專利名稱：使用鋅和鋁的浴鍍鋅和鍍鋅退火的方法
本申請是于1998年1月29日申請的未審定美國專利申請No.09/015,551的部分延續(xù)。
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及對鋼進行鍍鋅退火(galvannealing)和鍍鋅(galvanizing)的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及使用鋅和鋁的熔融浴對鋼進行連續(xù)的熱浸鍍鋅退火和鍍鋅的方法。
發(fā)明的背景在對鋼帶進行連續(xù)的熱浸鍍鋅和鍍鋅退火的過程中，使用鋅的熔融浴。在進入熔融浴之前，通常將鋼帶放在爐內(nèi)進行熱處理。延伸到浴的爐的末端部分處的所謂入口將爐與周圍空氣隔離開來。當鋼帶通過入口時，鋼帶就浸沒在浴中。一般來說，在熔融浴中設(shè)置兩個或多個輥。浴中的輥(sink roll)逆轉(zhuǎn)鋼帶在浴中的移動方向，而在浴中的一對穩(wěn)定輥穩(wěn)定并引導(dǎo)鋼帶通過涂布刮刀。
在制造鍍鋅和鍍鋅退火產(chǎn)品的過程中，鋁一般存在于鋅的熔融浴中，以控制鋅-鐵合金的生長。不希望在鍍鋅鋼中存在界面鋅-鐵合金，因為這會使鋅涂層對鋼帶的粘附性變小。一般來說，在鍍鋅退火中采用比較低的鋁含量(如0.13-0.15重量％)，而在鍍鋅中采用比較高的鋁含量(如0.16-0.2重量％)。
在某些傳統(tǒng)生產(chǎn)中，在生產(chǎn)線上采用兩種浴，以便制造鍍鋅鋼和鍍鋅退火鋼。在這些過程中，需要準備一個浴以便為鍍鋅退火提供一較低的鋁含量，并需要準備另一個浴以便為鍍鋅提供一較高的鋁含量。然而，兩個浴是不利的，因為生產(chǎn)線必須停下來，以便從一個浴轉(zhuǎn)到另一個浴。同樣，兩個浴會降低制造鍍鋅退火鋼和鍍鋅鋼的工序靈活性。而且，第二個浴要消耗一筆額外的設(shè)備費用開支。
在采用單個浴的傳統(tǒng)生產(chǎn)線上，鋁含量在鍍鋅退火和鍍鋅之間逐漸呈斜線上升(ramped up)。這會導(dǎo)致在從鍍鋅退火轉(zhuǎn)變到鍍鋅的過程中制得低質(zhì)量的鍍鋅鋼，因為在該轉(zhuǎn)變過程中，鋁含量對鍍鋅來說太低了。例如，具有臨界表面質(zhì)量要求的產(chǎn)品一般不能在轉(zhuǎn)變過程中制得，也不能制得高度反應(yīng)性的真空脫氣超低碳鋼，也不能制得高強度鋼。而且，常規(guī)方法的浴循環(huán)一般較差，這會使浴的組成和溫度發(fā)生較大的變化。這種差的循環(huán)會使在采用單個浴的常規(guī)方法中從鍍鋅退火轉(zhuǎn)變成鍍鋅過程中遇到的問題進一步惡化。
在常規(guī)的熱浸鍍鋅過程中，會產(chǎn)生所謂廢渣的不希望有的鐵-鋅或鐵-鋅-鋁金屬間化合物。廢渣粘附在浴中的輥上，而后轉(zhuǎn)移到鋼帶的表面上，產(chǎn)生疙瘩和留下印跡(print-through)的缺陷，這是一個與鍍鋅退火產(chǎn)品和外露(exposed)鍍鋅產(chǎn)品有關(guān)的主要問題。由廢渣顆粒所致的表面疵點在汽車和器械工業(yè)中常用的對涂覆鋼施加高光澤油漆修飾時特別容易覺察。在浴中采用膠接的涂有碳化物的輥能減少，但不能完全消除這些缺陷。
除了引起表面缺陷外，廢渣的形成會直接提高制造成本。鋅是在制造鍍鋅鋼和鍍鋅退火鋼中所用的最昂貴原料之一。由于在制造過程中廢渣的重量通常平均為所消耗鋅的約8-10％，故制造成本會提高。
常規(guī)的方法通常采用用于鍍鋅的高鋁含量的浴和用于鍍鋅退火的低鋁含量的浴。在鍍鋅退火過程中浴的低鋁含量會導(dǎo)致形成過量的廢渣，并且在鍍鋅退火過程中廢渣被鋼帶所粘附。而且，在浴底部積累的廢渣會限制鍍鋅退火生產(chǎn)運行的時間長短，并且需要向鍍鋅的轉(zhuǎn)變以便通過添加大量鋁的化學(xué)轉(zhuǎn)變除去底部廢渣。若底部廢渣的積累非常嚴重，則生產(chǎn)線要關(guān)閉，以便機械除去廢渣。
