DISPOSITIVO PARA EL RECUBRIMIENTO DE BARRAS METÁLICAS POR MEDIO DE INMERSION EN METAL FUNDIDO
CAMPO DE LA INVENCION La invención se refiere a un dispositivo para el recubrimiento de barras metálicas por medio de inmersión en metal fundido, en especial bandas de acero, en el cual la barra metálica se introduce verticalmente a través de un recipiente que contiene metal de recubrimiento fundido y a través de un canal de conducción previamente conectado, en la zona del canal de conducción se encuentra colocado un inductor electromagnético el cual puede producir corrientes de inducción para retener el metal de recubrimiento en el recipiente por medio de un campo electromagnético de barrera en el metal de recubrimiento, corrientes que producen una fuerza electromagnética al interactuar con el campo electromagnético de barrera. ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las instalaciones de recubrimiento por inmersión en metal fundido para barras metálicas habituales presentan una parte que requiere intenso mantenimiento, que es en particular el recipiente de recubrimiento con el equipo que se encuentra dentro. Las superficies de las barras metálicas que se van a recubrir deben ser limpiadas antes del recubrimiento 2
para eliminar los residuos de óxido y deben ser activadas para la adhesión del metal de recubrimiento. Por estas razones las superficies de la banda se tratan antes del recubrimiento en procesos de calentamiento bajo una atmósfera reductora . Ya que las capas de óxido deben retirarse previamente ya sea por medios químicos o abrasivos, las superficies se activan con los procesos de calentamiento reductores de tal forma que después del proceso de calentamiento solo queda el metal puro. Con la activación de la superficie de la banda aumenta sin embargo la afinidad de esa superficie hacia el oxigeno del aire que la rodea. Para evitar que el oxígeno del aire pueda llegar otra vez a la superficie de la banda antes del proceso de recubrimiento, las bandas se introducen en el baño de recubrimiento desde arriba en una manga de inmersión. Ya que el metal de recubrimiento se encuentra en forma líquida y se desea utilizar la gravedad conjuntamente con dispositivos de soplado para ajustar el grosor del recubrimiento, y los procesos subsecuententes prohiben el tocar la banda hasta que haya solidificado por completo el metal de recubrimiento, entonces la banda debe desviarse en la dirección vertical en el recipiente de recubrimiento.
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Esto tiene lugar en un rodillo que se mueve en el metal liquido. Por medio del metal de recubrimiento liquido este rodillo sufre un considerable desgaste lo que es el origen de tiempos muertos y paros en la producción. Los grosores de aplicación reducidos del metal de recubrimiento, los cuales se encuentran en el rango de los micrómetros, representan altas exigencias sobre la calidad de la superficie de la banda. Esto significa que también las superficies de los rodillos que conducen a la banda deben ser de alta calidad. Problemas en estas superficies conducen en general a daños a la superficie de la banda. Esta es otra razón de frecuentes tiempos muertos en la instalación. Las instalaciones de recubrimiento por inmersión conocidas presentan asi valores limite en la velocidad de recubrimiento. Se trata de valores limite durante el funcionamiento de la boquilla para los procesos de enfriamiento de la barra metálica y del proceso de calentamiento para ajusfar las capas de aleación en el metal de recubrimiento. Con esto se presenta el caso de que por un lado se limita en general a una alta velocidad y por el otro lado ciertas barras metálicas no pueden ser impulsadas con las altas velocidades posibles en la instalación. Durante los procesos de recubrimiento por inmersión tienen lugar procesos de aleación para la unión del metal de recubrimiento con la superficie de la banda. Las propiedades y grosores de las capas de aleación que se forman dependen fuertemente de la temperatura en el recipiente de recubrimiento. Por estas razones en algunos procesos de recubrimiento debe ciertamente mantenerse liquido el metal de recubrimiento, pero la temperatura no debe rebasar ciertos valores limite. Es se contrapone al deseado efecto de alisar el metal de recubrimiento para ajustar