CN1479798A - 用于对金属带执行热处理和连续浸镀的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在一箱体(11)内对金属带(1)执行连续热浸镀的方法，其中的箱体(11)中容纳有一种液态金属镀液(12)，该方法包括：连续地将金属带(1)松卷送入到一导管(13)中，导管(13)的下部(13a)浸入到液态金属镀液(12)中，并利用所述镀液的液面形成了一液封(14)；使液封(14)表面上的液态金属自然地流入到设置在所述导管(13)内的两溢流隔室(25；29)中，两隔室各包括一内壁板，它们在导管(13)的下部中延伸；将所述两隔室内液态金属的液面保持在低于液封(14)表面的液位上。本发明还涉及一种用于实施该方法的设备。

Description

用于对金属带执行热处理和连续浸镀的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于对金属带执行连续热浸镀的工艺和设备，其中的金属带尤其是指钢板带。

背景技术

在许多工业应用场合，使用了镀覆有保护层的钢板，该保护层的作用例如为了防止钢板腐蚀，且通常是镀覆一层锌来进行防腐。

这种类型的钢板用在很多行业中，用于制造各种部件—尤其是目视可见的部件。

为了制得这种类型的钢板，使用了连续浸镀设备，在该设备中，钢带板被浸入到一种由熔融金属组成的镀液中，其中的金属例如为锌，镀液中可含有铝和铁等其它金属，还可能掺有其它添加元素，例如铅、锑等元素。镀液的温度取决于金属的性质，在熔融金属为锌的情况下，镀液的温度在460℃左右。

在热镀锌的特定情况中，随着钢板带从熔融锌的镀液中通过，就在所述钢板的表面上形成一种Fe-Zn-Al金属间合金层，其厚度为几十纳米。

这样，部件在被镀覆了锌层之后，就具有了抗腐蚀能力，锌层的厚度通常是利用空气扫吹的方法进行控制的。锌层与钢板是利用上述的金属间合金层粘合到一起的。

在钢板带进入到熔融金属的镀液中之前，钢板带首先要经过一还原性气氛的退火炉，进入该退火炉的目的是为了是对经过冷轧加工、从而产生显著加工硬化的钢板进行再结晶，并对钢板的表面化学状态进行处理，以促进实际进行热浸镀工作时所必须要发生的化学反应。钢板带被加热到650℃到900℃左右，具体温度取决于加工等级，对钢板带的加热时间应能保证再结晶和表面处理工作的完成。然后利用换热器将钢板冷却到与熔融金属镀液相近的温度上。

钢板带在经过退火炉之后，会穿过一条导管而浸入到熔融金属的镀液中，其中的导管也被称为“猪嘴”，导管中的气氛对钢板具有保护作用。

导管的下端浸入到金属镀液中，以便于在该导管内部、利用所述镀液的液面形成一液态密封结构，钢板带在穿过所述导管时会经过该密封结构。

利用一浸没在金属镀液中的滚筒使钢板带返向。钢板带在从该金属镀液中浮现出来之后再经过扫吹装置，该装置用于对涂覆到该钢板带上的液态金属的厚度进行调节。

在热镀锌的特定情况中，导管中液态密封结构的液面上通常覆盖着氧化锌和固态浮渣颗粒，其中的氧化锌来源于导管内部气体与液封中锌发生的化学反应，而浮渣颗粒则来自于钢板带的熔解反应。

这些浮渣或其它颗粒在锌液中是过饱和的，且它们的密度小于液态锌的密度，从而上浮到镀液的表面上—尤其是上浮到液封的液面上。

钢板带经液封表面浸入到镀液中的过程会挟带入污浊的悬浮颗粒。被液封的运动所带入的这些颗粒不能被从镀液体积中去除掉，并显现在钢板被从镀液中拉出的区域处，从而造成外观缺陷，其中，液封的运动取决于钢板带的速度。

