專利名稱：通過噴灑改善金屬表面上銹垢的組合物、裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般用來改善金屬表面上的氧化物或銹垢；更特別的是在金屬條上；以及更特別的是改善氧化表面或不銹鋼條上的銹垢。不銹鋼是含有10％以上鉻的鐵合金，其目的是為了增強抗腐蝕性以及抗氧化的能力。一些不銹鋼也包含鎳、鉬、硅、錳、鋁、碳化物形成物以及其它的元素。本發(fā)明也適用于包含超級合金的合金族群，在此鎳是主要的元素，例如鈦合金以及鈷合金。更特別的是，本發(fā)明涉及水溶液噴灑改善法。
其它用來去除銹垢的技術(shù)公開于如下的美國專利中USP3,126,301(1964年3月24日頒發(fā))，名稱為“用來去除不銹鋼銹垢的熔融鹽噴灑方法”，和USP 5,272,798(1993年12月28日頒發(fā))，名稱為“用來去除金屬條銹垢的方法以及裝置”。這些專利公開了用于將熔融的具有苛性的組合物噴灑于移動的鋼條上以改善銹垢的方法和裝置，此后銹垢被酸浸泡掉。在一些情況下，這些方法提供了許多優(yōu)于使用熔融材料坩鍋技術(shù)的優(yōu)點。然而，有時它們也有許多缺點。它們需要高溫噴嘴，并且該組合物必須保持在高溫下，如800°F到1000°F。
因此，需要一種相對廉價、低溫、以及有效的技術(shù)以改善金屬表面的銹垢，特別是在不銹鋼條等上的銹垢。
附圖簡要說明

圖1為包含有根據(jù)本發(fā)明的銹垢改善區(qū)域的退火生產(chǎn)線示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的被處理及浸酸的不銹鋼薄片表面的照片；以及圖3-5為不銹鋼薄片表面的照片，其顯示了在經(jīng)過高于本發(fā)明的溫度下處理以及浸泡之后的Leidenfrost效應(yīng)。
實施本發(fā)明的方式現(xiàn)在參考附圖，圖1顯示了一個代表退火以及浸酸生產(chǎn)線的示意圖，其包含了根據(jù)本發(fā)明的銹垢改善以及浸酸裝置。被了解到的是該包含銹垢改善裝置的退火以及浸酸生產(chǎn)線在本領(lǐng)域中是已知的。然而，本發(fā)明采用了與該退火以及浸酸生產(chǎn)線相結(jié)合的改進的銹垢改善技術(shù)。
該生產(chǎn)線具有一開卷機10以用來支撐和展開一鋼卷12，該鋼卷被退火并且浸酸以去除退火過程所產(chǎn)生的銹垢。該開卷機10將鋼自鋼卷12中展開成鋼條13，然后通過一預熱爐14以及一退火爐16。然后該鋼條進入一包含至少一可變轉(zhuǎn)速風扇20的冷卻區(qū)域18中。其它能達到可變冷卻的裝置都可以使用，如流量控制調(diào)節(jié)閥、通風裝置等(未顯示)。該風扇20將鋼條13冷卻到本文將描述的所需溫度。同樣，可使用一個以上的風扇20來冷卻鋼條13。該鋼條13當由該冷卻區(qū)域18中移出的時候，其溫度可以借助溫度感應(yīng)元件來測量，如紅外線溫度感應(yīng)器22。
由冷卻區(qū)域18中出來之后，該鋼條13進入一銹垢改善區(qū)域24。在該區(qū)域之中，銹垢改善溶液被噴灑在鋼條13的上、下表面上。溶液和噴灑方式，以及其它參數(shù)將在本文中描述。該銹垢改善區(qū)域24包含第一或主要的噴嘴組，其包含一組上噴嘴，其中之一被標示為28，以便于噴灑鋼條13的上表面，和一組下噴嘴，其中之一被標示為30，以便于噴灑鋼條13的下表面。一包含上噴嘴(其中之一被標示為34)和下噴嘴(其中之一被標示為36)的第二或后備噴嘴組，如果需要的話可以任選地被添加進去，以確保覆蓋，其將在本文中描述。(當然，在一些情況下可只需要一組噴嘴，或在一些情況下可需要超過兩組的噴嘴，其取決于鋼條13的速度和寬度以及其它的因素)。該噴嘴28、30、34和36是可以接收液體以及將液體以非常細化的霧狀液滴的方式噴灑在鋼條13之上的噴嘴類型。噴嘴可以是由Spraying System Co.所提供的空氣霧化型VAU。盡管描述了空氣霧化噴嘴，但是其它可以提供適當霧狀/小液滴尺寸的噴灑技術(shù)也可以被有效率地使用，如高壓液壓噴嘴?？墒褂萌珈o電沉積的特殊技術(shù)以提高傳遞效率。