條形金屬材料的表面鍍膜方法和裝置的制作方法

專利名稱：條形金屬材料的表面鍍膜方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及條形金屬材料尤指帶材或線材的表面通過鍍覆一種金屬鍍膜材料的一種鍍膜方法和裝置，要鍍膜的材料連續通過一個充滿熔成液體的金屬鍍膜材料的浸鍍槽。
EP 0630421 B1提出了帶鋼的一種金屬鍍膜方法。該方法是將帶鋼垂直從下輸入一個鍍膜裝置中。該鍍膜裝置具有一個鍍膜容器(浸鍍槽)，該鍍膜容器裝滿熔成液體的鍍膜材料。帶鋼通過該鍍膜容器垂直向上輸送。于是，鍍膜材料便淀積在帶鋼的表面。EP 0630420 B1和EP0673444 B1提出了類似的方法。其中，EP 0630420 B1涉及多層鍍膜，即在垂直的方向內上下設置多個浸鍍槽，要鍍膜的材料通過這些浸鍍槽而實現多層鍍膜。
在這類熱鍍膜方法時，帶材用鋅、鋁、鋅鋁合金或鋁硅合金鍍覆，從退火爐出來的帶材在保持氣密的條件下按第一道工序進入一個裝有浸鍍熔液的大容器中，并在該處通過不同的未驅動的輥轉入垂直方向和穩定。在熱鍍調質時，這種方式對上述全部浸鍍金屬或合金都適用。在用大的熔液容器時，存在這樣的缺點，即輥及其支座都浸沒在熔液中，所有部件都受到熔液的化學腐蝕。所以在熔液內所用的部件的壽命相當短。此外，大的熔液體積需要一個相應大的浸鍍槽來容納整個輥系統。在熱鍍鋅時，一般需要200至300噸液體鋅。由于體積大，不可能快速調節熔液的溫度以及影響合金的成分，所以勢必產生溫度和合金成分的波動，從而導致質量下降。
這種方法的另一個缺點是，特別是在鍍覆厚度小于0.5毫米的薄帶材時，為了獲得經濟的運行方式，設備速度不可能任意提高。其原因是，在位于鍍槽中的輥和帶材之間可能產生相對運動。如果為了避免這個問題而提高作用到帶材上的拉力，則存在帶材裂紋的危險，其結果是產生廢品和較長時間的設備停止。
在熱鍍鋅時，要鍍覆的帶材的最大可能的輸送速度的另一個限制是由于布置在浸鍍槽上方的氣刀刮除系統引起的。在該處用空氣或氮氣調節鍍層厚度，其中，可產生的最小鍍層厚度是隨帶速的增加而增加的。這就是說，在高帶速時，不可能鍍覆薄的鍍層。但恰好這種薄鍍層(例如在熱鍍鋅薄板時單面小于25克/米2)對一些特殊要求高的使用場合是需要的。
眾所周知，通過浸鍍槽中熔液溫度的升高例如在熱鍍鋅時從460℃升高到超過500℃時，可使動態粘度減少30％以上。所以，從理論上講，可通過溫度升高來改善液態的鍍膜金屬回流到浸鍍槽中并由此減少鍍膜厚度。在這方面存在的問題是，在用如此大的熔液量(200至400噸液態鋅)的情況下，鍍槽溫度的可重復的調節實際上是不可能的。
此外，在用上述方法時，必須考慮熔液對鍍槽中的構件的化學腐蝕。在溫度超過500℃時，這種腐蝕逐漸增加。這意味著位于鍍槽中的輥和支座必須更頻繁地進行更換，從而導致設備效率的嚴重限制和這種方法的經濟性的相應惡化。
任意提高鍍槽溫度由于下述原因是不可能的隨著不斷升高的溫度，在鍍槽中產生的熔渣也相應增加，這對鍍膜的質量是很不利的。
鍍槽中熔液量很大的問題可通過例如上述文獻提出的解決方案來避免。為了進行熱浸鍍調質處理，這些文獻提出了帶材在退火爐中進行預處理，然后轉入垂直方向，最后從下進入鍍槽、鍍槽在其下側有一個槽形孔，通過感應場產生的磁封來阻止熔液從鍍槽中向下流出。
