CN112593174A - 带钢镀层厚度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带钢镀层厚度控制方法，包括：对带钢进行热处理；对所述热处理后的所述带钢进行热浸镀镀层材料以在所述带钢表面形成初始镀层；采用随动气刀控制所述初始镀层的厚度以在所述带钢表面形成目标镀层；以及对所述目标镀层进行冷却凝固处理；其中，所述随动气刀包括多个气嘴，所述多个气嘴跟随所述带钢的振动而振动以使所述多个气嘴与所述带钢之间的距离始终保持不变。本发明可减小因快速冷却、设备振动等原因导致的带钢振动而造成带钢上、下表面镀层的厚度差。

Description

带钢镀层厚度控制方法

技术领域

本发明涉及镀层稳定性控制技术领域，尤其涉及一种带钢镀层厚度控制方法。

背景技术

在生产带镀层的带钢例如镀铝硅带钢时，由于快速冷却、设备振动等各种原因引起的带钢抖动，使得带钢的镀层厚度不均匀，上、下表面的厚度不一致，严重时带钢表面的镀层起伏大、肉眼可见，镀层厚度不能满足标准要求。且传统技术生产的镀铝硅带钢表面存在肉眼可见的粗大铝花，铝花过大不仅影响零件的美观、加快电化学腐蚀速度，而且不利于涂覆表面处理，不能很好的满足客户对于外观、防腐等的要求。

目前，已经存在的镀层稳定性控制技术包括了添加稀土元素、合金元素、电磁稳定辊、冷却控制等，但这些技术成本高或者控制效果不理想。例如电磁稳定辊技术方案效果不够理想，尤其是不能完全解决因喷粉导致的带钢抖动而导致的镀层厚度的波动。电磁稳定只能增加阻尼，有限控制带钢抖动。添加稀土元素、合金元素、冷却控制可以控制铝花大小，但会在稀土和合金元素的开采中对环境造成严重破坏，冶炼中会污染环境。而且不能完全避免因设备振动导致镀层厚度的波动。冷却控制只能有限增加铝花形核点，不能显著降低铝花大小。

因此，急需提供一种带钢镀层厚度控制方法以解决以上技术问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种带钢镀层厚度控制方法，旨在减小因快速冷却、设备振动等原因导致的带钢振动而造成带钢上、下表面镀层的厚度差和/或解决镀铝硅带钢表面铝花过大的缺陷。

为实现上述目的，本发明提出的一种带钢镀层厚度控制方法，包括：对带钢进行热处理；对所述热处理后的所述带钢进行热浸镀镀层材料以在所述带钢表面形成初始镀层；采用随动气刀控制所述初始镀层的厚度以在所述带钢表面形成目标镀层；以及对所述目标镀层进行冷却凝固处理；其中，所述随动气刀包括多个气嘴，所述多个气嘴跟随所述带钢的振动而振动以使所述多个气嘴与所述带钢之间的距离始终保持不变。

优选地，所述镀层材料选自铝硅材料、锌材料和锌镁合金材料中的任意一种。

优选地，所述带钢镀层厚度控制方法还包括：在所述目标镀层尚未完全冷却凝固前向所述目标镀层的表面喷洒金属和/或非金属粉末。

优选地，所述镀层材料为铝硅材料，所述在所述目标镀层尚未完全冷却凝固前向所述目标镀层的表面喷洒金属和/或非金属粉末具体为在所述目标镀层表面温度在400℃至700℃时喷洒铝粉或铝硅粉。

优选地，所述金属和/或非金属粉末的平均尺寸小于等于500μm。

优选地，所述金属和/或非金属粉末的平均尺寸小于等于350μm。

优选地，所述带钢镀层厚度控制方法还包括：对所述冷却凝固处理后的所述镀层表面进行平整处理。

本发明技术方案中，通过随动气刀可以减小因快速冷却、设备振动等原因导致的带钢振动而造成带钢上、下表面镀层的厚度差，通过喷撒粉末可以解决镀铝硅带钢表面铝花过大的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的带钢镀层厚度控制方法100的流程示意图；