一清洗區(qū)域38，其以虛線表示，被設(shè)置在相鄰于噴灑區(qū)域24附近。該清洗過程可以是任選地以噴灑或者是沉浸的方式來進行。在沉浸的方式中，清洗過程是將鋼條從一浸泡在水清洗槽中的橡膠沉浸輥下通過，而在噴灑的方式中，清洗過程是將鋼條通過一排供給清潔水的水噴灑噴嘴，或者借助一來自位于噴灑區(qū)域以下的集水坑(collection sump)的泵。一表面分析儀42被任選地設(shè)置于噴嘴28附近，其將監(jiān)控鋼條表面以檢測出改善情形不佳的狀況。該分析儀42可以是紅外線掃描系統(tǒng)或者是其它機械觀測系統(tǒng)。一種適合的紅外線掃描系統(tǒng)是由Lan Instruments International Inc.提供的Landscan系統(tǒng)。該分析儀將輸入傳給管線動態(tài)操作系統(tǒng)中，該系統(tǒng)將在本文中描述。
在清洗區(qū)域之后，該鋼條被一組常規(guī)的沿軌道行駛(tracking)的張緊輥44所引導。該組輥44將鋼條保持在軌道上并且在鋼條中維持適當?shù)膹埩Α?br> 一般然后該鋼條13進入到一酸浸泡區(qū)域。酸浸泡過程通常包含一個或多個酸槽，雖然可使用酸噴灑。對一些等級的不銹鋼可能需要多重酸浸泡，如同48、50和52所標示。清洗槽49、51和53分別設(shè)置在浸酸槽48、50和52之后。一般而言，槽48放置硫酸，槽50和52放置硝酸和氫氟酸的混合物或者是硝酸。對于任何的不銹鋼條13可使用一個或多個酸槽，這取決于許多因素，包含鋼的組成、氧化物的厚度、以及在本領(lǐng)域所熟知的其它因素。除此之外，也可使用其它酸或酸的混合物，其也是本領(lǐng)域所熟知的。
在將鋼條13經(jīng)過浸酸以及清洗過程后，該鋼條被重新纏繞在重卷機54之上。在這個地方，所有的銹垢改善以及浸酸已經(jīng)完成。
經(jīng)過噴嘴28、30、34和36而被噴灑在鋼條13上的液態(tài)銹垢改善溶液來自于一個或多個分別具有溫度感應(yīng)裝置57、59和61的液體產(chǎn)物儲存容器56、58和60。需要幾個容器的原因是為了存儲不同的溶液，該溶液可能是不同等級的鋼材和/或為了儲存可與堿性溶液在線混合的添加劑以提供所需的組合物所需要或希望的，這將在本文中描述。容器56、58和60分別設(shè)置有輸送泵62、64和66，以便將液體從它們各自的容器中抽出。在泵62、64和66的輸出端分別具有流量控制器68、70和72。(可以了解到的是，可以使用儀表類型的可變流量泵62、64和66，并因此可以將測量和流量控制功能結(jié)合在一個單一裝置中，以消除對流量控制器的要求，雖然流量儀可能是需要的。)從流量控制器68、70和72中，液體被傳送至噴嘴供給管線74，其包含一在線混合器76以確保由兩個或者是兩個以上的儲存容器56、58和60提供的產(chǎn)物的完全混合。管線80、82、84和86分別用來提供噴嘴28、30、34和36以即將被噴灑在鋼條13上面的液體，并且流量感應(yīng)器87、88、89和90以及儀表閥門92、94、96和98分別被設(shè)置在管線80、82、84和86中，用來分別監(jiān)視以及控制流到各噴嘴28、30、34和36的情形。
另一種使用多個儲存容器的方式是使用一具有濃縮原料的容器，該原料在溶液中并不包含其它添加劑，以及一包含添加劑的第二容器。該第一容器供應(yīng)第一排的噴嘴，以及該第二容器供應(yīng)第二下游排列的噴嘴。這種方式可以在下述情況下使用由于溶解度的限制、離子的交換、沉淀或濃溶液的在線混合產(chǎn)生的其它不良結(jié)果，如噴嘴或者是濾網(wǎng)堵塞等，因而導致在線混合是不可行的或者是不需要的時候。
該系統(tǒng)控制包含一管線動態(tài)操作系統(tǒng)(line dynamicsoperating system)112，該系統(tǒng)接收操作管線系統(tǒng)的輸入，并且輸出信號到可變管線裝置(line variable)114以操作該退火生產(chǎn)線，如同本文以下所述。并且提供一銹垢改善處理控制系統(tǒng)120，其如同可變管線裝置一樣接收由管線動態(tài)操作系統(tǒng)112所傳出的信號。
