專利名稱：高級鍍鋅鋼板合金化系統(tǒng)和加熱控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高級鍍鋅鋼板合金化系統(tǒng)和加熱控制系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種鍍鋅鋼板合金化處理系統(tǒng)，特別是涉及可用于在為形成鍍鋅鋼板的合金層進行感應(yīng)加熱過程中控制加熱量的一種系統(tǒng)。
如圖2所示，在為鋼板1鍍鋅的一個鍍鋅鍋2上方設(shè)置有用于對熱浸漬鍍鋅鋼板進行處理的一個連續(xù)合金化處理爐。就是說，在鍍鋅鍋2上方，依序沿向上方向設(shè)置有一個擠鋅口3、一個加熱爐4、一個保溫爐5、和一個冷卻區(qū)6。鋼板1在通過鍍鋅鍋2之后其表面鍍鋅。在由擠鋅口3控制使鋼板1具有預(yù)定的鍍覆重量之后，它通過包括加熱爐4、保溫爐5、和冷卻區(qū)6的合金化處理爐。在這個過程中，使鍍層合金化。
經(jīng)過合金化處理的這種鍍鋅鋼板與普通的鍍鋅鋼板相比具有更好的可焊性、可加工性、可涂飾性和耐腐蝕性。因此，它常常用作家用電器和汽車的外殼鋼板。
鋅鍍層需要進行合金化處理以獲得鐵鋅合金層成分，這種成分對于同時確保鍍層附著力和可壓鍛性是特別理想的。鍍層附著力和可壓鍛性是重要的質(zhì)量因素，因為前者特征可防止在加工過程中鍍層的粉末化剝落，這種現(xiàn)象稱之為粉化，而后者則使合金層具有低的滑動阻力，從而減小在成形過程中的負荷。具體地說，在經(jīng)過合金化處理之后，鋼板表面的鍍層成分應(yīng)當(dāng)主要是δ1相，同時減小具有較高滑動阻力的ζ相，和較硬、較脆的Γ相，后者會降低耐粉化性，如圖3所示。
合金層的構(gòu)成是由加熱、保溫、和冷卻的熱處理周期確定的，如圖4所示，它必須滿足下列要求(1)加熱迅速加熱以抑制ζ相。(2)保溫控制保持溫度和保持時間，使得最低溫度為T1或更高，保持時間為t1或更長，以抑制ζ相，最高溫度為T2或較低，保持時間為t2或更短，以抑制Γ相。(3)冷卻迅速冷卻以抑制ζ相。
眾所周知感應(yīng)加熱適合作為獲得上述要求中迅速加熱和高精度加熱溫度(=保持溫度)的手段。已經(jīng)有人提出各種用于合金化的感應(yīng)加熱器(例如，日本待審查專利申請Nos.294091/92、228528/92、和320852/93)。因此，使用感應(yīng)加熱型加熱爐作為獲得形成鍍鋅鋼板的合金層的熱處理周期的手段之一。
圖5表示一種感應(yīng)加熱裝置的電路結(jié)構(gòu)示例。
被加熱的材料8通過一個螺管線圈7，在螺管線圈上施加頻率從幾個kHz到100kHz的高頻電流以在材料8中產(chǎn)生渦流，從而加熱材料8。通過感應(yīng)加熱在材料8中沿寬度方向產(chǎn)生的熱分布和溫度分布隨材料8的類型和寬度以及感應(yīng)加熱的頻率而變化。感應(yīng)加熱源的振蕩頻率與構(gòu)成諧振電路的加熱線圈和電容器的頻率幾乎是同步的。因此，加熱線圈中的高頻電流的頻率由諧振電容器的電容和螺管線圈的電感確定。螺管線圈的電感由其形狀和匝數(shù)確定。
另一方面，適合的保持溫度T2-T1和適合的保持時間t2-t1隨鍍層重量而變化，并且隨鋼板的鋼種類而改變。為了以高精確度獲得加熱量、加熱溫度、和保持溫度，需要高精度地測量鋼板的溫度。