在鍍鋅過程中浴的高鋁含量會在鍍鋅的涂覆過程中產(chǎn)生非常大量的鋁。用于鍍鋅的高鋁含量也會不利于從鍍鋅到鍍鋅退火的轉(zhuǎn)變并且不利于逆向轉(zhuǎn)變，因為需要若干小時來完成從一個鋁含量到另一個鋁含量的轉(zhuǎn)變。從鍍鋅退火到鍍鋅的轉(zhuǎn)變和逆向轉(zhuǎn)變是代價高的，因為在從鍍鋅退火到鍍鋅的轉(zhuǎn)變和逆向轉(zhuǎn)變的過程中浴中鋁含量的改變會產(chǎn)生質(zhì)量差的產(chǎn)品。這樣，當采用常規(guī)的方法時，使用用于鍍鋅退火和鍍鋅的單個浴將難以制得外露品質(zhì)(exposed quality)的涂覆鋼產(chǎn)品或真空脫氣的超低碳鋼或高強度的鋼。在轉(zhuǎn)變過程中表面質(zhì)量差的原因是在向鍍鋅的轉(zhuǎn)變過程中由于鋁含量提高使底部廢渣轉(zhuǎn)變成頂部或漂浮的廢渣，從而使廢渣被鋼帶所粘附。
盡管在浴中通常需要鋁以便在鍍鋅和鍍鋅退火過程中控制鐵-鋅合金的生長并減少廢渣的量，但過量的鋁是不適宜的。例如，在涂覆過程中過多的鋁會降低產(chǎn)品的點焊性。
浴的高溫能提高鐵在浴中的溶解性，這會由于鐵的飽和產(chǎn)生頂部和底部廢渣而破壞浴的內(nèi)含物。在被鐵飽和的鋅浴中，即使浴溫的很小變化也會產(chǎn)生廢渣化合物的沉淀。這樣，采用下述方式是有利的，(a)采用低和恒定的鍍鋅浴溫來降低飽和狀態(tài)鋅浴中的鐵含量，和(b)保持鐵含量接近溶解度極限，從而最大程度地減少廢渣顆粒從熔融鋅中沉淀出來。這些顆粒是底部廢渣(FeZn7)和頂部廢渣(Fe2Al5)的混合物。這些顆粒在由Kato等發(fā)表的題為“在熔融鋅浴中廢渣的形成和流動現(xiàn)象”，Galvatech’95年報匯編，Chicago，1995年，801-806頁上有更詳細的描述。此出版物在此作為背景材料參考引用，對其中的在本發(fā)明中采用的操作環(huán)境下形成的廢渣顆粒的種類加以詳細說明。
若將鋼帶浸在浴中時鋼帶比浴熱，則浴會發(fā)生過熱，這會提高鐵從鋼帶溶解到浴中。鋼帶比浴的入口(即靠近浸漬點)熱，除非在浸在浴中之前的熱處理后充分地冷卻鋼帶。在常規(guī)的方法中，無論鍍鋅退火和鍍鋅采用的是單個浴還是兩個浴，浴溫都比較高(例如約為460℃)，以免鋅在浴表面凝固。然而，采用明顯較冷的單個或多個浴會使鋅在浴表面凝固起來，這是因為在常規(guī)浴中的循環(huán)差并且在鋼帶浸漬溫度和浴溫之間有少許區(qū)別。
高的浴溫和形成廢渣都會由于增加磨損和腐蝕而降低輥的使用壽命。同樣，在浴中的其它部件如軸承和套筒也會由于高的浴溫和形成廢渣而降低使用壽命。這些部件所降低的使用壽命直接(如更換費用)和間接(如更換部件時停止生產(chǎn))地增加成本。
由于上述問題，采用一個鋅浴的鍍鋅器被迫使用非常昂貴的特定生產(chǎn)線工序(例如在輥是新的時制造外露品質(zhì)的涂覆鋼帶的工序)和維護操作(如機械清洗浴)，以便在低質(zhì)量鍍鋅鋼和低質(zhì)量鍍鋅退火鋼的制造過程中制得高質(zhì)量表面的產(chǎn)品。這樣，采用常規(guī)單浴法制得的外露品質(zhì)產(chǎn)品的數(shù)量比制造涂覆鋼帶的生產(chǎn)線容量少。
通常采用電鍍鋅(而非熱浸鍍鋅)來制造外露使用所需的產(chǎn)品，因為電鍍鋅法通常會獲得較好質(zhì)量的表面。然而，與熱浸鍍鋅退火或熱浸鍍鋅相比，電鍍鋅較為昂貴。
發(fā)明的概述本發(fā)明一種用于涂覆鋼帶的方法包括下述步驟提供有效鋁濃度約為0.10-0.15重量％的熔融鋅??；保持浴的設(shè)定點(set-point)溫度約為440-450℃；使熔融的鋅循環(huán)，以便讓浴中的鋁和浴溫達到均勻，這樣就防止積累廢渣；將鋼帶浸在浴中涂覆鋼帶，其中鋼帶的入口溫度(snout temperature)約為470-538℃；將熔融的鋅引向浸漬的鋼帶，以冷卻鋼帶。
該方法可以包括保持浴的設(shè)定點溫度約為445-450℃并且保持浴溫在設(shè)定點的1℃以內(nèi)的步驟。熔融鋅浴的有效鋁濃度可為0.13-0.14重量％。該方法的再一個方面是視浴加熱裝置(如電感器)的位置，浴的表面可以保持完全熔融。
若鋼帶包含高強度的低合金鋼或低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼(low carbon aluminumkilled steel)，則鋼帶的入口溫度較好約為510℃。若鋼帶包含具有超低或極低碳含量的真空脫氣鋼，則鋼帶的入口溫度較好約為471℃。
