专利名称：带钢连续电镀锡生产方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金领域，具体地说，是涉及带钢连续电镀锡生产方法及设备。
技术背景
带钢连续电镀锡生产中，软熔是一道重要的工序，它将镀锡带钢加热到锡的熔点 232°C以上，使带钢表面的锡层熔化流动并产生金属光泽，然后带钢立即被浸入水中，变成 光亮镀锡板。在软熔过程中，一部分锡与带钢反应，生成锡铁合金层，该合金层可提高镀锡 板的耐蚀性及锡层对带钢的附着力。软熔工艺作为电镀锡线的关键工艺之一，在控制和提 高产品质量方面起着举足轻重的作用。软熔电源的合理设计，也能有效地降低能耗。
以前的电镀锡生产中采用工频电阻软熔装置对镀锡带钢进行软熔，但在生产低镀 锡量(1. lg/m2和2. 8g/m2)的镀锡板时表面经常出现木纹状条纹，这种缺陷表现为表面锡层 呈明暗相间的条纹，但明暗条纹的锡层厚度却一样。这种缺陷俗称“木纹”，虽然它不影响产 品的使用性能，但影响外观。木纹缺陷与带钢表面的粗糙度、前处理状况、生产线线速度、镀 锡量等有关，为消除木纹，或加大镀锡量以掩盖木纹，或增加高频感应软熔装置(如专利号 为“ZL200820122590.5的中国实用新型专利公开的结构)，前者增加了锡耗，后者增加了设 备和运行时的电能，都加大了生产成本。
并且，采用工频电阻软熔还有一个潜在问题和风险，即其电源的获得方式采用三 相变单相变压器获得单相交流电。ISOm/min的电镀锡生产线中，电阻软熔电源的加热功率 为1500KW，随着线速度的提高，电阻软熔电源的加热功率也随之加大，如在400m/min的电 镀锡生产线中，电阻软熔电源的加热功率约为4000KW。若单相供电仍采用三相变单相变压 器方式，4000KW大功率不平衡负载造成的潜在风险有
(1)由于用电电流不平衡，给上一级电网造成污染，被污染电网电器设备效率降 低，严重时这些设备不能工作或被烧毁；
(2)设备损耗增加，包括不平衡引起的线损、三相变单相变压器的损耗、功率因数 低、杂波大引起的损耗、感应加热效率低增加的损耗等；
(3)由于电流不平衡，变压器只有64%使用率，因此设备装机容量大；
(4)电阻软熔电压与线速度的平方根成正比，而感应加热量与线速度的关系较复 杂，感应加热量与带钢的受热量有时是非线性的，所以电阻软熔电压的控制比感应软熔电 压的控制要简单易行；
(5)镀锡生产线升降速时，感应软熔的加热线圈很难随着软熔线移动，容易生成次PΡΠ O
基于上述所述，发明人认为实有必要提供一种能消除电镀锡带钢木纹缺陷的带钢 连续电镀锡生产方法及设备以改善上述问题。发明内容
本发明的目的是针对带钢连续电镀锡生产过程中采用工频电阻软熔装置或工频电阻软熔装置加高频感应软熔装置进行软熔存在的不足，提供一种带钢连续电镀锡生产方 法。
为了实现上述目的，本发明的带钢连续电镀锡生产方法，包括化学脱脂步骤、电解 脱脂步骤、电解酸洗步骤、电镀锡步骤、烘干步骤、软熔步骤、电解钝化步骤及涂油步骤，在 所述软熔步骤中，采用频率可调的电阻软熔装置对所述带钢进行软熔。
上述的带钢连续电镀锡生产方法，其中，所述电阻软熔装置的频率变化范围为 50Hz 200Hz ο
上述的带钢连续电镀锡生产方法，其中，采用频率可调的电阻软熔装置对所述带 钢进行软熔步骤中，又包括如下步骤
a、通过一整流电路对经过一三相整流变压器输来电源进行整流的步骤；
b、通过一滤波器对所述整流后的电源进行滤波的步骤；
C、通过多个IGBT模块对滤波后的电源进行逆变输出的步骤。
上述的带钢连续电镀锡生产方法，其中，在所述c步骤中，包括根据带钢镀锡量或 /和运行线速度调整IGBT模块的步骤。
上述的带钢连续电镀锡生产方法，其中，在所述根据带钢镀锡量或/和运行线速 度调整逆变输出频率步骤中，包括一控制模块根据其内部的存储器存储的参数曲线调整 IGBT模块的步骤。
