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WO2004050940A2 - Verfahren und vorrichtung zur schmelztauchbeschichtung eines metallstranges - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur schmelztauchbeschichtung eines metallstranges Download PDF

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WO2004050940A2
WO2004050940A2 PCT/EP2003/012792 EP0312792W WO2004050940A2 WO 2004050940 A2 WO2004050940 A2 WO 2004050940A2 EP 0312792 W EP0312792 W EP 0312792W WO 2004050940 A2 WO2004050940 A2 WO 2004050940A2
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WO
WIPO (PCT)
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metal strand
guide channel
inductors
metal
additional coils
Prior art date
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PCT/EP2003/012792
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English (en)
French (fr)
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WO2004050940A3 (de
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Rolf Brisberger
Bernhard Tenckhoff
Holger Behrens
Bodo Falkenhahn
Walter Trakowski
Michael Zielenbach
Robert JÜRGENS
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SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Demag AG
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Priority to JP2004556145A priority patent/JP4431050B2/ja
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Priority to CN2003801045851A priority patent/CN1717505B/zh
Priority to AU2003279393A priority patent/AU2003279393B8/en
Priority to US10/536,872 priority patent/US7662438B2/en
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Publication of WO2004050940A3 publication Critical patent/WO2004050940A3/de
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    • C23C2/36—Elongated material
    • C23C2/40—Plates; Strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/50—Controlling or regulating the coating processes
    • C23C2/52—Controlling or regulating the coating processes with means for measuring or sensing

Definitions

  • the invention relates to a method for hot-dip coating a metal strand, in particular a steel strip, in which the metal strand is passed vertically through a container holding the molten coating metal and through an upstream guide channel, an electromagnetic field being used to hold back the coating metal in the region of the guide channel by means of at least two inductors arranged on both sides of the metal strand are produced and, in order to stabilize the metal strand in a central position in the guide channel, an electromagnetic field which is superimposed on the electromagnetic field of the inductors is generated by means of at least two additional coils arranged on both sides of the metal strand. Furthermore, the invention relates to a device for hot-dip coating a metal strand.
  • the strips are introduced into the dip coating bath from above in a dip nozzle. Since the coating metal is in liquid form and you want to use gravitation together with blow-off devices to adjust the coating thickness, but the subsequent processes prohibit contact with the strip until the coating metal has completely solidified, the strip must be redirected in the vertical direction in the coating vessel. This happens with a roller that runs in the liquid metal. Due to the liquid coating metal, this role is subject to heavy wear and is the cause of downtimes and thus failures in production.
  • non-ferromagnetic metal strips are possible, but problems arise with the essentially ferromagnetic steel strips that they are drawn in the electromagnetic seals by the ferromagnetism to the channel walls and the strip surface is thereby damaged. Furthermore, it is problematic that the coating metal and the metal strip itself are heated inadmissibly by the inductive fields.
  • the position of the continuous ferromagnetic steel strip through the guide channel between two traveling field inductors is an unstable equilibrium. Only in the middle of the guide channel is the sum of the magnetic attraction forces acting on the tape zero. As soon as the steel strip is deflected from its central position, it comes closer to one of the two inductors while it moves away from the other inductor. Such deflection can be caused by simple belt flatness errors. Any type of band waves in the running direction, seen across the width of the band (centerbuckles, quarterbuckles, edge waves, flutter, twisting, crossbow, S-shape, etc.) should be mentioned here. According to an exponential function, the magnetic induction, which is responsible for the magnetic attraction, decreases in its field strength with the distance from the inductor.
  • the attraction decreases with the square of the induction field strength with increasing distance from the inductor.
  • DE 195 35 854 A1 and DE 100 14 867 provide a solution to this problem, that is to say to precisely regulate the position of the metal strand in the guide channel A1 notices. According to the concepts disclosed there, it is provided that, in addition to the coils for generating the electromagnetic traveling field, additional additional coils are provided which are connected to a control system and ensure that the metal strip is brought back into it when it deviates from the central position.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and an associated device for hot-dip coating a metal strand with which it is possible to overcome the disadvantages mentioned.
  • the efficiency of the control should therefore be improved, which should make it easier to keep the metal strand in the middle of the guide channel.
  • this object is achieved in that the central position of the metal strand in the guide channel is stabilized by the sequence of the following steps in a closed control loop:
  • the concept of the invention is based on the fact that the three sizes position of the metal strand in the guide channel, induction current in the inductors and induction current in the additional coils are recorded and taken into account when regulating the position of the metal strand; the manipulated variable of the control loop is then the induction current in the additional coils.
