专利名称：薄钢板镀锌装置及其方法
技术领域：
本发明涉及本发明涉及一种用于汽车和电子设备之薄钢板的镀锌装置和方法。特别是，本发明涉及一种利用锌粉在薄钢板上镀锌的的装置和方法。
2．现有技术的描述锌对钢而言，起牺牲阳极的作用，从而延长钢材的估计寿命；因此锌一般用于在薄钢板上涂层。存在许多种镀锌方法例如热浸镀锌、电镀法和利用锌粉镀锌的方法等。镀锌薄钢板主要用作汽车车体板和电子设备内外板。它们用电镀或热浸镀锌法生产。其原因如下，即钢带连续涂层时，不但要考虑产品质量，而且要考虑生产效率和易操作性。在这方面，电镀和热浸镀锌具有优势。
电镀镀锌以下述方法进行。即冷轧薄钢板为提高机械性能经过批处理退火或者连续退火后，然后在含有锌离子的电解质溶液中电镀，这样获得目标厚度的锌沉积层。在此方法中，钢带经过热处理获得的机械性能在随后的电镀过程中不会降低。并且涂层量(即锌沉积层厚度)根据施加电功率的不同而变化，从而可以精确地控制涂层量。
可是，这种方法存在下述缺点。即随涂层量增加，需要更高的电功率；结果在厚镀层的情况下，降低了生产效率。因此在薄钢板单面涂层量为40g／m2或者更低的情况下，采用电镀镀锌。同时，电镀速度受限于有限的电流密度，这样若提高生产效率，则要加长镀锌工作室。这会加大设备费用。由于这类限制因素，电镀镀锌，最好在钢带速度大约为200m／min，并且薄钢板单面涂层量为40g／m2或更低的情况下，进行工作。
同时，热浸镀锌与退火在同一装置中进行。这样降低了制造成本，并可进行厚层镀锌。可是，这种方法存在下述缺点。即浸入热浸镀槽的沉入辊和导向辊受到腐蚀，因此它们要进行周期性的更换。而且，随着生产流水线速度加快，熔融锌液的阻力加大。这样，沉入辊和钢带不能同步运动，造成打滑；从而，钢带表面会被划伤，造成产品缺陷。另外，随着生产流水线速度加快或涂层厚度减小，会增加在空气中工作时溶液飞溅，结果增加了废品的产生。此外，附着在钢带表面的锌液的凝固，需要一定的冷却时间。这样，钢带镀锌的速度限制在大约200m／min。同时，调整镀层厚度困难；如果钢带单面涂层量低于40g／m2，则生产变得很困难。
同时，在日本专利申请公开号Hei-5-311388中，公开了一种利用锌粉镀锌的方法。
此方法示于
图1。如其所示，被涂层对象(薄钢板)1加热到粉末金属的熔点以上，在充满还原性气氛的镀锌室3内，借助喷嘴6将悬浮在气体中的锌粉喷涂到涂层对象1上。这样，锌粉熔融粘附在薄钢板1上，从而锌镀在薄钢板上。
在图1中，标号4和5表示密封件。
在此方法中，使用还原性气氛，因此不必一定使用气流。而且，同热浸镀锌相比，不需要在空气中工作，以及控制管理熔融组合物，也不会产生污染废物。
可是，在日本专利申请公开号Hei-5-311388中，来自粉末储存室的锌粉，没经过隔栅，直接喷送到镀锌室中。这样，大个颗粒或粗化的二次粒子会粘附在薄钢板上，结果导致涂层不规则。
同时，还有人公布了另一种镀锌方法。在这里，先将被涂层对象加热到775°F(413℃)-820°F(438℃)，锌粉或熔融锌喷涂到该被涂对象上，这样，锌涂在薄钢板上(CA866153(7113))。
然而，在这种方法中，为防止薄钢板氧化，锌粉和气流一起喷射到薄钢板上。而且，为提高锌的粘附力，使锌粉和被喷涂对象带相反极性的静电荷。
在这种方法中，由于机械喷涂力和静电吸引作用，可以容易地得到大的涂层量。并且，这种方法适合用于复杂钢构件。可是，这种方法用于连续钢带镀锌时存在下述问题1)相反极性的高压静电荷对工人构成危险；2)这样镀锌后存在粘附松散的锌颗粒，这些颗粒粘附在不同的工作辊上，造成称为“硌痕”的缺陷；3)锌粉释放到外部空气中会恶化工作环境。
还存在其它在镀锌粉中利用静电荷的公开专利(美国专利5384165和美国专利5551981)在这些方法中，利用静电荷使锌粉粘附在薄钢板上。然后，通过加热薄钢板使粘附的锌粉转化为镀层。
图2给出了这些镀锌方法的装置。如其所示，此装置包括锌粉流化床18，和布置在流化床18之上的冷却件24与加热件21。浸在流化床18中的薄钢板经改变其前进方向为向上运动，受到加热装置21的加热，以便锌粉被熔化。熔化锌粉发生软熔再流，然后对其冷却。
在图2中，标号10表示壳体，16表示钢带转向辊，17表示下降区，17A表示作为静电荷电路一部分的工作盘，17B表示控制器，20表示顶部导向辊。
在这些美国专利中，可以不对现有的冶炼设施进行大的修改，就能对薄钢板涂层。然而，它们存在下述缺点1)当带静电荷的金属粉末与薄钢板接触时，其表面电荷传递到薄钢板上，被接地消失。因此，作为薄钢板和金属粉末间粘附力的静电吸引力消失了，这样，粉末会脱离薄钢板表面，增加镀锌层的厚度受到限制。
2)工作辊浸在锌粉流化床中，这样钢带移动时，锌粉会嵌入到辊和薄钢板之间，粘附到辊上。特别是在250℃以上时，锌粉会经历快速烧结反应。因此，嵌在辊和薄钢板之间的锌粉，会由于薄钢板潜热而发生烧结反应。结果，会形成粗大颗粒，使硌痕现象更严重。
3)在上述专利中使用的5-15μm大小的细锌粉不能很好地流态化，而会发生团聚。因此流化床的颗粒易变得不规则，这样若使薄钢板进入流化床，则不能获得均匀的镀层。
并且，如果在锌粉粘附之后进行软熔处理，那么正如粉末冶金中的情况发生体积收缩。这样镀层看上去好象薄钢板发生了断裂。而且，若软熔处理进行的不完善，钢带表面的残余锌粉会粘附在辊上，从而形成硌痕缺陷。
