CN1222201A - 从熔融金属中除去底部熔渣的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于从装在一个镀覆容器(10)内的熔融锌(11)中除去底部熔渣的设备,包括一个泵(22),一个用于将该泵的入口定位在所需的水平位置上的横移滑架(16)和一个用于将该泵的入口定位在所需的垂直位置上的滑动机构(18)。该泵沿水平和垂直方向移动,以便去除聚积的底部熔渣。包含在熔融锌中的底部熔渣被抽入一个V形通道(39)中并流入一个可移动的吊篮(51)中或流入一个预熔容器(53)中。本发明的泵是由一个压缩空气发动机驱动的台座式离心石墨泵。该泵具有一个包围着一个涡轮的机壳。涡轮和机壳内壁之间的距离大到足以避免被底部熔渣阻塞,但小到足以进行抽吸。
Description
本发明涉及用熔融金属,例如锌对带钢进行热浸镀覆。更具体地说,本发明涉及在镀锌层扩散退火处理或镀锌过程中,从熔融金属,例如锌中去除底部熔渣并进行回收。
在一些镀锌层扩散退火处理或镀锌过程中,在液体金属池中形成熔渣。其比重比熔融金属大的熔渣(即底部熔渣)逐渐下沉并沉积在熔池的底部。一旦积累了大量的底部熔渣,则例如由于带钢穿过熔池而引起的涡流就会移动积聚的底部熔渣的颗粒并使其与带钢接触。沉积在带钢表面上的熔渣会引起产品表面出现凹痕、不规则和表面不均匀等严重的质量问题。
例如,在铝的重量百分比小于大约0.15%的情况下,在带钢的镀锌层扩散退火处理过程中形成底部熔渣。向熔融锌中加铝有助于使锌附着到钢上。当熔融锌中的铝浓度超过大约0.15%时,系统的热力学平衡不会产生底部熔渣。然而,为了有效地进行镀锌层扩散退火处理,铝的重量百分比应低于大约0.15%的水平,通常小于0.13wt%。在这样的较低浓度下,热力学平衡产生金属间Zn-Fe相。主要的金属间相为δ相(FeZn7)。然而,ζ相FeZn13也经常存在。δ和ζ相是小晶体集合体,具有稍高于熔融锌的比重。因此,在生产炉龄期内,熔渣慢慢地降落到容器的底部并逐渐积累。一旦在容器内积累了大量的底部熔渣,则涡流会周期性地移动熔渣微粒并使它们与通过熔池的带钢表面接触。当被移动的熔渣沉积到表面上时,这对经镀锌层扩散退火处理的带钢的质量和外观有不利的影响。含有熔渣的区域产生不规则性缺陷和凸起,因而这些产品不适合用于生产汽车车体面板及类似的产品。由于沉积的熔渣附着并聚积在将带钢传送过熔池的辊上,因而引起额外的质量和维修问题。
为了避免这些问题,已经发明了各种方法来周期性地从熔池中除去底部熔渣。这些方法包括利用专门设计的工具,例如一个抓斗、一个反向铲渣机和一个漏斗式通道,人工去除沉积的熔渣。这些去除底部熔渣的人工方法由于一些原因而不能令人满意。首先,在除渣期间,镀锌层扩散退火处理作业必须停止。这会导致很大的经营损失。其次,由于胶态晶状的熔渣难以捕获,所以这种对底部熔渣的清理是一种既费时间又费力的操作。第三,试图捕获熔渣的努力引起涡流,使部分熔渣重新悬浮起来。最后,在每次清理作业期间,只有有限的熔渣可被真正捕获并除去。因此,未捕获的熔渣逐渐积累,导致由于去除熔渣而产生的停产频率增加。