  • the electromagnetic field generated for sealing is a multi-phase traveling field, which is generated by applying an alternating current with a frequency between 2 Hz and 2 kHz.
  • a single-phase alternating field can also be provided, which is generated by applying an alternating current with a frequency between 2 kHz and 10 kHz.
  • the position of the metal strand in the guide channel is particularly preferably determined inductively.
  • the position is determined in an area of the guide channel in which there is no or only a weakened effect of the magnetic field of the inductors and / or the magnetic field of the Additional coils are present. Alternatively, however, it is also possible for this determination to be carried out in an area of the guide channel in which there is an effect of these magnetic fields.
  • the measuring means (the measuring coils) for determining the position of the metal strand is therefore within or outside the range of the electromagnetic elements, which includes both the inductor and the additional coils.
  • the measuring device is arranged in the area of the extent of the inductor in front of the additional coil, that the measuring device is arranged in the area of the extent of the inductor next to the additional coil, or that the measuring device is arranged outside the area of the extent of the inductor. Combinations of these arrangements are also possible.
  • the field for stabilizing the metal strand in a central position in the guide channel is characterized by measuring means for measuring the position of the metal strand in the guide channel, the induction current in the inductors and the induction current in the additional coils, and by regulating means for controlling the induction current in the additional coils in Depending on the measured parameters are suitable to keep the metal strand in a central position in the guide channel.
  • the measuring device for detecting the position of the metal strand in the guide channel is advantageously an inductive sensor. Furthermore, it can be provided that the measuring means for detecting the position of the metal strand in the guide channel, viewed in the conveying direction of the metal strand, is arranged within the extent of the inductors. However, it is equally possible for the measuring means to be arranged outside the extent of the inductors. In both cases, it is possible for the measuring means for the detection of the position of the metal strand in the guide channel in the conveying direction of the metal strand to be arranged outside the extension of the additional coils. This ensures an exact position detection of the metal strand.
  • a further development provides that several measuring devices for detecting the position of the metal strand in the guide channel are arranged at different points in the conveying direction of the metal strand.
  • the individual measuring devices can be arranged both inside and outside the magnetic fields of the inductor or additional coil.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown.
  • the single figure shows schematically a hot-dip coating device with a metal strand passed through it.
  • the device has a container 3 which is filled with molten coating metal 2.
  • molten coating metal 2 This can be zinc or aluminum, for example.
  • the metal strand 1 to be coated in the form of a steel strip passes the container 3 vertically upwards in the conveying direction R. It should be noted at this point that it is fundamentally also possible for the metal strand 1 to pass the container 3 from top to bottom. For the passage of the metal strand 1 through the container 3, it is open in the bottom area; here is an exaggeratedly large or wide guide channel 4.
  • the inductors 5 are two alternating field or traveling field inductors arranged opposite one another, which are operated in the frequency range from 2 Hz to 10 kHz and build up an electromagnetic transverse field perpendicular to the conveying direction R.
  • the preferred frequency range for single-phase systems (AC field inductors) is between 2 kHz and 10 kHz, that for multi-phase systems (e.g. traveling field inductors) between 2 Hz and 2 kHz.
  • the aim is to hold the metal strand 1 located in the guide channel 4 in such a way that it is as defined as possible in a position, preferably in the center plane 11 of the guide channel 4.
  • the metal strand 1 located between the two opposing inductors 5 is generally attracted to the closer inductor when an electromagnetic field is applied between the inductors 5, the attraction growing with the approach of an inductor, which leads to a highly unstable band center position. This gives rise to the problem during operation of the device that the metal strand 1 cannot run freely and centrally through the guide channel 4 between the activated inductors due to the attractive force of the inductors 5.
  • additional coils 6 are therefore arranged on both sides of the guide channel 4 or the metal strand 1. These are controlled by a control means 10 such that the superimposition of the magnetic fields of the inductors 5 and the additional coils 6 always holds the metal strand 1 in the center of the guide channel 4.
  • the magnetic field of the inductors 5 can be strengthened or weakened depending on the control (superposition principle) without violating the sealing condition (minimum required field strength for the sealing). In this way, the position of the metal strand 1 in the guide channel 4 can be influenced.
  • control means 10 are initially supplied with a signal s, s' or s "which reproduces the position of the metal strand 1 in the guide channel 4.
  • the position s, s' or s" is determined by position measuring means 7, 7 'or 7 ", which are inductive displacement sensors.
  • the position of the metal strand 1 between the inductors 5 in the electromagnetic field is thus determined inductively, the feedback effect of the metal strand 1 being used in the magnetic field.
