CN103998641B - 对金属带热浸镀金属涂层的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对金属带(M)热浸镀金属涂层的装置和方法，在该方法中：金属带(M)连续通过熔池(3)；借助剥离装置(7)调整在熔池(3)出口处金属带(M)上的金属涂层厚度；借助气流(G1、G2)将熔池(3)上的熔渣(S)从离开熔池(3)的金属带(M)上去除。为了在该方法中通过简单且低成本的方式来防止熔渣触及离开熔池的金属带并从而确保最佳的表面质量，本发明提出，借助至少一个紧邻金属带(M)的喷嘴(10、11)使在金属带(M)宽度(B)上延伸的气流(G1、G2)对准熔池(3)的表面(6)以将熔渣(S)从金属带(M)上去除。

Description

对金属带热浸镀金属涂层的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种对金属带热浸镀金属涂层的方法，在该方法中：金属带连续通过熔池；借助剥离装置调整在熔池出口处金属带上的金属涂层厚度；借助气流将熔池上的熔渣从离开熔池的金属带上去除。以这种方式镀层的金属带通常是热轧钢带或冷轧钢带。
本发明也涉及一种对金属带热浸镀金属涂层的装置，其中该装置包括熔池、使金属带连续通过熔池的运输设备、用来调整熔池出口处金属带上的金属涂层厚度的剥离装置以及至少一个喷射气流的喷嘴，该气流将熔池上的熔渣从离开熔池的金属带上去除。
背景技术
开头所述类型的连续热浸镀加工展示了工业化的、经济的并且具有生态优势的工艺原理，通过该工艺原理可以例如为了防腐蚀而对金属板材产品涂覆金属涂层。因此，经事先在线上重结晶退火的金属带热浸镀Zn合金涂层(热镀锌)或热浸镀Al合金涂层(热镀铝)对于为汽车制造、家电制造以及机械制造中的板材应用生产预制材料来说具有重大意义。
在连续的热浸镀加工中，使经退火的金属带通过熔池，该熔池由形成各个涂层的金属熔体或者形成各个涂层的金属合金熔体构成，然后该金属带在熔池内部通过辊系至少转向一次并且在其运转过程中受到稳定，直至该金属带离开熔池。在离开镀层池之后由剥除喷嘴刮去多余的、尚且熔融的涂层材料。对此，一般通过气流吹刷进行刮除。但也可以采用纯机械作用的剥离系统。
在镀层池中的浸泡阶段，不可避免总会有些钢带的钢材熔入镀层池中。同时，熔融的镀层池始终直接接触周围空气。这两点导致在熔池中不可避免地形成熔渣。这些熔渣浮在熔池上形成所谓的“顶渣”。
如果离开镀层池的金属带夹带有顶渣，那么涂层质量会由于所产生的缺陷而受到持久的影响。例如，如果夹带的熔渣粘附在之后的辊轮上并结块，那么会产生所谓的“润滑条”或者带材由于挤压而受到损坏。这有时会由于经镀层金属带的返修和贬值而形成并不小的成本。较大的块状顶渣，即所谓的“渣块”，甚至会在通常连在生产线中的平整机上导致成本密集的轧辊损坏。
因此，设备操作员总是要费尽心思地尽可能避免经镀层的金属带夹带顶渣。
已知各种可能的方法，通过这些方法应该可以避免离开熔池的金属带夹带熔渣。
这里首先要提及的是手动-机械方法。对此在实践中工作人员借助拉拔器将顶渣在短的时间间隔中从镀层池去除。这种工作方式具有缺陷，即，顶渣的去除不是连续进行，由此总会形成短暂的时间窗口，在这些时间窗口中，顶渣会很容易触及出来的金属带。此外，在手动将顶渣从离开熔池的金属带周边去除的过程中，由于镀层池猛烈扬起以及由于金属带碰到剥离工具而使镀层质量受到影响。
同样已知所谓的排渣机械手，该排渣机械手以马达驱动的方式从各个熔池自动剥离熔渣。这种排渣机械手仿效手动剥离并且由于结构因素而不能够设置在任意热浸镀设备上。
另外，在实践中采用所谓的镜面辊，该镜面辊平行于离开熔池的金属带宽向轴而设置并且将与其接触的、附着在其表面上的熔渣从熔池中去除。DE102006030914A1中所描述的装置也属于这种现有技术，在该装置中马达驱动的操作工具以均衡的速度将顶渣从镀层池表面刮除。采用机械化的镜面辊或机械化的剥离工具实现了连续的工作方式。然而其中移动的部件始终接触镀层池。对此，日常工业表明，熔融镀层池的侵蚀性会在这些移动的结构件上形成明显的磨蚀。在对钢板镀Al基涂层(“热镀铝”)的过程中就会出现这种情况。