为了克服人工去除熔渣的方法中的固有缺陷,人们曾试图采用一个泵将熔融的锌从熔渣积聚的地方抽到熔池之外。然而,将熔渣抽出的方案的实施或商业化面临着主要与处理熔融金属时的难点有关联的严峻问题。例如,日本专利申请2-141563公开了一种用于从浸镀池中去除底部熔渣的泵。使熔渣从浸镀池的底部被泵出并通过一个过滤器,以便将熔渣从熔融的锌中除去。由于所述泵和过滤器设置在浸镀池的外面,所以有一个固定的长吸管从浸镀池延伸到所述泵体。日本专利申请6-41705公开了一种用于从热浸镀锌容器中去除底部熔渣的泵。将熔渣从容器的底部泵出并通过一个沉降室,使熔渣在沉降室中与熔融的锌分离。所述泵设置在镀锌容器之外,并且需要一条固定的长吸管伸入镀锌容器中。所述沉降室位于镀锌容器内。泵位于镀槽之外是不实用的,这是因为向泵注入液态锌是必要的,但极难采用实际的方法来实现。这还需要一个长吸管伸入镀槽中。如果底部熔渣或熔融的锌被以极慢的速度抽过管子,长管会有由于急冷而阻塞的可能。即使泵的抽吸压力足够大,由于管子在熔池中是固定的并且底部熔渣倾向于在底部的不同位置上保持聚集成团的状态,直到被池中的大液流冲散为止,所以只有管子入口处附近的底部熔渣被局部地除去。
日本专利申请63-69956公开了一种用于从浸镀池中除去悬浮的熔渣的泵。所述泵位于浸镀池中大约中间深度的位置处,并且将粗粒的熔渣抽过一个位于一个外部容器内的、用于使熔渣与熔融金属分开的陶瓷过滤器。然而,这个方案只能除去悬浮的熔渣。沉到浸镀池底部的稠密的熔渣则无法去除。
去除熔渣的化学方法涉及增加熔融锌中的铝的浓度,以便将底部熔渣转换成具有也不希望有的质量后果的顶部熔渣。由于产生底部熔渣向顶部熔渣的转换所需要的铝的量对于高质量的镀锌层扩散退火处理来说过多,所以不能实现在镀锌层扩散退火处理生产时的熔渣的化学转换。在镀锌生产时,化学转换造成涂层质量很低,这是由于浮向顶部的底部熔渣颗粒经常粘覆到带材的表面上,引起表面粗糙或凸起。
因此,对于不中断生产或对镀覆作业无不利影响地有效、可靠和完全地从镀覆容器中去除底部熔渣的需要,一直不能完满地解决。
因此,本发明的一个目的是提供一种有效、可靠的方法及设备,用以从镀覆容器中去除底部熔渣,以便通过使附着到带材表面上的熔渣颗粒最少化而保证从容器中出来的带钢具有良好的镀覆质量。
本发明的另一个目的是提供一种不中断镀覆作业地除去底部熔渣的方法和设备。
本发明进一步的目的是去除聚集在容器底部的大面积区域上的底部熔渣。
通过研究这里所公开的内容和所附的权利要求书,本发明的其它目的对于本领域中的技术人员来说将是很明显的。
根据本发明的一个方面,一种用于从盛锌容器内的熔融锌中去除底部熔渣的设备包括一个泵,所述泵具有一个轴,其长度足以保证当将泵的入口定位成位于盛锌容器的底部时使电动机定位在熔融锌的上面。该设备还包括一个用于沿盛锌容器的底部垂直地和水平地移动所述泵的机构,从而可以将泵的进口放置于积聚的底部熔渣附近,并且一旦位于泵入口附近的熔渣被除去,可沿水平和/或垂直方向重新定位泵的进口。重复这一过程,直到所需量或基本上所有积聚底部熔渣都被除去为止。
根据本发明的另一个方面,一个用于去除底部熔渣的陶瓷泵包括一个电动机、一个涡轮、一个可操作地连接到电动机和涡轮上的轴,以及一个机壳。机壳包住涡轮并确定出泵的一个入口和一个出口。泵轴要长得足以当使泵下降以便从装有熔融金属的容器底部去除底部熔渣时,使电动机保持在熔融金属表面之上。可以设置一个包住所述轴的管状件,特别是当该轴相对较长时更有必要。在机壳和涡轮之间确定出的环形空间的大小应足以允许对熔融金属和熔渣进行抽取。延伸穿过涡轮的孔的也应大得足以避免泵被底部熔渣聚集体阻塞。所述管状件包括多个面向与入口相反的方向的开口;该开口优先设置于管状件底部之上大约2英寸的位置上。
根据本发明的另一个方面,用于去除并回收底部熔渣的设备包括一个具有Ⅴ形底部截面的流槽,用以输送泵出的含有底部熔渣的锌。