如圖2所示，利用常規(guī)的合金化設(shè)備，溫度計9安裝在加熱爐4與保溫爐5之間，以測量通過加熱爐的鋼板的溫度。這是為了獲得適合的溫度條件。根據(jù)所測量的鋼板溫度，調(diào)節(jié)加熱量從而獲得適合的溫度。此外，如圖2所示在冷卻區(qū)6的出口側(cè)用合金度計10測量鋼板的合金層。根據(jù)測量結(jié)果，調(diào)節(jié)加熱量從而獲得適合的合金層。
為了測量鋼板溫度，常規(guī)合金化設(shè)備使用一種輻射式溫度計或類似裝置作為圖2所示的溫度計9。但是，輻射式溫度計不能準確地測量溫度，因為在加熱(合金化)爐4的出口側(cè)，鋼板表面的顏色相對于銀來說是白色的，而不是黑色的。這使得難以獲得高精度的加熱溫度，造成難以形成適合的合金層。合金化狀態(tài)是用合金度計10在冷卻之后測量的。但是，合金度計10與加熱爐4分開，使得在進行反饋控制上產(chǎn)生一定的延遲。結(jié)果，鍍鋅鋼板可能在一個不適合的加熱溫度下生產(chǎn)。所以，使用鍍鋅合金化設(shè)備，需要在加熱爐4測量溫度，并根據(jù)所測量的溫度控制加熱量。
通過解決上述問題完成了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的是提供用于鍍鋅鋼板的一種合金化處理系統(tǒng)，這個系統(tǒng)裝備有能夠準確地測量加熱爐中的鋼板溫度的裝置，從而為利用感應(yīng)加熱器形成鍍鋅鋼板的合金層提供所需的適合加熱溫度。
為了達到上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案的特征在于1)包括測量高頻電源負載側(cè)的阻抗以計算被加熱材料的電阻率的一種方法，該方法根據(jù)相關(guān)特性值，檢測被加熱材料的準確溫度。2)包括一種加熱溫度控制方法，該方法測量高頻電源負載側(cè)的阻抗以計算被加熱材料的電阻率，從而使得有可能根據(jù)相關(guān)特性值檢測被加熱材料的準確溫度，和獲得一個適合的溫度。
通過以下的詳細描述和附圖可以更加清楚地了解本發(fā)明，這些附圖僅僅是示例性的，而不是對本發(fā)明限制性的，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例構(gòu)成的一個系統(tǒng)的構(gòu)造圖；圖2為概念性地表示根據(jù)一種早期技術(shù)構(gòu)成的一種鍍鋅鋼板連續(xù)合金化設(shè)備的說明圖；圖3為表示經(jīng)過合金化處理之后的鍍鋅鋼板表面結(jié)構(gòu)的說明圖；圖4(a)和4(b)為表示合金化處理過程中熱處理周期的適合條件范圍的特性曲線圖；圖5為表示根據(jù)一種早期技術(shù)構(gòu)成的一種感應(yīng)加熱器的構(gòu)造/電路示意圖；和圖6為表示根據(jù)一種早期技術(shù)構(gòu)成的一種感應(yīng)加熱器的構(gòu)造的等效電路示意圖。
如圖2所示，常規(guī)的鍍鋅合金化設(shè)備使用輻射式溫度計或類似裝置作為溫度計9。因為它的特性，當(dāng)被測量的表面顏色不是黑色時，輻射式溫度計無法準確地測量溫度。因此，難以為合金化處理設(shè)定一個適合的加熱溫度。
另一方面，本發(fā)明采用一種控制方法，這種方法測量高頻電源11負載側(cè)的阻抗，根據(jù)阻抗值計算鋼板的溫度，并調(diào)節(jié)加熱量，如圖1所示。