进一步地，本发明还提供能实现上述生产方法的带钢连续电镀锡设备，包括化学 脱脂单元、电解脱脂单元、电解酸洗单元、电镀锡单元、烘干单元、软熔单元、电解钝化单元 及涂油单元，所述软熔单元包括频率可调的电阻软熔装置。
上述的带钢连续电镀锡设备，其中，所述频率可调的电阻软熔装置包括变频电源， 所述变频电源又包括三相整流变压器，用于向带钢提供加热电压；以及多个对所述三相 整流变压器的输出电压进行整流逆变输出的整流逆变功率模块，所述整流逆变功率模块又 包括整流电路和连接在所述整流电路输出端上的多个IGBT模块；其中，所述IGBT模块连接 一控制模块，该控制模块根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整所述IGBT模块。
上述的带钢连续电镀锡设备，其中，所述多个整流逆变功率模块的输出端串联或 并联。
上述的带钢连续电镀锡设备，其中，所述控制模块内部的存储器存储有参数曲线， 所述控制模块根据所述参数曲线调整所述IGBT模块以调整多个整流逆变功率模块串联或 并联后的输出频率。
上述的带钢连续电镀锡设备，其中，所述控制模块内部的存储器存储有参数曲线， 所述控制模块根据所述参数曲线调整所述IGBT模块以调整多个整流逆变功率模块串联后 的输出电压或并联后的输出电流。
本发明的有益功效在于，较普遍采用的工频电阻加高频感应联合软熔，生产线不 再需要配置高频感应软熔装置，整个生产线的其他部件不需要做改变，不但能彻底解决电 阻软熔电源三相变单相导致的网端电流不平衡、电网污染、设备损耗高、功率因数低、谐波 成分大等问题，而且通过调整频率的变化，能有效消除低镀锡量镀锡板的木纹缺陷。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为本发明的带钢连续电镀锡设备的结构简图2为本发明的带钢连续电镀锡设备中软熔单元的结构简图3为图2中的一实施例的频率可调的电阻软熔装置的结构原理图4为图3中的整流逆变功率模块的电路原理图5为图2中的另一实施例的频率可调的电阻软熔装置的结构原理图6为图5中的整流逆变功率模块的电路原理图7为本发明的带钢连续电镀锡生产方法流程图8为图7中的软熔步骤流程图9为本发明一实施例的控制参数曲线图10为本发明另一实施例的控制参数曲线图。
其中，附图标记
10 带钢连续电镀锡设备
200软熔装置
210第一接地辊
220第一扼流圈
230 第一导电辊
240第二导电辊
250第二扼流圈
260 第二接地辊
270 变频电源
271三相整流变压器
272整流逆变功率模块
2721整流电路2722滤波电容器
2723 IGBT 模块
2724滤波电感
274单相变压器
280控制模块
400 软熔塔
500 第一转向辊
600 第二转向辊
700挤干装置具体实施方式
下面结合附图对本发明的带钢连续电镀锡设备作具体的描述
参阅图1带钢连续电镀锡设备的结构框图，带钢连续电镀锡设备10包括化学脱 脂单元、电解脱脂单元、电解酸洗单元、电镀锡单元、烘干单元、软熔单元(其中包括淬水单 元)、电解钝化单元、烘干单元及涂油单元。其中软熔单元是带钢连续电镀锡设备中非常重 要的单元。
参阅图2本发明的带钢连续电镀锡设备的软熔单元结构简图，带钢连续电镀锡设 备的软熔单元包括设置在带钢行进方向(图中箭头所指方向)软熔装置200、软熔塔400、 改变带钢方向的转向辊500、600以及挤干装置700。
本发明中的软熔装置200为频率可调的电阻软熔装置，参阅图2，软熔装置200设 置在带钢行进方向上，其包括在带钢行进方向上依次设置的第一接地辊210、第一扼流圈 220、第一导电辊230、第二导电辊M0、第二扼流圈250、第二接地辊沈0，第一导电辊230和 第二导电辊240与一变频电源270电连接，该变频电源270与控制模块280连接，第一扼流 圈220上设有使带钢穿行的通道(图中未示出)，第二扼流圈250上设有使带钢穿行的通道 (图中未示出)，其中，第一导电辊230和第二导电辊240不能接地，并且第一接地辊210和 第二接地辊260之间的辊也不能使带钢接地。