本發(fā)明的另一個方面是一種制造具有高質(zhì)量表面的鍍鋅鋼和鍍鋅退火鋼的方法。該方法包括下述步驟提供具有有效鋁濃度的熔融鋅??；保持浴的設(shè)定點溫度約為440-450℃；將鋼帶浸在浴中，涂覆鋼帶，從而制得基本上沒有廢渣的鍍鋅鋼帶和鍍鋅退火鋼帶。鍍鋅過程中浴的有效鋁濃度與鍍鋅退火過程中浴的有效鋁濃度基本上相似。
在某些實例中，浴的有效鋁濃度在鍍鋅退火和鍍鋅之間的變化不大于0.01重量％。鍍鋅過程中浴的有效鋁濃度與鍍鋅退火過程中浴的有效鋁濃度可以相同。
可以保持浴的設(shè)定點溫度約為445-450℃，并且可以保持浴溫在設(shè)定點的1℃以內(nèi)。可以保持設(shè)定點約為447℃。浴的有效鋁濃度可以約為0.10-0.15重量％，較好為0.13-0.14重量％。鋼帶的浸漬或入口溫度約為470-538℃。
該方法可以包括將來自浴底部的冷卻鋅引向浸在浴中的鋼帶的步驟，以防在浸漬鋼帶的附近形成熱點，從而防止鋅蒸發(fā)，以及快速冷卻浸漬的鋼帶接近浴溫的步驟。
若鋼帶包含高強度的低合金鋼或低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，則鋼帶的入口溫度較好約為510℃。若鋼帶包含具有超低或極低碳含量的真空脫氣鋼，則鋼帶的入口溫度較好約為471℃。
該方法可以制得具有優(yōu)良的涂層粘合性、表面質(zhì)量和點焊性的鍍鋅和鍍鋅退火產(chǎn)品。在涂覆過程中浴的表面可以保持完全熔融。
附圖的簡要說明

圖1是說明美國專利4,971,842中所述體系的流動方式的示意圖。
圖2(a)是說明本發(fā)明冷卻器/清洗器和本發(fā)明方法新的流動方式的側(cè)視圖的示意圖。
圖2(b)是說明熔融鋅流動控制裝置的前視圖的示意圖。
圖3是說明本發(fā)明體系的噴嘴室和實施本發(fā)明方法時產(chǎn)生的流體流動的示意圖。
圖4是說明含有隔板或充氣(plenum)的噴嘴的示意圖。
圖5(a)和(b)是說明沿鋼帶的長度和兩個側(cè)面方向上注入鋅所用噴嘴的兩個視圖的示意圖。
圖6(a)-6(c)是說明將常規(guī)技術(shù)與本發(fā)明的各種操作因素相比較的工藝圖。
較好實例的詳細描述用于處理連續(xù)鋼帶的鍍鋅和鍍鋅退火設(shè)備(arrangement)是連續(xù)涂覆生產(chǎn)線的一部分，它包含熔融鋅和鋁的浴。在浴中設(shè)置一將在下面作更詳細描述的用于冷卻浴的設(shè)備。
可以在到達末端斜槽、或入口或均熱爐的最后區(qū)域之前按常規(guī)方式處理鋼帶。入口延伸到浴中，從而將爐與周圍空氣隔離開來。這種在到達入口之前進行的常規(guī)處理可以包括化學(xué)清洗，其辦法是浸在氫氧化鈉溶液中并刷洗，電解凈化、沖洗和干燥。在化學(xué)清洗之后，一般對鋼帶進行退火，之后再到達入口。在入口之前的噴射式冷卻器將鋼的溫度降至入口溫度，該溫度定義為鋼帶進入浴的溫度。
圖1是說明美國專利4,971,842中所述體系的流動方式的示意圖。圖2(a)和2(b)說明適用于本發(fā)明實踐的全部體系。作為本發(fā)明方法的一部分，退火鋼帶2繞導(dǎo)輥4通過鋅浴3，并在一個或多個穩(wěn)定輥5之間通過，該穩(wěn)定輥將鋼帶弄平，之后鋼帶在控制涂層厚度的噴氣刮刀之間通過。可以在噴氣刮刀中使用諸如氮氣之類的氣體介質(zhì)。在噴氣刮刀后，可以使用噴氣噴嘴或水霧噴嘴，以冷卻從浴中取出的鋼帶，從而將涂層固化。在鋼帶到達入口之前的處理步驟和在鋼帶從浴中取出之后的處理步驟可以按常規(guī)方式進行。在此參考引用的美國專利4,361,448、4,759,807和4,971,842披露了將鋼帶引入熔融浴和從熔融浴中取出的設(shè)備，盡管這些專利中沒有一個提供不含廢渣的浴和不含廢渣的涂層。另一種將鋼帶引入熔融浴和從熔融浴中取出的設(shè)備披露于1998年1月29日申請的由共同發(fā)明人Pertti J.Sippola發(fā)明的美國專利申請No.09/015,551中，此專利申請的內(nèi)容在此參考引用。此未審定的申請也披露了一種下述用于冷卻熔融浴的設(shè)備。
