專利名稱：金屬條形材料浸涂表面噴氣整修方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關金屬絲液態(tài)金屬槽浸涂材料的改良擦拭方法，有關進行這方法的設備，并有關設備中的氣擦噴咀。
當將金屬線或金屬條等材料的細絲，放在諸如熔化鋅，鋁或其合金中浸涂時，一般必須在絲條表面上除去過多的涂敷材料。已有許多已知的方法進行這操作，其中之一一般稱為噴氣擦拭。在噴氣擦拭法中，用一個氣流沖撞絲條，剝除上面的多余材料。典型噴擦設備及其噴咀在下列專利說明書中有說明，例如美國專利2，194，565;3，060，889;3，270，364;3，611，986;3，707，400;3，736，174;4，287，238等號;澳大利亞專利第458，892;537，944;539，396;544，277等號。
用已知的噴氣擦拭法涂敷絲條時，尤其在用諸如鋅，鋁或其合金等熔化金屬涂敷金屬線時，有若干問題發(fā)生。
對于薄板金屬等的平面材料，噴氣擦拭對控制材料上涂敷金屬的厚度和產生光潔均勻的完成表面有效。對于角形絲條，諸如圓形與非圓形絲，管狀材料及窄條等，受擦拭的材料的幾何形狀影響，招致放在平面材料上不會發(fā)生的問題。氧化金屬在絲條上的擦拭表面的下面累積，形成圍繞絲條全圓周的環(huán)或條形。這氧化物的周期性積累，變?yōu)樽阋酝崎_擦拭氣流，因為絲條的圓周小，在絲條上形成不利的厚圈或厚條形的涂層。本發(fā)明的目的是克服這問題。
先有技藝領域中有許多噴氣擦拭法可克服這問題，方法為在絲條離開金屬槽和在作擦拭之間，將絲條封閉在有全保護氣氛的罩中，例如美國專利第3，707，400及4，287，238號所概述。
美國專利第3，707，400號揭示的方法中的一個問題，是通過調節(jié)進入噴氣擦咀的氣體的量，很難甚至不可能控制涂敷金屬的厚度。為能不更換不同尺寸的噴咀而改變涂層的厚度，便必須按與涂層的要求厚度，正比例改變絲條的通過速度，就是減小層厚度時要求減通過速度，而增加涂層厚度時要求增大通過速度。這種為取得涂層的理想厚度而調節(jié)絲條通過量的要求是不利的，因為可能妨礙鍍鋅流水線中其它工序的有效運轉，例如熱處理及清理工序等，并改變生產的金屬絲的質量。
美國專利第4，287，238號揭示的方法中存在的問題，是在噴咀的金屬絲孔的表面上形成涂敷金屬的濺斑，尤其在擦拭氣體的壓力和絲條速度較高時。這種濺斑由于擦拭作用可從絲條中清除，但也成為問題，因為濺斑在噴咀的金屬絲孔及氣孔的表面上迅速增加，最后與絲條接觸，干擾氣體的有效擦拭作用，造成絲條上的表面缺陷。這方法的另一缺點是氣體消耗量相當大，因而用其它的擦拭方法比較經濟，例如用軟墊擦拭，絲條具體用石綿或類似材料或美國專利第3，892，894介紹的方法擦拭。
據美國專利第4，287，238號所示的方法還另有的問題是擦拭設備的總體積相當大。其總體積表明金屬絲在熱浸金屬槽的出口端，相互間必須比其它方法大的間距，造成產量減低。這方法的一種變化形式如澳大利亞專利第539，396號所介紹，噴氣擦拭在無保護罩下進行，其問題如上面就美國專利第4，287，238號中的方法所述，并且在擦拭后另有絲條上留有寬涂層圈的問題，上面也已提到。本發(fā)明的目的是克服已知噴氣擦拭法和所用設備中的上述缺點。
美國專利第3，736，174號揭示一種噴氣擦拭咀，將若干氣流在沖撞正在擦拭的絲條前，使氣流互相沖擊。這種安排使氣體在絲條上沖撞的角度可變化。雖然噴咀的某些部分與本發(fā)明的噴咀的表面相似，但在總的方面，這專利中的噴咀沒有具體結構顯示可產生本發(fā)明的理想質量。