因而，镀覆后的钢板带上就带有目视可见的缺陷，在锌扫吹处理过程中，这些缺陷被放大化或被显露出来。

这是因为：异物颗粒在被扫吹气流吹走或驱散之前，先会被气流保持住，因而就会在液态锌上形成厚度较薄的条纹，这些条纹的长度在几毫米到几厘米的范围内。

人们已提出了各种技术方案来致力于从液封的液面上除去锌颗粒和浮渣。

用来克服此类缺陷的第一种方案的措施在于：通过从镀液中泵吸出氧化锌和浮渣，来对液封的液面进行清洁。

但这种泵抽操作只能保证在进行泵吸处的、非常局部的液封表面得以清洁，且其有效性和作用范围非常小，从而并不能保证钢板带所穿越的液封获得完全的清洁。

第二种方案的措施在于：通过在液封处放置一金属薄板或陶瓷板件，来减小钢板带穿入位置处的液封面积，从而使液面上出现的部分颗粒远离钢板带，利用该钢板带来实现液封的自清洁。

但这种设计并不能排开液封表面上出现的所有颗粒，且自清洁作用越大，液封的面积就越小，这将无法适应工业生产中的操作条件。

另外，在经过给定的工作时间之后，随着板件外侧储积的颗粒变得越来越多，成团的颗粒最终会相互分开，并重新附到钢板带上。

露在液封的液面处、另加的板件还形成了一个易于俘获锌粉末的场所。

另一种技术方案的措施在于：在导管中为液封表面添置一构架，并使其环绕着钢板带。

这种设计不可能消除由于钢板带连续运行而夹带上氧化锌和浮渣而导致的所有缺陷。

原因在于：液封处的锌蒸气将凝结到构架的壁面上，在扰动极为轻微的情况下，这种现象是由于浸入钢板的热分布不均或振动而造成的，这样，构架的壁面就变得脏污，因而就成为了蓄留异物的区域。

因而，这种技术方案只能在几个小时—至多几天内是有效的，之后构架自身就变为了另一个产生缺陷的根源。

这样，这种技术方案只能部分地处理液封，这将使其不可能达到非常低的缺陷密度，从而不能满足客户希望表面上没有可见缺陷的要求。

现有技术中还存在这样的技术方案：其通过向熔融金属的镀液中补液来对液封进行清洁。

通过在靠近钢板带浸入区的位置处将泵出的液态锌补充到镀液中来完成补液作业。

但该技术方案在实施时面临着很大的难度。

原因在于：这将需要非常高的泵送率才能实现溢流的效果，且被注入到液封处的泵出锌液中也含有锌镀液中产生的浮渣。

另外，用于补充锌液的管道在浸入到镀液中之前，可能会刮擦到钢板带，且由于冷凝的锌蒸气会聚积在液封的上方，所以导管自身也成为了缺陷源。

另一种已知的方法是基于在液封处补充锌液的措施，在该方法中，利用一不锈钢箱来完成补液，该不锈钢箱包围着钢板带，并从液封的液面上浮现出来。一个泵吸取被溢流带入、从而形成的颗粒，并将这些颗粒输送到镀液的体积中。

这种工艺也需要很高的泵送率，以此来保持恒久的溢流效果，直到镀液体积中位于底部滚筒上方的、包围着钢板的箱体不再能达到气密为止。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于对金属带执行连续热浸镀的方法和设备，本发明能克服上述的缺陷，并能满足顾客希望金属带表面上不带有任何可见缺陷的要求，从而达到非常低的缺陷密度。

