用于金属带的酸洗和金属涂覆的设备和方法与流程

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的金属带的酸洗和金属涂覆设备，并且还涉及根据权利要求14的前序部分所述的相关方法。

背景技术：

目前为止，钢材热轧线使能提供厚度通常大于接近1.2 mm的金属带。这些线一般需要结合连铸，其交付的产品的厚度大约为200到250 mm，从而需要借助于热轧机壳体组件，以便获得厚度的明显减小，尤其是在需要实现接近1 mm的最小厚度时。用于实现这个结果的此类设备的能量平衡和尺寸是相当繁重的。近年来，新型的ESP（无头带钢生产）类型的金属连铸法使得目前使用热轧机壳体的更小组件能获得最小厚度为大约0.7 mm的钢制金属带。很有可能在未来几年或者几十年内，通过关于ESP类型的示例的此类方法，在技术上将能实现例如大约0.5 mm的更小的厚度。还应当指出，此类方法还使得能够连续生产金属带，且因此在生产率方面非常有效。此外，对于从连铸直到较小厚度的轧制结束，这些方法使产品转变所需的能量平衡相对于现有方法减少。总体上，此类带（带钢，strip）的生产商因此具有联接至热轧机壳体组件的至少一条连铸线，并且其在出口联接至带卷取机系统。因此，这些带是以具有氧化表面的“热”线圈形式进行交付，也就是说，以成卷的未经酸洗的带的形式。

因此，如果必须对“热”带执行例如电镀的金属涂覆操作，则通过上文说明的“热”工艺所获得的带将必须进一步被酸洗，然后最终进行电镀。在常规热制备路线的情况下，其所产生的带的输出厚度于是通常将至少大于1.2 mm。此外，为了获得更薄的且还具有良好冲压性质的经涂覆的金属带（例如经过电镀），必须冷轧这些带使其厚度明显减小。因此，相对于初始较低水平的加工硬化，冷轧会引起钢的加工硬化。然而，这种方法的优点是有助于实现最终的良好的冲压性质，但是在轧制操作的下游处需要在电镀之前先使轧制的金属带退火，以便使得有可能最终获得尤其良好的冲压性质。US 4 436 292 A描述了对进入的带进行冷轧、退火以及然后电镀的电镀路线的示例。

从用于生产小厚度（十分之几mm，例如0.7 mm）的带的热工艺（例如ESP类型方法）开始，这些“热”工艺生产的带的小厚度逐渐回到经由上文说明的冷轧生产的较大厚度的区间。

对于进入的最小厚度接近1.2 mm的带，2001年的US 6 761 936 B1中描述了一种连续地酸洗和电镀从热工艺得到的正行进的（或卷绕的）并且未经酸洗的产品的方法。这种方法主要提供通过在液体合金浴中浸渍连续行进的金属带的方法进行酸洗和电镀涂覆的设备的形式的实施例，该设备沿着行进方向依次包括：至少酸洗单元（在其出口处包括清洗和干燥），以及炉，用于使酸洗后的带的温度达到对于最终电镀阶段在液体锌浴入口处所需的温度。市场上不断地要求降低生产成本并改善质量，这尤其由减小以下各项来产生：生产设备的尺寸和数量，运营团队资源和能量消耗，以及还有处理时间。电镀在输入时具有厚度接近0.5 mm的相对薄的厚度但是也在输出时具有良好冲压性质的较大厚度的热产品，完全符合钢铁制造商及其客户的需求。由此，US 6 761 936 B1所描述的方法显然不符合此类难题。最后，即使今天和明天的热产品将在US 6 761 936 B1中所描述的酸洗和电镀设备的入口呈现出例如0.7 mm或更小的厚度，带本体的输入和输出厚度将始终几乎不变。此外，例如根据US 6 761 936 B1的热浴中的浸渍与脱水方法的电镀涂层品质无法在表面粗糙度和带的平坦度方面得到优化。最后，出口处的大多数带因此将必定不具有良好的冲压性质。由于缺乏冷轧操作，这种设备因此具有如下缺点：不能够交付厚度减小的电镀产品（例如在从0.5 mm到5 mm的范围内），同时保持输出产品的机械强度性质，使其大致与输入产品的机械强度性质相同。