在控制通過液態(tài)金屬槽的金屬絲上浸涂厚度的噴氣擦拭方法中，本發(fā)明的第一方面為環(huán)形噴氣擦拭咀的改進，噴咀有一個上環(huán)部和一個下環(huán)部，每一環(huán)形部有上下環(huán)形表面，會合為一相當尖銳的環(huán)形緣，上下環(huán)部的相鄰表面間形成一個環(huán)形氣道，終止于一個環(huán)形氣孔，銳緣和氣孔形成一個絲條孔，絲條從其中通過，上環(huán)部的上表面和氣孔排出的氣流的行進方向的夾角小于(80-X)°，下環(huán)部下表面和排出氣道的氣體行進方面的夾角小于(70+X)°，其中X為與通過噴氣擦拭咀的絲條前進方向垂直的平面和氣道排出氣體前進方向的夾角，下環(huán)部的下表面對正液槽，其位置使該表面和通過噴氣擦拭咀的絲條前進方向的最小夾角至少為20°，上環(huán)部上表面的位置使表面與通過噴氣擦拭咀的絲條的前進方向間的最小夾角最少為10°。
本發(fā)明的第二方面為有一個裝置持續(xù)涂敷通過液態(tài)金屬槽的金屬絲，控制浸涂涂層的涂膜厚度，其中包括a)液態(tài)金屬浸涂槽，b)加壓氣體源，c)噴氣擦拭咀，有一個上環(huán)部和一個下環(huán)部，每一環(huán)形部有上下表面會合為基本尖銳的環(huán)形緣，上下環(huán)部的相鄰表面間形成一個環(huán)形氣道，和加壓氣體源作可控連接，終點為一環(huán)形氣孔，銳緣和氣孔形成一個絲條孔，被擦拭的絲條從里面通過，上環(huán)形部上表面和排出氣孔的氣體的行進方向的夾角小于(80-X)°，而下環(huán)部的下表面和氣道排出的氣體的行進方向的夾角小于(70+X)°，其中X為與通過噴氣擦拭咀的絲條行進方向垂直的平面，與氣道排出的氣體的行進方向的夾角，下環(huán)部下表面對正液槽，其位置使該表面和通過噴氣擦拭咀的絲條前進方向的最小夾角至少為20°，上環(huán)部上表面的位置，使該表面和通過噴氣擦拭咀的絲條行進方向的最小夾角至少為10°。
本發(fā)明的第三方面為用于控制絲條通過液槽浸涂的噴氣擦拭咀，噴咀有上下環(huán)部，每一環(huán)形部的上下環(huán)形表面會合為基本尖銳的環(huán)形緣，相鄰上下環(huán)形部間形成環(huán)形氣道，終點為一環(huán)形氣孔，銳緣與氣孔形成絲條孔，用于圍繞正在擦拭的的絲條，上環(huán)部上表面和氣孔排出的氣體行進方向的夾角小于(80-X)°，下環(huán)部下表面和排出氣道的氣體行進方向的夾角小于(70+X)°，X為與通過噴氣擦拭咀的絲條行進方向垂直的平面，與氣道排出氣體的行進方向夾角，下環(huán)部下表面對正絲條從里面通過的液槽，運轉時該表面和通過噴氣擦拭咀的絲條的行進方向的最小夾角至少為20°，上環(huán)部上表面的位置使該表面和通過噴氣擦拭噴咀的絲條行進方向的最小夾角至少為10°。
當將本發(fā)明的理想實施方案用于鐵絲的鋅，鋁或鋁鋅合金涂敷時，比先有技藝有下列的優(yōu)點(1)本發(fā)明噴咀擦拭效率比先有領域的設計高很多，因此金屬涂層重量一定時，僅需低很多的擦拭氣體壓力和消耗量。因為擦拭氣體在總運轉費用中占很大一個部分，這便是一個值得爭取的優(yōu)點。
(2)擦拭作業(yè)后，尤其在涂敷速度低，涂層厚度大而擦拭氣體壓力低時，用本發(fā)明的噴咀在防止絲條其余部分上的厚環(huán)形涂層圈方面有較大的優(yōu)點。
(3)可防止噴咀的金屬絲孔和氣體孔表面上鋅的濺污。
(4)用本發(fā)明的噴咀時，擦拭氣體壓力和絲條上涂層厚度的關系，是通過改變氣體壓力，直接高精度控制或調節(jié)涂層厚度。
(5)由于本發(fā)明的噴咀有小直徑的金屬絲孔，氣道長度僅足以將氣體均勻圍繞氣孔分布，并不需保護罩或保護腔，因此噴咀的總尺寸小很多。
在本說明書中，“絲條”一詞的含義為金屬絲，截面可為圓形或非圓形，窄條材料的寬度不大于其厚度的十倍，以及管形材料。非圓形金屬絲可為角形截面。
