測控蒸汽沉澱鍍塗生產線和設備中金屬蒸汽量的原子吸收分析的製作方法
2023-07-06 14:44:46
專利名稱：測控蒸汽沉澱鍍塗生產線和設備中金屬蒸汽量的原子吸收分析的製作方法
技術領域：
本發明是關於快速控制在鍍層金屬鋼條用蒸汽沉積處理過程中，沉積在鍍塗金屬上的量的方法和設備，發明也涉及到以高精度和高可靠性從蒸汽源送到鋼條上的金屬蒸汽量的原子吸收分析。
在製造鍍鋅鋼片或類似材料的蒸汽沉積處理流程中，一種熟知的測量沉澱金屬鍍層量的方法是螢光X射線光譜或X射線衍射技術。
用於此目的的螢光X射線光譜方法公布在日本專利中請公開文本60-13308。事先以X射線照射鍍過的鋼條，並測出從金屬鍍層放射出的螢光型X射線的強度，然後與一個給定的分析曲線作比較，而金屬鍍層的沉澱量是由測量出的強度值計算出來的。
根據螢光型X射線光譜技術，
圖1所示的X射線測量裝置9安放在蒸汽沉澱鍍塗生產線的出口端。鋼條1穿過氣體壓縮爐2，鋼條1在氣體壓縮爐2中的表面是活化的。鋼條1經入口端密封的滾筒機3進入真空室4。在真空室4中，鋅和鎂從汽化沉澱帶5汽化沉澱到鋼條1上。然後鋼條1從真空室4經出口端的密封滾筒機6和冷卻帶7出來。
X射線測量裝置9面向從真空室4出來、已經被汽化沉澱過的鋼條8表面安放。在測量汽化沉澱後沉澱的金屬鍍層的總量時，測量裝置9的物理位置在測量鍍層金屬沉澱量時會導致一個長時間延遲，因此操作條件不能根據測到的沉澱量的變化及時得到控制。
另一方面，X射線衍射法適宜於分析已經被鍍了多層金屬的鋼片。這種方法測量出特殊鍍塗成份的峰強度，然後通過解一個與鍍塗成份和沉澱量有關的方程，計算出沉澱量。
當不同的金屬被汽化沉澱，以致於形成多層鍍塗層，如鋅-鎂汽化沉澱層時，必須測量和控制每一種鍍層金屬的沉澱量。然而要高精度地檢測出每一種金屬的沉澱量是很困難的，因為從每一子層放射出的X射線都會被別的金屬和別的子層衰減。例如在鋅-鎂鍍塗層具有多層結構時，從鎂發出的X射線特別的弱而且容易被鋅和合金層衰減，使得很難精確地測定沉澱的總量。
另外，在X衍射方法中，測量點遠離汽化沉澱帶。這一問題使得必須有一定的延遲才能測量出結果，因此不能精確控制沉澱的總量。
在鍍塗層具有由不同種類的金屬，這些金屬包括幾種金屬間的化合物，組成的多層結構時，必須使用許多種測量設備，測量每一種金屬間化合物的峰值強度。另外，每一種強度都會因為要被其它的金屬、合金及其子層衰減而產生誤差，因此，在多層結構時沉澱總量不能以高可靠性地被測出。
另外，鋅或鎂的蒸汽在設備的內部表面的沉澱是通過將該表面控制在幾百攝氏度下來加以抑制的，鋅或鎂的蒸汽是被從蒸汽源經過導管送到鋼條。如果金屬蒸汽的總量可以在通過導管時直接被測量，那麼鍍塗金屬的沉澱總量可以被更精確地直接加以控制。
發明概要發明人觀察到原子吸收分析可以用於測量通過導管的金屬蒸汽的總量。在原子吸收分析中，金屬蒸汽是用具有容易被吸收的波長的光束照射，金屬蒸汽的總量象金屬蒸汽的吸光度的值一樣被檢測出來。
發明人也已發現，被檢測出來的吸光度的值精確地表示了通過導管的金屬蒸汽的總量，而且被檢測出來的吸光度的值按比例地隨通過導管的金屬蒸汽的總量同時改變。在這一點，原子吸收分析金屬蒸汽的總量和控制沉澱在鋼條上的金屬蒸汽的總量方面有很多優勢。
本發明的第一個目標是使得沉澱總量能夠達到快速響應的在線控制，該控制的基礎是通過一個導管的、可被一種原子吸收光度計測出的金屬蒸汽的總量。
本發明的第二個目標是檢測吸光度，該吸光度對通過一個導管的金屬總量的改變具有高敏感度。
本發明的第三個目標是使得吸光度的測量處於不飽和，甚至在大量的金屬蒸汽很集中的情況下也是如此。