以在无需冷轧以及然后退火的情况下减小经酸洗和电镀产品（在上游从未经酸洗的热产品所产生的）的厚度为目标，相关专利US 8 163 348 B2 或EP 1 861 517 B1的说明书提出了这样的解决方案，基于US 6 761 936 B1中所描述的设备，该解决方案提出将冷轧单元（引起6.5%到10%的厚度减小）定位于电镀单元的下游，也就是说，通过冷轧电镀（涂覆）产品。金属带经受通过冷轧减小厚度的操作，所述厚度减小甚至始终限于10%，并且轧制之后没有下游的退火，所述厚度减小不适合于能够获得对于电镀带的最佳质量在于：一方面，由于基底与添加层之间的轧制的不同的力和伸长的作用，涂覆层的强度有被明显损坏的风险；另一方面，由于下游没有退火操作，存在带的冲压性质欠佳的风险，尤其是对于很大程度的厚度减小。

技术实现要素：

因此，本发明的一个目标是提供一种解决方案用于扩大从连续金属涂覆方法输出的产品的厚度范围，默认向该连续金属涂覆方法供给的是从热工艺制备的带卷中所得到的行进的未经酸洗的钢带。所提供的该方案还应确保涂覆单元入口处的带具有最小程度的加工硬化，即使实施了带厚度减小以便扩大所述范围也是如此。最后，这种方案应当使得能够无需通过冷轧（包括使带退火（再结晶）的阶段）减小大厚度的阶段，同时还要能保持最终产品的良好的冲压品质。

同样，本发明还应当能确保组合以下阶段的连续组合方法：酸洗、厚度减小、粗糙度和平坦度的改进、厚度减小之后材料的最佳性质的保持，以及金属涂层的沉积。金属涂覆主要是在带上的电镀，例如通过包括各种类型的金属合金的液体金属浴中的热回火工艺，以便对钢进行电镀保护，然后是用于确保涂覆后的产品的市场品质的相关处理。还可以提供任何其它金属涂覆方法，例如在适当的电解浴中的电镀。

因此，通过权利要求1的特征提供设备形式的方案。最后，通过权利要求14的特征提供相关方法。

从用于连续行进的金属带的酸洗和金属涂覆（例如电镀）的设备开始，沿着行进方向依次包括：至少一酸洗单元、炉和涂覆单元（例如作为涂覆剂的液体金属浴，或者电解浴），并且其中默认进入酸洗单元的金属带是热轧产品，

根据本发明的设备的特征在于：

- 用于带厚度的有限的伸长/减小的轧制装置，称为平整轧制装置，所述平整轧制装置定位于酸洗单元与炉之间；

- 炉向带施加热循环，这使得能够控制带结构的恢复（也就是说，没有带再结晶），并且在炉的出口将带温度加热到金属涂覆单元的入口处所需的温度（通过适当的加热或冷却机构）。

因此，通过有限减小与下游的温度控制的连续工艺的组合，确保生产此类电镀产品（带，bande），其中，进入设备的产品能够是源自热制备工艺的一系列未经酸洗的金属带卷，其在入口的厚度能够大于涂覆之后的最终厚度。因此，这些方法的结合，使得能够维持或者改进输入的带的性质，已知即使平整轧制装置略微施加了减小，炉也会在恢复模式下在带上施加温度区间，而无需施加（例如）冷轧之后退火阶段所需的金属晶粒的再结晶模式，实际上甚至晶粒长大模式。