un grosor de recubrimiento requerido, ya que al disminuir la temperatura aumenta la viscosidad requerida y con esto se dificulta el proceso de aplanamiento . Para evitar los problemas que se presentan en referencia con los rodillos que se mueven en el metal de recubrimiento liquido, ha habido aditamentos que se utilizan por debajo de un recipiente de recubrimiento abierto hacia abajo, que en la zona inferior presenta un canal de conducción para conducirá la banda vertrealmente hacia arriba, y para cerrar el recipiente de provee un cierre electromagnético. Se trata de inductores electromagnéticos que trabajan con campos electromagnéticos migratorios o alternos que retraen, bombean o retienen el metal, con lo que cierran hacia abajo el recipiente de recubrimiento. Una solución de ese tipo se conoce por ejemplo por la EP 0 673 44 Bl . Un cierre electromagnético para cerrar el recipiente de recubrimiento hacia abajo también es considerado por la solución de acuerdo con la JP 5086446. Ciertamente se hace posible asi el recubrimiento de bandas metálica no ferromagnéticas , sin embargo se presentan problemas en las bandas de acero esencialmente ferromagnéticas , porque estas en el caso de cierres electromagnéticos son jaladas a las paredes del canal por medio de ferromagnetismo , con lo cual se daña la superficie de la banda. Además es problemático que el metal de recubrimiento se calienta de manera indebida por medio de los campos inductivos . La colocación de la banda de acero ferromagnética que avanza a través del canal conductor entre dos inductores de campo de pared, se trata de un equilibrio inestable. Solo en el centro del canal conductor es cero la suma de las fuerzas de atracción magnéticas que actúan sobre la banda. Tan pronto como la banda de acero se desvia de su posición central, se acerca más a uno de los dos inductores, mientras que se separa más del otro. Las causas de esas desviaciones pueden ser simples fallas en la colocación planeada de la banda. Pueden mencionarse cualquier tipo de ondulaciones de la banda en la dirección de avance visto desde el ancho de la banda (bucles centrales, bucles laterales, ondulaciones en los bordos, partes planas, torcimientos, nudos, forma de S, etc.) . La inducción magnética que es responsable de las fuerzas de atracción magnética, reduce su intensidad de campo de acuerdo con una función exponencial al aumentar la distancia al inductor. De manera similar se reduce la fuerza de atracción en relación al cuadrado de la intensidad del campo de inducción al aumentar la distancia del inductor. Para una banda flexionada significa esto que con la flexión en una dirección aumenta exponencialmente la fuerza de atracción hacia un inductor, mientras que se reduce exponencialmente la fuerza de atracción hacia el otro inductor. Ambos efectos se intensifican entre si de tal forma que el equilibrio es inestable. Para solucionar ese problema, esto es para colocar de manera exacta la barra metálica en el 7
canal conductor, los documentos DE 195 35 854 Al y DE 100 14 867 Al dan algunas indicaciones. De acuerdo con los conceptos allí presentados además de las bobinas para producir el campo migratorio electromagnético se proveen bobinas correctoras adicionales, que se encuentran conectadas con un sistema regulador y se ocupan de que la banda de metal al desviarse de la posición central se regrese a esa posición. La realización de este principio, esto es el concepto del inductor de campo migratorio con bobinas correctoras, ha demostrado ser desventajoso porque los inductores para producir el campo electromagnético migratorio deben tener una altura relativamente grande, lo cual se justifica por la intensidad de campo, las corrientes electromagnéticas y los necesarios núcleos de lamina requeridos . La altura del inductor se extiende cuando mucho aproximadamente 600 mm. Esto tiene efectos negativos sobre la altura de la columna de metal de inmersión en el canal conductor. Para evitar esos problemas la WO 96/03533 Al describe un dispositivo de ese tipo, que utiliza un campo electromagnético de barrera para retener el metal de recubrimiento, en el cual solo se utiliza 8