這些文獻提出的鍍槽比開始時提到的方法所用的體積小得多，即只需大約10噸熔液。其優點是，熔液的合金及其控溫可在一個單獨的容器內進行。熔液用泵輸入鍍槽中。這個方法的另一優點是，與開始時提到的、鍍槽用很多熔液的方法比較，合金成分和溫度的控制可十分有效地進行。
在用相當少的熔液量的鍍槽時，還可用布置在鍍槽上方的氣刀刮除系統來調節和控制要求的鍍膜厚度。在這里，設備的最大可能的帶速也受到要鍍膜的帶材的可傳遞的拉力的限制。
由于良好的氣刀刮除，在要鍍膜的帶材整個帶寬和長度上的良好的鍍膜結果和均勻的鍍膜的前提是穩定的和無干擾的帶鋼運行。帶材必須總是平行通過布置在帶材兩側的兩個刮除噴嘴，而且必須保持到噴嘴的恒定距離。在運行中，只有付出高昂代價才可保證這樣的帶材穩定。到噴嘴的少許的偏差或帶材的波動都會導致帶材整個寬度和長度以及帶材兩面鍍膜的鍍膜厚度的大的變化。
所以，用這種方法獲得的鍍膜厚度總是在整個帶寬和帶長上存在一定的分散性，從而降低鍍膜方法的質量。出于防腐考慮，不容許低于最小的要求鍍膜厚度，所以，由于這種分散性，其結果總是鍍覆比必須的最小鍍膜厚度要多的鍍覆材料，從而導致這個鍍膜方法的經濟性的進一步惡化。
本發明的目的是提出一種上述類型的表面鍍膜方法以及一種相應的鍍膜裝置，用這種方法或裝置可提高鍍膜質量并同時提高這種方法的經濟性。
這個目的是通過本發明在方法上實施下列步驟來實現的a)在浸鍍槽后，測量鍍覆在要鍍膜材料上的鍍膜材料的厚度；c)測出的厚度與鍍膜厚度的預定值進行比較，并求出這兩個值之差；c)根據求出的差，影響或改變鍍膜過程的至少一個參數，以使測出的值接近于預定的值。
本發明利用熱浸鍍調質處理的知識，使通過浸鍍槽的帶材一即使不用其他措施例如噴嘴刮除方法-自動地鍍覆一定厚度的鍍膜材料，并在過程參數的一定情況下，在要鍍膜的材料上鍍覆一層優質的鍍膜。
這樣就以有利的方式使要鍍膜的材料用很高的輸送速度進行熱鍍膜過程，其中，對厚度為0.5毫米以下的帶材的輸送速度可達300米/分，從而可達到鍍膜設備的高效率和相應高的經濟效益。
此外，本發明方法有利于在整個帶材寬度上形成一層均勻的鍍膜而完全與鍍膜參數無關，因為全部這些鍍膜參數對整個帶材寬度都起均勻的鍍膜作用。帶材輸送和帶材的平面度也對鍍膜厚度沒有影響。整個帶材寬度和長度上的恒定的鍍膜厚度是通過過程參數的快速調節來保證的。
要鍍膜的材料最好垂直向上通過浸鍍槽。鍍膜過程的不同參數的控制或調節對所提出的方法的有效利用業已證明是特別有利的。
首先可考慮鍍膜過程的控制或調節參數為沿供料方向要鍍膜的材料的輸送速度，在測出厚度太大時，可考慮提高輸送速度。
另一個或附加考慮的參數是浸鍍槽中的熔池溫度；此時，通常這樣考慮，在測出厚度太大時，提高熔池溫度(由此降低鍍膜材料的粘度，并獲得較薄的鍍膜)。
此外，作為參數是浸鍍長度或熔池高度，在這個長度或高度內，要鍍膜的材料與浸鍍槽中的熔液鍍膜材料接觸。在測出厚度太大時，可減少浸鍍長度或熔池高度，以便獲得較好的鍍膜結果。
其次，另一個或附加考慮的鍍膜過程的參數是要鍍膜的材料最好在進入浸鍍槽之前的溫度。在測出厚度太大時，通常要提高要鍍膜材料的溫度。
此外，作為鍍膜過程的參數最好考慮浸鍍槽中要鍍膜材料的持續浸鍍時間，在測出厚度太大時，可減少浸鍍時間。