这是因为，不同于常规的冷轧（厚度的明显减小），要求非常高的温度（例如750°或更高）的退火（至少一次再结晶），根据本发明在通常非氧化性的氛围下的炉，在带已经在平整轧制装置中经受厚度的轻微减小之后，在更低温度（300℃与700℃之间，不到两分钟）下的稳定水平下施加单带恢复。因此，该设备有利地使得能够平衡更大范围上的（有限）厚度减小的效应与保证控制可能的带恢复，以便保证输出带的高冲压品质（通过恢复使加工硬化的影响最小化）。最后，通过平整轧制装置实现的有限减小使得能够确保粗糙度和平坦度适合于下游涂覆和下游更好的脱水所需的更好的可湿性。安装在平整轧制装置下游的清洁单元将使得能够额外地排出可能的乳剂/洗涤剂或其它碱性产品，以及还有灰尘（铁粉）和由平整轧制装置的动作可能产生的其它金属碎片，以便改善涂层品质。

已知能够实施进入根据本发明的设备的产品的减小，因此有可能生产更薄的输出带，并且因此增加结合酸洗和金属涂覆（例如通过电镀）的连续生产线上的生产能力和（可最小化）厚度范围。输出带的冲压品质也得到改善。例如，对于尤其是厚度相对小（特别是厚度在2.5 mm与至少5 mm之间）的一些输入产品，平整轧制装置仅仅执行轻微的伸长（或者厚度减小），并且使得还能够获得具有特别优良的冲压性质的电镀带。

同时，结合上文提供的根据本发明的设备以及本文中与其相关的所有方面和实施例，本发明提供一种连续行进的金属带的酸洗和金属涂覆的方法，其沿着行进方向依次包括：至少一酸洗阶段（2）、热处理且同时控制带温度的阶段（4）以及例如电镀的涂覆阶段（5）（例如通过浸渍在液体金属浴中或电解浴中），并且其中，默认酸洗阶段的上游的金属带是热轧产品，

所述方法的特征在于：

- 能够在酸洗阶段与带温度控制阶段之间激活厚度的有限减小以及带粗糙度和平坦度的修整阶段；

- 在激活厚度的有限减小以及带粗糙度和平坦度的修整阶段的情况下，带温度控制阶段对带施加热循环，这使得能够控制带结构的恢复而且没有带的再结晶，并且在带上施加将带输出温度加热到金属涂覆单元入口所需的温度。

还通过另外的平整轧制装置和拉伸矫直机为可能的单个或联合操作提涂覆后处理阶段，所述操作之后是另外的涂覆阶段（例如钝化阶段）。

从属权利要求的组合也呈现了本发明的优点。

附图说明

使用所描述的附图来提供执行的和应用的示例：

图1 根据本发明的设备的示例性实施例，

图2 根据本发明的设备的炉中的带的恢复的原理，

图3 恢复阶段的控制参数选择。

具体实施方式

图1呈现了根据本发明的设备的示例性实施例。该示例性实施例主要涉及连续行进的金属带的酸洗和金属涂覆设备，其沿着行进方向依次包括：至少酸洗单元（2）、炉（4）和金属涂覆单元（5）（通过热浸在液体金属浴中或其它电解型浴中进行涂覆），并且其中默认进入酸洗单元的金属带是热轧产品，

所述设备的特征在于：

-用于带厚度的有限的伸长/减小的轧制装置（3），称为平整轧制装置，所述轧制装置（3）定位于酸洗单元与炉之间；

--炉具有可用的热机构，其能够对带施加热循环，这使得能够至少控制带结构的恢复，而没有带的再结晶，并且在炉出口处将带加热到金属涂覆单元入口处所需的温度。

热循环具有实现以下各项的效果：

-将带加热至尽可能广的可控温度范围（例如300-700℃）下的恢复范围。

-在带的最短恢复时间期间（这取决于上述温度和厚度减小条件，且还取决于带等级的冶金性质必需的化学成分）进行维持。

-通过循环结束时的加热或冷却来进行温度的最终的调节，以便实现涂覆所需的温度。

在酸洗单元（2）的上游，入口区段（1）使得能够通过两个开卷机（1a，1b）将带引入到所述单元中，该开卷机使带卷依次朝带剪切机和焊接机（11）退卷，以便焊接两个连续带的头部和尾部，以及还有蓄积器（未示出），用于在焊接操作期间调整带行进速度，并且用于然后将焊接后的带引入到酸洗单元（2）中。除鳞（“氧化物分解”）机构也定位于带进入酸洗单元（2）的入口之前。

