CN102216485B - 用于控制多种金属在适于熔融所述金属的空腔中的引入的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制多种金属以锭块的形式在空腔中的引入的方法和装置，其中所述空腔适于熔融所述金属。特别地，根据本发明的方法提供对多种金属引入空腔（2、3）中的控制，所述空腔适于熔融所述金属，以用呈液体金属形式的所述金属来浸镀钢带（1），在所述方法中：第一金属以至少一个具有所述第一金属高含量的第一锭块（10）的形式来引入；第二金属以至少一个由第一金属和第二金属的合金所构成的第二锭块（11）的形式来引入，所述方法的特征在于：所述第二锭块的第二金属含量在有效含量范围内选择，以保证所追求的锭块累积熔融的整体流量；所述有效含量范围在具有按顺序增大的数值的受限区间中选择，以最小化所述锭块的熔融温度之间的差别。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制多种金属在适于熔融所述金属的空腔中的引入的方法和装置。
本发明主要涉及连续移动的轧制钢带的金属浸镀，尤其是涉及镀覆层的化学分析的控制。
背景技术
连续移动的轧制钢带的金属浸镀是已知的技术，其主要包括两种变型，在一种变型中，从退火炉输出的带材倾斜地下降到液体镀覆金属浴中，并通过浸没在所述液体金属中的辊来竖直地向上偏转。另一种变型在于使带材在其输出炉子时竖直地向上偏转，然后使带材在竖直通道中移动，所述竖直通道包含磁支承的液体金属。
在所述两种情况下，操作的目的在于在钢带的表面上产生连续并且附着的金属镀覆层沉积物。
在带材输出液体金属时，带材在其两个面上形成液体膜，所述液体膜通过电磁装置或吹气装置来干燥，直至所述膜减小到所期望的厚度。被干燥的液体膜然后冷却，直至固化。由于在带材的两个面上的沉积而造成的镀覆金属的消耗通过在液体金属浴中添加锭块来补偿。所述锭块以已知的方式由链式运送装置带到液体浴，并人工地或自动地根据基于浴的液位测量值而给出的指令来引入液体金属浴中。已经提出了或多或少复杂的装置，例如在WO2007137665中所述的装置，用以使得在浴中引入锭块更准确，尤其是为了避免所述锭块的突然下落。
例如在镀锌中所使用的金属镀覆层一般使用至少两种不同金属（例如：锌和铝）的合金。根据要沉积在带材上的合金的成色测定值（titrage），必须为镀覆浴供给具有合适组成的锭块。这可以通过供给具有特殊成色测定值的锭块来实现，但是一般使用具有标准组成的锭块（例如有的没有合金元素，有的则带有相当高百分比的合金元素），所述具有标准组成的锭块按照能够平均地保证带材上所要求的成色测定值的顺序来交替地引入。文档KR20020053126描述了这样一种基于每日消耗计算来供给锭块的***。
但是，根据所使用的镀覆层类型，所追求的合金元素在镀覆层中的量会不同于实际消耗的量。用结合了铝的锌来镀锌一般就是这种情况。实际上，与液体混合物接触时发生来自于钢带的铁的溶解，其一方面参加在带材表面上形成大约为0.1µ的Fe2Al5Znx化合物结合层，另一方面，只要Fe2Al5Znx层没有以连续的方式形成，就向着液体混合物浴扩散。Fe2Al5Znx层用于支持锌防护层，而溶解的铁会有助于在液体混合物中形成所谓“废渣（matte）”或“渣滓（dross）”的由铁、铝和锌构成的沉淀。另一方面，浸没在浴中的钢元件，例如由不锈钢制成的底辊及其支持臂，同样经历铁在浴中的溶解，所述溶解也会参加渣滓的形成。在所述化合物中的铝含量高于所沉积的合金层的铝含量，因此总的铝消耗稍微高于在带材的两个面上沉积合金层所严格需要的铝消耗。必需的铝含量因此必须根据在镀覆层中的、在带材表面形成的Fe2Al5Znx结合层中的、和在渣滓中的铝消耗的和来确定。
然而，对于相同的所追求的在沉积物中的含量，例如浸没时间（因此除了带材移动速度以外其余都一样）、浴的温度、所形成的渣滓的量等众多因素造成铝的消耗或多或少显著的变化。
只基于在镀覆层中的合金元素的理论消耗的锭块供给***因此是不足的，而且另一方面，在结合层和渣滓中的额外消耗的估计很不准确，因为其基于设备的静态运行数据，以及在这些静态运行条件下形成Fe2Al5Znx的理论动力学（cinétique）。在大部分情况下，锭块的供给基于操作员的经验，并由在液体浴中提取的试样的定期化学分析来加强。还使用某些基于例如在文档US