  • the regulating means 10 are furthermore connected to the induction currents in the inductors 5 - current I
  • Algorithms are stored in the control means 10 which, based on the three parameters position s, s' and s "of the metal strand 1 in the guide channel , induction current lin d in the inductors 5 and induction current IK O ⁇ - in the additional coils 6 a new control signal in the form of a Deliver induction current l ⁇ o rr to the additional coils 6.
  • the position of the metal strand 1 in the closed control loop is held in such a way that the positional deviations of the metal strand 1 from the center plane 11 are minimal, ie that the value s, s' or s " becomes zero if possible.
  • the position s, s 'or s "of the metal strand 1 in the guide channel 4 is determined by means of the position measuring means 7, 7' or 7", the position measuring means 7 - viewed in the conveying direction R - above the inductors 5 , the position measuring means 7 'are positioned below the inductors 5 and the position measuring means 7 "in the area of the inductors 5.
  • all three position measuring means 7, 7' and 7" are arranged outside the area of the additional coils 6. From the By means of the position measuring means 7, 7 ', 7 "measured values, an average value can be formed in the control means 10.
  • the position measuring means 7, T and 7 are inductive displacement transducers, the influence of the magnetic fields caused by the inductors 5 and the additional coils 6 should remain as small as possible. This is due to the arrangement of the position measuring means 7 and 7 'is ensured outside the extent of the inductors 5. However, as can be seen in the figure, a position measuring means (in the present case 7 ”) can be positioned in the region of the inductors 5.
  • position measuring means 7 or 7 has proven itself outside the effect of the additional coils 6, they can in principle also be arranged in the effective range of the inductors 5 or the additional coils 6.
  • control means 1 1 middle level

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Me- tallstranges (1), insbesondere eines Stahlbandes, bei dem der Metallstrang (1) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchge- führt wird, wobei zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) im Bereich des Führungskanals (4) ein elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1) angeordneter Induktoren (5) erzeugt wird und wobei zum Stabilisieren des Metallstranges (1) in einer mittigen Lage im Führungskanal (4) ein sich dem elektromagnetischen Feld der Induktoren (5) überlagerndes elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1) angeordneter Zusatzspulen (6) erzeugt wird. Zur Verbesserung der Effizienz der Regelung des Metallstranges im Führungskanal ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Stabilisierung der mittigen Lage des Metallstranges (1) im Führungskanal (4) durch die Abfolge der folgenden Schritte in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt: a) Messen der Lage (s, s', s') des Metallstrangs (1) im Führungskanal (4); b) Messen des Induktions stroms (IInd) in den Induktoren (5); c) Messen des Induktionsstroms (IKorr) in den Zusatzspulen (6); d) Einwirken auf den Induktionsstrom (IKorr) in den Zusatzspulen (6) in Abhängigkeit aller in den Schritten a) bis c) gemessenen Parameter (s, IInd, IKorr), um den Metallstrang (1) in einer mittigen Lage im Führungskanal (4) zu halten. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges, insbesondere eines Stahlbandes, bei dem der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchgeführt wird, wobei zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter im Bereich des Führungskanals ein elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallstranges angeordneter Induktoren erzeugt wird und wobei zum Stabilisieren des Metallstranges in einer mittigen Lage im Führungskanal ein sich dem elektromagnetischen Feld der Induktoren überlagerndes elektromagneti- sches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallstranges angeordneter Zusatzspulen erzeugt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges.
Klassische Metall-Tauchbeschichtungsanlagen für Metallbänder weisen einen wartungsintensiven Teil auf, nämlich das Beschichtungsgefäß mit der darin befindlichen Ausrüstung. Die Oberflächen der zu beschichtenden Metallbänder müssen vor der Beschichtung von Oxidresten gereinigt und für die Verbindung mit dem Beschichtungsmetall aktiviert werden. Aus diesem Grunde werden die Bandoberflächen vor der Beschichtung in Wärmeprozessen in einer reduzie- renden Atmosphäre behandelt. Da die Oxidschichten zuvor chemisch oder ab- rasiv entfernt werden, werden mit dem reduzierenden Wärmeprozess die Oberflächen so aktiviert, dass sie nach dem Wärmeprozess metallisch rein vorliegen.
