CN102031544B - 带钢连续电镀锡生产方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带钢连续电镀锡生产方法及设备，生产方法包括化学脱脂步骤、电解脱脂步骤、电解酸洗步骤、电镀锡步骤、烘干步骤、软熔步骤、电解钝化步骤及涂油步骤，在所述软熔步骤中，采用频率可调的电阻软熔装置对所述带钢进行软熔。本发明较普遍采用的工频电阻加高频感应联合软熔，生产线不再需要配置高频感应软熔装置，整个生产线的其他部件不需要做改变，不但能彻底解决电阻软熔电源三相变单相导致的网端电流不平衡、电网污染、设备损耗高、功率因数低、谐波成分大等问题，而且通过调整频率的变化，能有效消除低镀锡量镀锡板的木纹缺陷。

Description

带钢连续电镀锡生产方法及设备
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体地说，是涉及带钢连续电镀锡生产方法及设备。 
背景技术
带钢连续电镀锡生产中，软熔是一道重要的工序，它将镀锡带钢加热到锡的熔点232℃以上，使带钢表面的锡层熔化流动并产生金属光泽，然后带钢立即被浸入水中，变成光亮镀锡板。在软熔过程中，一部分锡与带钢反应，生成锡铁合金层，该合金层可提高镀锡板的耐蚀性及锡层对带钢的附着力。软熔工艺作为电镀锡线的关键工艺之一，在控制和提高产品质量方面起着举足轻重的作用。软熔电源的合理设计，也能有效地降低能耗。 
以前的电镀锡生产中采用工频电阻软熔装置对镀锡带钢进行软熔，但在生产低镀锡量(1.1g/m2和2.8g/m2)的镀锡板时表面经常出现木纹状条纹，这种缺陷表现为表面锡层呈明暗相间的条纹，但明暗条纹的锡层厚度却一样。这种缺陷俗称“木纹”，虽然它不影响产品的使用性能，但影响外观。木纹缺陷与带钢表面的粗糙度、前处理状况、生产线线速度、镀锡量等有关，为消除木纹，或加大镀锡量以掩盖木纹，或增加高频感应软熔装置(如专利号为“ZL200820122590.5的中国实用新型专利公开的结构)，前者增加了锡耗，后者增加了设备和运行时的电能，都加大了生产成本。 
并且，采用工频电阻软熔还有一个潜在问题和风险，即其电源的获得方式：采用三相变单相变压器获得单相交流电。180m/min的电镀锡生产线中，电阻软熔电源的加热功率为1500KW，随着线速度的提高，电阻软熔电源的加热功率也随之加大，如在400m/min的电镀锡生产线中，电阻软熔电源的加热功率约为4000KW。若单相供电仍采用三相变单相变压器方式，4000KW大功率不平衡负载造成的潜在风险有： 
(1)由于用电电流不平衡，给上一级电网造成污染，被污染电网电器设备效率降低，严重时这些设备不能工作或被烧毁； 
(2)设备损耗增加，包括不平衡引起的线损、三相变单相变压器的损耗、功率因数低、杂波大引起的损耗、感应加热效率低增加的损耗等； 
(3)由于电流不平衡，变压器只有64％使用率，因此设备装机容量大； 
(4)电阻软熔电压与线速度的平方根成正比，而感应加热量与线速度的关系较复杂，感应加热量与带钢的受热量有时是非线性的，所以电阻软熔电压的控制比感应软熔电压的控制要简单易行； 
(5)镀锡生产线升降速时，感应软熔的加热线圈很难随着软熔线移动，容易生成次品。 
基于上述所述，发明人认为实有必要提供一种能消除电镀锡带钢木纹缺陷的带钢连续电镀锡生产方法及设备以改善上述问题。 
发明内容
本发明的目的是针对带钢连续电镀锡生产过程中采用工频电阻软熔装置或工频电阻软熔装置加高频感应软熔装置进行软熔存在的不足，提供一种带钢连续电镀锡生产方法。 
为了实现上述目的，本发明的带钢连续电镀锡生产方法，包括化学脱脂步骤、电解脱脂步骤、电解酸洗步骤、电镀锡步骤、烘干步骤、软熔步骤、电解钝化步骤及涂油步骤，在所述软熔步骤中，采用频率可调的电阻软熔装置对所述带钢进行软熔，所述频率可调的电阻软熔装置包括变频电源，所述变频电源又包括：三相整流变压器，用于向带钢提供加热电压；以及多个对所述三相整流变压器的输出电压进行整流逆变输出的整流逆变功率模块，所述整流逆变功率模块又包括整流电路和连接在所述整流电路输出端上的多个IGBT模块；其中，所述IGBT模块连接一控制模块，该控制模块根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整所述IGBT模块。 
