製造熱浸鍍金屬帶的方法
2023-05-27 10:45:06
專利名稱：製造熱浸鍍金屬帶的方法
技術領域：
本發明涉及一種製造熱浸鍍金屬帶的方法。更具體的說，本發明涉及通過減少從熱浸鍍池中抬起並以基本恆定的速度傳送的金屬帶的振動，以製造鍍層厚度均勻的熱浸鍍金屬帶的方法。
通常，採用下述的連續熱浸鍍鋅設備(也被稱為生產線)在鋼帶表面進行熱浸鍍鋅。
首先，如圖2所示，作為待鍍覆金屬的鋼帶1被引入熱浸鍍鋅池2中，通過設置在鍍鋅池2中的導輥3將鋼帶1的傳送方向轉向向上的方向，由一對設置在鍍鋅槽2中的上、下支撐輥矯正鋼帶1的隆起，以便夾緊鋼帶1的兩表面，從而將鋼帶1從鍍鋅池2中垂直抬起。在此期間，熔融鋅被沉積到鋼帶1的表面上。通過噴嘴5(因為用於擦淨鍍覆金屬所以被稱為擦拭噴嘴)將氣體6(稱為擦拭氣體)吹到已經沉積有熔融的鋅並向上傳送的鋼帶1的表面上，從而將沉積到鋼帶1上的熔融金屬量調整到所需的量(以便熔融金屬可均勻地沉積到鋼帶1的整個表面上)。一對夾住鋼帶1表面的接觸輥7與支撐輥4相似，設置在擦拭噴嘴5之上，以利於鋼帶1的穩定傳送。已穿過接觸輥7的鋼帶1通過穿過一個設置在接觸輥7之上的合金化爐8可接受合金化處理，以便在需要時對其鍍層進行合金化。
另外，最近，在高速下穩定生產鍍層重量輕(稱為輕鍍層)的熱浸鍍鋅鋼帶變得非常重要。與減小鍍層重量相應，現在需要一種用於製造熱浸鍍鋅鋼帶的技術，可防止由於擦拭氣體6的壓力的增加等原因而使其振動。這是因為鋼帶振動的增加會極大地改變沉積在鋼帶表面上的熔融鋅的鍍層重量，並且因此使產品質量變劣。
通常，當高速製造鍍層重量極低(每側鍍層重量為45g／m2或更少)的熱浸鍍鋼帶1時，鋼帶1在擦拭噴嘴5的位置上沿垂直於自身表面的方向振動，在全部時間內，振動的總振幅B為1-2mm。
由於當產生這種振動時擦拭不能平順地進行，目前，鋼帶表面上鍍層重量變化的標準偏差σ被設成一個相對於每側鍍層重量45g／m2而言較大的值2-4g／m2(σ=2-4g／m2)。然而，由於通常用戶要求保證鍍層重量的最小限度，當為了保持所述的最小限度時，熔融鋅被過度的沉積。從產生的角度考慮，這意味著大量的鋅被浪費。
當生產熱浸鍍鋅鋼帶時，鍍層重量的較大變化直接導致熱浸鍍鋅的鍍層重量的變化。因此，當製造鋼帶1時，鍍層常常在鋼帶1上鋅沉積得厚的部分產生不希望出現的粉末狀(稱為粉碎化)剝落；進而，在鋼帶1的生產中有生產例如合金化不均勻等缺陷的傾向。
防止振動的技術迅猛發展，其中有許多技術已經被公開。例如，公開號為5-320847和5-078806的尚未審查的日本專利申請公開了通過設置一個靜壓力墊使吹向擦拭噴嘴的氣體壓力保持穩定的技術。進而，公開號為6-322503的尚未審查的日本專利申請公開了在擦拭噴嘴之上分開設置用於吹保護氣體的噴嘴，並且在保護氣體噴嘴和擦拭噴嘴之間設置氣體防護板的技術。
然而，這些通過靜壓力墊或通過噴吹另一種氣體來防止鋼帶振動的技術不能被實際應用，因為必須專門提供用於產生所需壓力和氣流速度的很高的能量，而當鋼帶相對較厚時，這些技術的效果將被降低。
進而，公開號為52-113330、6-179956和6-287736的尚未審查的日本專利申請公開了採用磁力或電磁力防止鋼帶振動的技術。然而，這些技術也不能被實際應用，因為不僅它們分別需要昂貴的磁力發生器並且操作複雜，而且當鋼帶相對較厚時這些技術的效果會降低。