根据本发明的又一个方面,该设备包括一个位于预熔槽内的可移动的沉降池。
通过考虑包括详细说明、附图和权利要求书在内的说明书,本发明的其它特征、方面和优点对于本领域中的技术人员来说将变得非常清楚。图中:
图1是实施本发明的、用于去除和回收底部熔渣的设备的透视图;
图2是图1所示设备的侧视图;
图3是本发明另一个实施例的透视图;
图4是一个根据本发明构造的泵的视图;
图5是含有聚积的底部熔渣的盛锌容器和一个根据本发明构造的泵装置的剖视图。
已经发现,利用本发明的一个系统可有效地去除和/或回收镀锌或镀锌层扩散退火处理期间积聚在熔池中的底部熔渣,该系统包括一个改进的泵和用于将该泵置于所需的水平和垂直位置上的机构。
根据本发明,使泵的入口位于与积聚的底部熔渣相应的理想位置上。然后抽出含有底部熔渣的锌,随后沿垂直和/或水平方向对该泵重新定位,并且重复该过程,直到将底部熔渣从泵的入口附近除去为止。该过程允许从容器中去除几乎所有的积聚的底部熔渣。另外,去除过程可在不中断镀覆作业的情况下进行。
本发明的改进的泵包括一个电动机、一个涡轮和一个可操作地连接到电动机和涡轮上、用以驱动涡轮的轴。涡轮被一个机壳包住,该机壳确定了泵的入口。泵的入口与环绕涡轮的大体为环形的空间相连通,该空间被限定在机壳内壁和涡轮外表面之间。位于所述壁和涡轮之间的环形空间中的距离应足够大,以避免阻塞,但又要足够小,以便可以泵出熔融的锌。该距离最好应为熔渣平均直径的大约5至15倍。通常,在镀锌过程中形成的底部熔渣的直径在大约.002到.050英寸的范围内。所述涡轮具有一个侧壁,在侧壁上有许多孔。侧壁上的所述孔的横截面面积在大约1至6平方英寸的范围内。
本发明的泵的轴应足够长,以便当使泵的入口位于容器底部附近时使泵的电动机保持在熔融金属表面之上。通常,用于从盛锌容器中除去底部熔渣的轴的长度在大约50至80英寸的范围内。最好用一个内径比轴的直径略大的管状件将所述轴包住。该管状件在操作时可为所述轴提供稳定性。该管状件最好具有多个离其底端大约2英寸的横向相互间隔开的开口。管状件中各开口的横截面面积在大约0.05平方英寸到大约0.20平方英寸的范围内。
所述轴、管状件、涡轮、机壳和出口导管,以及泵的其它与熔融锌接触的部分是由陶瓷材料,最好是石墨制成的。
本发明特别适用于包括用熔融金属对长度连续的金属带材或金属箔进行热浸镀或浸涂的步骤的工艺。本发明优选地适用于从装有一个镀锌金属(包括纯锌和锌合金)的熔池的容器底部去除底部熔渣。锌合金可以包括少量的铝,例如0.10-0.30wt.%、镁、锑和类似物等添加剂,用于在制造过程中增强锌向带钢基材的附着力或附着特性,锌合金还可以包括高达50wt.%或更高的铝添加剂。本发明中的连续长度的金属带材或金属箔可以包括各种钢材,例如,低碳钢、深冲钢、高强度钢、铬合金钢、不锈钢等等。
本发明的优点包括:生产的镀锌钢或经镀锌层扩散退火处理的带钢具有无熔渣的表面;位于底部熔渣附近的泵入口可提供良好的抽吸作用;由于泵具有横向或纵向或垂直运动的能力,所以可大面积地去除底部熔渣;从镀覆容器中损失掉的熔融锌极少;并且可长时间地平稳而可靠地进行操作。同时,由于撇渣技术的原因,不会耽误生产时间。
在有关从盛锌容器中去除底部熔渣的附图中,对本发明的优选实施例作出了描述。附图中所示的优选实施例对本发明作出了进一步的说明,但并不限制由权利要求书所限定的本发明的范围。