在圖5中表示了用于在加熱爐中感應(yīng)加熱的設(shè)備的構(gòu)造，這種設(shè)備可以用圖6所示的等效電路替換。在圖6中電源輸出側(cè)測得的負載阻抗由下列公式(1)給出Z≅LCR---(1)]]>其中Z為負載阻抗，L為線圈的電感，C為電容器的電容值。在這個公式中，電阻R可以分成線圈的電阻分量Rc和被加熱材料的電阻分量Rw，并且可以用公式(2)表示R=Rc+Rw(2)利用頻率f、導(dǎo)磁率μ、電阻率ρ、線圈匝數(shù)N、鋼板厚度tw和鋼板的橫截面積Aw可以用公式(3)和(4)給出線圈的電阻分量Rc和被加熱材料的電阻分量RwRc=πfμ0ρcPcN2---(3)]]>Rw=2πfN2Q(twδw)Aw---(4)]]>其中δw和Q由公式(5)和(6)給出，其中用ω表示角頻率δw=2ρwωμ---(5)]]>Q(twδw)=1twδwsinh(twδw)-sin(twδw)cosh(twδw)+cos(twδw)---(6)]]>利用比例因子k1可以將公式(4)重新表示為公式(7)Rw=k1μwρwf---(7)]]>電阻率ρ為溫度的函數(shù)。當(dāng)被加熱材料的溫度由于感應(yīng)加熱升高時，被加熱材料的溫度按照公式(7)變化。因此，由公式(1)表示的阻抗可以由公式(8)，利用比例因子k2，作為被加熱材料溫度T的函數(shù)表示Z=k2F(T)(8)根據(jù)公式(8)，通過測量高頻電源11負載側(cè)的阻抗可以獲取加熱爐中鋼板的溫度。通過根據(jù)由公式(8)獲得的鋼板溫度控制加熱爐的電功率，能夠持續(xù)地保持合金化處理所需的適合加熱溫度。[實例]下面參照圖1說明本發(fā)明的一個具體實例。在這個實例中，本發(fā)明應(yīng)用于熱浸漬鍍鋅鋼板的連續(xù)合金化處理爐。
在鍍鋅鍋2上方，依序沿向上方向設(shè)置有一個擠鋅口3、一個加熱爐4、一個保溫爐5和一個冷卻區(qū)6。鋼板1在通過鍍鋅鍋2之后其表面鍍鋅。在由擠鋅口3控制使鋼板1具有預(yù)定的鍍覆重量之后，它通過包括加熱爐4、保溫爐5、和冷卻區(qū)6的合金化處理爐。在這個過程中，使鍍層合金化。
使用如圖5所示的感應(yīng)加熱型加熱爐作為加熱爐4實現(xiàn)迅速加熱或獲得高精度的加熱溫度。一個高頻電源11、一個阻抗測量儀表12、和一個控制系統(tǒng)13與這個感應(yīng)加熱爐4相連。
高頻電源11向感應(yīng)加熱爐4輸送電力，利用渦流加熱鋼板1，即被加熱的材料。高頻電源11由控制系統(tǒng)13控制。
阻抗測量儀表12是用于測量高頻電源11負載側(cè)的阻抗的一種裝置。所測量的阻抗和鋼板1，即被加熱材料的溫度之間的關(guān)系如公式(8)所示。
控制系統(tǒng)13根據(jù)所測量的阻抗按照公式(8)確定鋼板1的溫度。然后，控制系統(tǒng)13控制高頻電源11使得溫度變?yōu)楹辖鸹幚硭璧倪m合加熱溫度。
如上所述，在本例中，加熱爐中的鋼板溫度是根據(jù)高頻加熱器的阻抗測得的，通過反饋方式控制加熱量。因此，無論鋼板1是什么顏色都能夠準確地測得溫度。根據(jù)這個測量結(jié)果，可以設(shè)定高精度的加熱溫度，以利于形成適合的合金層。
本例說明了本發(fā)明應(yīng)用于熱浸漬鍍鋅鋼板的連續(xù)合金化處理爐的情況。然而，本發(fā)明并不局限于此。例如，在使用感應(yīng)加熱線圈的一種加熱設(shè)備中，按照本發(fā)明，可以根據(jù)高頻加熱器的阻抗測量被加熱材料的溫度。由此可知，本發(fā)明能夠廣泛地應(yīng)用。