根據上面的情況，本發明的目的是提供一種生產熱浸鍍鋅的方法，通過減少沉積到金屬帶表面上的熔融金屬鍍層重量的變化，即使熱浸鍍操作條件變化也可以提供質量穩定的金屬帶，同時通過防止熔融金屬的過量沉積，可以極大地降低鍍覆成本。
為了實現上述目的，發明人通過多次的測試操作，研究了在氣體擦拭位置上傳送中金屬帶的張力、目標鍍層重量、金屬帶的線速度、擦拭氣體的壓力、位於擦拭噴嘴之上的接觸輥和位於池中的支撐輥之間的距離等對於金屬帶的振動的影響。然後，通過對試驗所獲得的數據進行分析，揭示出當接觸輥和位於池中的支撐輥之間的距離在落一定範圍內時金屬帶的振動可被顯著減小，在這一認識的基礎上，發明人完成了本發明。
即，根據本發明，提供一種製造熱浸鍍金屬帶的方法，包括下列步驟通過在一個熱浸鍍池中連續進行浸塗使熔融金屬沉積到金屬帶的表面上；以恆定的速度抬起金屬帶，同時用一對在鍍覆池中夾住金屬帶表面的上、下支撐輥支撐金屬帶；通過用從位於鍍覆池表面之上的氣體擦拭噴嘴噴出的氣體擦拭熔融金屬，調整沉積在金屬帶表面上的熔融金屬的鍍層重量；在利用位於鍍覆池外、用於夾住鋼帶表面的一對上、下接觸輥支撐鋼帶的同時，使鋼帶前進，其中，金屬帶的前進是在將位於鍍覆池中的上支撐輥和位於鍍覆池外的下接觸輥之間的距離L，設定在由下述公式確定的範圍內的條件下進行的L≤80×T×W2／V其中，L鍍覆池內的上支撐輥和鍍覆池外的下接觸輥之間的距離(mm)；V金屬帶的線速度(m／min)；T施加在金屬帶上的張力(kgf／mm2)；W金屬帶每一側的目標鍍層重量(g／m2)進而，根據本發明，金屬帶優選為鋼帶，熱浸鍍池中的熔融金屬鍍覆溶液優選為熔融的鋅。並且，最好金屬帶在上接觸輥下遊接受合金化處理。
根據本發明，與過去的振動的總振幅B相比，熔融金屬沉積與其表面上的金屬帶在氣體擦拭位置處振動的總振幅B被顯著地減小，並且可平滑、理想地調整鍍層的重量。因而，整個表面上沉積有熔融金屬的金屬帶可以被鍍層重量均勻地穩定製造出來。
圖1是表示支撐輥和接觸輥分別在鍍覆池內、外的設置情況，及鋼帶的振動情況的圖示；圖2是表示普通連續熱浸鍍鋅設備的圖示；圖3是表示池中的上支撐輥和池外的下支撐輥之間的距離L與鋼帶振動的總振幅B之間的關係的圖表；圖4是表示從氣體擦拭噴嘴噴出的氣體的壓力與鋼帶振動的總振幅B之間的關係的圖表；圖5是表示鋼帶張力和其振動的總振幅B之間的關係的圖表；圖6是表示從氣體擦拭噴嘴噴出的氣體的壓力與鋼帶每一側的鍍層重量之間的關係的圖表；圖7是表示鋼帶線速度和其每一側的鍍層重量之間的關係的圖表；圖8是表示鋼帶的總振幅B和其每一側鍍層重量的分布之間的關係的圖表；圖9是對比在傳統鍍覆方法中和在本發明的方法中鍍層重量的分布的圖表；圖10是對比在傳統鍍覆方法中和在本發明的方法中金屬的消耗量的圖表；圖11是對比在傳統鍍覆方法和本發明的方法中由於粉末化造成次品的發生率的圖表。
發明人利用圖2中所示的上述連續熱浸鍍鋅設備進行各種測試操作。其中，如圖1、2所示，支撐輥4和接觸輥7分別由上、下輥組成輥對。在附圖中，各上輥由「a」表示，各下輥由「b」表示。
在上支撐輥4a和下接觸輥7b之間平行於鋼帶1的傳送線9測量距離L(參考標號10，單位mm)。進而，通過用測距儀測量鋼帶1表面和擦拭噴嘴5(以下簡稱噴嘴)前緣之間垂直於傳送線9的距離，側出鋼帶1的振動的總振幅B(參考標號11，單位mm)。
首先，發明人測試當鋼帶1的張力設定為1．5kgf／mm2並且其線速度設定為90m／min時，位於池中的上支撐輥4a和下接觸輥7b之間的距離L對於鋼帶1的振動的總振幅B的影響。結果，發現了如圖3所示的關係。即，每側鍍層重量無論是30g／m2還是45g／m2，通過減小距離L都可使振動的總振幅B減小。該關係由下面的公式(1)表示。