根據本發明，從蒸汽源經導管送到鋼條的金屬蒸汽被從一個噴出管取到測量室中作為樣本。噴出管一端開口到導管，而另一端開口到測量室。在噴出管開口到測量室的端可以有一個和噴出管聯結的小口徑的接口管。原子吸收光度計安裝在測量室。光度計由能發出易被金屬蒸汽吸收的特徵波長的光源和用於在金屬蒸汽被照射後接收測量光束的檢測器組成。當金屬蒸汽被測量光束照射時，在金屬蒸汽中，光束的光能被吸收，吸收的程度由放在面向光源的檢測計檢測出。
通過導管的金屬蒸汽的總量可根據已探測到的吸光度計算出來，而計算結果可以作為調節安裝在導管中的控制門的打開比例的命令輸出。
當到達測量光束的金屬蒸汽輸入量太大時，吸光度達到飽和，而且儘管金屬蒸汽的總量增加，吸光度也不會增加。這種時候到達測量光束的金屬蒸汽量，應通過從測量室排除部分金屬蒸汽的方法，或者在用光束給金屬蒸汽作補充照射時，通過把部分金屬蒸汽沉澱到測量室內壁的方法減少金屬蒸汽的輸入量。
到達測量光束的金屬蒸汽總量的降低，是通過把測量室分成許多個室達到的。也就是說，測量室被隔離壁分成一個或多個前室和一個後室，其中的隔離壁開有容許前室和後室之間流通的開口，每一個室由各自獨立的真空泵排空。隔離壁上的口還容許金屬蒸汽的一部分從一個前室通到下一個前室或後室，這些室裡都有原子吸收光度計。
從導管抽出的樣本經過噴出管送到前室，然後通過開在隔離壁的口部分地送到後室。使在前室裡金屬蒸汽的總量相對使吸光度達飽和的總量足夠小，而減小的流量流入後室。進入後室的金屬蒸汽在後室中用與以上同樣的測量光束照射。
到達測量光束的金屬蒸汽總量的降低程度，是通過調節隔離壁的數目、金屬蒸汽交換的開口的口徑以及開口的位置來控制的。當通過金屬蒸汽的開口遠離噴出管的延長線時，到達測量光束的金屬蒸汽總量可以有效地降低。通過金屬蒸汽的開口偏離相鄰牆上的開口時，也能達到與以上同樣的效果。
到達測量光束的金屬蒸汽的總量還可以通過接在真空泵上的排氣管排出大部分金屬蒸汽以及氮氣來降低。優選方式為氮氣通過放在一面牆上的一根通向測量室的氮氣補給管，該管是沿著垂直於金屬蒸汽流入軸的方向的，氮氣的排出是通過放在測量室中氮氣補給管對面的一根排氣管排出的，這樣的安排有利於充分排出含有氮氣的金屬蒸汽。在測量室有多根補給管和排氣管的情況下，送入測量室的金屬蒸汽有明顯地逐步降低到使光能的吸光度不飽和的值。
附圖的簡要說明圖1為傳統的螢光X射線測量被沉澱的鍍塗金屬的總量的方法略圖。
圖2為圖解顯示一個導管，金屬蒸汽通過該導管從蒸汽源送到鋼條進行蒸汽沉澱鍍塗。
圖3為圖解顯示一個測量室，金屬蒸汽在該室被測量光束照射。
圖4為圖解顯示被隔離壁分成前後兩部分的測量室。
圖5為圖解顯示被分隔成多個前室和一個後室的測量室。
圖6為圖解顯示測量室的隔板在偏離輸出管的縱軸方向有一個開口。
圖7為圖解顯示被分成多個小間的測量室的每個隔板在偏離輸出管的縱軸方向都有一個開口。
圖8為圖解顯示測量室的一個側壁有一氮氣供應管，在相對的另一側壁有氮氣排氣管。
圖9為圖解顯示測量室的一個側壁有多個氮氣供應管，在相對的另一側壁有多個氮氣排氣管。
圖10為圖解顯示從例1得到的鋅-鎂合金鍍層的多層結構。
圖11為曲線圖顯示用原子吸收分析測量的吸光度的值和用化學分析測量的鋅的沉積量之間的密切關係與鋅蒸汽通過導管的流速所表示的一樣。
圖12為曲線圖顯示用原子吸收分析測量的吸光度的值和用化學分析測量的鎂的沉積量之間的密切關係與鎂蒸汽通過導管的流速所表示的一樣。
圖13為圖表顯示分別用原子吸收分析和螢光X射線光譜測量的鋅沉積量在鋅沉積量目標值處的波動。
圖14為圖表顯示分別用原子吸收分析和螢光X射線鏡測量的鎂沉積量在鎂沉積量目標值波動。
圖15為圖解顯示在例2中的測量室的各部分的位置和尺寸關係。
圖16為曲線圖顯示不同吸光度中的隔板的影響。
圖17為圖表顯示用被隔離壁隔離的測量室得到的測量值來控制鎂沉積量時，鎂沉積量在目標值處的波動。