Mit der Aktivierung der Bandoberfläche steigt aber die Affinität dieser Bandoberflächen für den umgebenden Luftsauerstoff. Um zu verhindern, dass Luftsauerstoff vor dem Beschichtungsprozess wieder an die Bandoberflächen gelangen kann, werden die Bänder in einem Tauchrüssel von oben in das Tauchbeschichtungsbad eingeführt. Da das Beschichtungsmetall in flüssiger Form vorliegt und man die Gravitation zusammen mit Abblasvorrichtungen zur Einstellung der Beschichtungsdicke nutzen möchte, die nachfolgenden Prozes- se jedoch eine Bandberührung bis zur vollständigen Erstarrung des Beschichtungsmetalls verbieten, muss das Band im Beschichtungsgefäß in senkrechte Richtung umgelenkt werden. Das geschieht mit einer Rolle, die im flüssigen Metall läuft. Durch das flüssige Beschichtungsmetall unterliegt diese Rolle einem starken Verschleiß und ist Ursache von Stillständen und damit Ausfällen im Produktionsbetrieb.
Durch die gewünschten geringen Auflagedicken des Beschichtungsmetalls, die sich im Mikrometerbereich bewegen können, werden hohe Anforderungen an die Qualität der Bandoberfläche gestellt. Das bedeutet, dass auch die Oberflä- chen der bandführenden Rollen von hoher Qualität sein müssen. Störungen an diesen Oberflächen führen im allgemeinen zu Schäden an der Bandoberfläche. Dies ist ein weiterer Grund für häufige Stillstände der Anlage.
Um die Probleme zu vermeiden, die im Zusammenhang mit den im flüssigen Beschichtungsmetall laufenden Rollen stehen, hat es Ansätze dazu gegeben, ein nach unten offenes Beschichtungsgefäß einzusetzen, das in seinem unteren Bereich einen Führungskanal zur vertikalen Banddurchführung nach oben aufweist und zur Abdichtung einen elektromagnetischen Verschluss einzusetzen. Es handelt sich hierbei um elektromagnetische Induktoren, die mit zurück- drängenden, pumpenden bzw. einschnürenden elektromagnetischen Wechselbzw. Wanderfeldern arbeiten, die das Beschichtungsgefäß nach unten abdichten.
Eine solche Lösung ist beispielsweise aus der EP 0 673 444 B1 bekannt. Einen elektromagnetischen Verschluss zur Abdichtung des Beschichtungsgefäßes nach unten setzt auch die Lösung gemäß der WO 96/03533 bzw. diejenige gemäß der JP 5086446 ein.
Die Beschichtung von nicht ferromagnetischen Metallbändern wird damit zwar möglich, jedoch treten bei den im wesentlichen ferromagnetischen Stahlbän- dem damit Probleme auf, dass diese in den elektromagnetischen Abdichtungen durch den Ferromagnetismus an die Kanalwände gezogen werden und die Bandoberfläche dadurch beschädigt wird. Weiterhin ist es problematisch, dass das Beschichtungsmetall und das Metallband selber durch die induktiven Felder unzulässig erwärmt werden.
Bei der Lage des durchlaufenden ferromagnetischen Stahlbandes durch den Führungskanal zwischen zwei Wanderfeldinduktoren handelt es sich um ein instabiles Gleichgewicht. Nur in der Mitte des Führungskanals ist die Summe der auf das Band wirkenden magnetischen Anziehungskräfte Null. Sobald das Stahlband aus seiner Mittenlage ausgelenkt wird, gerät es näher an einen der beiden Induktoren, während es sich vom anderen Induktor entfernt. Ursachen für eine solche Auslenkung können einfache Planlagefehler des Bandes sein. Zu nennen wären dabei jegliche Art von Bandwellen in Laufrichtung, gesehen über die Breite des Bandes (Centerbuckles, Quarterbuckles, Randwellen, Flat- tern, Verdrehen, Crossbow, S-Form etc.). Die magnetische Induktion, die für die magnetische Anziehungskraft verantwortlich ist, nimmt gemäß einer Expo- tentialfunktion mit dem Abstand vom Induktor in ihrer Feldstärke ab. In ähnlicher Weise nimmt daher die Anziehungskraft mit dem Quadrat der Induktionsfeldstärke mit wachsendem Abstand vom Induktor ab. Für das ausgelenkte Band bedeutet das, dass mit der Auslenkung in die eine Richtung die Anziehungskraft zum einen Induktor expotentiell ansteigt, während die rückholende Kraft vom anderen Induktor expotentiell abnimmt. Beide Effekte verstärken sich von selbst, so dass das Gleichgewicht instabil ist.
