CN101522323A - 用于净化金属带的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于净化金属带(1)的方法。为了改善金属带的净化，按照本发明，金属带(1)首先在净化装置(3)的第一区域(2)用至少一个液体射束进行第一高压净化(4)，紧接着金属带(1)在净化装置(3)的第二区域(5)进行超声波净化(6)，在超声波净化时使金属带(1)穿过充满液体的容器。本发明还涉及用于净化金属带的装置。

Description

用于净化金属带的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于净化金属带的方法。本发明还涉及用于净化金属带的装置。

背景技术

对于精制的精细薄板产品的基本要求是在后面的加工过程中的良好加工性和最终产品的长期防腐。这些特性主要取决于施加在金属带表面上的功能层。在功能层、例如锌层与钢带表面之间的复合首先涉及边界面中的粘附力。表面的不洁性、如金属馏出物和油或乳液残留物会降低粘附性。因此功能层无法实现其任务。它只能不均匀地涂覆或者在机械负荷下易于脱离。

为了尤其使待精制的金属带表面上的干扰性粘附物在进入精制工艺前脱离，通常使金属带在钢带净化设备中与碱性净化剂强烈地接触。在此在热镀锌线中的钢带净化大多由不同的碱性净化过程与最终的水性冲洗的组合所组成。

在热镀锌设备中或者在退火线中加工镀锌金属带时经常使用冷轧金属带，它必需在精制前仔细地净化。冷轧带由于轧制过程会留有轧制乳液和轧制残留物。金属带每面上约500mg/m²的污物一般由轧制乳液、铁馏出物和其它污物组成。以这种方式加载的金属带必需在后续表面精制前去除来自冷轧过程的这些残留物。

在现有技术中已知不同的方法，用于克服这一点。大多进行多级钢带净化。在此已知由刷子辅助的用于消除表面污物的碱性喷射净化、用于孔深度净化的电解净化和最终的、通过水以刷子辅助的多级冲洗组成的组合。作为净化剂使用碱基、表面活性剂基和磷基的水性溶液。

在这种金属带净化段的第一部分，使金属带置于所需的工艺温度并通过热的、碱性净化溶液去除表面污物。在喷射去油段对金属带强烈地喷射热净化介质，使其加热到所期望的温度水平并且用于溶解粗的、粘附的污物。在喷射去油时可以使金属带水平或垂直地移动。

在刷子去油时通过多个旋转的刷子去除金属带表面上的污物。在此刷洗装置一般配有两个或四个刷辊单元。为了净化带底面和带顶面，使刷子与对应辊前后错置地或者直接上下地设置。由于刷子与金属带表面的机械接触导致刷子明显的磨损。根据运行方式和所要求的质量大多必需约每三个月更换刷辊，这产生相当大的成本。

电解去油通过在金属带表面上直接形成气泡溶解更深地位于凹处的污物。这是在带垂直或水平移动时进行的。通过在电极副上施加外部电压在金属带的顶面和底面形成气泡。为了使在其中进行去油的容器电绝缘，这个容器是覆橡胶的钢容器。在中心导体工艺中在金属带表面与周围的电极之间产生电解反应，它导致形成氧气泡和氢气泡。氢气的形成需要费事的安全技术，以避免爆炸气爆炸的危险。因此必须向过程容器持续地输送用于强制排气的大量空气。因此电解去油存在各种缺陷。

接着、即在电解处理以后，要在冲洗过程中用刷子处理金属带表面，由此溶解剩下的表面层。这个刷子装置大多也配有两个或四个刷辊单元，其中刷子与对应辊前后错开地或者直接上下地设置。在这里也存在机械磨损的缺陷，因此也必需每三个月更换刷子。

最后在多次级联冲洗中用热的去矿物质的水冲洗金属带表面，完全去除净化溶剂。在这里前后地使用两个至四个通过挤出辊单元分开的喷射冲洗单元。级联式地导引冲洗液体使水耗最小化。在结束金属带清洗以后由带棱边吹气和带干燥器的组合保证完全地并且在整个带宽上均匀地干燥带表面，用于抑制液体的转换。