防止熔渣触及离开熔池的金属带的第三种可能方法在于镀层池的不断滚动以及冷却区的装置设置，由此可以针对性地在远离带材运输路径的熔池表面区域中形成熔渣。对此，可以由此提高该方法的效率，即，这样设置镀层池内部的流体，使流体反向于带材运输路径起作用。由此将金属带的已熔融金属带组分撤离。在WO2009/098362A1、WO2009/098363A1、US5084094A1、US6426122B1以及US6177140B1中分别描述了这种方法。该方法的问题在于，这种方法需要一部分麻烦且成本高的装置，这些装置在许多情况下不能够加装到任意已有的热浸镀装置上。另外已表明，所需的熔池流体在日常工业中很难保留持久。此外，在实施该方法所需的装置中许多机械组件直接接触熔融镀层池并因此受到高度磨蚀。
在借助直接位于镀层池表面上方的剥除喷嘴将多余涂层材料从金属带刮除的过程中，高的气压以及相应高的气流流速会导致有利的副作用，即，转向镀层池表面的一部分气流将顶渣从离开的金属带上吹走。例如在DE4300868C1和DE4223343C1中描述了具有这种作用的剥除喷嘴。然而，在这里，将熔渣从离开熔池的金属带上去除总是以不可控的、较随机的方式进行。在低的气压情况下，以及在低的带材运输速度或者高的涂层厚度情况下，不具有这种副作用，即“将熔渣从离开熔池的金属带上去除”。
最后由JP07-145460已知，这样设置一个横向于离开熔池的金属带并且平行于熔池表面的喷嘴支架，即使得从该喷嘴支架喷出的气体借助气流将熔池上的熔渣在侧向驱逐至熔池的各个外边缘，该气流平行于带材并与熔池表面相切，以及像尖锐山墙顶的顶面一样彼此背离。然后可以以机械的方式去除积聚在那里的熔渣。然而，这种为发明改进的方法的缺陷存在死角，在喷嘴支架的下方区域中会不可避免地产生该死角。熔渣会积聚在该死角中，这些熔渣接触到离开熔池的带材并在那里导致带宽中心出现明显的表面缺陷。这种方法的另一个缺点在于环境，即喷嘴梁的大部分气流和金属带间隔较大，因此在完全没有熔渣渗入金属带的危险的位置上的熔渣也从熔池表面刮除。这导致了不必要的气体消耗。
发明内容
基于上述现有技术，本发明的目的在于，提出一种热浸镀金属带的方法和装置，该方法和装置可以通过简单且低成本的手段来避免熔渣与离开熔池的金属带接触并从而确保最佳的表面质量。
根据本发明由此实现这个关于方法的目的，即，该方法包括权利要求1给出的步骤。
根据本发明由此实现这个关于装置的目的，即，该装置具有权利要求9给出的特征。
本发明的有利设计在从属权利要求中给出并且接下来会和总的发明思想一起进行详细阐述。
在根据本发明对金属带热浸镀金属涂层的方法中，与前述现有技术相同的是，金属带连续通过熔池，然后借助剥离装置调整在熔池出口处金属带上的金属涂层厚度，以及对此借助气流将熔池上的熔渣从离开熔池的金属带上去除。
根据本发明，借助至少一个紧邻金属带的喷嘴使在金属带宽度上延伸的气流对准到熔池表面上以去除熔渣。
按照相应的方式，根据本发明对金属带热浸镀金属涂层的装置包括熔池、使金属带连续通过熔池的运输设备、用来调整熔池出口处金属带上的金属涂层厚度的剥离装置以及至少一个喷射气流的喷嘴，该气流将熔池上的熔渣从离开熔池的金属带上去除。
根据本发明，用于喷射气流的喷嘴紧邻金属带并且喷射在金属带宽度上延伸并对准熔池表面的气流。
已令人惊讶地显示出，借助对准熔池表面并在离开熔池的各个金属带宽度上延伸的气流能够使镀层池表面上的表面熔渣远离离开的金属带。对此，可以毫无问题地控制及调整气流。特别是可以使气流的压力和入射角符合镀层池、预计的涂层厚度以及带材速度并且对此始终选择使气流直接作用在镀层池上。结果是通过简单的手段并且以操作特别可靠的方式有效地将由于涂层和熔池上的熔渣接触而产生表面缺陷的风险降至最低。
通过根据本发明的操作方法以及根据本发明的装置的特别构造实现了特别少的磨蚀和同样小的受干扰程度。由此在操作成本降至最低的同时非常容易维护并且方便用户使用。