una bobina inductora. La altura constructiva de ese inductor es por lo tanto relativamente reducida. Al avanzar la barra metálica a través del canal de conducción se presenta sin embargo una desventajosa fuerte atracción ferromagnética de la barra hacia las paredes del canal conductor. Para evitar esto en la instalación conocida se ha previsto que los inductores de campo de barrera sean accionados con corriente alterna cuya frecuencia sea mayor a 3 kHz. Con esto se logra que la atracción ferromagnética se reduzca, pero no puede evitarse por completo. Además es desventajoso que al avanzar la barra metálica a través del canal de conducción se presenta un fuerte calentamiento de la barra. SUMARIO DE LA INVENCION La invención por lo tanto se propone la tarea de desarrollar un dispositivo para el recubrimiento de barras metálicas por inmersión en metal fundido del tipo antes mencionado de tal forma que se superen las desventajas antes mencionadas. En especial debe concebirse un inductor electromagético que presente una reducida altura constructiva y que por lo tanto no provoca un fuerte calentamiento de la banda metálica. Esa tarea se resuelve de acuerdo con la invención porque el inductor está conectado a medios de alimentación que proporcionan una corriente alterna cuya frecuencia es menor a 500 Hz; estos medios de alimentación proporcionan corriente monofásica al inductor y el dispositivo presenta medios de guia para conducir la barra metálica en el canal conductor, los cuales consisten cuando menos de dos bobinas correctoras para regular la posición de la barra metálica en el canal conductor en una dirección normal a la superficie de la barra metálica; preferentemente se prevé que la frecuencia sea menor a 100 Hz, 1 preferentemente se ha previsto que la frecuencia sea menor a 100 Hz, en especial 50 Hz (frecuencia de la red) . Con esta conformación es posible reducir considerablemente el calentamiento de la banda metálica en movimiento, en comparación con la solución antes conocida. Además la conducción centrada de la barra metálica en el canal conductor es más fácil, ya que la atracción de la barra metálica hacia las paredes del canal conductor es básicamente menor que en la solución previamente conocida . Ventajosamente cada inductor presenta una bobina inductora a ambos lados del canal conductor.
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Los medios de guia para guiar la barra metálica en el canal conductor pueden además proveerse un par de rodillos guia. Estos preferentemente se colocan en la zona inferior del canal conductor o por debajo del canal conductor. Las bobinas de corrección, visto en la dirección de movimiento de la barra metálica, se encuentran colocadas a la misma altura que las bobinas de inducción. Un buen efecto del inductor se obtiene cuando el inductor electromagnético presenta dos ranuras para recibir la bobina de inducción y la bobina correctora, que se extienden paralelas entre si, perpendiculares al sentido del movimiento de la barra metálica y perpendiculares a la dirección normal . La regulación de la barra metálica en el canal guia se facilita cuando la bobina correctora colocada en ls ranuras se encuentra más cerca de la barra metálica que la bobina de inducción. La regulación puede ser más exacta cuando el inductor presenta a ambos lados de la barra metálica cuando menos dos bobinas correctoras adyacentes colocadas en una hilera. Además se pueden utilizar medios con los cuales las bobinas correctoras sean alimentadas con una corriente alterna que presente la misma fase que aquella corriente con la cual sean alimentadas las bobinas de inducción. Si la requlación de la posición de la barra metálica en el canal conductor por medio de las bobinas correctoras puede detectarse visualmente, puede detectarse la posición de la banda de acero por medio sensores de campo de inducción, los cuales son alimentados con un campo medido débil con preferentemente una mayor frecuencia. Para esto se superpone una tensión de mayor frecuencia con una menor potencia a las bobinas de inducción. La tensión de alta frecuencia no tiene influencia sobre la hermetización; de igual manera no se presenta calentamiento del metal de recubrimiento o de la banda de acero. La inducción a alta frecuencia puede filtrarse de la señal potente de la hermetización normal y proporciona entonces una señal proporcional a la distancia del sensor. Con esto puede determinarse y regularse la posición de la banda