酸洗单元（2）能够包括依次并置的酸浴以及还有清洗与脱水机构。它能够可替代地包括用于在产品上喷射酸洗化合物的系统，例如借助于固态磨料，以及（如果需要）借助于液态磨料。固态磨料包括例如固体颗粒和/或晶粒，并且液体（如果需要）至少包括水。最后需要注意的是，默认进入酸洗单元的金属带是热轧产品，其具有十分之几毫米的最小厚度。可替代地，酸洗单元上游的金属带也可以是取代热轧产品的冷轧产品，在这种情况下，带在酸洗单元中不进行酸洗（或从酸洗单元转移到平整轧制单元），并且炉提供另外的加热和冷却机构，以便确保带的退火。然而，在本发明的背景下不再描述此可替代方案，因为即使它体现出待表面涂覆的“热”带或“冷”带之间的切换柔性（例如为了使带进行电镀），但是它要求：或者炉能再次进行退火；或者通过冷轧的加工硬化引起的高硬度值继续保持是能够接受的。

根据本发明的设备中，定位于酸洗单元（2）的出口处的平整轧制装置（3）使得厚度能减小0.1%到至少30%。平整轧制装置的出口联接至用于清洁带的单元（31），其包括下面中的清洁装置中的至少一种：脱脂（如果减小程度大于接近10%，这将要求在平整轧制装置中的轧制过程中使用油水型乳液）、刷洗、喷淋、脱水或干燥。最后，平整轧制装置使用工作气缸，其在气缸的运行之后具有适合于在带上所期望的粗糙度的限定粗糙度，以便确保尽可能多地将随后的涂层粘附至该带。所安装的平整轧制装置类型能够是单壳体式的，实际上甚至能够包括两个并置的壳体。

在清洁单元的出口处，带由此进入炉（4）中，炉（4）依次包括：感应器或其它加热机构中的至少一个加热机构，辐射管或其它温度保持机构，快速加热和/或快速冷却机构的至少一个额外的区域。这些加热机构能够随根据本发明的热处理的要求呈现出带的不同的加热或冷却的动态。理想地，炉置于非氧化性的氛围下。为了确保带的恢复，炉的一个区段包括用于加热带的机构，其确保对于至少部分的带的再结晶，将带的温度保持在阈值温度下，理想地，在少于两分钟期间保持在300℃与700℃之间的温度可控固定水平下。

如果恢复温度稳定水平（palier）低于涂覆单元的入口处所需的温度，则炉能够通过用于常规电镀的500℃附近的热浸，使带最终在进入用于金属涂覆的单元之前升高所需的带输出温度，且然后使其降回至低于这个值，理想地，对于液体电镀浴，其降回至465℃（有可能使此温度根据所使用的合金类型而显著变化），或者对于电解浴，其降回至接近环境温度的温度。因此，炉具有根据一种布置分布的加热和冷却机构，从而确保对于带的恢复的若干固定水平（范围或循环）和温度管理（根据它的性质和钢的等级）以及对涂覆单元（5）入口处所需温度的调节。

随后，带进入涂覆单元（5）中，例如通过在热的液体金属作为涂覆剂的浴中的热浸。用于脱水、加热、冷却和浸渍于水桶中的机构定位于金属浴的下游，且然后将带传导到第二蓄积器，称为中间蓄积器，以便调节到精整区段（6）的行进速度，精整区段能够依次包括第二平整轧制装置、拉伸矫直机、用于监测电镀带的性质的机构（通过厚度测量/表面检查等等），以及用于使用干燥模块在表面处进行最终钝化涂覆的可选的第二机构（7）。