本发明的另一个优势在于，所设置的热浸镀装置可以以低消耗与根据本发明的装置装在一起，并且能够按照根据本发明的方式进行操作。对此，本发明的使用可以不依赖于各个加工而成的熔池的构造。
有利的是，对齐气流，避免直接流至金属带的各个表面。直接流至表面会使得金属带在剥除喷嘴中的位置不稳定。
因此，从根据本发明设置的喷嘴射出的气流分别以最佳的方式进行对准，即，气流横向于金属带的运输方向远离金属带。对此优选这样对准气流，使得该气流与金属带的、对应各个喷嘴的表面尽可能形成直角。
通过流经金属带的气流确保气流尽量不会引起同样横向于金属带的运输方向、但是朝向金属带表面的冲量。
在气流偏离对应的金属带表面进行喷射的情况下，如果入射角在0-60°、特别是0-45°的范围内，则会获得最佳的效果。这种对齐方式确保了气流以对于去除熔渣来说足够的冲量射到需要去除熔渣的熔池表面。
根据本发明用于喷射气流而设置的喷嘴优选尽量靠近金属带，其中在实践中总是这样选择喷嘴和带材之间的间距，即，即使带材位置在实践中出现波动，喷嘴和带材之间也不会发生接触。对此可以将喷嘴和金属带之间的间距调整在50-500mm范围内。
在许多情况下无法使为根据本发明喷射气流而设置的喷嘴直接紧邻对应的金属带表面。作为替代，必须保持特定的最小间距。在这种情况下优选使由喷嘴射出的至少一部分气流朝向金属带。对此，优选这样对准气流，即，使喷射区域在熔池表面上位于金属带前，也就是说气流并不是喷射金属带表面。以这种方式避免了涂层的不均匀性，在剥离装置之前射在金属带上的气体射束会引起这种涂层的不均匀性。此外，避免了气流使金属带在其通过剥离装置的运输路径上的规定位置变得不稳定。
在实践当中，各种气流可以由空气构成，由对于熔池来说的惰性气体或者由空气和对于熔池来说的惰性气体形成的气体混合物构成。对此已表明，在实践当中的主导条件下，给供给喷嘴的气流施加的压力在1-15bar的范围内会产生好的效果。操作者可以通过调整根据本发明的装置水平对齐、垂直对齐和可能的轴向对齐以及调整气压来调整和控制气流。一方面，各个经调整的压力必须足够大，以便从离开的金属带表面去除顶渣。然而另一方面，气压不许超过15bar，因为过高的压力会产生危险，即，镀层池的表面由于所喷射气体的冲量而发生不期望的振动。
可以按已知的方式在距离撤离的金属带足够远的位置将“吹走”的顶渣以机械方式从镀层池中除去。
实验观察得出，如果采用N2或者对于金属涂层和熔池来说的其它惰性气体作为气流，那么根据本发明的方法可以获得特别有利的效果。由此得出，在使用氮气或相对来说的惰性气体时，除了单纯地去除顶渣，还明显减少了在气流喷射区域中顶渣的重新形成。
以根据本发明的方式加工的金属带通常为冷轧钢带或热轧钢带。
对于熔池来说，可以采用所有能够通过热浸镀涂覆的金属熔体。对此例如为锌熔体或锌合金熔体以及铝熔体或铝合金熔体。
例如已知结构的隙缝式喷嘴适合用作针对根据本发明目的的喷嘴。作为喷嘴也可以采用像隙缝式喷嘴一样作用的、开槽或开孔的管以及喷嘴单元，该喷嘴单元具有两个或多个彼此相邻安置的单个喷嘴。对此，实践研究表明，也能够以这样的喷嘴宽度来实施本发明，该喷嘴宽度比待镀层的各个金属带宽度窄。因此，将喷嘴或喷嘴结构设置在金属带宽度的中间已足够，这些喷嘴或喷嘴结构仅在金属带宽度的20％上延伸。但是这些喷嘴或喷嘴结构也可以比待镀层的金属带宽。然而，超过金属带宽度120％的喷嘴宽度在经济上来说是不合理的，因为无效气体的份额增大。
如果金属带的每个表面分别对应于一个用于去除熔渣的喷嘴，那么在获得最佳过程稳定性的同时也获得最佳的防护。
对流入根据本发明采用的喷嘴的气体所施加的压力优选在1-15bar范围内。
附图说明
接下来结合多个实施例详细阐述本发明。其中分别示意性地示出：
图1以侧视图示出热浸镀钢板的装置；
图2图1中A部分的局部放大视图；
图3相对于图2，以替换的操作方式展示根据图1的装置；
图4相对于图2，以另一个替换的操作方式展示根据图1的装置；
图5以俯视图示出根据图1和2的装置。
