个磁性部件上，也就是说，与两个磁性部件成45°角。作用在轴上的力总是使轴保持在磁性部件之间的一个稳定位置。显然，在周向上可以分布四个以上的磁性部件。
下面是参考附图对本发明的一个实施例的详细描述。
附图中：
图1用侧视图示出根据本发明的镀膜装置，包括处于锌熔融液中的一个偏转轴和一个导向轴，
图2用主视图示出图1所示的镀膜装置，和
图3是图1和2所示的镀膜装置偏转轴的磁性轴承的纵向截面。
图1是一个镀膜装置10的简化侧视图。钢带12被引导穿过锌熔融液14，为钢带12的表面提供一层薄的锌涂层。锌熔融液14的温度为450℃到470℃。钢带12与水平面成30°到45°进入锌熔融液，并且在熔融液14中被第一旋转轴16向上偏转，从而钢带12’被竖直向上地从锌熔融液14中引导出来。钢带12、12’与第一轴16的接触角大约为120°到135°。钢带14的张力在1.0到5.0t之间。
从锌熔融液14中竖直出来的钢带12’以它的全部宽度接触锌熔融液14中的第二轴18，以消除钢带12’的水平摆动。第二轴18被悬挂在一个可移动的引导臂20上，该臂被枢转地支撑并且它的转动通过一个相应的阻尼部件来消除。另外，引导臂20和第二轴18被偏压向钢带12’。两个轴16、18都被浸在熔融液14中。
在竖直保留在锌熔融液14中的钢带12’的两侧，安装了两个气体喷嘴22、24，通过它们气流喷在钢带12’的两侧。喷在钢带12’的液态锌涂层上的气体使涂层厚度减小到一定的数值。
第一轴16通过两个旋转臂171、172固定在锌熔融液14中。为了维护和修理的目的，也就是为了补偿磨损，轴16可以被抬出锌熔融液14。另外，具有引导轴18的引导臂20也可以为了这个目的被抬出熔融液14。臂171、172、20可以通过改变横梁的方式抬出熔融液14。
从图2明显看到，在旋转臂171和172的两个浸没端配置有轴承261和262，偏转轴16穿过它们被旋转臂171和172旋转地支撑着。两个轴承261和262是磁性轴承，由一个密封的固定轴承部分281和282以及用磁性材料如工具钢制成的轴16的两个轴头301和302组成。
如图3所示，固定轴承部分281是一个非磁性材料例如不锈钢如1.4571或1.4404的液密轴承壳32。五个螺线管341-344、36被固定在轴承壳32上。径向安装在轴头301上的四个螺线管341-344相互的角度为90°，与作用在轴16上的合成力的角度为45°。
磁性部件341-344、36由一个控制装置38和一个放大器40控制，这样轴头301和302被轴承壳32保持在封闭的圆柱形空间内。在轴头301和轴承壳之间保持了一个周向扩展的空隙42，该空隙被锌熔融液填充。因为锌是非磁性材料，周向空隙42中的锌熔融液不影响螺线管341-344、36产生的磁场。
在轴承壳32的上半个圆柱形的凹槽41中，安装了一个陶瓷的应急运转衬垫44，当磁性部件34、36失效时，防止轴头301被不锈钢的轴承壳壁32磨损并允许锌熔融液进入轴承壳32。陶瓷的应急运转衬垫也可以是杯形的，并可以填充整个凹槽41。
在轴承壳32上安装了一组距离传感器46、48，可以确定轴头301或轴16相对于轴承壳32的轴向和径向位置。电线连接着传感器46、48和可以估算传感器信号并相应地控制螺线管的控制装置38。
轴头301具有五个径向槽50，这样五个极靴52被成型在突起的部分。通过控制装置，径向排列的螺线管34可以产生旋转磁场，这样在轴头301上施加了一个扭矩来旋转轴。在运转中，轴16每分钟大约旋转25-200圈。
如图2所示，镀膜装置10的气体供应源是一个具有气体冷却器60的气罐58。所用气体是氮气。气罐58中的冷却氮气通过一个气泵61经过相应的气管621、622进入轴承壳281、282，然后经过相应的回气管641、642回到气罐58。在轴承壳中，氮气主要冷却螺线管34、36来提高它们的效率。
轴承壳32中的压力传感器66不断地监测轴承壳32中的内部气压。当压力下降时，例如由于轴承壳的泄漏，立刻触发警报，轴承281、282尽可能地被抬出锌池。气泵61可以增加氮气的压力，这样氮气可以从轴承壳的泄漏处排出，从而防止锌熔融液进入泄漏处。