用于將鋅涂到鋼上的噴嘴單元6包括上噴嘴7和下噴嘴8(如圖3和4所示)。相反，美國專利4,971,842的冷卻器具有上噴嘴7和下噴嘴8，兩者在單元6的寬度上均勻地呈縫隙狀排列，沒有充氣板(plenum plate)9(圖4)的陰影構(gòu)形，所述充氣板包括許多被安排成使熔融鋅以與鋼帶長度方向基本上成90°的角度引入的噴嘴8。而且，如圖4所示，本發(fā)明的冷卻器/清洗器2具有許多伸長的上噴嘴7。同樣，下噴嘴8是圓形的并且位于充氣板9的構(gòu)造中。
如圖2(a)所示，噴嘴7和8的排放區(qū)域應(yīng)覆蓋沿鋼帶2長度方向上A至B的鋼帶2區(qū)域的至少50％。這與美國專利4,971,842所述的如圖1所示的單個下噴嘴8不同。在本發(fā)明的體系中，噴嘴8安裝在充氣板9中，使噴嘴的一半長度位于充氣板中心線的一側(cè)上，而另一半長度位于另一側(cè)上。這種安排提供鋅相對于鋼板的最有效的流動。
在噴嘴室6的內(nèi)部將被廢渣玷污的鋅泵送到鋼帶，以便使廢渣顆粒粘合在鋼帶2的表面上。這個操作能將作為鋼帶上鋅涂層一部分的廢渣從鋅浴中除去。這樣，隨后就可以在不含廢渣的鋅浴中對處理過的鋼進行處置，因為所有的廢渣先前都粘合到處理過的鋼帶上而被去掉。為了將廢渣顆粒有效地粘合到鋼帶上，來自噴嘴8的鋅流應(yīng)以實際上與鋼帶垂直的方向(而非如美國專利4,971,842的如圖1所示的冷卻器中與鋼帶平行移動的方向)上撞擊鋼帶。
為了產(chǎn)生充分的流動以將廢渣顆粒粘合到鋼帶2上，本發(fā)明噴嘴8的面積應(yīng)為在攪拌器17處測得的泵體10的面積的2倍。通過調(diào)節(jié)泵的旋轉(zhuǎn)速度，從而調(diào)節(jié)待移動的物料的體積，就可以調(diào)節(jié)來自噴嘴7和8的鋅流的速度。將物料(占浴中全部鋅的約2％)從鋅柱通過殼體11中的狹縫12轉(zhuǎn)移到鋅浴表面3的上方，可以對移動到鋼帶2上的鋅的量加以監(jiān)控。狹縫12的寬度宜為25毫米，高度宜為100毫米。殼體11連接到泵體10上，并從鋅浴表面下方延伸到高出鋅浴的表面。狹縫中的鋅液面由泵10產(chǎn)生的主鋅流分流而來，但它是在整個浴中合適鋅液面的指示。而且，調(diào)節(jié)少量的鋅，其辦法是將它們從施加到鋼的主鋅流分流而來或?qū)⑺鼈兗拥剿鲋麂\流中，就可以精確地調(diào)節(jié)用于最佳電鍍的鋅液面和產(chǎn)生最少量的廢渣。這種控制裝置是美國專利4,971,842中所沒有的。
較好是5毫米鋅柱(高于浴的表面3)相應(yīng)于每小時泵送1000噸鋅，10毫米的柱適用于每小時泵送2000噸鋅。小于5毫米時，鋅流太小，而大于10毫米時，鋅流太大，會產(chǎn)生材料腐蝕的問題。這樣，保持狹縫12上鋅柱較好為5-10毫米就能確保本發(fā)明的鋅流。
如圖6(c)所示，在處理三種鋼旋管(steel coils)后，從噴嘴單元6出來的鋅實際上是一種不含廢渣的鋅熔體，因為實際上所有的廢渣顆粒都粘合到先前處理鋼旋管的鋼帶2上。因此，在輥4兩側(cè)和下方的鋅流不會在輥4上形成任何廢渣的積累。在鋼帶2上也不會再有任何廢渣沉積。
隔板13位于下輥4的下方。這樣鋅流將保持下輥4的表面清潔，并防止在其上形成任何廢渣的積累。這樣就不需要常規(guī)體系所需的機械刮刀從輥上去除積累的廢渣。在隔板13端部的錐形物14(圖2(b))引導(dǎo)不含廢渣的鋅流部分流到連接在懸臂16的導(dǎo)輥4的軸承15中。這種流動能最大程度地減少輥軸承的腐蝕/由于在早期處理階段(第一組三個鋼旋管)的浴中存在廢渣硬顆粒而造成的磨損。
圖2(a)中說明了由泵10處置的鋅的體積V的分配。大約40％體積的由泵處置的鋅在下輥4的下方流過，而大約30％的體積在輥的上方流過。大約15％體積的由泵處置的鋅在鋼帶2的各側(cè)面上從噴嘴單元6的頂部流出。全部此體積的鋅通過泵流回，并構(gòu)成浴中大約98％的鋅。其余2％的鋅轉(zhuǎn)移到殼體11中，通過狹縫12流出。
噴嘴7和8的總面積應(yīng)基本上為泵體10面積的2倍。因而，流出狹縫12的鋅流是為進行合適處理以便獲得不含廢渣的浴并最終獲得不含廢渣的產(chǎn)品而應(yīng)在浴中存在的鋅的臨界增加量的指示。