上述的带钢连续电镀锡生产方法，其中，所述电阻软熔装置的频率变化范围为50Hz～200Hz。 
上述的带钢连续电镀锡生产方法，其中，采用频率可调的电阻软熔装置对所述带钢进行软熔步骤中，又包括如下步骤： 
a、通过所述整流电路对经过所述三相整流变压器输来电源进行整流的步骤； 
b、通过一滤波器对所述整流后的电源进行滤波的步骤； 
c、通过所述多个IGBT模块对滤波后的电源进行逆变输出的步骤。 
上述的带钢连续电镀锡生产方法，其中，在所述c步骤中，包括根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的步骤。 
上述的带钢连续电镀锡生产方法，其中，在所述根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整逆变输出频率步骤中，包括一控制模块根据其内部的存储器存储的参数曲线调整IGBT模块的步骤。 
进一步地，本发明还提供能实现上述生产方法的带钢连续电镀锡设备，包括化学脱脂单元、电解脱脂单元、电解酸洗单元、电镀锡单元、烘干单元、软熔单元、电解钝化单元及涂油单元，所述软熔单元包括频率可调的电阻软熔装置，所述频率可调的电阻软熔装置包括变频电源，所述变频电源又包括：三相整流变压器，用于向带钢提供加热电压；以及多个对所述三相整流变压器的输出电压进行整流逆变输出的整流逆变功率模块，所述整流逆变功率模块又包括整流电路和连接在所述整流电路输出端上的多个IGBT模块；其中，所述IGBT模块连接一控制模块，该控制模块根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整所述IGBT模块。 
上述的带钢连续电镀锡设备，其中，所述多个整流逆变功率模块的输出端串联或并联。 
上述的带钢连续电镀锡设备，其中，所述控制模块内部的存储器存储有参数曲线，所述控制模块根据所述参数曲线调整所述IGBT模块以调整多个整流逆变功率模块串联或并联后的输出频率。 
上述的带钢连续电镀锡设备，其中，所述控制模块内部的存储器存储有参数曲线，所述控制模块根据所述参数曲线调整所述IGBT模块以调整多个整流逆变功率模块串联后的输出电压或并联后的输出电流。 
本发明的有益功效在于，较普遍采用的工频电阻加高频感应联合软熔，生产线不再需要配置高频感应软熔装置，整个生产线的其他部件不需要做改变，不但能彻底解决电阻软熔电源三相变单相导致的网端电流不平衡、电网污染、设备损耗高、功率因数低、谐波成分大等问题，而且通过调整频率的变化，能有效消除低镀锡量镀锡板的木纹缺陷。 
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。 
图1为本发明的带钢连续电镀锡设备的结构简图； 
附图说明
图2为本发明的带钢连续电镀锡设备中软熔单元的结构简图； 
图3为图2中的一实施例的频率可调的电阻软熔装置的结构原理图； 
图4为图3中的整流逆变功率模块的电路原理图； 
图5为图2中的另一实施例的频率可调的电阻软熔装置的结构原理图； 
图6为图5中的整流逆变功率模块的电路原理图； 
图7为本发明的带钢连续电镀锡生产方法流程图； 
图8为图7中的软熔步骤流程图； 
图9为本发明一实施例的控制参数曲线图； 
图10为本发明另一实施例的控制参数曲线图。 
其中，附图标记 
10   带钢连续电镀锡设备 
200  软熔装置 
210  第一接地辊 
220  第一扼流圈 
230  第一导电辊 
240  第二导电辊 
250  第二扼流圈 
260  第二接地辊 
270  变频电源 
271  三相整流变压器 
