CN113728120B - 提高生产线生产率的带凹口的锭 - Google Patents

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Abstract

一种由高度H、宽度W和长度L限定的矩形平行六面体锭，该锭具有在两个端面之间延伸的纵向面，具有在0.15m3与0.80m3之间的体积以及在10m‑1与18m‑1之间的表面积与体积比，该锭由至少一种金属制成，该锭包括至少一个凹口和沿着所述锭长度的凹口尖端部，其中，所述至少一个凹口构造成使得：‑MaxD<H/2，‑MaxD<W/2，并且‑MaxD是所述锭的任意点与所述锭的最近表面之间的最大距离。

Description

提高生产线生产率的带凹口的锭
本发明涉及金属锭，该金属锭允许通过提高金属锭的熔化速度和简化生产线管理来减少浮渣的形成并提高涂覆线生产率，同时保持锭的令人满意的机械性能。
如今，大多数金属产品都被涂覆以增强金属产品的性能、尤其是金属产品的表面性能。这样的涂层通常是主要基于铝和/或锌的合金。如图1中所示，最常见的涂覆工艺中的一者是热浸，其中，将要涂覆的产品1(例如：带材、条带或线材)浸入到容纳在罐3中的熔融金属的浴2中，熔融金属将粘附至产品表面，并且然后形成期望的涂层。所述产品通常借助于传送装置和浸入辊4连续地穿过浴。
此外，由于产品离开浴时带有涂覆层，如果不提供涂覆材料，则浴液位会降低。因此，浴应当被定期地供给以将浴液位保持或者至少调节在期望的液位。该供给可以通过锭添加来完成，其中，使用插入台6和保持或插入装置7以受控的速度将锭5引入到浴2中。
显然，离开浴的产品越多，沉积的涂层越多，离开浴的熔融金属越多，并且浴液位下降得越快。因此，涂覆线生产率越高，为了将浴保持在期望的液位所需的供给速度越高。
将锭供应到浴中通常但不一定分三个步骤完成。首先，将锭从储存位置搬运至引入位置，在引入位置处，锭通常由保持装置6保持并定位在插入台5上。其次，将锭一点一点地引入到浴2中直到保持锭的锭部分8熔化。在那一刻，锭的未熔化部分、通常是芯部落至罐底部。尽管锭是逐步引入的，但在第二步骤结束时锭并没有完全熔化，除了在极少数情况下、比如低生产率的情况。第三，位于罐底部处的锭熔化。
在锭熔化期间，锭的形状会演变成不同的形状，如图2中通过经建模的锭形状A至锭形状D所示。仅对锭的一半进行建模，因为对称的行为对于另一半而言是预期的，所述一半沿着锭长度。形状A表示在步骤2结束时锭完全浸入时的锭形状。形状B至形状D表示在熔融金属浴中完全浸入确定的时间之后的锭形状：B:10min–C:20min–D:25min。该序列和计算的锭是针对长度为2150mm、固相线温度为575℃、液相线温度为601℃的锭在650℃的熔融金属浴中在由以下步骤构成的供给过程期间计算得出的：
1)第一浸入序列：30mm浸入4s+保持25s，
2)重复上述序列71次以使锭完全浸入(步骤2结束对应于图2A)，
3)保持整个锭浸入并且等待锭完全熔化(图2B至图2D)。
如图2中建模和表示的，在工业序列期间供给的锭可能需要多于30min才能完全熔化，因此一个或若干个锭可能存在和/或堆积在罐底部。当然，所述熔化时间取决于浸入序列、锭和浴的性能以及工艺条件。例如，热浴性能取决于浴组成，例如对于锌基浴，温度通常为大约470℃，并且对于铝硅基浴，浴温度为大约650℃。
然而，在罐底部处存在一个或若干个锭会导致针对涂覆质量的若干缺陷，因为这会在浴中产生所谓的“冷点”，除其他之外，还会导致浮渣形成。此外，如果在罐底部处有太多锭，锭可能会堆积并且与待涂覆的产品接触，从而导致对条带质量和涂覆设备造成灾难性后果。
因此，为了减少浮渣的形成并提高涂覆线生产率，必须减少或阻止锭堆形成。
本发明的目的是提供一种解决前述问题的解决方案。
该目的通过提供根据权利要求1所述的锭来实现。锭还可以包括权利要求2至12的任何特征。该目的还通过提供根据权利要求13所述的方法来实现。