B∝L …(1)進而，發明人注意到作為影響鋼帶1振動的總振幅B的因子的擦拭氣體6壓力P和鋼帶1張力T，並對它們進行測試。圖4表示當距離L設定為1000mm且噴嘴前緣與鋼帶表面之間的距離設定為6-8mm時，壓力P和鋼帶振動的總振幅B的測量結果。進而，圖5表示當張力T變化時，鋼帶1振動的總振幅B的測量結果。
從圖4和圖5中可以看出，鋼帶1振動的總振幅B與噴嘴的氣體壓力大體成正比，與鋼帶1的張力T大體成反比。這一關係可由公式(2)簡單地表示出來。
B∝P／T …(2)進而，
對噴嘴的氣體壓力、鋼帶1的線速度和鍍層重量之間的關係進行檢測。
圖6表示當噴嘴5的前緣與鋼帶1之間的距離設定為6-8mm、鋼帶1的線速度設定為90m／min且氣體壓力P變化時，氣體壓力P和鋼帶1每側的鍍層重量之間的關係。在這種情況下，每側鍍層重量與壓力P的反平方根大體成正比。相反，圖7表示當噴嘴前緣與鋼帶1之間的距離設定為大約6-8mm、壓力P保持恆定且線速度變化時，鋼帶1的線速度與每側鍍層重量之間的關係。結果，可以看出，每側鍍層重量與鋼帶1的線速度的平方根大體成正比。
因此，可建立下列的公式(3)，其中，每側鍍層重量表示為W(g／m2)，鋼帶1的線速度表示為V(m／min)，氣體壓力P表示為P(kgf／cm2)。
P∝V／W2…(3)應當注意，每側的鍍層重量W由鍍層重量測量儀測量，並且表示出鋼帶1每側鍍層重量的值。進而，當在測試中其它條件保持恆定的情況下，測量鋼帶1的線速度與其振動的總振幅B之間的關係時，鋼帶1振動的總振幅B幾乎完全不受線速度的影響。
因此，發明人發現，通過合併上述測試所得到的公式(1)、(2)、(3)，可以建立下述公式。
B=L×V／(T×W2)…(4)下面，將稱為振動係數的表達式L×V／(T×W2)用於設置測試數據。
隨後，發明人檢測鋼帶振動的總振幅B與鍍層重量的變化(根據鍍層重量的標準偏差σ(g／m2)進行測算)之間的關係。按照慣例，對鋼帶兩側的鍍層重量變化進行測算，並且日本工業標準(JIS)也採用根據鋼帶兩側總的鍍層重量對變化量進行測算的所謂「兩側確保法」。申請人在公開號為10-306356的尚未審查的日本專利申請中公開了一種兩側鍍覆技術。
在兩側總鍍層重量的變化中，當鋼帶1由于振動而接近擦拭噴嘴5之一時，鋼帶1側面接近噴嘴的鍍層重量減小，而鋼帶1側面遠離噴嘴的鍍層重量增加。然而，鋼帶1兩側的鍍層重量相加所得到的「兩側總鍍層重量」在許多情況下不會有很大的變化，因此，標準偏差σ被確認為一個較小的值。因此，「兩側確保」僅僅是為了在技術上的方便而採用的，而從鍍層特性、防粉末化特性等的角度考慮，鍍層重量的偏差必須自然地根據每一側的鍍層重量進行測算。因而，最近汽車製造工藝提出不同於JIS規定的「單側確保」。
因此，當發明人以一側為基礎考察他們公司目前所採用的鍍層重量時發現，標準偏差σ大約為2-3g／m2。因此，我們試圖建立一種標準偏差σ比上述值小的鍍覆操作方法，更具體地說，標準偏差σ為1．5g／m2或更小。結果，發明人發現，當如圖8所示，鋼帶振動的總振幅B設定為0．5mm或更小、忽略鍍覆中操作條件的變化時，可以建立起所述的操作方法。當對振動的總振幅B進行多次穩定的最小化試驗時發現，振動係數應滿足下述公式。
L×V／(T×W2)≤80通過採用這一條件可實現本發明。即，在上支撐輥4a和下接觸輥7b之間的距離L的上限滿足下述公式的條件下，使鋼帶1前進。