在有利的条件下以上述方式在金属带净化设备中能实现约90％的净化率，即，金属带的原始污物降低到约10％。

为了净化金属带在现有技术中还已知其它溶剂，其中大多只能达到上述净化的部分效果。

在EP 0 235 595 A2中描述了金属带净化设备，其中代替常见的刷子紧接着电解之后使用高压净化。在此具有电解的预去油、通过旋转刷子的机械净化或高压净化、继续电解去油、通过旋转的刷子再次机械净化或高压净化、最后的冲洗。上述方式由于电解而需要大量的安全装置用于避免爆炸气爆炸。

由EP 0 601 991 B1已知一种用于净化金属带的装置，它仅仅通过高压液体射束以最大60巴的压力实现。由此实现的净化率不总是足够的。

在RU 2 191 641 C1中公开了一种净化装置，其中待净化的金属带输送到一个容器里面，在其中超声波振荡器设置在金属带表面附近。通过超声波感应的气蚀使金属带表面的污物爆裂。总体上通过上述净化装置实现的净化率不是在所有情况下都是足够的。

在按照US 47 88 992的解决方案中也使用超声波，用于净化金属带。在这里金属带水平地在两个板式的超声振荡器之间移动，它们以不同的频率振动。该装置围绕待净化的金属带产生一个超声波近场，由此溶解污物。

JP 09171986 A公开了一种喷嘴，通过它使超声波净化液体喷射到待净化的金属带上。在喷嘴前面和后面紧接着设置高压净化喷嘴作为用于超声波净化液体喷嘴的单元，用于改善净化效果。

EP 0 578 824 B1使待净化的金属带从充满净化液体的液体容器中引出来，使金属带在独立腔室里面进行超声波净化。

按照US 59 75 098同样涉及金属带超声波净化，但是在这里超声波的产生位置直接通过来自高压净化喷嘴的净化剂加载。

按照WO 02/18065 A2也提出使用超声波净化，而US 64 88 993示出一种解决方案，其中没有详细示出用于金属带的净化装置。

所有已知的解决方案或多或少涉及净化方法或净化装置的某些方面。总之对于高效金属带净化设备来说在经济和净化质量方面比通过现有方法和装置所能实现的提出更高的要求。此外一个经常不被充分注意到的评价标准是生态方面，因为使用化学净化剂增加环境负荷并且在满足相应的法律义务时也是高成本的。

已知的净化方法在投资成本、能源成本和工作介质成本方面以及在净化装置的效率方面也不利地存在亏空问题。

发明内容

因此本发明的目的是，改进上述形式的方法和装置，避免现有缺陷。总体上要实现一种更有利的金属带净化方法和相应的装置，通过这种方法或装置能够在金属带精制前实现更经济的、更有效的并且也更环保的净化。

这个目的通过本发明在方法方面由此得以实现，对金属带首先在净化装置的第一区域用至少一个液体射束进行第一高压净化，紧接着对金属带在净化装置的第二区域进行超声波净化，在超声波净化时使金属带穿过充满液体的容器。

本发明使金属带的高压净化与接着的超声波净化组合。在此已经证实，这两个工艺步骤的接续带来改善的净化效果。在此最好使第一区域与第二区域在空间上间隔开。

可以紧接着超声波净化过程在净化装置的第三区域中对金属带用至少一个液体射束进行第二高压净化。在此同样使第二区域与第三区域在空间上间隔开。

使第一高压净化和必要时也使第二高压净化通过施加至少一个覆盖待净化金属带宽度的液体射束实现，该液体射束以50巴至200巴、最好100巴至120巴的压力施加到金属带的表面上，由此能够达到最佳效果。