现在参考附图,图1-5描述了一个按照本发明构成的设备,该设备用于从热浸镀锌生产线的盛锌容器中去除并回收底部熔渣。一个矩形盛锌容器总的由标号10表示。该容器10盛有熔融的锌11。镀锌炉13的一个炉嘴伸入锌11中。容器10包括一个大致水平的边缘12。一个安装在边缘12上的轨道14上装有一个横向滑架16。该滑架16支撑着一个垂直的滑柱18。一个撑杆20可滑动地安装在滑柱18上。一个泵22固定在撑杆22上。该泵22包括一个电动机25、一个包围着一个轴(图1中未示出)的机壳27、一个涡轮机壳31。一个出口管35与泵22的出口(图1中未示出)相连通并伸入一个定向弯头37中。该定向弯头37位于一个锌流槽39的上方,该锌流槽通过撑脚41和43安装在边缘12上。如图1所示,流槽39具有一个V形底部45和基本垂直的壁46和47。底部45和垂直壁46、47在流槽39中确定出一个流道49。流槽39在一侧上延伸到位于预熔容器53上的吊篮51。吊篮51由杆55和56支撑在预熔容器53上。锌返回管道58使容器10与预熔容器53连通。一个小的基本垂直的挡板62由杆65安装在预熔容器53中。
如图5所示,在操作中,泵22被定位于使泵的入口接近聚积的底部熔渣70的位置上。为了在所需的水平位置上定位泵22的入口,使横向滑架16沿轨道14移动。为了在所需的水平位置上定位泵22的入口,使侧部20沿垂直滑柱18移动。一旦泵22位于所需的垂直和水平位置上,则所述泵被打开,并且所述泵将带有积聚的底部熔渣的熔融锌抽进入口,并使锌通过出口和出口管进入定向弯头37。所述定向弯头37位于锌流槽39之上,以便将熔融的锌排入流道49。所述流道49是倾斜的,以便使排出的锌沿通道49流动并进入吊篮51。
一旦位于泵22入口附近的底部熔渣被泵出,则所述泵被移动到一个临近的位置上,并重复所述抽取过程,直到已将底部熔渣从盛锌容器10中抽走为止。一旦吊篮51装满熔融的锌,就将其移走,并执行一个将底部熔渣从熔融的锌中分离出去的过程,或为进一步的处理而对其进行固化。
下述例子用于进一步解释本发明。这些例子不限制由权利要求所确定的的本发明的范围。
例1
现在将描述一个初始的设备实验。在总共持续大约600小时的几个炉龄内生产经镀锌层扩散退火处理的带材。所采用的盛锌容器具有容纳150美吨熔融锌的容量,并与一个15美吨的预熔容器相连。在一个计划镀锌层扩散退火处理炉龄基本结束时,和恰在一个常规镀锌进度重新开始之前,将一个石墨金属泵浸入池中,泵入口的最大极限位置位于距镀覆容器底部12英寸的地方。一个适用于此目的的泵可以是一个由45psi.(磅每平方英寸)的压缩空气驱动的5马力电动机带动的2,800磅每分钟的泵。采用可从美国俄亥俄洲High Temperature Systems of Chagrin Falls获得的A801型泵。此泵比标准的每AK钢规格延长了40英寸。泵的总浸入长度可为60英寸。该泵的总作业时间为60分钟。在作业时间内,该泵横越盛锌容器移动,以除去积聚的底部熔渣。在进行此操作时逐渐降低高度,以便使泵不会被太多的熔渣所阻塞。该泵将熔渣与锌一起带入两个锌斗(例如每个大约5,000 lbs)中。在所述泵的行程附近,积聚的底部熔渣被从最大35英寸下降至18英寸。
例2
在生产线停机期间内进行了另一个设备实验。这时不生产产品。其中盛锌容器和预熔容器与例1中的一样。在横移设备中采用了一种新的泵,并且在作业前26天时便将其浸没。所述的新泵为A802型(后更名为B1501),总浸入长度为66英寸。这使得泵入口的最大深度为距容器底部6英寸。该泵具有每分钟4,500lbs的能力。该泵在涡轮和支撑面之间的、生产厂商提供的初始间距为9×熔渣直径。