附图标记说明
1 热浸镀装置
2 锅炉
3 熔池
4 风口支管
5 导向辊
6 熔池3的表面
7 剥离装置
8、9 剥除喷嘴
10、11 喷嘴
β、β’ 入射角
AG1、AG2 剥离气流
B 金属带M的宽度
B1、B2 熔池3的表面6的区域
d 间距
F 运输方向
G1、G2 气流
G11-G22 各个气体射束G1、G2的部分气流
Ga1、Ga2 气流G1、G2的中心轴
H 中间位置ML的垂直对准面
M 金属带
ML 中间位置
O1、O2 金属带M的表面
S 熔渣
X 喷射区域
具体实施方式
热浸镀金属带M的装置1包括填充在锅炉2中的熔池3，待镀层的、事先以已知方式加热至足够的浸入温度的金属带M通过风口支管4进入该熔池，在这里金属带例如为经冷轧的、由易受腐蚀的钢构成的钢带。
在熔池3中，金属带M在导向辊5上这样转向，即，该金属带沿着垂直的运输方向F离开熔池3。其中，离开熔池3的金属带M穿过设置在熔池3的表面6上方一定距离处的剥离装置7。该剥离装置在这里包括形成为隙缝式喷嘴的剥除喷嘴8、9，其中一个剥除喷嘴将剥离气流AG1对准金属带M的表面O1，该表面在金属带M的纵边之间的一侧上延伸，并且另一个剥除喷嘴将剥离气流AG2对准金属带M相对侧上的表面O2。
在最佳的操作条件下，这样对准离开熔池3的金属带M，即，该金属带的、在表面O1、O2中间对齐的中间位置ML位于垂直对准面H中。
在剥离装置7的剥除喷嘴8、9和熔池3的表面6之间，在金属带M的每侧上距离200mm的间距d处分别设置有喷嘴10、11，这两个喷嘴分别喷射出在金属带M的宽度B上延伸的气流G1、G2。
喷嘴10、11可以形成为常规的隙缝式喷嘴。然而，在实践中试验了空气梁作为喷嘴10、11，该空气梁由20mm内径的管构成，在该管中分别间隔25mm钻了12个分别具有2mm直径的圆柱形喷嘴孔。气体在中央进行输送。在实际试验的实施例中，所采用的空气梁大约300mm宽并且对准金属带M的1370mm的宽度B的中心。
在图2所示的操作方式中，这样对准喷嘴10、11的出气孔，即，各个气流G1、G2的较大部分气流G11、G21以其中心轴Ga1分别以相对熔池3的表面垂直方向大约30°的入射角β对准熔池3的表面，并且在那里从相对应的、金属带M的表面O1、O2基本垂直地沿着背离表面O1、O2的流动方向流动。相对地，各个气流G1、G2的较小部分气流G12、G22对准相对应的金属带表面O1、O2。对此，总是这样选择这部分气流G12、G22相对于熔池3垂直方向的入射角β’，即，对应于金属带M的、喷射区域X的边界终止在金属带M前的窄小距离处，在该喷射区域中各个气流G1、G2喷射在熔池3的表面6上。通过这种方式，设有金属涂层的、金属带M的表面O1、O2不会接触相对应的气流G1、G2。
在图3所示的操作方式中，这样调整喷嘴10、11，即，该喷嘴不喷射对准金属带M方向的部分气流G12、G22。
相对地，在图4中所示的操作方式中，这样调整喷嘴10、11，即，该喷嘴不喷射背离金属带M的部分气流G11、G21。
不管气流G1、G2是否局部地或者完全地喷射到金属带M上或者背离金属带喷射，气流G1、G2都沿着横向于金属带M的方向从金属带M上去除熔池3上的熔渣S，从而熔渣分别积聚在对于金属带M来说不临界的、充分间隔的区域B1、B2中并且从那里能够以机械的方式进行移除，也就是说以手动方式或者借助合适的马达驱动装置从熔池3的表面6移除。
为了进行操作试验，在大型工业化的热浸镀装置上在热浸镀铝的过程中借助两个依照喷嘴10、11类型设置的、在熔池和剥除喷嘴之间的空气梁喷射N2-气流。镀层池包含9.5重量％的Si、2.5重量％的Fe和剩余Al与少量其它元素以及不可避免的杂质。当所需的涂覆层在金属带M每一侧为至少75g/m2时，离开熔池的金属带的速度为38m/min。
吹走的顶渣以手动-机械的方式从铝池表面移除。在较长的生产时间中可以有效地减少或者消除由于夹带的顶渣而造成的表面缺陷。