5,256,272中所述的电化学传感器的连续测量技术，尽管这些测量件脆弱，并且缺乏可靠性。
然而，已经考虑了某些改进，以改善所述情况，例如，文档KR20040057746建议按照“规则的时间间隔”来直接测量浴的铝含量，以调节与纯锌锭块交替地引入成色为含20%铝的锭块的节拍。然而，该替代方案还是不完美，因为铝含量的不连续测量与根据测量结果来放置和熔融没有或带有20%铝的锭块所必需的响应时间相结合，除了其在持续时间上管理的难度以外，没有使得该方法比理论计算更准确。
为了更好地为作为第一镀覆金属的锌的含量及尤其是为作为第二结合金属的铝的含量连续地进行定量的替代方案在WO2008/105079中通过多种装置来描述。第一装置具有两个不同的容器，其分别包含呈液体形式的锌和铝，即其液体温度每个都高于锌和铝的熔融温度，即锌的420℃和铝的大约660℃。所述两种液体金属然后引入（温度大约为460℃）的镀覆空腔中，在所述镀覆空腔中，由于在液体金属和液体镀覆浴之间的大的温度差和梯度，不可避免地形成大量的渣滓。第二装置设置成引入呈带状固体金属形式的锌和铝，所述带状固体金属在镀覆浴中以根据所要求的浴的液位和含量来控制的流量和含量来解卷。这里，温度梯度还是不可避免的，因为无论如何都必须至少在纯铝就要引入镀覆浴之前将纯铝加热到至少为大约660℃的温度，以使得所述纯铝能够在浴中以液体的形式混合。最后，第三装置设置成分别带有液体锌和铝的两个不同的容器倾倒入中间容器，在所述中间容器中由于过大的温度梯度形成大量的渣滓。该第三装置的优点在于能够使在中间浴中的渣滓隔离在镀覆浴外，然而由于渣滓的密集形成，所以必须经常清除在中间浴中的渣滓。因此，一般地，所述装置受到过大的温度梯度的存在所带来的危害，所述过大的温度梯度有利于讨厌的渣滓的同样严重的形成，并因此不可避免地具有对于带材镀覆有用的金属的大的损失。该缺陷因此造成对于镀覆有用的金属的过量消耗导致的无用超额成本，以及对所形成渣滓的大规模重新处理的高度限制的环境方面。
发明内容
根据所述观察，本发明摒弃涉及大的温度梯度的方法和装置，并且应该将会基于使用要用于熔融的金属合金或金属锭块。
因此，本发明的目的在于提出用于控制多种金属以锭块的形式在适于熔融所述金属的空腔中的引入的方法和装置，其中，所引入的金属和空腔的包含物的温度梯度是最小的。
一组从属权利要求同样说明了本发明的优点。
根据一种用于控制多种金属在空腔中的引入的方法，其中所述空腔适于熔融所述金属，以用呈液体金属形式的所述金属来浸镀钢带，在所述方法中：
-第一金属以至少一个具有所述第一金属高含量的第一锭块的形式来引入；
-第二金属以至少一个由第一金属和第二金属的合金所构成的第二锭块的形式来引入，
所述根据本发明的方法要求：
-第二锭块的第二金属含量在有效含量（teneur significative）范围内选择，以保证所追求的锭块累积熔融的整体流量；
-所述有效含量范围在具有按顺序增大的数值的受限区间中选择，以最小化锭块熔融温度之间的差别。
这里，空腔是常规的或磁支承的镀覆坩埚，或者附属于镀覆坩埚的用于熔融所述锭块的坩埚。在其中实施根据本发明的方法的钢带镀锌的范围内，第一金属为锌，第二金属主要为铝。然而，根据所选择的镀覆层类型，本发明不限于所述两种金属以及这些独特金属的合金。更重要的是，一方面，借助于使用合金锭块（其中例如两种金属中的一种要求高的熔融温度），锭块的整体熔融温度由于另一合金金属的存在而保持为低的。
此外，如果如上所述地选择有效含量范围，则可以在该含量范围中具有连续均匀的锭块熔融温度范围，即使一个或多个锭块被浸入或取出空腔。因此，有利地避免了在空腔中引入锭块时的大的温度梯度。
与第二锭块类似地，至少一个类型为第二锭块的合金的第三锭块当然可以引入空腔中，所述第三锭块具有第二或另一金属的有效含量，其含量不同于第二锭块在所选取的有效含量范围中的含量。相同地，可以使用多个不同的有效含量范围，以使得如果需要则能够获得含量变化的更大的动态。如果要求多个范围的含量之间有大的差别，则可以通过使用至少一个具有在所述范围之间的中间含量的锭块来按层级布置（étager）所述范围。因此，由于由此减小的含量差别，将会有利地减轻所要求的熔融温度的任何骤然变化。