Zur Lösung dieses Problems, also zur genauen Lageregelung des Metallstrangs im Führungskanal, geben die DE 195 35 854 A1 und die DE 100 14 867 A1 Hinweise. Gemäß den dort offenbarten Konzepten ist vorgesehen, dass neben den Spulen zur Erzeugung des elektromagnetischen Wanderfeldes zusätzliche Zusatzspulen vorgesehen sind, die mit einem Regelungssystem in Verbindung stehen und dafür Sorge tragen, dass das Metallband beim Abweichen von der Mittellage in diese wieder zurückgeholt wird.
Bei diesen vorbekannten Lösungsansätzen hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass die Effizienz der Regelung nicht ausreicht, um eine stabile Führung des Metallstranges in der Mitte des Führungskanals sicherzustellen. Problematisch kann in diesem Zusammenhang die große Abspannlänge zwischen der unteren Umlenkrolle unter dem Führungskanal und der oberen Umlenkrolle über dem Beschichtungsbad sein, der in einer Produktionsanlage deutlich über 20 m liegen kann. Dies verstärkt die Notwendigkeit einer effizienten Positionsregelung des Metallbandes im Führungskanal.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten eines Metallstranges zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, die genannten Nachteile zu überwinden. Die Effizienz der Regelung soll also verbessert werden, wodurch es in einfacherer Weise möglich werden soll, den Metallstrang mittig im Füh- rungskanal zu halten.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierung der mittigen Lage des Metallstranges im Führungskanal durch die Abfolge der folgenden Schritte in einem geschlos- senen Regelkreis erfolgt:
a) Messen der Lage des Metallstranges im Führungskanal;
b) Messen des Induktionsstroms in den Induktoren;
c) Messen des Induktionsstroms in den Zusatzspulen; d) Einwirken auf den Induktionsstrom in den Zusatzspulen in Abhängigkeit aller in den Schritten a) bis c) gemessenen Parameter, um den Metallstrang in einer mittigen Lage im Führungskanal zu halten.
Das Erfindungskonzept stellt also darauf ab, dass die drei Größen Lage des Metallstranges im Führungskanal, Induktionsstrom in den Induktoren und Induktionsstrom in den Zusatzspulen erfasst und bei der Regelung der Lage des Metallstrangs berücksichtigt werden; die Stellgröße des Regelkreises ist dann wiederum der Induktionsstrom in den Zusatzspulen.
Mit dieser Vorgehensweise ist es möglich, sowohl das durch die Induktoren (Hauptspulen) selber erzeugte Magnetfeld als auch das durch die Zusatzspulen hervorgerufene überlagerte magnetische Feld bei der Regelung zu berücksich- tigen, so dass sich insgesamt eine Verbesserung der Effizienz der Regelung ergibt.
Eine erste Weiterbildung stellt darauf ab, dass das zur Abdichtung erzeugte elektromagnetische Feld ein mehrphasiges Wanderfeld ist, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 Hz und 2 kHz erzeugt wird. Alternativ kann auch ein einphasiges Wechselfeld vorgesehen werden, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 kHz und 10 kHz erzeugt wird.
Besonders bevorzugt erfolgt die Ermittlung der Lage des Metallstranges im Führungskanal induktiv.
Um eine möglichst exakte Aufnahme der Bandposition sicherzustellen, sieht eine Weiterbildung vor, dass die Ermittlung der Lage in einem Bereich des Füh- rungskanals erfolgt, in dem keine oder nur eine abgeschwächte Wirkung des magnetischen Feldes der Induktoren und/oder des magnetischen Feldes der Zusatzspulen vorliegt. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, dass diese Ermittlung in einem Bereich des Führungskanals erfolgt, in dem eine Wirkung dieser Magnetfelder vorliegt.
Das Messmittel (die Messspulen) zur Ermittlung der Lage des Metallstranges liegt also innerhalb oder außerhalb des Bereichs der elektromagnetischen Elemente, worunter sowohl der Induktor als auch die Zusatzspulen zu verstehen sind.
Möglich ist es insbesondere, dass das Messmittel im Bereich der Erstreckung des Induktors vor der Zusatzspule angeordnet ist, dass das Messmittel im Bereich der Erstreckung des Induktors neben der Zusatzspule angeordnet ist oder dass das Messmittel außerhalb des Bereichs der Erstreckung des Induktors angeordnet ist. Auch Kombinationen dieser Anordnungen sind möglich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges im Bereich des Führungskanals angeordneten Induktoren zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter und mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges angeordneten Zusatzspulen zur Erzeugung eines sich dem elektromagnetischen Feld der Induktoren überlagernden elektromagnetischen Feldes zum Stabilisieren des Metallstranges in einer mittigen Lage im Führungskanal ist gekennzeichnet durch Messmittel zum Messen der Lage des Metallstrangs im Führungskanal, des Induktionsstroms in den Induktoren und des Induktionsstroms in den Zusatzspulen sowie durch Re- gelungsmittel, die zur Ansteuerung des Induktionsstroms in den Zusatzspulen in Abhängigkeit der gemessenen Parameter geeignet sind, um den Metallstrang in einer mittigen Lage im Führungskanal zu halten.
