专利名称：电磁助镀热浸镀方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热浸镀方法及装置，尤其涉及一种电磁助镀热浸镀方法及装置。
背景技术：
热浸镀是一种钢板表面防护生产技术，主要要求镀层平整、致密、和带钢基体结合紧密，以达到美观、防护以及提高后续冲压性能等目的。实际生产中常出现的镀层剥落、粉化、开裂、镀不足等一些缺陷究其本质是由于热镀时镀层和基体的结合不良以及镀层本身致密程度不高而引起，直接影响产品质量以及后续冲压变形性能。对此问题，通常是从镀液合金成分、锌埚工艺参数、基板清洗、以及气刀等方面来控制，但效果仍不十分理想。
这方面，美国专利US6761935B2、US5702528在线材或板材浸镀锌埚出口位置施加电磁场，依靠电磁力控制镀层厚度，我国专利CN2332733Y对线材也在类似位置对线材表面镀层进行电磁抹制。除此之外，对镀层晶粒以及与基板结合质量尚未发现有用电磁技术进行控制的专利、文献报道。已查知的上述专利均是在浸镀锌埚出口液面上方施加电磁场，目的是依靠电磁力控制镀层厚度，其作用类似热浸镀中“气刀”；与此不同，本发明则在靠近钢带的锌液中引入脉动电流，目的是依靠脉冲电磁场搅拌、细化热浸镀镀层析出相，提高镀层与基板之间的结合力以及镀层本身致密程度，其作用类似于连铸中的“电磁搅拌”。本专利主要通过在镀层锌液内引入脉冲电流，其电磁力形式、施加位置和作用目的均与已知专利截然不同。
发明内容
本发明的目的是为消除上述现有技术存在的热浸镀质量缺陷，提出一种新的在热浸镀过程引入脉冲电磁场的技术方案，依靠脉冲动态电磁场，对热镀钢板镀层附近的锌熔体进行局域电磁搅拌，细化热镀锌层晶体，提高镀层与基板的结合力以及镀层致密度，从而达到改善热浸镀钢板镀层质量的目的。
热镀过程实质上是一个镀液金属与基板金属发生反应扩散并凝固结层的过程。当镀液中的锌(铝)与铁接触时，生成多种形状各异、性质不同复杂中间相，如ζ相、δ相、Γ相、η相等。在镀层内部以及镀层和基板界面上存在粗大晶粒，必然降低镀层与基板结合力以及镀层本身致密度。热浸镀时在镀层形成位置施加脉冲电磁场，其目的就是依靠电磁场作用细化镀层初生相晶粒，提高镀层与基板结合力和细化镀层致密度，从而提高热浸镀镀层质量。脉冲电磁助镀主要应用脉冲电流的电磁力效应，其作用包括三个方面(1)当电流体中有电流流过时，会出现导电流体受到磁压力而向中心轴线收缩现象，即磁收缩效应，脉冲电流引起脉动压力，电磁压力形成过冷，从而增加了凝固过冷度，细化镀层晶粒；(2)脉冲压力对原子扩散产生影响，脉冲压力影响扩散激活能，进而对金属凝固形核率影响，形核率和电流密度的平方成指数增长关系，脉冲电压的影响与此关系类似；(3)熔体电磁收缩力存在梯度，各团流之间形成局部流速差，从而引起剪切应力，当剪切应力足够大时，熔体中的树枝晶被碎断为小碎块，游离于液态熔体中，从而可形成新的晶粒生长中心，最终导致凝固后的晶粒得到细化和等轴化。这些作用均有助于和基板结合紧密、镀层本身致密的高质量热浸镀镀层的获得。
本发明的目的是这样实现的一种电磁助镀热浸镀方法，其特征在于在镀层形成位置施加脉冲电磁场，在镀件镀液后未完全凝固前再对其施加一个脉冲磁场，以延长脉冲电磁场的作用时间。
一种电磁助镀热浸镀装置，包括锌埚，镀液，沉没辊，其特征在于，还包括一脉冲电源；脉冲电极，设置在浸镀液中，与脉冲电源相连接。在电极与镀液之间、相邻异性电极之间非工作部分设有电绝缘套隔绝。电极材料用铝、钢、导电金属陶瓷或带涂层金属。
所述电极分多头，为同侧同性设置或者为同侧异性设置。每对电极回路中设置电阻调压器，以提高在电极之间沿带钢宽度和高度方向上所施加电压的均匀性。在所述脉冲电极上方设置一与所述脉冲电源相连接的电磁线圈，所述脉冲电极和电磁线圈并联连接于电源上。所述电磁线圈用铜管绕制，内部有水冷却，铜管表面涂电绝缘层保护，匝数为1～10匝。