考虑到在熔融锭块之一所要求的温度和空腔中浴的强加温度之间的差别，第二金属含量的区间理想地框定在围绕所述锭块的合金的平衡图（所述图代表每个锭块的合金根据所述锭块的合金金属百分比而变化的熔融温度）的至少一个低共熔点的根据本发明的范围中，其中所述锭块呈至少第一和第二金属的合金的形式。实际上，尤其是在低共熔点附近，合金首先具有最小的所要求的熔融温度，其低于构成合金的金属中每个的熔融温度，并且因此更接近浴的温度。因此，可以维持温度差别在最小范围内，同时能够改变在包括低共熔点的受限区间中的有效含量范围。为此，对应于含量按顺序增大的范围的锭块被引入或取出浴。当然，根据本发明的目的，该理想的锭块选择的目的在于持久，但本发明可以附带地要求，以暂时的方式引入第二金属的有效含量范围更远离受限含量区间（并因此更远离低共熔点）的锭块。
对于钢带的热浸镀锌示例地，第一金属为锌Zn，第二金属为铝Al，并且有效含量范围在围绕锌铝合金的平衡图的低共熔点的铝含量区间中来选择：对于锌铝合金，对应于最小的熔融温度（例如：4.5%的铝允许390℃起的熔融温度）。
用于主要镀锌镀覆类型的具有不同含量的锭块类型（例如：用于这种锌铝合金的）是已知的并因此可以根据如本发明所设置的有效含量范围来标定。
示例地，对于传统类型的镀锌，所谓“GI”的范围设置在[0；1%]（甚至更可能在[0;10%]）区间中的铝含量。这符合标准“ASTM B852-07”，对于该标准，有效含量范围可以通过设置具有0.25%、0.35%、0.45%、0.55%、0.65%、0.75%或1%的铝含量的锭块来选择。在额外和一次性需要铝的情况下，可以借助于附加的具有更高含量的锭块或相反地通过使用纯锌锭块来扩展所述范围，其中所述具有更高含量的锭块符合另一标准，例如“ASTM B860-07”：具有4%、5%或10%的铝。
其他类型的在预先确定的标准下的镀锌对于铝含量设置更小的添加（所谓“GA”的范围设置在区间[0；1%]的铝含量），而本发明可以设置在符合其他标准（例如：“ASTM
B852-07”）的受限区间内的有效含量区间。在该情况下，本发明可以要求，锭块中的至少一个可以包括纯锌，例如在ASTM标准下已知的锭块。
例如GALFAN®商标下的合金也具有铝含量更高的区间[4.2-6.2%]（有时为[0；10%]），所述铝含量更高的区间可以潜在地在本发明的意义上使用，以限定比常用含量更高的有效含量范围，同时保持在锌铝平衡图的低共熔点的受限附近区域内。
对于所述示例，总之，如果第一金属为锌，第二金属为铝，则有效含量范围主要地在包括在[0，10%]中的铝含量区间中、并次要地在含量更高的区间中选择。
因此，理想地通过以错开的方式在足够适于本发明目的的锭块合金的低共熔点附近选择所述区间的数值，有效含量范围可以有利地从至少一个具有与锭块合金平衡图的熔融温度的受限变化关联的含量数值的区间中选择。
根据本发明的方法还要求：
-第一锭块和至少一个第二锭块（合金）的主动引入根据金属的每个含量的测量来控制，其中所述金属最终在空腔中是液态的并且/或者在镀覆带材上是固态的；
-为了选择第二锭块中哪一个用于引入，第二锭块的至少一个第二金属含量一方面在有效含量范围中选择，以保证所追求的锭块累积熔融的整体流量，从而维持在空腔中的液体金属的恒定液位；
-另一方面，测量在空腔中的锭块的累积熔融的整体实际流量，并使其与所测量的在空腔中的每个金属的含量关联，以确定每个锭块熔融的部分实际流量；
-在整体实际流量和所追求的整体流量之间有差别的情况下，通过改变在空腔中引入至少一个锭块的浸没高度来重新调节各锭块的部分实际流量中的至少一个，以补偿所述差别。
因此可以获得很精细的锭块熔融的调节，而同样没有涉及以突变的流量并且/或者以过远的部分含量来连续地引入锭块。
所述使锭块累积熔融的整体实际流量和所测量的每个金属的含量关联通过以下方式实施：同时引入的锭块中每个的熔融部分流量被建立为能够保持如下的平衡等式A：
Al%x*Qx =
[(Al%1*Q1)+…+(Al%n*Qn)]