圖18為圖解顯示例3的測量室。
圖19為圖表顯示在不同的吸光度下從測量室用氮氣淨化金屬蒸汽的效果。
圖20為圖表顯示用供應和排出氮氣以減少鎂蒸汽量的基礎上得到的測量值來控制鎂沉積量時，鎂沉積量在目標值處的波動。
最佳實施例的詳細描述根據本發明，如圖2所示，用原子吸收分析測量金屬蒸發量，使輸出管14末端開口於導管13，另一末端開口於測量室15。
金屬11在蒸汽源10中被汽化成金屬蒸汽12，該蒸汽通過導管13排到一鋼條1上，該鋼條1被蒸汽沉積處理。蒸氣12通過導管13被抽樣到輸出管14。
被抽樣的金屬蒸汽12經輸出管14被送到用真空泵18抽成真空的測量室15。金屬蒸汽12的樣本量與導管13和測量室15的內壓差異成比例。
如圖3所示，一個發出可吸收於蒸汽12中的特徵波長測量光束20的空心陰極燈做為測量室15的光源19。一個光電倍增儀做為測試儀21被安置於測量室15的光源19對面。
抽樣蒸汽12進入測量室15經測量光束20照射造成原子吸收，沒有被金屬蒸汽12吸收的光束到達測試儀21。經測試儀21測量的光能與光源19發射的光比較，可得到被金屬蒸汽12吸收的光能即吸光度。吸光度代表抽樣蒸汽12通過導管13的一定比例的金屬蒸汽的量。
吸光度的檢測值被轉變成電信號輸出到計算機16，如圖2所示。在計算機16，輸入值與預置的分析曲線進行比較來計算金屬蒸汽的量。因為用原子吸收方法測到的蒸汽量的誤差與通過導管13的金屬蒸汽12的誤差成正比，通過導管13的金屬蒸汽12的量可以通過抽樣金屬蒸汽量的測量結果而計算。
輸出的計算結果做為指令控制導管13中的開關17的開啟率。因此，通過導管13的金屬蒸汽12的量被控制到預置值。開關17優選安裝於靠近輸出管14的開口處以改善控制響應性。
吸光度隨著進入輸出管14的金屬蒸汽12的流量的增加而增加。然而，當進入的金屬蒸汽12的量超過預置值時，吸光度達到飽和不再增加。吸光度不再增加的情況可隨著金屬蒸汽12的種類，測量光束20的波長和強度及其它情況而改變。
從這點考慮，即使在上述情形下為提高金屬蒸汽量的測量精確度，有必要減少抽樣金屬蒸汽12的量，以使到達光束20的金屬蒸汽量足夠小，以致吸光度不會達到飽和。
金屬蒸汽的量可以通過使用較小內徑的輸出管14來減少。但是，隨著輸出管14的管內徑減小，輸出管14對金屬蒸汽12的阻抗變大。阻抗引起金屬蒸汽12通過導管13的流量變化，這又導致金屬蒸汽12通過輸出管14到測量室15的延遲。
這種延遲的效應可通過僅減小輸出管14的頂端管內徑來克服。然而，工業上的可能最小管徑極限約為0.1mm，儘管輸出管14需要更小的管徑。另外，這種具有很小的頂端管徑的輸出管14在熱力下很容易變形。這種變形引起進入測量室15的金屬蒸汽的量明顯不穩定而導致測量錯誤。即設計輸出管14抑制抽樣金屬蒸汽12的流量有局限性。
在這種情況下，測量室15最好用隔離壁分成很多間以減少金屬蒸汽12到達測量光束20的量。
圖4所示的測量室15用隔離壁24分成前間22和後間23。隔離壁24上形成開口25以允許前間22和後間23相通。輸出管14開口於前間22以使抽樣金屬蒸汽12流入。前間22和後間23各自用真空泵18，26分別抽成真空。進氣管27(如圖15所示)可以接在輸出管14的開口處暴露於前間22的內部，以減少金屬蒸汽12的流量。
由於這種結構，僅有一部分金屬蒸汽12通過輸出管14彌散入前間22從開口25流入後間23，以限制到達測量光束20的金屬蒸汽12的量。不流入後間23的金屬蒸汽12沉積在隔離壁24或由真空管18排出。沉積在隔離壁24上的情形不理想，隔離壁24可能被加熱。同樣方法即增加輸出管溫度可防止在輸出管14的沉積。
到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量可以通過調節開口25的孔徑，及安裝在測量室15的隔離壁24的數目得以充分地減少。