发明总结为解决现有技术中的上述缺点，本发明的发明者进行了研究，并在研究基础上提出本发明。
因此，本发明的一个目的是提供一种镀锌装置和镀锌方法，其中，设有一个流化床形成室，用于在加热薄钢板上镀锌时，对锌粉进行流态化处理。这样，不但可以获得均匀镀层，而且可以获得厚镀层。
本发明的另一个目的是提供一种镀锌装置和一种镀锌方法，其中，设有一个用于使锌粉流态化的流化床形成室，并且使流态化的锌粉带静电荷，以便向加热薄钢板镀锌。结果不但可以得到均匀的镀层，而且可获得厚镀层。即获得了质量很好的镀层。
为实现上述目的，根据本发明用于薄钢板连续镀锌的装置包括一个镀锌室，可形成锌粉流化床，使加热薄钢板通过锌粉流化床，并在加热薄钢板经过流化床的过程中使锌粉熔化粘附在薄钢板上；一个流化床形成室，通过喷射气体使锌粉悬浮起来，形成一个锌粉流化床；一个旋风分离器，用于从镀锌室回收得到的锌粉与气体混合物中分离出锌粉，将气体排放掉，而把分离得到的锌粉返回到流化床形成室；一个导向辊，用于改变薄钢板进入镀锌室后的前进方向；一个张紧辊，用于改变镀锌薄钢板的前进方向；镀锌室包括一个从镀锌室侧壁连接到流化床的粉末进入导管，用于喷射锌粉到镀锌室中；一个气体进入导管，用于形成锌粉湍流，并防止锌粉泄漏；以及一个回收导管，用于再利用没有镀在薄钢板上的锌粉；气体进入导管布置在粉末进入导管上方；而回收导管布置在粉末进入导管下方；回收导管连接在镀锌室和旋风分离器之间，并且有一个抽气泵和旋风分离器相连；在镀锌室中布置着一个分离盘，用于使得没粘附到薄钢板上的锌粉顺利进入回收导管，并且防止锌粉通过回收导管后再进入镀锌室；以及在分离盘下方布置着一个稳定辊。
对于本发明的另一方面，按照本发明用于在薄钢板上连续镀锌的装置包括一个镀锌室，使得锌粉熔化粘附在加热薄钢板上，形成镀层；一个流化床形成室，通过喷射气体使锌粉悬浮起来，形成一个锌粉流化床；一个旋风分离器，用于从镀锌室回收得到的锌粉与气体混合物中分离出锌粉，将气体排放掉，而把分离得到的锌粉返回到流化床形成室；一个导向辊，用于改变钢带进入镀锌室后的前进方向；一个张紧辊，用于改变镀锌薄钢板的前进方向；镀锌室包括一个从镀锌室侧壁连接到流化床的粉末喷射导管，用于喷射锌粉到镀锌室中；镀锌室还包括一个和旋风分离器相连的回收导管，用于回收没镀在薄钢板上的锌粉；以及在镀锌室中还布置着使锌粉带静电荷的一个或多个电极，这些电极同高压产生设备相连。
对于本发明的另一方面，根据本发明，通过使钢带经过镀锌室，对钢带连续镀锌的方法包括以下步骤将流化床形成室的流态化锌粉供给到镀锌室中，并且经由镀锌室侧壁喷射惰性气体或者还原性气体到镀锌室中，在镀锌室中形成流化床；使加热薄钢板(加热到420-730℃)通过镀锌室中的流化床，使锌粉熔化粘附到薄钢板上，进而形成镀层；在420-650℃温度范围内对粘附着锌粉的薄钢板再加热1-20秒，使残余的没有镀在薄钢板上的锌粉熔化粘附在薄钢板表面，从而形成镀层；以及利用旋风分离器把残余没镀到薄钢板上的锌粉和气体一起从镀锌室底部排出，将锌粉从气体中分离出来，排放掉气体并将分离出的锌粉返回到流化床形成室。
对于本发明的另外一方面，根据本发明，通过使薄钢板经过镀锌室，从而在薄钢板上连续镀锌的方法，其步骤包括接受来自粉末供给装置的锌粉，并在流化床形成室内借助气体从其下部吹过，使得锌粉处于流化态；借助一个喷射装置，将流态化锌粉从流化床形成室喷射到镀锌室中，在镀锌室中形成流化床；使得流化床粉末带正电荷或负电荷；
将薄钢板加热到420-730℃，并使薄钢板接地，让带电薄钢板经过流化床，以便使锌粉熔化粘附在薄钢板上；将镀锌室底部剩余的锌粉和气体一起传送到旋风分离器，并将锌粉从气体中分离出来，排放掉气体，并将分离得到的锌粉返回到粉末供给装置。
上述方法还包括的步骤有通过熔化涂在薄钢板上的锌粉形成镀层，然后在420-650℃再加热1-20秒，使得残余没镀上的锌粉熔化粘附在薄钢板上。
附图的简要说明通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和其它优点会变得很明显，附图中图1是一个现有镀锌装置的示意图；图2是另一个现有镀锌装置的示意图；图3表示按照本发明镀锌装置的一个实施例；图4表示按照本发明镀锌装置的另一个实施例；图5是图4中A部分的详图；图6是一个曲线图，表示在镀锌室中，锌粉团聚同流化床温度的关系；图7是一个曲线图，表示涂层量同气体流速变化的关系；图8是一个曲线图，表示涂层量同电极电压变化的关系；优选实施例的详细描述图3表示按照本发明镀锌装置的第一个实施例。
如图所示，本装置包括一个镀锌室120，可形成锌粉流化床，使加热薄钢板(钢带)101通过锌粉流化床，并在加热薄钢板经过流化床的过程中使锌粉熔化粘附在薄钢板上；一个流化床形成室140，通过喷射气体使锌粉悬浮起来，形成一个锌粉流化床；一个旋风分离器150，用于从镀锌室120回收得到的锌粉与气体混合物中分离出锌粉，将气体排放掉，而把分离得到的锌粉返回到流化床形成室140；一个导向辊122，用于改变钢带进入镀锌室120后的前进方向；以及一个张紧辊132，用于改变镀锌薄钢板的前进方向。
如图3所示，加热薄钢板的装置可以是一个退火炉110。
镀锌室包括一个从镀锌室120侧壁连接到流化床形成室140的粉末喷射导管143，用于喷射锌粉到镀锌室中。