（A），
所述平衡等式包括所追求的在液体镀覆层中的第二金属的含量Al%x，多个（n个）第二锭块中的每个各自的第二金属含量Al%1…Al%n、以及所追求的使空腔中的液体金属液位维持恒定所必需的新液体金属的整体流量Qx，所述各自的含量包括在有效含量范围中，所述所追求的整体流量Qx同样由所述多个（n个）第二锭块的同时熔融的部分流量Q1、…、Qn的和来补偿。
以与第二金属相同的方式，还可以在空腔中以上述第二或第三锭块类型的锭块合金化合物的形式引入至少一种第三金属。因此，通过在其中考虑所述第三金属的部分流量/含量，上述等式也可以应用于所述第三金属。这对于第二金属类型（例如：上述的铝）的任何其他添加金属都是一样的。同样地，以与第一金属相同的方式，可以在空腔中以附加金属的高含量锭块的形式引入至少一种附加金属。
本发明还提出用于实施所述方法的装置。
附图说明
所述装置通过借助于附图提供的应用和实施例更具体地描述。在所述附图中：
图1示出了根据本发明的用于控制多种金属在适于熔融所述金属的空腔中的引入的装置。
具体实施方式
因此，图1示出了用于实施所述用于控制呈锭块10、11形式的多种金属（例如：锌、铝等）在空腔2、3中的引入的方法的装置，其中所述空腔适于熔融所述金属，以用呈液体金属形式的所述金属来浸镀钢带1,在所述装置中，所述空腔为常规的镀覆坩埚2（其例如包括空腔内的带材偏转底辊6、然后包括在空腔上方的竖直偏转支承辊7）、或者磁支承坩埚、或者用于熔融所述锭块并通过通道8与镀覆池2连接的附属坩埚3，所述装置包括：
-用于测量空腔中的锭块熔融所导致的液体金属的液位20的测量件21；
-至少一个用于测量来自于锭块熔融的金属含量的测量件22、23；
-计算器4，其接收来自于测量件21、22、23的液位和含量测量值，根据每个金属输出整体和部分的熔融流量的实际数值，并根据预先确定的平衡等式来将所述实际数值调整为修正数值；
-控制器5，所述流量的修正数值被提供给该控制器，该控制器输出修正指令；
-用于使至少一个锭块并因此使每个锭块在发生熔融的空腔中的引入高度变化的件9，所述变化件由控制器的修正指令来控制，而且锭块的引入和取出在以下条件下进行：锭块金属保持在所选择的有效含量范围中，如以上在根据本发明的方法的范围中所述的范围。
因此，锭块由变化件9与有效含量范围相关联地布置和移动，以避免锭块熔融温度的任何差别。
因此，可以在控制器5中考虑平衡等式A，所述控制器根据修正指令限定合适的引入一个或多个锭块的顺序，同时满足由范围所强加的条件，其中所述范围在数值按顺序地增大的受限区间中选择，以最小化锭块熔融温度之间的差别。
用于测量含量的测量件22、23可以包括LIBS（激光诱导击穿光谱术，英语为Laser Induced
Breakdown Spectroscopy）类型的激光光谱仪或至少一个适于测量所涉及金属之一的电化学传感器。可以根据液体混合物含量的特征或所期望的镀覆层的最终性质，在液体金属处（22的情况）和/或在镀覆带材处（23的情况）布置所述测量件中的至少一个。
用于测量液位20的测量件21可以是在液体金属表面上、例如在用于从附属熔融坩埚3向镀覆坩埚2传递液体金属的通道处的浮子、雷达或用于测量所述液体金属表面的液位的光学装置。
Claims (11)
1.一种用于控制多种金属在空腔（2、3）中的引入的方法，其中，所述空腔适于熔融所述金属，以用呈液体金属形式的所述金属来浸镀钢带（1），在所述方法中：
-第一金属以至少一个具有所述第一金属的第一锭块（10）的形式来引入；
-第二金属以至少一个由所述第一金属和所述第二金属的合金所构成的第二锭块（11）的形式来引入，
所述方法的特征在于：
-所述第二锭块的第二金属含量在有效含量范围内选择，以保证所追求的锭块累积熔融的整体流量；
-所述有效含量范围在具有按顺序增大的数值的受限区间中选择，以最小化所述锭块的熔融温度之间的差别。
2.如权利要求1所述的方法，其中，与所述第二锭块类似地，至少一个类型为所述第二锭块的合金的第三锭块被引入所述空腔中，所述第三锭块具有的第二金属有效含量不同于所述第二锭块的第二金属有效含量。
3.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中：