本發(fā)明的噴嘴8較好是直徑為70-100毫米，長度大于噴嘴直徑的0.7的管狀噴嘴。單元6的材料是AISI 316 L(澆鑄)或DIN 1,449。然而，對單元6來說最重要的是它是完全奧氏體結(jié)構(gòu)，即不含鐵酸鹽和鐵酸鹽的量應(yīng)小于0.2％。同樣該材料應(yīng)是澆鑄成形的，在澆鑄后不進行任何共混或冷成形。
本發(fā)明的設(shè)備產(chǎn)生如圖2所示的流動方式，在鋅浴3中沒有任何“死”區(qū)，并且在整個鋅浴中都是化學(xué)均勻的。這種流動方式可以獲得這樣一種方法，它能用不含廢渣的鋅浴組合物并且對靠近入口的鋅的局部加熱最小的情況下進行熱浸鍍鋅。常規(guī)體系和如圖1所示體系的流動方式不足以提供合適的化學(xué)均勻性，這樣就不能獲得不含廢渣的浴組合物和不含廢渣的產(chǎn)品。
下面和圖6(a)-6(b)中提供對本發(fā)明一個較好實例進行這些試驗的結(jié)果，用來說明本發(fā)明體系的某些具體細節(jié)和操作該體系對鋼帶進行鍍鋅的方法。為進行工業(yè)規(guī)模的試驗，將美國專利4,971,842的冷卻器與本發(fā)明的冷卻器/清洗器相比較。若鋼帶浸漬的溫度太高，則浴的反應(yīng)性變得太高，從而導(dǎo)致產(chǎn)生懸浮的廢渣。在合理的鋼帶浸漬溫度，即鋼帶的溫度較好約為470-538℃，浴的設(shè)定點溫度較好約為440-450℃，更好約為445-450℃下運行本發(fā)明的體系，獲得不含廢渣的浴，進而獲得不含廢渣的產(chǎn)品。當浴溫小于約445℃時，在浴的表面上會產(chǎn)生一些鋅的凝固，這使采用撇渣去除頂部廢渣變得更為困難。
參看圖2(a)，浴冷卻器包括主熱交換器19，該交換器包含運載氮氣和去離子水作為通過浴的冷卻劑的一束U形不銹鋼管20。冷卻劑(被管20所包住)在約90-100℃時進入浴，在約250-350℃時離開浴。在浴外面的輔助熱交換器(未圖示)能將冷卻劑的溫度從約250-350℃降至約30-50℃。接著，鼓風機將氣再循環(huán)到主熱交換器19中，之后溫度約為90-100℃的冷卻劑返回到浴中。
這樣該設(shè)備就能控制流過噴嘴的鋅的溫度比鋅浴的操作溫度低0.1-3℃。鋅浴的操作溫度保持在設(shè)定點±1℃。當設(shè)定點保持恒定時，浴溫不會轉(zhuǎn)變，這就是所謂的浴溫為穩(wěn)定狀態(tài)。
上噴嘴7將鋅流傾斜地引向鋼帶，較好是頂著其移動的方向，以防止鋅在入口中變熱并防止在爐內(nèi)形成鋅蒸氣，從而最終防止在浴中形成廢渣，以便改進涂層的粘合性。下噴嘴8引導(dǎo)鋅流，例如可以將鋅流垂直地引向鋼帶?？梢酝ㄟ^泵10的旋轉(zhuǎn)速度來控制鋅流的總量。
在位于U形不銹鋼管20兩側(cè)上的泵10中的兩個攪拌器或轉(zhuǎn)子17將較冷的鋅從浴底部向上抽出通過靠近入口的噴嘴。接著當鋼帶進入浴中時，冷鋅快速冷卻鋼帶。同樣因為鋅被攪拌器17所循環(huán)，故可以最大程度地降低或防止靠近入口的鋅發(fā)生局部加熱的現(xiàn)象。
如表I所列，該冷卻器/清洗器能制得具有不含廢渣的涂層的產(chǎn)品。
表I
對從鋅浴中取出的樣品進行化學(xué)分析來測量鋁和鐵的含量。當鋁的含量為0.14％時，在447℃時鐵對鋅的溶解度為0.020重量％。這樣，浴中的鐵含量等于鐵的溶解度。所以本發(fā)明的方法能保持不含廢渣的鋅浴，從而能制得不含廢渣的產(chǎn)品。
圖6(a)-(c)三張圖說明了使用本發(fā)明的結(jié)果與使用美國專利4,971,842的體系所得結(jié)果相比較。特別是，與美國專利4,971,842相比，本發(fā)明體系的效率(效率＝每單位時間內(nèi)的廢渣去除量)是優(yōu)良的。這可由圖6(c)來說明，該圖說明了對于各種被處理的旋管，在一段時間內(nèi)的廢渣去除。各旋管大約是20噸鋼，并且花大約30分鐘的時間進行處理。到處理第三根旋管時，本發(fā)明的操作已達到能快速地從鐵飽和的鋅浴中去除廢渣顆粒。隨后，旋管4成為在不含廢渣的環(huán)境下進行處理的第一根旋管，它就是本發(fā)明的目標物。這個結(jié)果是美國專利4,971,842的體系所不可能達到的。
在許多常規(guī)的方法中，必須將在入口中的鋼帶冷卻到約460℃，以免在浴中的鋼帶上形成鐵-鋅合金。由于本發(fā)明在浸鋼帶之前最大程度地減少對鋼帶的冷卻，如隨即由下述兩個例子所述，可以提高鋼帶的生產(chǎn)量。