在詳細描述該管線操作之前，進行關(guān)于本發(fā)明方法的描述。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，一種包含堿金屬氫氧化物的水溶液被以液滴的形式噴灑在不銹鋼條或其它金屬條上，并且該鋼條被保持在一溫度下，該溫度高于溶液中的材料為幾乎無水的狀態(tài)時的熔點和低于Leidenfrost效應(yīng)出現(xiàn)的溫度。在此使用的術(shù)語“材料幾乎無水的狀態(tài)”是指溶液的水分被蒸發(fā)之后，即使在該材料中可能仍然存在一些水分。在此使用的術(shù)語“鋼條上的Leidenfrost效應(yīng)”是一種在鋼條表面上出現(xiàn)雜色或污點的現(xiàn)象，其顯示了不完全的銹垢改善過程的斑點或污點。如果該鋼條的溫度高于所謂的Leidenfrost溫度或被噴灑溶液的Leidenfrost點的話，這被認為是由于Leidenfrost效應(yīng)在化學物質(zhì)水溶液上出現(xiàn)的緣故。當該鋼條的溫度高于被噴灑溶液的Leidenfrost溫度時，一層薄的噴灑液體會被轉(zhuǎn)換成金屬表面和液滴之間的氣相阻隔層，因而防止了液滴與鋼條表面的接觸和在液體蒸發(fā)之后化學物質(zhì)在金屬表面上的沉積。該Leidenfrost效應(yīng)是大家所熟知的并且在許多出版物中都有描述。兩個有關(guān)于這方面的出版物“Disk Model of the DynamicLeidenfrost Phenomenon”(Martin Rein在American PhysicalSociety的DFD96研討會中所描述的)以及“Miracle Mongers andTheir Methods”(第122-124頁，Harry Houdini，由E.P.Dutton在1920年所發(fā)表的)。
圖2是304型不銹鋼樣品表面的照片，根據(jù)本發(fā)明的處理之后該照片并沒有顯示Leidenfrost效應(yīng)，這種處理將在本文中描述；圖3-5是304型不銹鋼樣品表面的照片，其顯示了在本發(fā)明范圍之外的銹垢改善過程以及浸酸過程之后的不同程度的Leidenfrost效應(yīng)(圖5是最差的狀況)，這也將在本文中描述。應(yīng)該注意到的是圖3-5，在這些圖之中有銹垢改善完全的區(qū)域，即白色或灰色的區(qū)域，以及有銹垢改善不完全的區(qū)域，即暗色的區(qū)域。這表示一些液滴顯示出Leidenfrost效應(yīng)，即此處暗點出現(xiàn)的地方，以及一些溶液液滴并沒有經(jīng)歷或克服了Leidenfrost效應(yīng)，并且因此銹垢改善處理是有效的，即白色或光亮的區(qū)域。因此，如同在此使用的術(shù)語“低于Leidenfrost效應(yīng)出現(xiàn)的溫度”是指一個溫度，在根據(jù)本發(fā)明的銹垢改善處理和接著進行浸酸處理之后，在該溫度下不會出現(xiàn)暗點形式的銹垢。圖2顯示的是在無Leidenfrost效應(yīng)的溫度下的例子，圖3-5顯示的是在有Leidenfrost效應(yīng)存在的溫度下的例子。
制備圖2-5以及其它的樣品并且按以下方式處理。樣品是0.025英寸規(guī)格的4英寸×6英寸的304型不銹鋼薄片。每個樣品都在空氣中加熱到1950°F，然后被移出和固定在一測試固定裝置上。將樣品冷卻到由接觸熱電偶所測量的預定溫度。然后用堿金屬氫氧化物的水溶液噴灑該樣品，用水清洗和隨后進行浸酸處理。下面的表1顯示了對于不同樣品進行各種不同的處理和除銹垢的結(jié)果。
表1