所述电源功率50～500kW，脉冲频率0.1～100kHz。根据镀件大小及运行速度、镀层厚度不同，电源功率和频率应不同。而且最好通过带钢速度传感器对电源输出功率能实现闭环自动控制。
本发明电磁助镀热浸镀方法及其装置，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1、本发明在电磁助镀热浸镀的方法和装置结构上的改进，有助于获得结合紧密、本身致密的热浸镀镀层；2、本发明在电磁助镀热浸镀的方法和装置结构上的改进，使得快速、微幅的脉冲电磁场存在于局域范围，不会引起熔池渣流路大范围扰动，使镀层质量恶化；3、本发明在电磁助镀热浸镀的方法和装置结构上的改进，使得脉冲电磁场变化快速、微幅，平均电能消耗低，节省了能源；4、本发明在电磁助镀热浸镀的方法和装置结构上的改进，不仅对锌液温度要求低，而且电极材料问题容易解决。
通过以下对本发明电磁助镀热浸镀方法及其装置的实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1为本发明的电磁助镀热浸镀原理示意图；图2为本发明的电磁助镀热浸镀装置立体示意图；图3为电极之间电场与电流示意图；图4为同侧同性布置的多对电极示意图；图5为图4的A向视图；图6为图4的B向视图；图7为同侧异性布置的多对电极示意图；
图8为图7的C向视图；图9为图7的D向视图；图10为多对电极与电源的交叉连接及控制方式示意图。
具体实施例方式
如图1，作为上述方案的装置主要包括电极3、电磁线圈5、脉冲电源6、速度传感器11、导线7、沉没辊9、锌埚10等。工作时电极3插入镀池8，脉冲频率0.1～100kHz。在热镀锌过程中，带钢1从锌液熔池8中经沉没辊9换向后，向上出锌埚10，在液面2位置的下方熔池内设置脉冲电极3，电极头共16个，成对分组置于带钢1的两侧，电极距带钢0.05m。电极3通过导线7与电源6连接。电源功率250kW，脉冲频率20～25kHz。为防止相邻异性电极之间电流短路，在电极3与锌液8之间、相邻异性电极之间的非工作部分用陶瓷质的电绝缘套4来隔绝，这样脉冲电流就会被限制在靠近钢带位置流动。
脉冲电源6经电极3、导线7在镀液附近产生瞬时低电压电场(如图3)，由于金属镀层电阻率(锌液电阻率35×10-8Ω·m)极低，在镀液内部瞬时会产生上千安培的强大脉冲电流，同时激发强脉冲磁场，二者共同作用，使镀层得到致密、紧密化。
如图2，为延长脉冲电磁场作用时间，在镀池液面2上方再设置一电磁线圈5，线圈匝数1～10匝，带钢1离开镀池8后从线圈5内部向上穿过，接通脉冲电源6后，在线圈5内部产生脉冲磁场，脉冲磁场对刚出锌埚10的钢带1表面尚未完全凝固的熔体再次作用，进一步提高镀层质量。
为提高助镀质量，在带钢两侧布置多对电极。多对电极在带钢两侧呈的布置分同侧同极方式(如图4、图5、图6)和同侧异极方式(见图7、图8、图9)两种。同侧异极方式电极之间产生的脉冲电流除了有穿过带钢横向流动的趋势外，也有沿着带钢表面流动的纵向流动趋势，可对镀层合金产生更加复杂的电磁搅拌细化作用，这在带钢运行稳定、沉没辊上方空间位置较大异极镀池熔渣产生少的情况下成为优先选择方式。
如图10，为了提高在电极之间沿带钢宽度和高度方向上所施加电压的均匀性，或者解决沿带钢宽度方向镀层质量和厚度分布不均匀的问题，每对电极回路中设置电阻调压器，以调节带钢长度和宽方向上不同位置的电极电压，使不同位置外加电极电压均匀分布或与镀层质量控制要求相适配。多对电极共分16个电极支路。分布在不同位置的每一对电极回路中分别设置调节电阻Ra，生产时根据实际改变Ra电阻值，调整不同电极对所施加的电压，以改善镀层质量的均匀性。即设，电源输出端61和62之间的电压为U，其中第i路(i＝1～16)中调节电阻Rai，其中导线及锌液和带钢等固有的等效电阻为R0i，则第I个电流回路的有效电流Ii可表示为Ii＝U/(Rai+R0i)不同位置的电极回路固有的等效电阻不同，而且沿带钢宽度方向镀层质量往往不均匀，因此，通过调节分压电阻Ra可以比较方便地控制助镀质量。