可以使金属带在至少一次高压净化时和/或在超声波净化时垂直移动。

有利地在第一高压净化时和必要时在第二高压净化时使用的液体加热到至少60℃的温度，最好加热到大于80℃。

为了使从金属带上脱离的污物颗粒化合并由此防止污物颗粒在净化剂循环时再进入到金属带表面上，一种改进方案是，在第一高压净化时、在超声波净化时和必要时在第二高压净化时使用的液体包含用于化合已去除污物的表面活性剂。

此外在第一高压净化时、在超声波净化时和必要时在第二高压净化时使用的液体可包含表面活性剂和/或磷酸盐。还可以使所使用的液体是碱性的。

如同在现有技术中已知的那样，可以在第一高压净化之前尤其在浸渍容器或喷射容器中进行金属带的喷射去油。在此可以使金属带的喷射去油通过介质、尤其是净化介质实现，该介质具有至少60℃、最好大于80℃的温度。在第二高压净化以后可通过水冲洗金属带，尤其是级联冲洗。

用于净化金属带的装置的特征是具有第一区域和第二区域，在第一区域中设置高压净化装置，第二区域在金属带的输送方向上后置并且在第二区域中设置超声波净化装置，其中该超声波净化装置具有容器，它可填充液体并且在其中设置超声波发射机构。

所述超声波发射机构在一个壳体里面、尤其是特种钢壳体里面在容器内部设置在金属带两侧。所述高压净化装置和超声波净化装置优选具有分开的容器，金属带穿过这些容器。第二高压净化装置可以设置在沿金属带输送方向后置于超声波净化装置的第三区域里面。所述高压净化装置可以具有至少一个在金属带整个宽度上延伸的高压喷嘴梁。所述高压净化装置在第三区域可以具有单独的容器，金属带穿过该容器。

沿金属带的输送方向在第一高压净化装置的前面优选设置用于使金属带喷射去油的机构。此外优选沿输送方向在第二高压净化装置的后面设置用于冲洗金属带的机构。

因为在高压净化时不可避免地形成泡沫，因此特别优选地规定，使所述高压净化装置具有皮托式管道泵，用于产生高压液体。

这种泵由两个主要部件组成，即一个旋转的泵壳和一个在内部静止设置的皮托式管(皮托-皮托管-压力原理)。要输送的液体通过位于进入端的滑环密封通过管通道进入旋转的转子壳体并且速度提高。离心力使液体挤到定子边缘上，由此在入口上产生抽吸作用并且在转子中产生加速液体环。在液体进入到静止的皮托管时动能转换成位能，即，压力升高。通过这种方式可以在定子转速约8000转/分时达到高达200巴的压力。在皮托管中处于恒压下的液体流到出口，即泵的高压端。

通过本发明特征的组合实现一种净化方法和一种净化装置，具有高的净化效率并且能够实现经济的运行方式。尤其是没有刷子系统与待净化的金属带机械接触，因此使设备磨损最小化。

附图说明

在附图中示出本发明的实施例。在唯一的附图中简示出在金属带热镀锌之前用于净化金属带的净化装置。

具体实施方式

附图示出用于净化金属带1的净化装置3，它在装置3的输送方向F(从左)输送并且再离开装置(向右)。在此金属带1连续地以给定的输送速度穿过净化装置3移动。该净化装置3在本实施例中规定用于冷轧钢带1的高效热镀锌线或退火线。

所述净化装置3主要具有三个沿输送方向F相互衔接的区域，即第一区域2、第二区域5和第三区域7。在第一区域2中设置第一高压净化装置4，在第二区域5中设置超声波净化装置6而在第三区域7中设置第二高压净化装置8。

用于喷射去油的机构16位于第一区域2前面，如同在现有技术中早就已知的那样。紧接着第三区域7具有用于冲洗的机构17，同样如同已知的那样。

在用于喷射去油的机构16中使金属带1通过浸入热净化剂(在浸入池的情况下)或者通过喷射热净化剂(在喷射池的情况下)加热并且脱掉轻微粘附的表面污物。

通过两个S辊道18和19使金属带1保持在张力下。

重要的是，整个净化装置3是无刷子的，即，不象在现有技术已知和常见的那样使用旋转净化刷子。仅仅通过在附图中所示的机构实现金属带1的全部净化。在刷子的刷头与金属带1之间的机械接触导致相应高度磨损，这又导致高运行成本。按照本发明避免了这一点。