因而，本发明的技术主题涉及一种用于在一箱体内对金属带执行连续热浸镀的工艺，其中的箱体中容纳有一种液态金属镀液，在该工艺过程中，金属带在保护性气氛中连续地穿过一导管，导管的下部浸入到液态金属镀液中，从而在所述导管内、利用所述镀液的液面形成了一个液体密封结构，金属带绕过布置在金属镀液中的一个折返滚筒而被返向，且镀覆后的金属带在离开金属镀液时要经过扫吹处理，所述工艺的特征在于：液态金属被设计成从液封的表面自然地流入到所述导管内形成的两个溢流隔室中，且其中的两溢流隔室均具有一内壁板，该内壁板在导管的下部中延伸，并面向金属带的两侧，两隔室的上边缘都低于所述液面，且液态金属在隔室内的落差被确定为可防止金属氧化物颗粒和金属间化合物颗粒逆着液态金属的流动而上冲，且所述两隔室中液态金属的液面被保持在低于液封表面的液位上。

本发明的技术主题还涉及一种用于对金属带执行连续热浸镀的设备，这种类型的设备包括：

-一箱体，其中容纳有一种液态金属镀液；

-一导管，金属带在保护性气氛中穿过该导管，导管的下部浸入到液态金属镀液中，从而在该导管内部、利用所述镀液液面形成一液态密封结构；

-一滚筒，其设置在镀液中，用于使金属带返向；以及

-扫吹装置，用于对离开金属镀液后的已镀覆金属带进行扫吹，

该设备的特征在于：在导管的下部中延伸着两内壁板，两内壁板面向金属带的两侧，且都指向液封的液面，所述内壁板的上边缘位于所述液面的下方，且所述两内壁板形成了两个用于使液态金属溢流的隔室，所述设备设置有用于保持隔室中液态金属液面的装置，利用该装置来使所述隔室中液态金属的液位低于液封的液面，以此来使得液态金属能从该液面自然地流到这些隔室中，所述隔室内液态金属的落差被设定为大于50mm，以防止金属氧化物颗粒和金属间化合物颗粒逆着液态金属的流动而上冲。

根据本发明的其它特征：

-两隔室的内壁板都具有一下部和一上部，其中的下部面向箱体的底部而向外张开，而上部则与金属带平行；

-两隔室内液态金属的落差都大于100mm；

-用于保持两隔室中液态金属液位的装置是由一个泵构成的，该泵的吸入侧通过一条连接管与所述两隔室相连通，并在该泵的泵出侧设置了一条管道，用于将抽取的液态金属排流到镀液体积内；

-所述设备包括用于显示两隔室内液态金属液位的装置；

-显示装置是由一储器构成的，该储器设置在导管的外部，并通过一连接管与两隔室的底部连通；

-所述导管的下部中还延伸着另外的内壁板，该内壁板面对着金属带的两侧边缘，且该内壁板延伸向液封的液面，其上边缘低于所述液面，并形成了一个液态金属溢流隔室。

附图说明

从下文参照附图所作的例示性详细描述，可对本发明其它的特征和优点有更清楚的认识，在附图中：

图1是一个示意性的侧视图，表示了根据本发明的连续浸镀设备；

图2是沿图1中的2-2线对导管所作的剖面图；

图3是一个示意性的侧视图，表示了本发明设备中溢流隔室上边缘的第一种实施形式；

图4是一个示意性的侧视图，表示了本发明设备中溢流隔室上边缘的第二种实施形式；以及

图5是一个示意性的截面图，表示了本发明设备中导管的一种变型形式。

具体实施方式

在下文中，将针对金属带连续热镀锌设备的情况展开描述。但是，对于任何其它的连续热浸镀工艺，只要在该工艺中会发生表面污染、且必须要保证具有清洁的液封，则就适于采用本发明。

首先，钢板带1在离开冷轧机组之后，会在还原性气氛中经过一退火炉(图中未示出)，该退火炉的目的是：在钢板带由于受到冷轧而产生显著的加工硬化之后对其进行再结晶，并调整其表面的化学状态，以促进镀锌工作所必需的那些化学反应。