本发明的其他特征和优点将通过下面对本发明的详细描述而变得明显。
为了说明本发明，将特别地参照以下附图来描述非限制性示例的各种实施方式和试验：
图1是典型的涂覆设备的示意图。
图2显示了在确定的熔化时间针对典型锭的实施方式在确定的工业工艺条件下的锭供给过程期间的若干经建模的锭形状。
图3是本发明的实施方式的示意图。
图4是本发明的第二实施方式的示意图。
图5是如本发明中所理解的平行六面体锭的实施方式的示意图。
图6显示了术语“沿着所述锭长度”所理解的内容。
图7是如现有技术中已知的锭的实施方式的示意图。
图8显示了在确定的熔化时间针对本发明的实施方式在确定的工业工艺条件下的锭供给过程期间的若干经建模的锭形状。
图9显示了典型的锭和本发明的锭的实施方式的熔化形状。
图10是本发明的实施方式的示意图，其显示了凹口面之间的优选角度。
如图3和图4中所图示的，本发明涉及由高度H、宽度W和长度L限定的矩形平行六面体锭9，其具有在两个端面11b之间延伸的纵向面11a，具有在0.15m3与0.80m3之间的体积以及在10m-1与18m-1之间的表面积与体积比，锭9由至少一种金属制成，包括至少一个凹口10和沿着所述锭长度的凹口尖端部12，其中，所述至少一个凹口10构造成使得：
-MaxD<H/2，
-MaxD<W/2，并且
-MaxD是所述锭的任意点与所述锭的最近表面之间的最大距离，
长度L大于高度和宽度。在锭不能由长度、宽度和高度明确限定、例如锭为蛋形或棱锥形的情况下，可以使用这种锭在表面上的投影来限定宽度和高度。
锭被描述为平行六面体，但如图5中所示，术语“平行六面体”包括锯齿部13、附接装置14、任何边沿或边缘15和/或任何常见的锭几何结构。这种锯齿部仅用于搬运目的，例如：用于提升锭。此外，对于锭的形状，平行六面体是常用的，并且因此只需对供应系统进行微小的改变或无需改变即可在工业上实施。此外，由于锭不包含可能在锭搬运和/或添加期间破裂的任何突起或易碎的边缘或部段，因此所要求保护的锭是耐冲击的，并且因此是工业适用的。
锭的体积在0.15m3到0.80m3之间。一方面，如果锭体积超过0.80m3，锭可能难以运输、储存、搬运和/或被涂覆线的供应装置使用。另一方面，如果锭体积低于0.15m3，生产率可能会受到负面影响，因为与锭熔化时间相比，将锭搬运并放置在供应装置上所花费的时间太长。
锭的表面积与体积比在10m-1与18m-1之间。一方面，如果该比率低于10m-1，则由于锭与熔融金属浴之间的低的交换表面而降低了锭的熔化速度，这会对生产线生产率和浴管理产生负面影响，因为在罐底部处存在形成锭堆的风险。另一方面，如果该比率超过18m-1，考虑到所要求保护的锭，这显然会削弱锭的耐冲击性，并且因此会增加锭破裂的风险。
如图6中所图示的，沿着所述锭长度的术语包括凹口尖端部(12)与锭长度的1°、2°、3°、4°、5°、6°、9°、8°、9°或10°的偏差。
在减少锭熔化时间和锭堆形成的想法的推动下，包括凹口的锭由于两个原因而特别令人关注。首先，与典型的锭相比，如图3中所示，根据本发明的锭允许将MaxD减小至小于H/2和W/2的值。因此，在所要求保护的锭熔化期间，熔融金属浴将更快地熔化距锭表面MaxD距离处的点，因为其与如图7中所图示的平行六面体锭相比位于距熔融金属浴、即热源更小的距离处。在图8中，锭熔化被建模为与图1的条件相同。所标注的从0min到25min的时间是锭完全浸入的时间。其次，所述要求保护的锭易于铸造，即使是从现有模具铸造亦是如此，其中，仅应在模具内添加零部件以具有期望的凹口。
因此，锭的熔化速度因此增大，这减少了锭堆在所述罐的底部处的形成。图9通过示出所述锭的后视图来显示在典型的锭A与所要求保护的发明B的实施方式之间增加熔化的影响。
所要求保护的锭包括凹口，术语“凹口”是指位于锭表面上的压痕和/或位于硬质表面中的V形切口。所述凹痕也可以是任何形状，比如球形、平行六面体、棱锥形。例如，所述压痕可以如图3所示仅包括在一个面上，可以如图4所示从一个面延伸至该面的相对面。例如，所述压痕可以具有V形或棱锥形。