-所述第一锭块和所述第二锭块中的至少一个的主动引入根据金属的每个含量的测量来控制，其中所述金属最终在空腔中是液态的并且/或者在所镀覆的带材上是固态的；
-为了选择所述第二锭块中哪一个用于引入，所述第二锭块的至少一个第二金属含量一方面在所述有效含量范围中选择，以保证所追求的锭块累积熔融的整体流量，从而维持在所述空腔中的液体金属的恒定液位；
-另一方面，测量在所述空腔中的锭块累积熔融的整体实际流量，并使其与所测量的在所述空腔中的每个金属的含量关联，以确定每个锭块熔融的部分实际流量；
-在所述整体实际流量和所追求的整体流量之间有差别的情况下，通过改变在所述空腔中引入至少一个锭块的浸没高度来重新调节各锭块的部分实际流量中的至少一个，以补偿所述差别。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，同时引入的锭块中每个的熔融部分流量被建立为能够保持以下等式：
Al%x*Qx = [(Al%1*Q1)+…+(Al%n*Qn)]，
所述等式包括所追求的在镀覆层中的第二金属含量（Al%x）、多个（n个）第二锭块中的每个各自的第二金属含量（Al%1…Al%n）、以及所追求的使所述空腔中的液体金属液位维持恒定所必需的新液体金属的整体流量（Qx），其中所述各自的含量包括在所述有效含量范围中，所述所追求的整体流量（Qx）同样由所述多个（n个）第二锭块的同时熔融的部分流量（Q1、…、Qn）的和来补偿。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，以与所述第二金属相同的方式，至少一种第三金属在所述空腔中以锭块合金化合物的形式来引入。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，以与所述第一金属相同的方式，至少一种附加金属在所述空腔中以具有所述附加金属的高含量的锭块的形式来引入。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中，理想地通过以错开的方式在锭块合金的至少一个低共熔点附近选择所述区间的数值，所述有效含量范围从至少一个具有与锭块合金的平衡图的熔融温度的受限变化关联的含量数值的区间中选择。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一金属为锌，所述第二金属为铝，所述有效含量范围主要地在包括于[0%；1%]中的铝含量区间中选择，并次要地在含量更高的区间中选择。
9.一种用于实施如上述权利要求中的任一项所述的用于控制呈锭块（10、11）形式的多种金属在空腔（2、3）中的引入的方法的装置，其中所述空腔适于熔融所述金属，以用呈液体金属形式的所述金属来浸镀钢带（1），在所述装置中，所述空腔为常规的镀覆坩埚（2）、或者磁支承坩埚、或者用于熔融所述锭块的附属坩埚（3），所述装置包括：
-用于测量所述空腔中的锭块熔融所导致的液体金属的液位的液位测量件（21）；
-至少一个用于测量来自于锭块熔融的金属的含量的含量测量件（22、23）；
-计算器（4），其接收来自于所述测量件（21、22、23）的液位和含量测量值，根据每个金属来输出整体和部分的熔融流量的实际数值，并根据预先确定的平衡等式来将所述实际数值调整为修正数值；
-控制器（5），所述流量的修正数值被提供给所述控制器，所述控制器输出修正指令；
-用于使至少一个锭块在所述空腔中的引入高度变化的件（9），所述变化件由所述控制器的修正指令来控制，而且锭块的引入和取出在以下条件下进行：所述锭块的金属保持在所选择的有效含量范围中。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述含量测量件包括LIBS类型的激光光谱仪或至少一个电化学传感器。
11.如权利要求9或10所述的装置，其中，所述液位测量件（MN）是在液体金属表面上的浮子、雷达或用于测量所述液体金属表面的液位的光学装置。
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