本发明的另一重要方面是，同样放弃在现有技术中广泛使用的电解去油机构。电解去油工艺要求处理容器结构很复杂。在工艺中产生氧气和氢气还带来安全问题。按照本发明通过省去电化学反应彻底简化装置的结构。按照本发明的无气体产生的工艺对于容器排气没有特殊规定并且在安全技术方面不是苛刻的。

所述第一高压净化装置4具有单独的容器13，在其中高压喷嘴梁14设置在金属带1两侧。在本实施例中总共四个梁14用于金属带1垂直向下和垂直向上升高的分支。

所述高压净化使通过表面活性工艺(在净化剂中的表面活性剂)与通过液体射束动能机械去除的表面净化相结合。热的净化液体以高速碰撞到带表面上。疏松的表面覆层被冲掉。稳定的层通过碰撞液体的动能变得疏松并同样被冲掉。在添加的钢带净化剂中的脂质成份部分地支持净化工艺。表面活性剂的主要作用是使去除的污物结合在液体中。去除的覆层在液相内部化合并且不再与带表面接触。通过这种方式避免再油化或再污染。没有表面活性剂成份将可能使去除的污物中的油分量由于其更小的密度和非极化的结构悬浮在液体里面并且可能在重新与带表面接触时再沉积在那里。

通过皮托式管道泵20产生对于高压净化所使用的液体必需压力。净化剂通过吸管进入泵室。与常见的回转泵不同，对于这种泵所述泵室是转子。净化剂在旋转的泵室中被带到非常高的旋转速度。在旋转的液体中竖立位置固定的皮托管。在这个管中使介质的旋转动能转换成压力位能。通过介质的高旋转速度在压力管中建立液体压力，它可以毫无问题地达到且超过100巴。经济的使用高压净化需要通过泵20循环导引净化剂并由此使多相液体(由液相净化剂和形成的气体或泡沫气泡组成)多次循环。在使用碱性的、含表面活性剂的净化剂时不能完全避免在介质中形成泡沫。在回转泵或活塞泵中已经微少的气体成份在介质中导致泵室内气蚀损伤并由此在短时间后导致泵失效。所建议的皮托式管道泵的特征是在输送介质中相对于空气或泡沫(气体分量小于10容积百分比)的相对较大的不敏感性。气体分量由于压力分布中心地聚集在液体的内部，在那里液体不能与变化的压力特性在外部位置固定竖立的皮托管中接触。在泵室中在其旋转中心形成具有气泡的快速旋转的液体环。滑动环密封的附加外部冲洗减少了由于介质中的颗粒引起的磨损。

在第二区域5中设置超声波净化装置6，具体说是在独立的容器9里面。在这里金属带1在第一分支中垂直向下移动而在第二分支中垂直向上移动。在金属带1两侧、而且在两个分支中设置多个超声波发射机构10或11，其中这些发射机构安置在特种钢壳体12里面，这些壳体与容器9的壁体连接。

超声波净化使通过表面活性的工艺(在带净化剂中的表面活化)的表面净化与通过爆聚气泡的动能的机械去除相结合。超声波振荡导致在介质室中的局部压力波动。在压力下降到所释放的气体的气体压力或液体蒸汽压力以下的范围中形成极小的气蚀气泡。因为人为的导致形成气泡的条件只瞬时地存在，因此气泡又迅速地爆聚。由此引起的压力波导致在带表面上的污物的爆裂，压力波由于气泡的爆聚尤其在带表面上感应到液体里面。疏松的表面层被去除。稳定的层由于压力波疏松并同样被冲掉。在添加的带净化剂中的活性分量与在上述的高压净化中一样辅助净化工艺。