en el canal conductor. BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS En el dibujo se representa un ejemplo de realización de la invención. La figura 1 muestra esquemáticamente un recipiente de recubrimiento por inmersión en metal fundido con una barra metálica que es conducida a través del recipiente; La figura 2 muestra esquemáticamente un corte a través del canal conductor y los inductores con los rodillos guia colocados por debajo; La figura 3 es una representación correspondiente a la figura 2 con medios de guia en forma de bobinas correctoras; y La figura 4 es una vista desde un lado de un inductor de acuerdo con la figura 3. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En la figura 1 se muestra el principio del recubrimiento por inmersión en metal fundido de una barra metálica 1, en especial de una banda de acero. La barra metálica 1 que se va a recubrir entra verticalmente desde abajo en el canal conductor 4 de la instalación de recubrimiento. El canal de conducción 4 forma el extremo inferior de un recipiente 3, el cual está lleno con metal de recubrimiento liquido 2. La barra metálica 1 se conduce en la dirección de movimiento X verticalmente hacia arriba. Para que el metal de recubrimiento liquido 2 no fluya del recipiente 3, se ha colocado un inductor electromagnético en la zona del canal conductor 4. Este inductor consiste de dos mitades 5a 13
y 5b, de los cuales uno está colocado lateralmente de la barra metálica 1. En el inductor electromagnético 5 se produce un campo electromagnético migratorio, que retiene al metal de recubrimiento liquido 2 en el recipiente y evita que escape. El inductor 5 es alimentado de una fuente eléctrica 6 con corriente alterna monofásica. La frecuencia f de la corriente alterna se encuentra por debajo de 500 Hz. Preferentemente se utilizo la frecuencia de la red esto es 50 o 60 Hz . La construcción detallada de la zona del canal conductor 4 se muestra en la figura 2. El inductor (o sus dos mitades 5a y 5b) presentan ranuras 9, en las cuales se introduce una bobina de inducción 7, la cual es alimentada con corriente alterna y con esto se produce un campo electromagnético de barrera. Debe tenerse especial cuidado que para la barra metálica 1 sea conducida en dirección normal N a la barra 1 lo más centrada posible en el canal conductor 4. Ya que el inductor 5 o la bobina de inducción 7 durante el funcionamiento produce una atracción ferromagnética entre la barra 1 y la pared del canal conductor 4, se proveen medios de guia 8, los cuales en la figura 2 se representan como 14
rodillos guia 8a. Estos están colocados por debajo del canal conductor 4 y aseguran que la barra metálica 1 quede centrada en el canal conductor . Como se muestra en la figura 3 puede también ser posible el conformar los medios de guia 8 de otra forma. De acuerdo con esto se proveen bobinas correctoras 8b que producen un campo magnético regulado y asi la barra metálica 1 se mantiene centrado en el canal conductor 4. Como puede observarse, en las ranuras 9 de los inductores 5a, 5b, están colocadas tanto bobinas inductoras 7 como también bobinas correctoras 8b, y esto es a la misma altura, visto en la dirección de movimiento X. En la figura 4 se muestra lateralmente las dos mitades del inductor 5b. Aqui puede observarse otra vez que tanto la bobina de inducción 7 como también la bobina correctora 8b están colocadas en las ranuras 9 del inductor 5b. Además de esto se desprende que se han provisto tres bobinas correctoras 8b', 8b" y 8b'" adyacentes, que actúan a todo lo ancho de la barra metálica 1 y la pueden mantener centrada en el canal conductor 4. Las bobinas correctoras 8b' , 8b" y 8b' " son controladas con la misma fase de la corriente que se encuentra en la bobina de inducción 7, que se 15
encuentra colocada antes de las bobinas correctoras 8b' , 8b" y 8b' ". Debe mencionarse todavia que puede utilizarse una combinación de rodillos guia 8a (ver figura 2) y bobinas correctoras 8b (ver figura 3) . LISTA DE REFERENCIA 1 Barra metálica (banda de acero) 2 Metal de recubrimiento 3 Recipiente 4 Canal conductor 5, 5a, 5b Inductor electromagnético 6 Fuente eléctrica 7 Bobina de inducción 8 Medios de guia 8a Rodillos guia 8b, 8b' , 8b", 8b"' Bobina correctora 9 Ranura f frecuencia X Dirección de movimiento N Dirección normal