L≤80× V／(T×W2)進而，如果距離L的上限滿足L≤60× V／(T×W2)則會更好。
應當注意，在本發明中，對距離L的下限沒有特別的界限。然而，在實際的鍍覆設備中，上支撐輥4a的直徑通常大約為250mmφ，各支撐輥中心處的浸入深度大約為150-200mm，擦拭噴嘴5在鍍覆池之上的高度大約為150-600mm，並且，從鍍覆設備的結構上考慮，各擦拭噴嘴5到鍍覆池之上的下接觸輥7b的距離至少需要300mm。因此，實際上，希望距離L的下限為大約600mm。
進而，最好是移動接觸輥7b以實際改變距離L。這是因為從鍍覆設備的結構上考慮，移動下接觸輥7b比移動位於池中的上支撐輥4a更容易。
例子如圖2所示，利用連續熱浸鍍鋅設備對厚度為0．65-0．90mm的冷軋鋼帶1進行鍍鋅。
這時，採用根據本發明的熱浸鍍金屬帶製造方法進行操作，其中對上述輥之間的距離進行限定(本發明的例子)，同時採用無限制的傳統方法進行操作(對比的例子)。當鋼帶1前進時，對鍍層重量進行在線測量。利用螢光X射線鍍層重量測量儀進行測量，所述螢光X射線鍍層重量測量儀面向下設置在行進中的鋼帶1之上。從而，測量的鍍層重量的變化σ表示鋼帶1的一側的鍍層重量變化。進而，在各例子的條件下採用的擦拭氣體的壓力是鋼帶1中測量鍍層重量一側所測量的壓力值。
表1表示全部的操作條件和測量結果。從表1可以看出採用根據本發明的製造方法製造的樣品1-18，由於滿足L×V／(T×W2)≤80，鋼帶1振動的總振幅B為0．5mm或更小。從而，在所有例子中，鍍層重量的變化σ為1．5g／m2或更小(參考圖9)。這暗示鍍層重量的目標值在操作中可以更接近下限值，從而顯著減少金屬的消耗。圖10表示在傳統製造方法中實際消耗的鍍層金屬量與在根據本發明的製造方法中實際消耗的量的比較。當把傳統製造方法中的消耗量表示為100％時，本發明的製造方法中的消耗量大約為90％。這表明可顯著減少鍍層金屬的消耗。
另一方面，在用傳統製造方法製造的樣品19-29中，鋼帶1的振動具有較大的總振幅B，並且鍍層重量的變化σ為2．0g／m2或更大。
表1 接著，通過圖2中在接觸輥7之上設置合金化爐8並在該合金化爐8中加熱沉積有熔融的鋅的鋼帶，使鋼帶1的鍍鋅層中的鐵含量為8-13wt％，從而生產出所謂的「熱浸鍍鋅鋼帶」。然後，檢測作為鋼帶的一項重要質量特性的抗粉末化特性。粉末化是沉積的鍍層從熱浸鍍鋅鋼板的一部分上以粉末狀脫落的缺陷，它降低了鋼板在壓力成形過程中的鍍層的緊密接觸特性。當在壓力成形過程中產生這一現象時，鍍層粉末在壓模和鋼板之間脫落，從而引起鋼板凸凹不平的缺陷。因此，希望不發生粉末化。
在下述條件下進行關注粉末化的操作，所述條件為，每側目標鍍層質量設定為45-55g／m2、鋼帶1的線速度設定在100m／min-150m／min、鋼帶1的張力設定在1．5kgf／mm2-2．0kgf／mm2。表2表示操作條件不同與上述操作條件的例子和所有的操作結果。應當注意，抗粉末化特性是按照已知的方法進行評價的，所述方法是，以壓力在從熱浸鍍鋅鋼帶上取下的樣品的鍍層上貼上膠帶，在將樣品彎曲90°又回到其初始位置之後揭下膠帶，然後用螢光X-射線測量鍍層的脫落量。即，抗粉末化特性由X-射線計數的在脫落的鍍層中所含鋅的數量表示。通常，當計數為1500或更小時，在實際壓力成形過程中不會產生由於粉末造成的缺陷。然而當計數超過1500時，常會由於粉末而產生缺陷。