最后，离开精整区段（6）和最终涂覆区段（7）的带进入出口区段（8），其包括模块组件（81），例如出口蓄积器、可选的用于带边缘的剪切机、最终的用于表面检查的机构、可选的加油模块以及带剪切机，使得能够横向地切割带，以便将带划分并引导到至少一个带卷，且理想地两个带卷（8a、8b）。

根据本发明的设备的此示例性实施例因此能实现连续行进的金属带的酸洗和金属涂覆的有利方法，其沿着行进方向依次包括：至少一酸洗阶段（2）、带温度控制阶段（4）和金属涂覆阶段（5），并且其中，默认在酸洗阶段上游的金属带是热轧产品，

所述方法的特征在于：

- 能够在酸洗阶段与带温度控制阶段之间激活带厚度减小以及带粗糙度和平坦度修整阶段；

- 在带厚度减小以及带粗糙度和平坦度修整阶段被激活的情况下，带温度控制阶段对带施加热循环，这使得有可能控制带结构的恢复而且没有带的再结晶，并且对带施加加热使其达到进入金属涂覆单元在入口处所需的带输出温度。

图2尽可能简单地图解说明针对图1示出的根据本发明的设备的炉（4）中的带的恢复的原理。在图的纵坐标上，将带硬度（D）（将硬度增加定义为加工硬化）表示为根据横坐标上的温度T（℃）的函数。假设到达平整轧制装置（3）的入口处的通过“热”工艺获得然后经酸洗的带呈现出初始的加工硬化状态（Ei），平整轧制装置本身通过加工硬化来施加硬化，并且给予其在平整轧制装置（3）的出口处具有更大硬度的新的加工硬化状态（Ee）。于是，本发明的目标是能够通过炉（4）的加热/冷却布置来减小离开平整轧制装置的带的硬度，这能够使带经受在温度区间内的热循环并且至少处于在图2的阴影部分内的温度稳定水平（REST）下，该阴影部分表示带恢复温度的可能的范围。因此，所示出的曲线非常简单地示出了从恢复范围中的加工硬化状态（Ee）的温度上升使得带回到它的接近初始加工硬化状态（Ei）的状态，但是无须使温度上升到高于所述范围（REST）中所包括的温度，也就是说，无须上升到涉及带再结晶的更高温度（通过包括交叉阴影的部分（RECR）表示），其中再结晶通常称为退火，其实际上甚至涉及晶粒长大（专用于明显减小厚度的冷轧之后的退火所需的）。通过这种方式，可以确保离开炉然后进行涂覆的带将保持非常良好的性质，尤其是非常良好的冲压性质。

图3展现了对于图2所针对的恢复阶段的三个可能的控制参数选择的温度T（℃）随着时间（s）变化的曲线图，这三个参数选择例如是针对带的三个等级或带减小在炉（4）的入口处的三个条件。炉（4）的至少一个区段确保用于控制恢复阶段的可能的参数选择中的每一个提供以带加热然后是温度稳定水平形式的热循环，在此示例中，温度稳定水平分别处在恢复时所需的三个温度（Trest1，Trest2，Trest3）之一处，且然后在炉出口处，加热到金属涂覆单元的入口（浴）处所需的带温度（例如对于常规电镀浴中的热浸，T=465℃）。由此控制炉的热调节路径，以便优化温度循环，该温度循环应用于行进穿过炉的至少一个腔室的带，目标是根据所述带的外在和内在条件执行带材料的恢复阶段，且然后在恢复结束时加热带，尤其是为了使恢复带用的主动加热/冷却的持续时间最小化（能量需求最小化）。应当指出，恢复持续时间（Dt_Rest）的结束能够延长到超过朝向浴加热带的阶段，也就是说，在炉外部，因此潜在地并且有利地无需炉的主动能量贡献。

最后，应当指出的是，根据本发明的连续行进的金属带的酸洗和金属涂覆方法，能够使最初专用于控制单个带恢复的热循环阶段在实现了至少部分带再结晶（实际上甚至是晶粒长大）的意义上是延长的。