272  整流逆变功率模块 
2721 整流电路          2722  滤波电容器 
2723 IGBT模块 
2724 滤波电感 
274  单相变压器 
280  控制模块 
400  软熔塔 
500  第一转向辊 
600  第二转向辊 
700  挤干装置 
下面结合附图对本发明的带钢连续电镀锡设备作具体的描述： 
具体实施方式
参阅图1带钢连续电镀锡设备的结构框图，带钢连续电镀锡设备10包括化学脱脂单元、电解脱脂单元、电解酸洗单元、电镀锡单元、烘干单元、软熔单元(其中包括淬水单元)、电解钝化单元、烘干单元及涂油单元。其中软熔单元是带钢连续电镀锡设备中非常重要的单元。 
参阅图2本发明的带钢连续电镀锡设备的软熔单元结构简图，带钢连续电镀锡设备的软熔单元包括设置在带钢行进方向(图中箭头所指方向)软熔装置200、软熔塔400、改变带钢方向的转向辊500、600以及挤干装置700。 
本发明中的软熔装置200为频率可调的电阻软熔装置，参阅图2，软熔装置200设置在带钢行进方向上，其包括在带钢行进方向上依次设置的第一接地辊210、第一扼流圈220、第一导电辊230、第二导电辊240、第二扼流圈250、第二接地辊260，第一导电辊230和第二导电辊240与一变频电源270电连接，该变频电源270与控制模块280连接，第一扼流圈220上设有使带钢穿行的通道(图中未示出)，第二扼流圈250上设有使带钢穿行的通道(图中未示出)，其中，第一导电辊230和第二导电辊240不能接地，并且第一接地辊210和第二接地辊260之间的辊也不能使带钢接地。 
为了达到频率可调的目的，变频电源270连接一控制模块280，该控制模块280根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整变频电源270输出频率或/和输出电压。 
参阅图3和图4，本发明一实施例的变频电源270包括三相整流变压器271(以下称整流变压器T1)、整流逆变功率模块272和单相变压器274。其中，整流变压器T1用于向带钢提供加热电压；整流逆变功率模块272对整流变压器T1的输出进行整流逆变后输给单相变压器274。本实施例中，该整流变压器T1原边采用Y型接法，副边绕组采用延边三角型接法，各副边绕组相互之 间保持60°/n的相位差，整流变压器T1接入n组整流逆变功率模块272整流负载后，形成多脉冲整流方式，谐波电流相互抵消，使整流变压器T1网侧绝大多数的谐波成分被消除。每组整流逆变功率模块272包括整流电路2721(此处的整流电路为二极管整流电路)，滤波电容器2722和IGBT功率模块2723，整流电路2721的输出端上连接滤波电容器2722，整流变压器T1输出的电压经整流电路2721整流且经滤波电容器2722滤波后输入至IGBT模块2723；每组整流逆变功率模块272中的IGBT模块2723为多个(本实施例给出了4个IGBT模块2723，在实际使用中，并不以此为局限)，每一IGBT模块由一IGBT管和一反接在该IGBT管上的快速恢复二极管组成。该n组整流逆变功率模块272相互串联后连接在三相整流变压器271输出端上。本实施例中，变频电源的输出电压是由整流逆变功率模块272输出串联，电压叠加，形成一个高电压输出给输出单相变压器274，再由单相变压器274降到软熔需要的电压值。 
上述变频电源270的工作原理为：整流变压器T1的每个副边绕组向一个整流逆变功率模块272单独供电，使整流逆变功率模块272主回路在低压状态独立工作。整流逆变功率模块272都是相同的交流→直流→交流电压型单相常规低压变频器，由于各个整流逆变功率模块272输出串联连接，总的输出电压为各个整流逆变功率模块输出电压之和，每个整流逆变功率模块输出都是等幅脉宽调制PWM电压波形，但各个整流逆变功率模块的PWM波形间有一定的相位移，模块输出串联叠加，组成一个接近正弦波形的阶梯波形。整流逆变功率模块越多，相对于输出总波形台阶越小，串联叠加后的波形就越接近正弦，且dv/dt越小，有效降低输出谐波产生的不良影响。电源的输出频率是与各个整流逆变功率模块的输出有关，调整各个整流逆变功率模块的波形，可以改变串联叠加后的输出频率或/和输出电压。每个整流逆变功率模块272可以对自身电路进行检测，控制模块280可以通过闭合整流逆变功率模块272输出端的开关，将问题整流逆变功率模块退出，输出损失的电压由其他的整流逆变功率模块承担，保证整个变频电源继续工作。 