等級符號第一個字母＝改善狀況 第二個字母＝觀察到的Leidenfrost效應(yīng)程度E＝優(yōu) N＝無Leidenfrost效應(yīng)G＝良好L＝輕微Leidenfrost效應(yīng)F＝普通M＝中度Leidenfrost效應(yīng)P＝不良S＝劇烈Leidenfrost效應(yīng)注解所有的測試都在100fpm的傳送速度中進行所有的測試樣品都是0.025英寸規(guī)格的304不銹鋼所有的測試都是將流量控制到沉積相同的固體含量的狀況下進行12.5w％的流速是117ml/min23.5w％的流速是60ml/min35w％的流速是40ml/min47w％的流速是30ml/min60w％的流速是23ml/min在水清洗之前的停留時間是10秒所有的樣品在噴灑改善和水清洗之后進行浸酸處理1)10％(體積)的硫酸在溫度160°F下10秒鐘2)8％硝酸+1.5％氫氟酸在溫度130°F下10秒鐘用于所有測試的原料都是氫氧化鈉/氫氧化鉀的低共熔物從以上的表1可見，如果將含有堿金屬氫氧化物的水溶液在如下的溫度下噴灑到不銹鋼樣品上，該溫度高于該溶液中組合物的熔點，即在低共熔(eutectic)的NaOH/KOH鹽的情況下約450°F或更高，和低于Leidenfrost效應(yīng)出現(xiàn)的溫度，即使只是接觸短短的幾秒鐘，都能產(chǎn)生可接受的鋼表面改善狀況。
還有幾個變量會影響最終產(chǎn)物。如，在水溶液中組合物的濃度應(yīng)該為約15-65wt％。如果組合物濃度低于15％的話，將大量的水分蒸發(fā)所需的能量就會消耗掉在該熱鋼條中的大部分熱焓-特別是在較薄規(guī)格的材料上，只遺留下極少的熱量去完成所需的沉積鹽的熔融以及進行銹垢改善反應(yīng)。如果組合物濃度高于65％的話，會產(chǎn)生制造、運輸、儲存和高濃度溶液傳送的問題。因為將化學物質(zhì)保持在溶液中和防止沉淀或結(jié)晶需要高溫，所以儲存槽的加熱和隔熱，管線復雜的熱追蹤，再循環(huán)流體路徑等等都一定會被使用到。除此之外，必須使用高合金材料來制作容器、管線以及噴嘴，因為將會發(fā)生伴隨的腐蝕問題。用來維持高儲存溫度的補充能量也可能是不需要的。當該鹽溶液濃度增加時，則在不會產(chǎn)生Leidenfrost效應(yīng)時可使用的上限溫度增加到700°F。然而，當超過約40％固體的時候，其要包含將在本文中描述的添加劑會變得更加困難。優(yōu)選的濃度為約15-50wt％；更優(yōu)選的濃度為約35-45wt％；以及最優(yōu)選的濃度為約40wt％。
該改善過程的機理被認為是與常規(guī)熔融氧化浴類似，其中金屬氧化物被轉(zhuǎn)換成較高的氧化狀態(tài)，其在鹽中是部分溶解的并且接著進行水清洗，同時殘留物質(zhì)因此更易于由浸酸過程來去除。本發(fā)明中的改善處理是按如下進行的噴灑的溶液被與之接觸的金屬條的鄰近效應(yīng)(proximity)加熱且水分被蒸發(fā)掉，以及鹽被金屬條中殘余的熱量熔融和在幾秒鐘內(nèi)迅速地與金屬條表面上的氧化物反應(yīng)。雖然水溶液或許沒有包含任何的氧化劑，該鹽薄層對于表面氧化物具有氧化作用，并且因此將其轉(zhuǎn)換成所需的較高氧化狀態(tài)。其發(fā)生的原因是由于噴灑的水溶液會吸收大氣中的氧和/或是大氣中的氧會擴散經(jīng)過該熔融鹽的薄層。在優(yōu)選的實施方案中，該鹽含有少量的氧化劑或者是化合物，如高錳酸鹽，其似乎會催化該氧化反應(yīng)。
這種將鹽運用到金屬表面的方法是獨特的，并且可以提供以上所述的異想不到的益處。除此之外，一個重要的益處是使用組合物的能力，該組合物在常規(guī)的無水熔融鹽浴中不能被有效使用，因為環(huán)繞在表面上的大量物質(zhì)阻止了大氣中氧的擴散。該溶液也可使用在通常的無水熔融鹽浴溫度下可能不穩(wěn)定的添加劑。此外，本發(fā)明消除了在使用鹽后所產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物，并因此使得在金屬表面上鹽的化學性質(zhì)得到完全控制。最后，鹽的使用量可以被控制在適當?shù)某潭?。在浸泡系統(tǒng)中，當金屬被從熔融浴中移出的時候，鹽的消耗量主要由粘附在金屬表面上的鹽量來決定。