并且在镀锌室120的一侧壁上，有一个气体进入导管124，用于形成锌粉湍流，并防止锌粉泄漏。锌粉来自粉末供给导管143，气体进入导管124布置在粉末供给导管143之上。
在镀锌室120的侧壁上，还连接着一个回收导管152，用于把没粘附到薄钢板上的下沉的锌粉和气体送入旋风分离器150。
回收导管152最好包括一个倾斜部分152A，其布置应使锌粉回收方便。
在镀锌室120中布置着一个分离盘126，用于使得没粘附到薄钢板上的锌粉顺利进入回收导管152，并且防止锌粉通过回收导管连接部分再进入镀锌室120下部。
还在分离盘126下方布置着一个稳定辊123。
流化床形成室140的上部和一个用于供给锌粉的供料斗144相连。与流化床形成室140的底部相连的是气体供给导管141，它与一个气体供应源(没有在图中示出)相连。在流化床形成室140下部，布置着一个多孔气体分散盘142，用于分散来自气体供给导管141的气体，以获得均匀的流化床。
可以设置一个或多个流化床形成室140和旋风分离器150。在本发明中，即使安装单个流化床形成室140，也可与之连接多个粉末输入导管143。这样，锌粉可从多处输入到镀锌室120中。
旋风分离器150和一个抽气泵156相连，抽气泵156从镀锌室120中抽吸没涂附到薄钢板上的锌粉和气体。
在旋风分离器150和抽气泵156之间最好安装一个过滤器154，用于俘获经过旋风分离器150进行粉末-气体分离后残存在气体中的锌粉。
保存在薄钢板表面但没镀上的锌粉应转化为镀锌层。为此目的，加热镀锌薄钢板。为进行加热，最好在镀锌室120和张紧辊132之间安装一个再加热炉130。
阀144a和151分别安装在料斗144和旋风分离器150的下方。
在本发明的另一个实施例中，按照本发明用于在薄钢板上连续镀锌的装置示于图4，它包括一个镀锌室220，使得锌粉熔化粘附在加热薄钢板(钢带)201上，形成镀层；一个流化床形成室240，通过喷射气体使锌粉悬浮起来，形成一个锌粉流化床；一个旋风分离器250，用于从镀锌室220回收得到的锌粉与气体混合物中分离出锌粉，将气体排放掉，而把分离得到的锌粉返回到流化床形成室240；一个导向辊211，用于改变钢带进入镀锌室220后的前进方向；以及一个张紧辊232，用于改变镀锌薄钢板的前进方向。
如图4所示，薄钢板加热装置可由退火炉210组成。
镀锌室220包括一个从镀锌室220侧壁连接到流化床形成室240的粉末喷送装置223，用于向镀锌室220中喷送锌粉。
粉末喷送装置223最好包括一个和流化床形成室240相连的粉末传输导管223c；一个和粉末传输导管223c相连的喷射泵223b；以及一个用于从喷射泵223b向镀锌室220喷送锌粉的粉末喷射喷嘴223a。
粉末喷送装置223，数量为两个，安装在镀锌室220相对的两侧壁上。
并且，镀锌室220应该有一个或者多个用于使锌粉带静电荷的电极。
如图5所示一对锐端电极228最好安装在镀锌室220的侧壁上，彼此面对着。更优选的情况是一对锐端电极228安装在镀锌室220侧壁上的同时，在镀锌室220中将一对网状电极229安装成跨过前进钢带，彼此面对着。
这些电极和一个高压发生器280相连接。
这些电极使锌粉带正电荷或负电荷。
一个和旋风分离器250相连的回收导管227，也和镀锌室220的侧壁下部相连，用于回收没镀上的锌粉。回收导管227可以不仅和镀锌室220相连，也和粉末喷送装置223的侧壁上部相连。
一个上密封室215安装在退火炉210和镀锌室220之间；同时一个下密封室225安装在镀锌室220和再加热炉230之间。
上密封室215和镀锌室220相通。退火炉210和镀锌室220之间的密封隔离，最好由一对可防止钢带横向摆动的密封辊212来实现，该对辊212使得薄钢板电接地，并密封退火炉210中的气氛。
在上密封室215上最好安装一对或更多的气体喷射喷嘴215a，这样可防止锌粉飘入密封辊212，并能调节镀锌室220中的压力。
在下密封室225上最好安装一对或更多的气体喷射喷嘴225a，喷射气氛气体，从而调节镀锌室220中的压力。
上密封室215和镀锌室220应借助绝缘器215b彼此绝缘。下密封室225和镀锌室220应借助绝缘器225b彼此绝缘。
若按上述安装绝缘器，则镀锌室壁和锌粉带同样极性的电荷。因此，能够防止锌粉粘附在镀锌室壁上。
在镀锌室中，应防止在其内部气氛中，发生锌粉的片层化凝聚。为此目的，最好在镀锌室220侧壁上部安装一对或者更多的气体喷射喷嘴226a。并且一对或更多的气体喷射喷嘴226b应该最好安装在镀锌室220侧壁上位于粉末喷射喷嘴223和粉末回收导管227之间的地方。
如图4所示，一个气体排放导管254和旋风分离器250的顶部相连，并且气体排放导管254和一个抽气泵253相连。此抽气泵253把气体和没粘附到薄钢板上的锌粉从镀锌室220输运到旋风分离器250。
气体排放导管254包括一个后置过滤器251和一个粉尘收集器252。后置过滤器251过滤排放气体，而粉尘收集器252收集通过后置过滤器251后的细锌粉。
同时，旋风分离器250的底部和粉末供给装置246相通。这样，从气体中分离出来的锌粉送到粉末供给装置246。
流化床形成室240的侧壁下部通过粉末供给导管247和粉末供给装置246相通，从而锌粉可送给流化床形成室240。一个气体供给器245和流化床形成室240的底部相连，用于向流化床形成室240供应流态化用气体。