参阅图5和图6，其分别为另一实施例的频率可调的电阻软熔装置的结构原理图及整流逆变功率模块的电路原理图。本实施例与前述实施例的结构大致相同，所不同的是变频电源的输出是由n组整流逆变功率模块272输出并联，电流叠加，电源输出总电流为各个整流逆变功率模块272输出电流之和。每组 整流逆变功率模块272包括整流电路2721(此处的整流电路为可控硅整流电路)，滤波电感2724和IGBT功率模块2723，整流电路2721的输出端上连接滤波电感2724。本实施例中的每个整流逆变功率模块272也可以对自身电路进行检测，控制电路280可以通过断开整流逆变功率模块272输出端的开关，将问题整流逆变功率模块272退出，输出损失的电流由其他的整流逆变功率模块272承担，保证整个变频电源继续工作。 
本发明给出的频率可调的电阻软熔装置输出频率的变化与输出电压值(或电流值)无关，不会影响软熔所需电压(或电流)，因此用户可以在某一需要电压下，随意在输出频率范围内选择需要的频率值，以达到消除木纹的目的。 
本发明的带钢连续电镀锡设备的带钢连续电镀锡生产方法，包括化学脱脂步骤S100、电解脱脂步骤S200、电解酸洗步骤S300、电镀锡步骤S400、烘干步骤S500、软熔步骤S600、电解钝化步骤S700、再次烘干步骤S800及涂油步骤S900，在软熔步骤S600中，采用上述的频率可调的电阻软熔装置S200对带钢进行软熔。 
表一不同条件下，消除木纹缺陷所需要的电源最低频率值 
Figure DEST_PATH_GDA0000097755490000061
通过大量的实验发现，提高软熔电源的频率可以消除低镀锡量镀锡板的木纹缺陷。见表一，不同条件下，消除木纹缺陷所需要的电源最低频率值不同，线速度越高，消除木纹缺陷所需要的最低频率值越低。提高该最低频率值，对镀层及板面没有发现不良影响。考虑到大功率电源的制作难度和成本，结合大量的实验数据，推荐电阻软熔装置的频率变化范围为50Hz～200Hz。对于差厚镀层，则使用两种镀锡量中消除木纹缺陷需要的电源最低频率值中较高的频率值，如2.8/1.1(g/m2)的镀层，在300m/min的线速度下，消除木纹缺陷需要的电源最低频率值为120Hz。 
如图7和图8所述，采用频率可调的电阻软熔装置200对带钢进行软熔步骤S600中，又包括如下步骤： 
S610：通过一整流电路对经过一三相整流变压器输来的电源进行整流的步骤； 
S620：通过一滤波器对所述整流后的电源进行滤波的步骤； 
S630：通过多个IGBT模块对滤波后的电源进行逆变输出的步骤。 
并且，在S630步骤中，包括根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的步骤，以调整多个整流逆变功率模块串联或并联后的输出频率，或者以调整多个整流逆变功率模块串联后的输出电压或并联后的输出电流。 
需要说明的是，调整IGBT模块可以通过调节Q1、Q2、Q3、Q4(见图4及图6)的通断或/和导通时间来达到调制PWM电压波形的目的，由于这属于现有技术范畴，在此就不多做赘述。 
另外，结合上述表一，在所述根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的步骤，以调整多个整流逆变功率模块串联或并联后的输出频率中，在所述带钢镀锡量为定值时，带钢运行线速度越高，所述多个整流逆变功率模块串联或并联后的输出频率越低；在所述根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的步骤，以调整多个整流逆变功率模块串联后的输出电压步骤中， 在所述带钢镀锡量为定值时，带钢运行线速度越高，所述多个整流逆变功率模块串联后的输出电压越大。 