對于由高強度低合金鋼或常規(guī)低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼組成的鋼帶，鍍鋅退火和鍍鋅時的浸帶溫度或入口溫度可以低至約471℃，較好約為510℃，并可以高達538℃。然而，接近538℃時，鋅開始蒸發(fā)，這樣廢渣的形成略微有所上升。
對于由穩(wěn)定和不穩(wěn)定的真空脫氣鋼組成的鋼帶，鍍鋅退火和鍍鋅時在浸漬或入口處的鋼帶溫度較好約為471℃，但可以約為471-510℃。當溫度更高時，有更多的鐵-鋅合金生長起來。
在上述兩個例子中，浴溫為447℃較好，但在約445-450℃范圍內(nèi)的任何浴溫都是合適的。
浴中有效鋁的濃度接近至正好為鐵-鋅-鋁三元溶解度圖上的拐點。有效鋁不包括在金屬間合金中包含的鋁。換句話說，有效鋁定義為在浴溶液中控制涂層和鋼之間鐵-鋅合金形成的鋁。對于由同一熔融浴來制造鍍鋅退火鋼和鍍鋅鋼來說，有效鋁濃度約為0.10-0.15重量％使用于本發(fā)明是合適的。對于由同一熔融浴來制造鍍鋅退火鋼和鍍鋅鋼來說，有效鋁濃度較好為0.12-0.15重量％，有效鋁濃度更好為0.13-0.14重量％。使用由Nagoya Instituteof Technology開發(fā)的動態(tài)傳感器來測量有效鋁濃度，該傳感器描述于S.Yamaguchi、N.Fukat su、H.Kimura、K.Kawamura、Y.Iguchi和T.O-Hashi著的“Al傳感器在連續(xù)鍍鋅過程的Zn浴中的開發(fā)”一文，Galvatech 1995年報匯編，647-655頁(1995)中。該動態(tài)傳感器由Yamari Industries Ltd.，Japan制造，并由Cominco銷售。
若有效鋁濃度正好在鐵-鋅-鋁三元溶解度圖上拐點的右側(cè)，則廢渣的形成是可以接受地低的(廢渣的形成通常隨鋁含量的增加而減少)，并且從鍍鋅到鍍鋅退火的轉(zhuǎn)變和逆向轉(zhuǎn)變都比較容易。而且，正好在鐵-鋅-鋁溶解度圖的拐點右側(cè)進行操作而致的較低鋁含量所制得的產(chǎn)品的涂層中的鋁比常規(guī)制得產(chǎn)品的低，從而改進了點焊性。
視浴溫、鋼帶溫度、涂層重量和其它因素而定，常規(guī)制得的涂層的鋁濃度一般為浴中鋁濃度的2.5-4倍。本發(fā)明制得的涂層的鋁濃度為浴中鋁濃度的約1.5-2.5倍。
在本發(fā)明的浴中，溫度和組成的均勻性是重要的，浴的循環(huán)有助于達到這兩個特征。在常規(guī)的方法中，僅是鋼帶和在浴中的輥的移動以及由浴電感應(yīng)器產(chǎn)生的力來使鋅循環(huán)。這種極小的循環(huán)導(dǎo)致在整個浴中的不均勻溫度和不均勻組成。同樣，由于鋁的含量比鋅高，故鋁流動到浴的表面，進一步提高了組成的不均勻性。
當采用常規(guī)方法在靠近鐵-鋅-鋁三元圖的拐點處進行操作時，在浴中存在有若干梯度。而且，若常規(guī)方法中鋁的含量低，則鐵的含量會增加。因此，就會形成更多的底部廢渣。同樣，高的浴溫和高的溫度變化也會導(dǎo)致產(chǎn)生廢渣。
采用本發(fā)明的方法可以改進涂層的粘合性，因為具有低鋁含量的鐵-鋅合金層較薄。可以獲得涂層重量為88和145g/m2/側(cè)的改進的粘合性。同樣，可以達到優(yōu)良的表面質(zhì)量，因為在穩(wěn)定狀態(tài)條件下實際上沒有廢渣被鋼帶粘附。同樣，在生產(chǎn)線上的鋼帶速度(或生產(chǎn)量)較快，因為該過程并不局限于浸漬鋼帶之前的噴射冷卻速度。
與在常規(guī)涂覆過程中的約8-10％相比，本發(fā)明上述例子中產(chǎn)生的廢渣的重量平均僅為所耗鋅的約6-7％。常規(guī)鍍鋅方法在熔融浴中使用少于0.15％鋁時一般制得涂層粘合性差并且有大量廢渣粘附的鋼帶，而本發(fā)明方法在使用少于0.15％鋁時能制得涂層粘合性優(yōu)良并且實際上沒有廢渣粘附的鍍鋅鋼帶。