为了达到频率可调的目的，变频电源270连接一控制模块280，该控制模块280根 据带钢镀锡量或/和运行线速度调整变频电源270输出频率或/和输出电压。
参阅图3和图4，本发明一实施例的变频电源270包括三相整流变压器271 (以下 称整流变压器Tl)、整流逆变功率模块272和单相变压器274。其中，整流变压器Tl用于向 带钢提供加热电压；整流逆变功率模块272对整流变压器Tl的输出进行整流逆变后输给单 相变压器274。本实施例中，该整流变压器Tl原边采用Y型接法，副边绕组采用延边三角型 接法，各副边绕组相互之间保持60° /n的相位差，整流变压器Tl接入η组整流逆变功率模 块272整流负载后，形成多脉冲整流方式，谐波电流相互抵消，使整流变压器Tl网侧绝大多 数的谐波成分被消除。每组整流逆变功率模块272包括整流电路2721 (此处的整流电路为 二极管整流电路)，滤波电容器2722和IGBT功率模块2723，整流电路2721的输出端上连 接滤波电容器2722，整流变压器Tl输出的电压经整流电路2721整流且经滤波电容器2722 滤波后输入至IGBT模块2723 ；每组整流逆变功率模块272中的IGBT模块2723为多个(本 实施例给出了 4个IGBT模块2723，在实际使用中，并不以此为局限)，每一 IGBT模块由一 IGBT管和一反接在该IGBT管上的快速恢复二极管组成。该η组整流逆变功率模块272相 互串联后连接在三相整流变压器271输出端上。本实施例中，变频电源的输出电压是由整 流逆变功率模块272输出串联，电压叠加，形成一个高电压输出给输出单相变压器274，再 由单相变压器274降到软熔需要的电压值。
上述变频电源270的工作原理为整流变压器Tl的每个副边绕组向一个整流逆 变功率模块272单独供电，使整流逆变功率模块272主回路在低压状态独立工作。整流逆 变功率模块272都是相同的交流一直流一交流电压型单相常规低压变频器，由于各个整流 逆变功率模块272输出串联连接，总的输出电压为各个整流逆变功率模块输出电压之和， 每个整流逆变功率模块输出都是等幅脉宽调制PWM电压波形，但各个整流逆变功率模块的 PWM波形间有一定的相位移，模块输出串联叠加，组成一个接近正弦波形的阶梯波形。整流 逆变功率模块越多，相对于输出总波形台阶越小，串联叠加后的波形就越接近正弦，且dv/ dt越小，有效降低输出谐波产生的不良影响。电源的输出频率是与各个整流逆变功率模块 的输出有关，调整各个整流逆变功率模块的波形，可以改变串联叠加后的输出频率或/和 输出电压。每个整流逆变功率模块272可以对自身电路进行检测，控制模块280可以通过 闭合整流逆变功率模块272输出端的开关，将问题整流逆变功率模块退出，输出损失的电 压由其他的整流逆变功率模块承担，保证整个变频电源继续工作。
参阅图5和图6，其分别为另一实施例的频率可调的电阻软熔装置的结构原理图 及整流逆变功率模块的电路原理图。本实施例与前述实施例的结构大致相同，所不同的 是变频电源的输出是由η组整流逆变功率模块272输出并联，电流叠加，电源输出总电流 为各个整流逆变功率模块272输出电流之和。每组整流逆变功率模块272包括整流电路 2721 (此处的整流电路为可控硅整流电路)，滤波电感27Μ和IGBT功率模块2723，整流电 路2721的输出端上连接滤波电感27Μ。本实施例中的每个整流逆变功率模块272也可以 对自身电路进行检测，控制电路280可以通过断开整流逆变功率模块272输出端的开关，将 问题整流逆变功率模块272退出，输出损失的电流由其他的整流逆变功率模块272承担，保 证整个变频电源继续工作。