最后，也是另一個或附加的參數為浸鍍槽中的熔液的成分。
根據本發明，要鍍膜的材料在連續地、最好垂直地通過浸鍍槽的情況下，該材料的表面鍍膜裝置的特征為，在供料方向內，在浸鍍槽后面布置了一個在要鍍膜的材料上鍍覆的鍍層厚度的測量裝置，該測量裝置把測出的厚度值輸入一個控制或調節裝置，該控制或調節裝置將測出的數值與一個鍍層厚度的預定值進行比較并根據這兩個值之間求出的差控制相關的可影響或改變鍍膜過程的至少一個參數的機構，以使測出的值接近預定的值。
這個相關裝置有利于影響在供料方向內的要鍍膜的材料的輸送速度；該裝置可影響別的或附加的參數即浸鍍槽中的熔池溫度；此外，通過該裝置也可影響要鍍膜的材料與浸鍍槽中的熔液鍍膜材料保持接觸的浸鍍長度或熔池高度；該裝置還可影響最好在進入浸鍍槽之前的要鍍膜的材料的溫度。
為了對浸鍍槽中的鍍膜金屬的成分進行有效的影響，該裝置可與熔液鍍膜材料的一個儲料容器連接。根據本發明，浸鍍槽的容積比儲料容器的容積小得多；為此，優先考慮浸鍍槽的容積最多為儲料容器的容積的20％，最好最多10％。
為了浸鍍槽向下密封，最好在浸鍍槽的底部設置磁封；但也可用別的密封系統。
已鍍膜的材料的冷卻裝置可布置在浸鍍槽的上方，而厚度測量裝置則優先布置在浸鍍槽和冷卻裝置之間。
附圖表示本發明的一個實施例，即

圖1表示一種條形金屬材料的表面鍍膜裝置的結構示意圖；圖2表示本發明調節原理示意圖。
用圖1所示的裝置可在帶鋼形式的要鍍膜的材料1上鍍覆一層金屬材料2(例如鋅)。
為了帶形材料的兩面均勻鍍膜，帶1從下經一個進料通道10垂直向上通過一個浸鍍槽3，該浸鍍槽用液態鍍膜材料2注滿到一個要求的熔池高度h。在浸鍍槽3的底部，設置了一個磁封8，該磁封阻止液態鍍膜材料2經進料通道10向下流出。
R表示帶1的輸送方向。圖中只是示意地畫出了一臺驅動電動機6′驅動一個輥11(或多個輥)，從而使帶1以輸送速度V進行輸送。
帶1在一個爐子12中首先進行退火，然后通過一個通道13進入爐罩14。在通道13或爐罩14的范圍內設置了一個感應加熱系統6″″，用該感應加熱系統可在帶1通過時快速進行加熱。在進入浸鍍槽3之前，該帶具有帶溫TB。
浸鍍槽3中的熔液鍍膜材料2具有一個熔池溫度T。在通過浸鍍槽3時，液態的鍍膜材料2淀積在帶1的表面；在離開浸鍍槽3時，在帶1上的鍍膜材料2固化，于是獲得要求的產品即鍍膜的金屬帶。
從一個較大的儲料容器7供給新鮮的鍍覆或鍍膜材料2，在該儲料容器中，事先對鍍膜材料2用冶金方式處理成氧化物分離的形式，并從液態鍍膜材料中濾除固態的鍍膜材料或帶鋼晶體。此外，通過一個熔化裝置將新鮮鍍膜材料供入該容器。
為了在浸鍍槽3中進行鍍膜材料2的快速控溫，即為了熔池溫度T的快速和按需調節，圍繞浸鍍槽3布置了一個感應加熱系統6″。與儲料容器7的容積比較，浸鍍槽3的容積是很小的。例如浸鍍槽3只能容納帶1鍍鋅用的液態鋅5噸左右，而儲料容器7則可高出幾倍的容積。
鍍膜材料2從儲料容器7用一臺熔液泵6泵送到浸鍍槽3中，用這種方式可在浸鍍槽3中調節鍍膜材料的成分。
供應和清除浸鍍槽3的熔液鍍膜材料2所需的外圍設備在實施例中沒有示出。這些外圍設備在先有技術中是早已熟知的，為此可參見上述文獻EP 0 630 421 B1。