例如，測量室15可以用多個隔離壁241，242，243隔離成多個前室221，222，223和後室23，如圖5所示。每一個前室221，222，223或者後室23相鄰室之間通過開口251，252，253相連。前室221，222，223被分別安裝於前室221，222，223中的真空泵181，182，183排空。隔離壁241，242，243的數目根據到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量加以確定。由於隔離壁241，242，243的出現，到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量比從噴出口14流向前室221的金屬蒸汽的總量，減小了很多。
開在隔離壁24上，偏離輸出管的縱軸的開口25的位置，也有降低到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量的效果，如圖6所示。從噴出口送入隔離室22的金屬蒸汽情況是，使沿著輸出管12的縱軸的金屬蒸汽的總量最大，離縱軸越遠的位置處的金屬蒸汽總量12越小。因此，如圖6所示的開口25能更有效地減少到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量。
圖6中的前室22用進入輸出管14的金屬蒸汽填滿。只有一部分金屬蒸汽經過開口25流入後室23，而金屬蒸汽12的剩餘部分被真空泵18排出或沉澱到前室22的內牆上。填充前室22的金屬蒸汽的總量沿著輸出管14的縱軸最大，縱軸的側面位置的金屬蒸汽總量最小。因此，在開口25位於偏離輸出管縱軸的側面時，開口25離輸出管14的縱軸越遠，通過開口25的金屬蒸汽總量12越小。
金屬蒸汽12通過開口25充滿後室23，由真空泵26排出或沉積在後室的內壁上。到達測量光束20的金屬蒸汽12先於被排出或沉積。通過導管13的金屬蒸汽12的量根據到達測量光束20的金屬蒸汽12的量來計算。
在測量室15有多個隔離壁241，242，243的情況下，開口251，252，253最好分別位於如圖7所示的位置，每一孔與另一個錯開，以更好地減少到達測量光束20的金屬蒸汽12的量。
在任何情況下，通過導管13的金屬蒸汽12的量與金屬蒸汽12通過孔25，251，252，253和到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量成正相關。因此，通過輸出管14到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量，即通過導管13的金屬蒸汽12的量，經由到達測量光束20的被吸收的金屬蒸汽12的量而檢出。
參考圖6和7，通過輸出管14的金屬蒸汽12到達前室22，221被沉積到隔離壁24，241或由真空泵18，181排出，僅有一部分金屬蒸氣12通過開口25，251到達後室23或鄰近的前室222。自然，與通過輸出管14到達前室22，221的金屬蒸汽12的量比較，到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量被減到足夠小的水平，使原子吸收分析能夠有不飽和的吸光度。到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量不斷地隨著通過導管13的金屬蒸汽12的量的變化而變化。這種量的迅速變化保證了能以迅速的反應時間準確測量金屬蒸汽12的量。