從表2中可以看出，由於根據本發明的方法鍍層重量的變化可以被顯著減小，所以計數穩定在一個較低的值，從而可穩定地製造抗粉末化特性優良的熱浸鍍鋅鋼帶1。相反，在傳統方法中，產品的計數增加，在某些部分上達到1500或更高，當對產品進行加工時粉末化造成的缺陷有增加的傾向。這是由於在產品中鍍層重量變化很大。圖11表示產品在壓力成形之後的次品率。從圖11中可以看出，採用本發明的方法幾乎沒有次品。
在上述例子中，採用鋼帶作為金屬帶，採用鋅作為熔融金屬。然而，本發明無須對此進行限制，也可以適用於其它的金屬帶和除熔融鋅之外的熔融金屬。
表2 *表示最大和最小測量值如上所述，本發明可以製造整個表面上沉積有熔融金屬的鍍層重量均勻的金屬帶。因而，可以在鍍覆操作中可以更加接近更低的目標鍍層重量，從而與傳統方法相比可顯著減少鍍層金屬的消耗量。
權利要求
1.一種製造熱浸鍍金屬帶的方法，包括下列步驟將金屬帶浸入一個熱浸鍍覆池中，連續地將熔融金屬沉積到金屬帶表面；以基本恆定的速度傳送金屬帶，同時用一對在鍍覆池中夾住金屬帶表面的上、下支撐輥支撐所述帶；用設置在鍍覆池表面之上的氣體擦拭噴嘴噴出的氣體，擦拭熔融金屬，調整沉積到金屬帶表面上的熔融金屬的鍍層重量；在用一對設置在鍍覆池外用於夾住鋼帶表面的上、下接觸輥支撐金屬帶的同時，使金屬帶前進；其中，在將位於鍍覆池中的上支撐輥和位於鍍覆池外的下接觸輥之間的距離L設定在由下述公式確定的範圍內的條件下，使金屬帶前進L≤80×T×W2／V其中，L位於鍍覆池中的上支撐輥和位於鍍覆池外的下接觸輥之間的距離(mm)；V金屬帶的線速度(m／min)；T施加在金屬帶上的張力(kgf／mm2)；W金屬帶每一側的目標鍍層重量(g／m2)。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述金屬帶為鋼帶，所述熱浸鍍覆池充滿熔融的鋅。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述金屬帶在所述上接觸輥的下遊側接受合金化處理。
4.一種製造熱浸鍍金屬帶的方法，包括下列步驟將金屬帶傳送通過一個熱浸鍍覆池，使熔融金屬連續沉積到金屬帶的表面；用一對沉浸在鍍覆池中的支撐輥支撐所述金屬帶；當金屬帶從所述池中浮出來時，用位於鍍覆池表面之上的氣體擦拭噴嘴向所述金屬帶上噴吹氣體，以調整所述帶上的熔融金屬的鍍層重量；在用位於鍍覆池外的一對接觸輥支撐金屬帶的同時，繼續傳送金屬帶；其中位於鍍覆池中的上支撐輥和位於鍍覆池外的下接觸輥之間的距離L保持在下述公式確定的範圍內L≤80×T×W2／V其中，L位於鍍覆池中的上支撐輥和位於鍍覆池外的下接觸輥之間的距離(mm)；V金屬帶的線速度(m／min)；T施加在金屬帶上的張力(kgf／mm2)；W金屬帶每一側的目標鍍層重量(g／m2)。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述金屬帶為鋼帶，所述熱浸鍍覆池中充滿熔融的鋅。
6.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述金屬帶在所述上接觸輥的下遊接受合金化處理。
全文摘要
一種製造熱浸鍍金屬帶的方法,其中金屬帶的前進在由公式L≤80×T×W
文檔編號C23C2/20GK1290768SQ00118889
公開日2001年4月11日 申請日期2000年6月23日 優先權日1999年6月24日
發明者飯田祐弘, 菅野高廣 申請人:川崎制鐵株式會社