Mit Vorteil ist das Messmittel für die Erfassung der Lage des Metallstranges im Führungskanal ein induktiver Messaufnehmer. Ferner kann vorgesehen werden, dass das Messmittel für die Erfassung der Lage des Metallstranges im Führungskanal in Förderrichtung des Metallstranges gesehen innerhalb der Erstreckung der Induktoren angeordnet ist. Genauso ist es aber auch möglich, dass das Messmittel außerhalb der Erstreckung der Induktoren angeordnet ist. In beiden Fällen ist es möglich, dass das Messmittel für die Erfassung der Lage des Metallstranges im Führungskanal in Förderrichtung des Metallstranges gesehen außerhalb der Erstreckung der Zusatzspulen angeordnet ist. Damit wird eine genaue Lageerfassung des Metallstranges sichergestellt.
Schließlich sieht eine Weiterbildung vor, dass mehrere Messmittel für die Erfassung der Lage des Metallstranges im Führungskanal an verschiedenen Stellen in Förderrichtung des Metallstranges gesehen angeordnet sind. Die einzelnen Messmittel können dabei sowohl innerhalb als auch außerhalb der magnetischen Felder von Induktor bzw. Zusatzspule angeordnet werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Schmelztauch-Beschichtungsvorrichtung mit einem durch diese hindurch geführten Metallstrang.
Die Vorrichtung weist einen Behälter 3 auf, der mit schmelzflüssigem Beschichtungsmetall 2 gefüllt ist. Bei diesem kann es sich beispielsweise um Zink oder Aluminium handeln. Der zu beschichtende Metallstrang 1 in Form eines Stahlbandes passiert den Behälter 3 in Förderrichtung R vertikal nach oben. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es grundsätzlich auch möglich ist, dass der Metallstrang 1 den Behälter 3 von oben nach unten passiert. Zum Durchtritt des Metallstranges 1 durch den Behälter 3 ist dieser im Bodenbereich geöffnet; hier befindet sich ein übertrieben groß bzw. breit dargestellter Führungskanal 4.
Damit das schmelzflüssige Beschichtungsmetall 2 nicht durch den Führungska- nal 4 nach unten abfließen kann, befinden sich beiderseits des Metallstranges 1 zwei elektromagnetische Induktoren 5, die ein magnetisches Feld erzeugen, das im flüssigen Beschichtungsmetall 2 Auftriebskräfte bewirkt, die der Schwerkraft des Beschichtungsmetalls 2 entgegenwirken und damit den Führungskanal 4 nach unten hin abdichten.
Bei den Induktoren 5 handelt es sich um zwei gegenüber angeordnete Wech- selfeld- oder Wanderfeldinduktoren, die im Frequenzbereich von 2 Hz bis 10 kHz betrieben werden und ein elektromagnetisches Querfeld senkrecht zur Förderrichtung R aufbauen. Der bevorzugte Frequenzbereich für einphasige Systeme (Wechselfeldinduktoren) liegt zwischen 2 kHz und 10 kHz, der für mehrphasige Systeme (z. B. Wanderfeldinduktoren) zwischen 2 Hz und 2 kHz.
Ziel ist es, den sich im Führungskanal 4 befindlichen Metallstrang 1 so zu halten, dass er möglichst definiert in einer Position, bevorzugt in der Mittenebene 11 des Führungskanals 4, liegt.
Der sich zwischen den beiden gegenüberliegenden Induktoren 5 befindliche Metallstrang 1 wird im allgemeinen beim Anlegen eines elektromagnetischen Feldes zwischen den Induktoren 5 zu dem näher gelegenen Induktor angezogen, wobei die Anziehung mit Annäherung an einen Induktor anwächst, was zu einer hochgradig instabilen Bandmittenlage führt. Damit ergibt sich beim Betrieb der Vorrichtung das Problem, dass der Metallstrang 1 aufgrund der Anziehungskraft der Induktoren 5 nicht frei und mittig durch den Führungskanal 4 zwischen den aktivierten Induktoren laufen kann.