本发明给出的频率可调的电阻软熔装置输出频率的变化与输出电压值(或电流 值)无关，不会影响软熔所需电压(或电流)，因此用户可以在某一需要电压下，随意在输出 频率范围内选择需要的频率值，以达到消除木纹的目的。
本发明的带钢连续电镀锡设备的带钢连续电镀锡生产方法，包括化学脱脂步骤 S100、电解脱脂步骤S200、电解酸洗步骤S300、电镀锡步骤S400、烘干步骤S500、软熔步骤 S600、电解钝化步骤S700、再次烘干步骤S800及涂油步骤S900，在软熔步骤S600中，采用 上述的频率可调的电阻软熔装置S200对带钢进行软熔。
表一不同条件下，消除木纹缺陷所需要的电源最低频率值
线速度 (m/min)镀锡量 (g/m2)消除木纹缺陷所需要的电 源最低频率(Hz)电源的输出电压(V)(软 熔段带钢长度为20m)802. 8130981002. 81201101502. 81201402002. 81201602502. 81201803002. S1001903502. S1002104002. S100220801. 1130981001. 11201101501. 11201402001. 11201602501. 11201803001. 11201903501. 11202104001. 1100220
通过大量的实验发现，提高软熔电源的频率可以消除低镀锡量镀锡板的木纹缺 陷。见表一，不同条件下，消除木纹缺陷所需要的电源最低频率值不同，线速度越高，消除木 纹缺陷所需要的最低频率值越低。提高该最低频率值，对镀层及板面没有发现不良影响。考 虑到大功率电源的制作难度和成本，结合大量的实验数据，推荐电阻软熔装置的频率变化 范围为50Hz 200Hz。对于差厚镀层，则使用两种镀锡量中消除木纹缺陷需要的电源最低 频率值中较高的频率值，如2. 8/1. l(g/m2)的镀层，在300m/min的线速度下，消除木纹缺陷 需要的电源最低频率值为120Hz。
如图7和图8所述，采用频率可调的电阻软熔装置200对带钢进行软熔步骤S600 中，又包括如下步骤
S610 通过一整流电路对经过一三相整流变压器输来的电源进行整流的步骤；
S620 通过一滤波器对所述整流后的电源进行滤波的步骤；
S630 通过多个IGBT模块对滤波后的电源进行逆变输出的步骤。
并且，在S630步骤中，包括根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的步 骤，以调整多个整流逆变功率模块串联或并联后的输出频率，或者以调整多个整流逆变功率模块串联后的输出电压或并联后的输出电流。
需要说明的是，调整IGBT模块可以通过调节Ql、Q2、Q3、Q4(见图4及图6)的通 断或/和导通时间来达到调制PWM电压波形的目的，由于这属于现有技术范畴，在此就不多 做赘述。
另外，结合上述表一，在所述根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的 步骤，以调整多个整流逆变功率模块串联或并联后的输出频率中，在所述带钢镀锡量为定 值时，带钢运行线速度越高，所述多个整流逆变功率模块串联或并联后的输出频率越低；在 所述根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的步骤，以调整多个整流逆变功率模 块串联后的输出电压步骤中，在所述带钢镀锡量为定值时，带钢运行线速度越高，所述多个 整流逆变功率模块串联后的输出电压越大。
进一步地，为了方便控制模块控制，控制模块内具有存储器，于该存储器内存储有 参数曲线(参数曲线可如图9和图10所示)，控制模块根据参数曲线调整IGBT模块，以调 整多个整流逆变功率模块串联或并联后的输出频率以及串联后的输出电压或并联后的输 出电流。