鍍覆在材料1上的鍍膜厚度dist的測量裝置4直接布置在浸鍍槽3上方，而在其上方則設置了一個冷卻裝置9來冷卻已鍍膜的、仍然熱的帶材。
所申請的鍍膜方法的其他細節可從圖2一目了然。
帶材1在進入浸鍍槽之前的厚度為d0。在帶材1上用鍍膜材料2鍍覆的鍍膜具有一個理論厚度dsoll。但在常規鍍膜方法時，在帶材1上鍍覆的實際厚度或多或少存在大的分散性。有效的鍍膜厚度用dist表示。
盡可能緊接著浸鍍槽3上方布置的鍍膜厚度dist的測量裝置4測出鍍層厚度dist的實際值并將該實際值輸入一個控制或調節裝置5。在這個裝置5中，也預先給定一個理論厚度dsoll。
在第一區段5a中，即在減法器中，首先按下式求出理論厚度和實際厚度之間的差Δ＝dist-dsoll并將該差值輸入第二區段5b即調節器中。在該調節器中，存儲有鍍膜過程的參數P和該差值之間的函數關系。這就是說，這些函數關系給出在存在一個差值Δ時，一個參數P應該如何改變，以使該差值盡可能小，在理想情況下小到零。
根據具體的使用場合，這些函數關系可從經驗中得出。在本實施例中，它們根據下列參數求出并進行存儲·輸送速度V作為差值的函數；·熔池溫度T作為差值的函數；·熔池高度h(或浸鍍長度L)作為差值的函數；·進入浸鍍槽之前的材料溫度TB作為溫度的函數。
由于不需要有影響的氣刀刮除系統，所以，淀積在帶材1上的鍍膜材料2十分均勻地鍍覆在帶材1上。確切地說，要求的鍍膜厚度dist作為在鍍膜設備中通過控制或調節裝置5調節的參數P的反應是可重復的，這在圖2中只畫出了示意圖。
在理論厚度dsoll比實際的鍍膜厚度dist太大時，控制或調節裝置5使帶材輸送速度V提高和/或使熔池溫度T增高和/或使熔池高度h減小和/或使帶材的溫度TB升高。所有這些措施都引起鍍膜厚度的減小，或者在相應參數寫法相反時，則增加厚度。按這種方式可精確調節金屬帶1上的有效鍍膜厚度dist。
所以，本發明使用智能方式的控制或調節模式。邊疆地用全部所需的測量數據供給這種控制或調節裝置，并進行存儲。參數之間的函數關系存儲在這種調節和控制裝置中。
除了所謂的調節參數外，還考慮了浸鍍槽成分和帶材的表面粗糙度，所以在給定的情況中，在控制或調節時也可用這些參數，或者這些參考也可考慮。
通過浸鍍槽3的感應加熱系統6″或材料1的感應加熱系統6″″，可快速控制或調節相關的溫度。對浸鍍槽3中熔液的成分來說，快速調節一般并不重要，重要的是保持恒定的合金成分。為此，(小的)浸鍍槽3與(大的)儲料容器7液態連通是有利的。而熔液溫度則必須很快地進行調節。為此，感應加熱系統6″例如也可布置在浸鍍槽3的熔液的入口處。
用所提出的方案可明顯改善整個帶寬和帶長上的鍍膜厚度的均勻性。由于取消了公知的噴嘴刮除裝置，不存在與帶鋼運行的依賴性以及與帶鋼離刮除裝置的噴嘴的相同距離的依賴性。所以，帶材和噴嘴之前通常很難控制的距離也不再產生影響。全部帶材導輥都可被驅動。
此外，由于不再有氣刀刮除噴嘴，也就沒有介質(空氣或氮氣)作用到帶材表面或仍是液態的鍍膜材料上，這在低鍍膜厚度和高刮除壓力時常常對帶材表面產生很不利的影響并由此影響質量。在這方面，也就以特別經濟的方式避免再用昂貴的介質(氮氣)和能源(鼓風傳動)，從而使整個過程簡化和比較經濟。也不再需要設備停機來進行舊輥的更換，而且設備可達到明顯高的帶速并由此達到較高的設備效率，即使在薄帶鍍膜時也是如此。