在一些情況下，當需要處理不同金屬的時候，可能需要使用不同的鹽類化學物質(zhì)。這可根據(jù)本發(fā)明進行快速和有效地調(diào)節(jié)，然而其對于浸泡系統(tǒng)是不實用的，因為在熔融鹽浴中有要大量的物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，可使用幾種不同的組合物來有效地去除銹垢。優(yōu)選的堿性組合物是氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH)的低共熔物(42％氫氧化鈉和58％氫氧化鉀)。這是一種低熔點的組合物(338°F)并且當溶液的水分蒸發(fā)掉之后，可有效地進行銹垢改善過程。也可添加其它的物質(zhì)以改善溶液或組合物的性質(zhì)。下面的表2給出了某些添加劑，其與堿性溶液相比較可以區(qū)分為具有有益的效果、具有有害的效果、或者是沒有(中性)效果。
表2不同化合物和添加劑的銹垢改善效果

符號說明√輕微的√√顯著的√√√嚴重的·由于沉淀、低溶解度、不相容性或者其它物理/化學上的考慮而未進行測試*當被添加到堿性除銹垢配制劑中時會形成堿性錳酸鹽應(yīng)該注意到的是即使是鈉或鉀的陽離子存在于添加劑或者除銹垢化合物之中，該去除銹垢的效果主要是依靠陰離子的存在。如果其它因素如溶解度和相容性相同的話，具有一個陽離子的組合物就會具有類似的功效。如表2中所描述的硝酸鈉是有效的；因此，硝酸鉀也會具有相當?shù)男Ч?，但是在堿性組合物中的溶解度較低。在一些情況下，被測試的添加劑或化合物的陽離子是由可利用性(availability)來確定的。
在表2中的化合物或添加劑是在0.027規(guī)格的4英寸×6英寸的316型不銹鋼板上進行測試的，該不銹鋼板按照如前所述的圖2-5和表1中的樣品那樣進行制備和處理。那些被當作單獨除銹垢劑的化合物被配制成飽和溶液進行測試，對于高溶解度的化合物其至多的最大濃度是40wt％。那些被作為添加劑的化合物通常被配制成在包含35wt％的氫氧化鈉/氫氧化鉀低共熔混合物的溶液中為5wt％的量，也就是占總40％固體的12.5％。在一些情況下，由已知的參考文獻或者是先前所進行的測試可以知道添加劑在水中或者是苛性堿溶液中具有非常有限的溶解度，該添加劑只占固體含量的1％。例如含有氯酸鉀、高氯酸鉀以及高錳酸鉀的情形就是如此。所以可加入的這些添加劑的有效量至多為1％。并且，由于首次的混合或者是隔夜放置，一些被證明在配制的百分比下不會完全溶解的添加劑，如氯化鈉、硝酸鈉、和硫酸納，就需要進行過濾處理或者是將透明的液體傾析出來以進行測試。特別要注意到的是無法對磷酸二鈉進行除銹垢能力的測試，這或許是因為大量的水合結(jié)晶而使得配制劑固化的緣故。
被用作單獨的除銹垢劑的化合物的效果是易于從視覺上加以判斷的，因為在最初的深藍色氧化銹垢上使用任何化合物來進行測試都是無效的，包括那些有效的添加劑。該改善的無效性可以借助后續(xù)的硫酸浸泡過程及隨后的硝酸加上氫氟酸的浸泡來得到證實，如前面所述的圖2-5以及表1樣品的處理方式，在這些步驟之后最初的銹垢并沒有改變。
添加劑的效果是按如下方式進行判定的與40％的氫氧化鈉/氫氧化鉀低共熔物溶液的效果進行比較，其在所選定的測試條件下顯示出良好的去除銹垢效果(即噴灑流速35ml/min，平板溫度500°F，以及傳動速度100f.p.m)。
評價標準包含與被改善的氧化物的外觀有關(guān)的因素，如顏色、不透明性和均勻性；通過清洗、擦拭或后續(xù)的浸酸對被改善氧化物的去除難易程度，和與最終被去除銹垢的金屬表面的外觀有關(guān)的因素，如顏色、亮度、均勻性、和無殘余氧化物?？梢粤私獾降氖沁@些標準不隨著彼此的程度和方向的不同而變化，使得有一個用于定量測定添加劑的有害或有益效果的主觀要素(subjectiveelement)，如表2所示。當然，中性等級表示與40％氫氧化鈉/氫氧化鉀低共熔物溶液的效果相比較沒有明顯的差異。
那些顯示會產(chǎn)生嚴重的有害效果的添加劑通常會抑制銹垢的完全去除，如同在葡萄糖酸鈉中發(fā)生的那樣，或者是近乎完全的，如同在醋酸鈉或者是蔗糖中那樣。當這三種物質(zhì)以有機形式存在時，它們可能發(fā)揮還原作用(以防止適當?shù)难趸?以及對銹垢進行改善。氟化鉀被認為是非常有害的，因為其會造成獨特的、斑點狀的經(jīng)調(diào)節(jié)的氧化物，該氧化物在隨后的浸酸過程中會造成斑點狀的蝕刻金屬表面。這些殘存的有害添加劑或多或少都會產(chǎn)生不均勻性，或者是抑制改善效果。在更明顯的情況下，這將使得一些銹垢遺留在金屬上，即使進行了隨后的浸酸處理。在較溫和的情況下，這樣的銹垢被限制在平板的稍微較冷的邊緣上，其顯示了有效溫度范圍的不希望變窄。