进一步地，为了方便控制模块控制，控制模块内具有存储器，于该存储器内存储有参数曲线(参数曲线可如图9和图10所示)，控制模块根据参数曲线调整IGBT模块，以调整多个整流逆变功率模块串联或并联后的输出频率以及串联后的输出电压或并联后的输出电流。 
本发明较常规的电阻软熔和感应软熔的联合软熔方式，运行电能降低约10％-15％。 
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (9)

1.一种带钢连续电镀锡生产方法，包括化学脱脂步骤、电解脱脂步骤、电解酸洗步骤、电镀锡步骤、烘干步骤、软熔步骤、电解钝化步骤及涂油步骤，其特征在于，在所述软熔步骤中，采用频率可调的电阻软熔装置对所述带钢进行软熔，所述频率可调的电阻软熔装置包括变频电源，所述变频电源又包括：
三相整流变压器，用于向带钢提供加热电压；以及
多个对所述三相整流变压器的输出电压进行整流逆变输出的整流逆变功率模块，所述整流逆变功率模块又包括整流电路和连接在所述整流电路输出端上的多个IGBT模块；
其中，所述IGBT模块连接一控制模块，该控制模块根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整所述IGBT模块。
2.根据权利要求1所述的带钢连续电镀锡生产方法，其特征在于，所述电阻软熔装置的频率变化范围为50Hz～200Hz。
3.根据权利要求1或2所述的带钢连续电镀锡生产方法，其特征在于，采用频率可调的电阻软熔装置对所述带钢进行软熔步骤中，又包括如下步骤：
a、通过所述整流电路对经过所述三相整流变压器输来的电源进行整流的步骤；
b、通过一滤波器对所述整流后的电源进行滤波的步骤；
c、通过所述多个IGBT模块对滤波后的电源进行逆变输出的步骤。
4.根据权利要求3所述的带钢连续电镀锡生产方法，其特征在于，在所述c步骤中，包括根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的步骤。
5.根据权利要求4所述的带钢连续电镀锡生产方法，其特征在于，在所述根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的步骤中，包括一控制模块根据其内部的存储器存储的参数曲线调整IGBT模块的步骤。
6.一种带钢连续电镀锡设备，包括化学脱脂单元、电解脱脂单元、电解酸洗单元、电镀锡单元、烘干单元、软熔单元、电解钝化单元及涂油单元，其特征在于，所述软熔单元包括频率可调的电阻软熔装置，所述频率可调的电阻软熔装置包括变频电源，所述变频电源又包括：
三相整流变压器，用于向带钢提供加热电压；以及
多个对所述三相整流变压器的输出电压进行整流逆变输出的整流逆变功率模块，所述整流逆变功率模块又包括整流电路和连接在所述整流电路输出端上的多个IGBT模块；
其中，所述IGBT模块连接一控制模块，该控制模块根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整所述IGBT模块。
7.根据权利要求6所述的带钢连续电镀锡设备，其特征在于，所述多个整流逆变功率模块的输出端串联或并联。
8.根据权利要求7所述的带钢连续电镀锡设备，其特征在于，所述控制模块内部的存储器存储有参数曲线，所述控制模块根据所述参数曲线调整所述IGBT模块以调整多个整流逆变功率模块串联或并联后的输出频率。
9.根据权利要求7所述的带钢连续电镀锡设备，其特征在于，所述控制模块内部的存储器存储有参数曲线，所述控制模块根据所述参数曲线调整所述IGBT模块以调整多个整流逆变功率模块串联后的输出电压或并联后的输出电流。
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