下面主要參照圓金屬絲對發(fā)明作敘述，但應強調本發(fā)明還適用于非圓形金屬絲和上述條形材料。
在本說明書中，“氣道排出”的氣體行進方向”，為便利起見可視為從噴咀徑向部分觀察時，在下環(huán)部上表面和上環(huán)部下表面間形成的概念化的中心線。氣道的形狀最好是上部的下表面和下部的上表面向著氣孔逐漸收窄。為將氣體按特定角度引導，氣孔附近的表面最好從徑向部分看時，圍繞通過氣道的想象中心線對稱，氣道向理想的方向傾斜。假如中心線非直線，便可能需要實際測量氣體排出氣道時的行進方向。假如在氣道的內部增加環(huán)形模壓件，分隔成若干氣道，從里面排出的氣體互相沖撞，如美國專利第3，736，174號所述，則氣體行進方向為氣流沖撞后的綜合方向。如果氣流行進方向與絲條行進方向垂直，則角X為0°。如果氣流方向與絲條行進方向相反，則角X為正值，如氣流方向與絲條行進方向相同則X為負值。最好氣道引導氣孔排出的氣體，與絲條行進方向垂直的平面傾斜約±60°，更好為在+60°至-30范圍內，而以+45°至0°為最理想。
噴咀的上下部各有上下表面，該上下表面會合為基本尖銳的環(huán)形緣。語匯“基本尖銳環(huán)形邊緣”用于表示兩表面沿一條線或一個位置會合形成的邊緣，截去銳邊后的厚度約不超過3mm，最好不超過2mm，或倒角圓弧半徑約不超過2mm，最好不超過1mm。噴咀下部的下表面和氣道排出的氣體的行進方向間的角度必須小于(70+X)°。上環(huán)部的夾角最好小于80°，小于50°更好，最理想為小于40°。噴咀上部的上表面和氣道排出的氣體的行進方向的夾角必須小于(80-X)°。下環(huán)部的夾角最好小于70°，更好為小于50°，以小于40°為最理想。
上下部的相鄰表面，即上部的下表面和下部的上表面間形成終點為氣孔的氣道。于是在噴咀的上下部間的環(huán)形邊緣間形成氣孔。氣道與適當的噴氣擦拭氣體源連接，諸如空氣或氮。氣道最好有一環(huán)形擋圈，形成氣道中的縮頸，設計可保證圍繞氣孔有均勻氣壓。最好有多個進氣源，在噴咀周圍等距布置，進一步提高氣流在氣孔周圍的均勻分布。氣道徑向長度以僅足以將氣體在氣孔周圍均勻分布為高度理想。氣道最好是上環(huán)部的下表面和下環(huán)部的上表面，在向著剖面觀察時互相逐漸接近，臨近氣孔時，距離至少為2mm，但最好至少為6mm。
最好噴咀有一個絲條孔，其絲條及絲孔有均勻的間隙，并需盡可能小，而又服從金屬絲不與環(huán)形模壓件的邊緣接觸的要求。絲條及絲孔的間隙最好小于10mm，以小于7.5mm更好，而以小于4mm為最好。絲孔的這些理想間隙距離據認為小于先有領域的噴氣擦拭咀。據發(fā)現，使用絲孔的小間距，有助于較小量的氣體而取得光潔均勻的涂層。從噴咀中通過時，約束金屬絲使其橫向活動量越小，便可使金屬絲的間隙也越小。為進一步限制金屬絲的橫向活動，可用一個金屬絲從里面通過的導絲器，其尺寸僅稍微大于金屬絲。將這導絲器沉沒在熔化金屬槽中，將其放在噴咀孔的垂直下方，與金屬絲同軸線。用這種導絲器可進一步減小絲條與噴咀絲孔的間隙尺寸。
在本發(fā)明的理想實施方案中，噴氣擦拭咀在液槽液面上方的高度應盡可能低，而同時防止液槽中溶液表面飛濺。理想中當將絲條從液槽中拉出時，噴咀的噴氣在槽中的液面上，圍繞絲條吹成一個平靜的凹潭，不造成槽中液面的飛濺。如噴咀離槽中液面過高，則擦拭的有效性降低，損害絲條的表面質量。在典型的應用中，噴咀氣孔最好距槽中液面10至200mm，以15至100mm較理想。
如噴咀的上下部的相對位置，可在噴氣擦拭咀的軸向上相互調節(jié)，使氣道的寬度和氣孔的寬度可變化。在本發(fā)明的一個理想實施方案中，這調節(jié)用上下部的螺紋嚙合進行，兩者的相對旋轉可使氣道的寬度變化。任何改變氣孔寬度的其它措施也都可使用，例如可將一個部分相對于另一部分軸向滑動，或在噴咀的上下模壓件之間放置填隙片。