图2为未采用随动气刀的镀层控制示意图；

图3为采用随动气刀的镀层控制示意图；

图4为对照组案例(左)和本发明案例(右)生产的镀铝硅带钢的镀层表面形貌；

图5为本发明案例生产的镀铝硅带钢的镀层表面显微形貌；

图6为对照组案例平整前铝花表面显微形貌；

图7为对照组案例平整后铝花表面显微形貌；

图8对照组案例存在铝花的镀层表面显微形貌；

图9为采用随动气刀技术和未采用随动气刀技术的镀层重量统计数据。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1，在本发明一实施例中，提供一种带钢镀层厚度控制方法100，其例如可主要包括如下步骤：

步骤S101：对带钢进行热处理。所述带钢具体例如可为冷轧带钢。在此步骤之前例如还可包括准备所需用到的各种材料例如所述带钢的步骤。此处所述带钢不限钢种，也即不限定成分，同时此处也不限定所述热处理的工艺。所述带钢的厚度一般可为0.25mm至3.5mm之间，根据实际生产要求，厚度范围可以进一步拓宽和减小。此处，所述热处理的过程具体例如可在连续热处理炉内完成，连续热处理炉采用氮气作为保护气氛。

步骤S103：对所述热处理后的所述带钢进行热浸镀镀层材料以在所述带钢表面形成初始镀层。

步骤S105：采用随动气刀控制所述初始镀层的厚度以在所述带钢表面形成目标镀层，其中，所述随动气刀包括多个气嘴，所述多个气嘴跟随所述带钢的振动而振动以使所述多个气嘴与所述带钢之间的距离始终保持不变。对于某一时刻，所述随动气刀可以是所述多个气嘴整体都在随动，也可以是单个气嘴或某一些气嘴在随动，以尽量保持各部分的气压变化最小。在其他一些实施例中，也可以通过调整组成所述随动气刀的所述多个气嘴的角度来间接调整各部分的气压。所述随动气刀的具体运动控制过程例如可以是：a)测量模块测得随动气刀与带钢上、下表面的距离、板型和厚度参数；b)计算模块结合前述测量模块测得的参数计算并输出反馈指令；3)运动模块根据获得的反馈指令调整随动气刀状态，如随动气刀与带钢之间的距离、角度和气压。

以及步骤S107：对所述目标镀层进行冷却凝固处理。

具体地，本发明实施例所述的带钢镀层厚度控制方法100可应用于镀铝硅带钢、镀锌带钢和镀锌镁合金带钢等带钢产品的生产。对应地，所述镀层材料例如可选自铝硅材料、锌材料和锌镁合金材料中的任意一种。

进一步地，所述带钢镀层厚度控制方法100例如还可包括步骤S106：在所述目标镀层尚未完全冷却凝固前向所述目标镀层的表面喷洒金属和/或非金属粉末。

具体地，当所述镀层材料为铝硅材料时，所述在所述目标镀层尚未完全冷却凝固前向所述目标镀层的表面喷洒金属和/或非金属粉末也即步骤S106具体例如可为在所述目标镀层表面温度在400℃至700℃时喷洒铝粉或铝硅粉。当所述镀层材料为铝硅材料时，所述对所述热处理后的所述带钢进行热浸镀镀层材料以在所述带钢表面形成初始镀层也即步骤S103具体例如可为：当所述带钢经所述热处理后进入铝硅锅进行热浸镀。具体地，所述铝硅锅的材料成分例如可为(质量百分比)：硅含量5％～15％，铁含量≤5％，其他是铝或不可避免的杂质。