在该退火炉中，带钢被加热到某一温度，该温度例如在650℃到900℃的范围内。

在离开退火炉之后，钢板带1穿过图1所示的镀锌设备，该设备总体上用标号10指代。

该设备10包括一箱体11，其中容纳着一种液锌镀液12，该镀液中包含有铝、铁等化学元素，还可能包含其它的元素，这些元素尤其是指铅和锑。

该液锌镀液的温度约为460℃。

在离开退火炉之后，利用热交换器将钢板带1冷却到与液态锌镀液接近的温度上，然后再将其浸入到液锌镀液12中。

在该浸入过程中，会在钢板带1的表面上形成一层Fe-Zn-Al金属间合金，该合金层使所述钢板带1上经过扫吹之后留下的锌层能与钢板带结合起来。

如图1所示，镀锌设备10包括一导管13，钢板带1穿入到该导管中，该导管中充有能保护钢板的气氛。

该导管13也被称为“猪嘴”，在图中所示的实例中，该导管的截面形状为矩形。

导管13的下部13a被浸入到锌镀液12中，从而在该导管13中、由所述镀液12的表面形成了一个液态密封结构14。

这样，在导管13的下部13a中，钢板带1在浸入到液锌镀液12中时，会穿过所述液封14的液面。

钢板带1被布置在镀锌液12中的一滚筒15折返，滚筒15通常也被称为底部滚筒。在离开镀锌液12之后，已镀锌的钢板带1经过扫吹装置16，该装置例如是由多个空气喷嘴16a组成的，这些喷气嘴16a朝向钢板带1的两侧，用于调节液锌镀层的厚度。

如图1、图2所示，在面对着钢板带1某一面的那一侧，导管13下部13a延伸出一内壁板20，其中钢板带1的这一面是指其绕在折返滚筒15上的那一面，内壁板20延伸向液封14的表面，并与导管13的下部13a相配合而形成一个第一液锌溢流隔室25。

内壁板20的上边缘21低于液封14的液面，以便于使得锌液可从所述液封14的该液面自然地流向所述隔室25。

类似地，在面对着钢板带1另一面的那一侧，导管13下部13a还延伸出一内壁板26，其中钢板带1的这一面是与其绕在折返滚筒15上的那一面相背的，内壁板26延伸向液封14的表面，并与所述下部13a相配合而形成一个用于使锌液溢流的第二隔室29。

内壁板26的上边缘27低于液封14的表面，且隔室29设置有液位保持装置，用于将所述隔室内液锌的液面保持在低于液封14表面的液位上，以此使得锌液可从所述液封14的表面自然地流向该隔室29。

两隔室25、29中液态金属的落差是这样来确定的：应能防止金属氧化物颗粒和金属间化合物颗粒逆着液态金属的流动而向上反冲，该落差要大于50mm，优选地是大于100mm。