如圖8所示，到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量也可用垂直於金屬蒸汽流線軸方向的氮氣管29供入氮氣28來減少。氮氣供應管29開口於測量室15的側壁上，連接真空泵18的抽氣管30位於測量室15的相對一側。
如上所述由於測量室15具有氮氣供應管29和抽氣管30，大部分通過輸出管14的金屬蒸汽12與氮氣28一同被測量室15的抽氣管30排出。自然，與通過輸出管14到達測量室15的金屬蒸汽12的量比較，到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量被減到足夠小的水平，使原子吸收分析能夠在有不飽和的吸光度的低蒸汽壓的蒸汽中進行。
如圖9所示，在測量室15可安裝多個氮氣供應管291，292和多個抽氣管301，302。在這種情況下，通過輸出管14到達測量室15的金屬蒸汽12經兩步放出，即第一步通過氮氣供應管291供應氮氣281和第二步通過氮氣供應管292供應氮氣282。因此，到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量被大大減小，使原子吸收分析能夠以高精確度完成。
如圖8和圖9所示，在測量室15，沿輸出管14的縱軸方向，氮氣供應管29，291，292的開口的側壁的對面的對稱位置上有抽氣管口30，301，302。然而所說的對稱安排僅僅是一個例子，而本發明並沒有嚴格的範圍。只要每個氮氣供應管29，291，292能有效排送氮氣28，281，282，抽氣管30，301，302的位置可以隨意確定。
在這種情況下，進氣管27(圖18所示)可被接於輸出管14共同開口於測量室15。進氣管27有一個小孔用於金屬蒸汽12通過。進氣管27實際上減少了到達測量室15的金屬蒸汽12的量。由於這種效應加上所說的用氮氣28，281，282所減少的那一部分，到達測量光束20的金屬蒸汽12的總量被明顯減小。
根據本發明，鍍層金屬沉積的量直接由上述的測量通過導管13的金屬蒸汽12的量來控制，於是沉積量可在快速反應時間內精確控制。由於原子吸收方法能夠在大的範圍內以高靈敏度測量，使得金屬蒸汽的量可在大範圍內以高精確度，從極小量到大量的範圍內被測量。
另外，因為每個通過導管13的金屬蒸汽被分別測量，每一金屬的沉積量可被獨立控制。再者，即使金屬源11的表面被形成的氧化物汙染，使表面區域的蒸發效應減小，蒸發不穩定，沉積量也可以不受汙染的影響而準確地控制。
本發明的其它特點將在下面的實施例中顯示出來。
實施例1鋅-鎂汽化沉澱鍍塗鋼片是通過連續地汽化沉澱鋅，鎂然後再是鋅的方法製造的。如圖10所示，以該方法形成的鍍塗層L具有多層結構，由鍍在鋼基S上，含不超過0.5％(重量)的鎂的鋅-鎂子層L1，含2-20％(重量)的鎂的鋅-鎂子層L2的第二子層和含不超過0.5％(重量)的鎂的鋅-鎂子層L3組成。因為鋅-鎂蒸汽沉澱鍍塗鋼條的特性隨著鍍塗層上的鎂的含量發生明顯變化，控制鎂的沉澱量就顯得尤為重要。
為了用原子吸收分析測量蒸汽總量，抽取導管13中的鋅或鎂蒸汽作為樣本，然後通過輸出管送入測量室15，為了能檢測吸光度，在那裡鋅或鎂蒸汽被用測量光束20照射。
本例子裡，導管13具有長方形的截面，寬為500mm、高為100mm、長為3m。輸出管14內徑為2mm、長為1m。進氣管27(如圖15所示)的內徑為0.5mm、長為10mm，它與輸出管14相連。
用原子吸收分析測量結果揭示了被檢測出的吸光度與出現的鋅和鎂的蒸汽總量相關，分別由圖11和12所示。用這種相關關係，輔以被檢測出的每一種金屬的吸光度，可以計算出鋅或鎂的量。
鋅-鎂鍍塗層是在根據原子吸收的方法控制每一種金屬的沉澱量時形成的。得到的鍍塗層中的鋅和鎂的沉澱量是用化學分析法確定的。