而且，在相同的熔融浴(具有基本上相同的有效鋁濃度)中將高表面質(zhì)量的鍍鋅鋼涂覆成鍍鋅退火鋼。鍍鋅退火操作涂覆過程中的有效鋁濃度與鍍鋅涂覆過程中的有效鋁濃度基本上相同。在本文的上下文中，基本上相同是指在鍍鋅退火操作和鍍鋅之間沒有從外部進入鋁增亮劑(aluminumbrightener)，并且在鍍鋅退火和鍍鋅之間沒有采取降低鋁濃度的步驟(如加入純鋅)。預(yù)計鋁有±0.005％的變化，因為在測量有效鋁濃度的局部處有少量、局部的鋁濃度變化。這樣，應(yīng)取多個有效鋁濃度的讀數(shù)，以獲得平均有效鋁濃度。在某些實施方案中，在鍍鋅退火操作和鍍鋅之間浴的有效鋁濃度的變化不大于0.01重量％。
可以對鍍鋅鋼帶進行猛烈沖擊產(chǎn)生凹陷，然后將SCOTCH膠帶施加到受沖擊的部位來確定涂層粘合性。若沒有裂縫或不形成碎片，則認為涂層粘合性是優(yōu)良的。用肉眼觀察涂覆鋼帶的表面是否有表明廢渣存在的疙瘩來確定廢渣粘附?；旧蠜]有廢渣的涂覆鋼帶定義為用肉眼觀察沒有可察覺的疙瘩的涂覆鋼帶。
在常規(guī)方法中，浴中低鋁含量會引起過度的鐵-鋅合金生長，這又會導(dǎo)致涂層對鋼帶的粘合性低。在常規(guī)方法中浴的低鋁含量也會引起形成過量的廢渣。相反，在本發(fā)明方法中，可以在浴中采用低鋁含量，不會形成廢渣，因為低和恒定的浴溫以及均勻的浴組成將浴中的鐵含量降至接近鐵的溶解度極限。低和恒定的浴溫以及均勻的浴組成是由上述浴冷卻設(shè)備達到的。若在常規(guī)方法中采用本發(fā)明達到的低的浴溫，則會使鋅在靠近表面處凝固。
在本發(fā)明的方法中，可以達到低的鐵-鋅合金生長，因為與常規(guī)方法相比，在浴中存在更為有效的鋁并且浴溫更低。盡管通常來說鍍鋅鋼涂層中的鋁含量比鍍鋅退火鋼涂層中的鋁含量高，但本發(fā)明能制得高表面質(zhì)量的鍍鋅涂層，在有效鋁含量在鍍鋅退火范圍內(nèi)的浴中沒有過多的鐵含量(即有良好的粘合性)。這樣，本發(fā)明的方法采用同一浴就能制造鍍鋅退火鋼和鍍鋅鋼，其中該浴在鍍鋅和鍍鋅退火過程中的有效鋁濃度基本上是相同的。
新的或未使用過的浴起初是不含廢渣的。然而，先前用于常規(guī)鍍鋅退火和鍍鋅方法的浴包含一定的廢渣。為了除去廢渣以便先前使用過的浴可用來制造基本上不含廢渣的涂覆鋼帶，可以讓一根或多根旋管穿過浴。這樣的一根或多根旋管將粘附廢渣，為隨后的旋管去掉浴廢渣。一旦除去了廢渣，本發(fā)明就能長期地制造鍍鋅鋼和鍍鋅退火鋼，鋼的表面不會有廢渣粘附。在采用本發(fā)明的方法時，會形成某些頂部廢渣。然而，這可通過刮削浴的表面而去除。
采用本發(fā)明的方法可以提高輥的使用壽命以及涂覆設(shè)備的軸承和套筒的使用壽命。該設(shè)備的提高的使用壽命得自廢渣減少以及使用能減少腐蝕的較低浴溫。設(shè)備使用壽命的提高能提高生產(chǎn)率，因為輥能工作較長的時間。另外還能降低輥的更換成本。
這樣，本發(fā)明能使產(chǎn)品較快地從鍍鋅退火轉(zhuǎn)變到鍍鋅以及逆向轉(zhuǎn)變，在從鍍鋅退火操作到鍍鋅的轉(zhuǎn)變過程中制得較高質(zhì)量的鍍鋅鋼帶，因為其具有能降低鐵溶解度的較低浴溫，并且即使在穩(wěn)定狀態(tài)的常規(guī)制造過程中涂覆鋼帶的表面質(zhì)量也比常規(guī)制得的涂覆鋼帶的好。而且，生產(chǎn)量能提高到爐的容量，從而能提高先前被噴射冷卻容量所限制的生產(chǎn)線的速度?？梢蕴岣呋旧蠜]有缺陷的產(chǎn)品的產(chǎn)率，因為在輥上很少有廢渣沉積出現(xiàn)，故可以制得很少有缺陷的涂層。
盡管用例子說明了較好的實施方案，但不應(yīng)將本發(fā)明理解成局限于此。因此，應(yīng)將本發(fā)明看作包括僅由所附權(quán)利要求書范圍限制的任何和所有的等同物、改進、改變和其它實施方案。
權(quán)利要求
1.一種用于涂覆鋼帶的方法，該方法包括下述步驟提供有效鋁濃度約為0.10-0.15重量％的熔融鋅浴；保持浴的設(shè)定點溫度約為440-450℃；使熔融的鋅循環(huán)，以防積累廢渣；將鋼帶浸在浴中涂覆鋼帶，其中鋼帶的入口溫度約為470-538℃；和將熔融的鋅引向浸漬的鋼帶，以冷卻鋼帶。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中保持浴的設(shè)定點溫度約為445-450℃。