Zur Stabilisierung des Metallstranges 1 in der Mittenebene 11 des Führungska- nals 4 sind daher Zusatzspulen 6 beiderseits des Führungskanals 4 bzw. des Metallstranges 1 angeordnet. Diese werden von einem Regelungsmittel 10 so angesteuert, dass die Überlagerung der magnetischen Felder der Induktoren 5 und der Zusatzspulen 6 den Metallstrang 1 stets mittig im Führungskanal 4 hält.
Mittels der Zusatzspulen 6 kann also das magnetische Feld der Induktoren 5 je nach Ansteuerung verstärkt oder abgeschwächt werden (Superpositions- prinzip), ohne dabei die Abdichtbedingung zu verletzen (minimal erforderliche Feldstärke für die Abdichtung). Auf diese Weise kann auf die Lage des Metallstranges 1 im Führungskanal 4 Einfluss genommen werden.
Die Regelungsmittel 10 werden hierfür zunächst mit einem Signal s, s' bzw. s" versorgt, das die Lage des Metallstranges 1 im Führungskanal 4 wiedergibt. Die Lage s, s' bzw. s" wird durch Lagemessmittel 7, 7' bzw. 7" ermittelt, wobei es sich bei diesen um induktive Wegaufnehmer handelt. Die Ermittlung der Position des Metallstranges 1 zwischen den Induktoren 5 im elektromagnetischen Feld erfolgt also induktiv, wobei die Rückkopplungswirkung des Metallstranges 1 im magnetischen Feld genutzt wird.
Die Regelungsmittel 10 werden weiterhin mit den von Strommessmitteln 8 bzw. 9 ermittelten Induktionsströmen in den Induktoren 5 - Strom l|nd - bzw. in den Zusatzspulen 6 - Strom lKθrr -versorgt.
Im Regelungsmittel 10 sind Algorithmen hinterlegt, die ausgehend von den drei Parametern Lage s, s' bzw. s" des Metallstranges 1 im Führungskanal, Induktionsstrom lind in den Induktoren 5 und Induktionsstrom IKOΠ- in den Zusatzspulen 6 ein neues Stellsignal in Form eines Induktionsstroms lκorr an die Zusatzspulen 6 abgeben. Auf diese Weise wird die Lage des Metallstranges 1 im geschlossenen Regelkreis so gehalten, dass die Lageabweichungen des Metallstranges 1 von der Mittenebene 11 minimal werden, d. h. dass der Wert s, s' bzw. s" möglichst Null wird.
Wie zu sehen ist, wird die Lage s, s' bzw. s" des Metallstranges 1 im Führungskanal 4 mittels der Lagemessmittel 7, 7' bzw. 7" ermittelt, wobei die Lagemessmittel 7 - in -Förderrichtung R betrachtet - oberhalb der Induktoren 5, die Lagemessmittel 7' unterhalb der Induktoren 5 und die Lagemessmittel 7" im Bereich der Induktoren 5 positioniert sind. Vorliegend sind alle drei Lagemessmittel 7, 7' bzw. 7" außerhalb des Bereichs der Zusatzspulen 6 angeordnet. Aus den mit- tels der Lagemessmittel 7, 7', 7" gemessenen Werten kann im Regelungsmittel 10 ein Mittelwert gebildet werden.
Da es sich bei den Lagemessmitteln 7, T bzw. 7" um induktive Wegaufnehmer handelt, soll der Einfluss der magnetischen Felder, die durch die Induktoren 5 und die Zusatzspulen 6 hervorgerufen werden, möglichst gering bleiben. Dies wird durch die Anordnung der Lagemessmittel 7 bzw. 7' außerhalb der Erstrek- kung der Induktoren 5 sichergestellt. Allerdings kann - wie in der Figur zu sehen ist - ein Lagemessmittel (im vorliegenden Falle 7") im Bereich der Induktoren 5 positioniert werden.
Wenngleich sich eine Positionierung der Lagemessmittel 7 bzw. 7' außerhalb der Wirkung der Zusatzspulen 6 bewährt hat, können diese also grundsätzlich auch im Wirkungsbereich der Induktoren 5 bzw. der Zusatzspulen 6 angeordnet werden.