底部熔渣已经积累了几个镀锌层扩散退火处理生产炉龄。在泵的附近,熔渣的最大深度为41英寸。抽吸从入口距底部大约30英寸时开始。在抽取熔渣和锌的操作中,使泵连续的横移。在每次横移之后,泵下降大约6英寸,直到当泵的入口距容器底部6英寸的最后一次为止。金属锌和熔渣被锌流槽系统从泵出口引向配备有一个20目金属丝滤网的预熔容器中,以便对含有熔渣的金属进行筛滤。当抽吸完成时,泵路径中的最大熔渣水平已经从41英寸减少到5英寸。收集在滤网中的熔渣浮在预熔容器中,并积累到预熔容器的底部。从主作业容器中去除的熔渣总量为30-50%。
例3
镀锌生产线用于以每分钟120英尺的速度生产大厚度的镀锌层扩散退火产品。采用与例2中相同的泵。该泵以40-50psi大气压工作,下降并横移跨越作业容器4次,直到泵的下方不再被检测出有积聚的底部熔渣为止。总抽吸时间为大约60分钟。熔渣通过撇渣被从预熔容器中除去,并积累在底部以便随后与Al进行反应。通过撇渣,大约有3,000lbs的熔渣被去除。在所生产的产品中未发现有害影响。
例4
采用一个长度和排放孔设计与例2相同但容量较大的B2000型泵进行抽取操作。另外,对涡轮直径采用13×熔渣直径的较大的间隙,以便减少熔渣颗粒引起的粘结。通过以15分钟的总时间横移穿越作业容器,泵取包含熔渣的锌。从作业容器中去除熔渣,使之从32英寸的水平减少到22英寸,估计体积为10立方英尺。含有熔渣的锌被抽入一个锭模中。
应该清楚,在不超出本发明的主旨和范围内,可对本发明作各种改变。因此,本发明的范围应由后面附加的权利要求书来限定。
Claims (25)
1.一种用于从浸镀容器中的熔融金属中去除底部熔渣的设备,所述熔融金属具有一个上表面,所述设备包括:
一个泵,它具有:一个具有一底部和一顶部的轴,一个可操作地与所述轴的底部相连接的涡轮,一个围绕所述涡轮的顶部和侧面并限定出一个入口的机壳,所述机壳具有一内部侧壁,在涡轮和机壳的侧壁之间形成一个环形通道,一个出口管道具有一个与所述环形通道相连通的泵端部并具有一个在熔融金属表面之上延伸的上端,一个可操作地与所述轴的顶部相连接的电动机,用于转动所述轴和与所述轴的底部连接的涡轮,以便利用离心力使熔融金属流入所述入口,穿过涡轮和出口管道;
一个水平支撑件;
一个垂直支撑件;
一个可操作地与所述泵相连接的机构,用于沿所述水平支撑件和所述垂直支撑件移动所述泵,以便将入口定位在聚积的底部熔渣附近,所述轴的长度足以在去除底部熔渣期间使电动机保持在所述浸镀容器中的熔融金属的表面之上。
2.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述熔融金属为锌。
3.如权利要求1所述的设备,其特征在于,所述的轴、涡轮、机壳和出口管道是由石墨制成的。
4.如权利要求1所述的设备,进一步包括一个管状侧壁,环绕所述侧壁横向间隔开地设置有开口,所述壁包围所述轴。
5.如权利要求4所述的设备,其特征在于,所述涡轮包括多个贯通其侧壁的孔,并且所述孔的横截面面积大约在1平方英寸到6平方英寸的范围内。
6.如权利要求4所述的设备,其特征在于,机壳的内壁和涡轮的侧壁之间的距离为所述容器中的底部熔渣颗粒的平均直径的大约10到15倍。
7.一种用于从浸镀容器内的熔融金属中去除底部熔渣的泵,所述熔融金属具有一个上表面,所述泵包括:
一个具有一底部和一顶部的轴;