电极材料用铝、钢、导电金属陶瓷或带涂层金属等，防止电极在镀层熔池温度下的腐蚀，同时不对镀液产生污染。导线用纯铜制做。位于熔池内的金属导线、电极在液面以下部分可用陶瓷套来隔绝与镀液的接触，防止电流短路及其对镀液的金属污染。
同时，在锌池液面2上方带钢1周围设置电磁线圈5，线圈匝数3匝，电磁线圈用铜管绕制，工作时内部通水冷却，铜管表面涂电绝缘层保护。如图1所示，电磁线圈5与电极3通过导线7并联连接于电源6的输出端。
正常镀锌时，电源按额定功率运行。在带钢运行速度因故降低甚至停止时电源功率应相应下降以至关闭，防止高功率工作时电磁加热造成镀池局部温度过热，损坏带钢质量。
为适应带钢1的运行速度变化(这种速度变化范围有时还很大)，特再设置速度传感器11，通过传感器11测定带钢速度(该信号可取自沉没辊9)，实现对电源输出功率进行闭环控制，见图1，以稳定助镀质量。
在装置在线安装时，带钢穿带时即从电磁线圈5内穿过，带钢正式运行前再向下插入电极，然后再启动电源，随带钢运行速度提高逐渐把电源功率调高至正常工作值。本专利设计方法新颖、结构简单、操作方便，提供了一种有效的高热浸镀镀层质量控制手段，在带钢/线材热镀锌(铝)领域具有重要应用价值，推广前景广阔。
权利要求
1.一种电磁助镀热浸镀方法，其特征在于在镀层形成位置施加脉冲电磁场。
2.如权利要求1所述的电磁助镀热浸镀方法，其特征在于在镀件镀液后未完全凝固前再对其施加一个脉冲磁场。
3.如权利要求1或2所述的电磁助镀热浸镀方法，其特征在于所述脉冲电磁场的脉冲频率0.1～100kHz。
4.根据权利要求1或2所述的脉冲电磁助镀热浸镀装置，其特征在于所述脉冲磁场的电源功率为50～500kW，其输出根据带钢运行速度大小自动控制。
5.一种电磁助镀热浸镀装置，包括锌埚，镀液，沉没辊，其特征在于，还包括一脉冲电源；脉冲电极，设置在浸镀液中，与脉冲电源相连接。
6.如权利要求5所述的电磁助镀热浸镀装置，其特征在于在电极与镀液之间、相邻异性电极之间非工作部分设有电绝缘套隔绝。
7.根据权利要求5所述的脉冲电磁助镀热浸镀装置，其特征在于电极材料用铝、钢、导电金属陶瓷或带涂层金属。
8.根据权利要求5所述的脉冲电磁助镀热浸镀装置，其特征在于电极分多头，为同侧同性设置。
9.根据权利要求5所述的脉冲电磁助镀热浸镀装置，其特征在于电极分多头，为同侧异性设置。
10.根据权利要求5所述的脉冲电磁助镀热浸镀装置，其特征在于每对电极回路中设置电阻调压器。
11.如权利要求5所述的电磁助镀热浸镀装置，其特征在于在所述脉冲电极上方设置一与所述脉冲电源相连接的电磁线圈。
12.如权利要求11所述的电磁助镀热浸镀装置，其特征在于所述电磁线圈用铜管绕制，内部有水冷却，铜管表面涂电绝缘层，电磁线圈的匝数为1～10匝。
13.根据权利要求5所述的脉冲电磁助镀热浸镀装置，其特征在于电源脉冲频率0.1～100kHz。
14.根据权利要求5所述的脉冲电磁助镀热浸镀装置，其特征在于所述装置还包括一镀件运行速度传感器，所述脉冲磁场的电源功率为50～500kW，其输出根据镀件运行速度大小自动控制。
全文摘要
本发明涉及一种脉冲电磁助镀热浸镀方法及装置，即通过在镀层形成位置施加脉冲电磁场，在镀件镀液后未完全凝固前再对其施加一个脉冲磁场。该装置主要包括锌埚、镀液、一脉冲电源、沉没辊、一与脉冲电源相连接并设置在浸镀液中的脉冲电极，及一也与脉冲电源相连接但设置在浸镀液上的电磁线圈等。电极为多头，为同侧同性设置或者为同侧异性设置。本发明依靠脉冲动态电磁场，对热镀钢板镀层附近的锌熔体进行局域电磁搅拌，细化热镀锌层晶体，提高镀层与基板的结合力以及镀层致密度，从而达到改善热浸镀钢板镀层质量的目的，在带材或线材热浸镀锌(铝)领域具有重要应用价值，推广前景广阔。
文档编号C23C2/24GK101082117SQ20061002708
公开日2007年12月5日 申请日期2006年5月30日 优先权日2006年5月30日
发明者温宏权 申请人:宝山钢铁股份有限公司