一个多孔气体分散盘244最好应安装在流化床形成室240的下部，这样来自气体供给器245的气体能得到均匀分散。
流化床形成室240和旋风分离器250在数量上可以是一个或多个。
在本发明中，即使在安装单个流化床形成室240的情况下，也可与之连接多个粉末喷送装置223。这样，锌粉可从多处喷送到镀锌室220中。
一个再加热炉230应优选安装在镀锌室220和张紧辊232之间，这样可再加热镀层薄钢板，使得剩余锌粉转化为镀层。
同时，在再加热炉230安装在镀锌室220下面的情况下，可在再加热炉230下面安装一个冷却装置260。这个冷却装置260最好应包括一空气喷射喷嘴260，以在喷水喷嘴261上面形成空气帘。
带清洗薄钢板表面刷子的清洗装置290可安装在冷却装置260的喷水喷嘴261下面。在装有清洗装置290的情况下，清除掉了薄钢板表面的残余锌粉，从而改善了可加工性。
而且在安装有再加热炉230的情况下，可安装一个保温室。这样，在再加热炉下的薄钢板温度可保持在500-650℃，对镀层进行合金化处理。
同时，在本发明中最好应安装一个气体加热装置270，把供给气体加热到一定的温度。
现在参照图4和图5，描述本发明镀锌装置的工作过程。
首先，薄钢板201在退火炉210中热处理，将薄钢板温度调节到420-730℃。借助导向辊211和张紧辊232，薄钢板进入镀锌室220。同时，锌粉经由粉末供给导管247从粉末供给装置246供给到流化床形成室240，并悬浮在那里。然后，锌粉，经由粉末传输导管223c、喷射泵223b和粉末喷射喷嘴223a，传送到镀锌室220中。随后，为使锌粉粘附在薄钢板上，锌粉先由布置在邻近粉末喷射喷嘴223a处的电极228使之带电。借助经由镀锌室220的气体喷射喷嘴226b喷送到镀锌室220中氮气或氮气-氢气混合气体，防止了层流的形成。而且，借助网状电极229，使锌粉都带静电，结果提高了粘附效率。在此条件下，气体和残余没镀到薄钢板上锌粉被抽吸到回收导管227中，结果加强了湍流效应。为提高锌粉流的效率，适当调整流化运载气体以及文氏管的辅助气体的压力和流速。镀锌中的涂层量调节，通过调节锌粉供给量、喷射到流化床形成室和文氏管中气体的量，以及供给到电极的电压等实现。
镀锌后的残余锌粉，借助抽气泵253经由回收导管227和气体排出导管254排到镀锌室220之外。然后，它们传送到旋风分离器250，分离为气体和锌粉。分离得到的锌粉通过一个阀门重新进入粉末供给装置，而分离后的气体通过后置过滤器251和粉尘收集器252排出。为防止锌粉混入退火炉210，氮气或氮气-氢气混合气体，经由上密封室215的气体喷射喷嘴215a喷送进去，从而形成气体隔离层，并调节了镀锌室220中的压力。而且，必须防止薄钢板摆动，薄钢板必须接地，退火炉210和镀锌室220的气氛必须彼此隔离。为了这些目的，使用了密封辊212。对于镀锌室220的下密封室225同样，氮气或氮气-氢气混合气体，经由气体喷射喷嘴225a喷送进去，形成气体隔离层，并调节了镀锌室220中的压力。镀锌薄钢板经过再加热炉230加热，使不完全的粘附锌粉熔化粘附在薄钢板上。并且，如果必要，可以在保温室中进行锌-铁合金化反应。冷却再加热薄钢板时，若采用水冷，则提高了冷却效率。在水冷中产生的水蒸气，不进入镀锌室，而是借助冷却装置的空气隔离层将其排到外部。依赖具体情况，可在镀层薄钢板接触张紧辊之前，清洗镀层薄钢板，从而完全清除掉松散粘附的锌粉。氮气或氮气-氢气混合气体在经由气体供给导管送出之前，由气体加热装置270加热，便于在镀锌过程中使用。
现在详细描述按照本发明在薄钢板上镀锌的方法。
在本发明中，被加热到合适温度的薄钢板与处于悬浮态的固态金属锌粉接触。这样由于薄钢板潜热，锌粉完全或非完全地粘附在薄钢板表面。这样形成镀层，并且粘附不完全的情况下进行再加热，结果通过熔化粘附实现了完全粘附。
具体而言，在本发明中，形成完全镀层需要的条件如下1)薄钢板表面不应存在氧化物，以便镀层紧密粘附在薄钢板上。
2)薄钢板必须有足够多的潜热，确保锌粉完全地熔化粘附在薄钢板上。
在条款1和2满足的状态下，如果满足下述条件，那么可获得满意的薄钢板镀锌质量。
3)为得到均匀的镀层，锌粉颗粒应低于一定的尺寸。
4)镀层粘附力应相当好，条款1必须满足，应防止在镀层和薄钢板的边界形成多余的合金层(Г相)。
5)在锌粉粘附层中，容易发生非完全粘附，为确保镀锌薄钢板的质量，应当清除掉非完全粘附的粉末或使之熔化粘附在薄钢板上。
在本发明中，满足上述1-5项条款的情况如下。
若要满足条款1，则薄钢板加热中所用气氛应为还原性气体或非氧化性气体。在钢铁制造厂中，此条件可以在生产冷轧薄钢板的的连续退火炉中得到满足。通常，所用气体为氮气+氢气混合气体，或者是氮气+一氧化碳混合气体。在一般的连续退火炉中很少发生氧化物形成，因此能充分满足条款1。
若要满足条款2，则薄钢板温度最好应限制在420-730℃。其原因如下419℃是锌的熔点，在此温度，会发生非完全粘附或经过扩散反应实现的粘附。可是，为确保合适的镀层，再加热步骤是必要的。
在再加热阶段，锌粉熔化粘附时，薄钢板的外观会由于体积收缩而恶化。而且加在再加热炉上的负载太大。另一方面，如果薄钢板加热到730℃以上，其机械性能会恶化，并过度地促进锌-铁合金化反应，结果镀层的粘附力受到严重影响。