所要求保护的锭由至少一种金属制成。优选地，锭至少由锌和/或硅和/或镁和/或铝制成。
优选地，所述至少一个凹口10从锭的第一面延伸至锭的第二面，锭的第二面是所述第一面的相对面。在熔化期间，一旦锭处于罐底部，这样的凹口就易于将锭分离成两个锭，减少在罐底部处形成锭堆出于两个原因。首先，由于锭分离，熔化速度增大，因为在熔融金属浴与锭之间有较大的交换表面。其次，由于锭更小，形成的堆将会更小。
优选地，如图4中所图示的，所述至少一个凹口10从锭的第一端面延伸至锭的第二端面，锭的第二端面是锭的所述第一端面的相对面。
优选地，所述锭的表面积与体积比在12m-1与18m-1之间。这样的比率范围甚至进一步提高了生产率，因为与前面提及的范围相比，增大了下阈值。
优选地，所述锭的体积在0.15m3与0.40m3之间。
优选地，所述至少一个凹口(20、21、22)包括彼此面对的至少两个面(20A和20B、21A和21B、22A和22B)，所述两个面形成的角度包括在10°与90°之间。如图10中所图示的，所设计的锭包括三个凹口(20、21和22)，所述三个凹口(20、21和22)中的每个凹口具有两个面(分别是20A、20B、21A、21B、22A和22B)。每个凹口在其两个面之间具有限定的角度：对于凹口19、21和22而言，角度为20°、35°和60°。一方面，显然，如果角度高于10°，则熔融金属浴更容易沿着所述凹口尖端部12流动，从而导致更高的热交换并且因此增大沿着凹口尖端部的熔化速度。另一方面，显然，如果角度高于90°，则考虑到供应速度、特别是由于锭的搬运时间，与体积损失相比，熔化速度增大变得不太有利。
优选地，所述至少一个凹口(20、21、22)包括彼此面对的至少两个面(20A和20B、21A和21B、22A和22B)，所述两个面形成的角度包括在20°与50°之间。显然，考虑到与体积损失相比熔化速度增大，该范围是最佳的。
优选地，所述至少一个凹口的最大深度为锭宽度W和/或高度H的四分之三。显然，当凹口深度大于这些值时，这会降低锭的耐冲击性和坚固性，因此增大了在搬运所述锭时出现诸如破裂之类的负面缺陷的风险。
优选地，所述至少一个凹口的深度至少为锭宽度W和/或高度H的四分之一，并且所述锭宽度W与所述锭H之间的比率包括在0.75与1.33之间。
优选地，所述至少一个凹口的深度至少为锭宽度W和/或高度H的三分之一，并且所述锭宽度W与所述锭H之间的比率包括在0.66与1.5之间。
优选地，所述至少一个凹口的深度至少为锭宽度W和/或高度H的一半，并且所述锭宽度W与所述锭H之间的比率包括在0.50与2之间。
优选地，所述凹口尖端部定位在锭宽度W或锭高度H的四分之一与四分之三之间。
甚至更优选地，所述凹口尖端部定位在锭宽度的一半处或锭高度的一半处。这样的凹口构型显然是有利的，因为在熔化时，锭可以根据凹口深度和位置分离成尺寸大致相同的两块，这两块将以几乎类似的速度熔化。与锭分离成不同尺寸的两块、例如大块和小块的情况相比，不再存在锭的时间段减少。这有助于减少锭堆的形成，并且因此简化熔融金属浴管理。
图9中图示了凹口尖端部在半宽处的定位，其中，可以观察到的是，凹口尖端部在锭宽度上的突出部16在宽度W的中间处于半宽处。
本发明还涉及一种用于管理熔融合金的浴液位并防止在罐内部形成浮渣的方法，其中，将根据权利要求1至12中的任一项所述的锭完全地浸入到所述浴中。

Claims (11)

1.一种由高度H、宽度W和长度L限定的矩形平行六面体锭(9)，所述锭(9)具有在两个端面(11b)之间延伸的纵向面(11a)，具有在0.15m3与0.80m3之间的体积以及在10m-1与18m-1之间的表面积与体积比，所述锭(9)由至少一种金属制成，所述锭(9)包括至少一个凹口(10)和沿着所述锭长度的凹口尖端部(12)，其中，所述至少一个凹口(10)构造成使得：
-MaxD<H/2，
-MaxD<W/2，
-MaxD是所述锭的任意点与所述锭的最近表面之间的最大距离，
