本发明涉及一种对钢片进行连续涂镀的设备,特别涉及一种既可进行热浸涂镀,又可进行真空蒸镀的两用连续涂镀设备。 我们知道,可用三种方法对钢片表面涂镀锌,铝或类似金属,这三种方法分别是:热浸涂镀,电解涂镀(电镀)以及真空蒸镀。其中,电镀在本发明的考虑之外,这是由于它需要使用电流。当前在工业中广泛应用的热浸涂镀方法,是在含氢气体(通常为氢氮混合气体)中将钢带加热至700℃左右,以便活化其表面,并同时退火,之后,将其浸入熔化的金属涂镀浴槽,通过气体擦拭法完成涂镀量的控制,即,一当钢带从浴槽中抽出,马上控制空气一类的气流从几个喷嘴吹到复盖在钢带上的熔化金属膜上,通过调节气体流速,气体压力,喷嘴到钢带之间的距离等参数,得到所要求的镀层厚度。热浸涂镀法存在下列问题:(1)以现有的气体擦拭技术很难控制涂镀量少于30克/米2因此,涂镀量少于30克/米2的电镀钢片通常采用电解涂镀方法生产。(2)由于钢片浸入涂镀浴槽,所以热浸涂镀法不能生产仅仅一面涂镀的钢片,或两面涂镀不同厚度的钢片。通过以下方法可生产仅仅一面涂镀的钢片:首先两面涂镀,之后将一面的镀层除掉;或者,将钢片一面涂上一种能防止涂镀的媒介,并于热浸涂镀之后将其除去,通过这种方法完成钢片的一面涂镀,然而这两种方法都是工艺复杂、极不经济。可以设想采用如下方法生产两面涂镀不同厚度层地钢片:在气体擦拭阶段,应用不同工作状态的气流吹到相应两侧,控制熔化的金属以不同的厚度粘结到钢片的两面上。然而,由于钢片的振动以及喷嘴到钢片的距离不能满意地调节,这一设想在实际上并不可行。
与之相反,真空蒸镀方法具有如下特点:(1)可很容易地进行每一个单面的及双面蒸镀,这是由于钢片的每一侧分别地由金属蒸汽淀积涂镀的。对钢片两面进行蒸镀时,通过改变对每一面的淀积条件可以容易地蒸镀不同厚度。(2)可以快速地进行薄层蒸镀。然而,采用这种方法不能得到如采用热浸涂镀法所能达到的镀层厚度,这是由于,当金属在钢片表面上淀积时,由于凝固潜热,使钢片温度上升,而且淀积金属和钢片通过相互扩散而合金化,这样,有镀层的钢片的可加工性被削弱,举例来说,0.3mm厚的钢片基体在250℃作100克/米2的两面镀锌的真空蒸镀时,由于凝固潜热,使钢片基体的温度从大约300℃升高到大约550℃,并因此使钢和锌合金化(薄层蒸镀时,温度不会升高这么多)。
因此,必须根据产品要求正确选择使用热浸涂镀及真空蒸镀。然而,实行这两种工艺方法的设备完全不同,并且通常安装在不同的场所。如果能将这两种类型的设备结合成可选择转换的、分别进行两种涂镀工艺的单一设备,那将是十分方便的。
通过将气体还原退火连续热浸涂镀设备的气体还原退火炉和连续真空蒸镀设备的真空淀积室连接起来的办法,可以完成连续热浸涂镀设备及连续真空蒸镀设备的结合。然而,如果直接把气体还原连续热浸涂镀设备的气体还原退火炉和连续真空蒸镀设备的真空淀积室连接起来,则气体还原退火炉中的含氢气体将会被吸入到真空淀积室中。这时,如果出现漏泄,使空气被抽入真空淀积室,则有爆炸的危险。本发明就是为了解决这一问题,从而能将连续热浸涂镀设备和连续真空蒸镀设备结合在一起。
上述这一问题可采用下面办法解决:在气体还原退火炉出口处设置一个增压腔,腔内维持高于气体还原退火炉内压的一个压力。
本发明提出一种两用连续涂镀设备,用于热浸涂镀及真空蒸镀,其特征是:气体还原退火连续热浸涂镀设备的气体还原退火炉的出口和连续真空蒸镀设备的密封辊腔的入口之间,通过一个增压腔连接起来。
这一增压腔最好是可拆卸地连接,同时,气体还原退火炉和该增压腔最好用一可拆卸的管道装置连接,而且,增压腔最好装有一个压力调节安全阀。
下面参照附图对本发明作详细说明。
图1为一示出本发明设备基本原理的纵剖面简图。
图2和图3为示出结合到本发明设备中的连续真空蒸镀设备中的一个实例中的密封辊机构的剖视图。
图1中的连续热浸涂镀设备例如是Zendzimir型式的。在接近气体还原退火炉(2)的出口(5)处的底部装有一鼻形部件(3)。该鼻部件的末端浸入一个熔化金属涂镀浴槽(4)中,这种设备在本技术领域中已为有关技术人员所熟知,并且已经在例如1958年7月出版的“金属工业”(metal industry)中作过说明。
一条带状钢片(1)从左侧入口被连续地引入气体还原退火炉中,并在其中清除钢片表面上的氧化物,同时进行退火,之后钢带浸入到熔化的金属涂镀浴槽(4)中。