如果要满足条款3，锌粉的平均粒度最好应限制在低于45μm(-325目)。在涂层量低到50g／m2的情况下，若锌粉平均粒度高于45μm，则粘附粉末的量太少，结果薄钢板的某些部分裸露着，造成非均匀镀层。
对于条款4而言，当锌粉粘附在加热薄钢板上时，铁原子和锌原子相互扩散形成合金层。若要避免这种现象发生，众所周知在镀层和薄钢板的边界处形成Zn-Al化合物或类似物是有效的。为确保这一点，在锌粉中的Al含量最好应限制在重量百分比在0．1-0．7％之间。
如果铝含量低于0．1％，在边界上会形成合金层，锌镀层的紧密粘附力降低。另一方面，若铝含量高于0．7％，尽管形成镀层没问题，但形成的是Zn-Al合金镀层，而不是纯锌镀层。这样，这种镀层薄钢板不适合用在汽车和电子设备中。
如果要满足条款5，薄钢板在其通过镀锌室后，要进行再加热。若取消此步骤，非完全粘附的锌粉会传送到各辊处，造成如硌痕或类似的缺陷。对于再加热的条件，再加热应在温度范围420-650℃内，进行1-20秒。更精确的条件由目标镀层的成分确定。也就是，若目标镀层是纯锌镀层，则薄钢板可加热到420-500℃。随后，锌粉完全熔化粘附到薄钢板上，形成可接受的锌镀层。当要得到Zn-Fe合金镀层时，薄钢板在500-650℃加热10-20秒，以便促进合金化反应。这样松散粘附的锌粉变成熔化粘附，同时促进合金化反应的进行。按这种方式，薄钢板在通过上述镀锌室后，进行和镀层成分相适应的再加热。从而，松散粘附锌粉转化成镀层，并且同时可得到具有目标Fe含量的镀层。
在本发明中，镀锌室内部必须充满惰性气体或还原性气体，并充满流态化锌粉。镀锌室的温度最好应控制在250℃以下。
如果锌粉基于通常的方法如喷射或类似方法，和薄钢板接触。由于流动方式的差异，会产生局部的不均匀，这样很难获得均匀的镀层。本发明者们研究了锌粉末和薄钢板接触的方法，结果发现下述事实。即如果象雾状的流态化锌粉分散在镀锌室中，并且薄钢板通过此雾状粉末，那么可得到均匀的镀层。
在此条件下，用于形成锌粉流化床的气体应该是还原性气体或非氧化性气体。否则，会在薄钢板表面发生氧化反应，结果恶化镀层粘附力。并且，如果锌粉流化床的温度超过250℃，那么流化态的锌粉容易发生图6所示的团聚，结果破坏了稳定的流化态，从而锌粉以团聚形态粘附在生产设备上。
在满足条款1、2、3、4、5之后，若使此镀锌方法具有高效率，则所需涂层量要以容易的方式获得。
在本发明中，如果上述条件都满足了，那么如图7所表明的那样，可以通过调节用于形成锌粉流化床的气体流速，对涂层量进行调节。图7是一个曲线图，表示薄钢板温度不同时，涂层量变化同气体流速变化的关系。这是下述事实的一个证据，即若本发明的所有条件都满足，随气体流速增加，锌粉的运动会变快，并且撞击到薄钢板上的锌粉的数量会增加。亦即，如果薄钢板温度低于420℃，扩散速度降低，因此涂层速度降低。这样与通常情况不同，在5秒内不能获得100g／m2或更高的涂层量。
因此，在本发明中，根据通常锌涂层量和生产装置处理时间的要求，对薄钢板温度限制。
现在，描述根据本发明利用静电相吸进行薄钢板镀锌的方法。
如果按照本发明进行镀锌，那么锌粉要经过粉末供给装置246供给，并且要利用从流化床形成室240下侧吹入的气体，在流化床形成室240中对锌粉进行流态化处理。
锌粉必须先进行流态化处理的原因如下。
锌粉具有自然团聚的倾向，因此如果锌粉象它们储存的那样喷送，那么它们会团聚成大个颗粒，从而形成粗大的二次粒子。如果喷送这种粗大的二次粒子，那么静电吸附不能产生满意的效果。并且在薄钢板的不同地方涂层量不同，因此几乎不可能形成均匀的镀层。
因此，本发明者们研究了锌粉输送方法。结果，本发明者们发现了下述事实。也就是，如果利用流化床形成技术，那么可防止大于一定尺寸的颗粒进入镀锌室。
因此，在本发明中提供了同镀锌室220分开的单独的流化床形成室240。锌粉再从流化床形成室240输送到镀锌室220。
在流化床形成室240中悬浮的颗粒大小和从流化床形成室下侧喷入的气体压力密切相关。随喷入气体压力的增加，悬浮颗粒的尺寸增加。
因此，如果调节喷入气体的压力，那么可使粗大的二次粒子沉入流化床形成室240底部，并使所需大小的颗粒处于悬浮态。这样可将它们输送到镀锌室。并且在流化床形成室240和镀锌室220之间的锌粉输送通道上，安装着一个基于文氏管原理的的喷射泵223b。这样，团聚颗粒受到辅助气体的机械冲击，分解成单个颗粒。因此，粗大二次粒子存在的可能性进一步减小，在锌粉通道中为均匀分布的颗粒。这样，只有细小的一次粒子粘附在薄钢板上并转化为镀层。从而，镀层的微观组织更加均匀，并且锌粉的熔化速度加快。这样，锌颗粒的脱离很少，使本镀层方法更有利于涂镀厚镀层。通过锌粉在气体中的均匀悬浮，也改善了镀层薄钢板的外观。并且，颗粒静电效应变大，锌粉喷送轨迹的影响降低，结果可获得更均匀的镀层。
如上所述，在流化床形成室240中进行流态化处理的锌粉，经由粉末喷送装置223，喷送到镀锌室220。这样，锌粉在镀锌室220中保持悬浮态，并且锌粉带静电荷。
为此目的，薄钢板的温度应保持高于锌的熔点，并且镀锌动力即是输送气体的力和静电吸引力。