优选地是：内壁板20和26的下部向外扩张开，从而敞向箱体11的底部。隔室25、29的内壁板20、26是由不锈钢制成的，其厚度例如在10mm到20mm之间。

根据图3所示的第一实施形式，内壁板20、26的上边缘21和27是平直的，且最好是带有锥度的。

根据图4所示的第二实施形式，内壁板20、26的上边缘21、27在纵向上包括一系列凹谷22和凸峰23。

凹谷22和凸峰23呈现圆弧的形状，且所述凹谷与所述凸峰之间高度差“a”最好是在5到10mm之间。

另外，凹谷22与凸峰23之间的距离“d”例如是在150mm的数量级上。

同样，在该实施例中，内壁板20和26的上边缘21、27最好也是锥面形状的。

根据又一种实施方式，隔室25的上边缘21、或隔室29的上边缘27为平直的形状，而另者却包括一系列凹谷和凸峰

用于保持溢流隔室25、29内液锌液面高度的装置是由一泵30构成的，该泵30的吸入侧分别通过连接管31、33与所述隔室25和29相连接。

在泵30的泵出侧设置了一条管道32，用于将抽取的锌液排送到镀液12的体积中。

另外，设备还包括显示装置，用于显示出溢流隔室25、29中锌液的液位；或者包括其它任何能显示液锌液位的装置。

在一优选实施例中，这些装置是由一储器35构成的，储器35布置在导管13的外部，并分别通过连接管36、37连通到两隔室25和29的底部。

如图1所示，泵30与溢流隔室25和29的连接部位高于储器35与所述隔室25、29的连接部位。

另加的外部储器35可将溢流隔室25、29的液位信息传递到导管13下部13a的外界，从而可在更为合适的环境中容易地检测出液位的高度。为此目的，储器35上可设置有一锌液液位检测器，其例如是一个向报警灯供电的接触器、雷达装置、或激光装置。

根据图5所示的变型形式，导管13的下部中延伸着两内壁板40，它们面对着钢板带1的两个侧边缘，内壁板40指向液封14的表面，且内壁板40的上边缘41低于液封14的所述液面。

每个内壁板41与导管13的下部相配合而围成一个锌液溢流隔室42。

通常，钢板带1经过导管13和液封14而穿入到锌镀液12中，且该带钢会挟带上来自于镀液的氧化锌和浮渣，从而在镀层上形成目视可见的缺陷。

为避免该缺点，利用内壁板20、26减小了液封14的面积，且被隔绝在所述壁板20、26之间的液封14的液面会溢过所述隔室25、29内壁板20、26的上边缘21和27，而流入到溢流隔室25和29中。

浮在液封14表面上的、能造成可见缺陷的氧化物颗粒、浮渣以及其它颗粒被锌流带到溢流隔室25和29中，且隔室25、29内的锌液被不断地泵吸出去，从而将液位保持在足够低的水平上，以便于锌液能从液封14的表面自然地流向这两个隔室25和29。

按照这样的方式，封隔在两壁板20、26之间的液封14的自由液面始终能得到补充更新，且被泵30从隔室25和29中抽吸出来的锌液通过排流管32被注入到锌镀液12中。

利用这样形成的效应，钢板带1在浸入时所穿过的液封14表面始终是清洁的，从而当从锌镀液12中浮现出来时带有非常少的缺陷。

外部储器35被用来检测溢流隔室25、29中锌液的液位，并用于通过一定的操作来对所述液位进行调节，以使其维持低于镀液12液面的高度，其中的操作例如是对加入到箱体11中的锌锭进行作用。

如果设备中除了溢流隔室25、29之外还包括另外两个溢流隔室42，则就能显著增大设备的功效。

利用根据本发明的设备，能显著地降低钢板带镀覆表面上缺陷的密度，所以，所制得镀层的表面质量能满足顾客提出的标准，顾客希望部件的表面上能不带有可见的缺陷。

本发明可应用到任何金属的浸镀工艺中。

Claims (18)

1.一种用于在一箱体(11)内对一金属带(1)执行连续热浸镀的工艺，其中的所述箱体(11)中容纳有一种液态金属镀液(12)，在该工艺中，所述金属带(1)在保护性气氛中连续地穿过一导管(13)，所述导管的下部(13a)浸入到液态金属镀液(12)中，从而在所述导管(13)内、利用所述镀液(12)的液面形成了一个液体密封结构(14)，所述金属带(1)绕过布置在金属镀液(12)中的一个折返滚筒(15)而被返向，且镀覆后的所述金属带(1)在离开金属镀液(12)时要经过扫吹处理，所述工艺的特征在于：所述液态金属被设计成从所述液封(14)的表面自然地流入到所述导管(13)内形成的两个溢流隔室(25；29)中，且其中的两溢流隔室各具有一内壁板(20；26)，该内壁板在所述导管(13)的下部中延伸，并面向金属带(1)的两侧，两隔室(25；29)的上边缘(21；27)都低于所述液面，且所述液态金属在所述隔室(25；29)内的落差被确定为可防止金属氧化物颗粒和金属间化合物颗粒逆着液态金属的流动而上冲，且所述两隔室(25；29)中液态金属的液面被保持在低于所述液封(14)表面的液位上。