通過原子吸收測量法測出的值與通過化學分析的方法測出的值作比較。從比較結果表1注意到，通過原子吸收測量法測出的值與通過化學分析的方法測出的值有很高的一致性。也就是說，通過原子吸收法控制的鍍塗物質的沉澱總量，和通過化學分析的方法得到的同樣東西有一樣穩定性。相反，螢光X射線光譜法不能採納為鍍塗層具有多層結構的鋅-鎂鍍塗層的形式，因為它不可能測量出鎂的沉澱量。
表1由原子吸收譜測得的沉澱量(克/米2)的準確性
在連續生產線中，當改變目標沉澱總量時鋅和鎂分別是被沉澱的蒸汽。鋅和鎂的沉澱總量分別通過每一個原子吸收光譜和螢光X射線光譜法測量，然後計算出每一種沉澱量的微小變化。
本例中，寬為1m、高為300mm、長為3m的長方形導管，用作運送鋅蒸汽的導管13，一個內徑為2mm、長為1m的柱形管作為輸出管14，內徑為0.5mm、長為10mm的進氣管27(如圖15所示)用於連接柱形輸出管14。
寬為1m、高為40mm、長為3m的長方形導管用作運送鎂蒸汽的導管13，和這一例中相同的一個柱形管作為輸出管14。
在蒸汽沉澱到測量需要有一段較長時間的螢光X射線光譜法中， 檢測到的鋅的沉澱的總量值要波動一段較長的時間，如圖13所示。大約60秒時間沉澱總量才能穩定地達到目標值。另外，鎂的沉澱測量總量的精確值十分差，以致鎂的沉澱總量即使長時間也不穩定。
另一方面，鋅和鎂的總量通過原子吸收光譜進行高精度測量。既然每一種金屬蒸汽的總量可隨檢測值控制，沉澱總量的波動時間段非常短。因此，鋅和鎂的沉澱總量能在幾秒鐘內達到目標值，如圖13和14所示。
實施例2本例的測量室15被隔離壁24隔離成一個前室22和一個後室23，如圖15所示。導管13的內層通過導管14與測量室15的內層的相通，且經由內徑為2mm、長為3m的輸出管14，到達內徑為0.5mm、長為10mm，與輸出管14相連的進氣管27。隔離壁24上形成一個孔徑為1mm的開口25，其位置在偏離輸出管14的縱軸10mm、向檢測器21延伸的方向上。
由蒸汽源10經過導管13送到鋼條1的金屬蒸汽12，而通過導管13經輸出管14進入測量室16的金屬蒸汽12被取作樣本。
研究得出，吸光度與通過導管13的鎂蒸汽12的流速有關。其結果顯示在圖16中。注意到被測量到的吸光度的變化範圍是0.10-0.20。
另外在上述條件不變，只是沒有隔離壁24的情況下的吸光度也測量到了。在這種情況下吸光度的變化範圍是0.33-0.35。
從以上的測量知道，隔離壁24使得吸光度的範圍更大。而且能得到一個更精確的通過導管13的金屬蒸汽12的流速的測量。
當改變沉澱的目標值時，測量的響應時間通過在連續的汽化沉澱鍍塗生產線操縱鎂的蒸汽沉澱被檢驗。這個結果顯示在圖17中。注意到鎂的沉澱總量是由配備了隔離壁24的測量室15控制的，這個流速和沒有隔離壁時是一樣的。被控制的沉積總量與目標值的一致性，與沒有隔離壁24時相比，有明顯的提高。
實施例3在這一例子中，通過用氮氣從測量室中清除金屬蒸汽的方法使得金屬蒸汽的總量減少。
導管13(如圖2所示)被放在測量室15內，它與15的相通經由內徑為6mm、長為3m的輸出管14完成。輸出管14與內徑為0.5mm、長為10mm的進氣管27相連，如圖18所示。氮氣補給管29開口通向測量室15，該管是沿著垂直於金屬蒸汽12流入軸的方向的，排氣管30朝測量室15開口，放在氮氣補給管對面。
金屬蒸汽12經過導管13從蒸汽源10送到將要被鍍塗的鋼條1，如圖2所示。而通過導管13經輸出管14進入測量室15的金屬蒸汽12被取作樣本。其流速為1×10-6克/米2·秒到1×10-3克/米2·秒。氮氣28通過氮氣補給管29，以常速1×10-2克/米2·秒進入測量室15，並用真空泵18以常流速1×10-2克/米2·秒，排出氮氣以及金屬蒸汽12的大部分。此時從補給管流入測量室15的氮氣的流速和從排氣管排出的氣體的流速與測量室15的真空程度有關。當這個流速增加時，達到測量光束的金屬蒸汽12的總量減少。