如以上結(jié)合實施例所詳述的，本發(fā)明的第一方面提供鍍鋅鋼板的合金化系統(tǒng)，該合金化系統(tǒng)使用一個感應(yīng)加熱線圈，其中加熱爐中鋼板溫度是根據(jù)高頻加熱器的阻抗測得的，并通過反饋控制加熱量。因此，可以非常準確地測得感應(yīng)加熱爐中鋼板的溫度，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的鍍鋅鋼板，實現(xiàn)鍍鋅鋼板的合金化處理系統(tǒng)。
本發(fā)明的第二方面提供使用感應(yīng)加熱線圈的一個加熱系統(tǒng)中的加熱控制裝置，其中被加熱材料的溫度是根據(jù)高頻加熱器的阻抗測得的。因此，可以以高精度測得被加熱材料的溫度。就是說，通過測量高頻電源負載側(cè)的阻抗可以以高精度測得感應(yīng)加熱爐中鋼板的溫度。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是很顯然本發(fā)明還可以有很多種變化方式。這種變化不能被認為是脫離了本發(fā)明的構(gòu)思和范圍，所有這類對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的變化都包括在下述權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種鍍鋅鋼板合金化系統(tǒng)，它包括利用感應(yīng)加熱線圈加熱鍍鋅鋼板的一個加熱爐，所說加熱爐包括一個高頻加熱器；用于計算所說高頻加熱器阻抗的一個阻抗計算單元，所說阻抗計算值指示出加熱鍍鋅鋼板的溫度；和根據(jù)所說阻抗計算值控制所說加熱爐溫度的一個控制單元。
2．用于加熱一種材料的加熱系統(tǒng)，它包括一個感應(yīng)加熱線圈，其具有用于加熱所說材料的一個高頻加熱器；一個阻抗測量單元，其測量所說高頻加熱器的阻抗；和一個加熱控制裝置，其通過根據(jù)所說阻抗計算值控制所說感應(yīng)加熱線圈來調(diào)節(jié)被加熱材料的溫度。
3．用于使一種金屬板合金化的一種合金化系統(tǒng)，它包括一個熱浸漬鍍鋅鍋，其用于為所說金屬板鍍鋅；一個感應(yīng)加熱爐單元，其在受控溫度下加熱經(jīng)過鍍鋅的金屬板；一個保溫裝置，其將加熱的鍍鋅金屬板的溫度保持在預(yù)定溫度下預(yù)定長度的時間；和一個冷卻區(qū)，其冷卻加熱的鍍鋅金屬板，其中所說感應(yīng)加熱爐包括用于加熱鍍鋅金屬板的一個感應(yīng)加熱爐，用于在所說感應(yīng)加熱爐中產(chǎn)生熱量的一個高頻電源，用于測量至少所說感應(yīng)加熱爐中被加熱的鍍鋅金屬板的阻抗的一個阻抗測量單元，和一個控制單元，其通過根據(jù)所說阻抗測量值控制所說高頻電源將被加熱鍍鋅金屬板的溫度控制在所說受控溫度。
全文摘要
一種使用感應(yīng)加熱線圈的鍍鋅鋼板合金化系統(tǒng),其中根據(jù)高頻加熱器的阻抗測得感應(yīng)加熱爐中鋼板的溫度,并通過反饋控制加熱量,以形成鋼板的合金層。
文檔編號C23C2/28GK1221037SQ9812277
公開日1999年6月30日 申請日期1998年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月5日
發(fā)明者和田宏三, 平井悅郎, 鶴崎一也, 淺原裕司, 韓光熙, 李載榮, 趙雷夏, 沈章燮, 千時烈 申請人:三菱重工業(yè)株式會社