具体地，所述金属和/或非金属粉末的平均尺寸例如小于等于500μm。优选地，所述金属和/或非金属粉末的平均尺寸例如小于等于350μm。

更具体地，当所述镀层材料为铝硅材料，所述金属和/或非金属粉末为铝粉时，步骤S106的实现过程例如可为：在镀层冷却前如在镀层表面温度在400℃至700℃时喷洒铝粉，带钢出铝硅锅后逐渐冷却，镀层表面会形成铝花的枝晶结构，一般的，铝花晶粒的大小取决于镀层金属液体的表面张力、冷却速度、过冷度和晶核数目等，增加镀层液体中的形核点是最有效的方法之一，如添加沉淀相形核点数目，本发明实施例所述的带钢镀层厚度控制方法100喷洒金属和/或非金属粉可增加晶核数目，或覆盖表面粗大的铝花，破坏铝花枝晶的过分生长，喷撒的金属和/或非金属粉末为固体，粉末的平均尺寸小于等于500μm，作为优选：平均尺寸小于等于350μm，喷洒在镀层表面的粉末面积密度(定义为单位面积所喷撒的粉末颗粒的重量)越大，镀层表面铝花的尺寸越小，此外喷洒时带钢的温度需控制在合理的范围内，如400℃至700℃时，确保粉末和镀层很好的融合或不完全溶解在镀层中。喷洒时温度过高，铝粉容易溶解；温度过低，粘附效果差，粉末密度低。作为优选：喷洒时带钢的温度为510℃至670℃。作为优选进一步的：在喷洒入口处的带钢表面温度在560℃至670℃之间；在喷洒出口处的带钢表面温度在510℃至640℃之间。受生产速度影响，镀层冷却速度会变化，进一步的影响粉末粘附在表面的密度，于是可进一步扩大或缩小温度的控制范围。

进一步地，为了改善板型，控制表面粗糙度，所述带钢镀层厚度控制方法100例如还可包括步骤S109：对所述冷却凝固处理后的所述镀层表面进行平整处理。具体地，例如可适当投入光整，光整延伸率为0.1％至2％。

下面结合图2和图3来详细介绍本发明之所以可以减小因快速冷却、设备振动等原因导致的带钢振动而造成带钢上、下表面镀层的厚度差以及解决镀铝硅带钢表面铝花过大的缺陷的主要原理：

(1)向尚未完全冷却凝固的镀层表面喷洒金属和/或非金属粉末，增加了镀层表面的形核点数量，得到了细小的铝花；或阻止枝晶的过分生长；或喷洒的粉末覆盖了粗大的铝花，至铝花不可见。喷洒粉末后的钢带表面颗粒细小美观，铝花不可见或很小，一般的铝花平均直径小于等于1mm。

(2)然而在带钢出铝硅锅后受到冷却装置和传动装置等的影响而导致带钢抖动(振动)严重，造成带钢上下表面的镀层厚度不均匀，镀层厚度起伏较大，本发明实施例提供的随动气刀是通过测量模块、计算模块和运动模块，使气刀跟随带钢抖动(振动)而抖动(振动)，最大可能的使气刀与带钢之间的距离始终保持不变，以保持上、下表面所受气压不变。气刀或气嘴和带钢之间的距离可以自动调节，快速响应，减小镀层厚度的标准差，提高最终形成的镀层厚度的稳定性。

当带钢发生谐振，如图2，未采用随动气刀控制镀层的带钢受到气刀压力自适应的影响，带钢受到气刀吹扫的位置将基本保持在轧制线MN中心位置，或有所偏移。压力自适应是指当带钢在位置A1向位置A2的转变过程中，气刀气嘴空气流速不变，带钢欲向气刀某一侧移动，但受气体流动力学影响，该侧受到的气压将逐渐增大，从而阻止带钢继续向该侧移动，带钢气压的受力点显著地成为带钢振动的支撑点。压力自适应过程中，上、下表面气刀(分别对应图中的D1和D2)距离轧制线MN的距离S11和S12不变。但气刀上、下表面的气压由P11＜P12，逐渐变为P11′＞P12′。然而，镀层的厚度主要取决于镀层液面所受到的气压大小。气压低时，去除的金属液体较少，厚度较大；气压高时，去除的金属液体较多，厚度较小。因此，未采用随动气刀控制的上、下表面镀层厚度将不可避免的出现较大的差别。