本發明檢測的吸光度的誤差與通過導管13的金屬蒸汽12的流速有關。在這種情況下，吸光度在0.13到0.30範圍之間變異，如圖19所示。
另外，在上述相同條件下，但沒有氮氣供應，也測到吸光度的誤差。在後一種情況下吸光度在落到0.34到0.35的窄範圍之間變異。
從這一比較可以看出，吸光度在供應和排放氮氣的情況下變異增大。結果當注入氮氣時可以得到高精確度的通過導管13的金屬蒸汽12的流速。
然後測量的響應時間通過在連續的汽化沉澱鍍塗生產線改變鎂沉積的目標值被檢驗。這個結果顯示如圖20所示。注意到即使在通過測量室15的金屬蒸汽12的大部分由於氮氣的排送而被排出，鎂的沉積量仍可以快速響應控制。在目標值下控制沉積量的一致性與沒有氮氣供應和排送的情況下的金屬沉積量的控制一致性相比明顯改善。
根據如上所述的本發明，金屬蒸汽從蒸汽源經過導管到鋼條的流量可用原子吸收分析直接測量。當用測定值控制金屬蒸汽的流量時，金屬沉澱量能在快速反應時間內得到控制。另外，鎂的沉澱量可以精確的測定。
吸光度被飽和而不再增加的情況是由於金屬蒸汽的過量流入，通過分隔測量室為多個單元或用氮氣驅除大部分金屬蒸汽，使到達測量光束的金屬蒸汽的量被減少到明顯低於使吸光度飽和的值的水平。由於金屬蒸汽的量被減少，通過導管的金屬蒸汽的量可由測到的吸光度的值而以高精確度計算得到。
因為到達測量光束的金屬蒸汽的量隨著通過導管的金屬蒸汽的量而不斷變化，還由於輸出管開口於導管內鄰近開關的位置以控制通過導管的金屬蒸汽的流速，所以測量值以高精確度代表了通過導管的金屬蒸汽的量。
因此，當到達鋼條的金屬蒸汽的量在上述測量值的基礎上被控制，鍍層金屬的沉積量可以高精確度在一快速響應期內調節到目標值。結果以這種方法蒸汽沉積鍍塗鋼條的生產是極端穩定和高質的。
權利要求
1.控制在製造汽化沉澱覆蓋鋼條的生產線上，鍍塗金屬的沉澱總量的方法，包括抽樣從汽化源傳送金屬蒸汽到將被鍍塗的金屬條的導管中的金屬蒸汽，從輸出口傳送上述的樣本金屬蒸汽到低壓測量室，其中包括一個光源和一個檢測器，用一個上述提及的光源發出的測量光束照射上述的金屬蒸汽，在照射後，用上述的檢測器檢測測量光束，以檢測出上述金屬蒸汽吸光度的值，根據已探測到的吸光度的值計算通過導管的金屬蒸汽，以及基於以上的計算結果控制安裝在導管上的開關的開啟率，以控制通過導管的金屬蒸汽的流量。
2.根據權利1的方法，其中在金屬蒸汽可被吸收的波長的測量光束是由光源發出的。
3.控制在製造汽化沉澱覆蓋鋼條的生產線上，鍍層金屬的沉澱總量的設備，包括一個一端通向傳送蒸汽源到鋼條的導管的金屬蒸汽輸出管，一個連到金屬蒸汽輸出管另一端的低壓測量室，一個可用於發出能被金屬蒸汽吸收的波長的測量光束的光源，一個用於檢測在金屬蒸汽被照射後發出的測量光束的檢測器，以檢測出上述金屬蒸汽對光能的吸光度的值，一臺用於根據已探測到的吸光度的值計算通過導管的金屬蒸汽的計算機，以及一個安裝在導管上的開關，控制該開關開啟率的命令由計算機輸入。
4.根據權利3製造的設備，其中金屬蒸汽輸出管連通到導管的一端放在接近開關的地方。
5.根據權利4製造的設備，其中在測量室中的檢測器安在面對光源的位置。金屬蒸汽輸出管連通到導管的一端放在接近開關的地方，
6.測量在製造汽化沉澱覆蓋鋼條的生產線上，從蒸汽源通過導管送到鋼條去的金屬蒸汽的總量的方法，包括以下的步驟提供一個一端連接到導管，而另一端連接到一個被至少一面隔離壁分成至少一個前室和一個後室的低壓測量室的輸出管，抽樣從導管通過安放在低壓測量室的前室的輸出管流過的金屬蒸汽，從一個前室通過一個開在隔離壁上的口送樣本金屬蒸汽的一部分到下一個前室或者後室低壓測量室，而金屬蒸汽的其餘部分通過沉澱到前室的內牆或通過至少一個真空泵抽到室外，在後室中用測量光束照射送入後室的金屬蒸汽部分，用檢測器接收測量光束，以檢測出金屬蒸汽的吸光度，根據已探測到的吸光度計算金屬蒸汽的總量。