通过超声波净化的最大优点除了高质量和还原性以外同时机械且无接触地净化材料。因此可以根据净化要求放弃侵蚀性的化学药品和高温。在水性超声波净化支持下的化学添加剂(净化剂)按百分比以更加微小的程度添加，并且在选择中与存在的污物相比，与施加所需的超声波功率和工作频率是同样重要的。因此根据使用和应用领域超声波净化提供了高效和均匀的净化效果，没有其它净化工艺能够实现。

所使用的超声波振荡技术不需要特殊的溶池维护。如上所述，超声波发射机构10，11通过特种钢壳体12包壳。壳体材料可以适配于溶液介质。该容器9由浸入池构成，用于保证足够的介质用于使声波传递到带表面上。在浸入池中只调整适当的流速，用于使所形成的气泡不立刻从带表面上冲掉或者阻止声波的扩展。

在第三区域7中设置第二高压净化装置8，它同样具有单独的容器15。在这个容器中对应于第一高压净化装置4在金属带1两侧设置高压喷嘴梁14。

在不同的实际试验中已经检验了组合的高压和超声波技术的有效性。借助于所进行的检验能够确定，工艺上脏污的钢带可以通过高压和超声波净化以良好的结果净化。高压净化能够产生良好的粗净化。高压水射束的动能作用于表面层。缺陷层被去除。更深地位于钢带1表面凹坑里面的污物通过超声波净化溶解和去除。通过超声波振荡激励在带表面上形成和爆聚的极小气泡使粘附的残余层爆裂。

也有利的是，使现有的设备必要时可以改装成按照本发明的净化装置3。通过各高压喷嘴梁副可以替换刷子去油和刷子冲洗。电解去油段通过将电极系统更换相应的超声波系统组成超声波净化段。

通过高压喷嘴梁副替换刷子去油。在此高压喷嘴梁副位于端部或者紧靠在喷射去油后面。在此时钢带已经加热到所需的温度，以支持所使用的净化剂的最佳效果并且使泡沫形成最小化。高压水射束可以与介质中的净化活化物质共同作用去除位于带表面上的污物。由于水射束的高动能实现无接触地并由此在非常长的时间间隔上实际无磨损地去除。

电解净化通过超声波净化替换明显简化了钢带净化装置的结构。用于钢带净化装置的容器结构是没有绝缘橡胶的(与在电解时必需的那样)纯钢容器。无需具有外部电源的电解系统。超声波净化与电解净化不同，不释放电解气体。因此无需费事的安全装置。而是使工艺容器连接在简单的排出设备上。

通过在第三区域7中的第二高压喷嘴副(高压喷嘴梁14)替换刷子冲洗。该高压喷嘴梁副位于始端上或者紧靠地位于相连的级联冲洗17的第一级前面。在此时由在超声波净化中溶解的污物膜位于钢带1的表面上，这个膜可以由在第三区域7中通过与净化活化物质在介质中的共同作用去除。由于水射束的高动能无接触地实现去除，由此在很大程度上无磨损。

通过使用高压净化技术替换机械刷子装置省去备用刷子的成本，刷子作为磨损件在已知的净化装置中必需定期地更换。超声波净化替换电解净化为了实现所期望的净化效果消耗更少的能量。工艺技术的紧凑结构形式对于在钢带处理线中设计和构造节省空间的大功率净化提供了新的机会。

此外已经证实，由于提高钢带净化的效率以所建议的净化方法可以明显节省净化化学品。可以减少在净化剂中的环境负荷的组成部分(表面活性剂、磷酸盐等)。可以通过更少的成本和能耗实现废水的净化。

可以有选择地水平或垂直地在净化装置3的各个区域中实现带移动。

原则上，除了所建议的本身可以更换的装置部件外，还可具有在现有技术中已知的部件，即例如喷射净化机构、刷子净化机构和电解净化机构。

附图标记清单

1 金属带

2 第一区域

3 净化装置

4 第一高压净化装置

5  第二区域

6  超声波净化装置

7  第三区域

8  第二高压净化装置

9  容器

10 超声波发射机构

11 超声波发射机构

12 壳体

13 容器

14 高压喷嘴梁

15 容器

16 用于喷射去油的机构

17 用于冲洗的机构

18 S辊道

19 S辊道

20 皮托式管道泵

F  输送方向

Claims (22)