当带钢发生谐振，如图3，采用随动气刀控制的带钢也同样的有气压自适应效应，但为了减小气压差造成的厚度不均，气刀可随着带钢左右振动。当带钢在位置B1向位置B2的转变过程中，气刀的位置发生了偏移，气刀跟随带钢向左移动，由上、下表面气刀(分别对应图中的D3和D4)和轧制线KL的距离为S21＜S22，逐渐变为S21′＞S22′，该过程释放了带钢的抖动，抖动的约束转移到其他固定的设备位置，基本保持P21＝P22＝P21′＝P22′，因此，采用随动气刀控制的带钢将显著减小上、下表面的镀层厚度差。

为了说明本发明的效果，结合本发明案例和对照组1案例、对照组2案例、对照组3案例的实验数据进行对比说明，但本发明不限于以下说明内容：

以下对比说明中采用的是一种IF钢(无间隙原子钢)，钢材的化学成分如表1所示：

表1钢材的化学成分

项目	C[％]	Si[％]	Mn[％]	P[％]	S[％]	Ti[％]	Nb[％]
								本发明	0.0030	0.0050	0.1000	0.0150	0.0050	0.0260	0.0260
对照组1	0.0030	0.0050	0.1000	0.0150	0.0050	0.0260	0.0260
								对照组2	0.0030	0.0050	0.1000	0.0150	0.0050	0.0260	0.0260
对照组3	0.0030	0.0050	0.1000	0.0150	0.0050	0.0260	0.0260

提供以上成分的钢卷，钢卷经过冷轧生产，压下率为80％，均得到1mm的冷硬卷。冷硬卷的粗糙度控制在0.6μm到1.9μm之间，以提供合适的表面形貌，利于涂镀和减小铝花。冷硬卷经过脱脂清洗后进入连续热处理炉，热处理炉为采用氮、氢保护气氛的连续式热处理炉。热处理工艺如表2所示：

表2热处理工艺

带钢出炉后进入铝硅锅进行热浸镀，铝硅锅中的铝硅合金化学成分满足如表3所示的要求：

表3铝硅合金化学成分

项目	Si[％]	Fe[％]	AL[％]
				本发明	8.1	1.1	90.8
对照组1	8.5	1.2	90.3
				对照组2	8.3	1.4	90.3
对照组3	8.5	1.1	90.4

带钢在铝硅锅中开始发生镀层合金化反应，出现Fe、Al、Si的合金化中间层，在中间层以上为Al-Si合金镀层，Al-Si合金镀层在后续的冷却过程中出现不同程度的铝花枝晶结构和镀层不均匀的现象。以下为对照组1、2、3和本发明的案例的工艺区别对照表：

表4对照组和本发明的案例的工艺区别对照

项目	喷粉工艺	随动气刀	固定气刀
				本发明	采用	采用
对照组1	采用		采用
				对照组2		采用
对照组3			采用

上表中的对照组1、对照组2部分采用了本发明的内容；对照组3为传统生产工艺，未采用本发明的内容。其中，固定气刀是气刀的位置固定，气刀气嘴固定，气刀和带钢之间的距离没有自动调节功能。

表5钢卷表镀层质量结果对比

项目	铝花平均直径[mm]	镀层重量标准差[g/m2]
			本发明	不可见	0.7
对照组1	不可见	2.5
			对照组2	2.8	0.5
对照组3	3.1	2.1

综上可见，本发明案例采用喷粉技术和随动气刀技术生产的镀铝硅带钢，其镀层铝花消失，镀层厚度波动小、稳定性高，镀层重量的标准差均小于1g/m2。

肉眼观察，如图4，本发明案例生产的镀铝硅带钢的表面呈现均匀细小的粗糙表面，没有铝花出现，或隐约可见尺寸小于1mm的铝花。而对照组案例生产的镀铝硅带钢有明显铝花边界，铝花边界呈亮白色。如图5，本发明案例生产的镀铝硅带钢的镀层表面的显微形貌可见少量残余枝晶结构，但大部分被铝粉覆盖或阻止生长。