由于锌粉和薄钢板间的温度差别，在薄钢板表面形成对流边界层，并且所述对流层阻碍了锌粉附着。因此，使用让粉末以简单方式喷送的方法，必须增加输送气体的压力，以便锌粉能克服对流边界层的阻挡，粘附在薄钢板上。在这种情况下，对应于薄钢板的不同部分，粉末喷送轨迹不同，结果使镀层不均匀。然而，静电吸引力正比于两带电物体距离平方的倒数(F∝1／r2)。因此，静电吸引力在靠近边界对流层处大，从而由运载气体输送到对流边界层的锌粉，很容易地粘附在薄钢板上。若应用这种静电吸引作用，即使运载气体的压力低到不对薄钢板产生影响，锌粉也会粘附在薄钢板上，并且在薄钢板表面不会表现出喷送轨迹。连续粘附在薄钢板上的锌粉，在失去静电荷之前以连续方式熔化粘附在薄钢板上。这样，锌粉牢固地熔化粘附在薄钢板上，不会发生由于失去静电荷而使锌粉脱离。因此，本发明的方法对镀厚锌镀层有优势。
在本发明中，如上所述，锌粉经过流态化处理，并使其带静电荷。因此，同已有方法相比，镀锌速度更快。
然后，薄钢板加热到420～730℃并接地。使薄钢板经过带静电的流态化的锌粉，以便锌粉熔化粘附在薄钢板上并转变为镀层。
同时保存在底部的残余没镀上的锌粉，送回到旋风分离器。在旋风分离器中，锌粉和气体分开并将气体排出，而分离出的锌粉送回粉末供给装置246，从而回收了锌粉。
在本发明中，锌粉尺寸最好限制在平均45μm。平均粒度45μm不适用于小涂层量的情况，因为在此情况下薄钢板的某些部分会裸露。
并且，当锌粉熔化粘附时，铁和锌原子相互扩散形成合金层，因此应避免这种现象。Fe-Al或Fe-Al-Zn化合物会在薄钢板和镀层间的边界处形成。对于锌粉中铝含量的影响进行了研究，结果表明下述事实。即Al含量最好限制在重量百分比为0．1-0．7％。即使铝含量大于0．7％，形成镀层也没问题。可在这种情况下得到的不是锌镀层而是Al-Zn合金镀层。
在镀锌过程中，粘附在薄钢板上的锌颗粒被传输到不同的辊，造成缺陷如硌痕。若镀层薄钢板进行再加热，则可避免诸如硌痕的缺陷。按照实验，若精确调节再加热条件，则可改变镀层的成分。即在想得到纯锌镀层的情况下，可以在420-500℃加热薄钢板1-5秒，然后冷却。这时只能镀上锌，而不发生合金化反应。另一方面，在想得到Zn-Fe合金镀层时，镀层薄钢板在500-650℃加热10-20秒，以便促进合金化反应。
纯锌镀层的加热周期比合金化锌镀层短，因而，锌颗粒粘附在辊上的几率大。然而，在薄钢板和辊接触前进行清洗，则可以完全除掉松散粘附的锌粉。这样现有的一些问题如锌颗粒粘附在导向辊、镀层剥离等可完全解决。
在本发明中，镀锌室中的气氛由惰性气体或还原性气体构成，同时镀锌室中的温度为室温到250℃。其原因如下所述。即若在镀锌室中薄钢板的温度低于锌的熔点，则锌粉粘附效率降低。为避免其发生，气氛气体应有尽量高的温度。可是，若气氛气体温度高于250℃，则流态化锌颗粒倾向于团聚(如图6所示)，会恶化流化床的稳定性。最佳气氛气体温度为100-200℃。
在上述条件下，调节气体流速和电极所加电压，来调节涂层量。
图7是一个曲线图，表示流态化锌粉喷送到镀锌室中时，涂层量相对于气体流速的变化。本图表明，若满足本发明的条件，则随气体流速增加，粘附的锌粉数量增加。
图8是一个曲线图，表示在薄钢板接地时，涂层量相对于电极电压的变化。随电极施加电压的增加，镀锌量迅速增加到这样的程度即可以容易地获得200g／m2的涂层量。在此条件下，对于使锌粉带静电，可利用电晕放电或感应放电进行。为此目的，使用一个尖端喷嘴和一个网状电极。施加在电极上的电压为-1～-100KV或1～100KV就足够了。
在本发明的情况下使用锌粉时，会把锌粉带到退火炉中。随后，锌粉会粘附到各个辊上，造成缺陷如硌痕。并且，若锌粉泄漏到生产设备外边，这些粉末会危害工人健康。因此，回收锌粉很重要。正是考虑到这一点，应恰当调节镀锌室中的压力，并要避免锌粉的泄漏。这正是为此应准备的措施。因此在本发明中，在镀锌室上侧和下侧提供密封室，并安装锌粉回收装置。
现在，基于实例描述本发明。例1冷轧钢带加热到表1和表2的温度。然后，钢带通过锌粉流化床，对其镀锌达到最佳涂层量。再对镀层钢带再加热，从而制备了镀层测试样品。改变涂层量，应用了示于图6的涂层量和气体流速的对应关系。
表3和表4表示各镀锌条件下的镀层效果。
镀层粘附强度的评价基于45度弯曲实验进行，即基于弯曲测试中镀层的剥离程度。完全不剥离表示为“◎”，出现剥离痕迹的表示为“○”，出现明显剥离痕迹的表示为“△”，镀层几乎完全剥离的情况表示为“X”。
对于镀层的均匀性，由人的裸眼观察外观，并由扫描电镜放大2000倍观察镀层结构来评价。这样如果结构均匀无任何针眼，那么表示为“◎”；若外观均匀，结构不均匀，则表示为“○”；若外观和结构都不均匀，则表示为“△”；若镀层根本没有形成，则表示为“X”。
可镀性表示在5秒内获得的最大涂层量，而这正是连续退火工厂所允许的。“X”表示镀层根本没有形成；“△”表示获得了低于40g／m2的薄镀层的情况；“○”表示通过改变镀锌条件，得到所需涂层量的情况。
着漆性以这种方式进行评价。即向镀层钢带上喷涂蜜胺聚脂漆，然后以检查形式用1mm的间隔划成直的划痕，再进行评价。
表1
表2
表3
◎优秀○中等△差×很差表4
◎优秀○中等△差X很差表3表示按照表1中条件生产的对比例1-23的镀层质量的评价结果。在镀层粘附力、镀层均匀性、可镀性、着漆性中，至少有一项缺陷。这是由于下述事实，即至少有一项生产条件条款脱离了本发明的范围。另一方面，基于本发明的方法生产的镀层(示于表2)，包括镀层粘附力、镀层均匀性、可镀性、着漆性的各方面都满意(示于表4)。例2在和表2中发明例1相同的条件下进行镀层，只是薄钢板温度和气体流速按图6所示进行变化。涂层量相对于流化床气体流速的变化经过测定并将其结果示于图6。