本发明较常规的电阻软熔和感应软熔的联合软熔方式，运行电能降低约 10% -15%。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种带钢连续电镀锡生产方法，包括化学脱脂步骤、电解脱脂步骤、电解酸洗步骤、 电镀锡步骤、烘干步骤、软熔步骤、电解钝化步骤及涂油步骤，其特征在于，在所述软熔步骤 中，采用频率可调的电阻软熔装置对所述带钢进行软熔。
2.根据权利要求1所述的带钢连续电镀锡生产方法，其特征在于，所述电阻软熔装置 的频率变化范围为50Hz 200Hz。
3.根据权利要求1或2所述的带钢连续电镀锡生产方法，其特征在于，采用频率可调的 电阻软熔装置对所述带钢进行软熔步骤中，又包括如下步骤a、通过一整流电路对经过一三相整流变压器输来的电源进行整流的步骤；b、通过一滤波器对所述整流后的电源进行滤波的步骤；c、通过多个IGBT模块对滤波后的电源进行逆变输出的步骤。
4.根据权利要求3所述的带钢连续电镀锡生产方法，其特征在于，在所述c步骤中，包 括根据带钢镀锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的步骤。
5.根据权利要求4所述的带钢连续电镀锡生产方法，其特征在于，在所述根据带钢镀 锡量或/和运行线速度调整IGBT模块的步骤中，包括一控制模块根据其内部的存储器存储 的参数曲线调整IGBT模块的步骤。
6.一种带钢连续电镀锡设备，包括化学脱脂单元、电解脱脂单元、电解酸洗单元、电镀 锡单元、烘干单元、软熔单元、电解钝化单元及涂油单元，其特征在于，所述软熔单元包括频 率可调的电阻软熔装置。
7.根据权利要求6所述的带钢连续电镀锡设备，其特征在于，所述频率可调的电阻软 熔装置包括变频电源，所述变频电源又包括三相整流变压器，用于向带钢提供加热电压；以及多个对所述三相整流变压器的输出电压进行整流逆变输出的整流逆变功率模块，所述 整流逆变功率模块又包括整流电路和连接在所述整流电路输出端上的多个IGBT模块；其中，所述IGBT模块连接一控制模块，该控制模块根据带钢镀锡量或/和运行线速度 调整所述IGBT模块。
8.根据权利要求7所述的带钢连续电镀锡设备，其特征在于，所述多个整流逆变功率 模块的输出端串联或并联。
9.根据权利要求8所述的带钢连续电镀锡设备，其特征在于，所述控制模块内部的存 储器存储有参数曲线，所述控制模块根据所述参数曲线调整所述IGBT模块以调整多个整 流逆变功率模块串联或并联后的输出频率。
10.根据权利要求8所述的带钢连续电镀锡设备，其特征在于，所述控制模块内部的存 储器存储有参数曲线，所述控制模块根据所述参数曲线调整所述IGBT模块以调整多个整 流逆变功率模块串联后的输出电压或并联后的输出电流。
全文摘要
本发明公开了一种带钢连续电镀锡生产方法及设备，生产方法包括化学脱脂步骤、电解脱脂步骤、电解酸洗步骤、电镀锡步骤、烘干步骤、软熔步骤、电解钝化步骤及涂油步骤，在所述软熔步骤中，采用频率可调的电阻软熔装置对所述带钢进行软熔。本发明较普遍采用的工频电阻加高频感应联合软熔，生产线不再需要配置高频感应软熔装置，整个生产线的其他部件不需要做改变，不但能彻底解决电阻软熔电源三相变单相导致的网端电流不平衡、电网污染、设备损耗高、功率因数低、谐波成分大等问题，而且通过调整频率的变化，能有效消除低镀锡量镀锡板的木纹缺陷。
文档编号C25D7/06GK102031544SQ20101059494
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月8日
发明者吴小兵, 娄亚军, 耿运祥, 霍大维 申请人:北京机械工业自动化研究所