Bezugszeichenliste:
1 Metallstrang (Stahlband)
2 Beschichtungsmetall 3 Behälter
4 Führungskanal
5 Induktor
6 Zusatzspule
7 Lagemessmittel 7' Lagemessmittel
7" Lagemessmittel
8 Strommessmittel
9 Strommessmittel
10 Regelungsmittel 1 1 Mittenebene
s Lage des Metallstranges im Führungskanal s' Lage des Metallstranges im Führungskanal s" Lage des Metallstranges im Führungskanal lind Induktionsstrom im Induktor
IKOIT Induktionsstrom in der Zusatzspule
R Förderrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges (1 ), insbesondere eines Stahlbandes, bei dem der Metallstrang (1 ) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hin- durchgeführt wird, wobei zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) im Bereich des Führungskanals (4) ein elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1 ) angeordneter Induktoren (5) erzeugt wird und wobei zum Stabilisieren des Metallstranges (1 ) in einer mittigen Lage im Führungskanal (4) ein sich dem elektromagnetischen Feld der Induktoren (5) überlagerndes elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1 ) angeordneter Zusatzspulen (6) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, das die Stabilisierung der mittigen Lage des Metallstranges (1 ) im Füh- rungskanal (4) durch die Abfolge der folgenden Schritte in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt:
a) Messen der Lage (s, s', s") des Metallstranges (1 ) im Führungskanal (4);
b) Messen des Induktionsstroms (l|nd) in den Induktoren (5);
c) Messen des Induktionsstroms (l orr) in den Zusatzspulen (6);
d) Einwirken auf den Induktionsstrom (lKθrr) in den Zusatzspulen (6) in Abhängigkeit aller in den Schritten a) bis c) gemessenen Para- meter (s, l|n , lκorr), um den Metallstrang (1) in einer mittigen Lage im Führungskanal (4) zu halten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elektro- magnetisches Feld ein mehrphasiges Wanderfeld ist, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 Hz und 2 kHz erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld ein einphasiges Wechselfeld ist, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 kHz und 10 kHz erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Lage (s, s', s") des Metallstranges (1 ) im Führungskanal (4) induktiv erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Lage (s, s', s") in einem Bereich des Führungskanals (4) erfolgt, in dem keine oder nur eine abgeschwächte Wirkung des magnetischen Feldes der Induktoren (5) und/oder des magnetischen Feldes der Zusatzspulen (6) vorliegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Lage (s, s', s") in einem Bereich des Führungs- kanals (4) erfolgt, in dem eine Wirkung des magnetischen Feldes der In- duktoren (5) und/oder des magnetischen Feldes der Zusatzspulen (6) vorliegt.
7. Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges (1), insbesondere eines Stahlbandes, in der der Metallstrang (1 ) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1 ) im Bereich des Führungskanals (4) angeordneten Induktoren (5) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) und mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1 ) angeordneten Zusatzspulen (6) zur Erzeugung eines sich dem elektromagnetischen Feld der Induktoren (5) überlagernden elektromagnetischen Feldes zum Stabilisieren des Metall- Stranges (1) in einer mittigen Lage im Führungskanal (4), gekennzeichnet durch
Messmittel (7, , 7", 8, 9) zum Messen der Lage (s, s', s") des Metallstrangs (1 ) im Führungskanal (4), des Induktionsstroms (ϊlnd) in den Induktoren (5) und des Induktionsstroms ()κ0rr) in den Zusatzspulen (6) so- wie durch Regelungsmittel (10), die zur Ansteuerung des Induktionsstroms (lχorr) in den Zusatzspulen (6) in Abhängigkeit der gemessenen Parameter (s, s', s", lin , lκorr) geeignet sind, um den Metallstrang (1 ) in einer mittigen Lage im Führungskanal (4) zu halten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel (7, 7', 7") für die Erfassung der Lage (s, s', s") des Metallstranges (1 ) im Führungskanal (4) ein induktiver Messaufnehmer ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel (7, 7', 7") für die Erfassung der Lage (s, s', s") des Metallstranges (1) im Führungskanal (4) in Förderrichtung (R) des Metallstranges (1) gesehen innerhalb der Erstreckung der Induktoren (5) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel (7, 7', 7") für die Erfassung der Lage (s, s', s") des Metallstranges (1) im Führungskanal (4) in Förderrichtung (R) des Metallstran- ges (1) gesehen außerhalb der Erstreckung der Induktoren (5) angeordnet ist.
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeich- net, dass das Messmittel (7, 7', 7") für die Erfassung der Lage (s, s', s") des Metallstranges (1) im Führungskanal (4) in Förderrichtung (R) des Metallstranges (1 ) gesehen außerhalb der Erstreckung der Zusatzspulen (6) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messmittel (7, 7', 7") für die Erfassung der Lage (s, s', s") des Metallstranges (1 ) im Führungskanal (4) an verschiedenen Stellen in Förderrichtung (R) des Metallstranges (1 ) gesehen angeordnet sind.
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