所述有益的添加劑將導致均勻較薄銹垢的形成，如所證實的那樣主要是淺色、幾乎透明的金綠色的經(jīng)改善的氧化物，其在后續(xù)于單獨的硫酸浸泡之后會產(chǎn)生明亮干凈的金屬表面。經(jīng)過比較可見，40％氫氧化鈉/氫氧化鉀低共熔物溶液會產(chǎn)生較為陰暗、明顯較厚的、棕色的經(jīng)改善的氧化物，該氧化物需要硫酸以及硝酸加上氫氟酸二者浸泡以產(chǎn)生完全干凈的金屬表面。該有益效果對于高錳酸鈉和高錳酸鉀最為明顯。
再次參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的銹垢改善系統(tǒng)的操作如下所述預熱爐14和退火爐16的溫度以及鋼條13的速度由管線動態(tài)操作系統(tǒng)112來控制。生產(chǎn)線的操作員將參數(shù)變量輸入管線動態(tài)操作系統(tǒng)112中，如鋼條材料、鋼條規(guī)格、鋼條寬度、以及其它特殊的處理信息，然后該系統(tǒng)會決定以本領(lǐng)域公知的常規(guī)方式將具體要被退火的鋼卷退火的方案。在一給定的速度和溫度下從退火爐16和冷卻裝置18中移出后就得到了鋼條13。該管線動態(tài)操作系統(tǒng)112也將許多的信息輸入銹垢改善處理控制器120中，如規(guī)格、寬度以及材料等等。該纏繞起始時間也從管線動態(tài)操作系統(tǒng)112輸入到銹垢改善處理控制器120中。溫度感應(yīng)元件22以及表面分析儀42也將信息輸入到銹垢改善處理控制器120中。其它將信息輸入到銹垢改善處理控制器120中的還包含儲存槽標高感應(yīng)器(未顯示)；流量控制器68、70和72；單獨的噴嘴流量感應(yīng)器87、88、89和90；儲存槽溫度感應(yīng)器57、59和61。
銹垢改善處理控制器120提供輸出以便于控制銹垢改善功能的各個方面。這些方面包括風扇20或其它冷卻控制元件的控制，以使得當鋼條進入銹垢處理區(qū)域24(其至少是450°F)中的時候可以達到所需的溫度；被用來傳送銹垢改善溶液的容器56、58和60的選擇控制；和從各個容器56、58和60的傳送速度的控制，如將在本文中所述；以及經(jīng)過儀表閥92、94、96和98的噴嘴28、30、34和36的控制。由各個容器56、58和60所流出的溶液流量由分別的流量控制儀68、70和72所監(jiān)控。因此由容器56、58和60所流出的溶液流量是可分別控制和監(jiān)控的。如此使得可以幾種方式來使用容器56、58和60。一種方式是這些容器56、58和60可用于在每個容器中儲存不同的溶液或者是不同濃度的溶液，且選擇適合的容器56、58或60。另一種方式是容器56、58和60可以用來儲存最終被噴灑的各種不同組成的溶液；如容器56可以用來儲存氫氧化鈉/氫氧化鉀低共熔物的溶液，容器58可以用來儲存高錳酸鉀的溶液(其當需要的時候可以選擇性地在混合器76中混合以提供一添加的組分)，并且容器60可以用來儲存水(其也可在混合器76中被混合以提供所需的溶液濃度)。這些僅是可以如何使用容器56、58和60的幾個實例。當然，如果只使用單一濃度的單獨溶液，那就只需要使用一個容器56，并且當然也可使用超過三個以上的容器。