一个涡轮,具有一个由侧面的圆柱形壁和顶壁形成的涡轮室,所述涡轮可操作地与轴的底部相连接,所述圆柱形壁具有许多通孔,各所述孔的横截面面积在大约1平方英寸至6平方英寸的范围内;
一个围绕涡轮的顶部和侧部并限定出一个入口的机壳,所述机壳具有一个内部侧壁,在涡轮和机壳的侧壁之间形成一个环形通道,在内壁和环形通道内的圆柱形壁之间的距离大约为被去除的底部熔渣的平均直径的5至15倍;
一个出口管道,该管道具有一个泵并与环形通道相连通,并且具有一个在熔融金属上表面之上延伸的上端;
一个可操作地连接到所述轴的顶部的电动机,用于转动所述轴和与该轴底部相连接的涡轮,以便迫使熔融金属流入所述入口,通过圆柱形壁上的孔进入涡轮室中,然后进入所述通道并穿过出口管道越过所述上端。
8.如权利要求7所述的设备,其特征在于,所述熔融金属为锌。
9.如权利要求7所述的设备,其特征在于,所述轴、涡轮、机壳和出口导管是由石墨制成的。
10.如权利要求7所述的设备,其特征在于,所述涡轮具有一个管状侧壁,该侧壁具有许多环绕所述侧壁沿横向相互间隔开的孔口。
11.如权利要求10所述的设备,其特征在于,所述孔的横截面面积在大约1平方英寸至6平方英寸的范围内。
12.如权利要求11所述的设备,其特征在于,在机壳内壁和涡轮侧壁之间的距离大约为被去除的底部熔渣的平均直径的10至15倍。
13.一种用于从浸镀容器内的熔融金属中去除并回收底部熔渣的系统,所述熔融金属具有一个上表面,所述系统包括:
一个泵,它具有:一个具有一底部和一顶部的轴,一个可操作地与所述轴的底部相连接的涡轮,一个围绕所述涡轮的顶部和侧面并限定出一个入口的机壳,所述机壳具有一内部侧壁,在涡轮和机壳的侧壁之间形成一个环形通道,一个出口管道具有一个与所述环形通道相连通的泵端部并具有一个在熔融金属表面之上延伸的上端部,一个可操作地与所述轴的顶部相连接的电动机,用于转动所述轴和与所述轴的底部连接的涡轮,以便迫使熔融金属流入所述入口,穿过涡轮和入口管道;
一个用于固定并沿垂直和水平方向移动所述泵的机构;
一个与出口管道的上端以及所述容器相连通的开口管道。
14.如权利要求13所述的设备,其特征在于,所述熔融金属为锌。
15.如权利要求13所述的设备,其特征在于,所述轴、涡轮和机壳是由石墨制成的。
16.如权利要求13所述的设备,其特征在于,所述涡轮具有一个管状侧壁,该管状侧壁具有许多环绕所述壁沿横向相互间隔开的孔。
17.如权利要求16所述的设备,其特征在于,所述孔的横截面面积在大约1平方英寸至6平方英寸的范围内。
18.如权利要求17所述的设备,其特征在于,在机壳内壁和涡轮侧壁之间的距离大约为被去除的底部熔渣的平均直径的5至15倍。
19.如权利要求13所述的系统,其特征在于,所述开口导管具有一个Ⅴ形底部截面。
20.如权利要求13所述的系统,其特征在于,所述熔融金属为锌。
21.如权利要求13所述的设备,其特征在于,所述轴、涡轮和机壳是由陶瓷材料制成的。
22.如权利要求7所述的设备,其特征在于,所述轴、涡轮和机壳是由陶瓷材料制成的。
23.如权利要求13所述的设备,其特征在于,所述机构包括一个使所述泵从容器的一侧向相对侧横移的滑架。
24.如权利要求23所述的设备,其特征在于,所述机构中的滑架适于沿容器的上表面移动。
25.如权利要求23所述的设备,其特征在于,所述机构在容器的上表面上有一个长轨道,用于支撑所述滑架。
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