下面作為舉例參照附圖敘述本發(fā)明的一個理想實施方案，附圖如下

圖1為本發(fā)明噴氣擦拭咀的剖視。
噴氣擦拭噴10用于配合鋼絲鍍鋅使用。將鋼絲25從熔化鋅槽24中通過，圍繞一個滑塊28牽引，在通過放在鋅槽24的液面以上20mm的噴氣擦拭噴咀10前，先垂直通過導絲器27。鍍鋅鋼絲通過噴氣擦拭咀10后，用傳統(tǒng)冷卻裝置(未示)冷卻。
噴氣擦拭咀10有一個上噴咀部11和一個下噴咀部12。每一個噴咀部11及12分別有上表面13及14和下表面15及16。上下表面分別會合為尖銳的圓邊緣17及18。在表面14及15間形成氣道19，終點為環(huán)形氣孔20。氣孔附近的表面14及15間的中心線，處在垂直于鋼絲的水平面中。表面13和中線的夾角為35°，表面16和中線的夾角為35°。鋼絲25和每一表面的夾角為55°。
噴咀上下部11及12在其外圓周上都有螺紋，可和噴咀本體21嚙合。將噴咀部分的一個或兩個11及12相對于本體21旋轉，改變氣道19的寬度。氣道19和在部分11，12及主體21間形成的氣室接通。進氣口23通入噴咀10，通過主體21通入氣室22。擋氣板26放在氣道19內，保證擦拭氣體從進氣口23到氣孔20的均勻流動。
將一種氣體，最好是非氧化性氣體，諸如氮之類通過進氣口23引入，從進氣口通過氣室22引入環(huán)形氣管19。氣管19排出的氣體沖撞鋼絲25，擦去從噴氣擦拭咀10中通過的鋼絲25上的多余熔化鋅。
在本發(fā)明的一種典型方法中，將通過鋅槽24的2.50mm鋼絲，在60公尺/分鐘速度下，垂直向上通過噴咀10。氣孔為0.50mm，絲孔邊緣17及18和鋼絲25間的間隙為3.75mm。用氮氣作擦拭氣，壓力為6KPa，流速在標準溫度和壓力下為4.5公尺/小時。據發(fā)現擦拭的鋼絲有光潔的鋅涂層，沒有涂層圈和其它表面缺陷，涂層重量為281克／公尺。甚至在起動后許多小時，未發(fā)現鋅在噴咀10上飛濺。
權利要求
1.一種控制通過液態(tài)金屬槽在金屬絲上覆蓋浸涂膜的噴氣擦拭方法，其特征在于一個環(huán)形噴氣擦拭咀有一個上環(huán)部和一個下環(huán)部，每一環(huán)形部有上下環(huán)形表面，會合為基本尖銳的環(huán)形邊緣，上下環(huán)形表面形成二者間的環(huán)形氣道，終點為一環(huán)形氣孔，邊緣與氣道形成一個絲孔，絲條從里面通過，上環(huán)部上表面和氣孔排出的氣體行進方向的夾角小于(80-X)°，下環(huán)部下表面和氣道排出的氣體的行進方向的夾角小于(70+X)°，X為與通過噴氣擦拭咀的絲條行進方向垂直的平面和氣道排出的氣體行進方向的夾角，下環(huán)部的下表面對正液槽，其位置使該表面和通過噴氣擦拭咀的絲條的前進方向間，最小夾角至少為20°，上環(huán)部的表面的位置，使表面和通過噴氣咀的絲條行進方向的最小夾角至少為10°。
2.一種在通過液態(tài)金屬槽的金屬絲上連續(xù)敷設并控制浸涂膜厚度的設備，包括下列各項a)液態(tài)金屬涂敷槽，b)加壓氣體源，c)一個噴氣擦拭咀，設備的特征在于噴氣擦拭咀有一個上環(huán)部和一個下環(huán)部，每一個環(huán)部有上下表面，會合為基本尖銳的環(huán)形邊緣，相鄰上下環(huán)部形成一條環(huán)形氣道，與加壓氣體源連接運轉，終點為一環(huán)形氣孔，邊緣與氣口形成一個絲孔，擦拭中的絲條從其中通過，上環(huán)部上表面和排出氣孔的氣體與行進方向的夾角，小于(80-X)°，下環(huán)部下表面和氣道排出的氣體行進方向的夾角，小于(70-X)°，X為與通過噴氣擦拭咀的絲條行進方向垂直的平面，和氣道排出的氣體行進的方向的夾角，下環(huán)部下表面對正液槽，其位置使該表面和通過噴氣擦拭咀的絲條行進方向的最小夾角，至少為20°，上環(huán)部的表面的位置，使表面和通過噴氣咀的絲條的行進方向的最小夾角至少為10°。