銹垢改善處理控制器120包括一電腦(未顯示)，其中儲存了所有用來將溶液噴灑到每種類型鋼條上需要的所有參數(shù)，其基于組成、規(guī)格、寬度、鋼條速度以及任何其它相關(guān)的因素，如在爐中的時間，該時間會影響在鋼條表面上銹垢的改善情況。在這些參數(shù)被儲存之后，由管線動態(tài)操作系統(tǒng)112輸出的信息作為輸入進入銹垢改善處理控制器120中，該銹垢改善處理控制器120調(diào)整風扇20的速度，將鋼條冷卻到一溫度，該溫度高于無水鹽熔融和進行銹垢改善的溫度以及低于Leidenfrost效應(yīng)產(chǎn)生的溫度，如果需要的話，噴嘴28、30、34和36可用來達到適當?shù)膰姙D形(spraypattern)，容器56、58和60的選擇可用來提供程序化(programmed)的溶液組成和濃度，以及如果需要的話，還有新型的鋼條進入冷卻區(qū)域18以及噴灑區(qū)域24所需的時間。這使得在銹垢改善操作平穩(wěn)完成之后，選擇在槽48、50和/或52中進行浸酸。表面分析儀42持續(xù)地對鋼條的狀況進行監(jiān)控。如果表面的改善落入預定的參數(shù)范圍之外，該電腦被編程以對任何參數(shù)進行調(diào)整，使表面改善恢復到需要的參數(shù)中。
在操作過程中，后備噴灑噴嘴34和36僅在如下情況下使用1)個別噴嘴流量儀87和88指示出到任何噴嘴的流量減少或沒有流量時，或任選地，2)當表面分析儀42檢測到在鋼條表面的任何區(qū)域缺乏銹垢改善情形時。主要的檢測系統(tǒng)是個別噴嘴流量儀87和88，并且任選的表面分析儀42起到后備檢測點的作用。當需要時相應(yīng)于接收到的個別噴嘴流量儀87和88或表面分析儀42所傳出的信號，銹垢改善處理控制器120就會將個別備用噴灑噴嘴34和36打開。個別噴嘴流量儀89和90用來檢測流到后備噴嘴排列中的個別噴灑噴嘴34和36的流量。當檢測到向任何噴嘴缺乏流量的時候，就會產(chǎn)生警告信號并且傳送到管線動態(tài)操作系統(tǒng)112。
雖然本發(fā)明通過對其實施方案的描述得到了說明，并且盡管這些實施方案描述得相當詳細，但是這并非旨在以任何方式將隨附的權(quán)利要求書的范圍局限于這些詳細描述中。其它的優(yōu)點或改變對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。所以，本發(fā)明就其最廣義的方面來說并不局限于具體詳細的描述、代表性的設(shè)備或說明性的實施例。因此，在不背離本發(fā)明的精神或范圍內(nèi)可以借助本發(fā)明的概念產(chǎn)生其它的衍生發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用來改善金屬物體表面上銹垢的系統(tǒng)，包括至少一個用來噴灑苛性水溶液液滴的噴嘴；至少一個用來容納所述苛性水溶液的儲存容器，該容器與所述至少一個噴嘴相連；設(shè)置用來相對所述至少一個噴嘴移動金屬物體的驅(qū)動裝置；設(shè)置用來在金屬物體通過所述至少一個噴嘴之前感應(yīng)該金屬物體表面溫度的溫度感應(yīng)元件；相鄰于所述溫度感應(yīng)元件的冷卻裝置；以及響應(yīng)于感應(yīng)到的所述金屬物體表面的溫度來控制冷卻裝置的控制裝置。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少具有一第二儲存容器，用以流體連通所述至少一噴嘴和控制裝置。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少具有一第二噴嘴，用來噴灑流通于該儲存容器和該控制裝置間的溶液液滴。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該控制裝置包含流量控制元件以個別地控制由每個儲存容器流動到噴嘴的流量。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該金屬物體是金屬條。
6.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中至少一噴嘴被設(shè)置在該金屬條的每側(cè)上。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中提供一酸浸泡裝置。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該控制是被配置成控制冷卻裝置以冷卻金屬物體表面到一溫度，該溫度高于包含在水溶液中的組合物的熔點和低于Leidenfrost效應(yīng)出現(xiàn)的溫度。