在連續熱鍍鋅時，除了純的熱鍍鋅薄鋼板外(這里鍍膜幾乎全是鋅，只含有最高百分之一重量比的鋁)，還有鍍鋅層擴散退火的薄鋼板的方案。這種材料的鍍膜由一層含有最高13％重量比的鐵的鐵鋅合金層組成并通過擴散退火直接形成熱鍍鋅。
根據先有技術，在鍍鋅擴散退火薄鋼板的生產設備中，在氣刀刮除噴嘴上方設置了一個再退火(爐子)，該再退火爐對帶材供給擴散過程所需的熱。鍍鋅擴散退火薄鋼板幾乎只是汽車工業用的一種產品，而且具有薄的鍍膜。
用本發明提出的方法可按特別有利的方式在高帶材溫度和鍍鋅槽溫度的情況下直接用熔液制造鍍鋅擴散退火薄鋼板而不需要再加熱。為此，要關掉浸鍍槽3上方的冷卻裝置9。
在用常規方法時，氣刀刮除噴嘴系統顯著冷卻從熔液出來的帶材，而所提出的方法則是關掉冷卻裝置9。此外，先有技術的浸鍍槽溫度明顯低于本發明方案時的浸鍍槽溫度，因為先有技術的解決方案必須避免底渣的形成，在本發明方案時，由于很小的浸鍍槽而不存在這個問題；在這里幾乎不可能產生底渣，因而也提高了產品的質量。
在按先有技術制造鍍鋅擴散退火薄鋼板時，擴散過程不可能進行緊接著鍍鋅，而需要進行重新供熱。在本發明方案時，則以有利的方式而不需要重新供熱；即還存在于帶材內的熱量足夠用于擴散過程。
參考符號一覽表1 要鍍膜的材料2 金屬鍍膜材料3 浸鍍槽4 鍍膜厚度的測量裝置5 控制或調節裝置5a 減法器5b 調節器6 鍍膜過程中影響或改變一個參數的裝置6′驅動電動機6″浸鍍槽3的感應加熱系統6熔液泵6″″ 材料1的感應加熱系統7 儲料容器8 磁封9 冷卻裝置10 進料通道11 輥12 爐13 通道14 爐罩dist鍍覆到材料1上的鍍膜厚度dsoll鍍膜厚度的預定值do材料1的厚度Δ dist和dsoll之差
P鍍膜過程的參數V輸送速度R輸送方向T熔池溫度L浸鍍長度h熔池高度TB進入浸鍍槽之前的材料溫度t浸鍍持續時間
權利要求
1.條形金屬材料(1)尤指帶材或線材通過鍍覆一種金屬鍍膜材料(2)的表面鍍膜方法，其中要鍍膜的材料(1)連續通過一個充滿熔成液體的金屬鍍膜材料(2)的浸鍍槽(3)，其特征為，該方法具有如下步驟a)在浸鍍槽(3)后，測量鍍覆在材料(1)上的鍍膜材料(2)鍍層的厚度(dist)；c)測出的厚度(dist)與鍍膜厚度的一個預定值(dsoll)進行比較，并求出這兩個值之差(Δ)；c)根據求出的差(Δ)，影響或改變鍍膜過程的至少一個參數(P)，以使測出的值(dist)接近于預定值(dsoll)。
2.按權利要求1的方法，其特征為，要鍍膜的材料(1)垂直向上通過浸鍍槽(3)。
3.按權利要求1或2的方法，其特征為，鍍膜過程的參數是沿材料(1)的輸送方向(R)的要鍍膜的材料(1)的輸送速度(V)。
4.按權利要求3的方法，其特征為，在測出厚度(dist)太大時，則提高輸送速度(V)。
5.按權利要求1或2的方法，其特征為，鍍膜過程的參數是浸鍍槽(3)的熔池溫度(T)。
6.按權利要求5的方法，其特征為，在測出厚度(dist)太大時，則提高熔池溫度(T)。
7.按權利要求1或2的方法，其特征為，鍍膜過程的參數為浸鍍長度(L)或熔池高度(h)，在這個長度或高度內，要鍍膜的材料(1)與浸鍍槽(3)中的熔液鍍膜材料(2)接觸。