7.根據權利6的方法，其中前後室分別被安裝在前室和後室的真空泵減壓。
8.根據權利6的方法，其中流到後室的金屬蒸汽的總量，可通過把隔離壁上的開口安裝在偏離輸出管的縱軸的位置來減少。
9.根據權利6的方法，其中流到前室的金屬蒸汽的總量，可通過在隔離壁上的更小開口來減少。
10.用於測量在製造蒸汽沉澱鍍塗的生產線上，從蒸汽源送來經由導管送到鋼條的金屬蒸汽的總量的設備，包括一個一端通嚮導管，另一端通向測量室的輸出管，一個至少被一面隔離壁分開成至少具有一個前室和一個後室的的測量室，在每一面牆上具有一個用作前後室的金屬蒸汽相互交換的輔助通路的開口，分別放在前後室的真空泵，一個可用於發出能被金屬蒸汽吸收的波長的測量光束的光源，其中的金屬蒸汽在總量上將降低，以及一個用於接收在照射後的測量光束的檢測器，其中金屬蒸汽的總量是根據被金屬蒸汽吸收了的光能計算出來的。
11.根據權利10製造的設備，其中測量室被很多的隔離壁隔離成許多個前室和一個後室。
12.根據權利10製造的設備，其中在每一面牆上至少有一個用作金屬蒸汽通道的開口，而且該開口的位置偏離輸出管的縱軸。
13.根據權利11製造的設備，其中和隔離壁連接的開口是相互偏離的。在測量室中的檢測器安在面對光源的位置。
14.測量在製造汽化沉澱覆蓋鋼條的流水線上，從蒸汽源通過導管送到鋼條去的金屬蒸汽的總量的方法，包括以下的步驟提供一個一端連接到導管，而另一端連接到一個低壓測量室的輸出管，抽樣從導管通過輸出管流到測量室金屬蒸汽，沿著垂直於金屬蒸汽流入軸的方向輸入氮氣到測量室，通過一個連接在真空泵上的一個排氣管排除大部分金屬蒸汽以及氮氣，用光源放出的測量光束照射餘下部分的金屬蒸汽，用一個檢測器接收測量光束，以檢測出金屬蒸汽的吸光度，以及根據已探測到的吸光度的值計算出金屬蒸汽的總量。
15.根據權利14導出的方法，其中氮氣是由放在一面牆上的一根氮氣補給管輸入到測量室，而由對面牆上的排氣管排除的。
16.測量在製造汽化沉澱覆蓋鋼條的流水線上，從蒸汽源通過導管送到鋼條去的金屬蒸汽的總量的設備，包括一個一端連接到導管，而另一端連接到一個測量室的輸出管，用於從導管向測量室輸入一部分金屬蒸汽，抽樣從導管通過輸出管流到測量室金屬蒸汽，至少一根從測量室通向測量室的氮氣補給管，用於沿著垂直於金屬蒸汽流入軸的方向將氮氣輸入到測量室，至少一個連接測量室的排氣管，用於排除大部分金屬蒸汽以及氮氣，一個連接排氣管的真空泵，一個用於放出總量被減少的金屬蒸汽吸收的測量光束的光源，以及一個用於在被照射後接收測量光束的檢測器，其中的金屬蒸汽總量是根據被金屬蒸汽的吸光度計算出的。
17.根據權利15的設備，其中排氣管是放測量室的一面牆上的，該管對面牆上是一根氮氣補給管。
18.根據權利15的設備，其中氮氣補給管和排放管是放在關於輸出管的縱軸對稱的位置的。
全文摘要
從蒸汽源經由導管流入鋼條的金屬蒸汽，通過輸出管流入測量室作為樣本。以測量光束照射金屬蒸汽檢測出的吸光度計算流入導管的金屬蒸汽量並以計算結果為基礎調節設置在導管上的開關門的開啟率以控制流經導管的蒸汽量。流經導管的金屬蒸汽量太大時，到達測量光束的蒸汽量可通過從測量室部分釋放蒸汽來減少，因為沉澱量是由流經導管的金屬蒸汽量直接控制。在連續蒸汽沉積鍍塗生產線中的沉積鍍層量可在很短的響應時間內高精度地控制。
文檔編號G01N21/31GK1167165SQ9710372
公開日1997年12月10日 申請日期1997年3月27日 優先權日1996年3月27日
發明者田中宏, 福居康, 齋藤實 申請人:日新制鋼株式會社