9.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其進一步的特征為相鄰于所述至少一個噴嘴有一表面覆蓋分析儀。
10.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中具有一速度感應(yīng)元件用來感應(yīng)該金屬物體的速度，并且控制裝置被配置成響應(yīng)于被感應(yīng)到的金屬物體的速度來改變該苛性水溶液的流量。
11.一種在金屬物體表面上處理銹垢的方法，其包括以下的步驟a)提供一其上具有銹垢的金屬物體；b)提供一包括堿金屬氫氧化物或者是堿金屬氫氧化物的混合物的水溶液；c)控制該金屬物體表面的溫度高于在無水狀態(tài)下的堿金屬氫氧化物的熔點并且在此進行改善過程，以及低于Leidenfrost效應(yīng)產(chǎn)生的溫度；及d)在金屬物體表面上噴灑該溶液。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中該溶液包含氫氧化鈉或氫氧化鉀或其混合物。
13.如權(quán)利要求11的方法，其中在噴灑該溶液之后，將該金屬用酸浸泡。
14.如權(quán)利要求11的方法，其中該溶液的濃度為15-65wt％固體。
15.如權(quán)利要求11的方法，其中該溶液的濃度為35-45wt％固體。
16.如權(quán)利要求11的方法，其中該溶液的濃度為40wt％固體。
17.如權(quán)利要求11的方法，其中該金屬物體表面的溫度至少為約450°F，并且不超過約700°F。
18.如權(quán)利要求14的方法，其中該金屬物體表面的溫度至少為約450°F，并且不超過約600°F。
19.如權(quán)利要求11的方法，其中該金屬是不銹鋼條。
20.如權(quán)利要求11的方法，其中該溶液包含一有效量的添加劑，該添加劑選自堿金屬碳酸鹽、堿金屬氯酸鹽、堿金屬硝酸鹽、堿金屬高錳酸鹽及其混合物。
21.如權(quán)利要求20的方法，其中添加劑是堿金屬高錳酸鹽。
22.如權(quán)利要求12的方法，其中該水溶液包含氫氧化鈉和氫氧化鉀的低共熔混合物。
23.一種包含氫氧化鈉和氫氧化鉀混合物的水溶液，其中有約15-65wt％固體。
24.如權(quán)利要求23的溶液，其中有約35-45wt％固體。
25.如權(quán)利要求23的溶液，其中有約40wt％固體。
26.如權(quán)利要求23的溶液，其中氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合物為低共熔混合物。
27.如權(quán)利要求23的溶液，其進一步的特征在于包含有效量的至多1wt％固體的堿金屬高錳酸鹽。
28.如權(quán)利要求27的溶液，其中堿金屬高錳酸鹽為高錳酸鉀。
全文摘要
為水溶液噴灑去除或改善金屬表面、特別是不銹鋼條等上的銹垢或氧化物,提供了一種組合物和使用該組合物的裝置及方法,在一個實施方案中,其也可以用來去除或改善其它工件,如金屬棒或甚至是組合物體上的銹垢或氧化物。使用了一含有堿金屬氫氧化物的堿性組合物的水溶液,如氫氧化鈉,氫氧化鉀,或堿金屬氫氧化物的混合物如氫氧化鈉和氫氧化鉀。該水溶液可包含一定量的添加劑以增強鹽去除銹垢的能力。在一實施方案中,該溶液被用來改善不銹鋼條上的銹垢或表面氧化物。該鋼條的溫度介于無水狀態(tài)的堿金屬氫氧化物的熔點和Leidenfrost效應(yīng)產(chǎn)生的溫度之間。一個或多個噴嘴被用來噴灑該溶液,且當加熱的鋼條通過噴嘴的時候,將溶液噴灑在具有銹垢或氧化物的鋼條表面上。本發(fā)明也包括用于噴灑該溶液的裝置及其控制。
文檔編號C23G3/02GK1423710SQ00818347
公開日2003年6月11日 申請日期2000年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月22日
發(fā)明者J·M·科勒, J·C·瑪洛伊, J·F·皮爾茲寧斯基, W·G·伍德 申請人:科勒內(nèi)公司