如图6，对照组显微观察到铝花呈现雪花状结构，枝晶形核处地势较高，边界相邻处地势较低。如图7，对照组经过平整，地势较高的位置先接触辊面，受到挤压后产生较多、较深的凹坑，而后接触的部位凹坑较少、较浅，宏观观察可见铝花斑迹。如图8，对照组即使采用较大的光整力，依然会存在明显的铝花边界，边界内亮白色凹坑少于周边地势更高的位置。

如图9，统计了实验材料的批量镀层厚度数据，横坐标为镀层厚度，采用随动气刀技术生产的镀铝硅带钢的镀层厚度分布范围明显小于未采用随动气刀技术生产的镀铝硅带钢的镀层厚度。批量实验数据显示，采用随动气刀技术生产的镀铝硅带钢的镀层重量标准差为1.1g/m2，未采用随动气刀技术生产的镀铝硅带钢的镀层重量标准差达到了3.1g/m2。

综上所述，本发明所提供的带钢镀层厚度控制方法是目前市场所没有的新技术、新方法、新工艺，尤其是采用的随动气刀技术较为高效、智能，突破了现有镀层厚度控制的技术局限。综合采用本发明的喷粉技术和随动气刀技术生产的带钢，表面美观，镀层厚度均匀。应用于度铝硅带钢的生产过程中时还可以克服目前的铝花大小控制技术的不足的问题，间接消除带钢表面铝花对镀层厚度稳定性的影响。尤其是相比采用添加稀土元素、合金元素等对环境不友好的技术手段，本发明的成本更低，有利于保护稀土资源和生态环境等特点。相比电磁稳定辊、冷却控制等效果不理想的技术方案，本发明可以进一步加强镀层厚度控制，效果优于其他方案。

另外值得一提的是，在其他一些实施例中，还可以通过设计组成气刀的多个气嘴的角度、气压等有关气刀的控制参数的智能随动控制，可以模仿本发明的随动气刀技术，实现气刀参数适时调整。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种带钢镀层厚度控制方法，其特征在于，包括：

对带钢进行热处理；

对所述热处理后的所述带钢进行热浸镀镀层材料以在所述带钢表面形成初始镀层；

采用随动气刀控制所述初始镀层的厚度以在所述带钢表面形成目标镀层；以及

对所述目标镀层进行冷却凝固处理；

其中，所述随动气刀包括多个气嘴，所述多个气嘴跟随所述带钢的振动而振动以使所述多个气嘴与所述带钢之间的距离始终保持不变。

2.如权利要求1所述的带钢镀层厚度控制方法，其特征在于，所述镀层材料选自铝硅材料、锌材料和锌镁合金材料中的任意一种。

3.如权利要求1所述的带钢镀层厚度控制方法，其特征在于，还包括：在所述目标镀层尚未完全冷却凝固前向所述目标镀层的表面喷洒金属和/或非金属粉末。

4.如权利要求3所述的带钢镀层厚度控制方法，其特征在于，所述镀层材料为铝硅材料，所述在所述目标镀层尚未完全冷却凝固前向所述目标镀层的表面喷洒金属和/或非金属粉末具体为在所述目标镀层表面温度在400℃至700℃时喷洒铝粉或铝硅粉。

5.如权利要求3所述的带钢镀层厚度控制方法，其特征在于，所述金属和/或非金属粉末的平均尺寸小于等于500μm。

6.如权利要求3所述的带钢镀层厚度控制方法，其特征在于，所述金属和/或非金属粉末的平均尺寸小于等于350μm。

7.如权利要求1所述的带钢镀层厚度控制方法，其特征在于，还包括：对所述冷却凝固处理后的所述镀层表面进行平整处理。

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