这是因为，最初专用于控制单个带恢复的热循环阶段能够延长到例如退火的热处理阶段，其要求设有具有合适的加热和冷却热功率的炉。退火通过包括至少第一恢复阶段，然后是部分的或完整的再结晶阶段以及最后可选的晶粒长大阶段。这尤其适合炉上游的轧制装置的相对大程度的减小，例如5%以上，实际上甚至达到至少40%。这是因为，即使冲压性质对于经过酸洗然后轧制并且在“基本上”恢复阶段下加热的热带而言是良好的，也有可能对于所期望的最佳热循环将温度方面的边界定位在恢复阶段与再结晶阶段之间，甚至与主要的再结晶阶段之间，直到甚至与晶粒长大阶段之间。换言之，仍然有可能“恢复”带中的一部分材料，并且在给定时间间隔下，使此部分经历再结晶的开始，即使恢复过程在尚未完成恢复阶段的带材料的另外的部分上正在继续时也是如此。在再结晶阶段与晶粒长大阶段之间能观察到相同类型的边界。在文献“Traitements thermiques des alliages ferreux（铁合金的热处理）”中，第68-71页，节录“les précis AFNOR/NATHAN - METALLURGIE （élaboration, structures-propriétés, normalisation）”，2005版，ISBN AFNOR: 978-2-12-260131-0，清楚地描述了对于冷轧在退火的情况下的这些热效应（至少包括带的恢复阶段和部分或完全再结晶阶段，实际上甚至还有晶粒长大阶段）。

恢复速度的变化也取决于处理的热动力学，取决于：

·在炉上游所实施的轧制操作产生的加工硬化程度。已知轧制厚度减小的程度越大，则在所处理的带材料的晶体结构组织中由轧制的厚度减小引起的不连续缺陷越多，对应于所处理的带的结构性材料中的更多或更少的能量蓄积。此能量在退火期间并且尤其在恢复期间释放；应当注意，晶体结构的此改变的动态取决于轧制产生的加工硬化程度；

·炉温度；

·加热持续时间。

在潜在退火的这些最后的方面之后，本发明提出根据本发明的设备因此可能具有炉的至少一个区段包括用于加热（和/或用于冷却）带的机构，其确保在通常不到两分钟期间将带温度控制成高于所处理的带的结构性材料中的至少部分再结晶的最低温度（理想地高于500℃），轧制装置呈现出（带的）大于5%，实际上甚至高达至少40%的很大程度的（厚度）减小。

类似地，根据本发明的设备因此能够具有炉的一个区段包括至少用于加热（和/或用于冷却）带的机构，其确保在通常不到两分钟期间将带温度控制成高于带的至少部分再结晶和/或直到晶粒长大的最低温度（理想地高于500℃），轧制装置体现出（带的）大于5%，实际上甚至高达至少40%的很大程度的（厚度）减小。

以供参考，再结晶温度值通常处在500℃与850℃之间，并且与晶粒长大温度相关联的值更高，能够达到并且超过900℃。

应当指出，根据针对实现温度控制（例如控制至少一个热循环（恢复阶段，以及然后如果需要，再结晶阶段，晶粒长大阶段））的目的所推荐的加热（和/或冷却）机构，在炉中安置辐射元件（例如管）和/或感应器。使用感应器通常比使用辐射元件更贵，尤其是在能耗方面。因此，在炉中设置辐射元件的情况下，应当指出的是，酸洗单元出口处的轧制装置（例如平整轧制装置）使得尤其有可能修整（加大）经轧制的带的表面粗糙度，即，表面粗糙度改变带的发射系数，也就是说，处在不是非常粗糙的表面状态的带更容易传回由辐射热发射器所发射的热辐射，而相反，如果表面是粗糙的，则带将更好地吸收所辐射的热量。为此原因，因此炉上游的轧制装置使得有可能优化（实际上甚至缩短）本发明所期望的热循环。