如图6所示，若应用本发明的方法，则涂层量随气体流速的增加而增加。例3使用图4的镀锌装置并在表5和6所示的条件下，进行镀锌。然后，对镀层粘附力、镀层均匀性、可镀性、着漆性等进行评价；其结果示于下面的表7和8。
在表5和6中，对比例和发明例22-29使用的电极电压为-55KV，而发明例30-31所用电极电压为-90KV。
同时，流化床形成用气体流速为100L／min，而喷射泵辅助气体流速为100L／min。
表5
表6
表7
表8
如表7所示，除了对比例25的涂层量低一些外，它们的涂层量都约为200g／m2。
对比例25的涂层量低到80g／m2，这是由于这样的事实即粘附粉末在转化为镀层前脱落了。
同时，对比例24-31表现出在镀层粘附力、镀层均匀性、可镀性、着漆性中的一项或多项缺陷。这是由于他们脱离了本发明的一项或多项镀层形成条件。
另一方面，如表8所示，发明例获得的镀层涂层量都高于200g／m2。尤其，发明例30和31，所用电极电压为-90KV，所得涂层量为300g／m2。
在发明例22，23，31中，没进行再加热，观察到一些单个的锌颗粒，但镀层的粘附力和着漆性都令人满意。
对于其它发明例的情况，镀层粘附力、镀层均匀性、着漆性都令人满意。例4镀锌按照与表6发明例22相同的条件进行，只是气体流速和电极电压根据图8变化。评价结果示于图8。
如图8所示，在本发明中，可以容易地得到200g／m2的涂层量。
按照上述的本发明，提供了一种镀锌装置和一种镀锌方法，其镀锌同冷轧钢带连续退火炉相连，速度一样快。其镀锌偏差少于热浸镀锌设备，并且容易形成厚镀层。因此，同已有方法相比，本方法提高了产品质量和生产效率。
权利要求
1．一种薄钢板连续镀锌装置，包括一个镀锌室，用于形成锌粉流化床，使加热薄钢板(利用一加热装置加热)通过锌粉流化床，并在薄钢板经过流化床的过程中使锌粉熔化粘附在薄钢板上；一个流化床形成室，通过喷射气体使锌粉悬浮起来，形成一个锌粉流化床；一个旋风分离器，用于从所述镀锌室回收得到的锌粉与气体混合物中分离出锌粉，将气体排放掉，而把分离得到的锌粉返回到所述流化床形成室；一个导向辊，用于改变薄钢板进入所述镀锌室后的前进方向；一个张紧辊，用于改变镀锌薄钢板的前进方向；所述镀锌室包括一个从所述镀锌室侧壁连接到流化床的粉末进入导管，用于将锌粉喷射到所述镀锌室中；一个气体进入导管，用于形成锌粉湍流，并防止锌粉泄漏；以及一个回收导管，用于再利用没有镀在薄钢板上的锌粉；所述气体进入导管布置在所述粉末进入导管上方；而所述回收导管布置在所述粉末进入导管下方；所述回收导管连接在所述镀锌室和所述旋风分离器之间，并且有一个抽气泵和所述旋风分离器相连；在所述镀锌室中布置着一个分离盘，用于使得未镀到薄钢板上的锌粉顺利进入所述回收导管，并且防止锌粉进入稳定辊；还在分离盘下方布置着一个稳定辊。
2．按照权利要求1所述的装置，其特征在于所述加热装置是一个退火炉。
3．按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于一再加热炉安装在所述镀锌室和所述张紧辊之间。
4．一种在薄钢板上连续镀锌的装置，包括一个镀锌室，使得锌粉熔化粘附在加热薄钢板上，形成镀层；一个流化床形成室，通过喷射气体使锌粉悬浮起来，形成一个锌粉流化床；一个旋风分离器，用于从所述镀锌室回收得到的锌粉与气体混合物中分离出锌粉，将气体排放掉，而把分离得到的锌粉返回到所述流化床形成室；一个导向辊，用于改变薄钢板进入所述镀锌室后的前进方向；一个张紧辊，用于改变镀锌薄钢板的前进方向；所述镀锌室包括一个从所述镀锌室侧壁连接到所述流化床的粉末喷送导管，用于将锌粉喷射到所述镀锌室中；所述镀锌室还包括一个和所述旋风分离器相连的回收导管，用于回收没有镀在薄钢板上的锌粉；以及在所述镀锌室中还设有使锌粉带静电荷的一个或多个电极，这些电极同高压产生设备相连。
5．按照权利要求4所述的装置，其特征在于再加热炉安装在所述镀锌室和所述张紧辊之间。
6．按照权利要求4或5所述的装置，其特征在于所述粉末喷送装置包括一个和所述流化床形成室相连的粉末传输导管；一个和所述粉末传输导管相连的喷射泵；以及一个用于从所述喷射泵向所述镀锌室喷送锌粉的粉末喷射喷嘴。
7．按照权利要求4或5所述的装置，其特征在于所述电极安装在所述镀锌室中，并且与所述镀锌室和所述镀锌室侧壁上的一对锐端电极处于绝缘状态。
8．按照权利要求6所述的装置，其特征在于所述电极包括一对安装在所述镀锌室中的网状电极，并且它们与所述的一对锐端电极和所述的镀锌室处于绝缘状态。
9．按照权利要求4所述的装置，其特征在于在所述镀锌室下方安装着一个冷却装置。
10．按照权利要求9所述的装置，其特征在于所述冷却装置包括一个喷水喷嘴；和一个空气喷送喷嘴，用于在所述喷水喷嘴上方形成一空气帘。
11．按照权利要求5所述的装置，其特征在于所述冷却装置布置在所述再加热炉下方。
12．按照权利要求11所述的装置，其特征在于所述冷却装置包括一个喷水喷嘴；和一个空气喷送喷嘴，用于在所述喷水喷嘴上方形成一空气帘。
13．按照权利要求10或12所述的装置，其特征在于一个清洗装置安装在所述喷水喷嘴下方，用于清洗薄钢板表面。