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中保持浴溫在設(shè)定點的1℃以內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔融鋅浴的有效鋁濃度為0.13-0.14重量％。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中浴的表面是完全熔融的。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中鋼帶包含高強度的低合金鋼或低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，該鋼帶的入口溫度約為510℃。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中鋼帶包含具有超低或極低碳含量的真空脫氣鋼，該鋼帶的入口溫度約為471℃。
8.一種制造具有高質(zhì)量表面的鍍鋅鋼和鍍鋅退火鋼的方法，該方法包括下述步驟提供具有有效鋁濃度的熔融鋅??；保持浴的設(shè)定點溫度約為440-450℃和將鋼帶浸在浴中，涂覆鋼帶，從而制得基本上沒有廢渣的鍍鋅鋼帶和鍍鋅退火鋼帶；其中鍍鋅過程中浴的有效鋁濃度與鍍鋅退火過程中浴的有效鋁濃度基本上相似。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中浴的有效鋁濃度在鍍鋅退火和鍍鋅之間的變化不大于0.01重量％。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中鍍鋅過程中浴的有效鋁濃度與鍍鋅退火過程中浴的有效鋁濃度相同。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中保持浴的設(shè)定點溫度約為445-450℃，并且保持浴溫在設(shè)定點的1℃以內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中保持設(shè)定點約為447℃。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中浴的有效鋁濃度約為0.10-0.15重量％。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中浴的有效鋁濃度為0.13-0.14重量％。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中鋼帶的入口溫度約為470-538℃。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中鋼帶包括高強度的低合金鋼或低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，該鋼帶的入口溫度約為510℃。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中鋼帶包括具有超低或極低碳含量的真空脫氣鋼，該鋼帶的入口溫度約為471℃。
18.如權(quán)利要求8所述的方法，其中鍍鋅鋼帶和鍍鋅退火鋼帶具有優(yōu)良的涂層粘合性。
19.如權(quán)利要求8所述的方法，其中浴的表面是完全熔融的。
20.如權(quán)利要求8所述的方法，其中鍍鋅鋼帶和鍍鋅退火鋼帶具有優(yōu)良的點焊性。
21.如權(quán)利要求8所述的方法，它還包括下述步驟將來自浴底部的較冷鋅引向浸在浴中的鋼帶，以防在浸漬鋼帶的附近形成熱點，和快速冷卻浸漬的鋼帶接近浴溫。
全文摘要
本申請披露了一種使用鋅和鋁的浴進行熱浸鍍鋅和鍍鋅退火的方法。將鋼帶浸在該浴中,制得基本上沒有廢渣的鍍鋅退火鋼帶和鍍鋅鋼帶。該浴在鍍鋅退火過程中和鍍鋅過程中的有效鋁濃度基本上相同,并且浴的設(shè)定點溫度約為440－450℃。視鋼的組成,將鋼帶的入口溫度控制在470－538℃。
文檔編號C23C2/28GK1333841SQ99815808
公開日2002年1月30日 申請日期1999年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月23日
發(fā)明者R·S·帕蒂爾, P·西波拉 申請人:伊斯派特印蘭德股份有限公司