所述至少一个凹口(10)的深度至少是所述宽度W和/或所述高度H的四分之一，
所述宽度W或所述高度H之间的比率在0.75与1.33之间，并且
所述凹口尖端部(12)定位在所述宽度W或所述高度H的四分之一与四分之三之间。
2.一种由高度H、宽度W和长度L限定的矩形平行六面体锭(9)，所述锭(9)具有在两个端面(11b)之间延伸的纵向面(11a)，具有在0.15m3与0.80m3之间的体积以及在10m-1与18m-1之间的表面积与体积比，所述锭(9)由至少一种金属制成，所述锭(9)包括至少一个凹口(10)和沿着所述锭长度的凹口尖端部(12)，其中，所述至少一个凹口(10)构造成使得：
-MaxD<H/2，
-MaxD<W/2，
-MaxD是所述锭的任意点与所述锭的最近表面之间的最大距离，
所述至少一个凹口(10)的深度至少是所述宽度W和/或所述高度H的三分之一，
所述宽度W或所述高度H之间的比率在0.66与1.5之间，并且
所述凹口尖端部(12)定位在所述宽度W或所述高度H的四分之一与四分之三之间。
3.一种由高度H、宽度W和长度L限定的矩形平行六面体锭(9)，所述锭(9)具有在两个端面(11b)之间延伸的纵向面(11a)，具有在0.15m3与0.80m3之间的体积以及在10m-1与18m-1之间的表面积与体积比，所述锭(9)由至少一种金属制成，所述锭(9)包括至少一个凹口(10)和沿着所述锭长度的凹口尖端部(12)，其中，所述至少一个凹口(10)构造成使得：
-MaxD<H/2，
-MaxD<W/2，
-MaxD是所述锭的任意点与所述锭的最近表面之间的最大距离，
所述至少一个凹口(10)的深度至少是所述宽度W和/或所述高度H的二分之一，
所述宽度W或所述高度H之间的比率在0.50与2之间，并且
所述凹口尖端部(12)定位在所述宽度W或所述高度H的四分之一与四分之三之间。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的锭，其中，所述至少一个凹口(10)从所述锭的第一面延伸至所述锭的第二面，所述锭的所述第二面是所述第一面的相对面。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的锭，其中，所述至少一个凹口(10)从所述锭的第一端面延伸至所述锭的第二端面，所述锭的所述第二端面是所述锭的所述第一端面的相对面。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的锭，其中，所述锭具有在0.15m3与0.40m3之间的体积。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的锭，其中，所述至少一个凹口(20、21、22)包括彼此面对的至少两个面(20A和20B、21A和21B、22A和22B)，所述两个面形成包括在10°与90°之间的角度。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的锭，其中，所述至少一个凹口(20、21、22)包括彼此面对的至少两个面(20A和20B、21A和21B、22A和22B)，所述两个面形成包括在20°与50°之间的角度。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的锭，其中，所述至少一个凹口的最大深度是所述锭的宽度W和/或高度H的四分之三。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的锭，其中，所述凹口尖端部定位在所述锭的一半宽度处或所述锭的一半高度处。
11.一种用于管理熔融合金的浴液位并防止在罐内部形成浮渣的方法，其中，将根据权利要求1至10中的任一项所述的锭完全浸入到所述浴中。
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