8.按權利要求7的方法，其特征為，在測出厚度(dist)太大時，則減小浸鍍長度(L)或熔池高度(h)。
9.按權利要求1或2的方法，其特征為，鍍膜過程的參數為最好在進入浸鍍槽(3)之前的材料(1)的溫度(TB)。
10.按權利要求9的方法，其特征為，在測出厚度(dist)太大時，則提高材料(1)的溫度(TB)。
11.按權利要求1或2的方法，其特征為，鍍膜過程的參數為要鍍膜的材料(1)在浸鍍槽(3)中的持續浸鍍時間(t)。
12.按權利要求11的方法，其特征為，在測出厚度(dist)太大時，則減少浸鍍持續時間(t)。
13.按權利要求1或2的方法，其特征為，鍍膜過程的參數為浸鍍槽(3)中的熔液成分。
14.條形金屬材料(1)尤指帶材或線材通過鍍覆一種金屬鍍膜材料的表面鍍膜裝置，要鍍膜的材料(1)連續地、最好垂直地通過一個注有熔液鍍膜材料(2)的浸鍍槽(3)，其特征為，沿輸送方向(R)，在浸鍍槽(3)后面布置了一個鍍覆在材料(1)上的鍍膜材料(2)鍍層厚度(dist)的測量裝置(4)，該測量裝置把測出的厚度值(dist)輸入一個控制或調節裝置(5)，該控制或調節裝置將測出的值(dist)與鍍膜厚度的預定值(dsoll)進行比較并根據這兩個值之間求出的差(Δ)對至少影響或改變鍍膜過程的一個參數的機構(6)進行控制，以使測出的值(dist)接近預定的值(dsoll)。
15.按權利要求14的裝置，其特征為，所述機構(6′)可影響材料(1)沿輸送方向(R)的要鍍膜材料(1)的輸送速度(v)。
16.按權利要求14的裝置，其特征為，所述機構(6″)可影響浸鍍槽(3)中的熔池溫度(T)。
17.按權利要求14的裝置，其特征為，所述機構(6)可影響要鍍膜的材料(1)與浸鍍槽(3)中的熔液鍍膜材料(2)接觸的浸鍍長度(L)或熔池高度(h)。
18.按權利要求14的裝置，其特征為，所述機構(6″″)可影響最好在進入浸鍍槽(3)之前的材料(1)的溫度(TB)。
19.按權利要求14至18任一項的裝置，其特征為，浸鍍槽(3)與熔液鍍膜材料(2)的儲料容器(7)連接。
20.按權利要求19的裝置，其特征為，浸鍍槽(3)的容積比儲料容器(7)的容積小得多。
21.按權利要求20的裝置，其特征為，浸鍍槽(3)的容積最多為儲料容器(7)的容積的20％，最好最多10％。
22.按權利要求14至21任一項的裝置，其特征為，在浸鍍槽(3)的底部設置了一個磁封(8)。
23.按權利要求14至22任一項的裝置，其特征為，在浸鍍槽(3)的上方布置了一個已鍍膜的材料(1)的冷卻裝置(9)。
24.按權利要求23的裝置，其特征為，厚度(dist)的測量裝置(4)布置在浸鍍槽(3)和冷卻裝置(9)之間。
全文摘要
本發明涉及條形金屬材料(1)尤指帶材或線材通過鍍覆一種金屬鍍膜材料的表面鍍膜方法和裝置，其中要鍍膜的材料(1)連續通過一個充滿熔成液體的金屬鍍膜材料(2)的浸鍍槽(3)。為了提高鍍膜設備的生產率，本發明方法包括如下步驟a)在浸鍍層(3)后，測量鍍覆在材料(1)上的鍍膜材料(2)鍍層的厚度(d
文檔編號C23C2/14GK1556871SQ02818433
公開日2004年12月22日 申請日期2002年8月28日 優先權日2001年9月20日
發明者R·布里斯伯格, R 布里斯伯格 申請人:Sms迪馬格股份公司