1.用于净化金属带(1)的方法，其特征在于，对金属带(1)首先在净化装置(3)的第一区域(2)用至少一个液体射束进行第一高压净化(4)，紧接着对金属带(1)在净化装置(3)的第二区域(5)进行超声波净化(6)，在超声波净化时使金属带(1)穿过充满液体的容器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一区域(2)与第二区域(5)在空间上间隔开。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，紧接着超声波净化过程(6)在净化装置(3)的第三区域(7)中对金属带(1)用至少一个液体射束进行第二高压净化(8)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，第二区域(5)与第三区域(7)在空间上间隔开。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，使第一高压净化必要时也使第二高压净化(4，8)通过施加至少一个覆盖待净化金属带(1)宽度的液体射束实现，该液体射束以50巴至200巴、最好100巴至120巴的压力施加到金属带(1)的表面上。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，使金属带(1)在至少一次高压净化(4，8)时和/或在超声波净化(6)时垂直移动。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在第一高压净化(4)时和必要时在第二高压净化(8)时使用的液体加热到至少60℃的温度，最好加热到大于80℃。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在第一高压净化(4)时、在超声波净化(6)时和必要时在第二高压净化(8)时使用的液体包含用于化合已去除污物的表面活性剂。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在第一高压净化(4)时、在超声波净化(6)时和必要时在第二高压净化(8)时使用的液体包含表面活性剂和/或磷酸盐。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在第一高压净化(4)时、在超声波净化(6)时和必要时在第二高压净化(8)时使用的液体是碱性的。

11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，在第一高压净化(4)之前尤其在浸渍容器或喷射容器中对金属带(1)进行喷射去油。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，对金属带(1)喷射去油通过介质、尤其是净化介质实现，该介质具有至少60℃、最好大于80℃的温度。

13.如权利要求3至12中任一项所述的方法，其特征在于，在第二高压净化(4)以后用水冲洗金属带(1)，尤其是级联冲洗。

14.用于净化金属带(1)的装置(3)，其特征在于，具有第一区域(2)和第二区域(5)，在第一区域中设置高压净化装置(4)，第二区域在金属带(1)的输送方向(F)上后置并且在第二区域中设置超声波净化装置(6)，其中该超声波净化装置(6)具有容器(9)，它可填充液体并且在其中设置超声波发射机构(10，11)。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述超声波发射机构(10，11)在一个壳体(12)里面、尤其是特种钢壳体里面在容器(9)内部设置在金属带(1)两侧。

16.如权利要求14或15所述的装置，其特征在于，所述高压净化装置(4)和超声波净化装置(6)具有分开的容器(13，9)，金属带(1)穿过这些容器。

17.如权利要求14至16中任一项所述的装置，其特征在于，第二高压净化装置(8)设置在沿金属带(1)输送方向(F)后置于超声波净化装置(6)的第三区域(7)里面。

18.如权利要求14至17中任一项所述的装置，其特征在于，所述高压净化装置(4，8)具有至少一个在金属带(1)整个宽度上延伸的高压喷嘴梁(14)。

19.如权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述高压净化装置(8)在第三区域(7)具有单独的容器(15)，金属带(1)穿过该容器。

20.如权利要求14至19中任一项所述的装置，其特征在于，沿金属带(1)的输送方向(F)在第一高压净化装置(4)的前面设置用于使金属带(1)喷射去油的机构(16)。

21.如权利要求17至20中任一项所述的装置，其特征在于，沿输送方向(F)在第二高压净化装置(8)的后面设置用于冲洗金属带(1)的机构(17)。

22.如权利要求14至21中任一项所述的装置，其特征在于，所述高压净化装置(4，8)具有皮托式管道泵(20)产生高压液体。

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