2.一种用于对一金属带(1)执行连续热浸镀的设备，这种类型的设备包括：

-一箱体(11)，其中容纳有一种液态金属镀液(12)；

-一导管(13)，所述金属带(1)在保护性气氛中穿过所述导管，所述导管(13)的下部(13a)浸入到液态金属镀液(12)中，从而在所述导管(13)内部、利用所述镀液(12)液面形成一液态密封结构(14)；

-一滚筒(15)，其设置在所述镀液(12)中，用于使所述金属带(1)返向；以及

-扫吹装置(16)，用于对离开所述金属镀液(12)后的已镀覆金属带(1)进行扫吹，

其特征在于：在所述导管(13)的下部(13a)中延伸着两内壁板(20；26)，所述两内壁板面向所述金属带(1)的两侧，且都指向所述液封(14)的液面，所述内壁板的上边缘(21；27)位于所述液面的下方，且所述两内壁板(20；26)形成了两个用于使液态金属溢流的隔室(25；29)，所述设备设置有用于保持所述隔室(25；29)中液态金属液面的装置(30)，利用该装置来使所述隔室中液态金属的液位低于所述液封(14)的液面，以此来使得液态金属能从该液面自然地流到这两个隔室(25；29)中，所述隔室内液态金属的落差被设定为大于50mm，以防止金属氧化物颗粒和金属间化合物颗粒逆着液态金属的流动而向上反冲。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述两隔室(25，29)内液态金属的落差都大于100mm。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：每个隔室(25；29)的内壁板(20；26)都具有一下部和一上部，其中的下部面向所述箱体(11)的底部而向外张开，而上部则与所述金属带(1)平行。

5.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于：所述两隔室(25；29)内壁板(20；26)的上边缘(21；27)是平直的。

6.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于：所述两隔室(25；29)内壁板(20；26)的上边缘(21；27)在纵向上包括一列凹谷(22)和凸峰(23)。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于：所述凹谷(22)和所述凸峰(23)为圆弧的形式。

8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于：所述凹谷(22)与所述凸峰(23)之间的高度差在5到10mm之间。

9.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于：所述凹谷(22)与所述凸峰(23)之间的距离在150mm的数量级上。

10.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于：所述两隔室(25；29)内壁板(20；26)的上边缘(21；27)是带有锥度的。

11.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于：所述的每个隔室(25；29)的内壁板(20；26)是由不锈钢制成的，其厚度例如在10mm到20mm之间。

12.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：用于保持所述两隔室(25；29)中液态金属液位的装置是由一泵(30)构成的，所述泵的吸入侧分别通过一连接管(31；33)与所述两隔室相连接，并在该泵的泵出侧设置了一条管道(32)，用于将抽取的液态金属排流到镀液(12)的体积中。

13.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于：所述设备包括用于显示两隔室(25；29)内液态金属液位的装置(35)。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于：所述显示装置是由一储器(35)构成的，所述储器设置在所述导管(13)的外部，并分别通过一连接管(36；37)与所述两隔室(25；29)的底部连通。

15.根据权利要求12或14所述的设备，其特征在于：所述泵(30)与所述两隔室(25；29)的连接部位高于所述储器(35)与所述隔室(25；29)的连接部位。

16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于：所述储器(35)构成了两隔室(25；29)中液态金属的一个缓冲容器。

17.根据权利要求14所述的设备，其特征在于：所述储器(35)上设置有一液态金属液位检测器。

18.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于：所述导管(13)的下部(13a)中还延伸着另外的内壁板(40)，该内壁板面对着所述金属带(1)的侧边缘，且该内壁板延伸向所述液封(14)的液面，其上边缘(41)位于所述液面的下方，并形成了一个液态金属溢流隔室(42)。

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