14．一种通过使薄钢板经过镀锌室，对薄钢板连续镀锌的方法，其包括以下步骤将流化床形成室的流态化锌粉供给到所述镀锌室中，并且经由所述镀锌室侧壁喷射惰性气体或者还原性气体到所述镀锌室中，以便在所述镀锌室中形成流化床；使加热薄钢板(加热到420-730℃)通过所述镀锌室中的流化床，使锌粉熔化粘附到薄钢板上，进而形成镀层；在420-650℃温度范围内对粘附着锌粉的薄钢板再加热1-20秒，使残余的没有镀在薄钢板上的锌粉熔化粘附在薄钢板表面，从而形成镀层；以及利用旋风分离器把残余没镀到薄钢板上的锌粉和气体一起从所述镀锌室底部排出，将锌粉从气体中分离出来，排放掉气体并将分离出的锌粉返回到所述流化床形成室。
15．按照权利要求14所述的方法，其特征在于锌粉的平均粒度为45μm。
16．按照权利要求14或15所述的方法，其特征在于锌粉中的铝含量为0．1-0．7％(重量百分比)。
17．按照权利要求14或15所述的方法，其特征在于采取的再加热温度为420-500℃，再加热时间为1-5秒。
18．按照权利要求16所述的方法，其特征在于采取的再加热温度为420-500℃，再加热时间为1-5秒。
19．按照权利要求14或15所述的方法，其特征在于采取的再加热温度为500-650℃，再加热时间为10-20秒。
20．按照权利要求16所述的方法，其特征在于采取的再加热温度为500-650℃，再加热时间为10-20秒。
21．按照权利要求14或15所述的方法，其特征在于所述镀锌室气氛气体的温度为250℃或以下。
22．按照权利要求16所述的方法，其特征在于所述镀锌室气氛气体的温度为250℃或以下。
23．一种通过使薄钢板经过镀锌室，从而在薄钢板上连续镀锌的方法，其包括以下步骤接受来自粉末供给装置的锌粉，并在流化床形成室内借助气体在其下部吹过，使得锌粉处于流化态；借助一个喷射装置，将流态化锌粉从所述流化床形成室喷射到镀锌室中，以便在所述镀锌室中形成流化床；使得流化床锌粉带正电荷或负电荷；将薄钢板加热到420-730℃，并使薄钢板接地，让薄钢板经过流化床，使带电的锌粉熔化粘附在薄钢板上；将所述镀锌室底部剩余的锌粉和气体一起传送到旋风分离器，并将锌粉从气体中分离出来，排放掉气体，并将分离得到的锌粉返回到粉末供给装置。
24．按照权利要求23所述的方法，其特征在于锌粉的平均粒度为45μm。
25．按照权利要求23或24所述的方法，其特征在于锌粉中的铝含量为0．1-0．7％(重量百分比)。
26．按照权利要求23所述的方法，其特征在于锌粉镀在薄钢板上后，在420-650℃温度再加热薄钢板，使得松散粘附没镀上的锌粉熔化粘附在薄钢板上。
27．按照权利要求26所述的方法，其特征在于采取的再加热温度为420-500℃，再加热时间为1-5秒。
28．按照权利要求26所述的方法，其特征在于采取的再加热温度为500-650℃，再加热时间为10-20秒。
29．按照权利要求23或24所述的方法，其特征在于薄钢板接地，所述电极被施加-1～-100KV或者1-100KV的电压。
30．按照权利要求25所述的方法，其特征在于薄钢板接地，所述电极被施加-1～-100KV或者1-100KV的电压。
31．按照权利要求26到28中任一项所述的方法，其特征在于薄钢板接地，所述电极被施加-1～-100KV或者1-100KV的电压。
32．按照权利要求23或24所述的方法，其特征在于所述镀锌室所采用的气氛气体温度为室温到250℃。
33．按照权利要求25所述的方法，其特征在于所述镀锌室所采用的气氛气体温度为室温到250℃。
34．按照权利要求26到28中任一项所述的方法，其特征在于所述镀锌室所采用的气氛气体温度为室温到250℃。
35．按照权利要求23或24所述的方法，其特征在于薄钢板在所述镀锌室镀锌后，通过一个喷嘴喷水冷却薄钢板。
36．按照权利要求25所述的方法，其特征在于薄钢板在所述镀锌室镀锌后，通过一个喷嘴喷水冷却薄钢板。
37．按照权利要求26到28中任一项所述的方法，其特征在于薄钢板在再加热后，通过一个喷嘴喷水冷却再加热薄钢板。
38．按照权利要求23或24所述的方法，其特征在于薄钢板在所述镀锌室中镀锌后，用水清洗薄钢板。
39．按照权利要求25所述的方法，其特征在于薄钢板在所述镀锌室镀锌后，用水清洗薄钢板。
40．按照权利要求26到28中任一项所述的方法，其特征在于薄钢板再加热后，用水清洗薄钢板。
全文摘要
这里公开了一种用于汽车和电子设备之薄钢板的镀锌装置和方法。有一个流化床形成室,用于在加热薄钢板上镀锌过程中使锌粉流态化,从而不但可得到均匀的镀层,而且可获得厚镀层。按照本发明在薄钢板上连续镀锌的装置,包括:一个镀锌室(220),可形成锌粉流化床,使加热薄钢板(201)通过锌粉流化床,并在薄钢板经过流化床的过程中使锌粉熔化粘附在薄钢板上;一个流化床形成室,通过喷射气体使锌粉悬浮起来,形成一个锌粉流化床;一个旋风分离器(250),用于分离从镀锌室(220)回收得到的锌粉与气体混合物,将气体排放掉,而把分离得到的锌粉返回到流化床形成室(240);一个导向辊(211),用于改变钢带进入镀锌室(220)后的前进方向;一个张紧辊(232),用于改变镀锌薄钢板的前进方向。并且,镀锌室包括一个或多个电极使锌粉带静电荷。
文档编号C23C24/00GK1206437SQ97191484
公开日1999年1月27日 申请日期1997年10月23日 优先权日1996年10月25日
发明者金相宪, 郑镇焕, 赵雷夏 申请人:浦项综合制铁株式会社