3.一種用于在通過液態(tài)金屬槽的金屬絲上控制浸涂膜的噴氣擦拭咀，其特征在于有一個上環(huán)部和一個下環(huán)部，每一環(huán)部有上下環(huán)形表面會合為基本尖銳的環(huán)形邊緣，上下環(huán)部的相鄰表面形成環(huán)形氣道，終點為一環(huán)形氣孔，邊緣和氣孔形成絲條孔，用于圍繞正在擦拭的絲條，上環(huán)部上表面，和氣孔排出的氣體的行進方向，夾角小于(80-X)°，下環(huán)部下表面，和氣道排出的氣體的行進方向，夾角小于(70-X)°，X表示與通過噴氣擦拭咀的絲條行進方向垂直的平面，和氣道排出的氣體行進方向的夾角，下環(huán)部的下表面對正一個液槽，絲條從液槽中通過，其位置使表面或通過噴氣擦拭咀的絲條的行進方向的最小夾角最少為20°，上環(huán)部表面的位置，使表面和通過噴氣咀的絲條的行進方向的最小夾角至少為10°。
4.如權利要求1所述之方法，其特征為金屬絲為圓截面鋼絲，液態(tài)金屬涂層為鋅，鋁或鋁/鋅合金。
5.如權利要求1所述之方法，或權利要求2所述之設備，或權利要求3所述之噴氣擦拭咀，而特征為上環(huán)部夾角小于80°，最好小于50°，而最理想為小于40°，下環(huán)部小于70°，最好小于50°，而以小于40°更理想。
6.如權利要求1所述之方法，或如權利要求2所述之設備，或權利要求3所述之噴氣擦拭咀，其特征為氣道在徑向上的長度，僅足以在絲條周圍均勻分布氣體。
7.如權利要求6中所述之方法，或設備或噴氣咀，其特征為氣道上環(huán)部的下表面，和下環(huán)部的上表面，當在徑向部分上觀看時，向著氣孔互相逐漸靠近，臨近氣孔前側時距離至少為2mm，最好至少為6mm。
8.如權利要求1所述之方法，或權利要求2所述之設備，或權利要求3所述之噴氣擦拭咀，其特征為氣道將氣孔排出的氣體引導，與絲條行進方向垂直的平面傾斜+60°至-60°，以+60°至-30°較理想，更理想為+45°至0°。
9.如權利要求1所述之方法，或權利要求2所述之設備，或權利要求3所述之噴氣擦拭咀，其特征為上下環(huán)部的環(huán)形邊緣，量度為與絲條距離小于10mm，以小于7.5mm為理想，更理想為小于4mm。
10.如權利要求1所述之方法，或權利要求2所述之設備，其特征為噴咀的氣孔離液槽中的液面10至200mm，最好為15至100mm。
11.如權利要求1所述之方法，或權利要求2之設備，或權利要求3所述之噴氣擦拭咀，其特征為利用裝置使上下環(huán)部的相對位置可在噴氣擦拭咀的軸向上調節(jié)，使氣道的寬度可變化。
全文摘要
用定型噴氣擦拭噴嘴擦去金屬絲或管上多余的熔化金屬，可改進該金屬絲或管的外觀。噴嘴上下部各有會合為尖銳邊緣的上下表面。相鄰上下部形成終點為氣孔的氣道。被擦拭的絲或管從氣孔中通過。上部上表面與排氣流向夾角小于(80-X)°，下部下表面和排氣流向的夾角小于(70+X)°。X為與鋼絲行進方向垂直的平面，和氣流方向的夾角。下部下表面正對液面，該表面和鋼絲行進方向最小夾角不小于20°，上部上表面的位置使表面與鋼絲的最小夾角不小于10°。
文檔編號C23C2/38GK1040629SQ89106690
公開日1990年3月21日 申請日期1989年8月22日 優(yōu)先權日1988年8月24日
發(fā)明者馬爾科姆·阿倫·羅伯特遜 申請人:澳大利金屬金絲工業(yè)有限公司