在杯形凹槽41的附近，在轴承壳32中提供了加热部件(没有显示出来)，当轴承26从锌熔融液中转出来时，它可以使轴承261、262保温足够长的时间，使锌熔融液从凹槽41中出来或直到轴承26被拆卸。
启动前，要在空隙42中提供一个用低熔点金属制成的金属套，在启动设备前它被推到轴头30上并填充轴头301和轴承壳32之间的空隙42。当设备启动后，套在热的锌熔融液中熔化，这时螺线管34已经开始运行了。利用这个套，轴头301在启动时就被定位在固定轴承部分261、262中，当在轴头301和壳32之间开始暴露出空隙42后，它将被熔化。
通过轴承261、262的非接触设计，轴16可以总是被保持在中心，尽管有显著的纵向膨胀。
导向辊18也被相应的磁性轴承非接触地支撑着。
由于偏转辊16和导向辊18的非接触支撑，以及低价、抗酸材料的使用，为轴承的所有部分镀膜成为可能。因此，可以实现4周和更长的维护间隔，它转而根本地降低了停机的时间。磁性轴承仅仅可以用于非磁性金属的镀膜。

Claims (15)

1.一种镀膜装置，用来在非磁性金属的熔融液中为钢带(12)镀膜，包括
轴(16)，可以在熔融液(14)中旋转来引导钢带(12)，和
至少一个轴承(261、262)，用来支撑轴(16)，
其特征在于，轴承(261、262)是磁性轴承，它的固定轴承部分(281、282)被密封。
2.如权利要求1所述的镀膜装置，其特征在于，固定轴承部分(281、282)的密封壳是一个非磁性的并且熔点超过600℃的抗高温材料的轴承壳(32)。
3.如权利要求1或2所述的镀膜装置，其特征在于，配置有气体供应源(58-64)，通过它向轴承壳(32)供应冷却气体来冷却固定轴承部分(281、282)的磁性部件(341-344，36)。
4.如权利要求3所述的镀膜装置，其特征在于，轴承壳(32)容纳了一个气压传感器(66)，用来探测气体泄漏。
5.如权利要求1-4中任何一个所述的镀膜装置，其特征在于，轴承(261、262)包括一个陶瓷的应急运转衬垫(44)。
6.如权利要求1-5中任何一个所述的镀膜装置，其特征在于，轴(16)的轴头(301、302)和/或轴承壳(32)配置有碳化钨或陶瓷涂层。
7.如权利要求1-6中任何一个所述的镀膜装置，其特征在于，轴(16)的轴头(301、302)是由磁性材料制成的，并且它的固定轴承部分(281、282)包括产生磁场的磁性部件(341-344，36)，通过它，轴头(301、302)被非接触地固定在固定轴承部分(281、282)。
8.如权利要求7所述的镀膜装置，其特征在于，磁性部件(341-344，36)是螺线管。
9.如权利要求7或8所述的镀膜装置，其特征在于，轴承(261、262)是径向轴承(261、262)，磁性部件(36)被径向地排列在轴头(301、302)上。
10.如权利要求7-9中任何一个所述的镀膜装置，其特征在于，轴承(261、262)是止推轴承，磁性部件(36)被轴向地排列在轴头(301、302)上。
11.如权利要求7-10中任何一个所述的镀膜装置，其特征在于，用来探测轴头(301、302)的径向和/或轴向位置的传感器(46、48)被安装在固定轴承部分(281、282)，并且安装了一个控制装置(38)根据传感器(46、48)探测到的轴头(301、302)在固定轴承部分(28i、282)中的位置来控制磁性部件(341-344，36)产生的磁场强度。
12.如权利要求7-11中任何一个所述的镀膜装置，其特征在于，固定轴承部分(281、282)包括一组径向的磁性部件(341-344)，轴头包括极靴(52)，并且磁性部件(341-344)产生一个旋转磁场通过轴头(301、302)来驱动轴(16)。
13.如权利要求1-12中任何一个所述的镀膜装置，其特征在于，轴承包括一个用来加热轴承的加热装置。
14.如权利要求7-13中任何一个所述的镀膜装置，其特征在于，固定轴承部分(281、282)包括至少四个在圆周等距离分布的磁性部件(341-344)。
15.如权利要求1-14中任何一个所述的镀膜装置，其特征在于，轴(16)是处于锌熔融液(14)中的浸液辊。
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