表1显示出，对于按照根据本发明的方式设置在剥除喷嘴下方的隙缝式喷嘴来说，如果没有喷射气流以及遵照根据本发明规定的边缘条件，那么就不会得出好的结果。
表1

Claims (14)

1.一种对金属带(M)热浸镀金属涂层的方法，在所述方法中：
-金属带(M)连续通过熔池(3)，
-借助剥离装置(7)调整在熔池(3)出口处金属带(M)上的金属涂层厚度，
以及
-借助气流(G1、G2)将熔池(3)上的熔渣(S)从离开熔池(3)的金属带(M)上去除，
其特征在于，借助至少一个和与其相对应的、金属带(M)的表面(6)之间的间距(d)为50-500mm的喷嘴(10、11)使在金属带(M)宽度(B)上延伸的气流(G1、G2)对准熔池(3)的表面(6)以将熔渣(S)从金属带(M)上去除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，背离金属带的方向喷射横向于金属带(M)的运输方向(F)的所述气流(G1、G2)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述气流(G1、G2)到达熔池(3)的表面(6)的入射角(β)在0-60°范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气流(G1、G2)的至少一部分气流(G11-G22)朝向金属带(M)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述气流(G1、G2)的喷射区域(X)在熔池(3)表面(6)上位于金属带(M)前。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，喷嘴(10、11)在金属带(M)宽度(B)的至少20％上延伸。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各个气流(G1、G2)由空气、对于熔池(3)来说的惰性气体或者由空气和对于熔池(3)来说的惰性气体形成的气体混合物构成。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过各个气流(G1、G2)驱除的熔渣(S)借助以机械方式操作的装置从熔池(3)中移除。
9.对金属带(M)热浸镀金属涂层的装置，所述装置包括
-熔池(3)、
-使金属带(M)连续通过熔池(3)的运输设备、
-用来调整熔池(3)出口处金属带(M)上的金属涂层厚度的剥离装置(7)、
以及
-至少一个喷射气流(G1、G2)的喷嘴(10、11)，所述气流将熔池(3)上的熔渣(S)从离开熔池(3)的金属带(M)上去除，
其特征在于，用于喷射气流(G1、G2)的喷嘴(10、11)和与其相对应的、金属带(M)的表面(6)之间的间距(d)为50-500mm并且喷射在金属带(M)宽度(B)上延伸并对准熔池(3)表面(6)的气流(G1、G2)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，金属带(M)的每个表面(O1、O2)分别对应于一个喷嘴(10、11)以去除熔渣(S)。
11.根据权利要求9至10中任意一项所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(10、11)为隙缝式喷嘴或开槽的管。
12.根据权利要求9至10中任意一项所述的装置，其特征在于，通过喷嘴梁形成喷嘴(10、11)，在所述喷嘴梁中设有多个相互间隔的喷嘴孔。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(10、11)分别安置在离开熔池(3)的金属带(M)的宽度(B)的中间。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述喷嘴总是在金属带(M)的宽度(B)的至少20％上延伸。
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