连续真空蒸镀设备(Ⅱ)最近又得到了发展,并且提出几种新型式。其中之一是在日本专利公开说明书第113179/84号中公布的。在这里示出的连续真空蒸镀设备包括:两个真空淀积室(10)、(10′);密封辊腔(9)、(9′),分别连接到相应的一个真空淀积室;以及另一个密封辊腔(11),位于两个真空淀积室之间;所述真空淀积室(10)、(10′)易于抽成真空,其中装有蒸发装置(12)、(12′);位于真空淀积室外部的熔锅(13)、(13′)供给蒸发装置(12)、(12′)熔化的金属;淀积室(10)、(10′)保持在减压状态,并以适当手段加热,例如可用电阻加热器,电子束加热器之类的方式(图中未示出)。
图中示出的装置中有两个真空淀积室,第一个位于上部,第二个在下部,但是,这两个淀积室也可布置成第二个位于第一个的上部,或者两个淀积室位于同一水平线,如果仅仅对钢带一侧蒸镀而不考虑双面镀的话,则仅用一个真空淀积室就足够了。
密封辊腔(9)、(9′)是一种在维持真空淀积室的真空度情况下,连续地引入及抽出钢带的装置,其结构可以是例如图2、图3所示。图2是一个密封辊腔的纵剖视图。其中,密封辊腔是一个具有矩形横截面的纵长箱体,它由多个单元外壳(90)构成,这些单元外壳(90)均分别装有一对支撑于侧壁上的夹送辊(91);单元外壳(90)还具有密封壁(93)以及一个抽气管道(98)。
如图所示的密封壁(93)呈檐槽形状,其边沿尽可能地靠近夹送辊(91),加热装置(92)可以装在密封壁内和夹送辊内,以便防止金属蒸汽的淀积。
夹送辊(密封辊)两端构造的一种例子如图3所示,它是沿图2中线C-C的剖视图,辊子的一个转动轴(91a)从壳壁伸出,并支撑于一个装有轴密封垫(99)的轴承上,起码轴密封垫(99)与轴(91a)相接触的部分包复有例如金属、碳、碳纤维等已知的防烧蚀材料,在辊子端面和外壳内壁之间装有侧板(94),弹簧(95)插入壳内壁及侧板之间,压紧侧板,所以可维持密封不漏气状态,侧板的接触部分同样以如上所述的方式加以包覆。
通过将多个这样的单元外壳连接在一起,就可达到最大限度地防止淀积室漏泄的效果。
位于真空淀积室(10)、(10′)之间的密封辊腔(11),以相同的方式构成。
通过密封辊腔(9)、钢带(1)进入第一个真空淀积室(10),并在上表面进行蒸镀,之后钢带进入第二真空淀积室(10′),并在其中对其下表面进行蒸镀,然后,通过密封辊室(9′),钢带从设备中导出。可以通过改变两个淀积室的真空淀积条件,蒸镀不同厚度的镀层。
本发明的特征在于,上述的连续热浸涂镀设备和连续真空蒸镀设备之间,通过增压腔(7)连接起来。增压腔(7)以可拆卸的方式构成,并且更可取的是,它通过一个连接管道(6),连接到气体还原退火炉的出口,增压腔(7)是一个气密箱体,最好装有压力调节阀(图中未画出)。增压腔(7)中充有压力高于气体还原退火炉内压的惰性气体,例如氩气或氮气等。部分惰性气体流进还原退火炉,小部分惰性气体逸入密封辊腔,过剩部分的惰性气体从压力调节安全阀放出(如果设有调节安全阀的话)。可是,还原气体却决不会渗透入密封辊腔或真空淀积室。
增压腔与气体还原退火炉(连接管道)和真空淀积室(密封辊腔)之间的连接,是通过在其间插入适当的衬垫,以螺栓或夹具紧固而实现的,如果这一设备设计成第二个真空淀积室安置于第一个真空淀积室的上方,则热浸涂镀后的钢带便可以水平地抽出,即在图中向右方抽出,而不必再向上抽出,故增压腔不必要作成可拆卸式的。
当本发明设备如上所述构成时,不会有含氢气体逸入真空淀积室,因此,即使有一些空气渗入真空淀积室,本设备也是完全没有爆炸危险的。
基于实验,一种大致上如图1所示的设备构成如下:气体还原退火炉全长25m,密封辊腔由7个单元外壳构成,全长11m,设备由碳钢钢板焊接而成,连接管道长约9.5m,气体还原退火炉的出口和增压腔之间,通过插入衬垫,以螺栓把紧它们的法兰盘,而紧固在一起。
连续热浸涂镀设备本身为已知技术,连续真空蒸镀设备为公布在上述日本专利公开说明书第113179/84号中的一个典型例,所以,参照这些公开材料,本技术领域中的有关人员可以毫不费力地构成这一设备。
用上述设备已进行过镀锌操作,其条件如下:
钢带:平整的碳钢,
0.6mm厚×300mm宽
线速度:15米/分
热浸涂镀:
还原气体组分:75%氢-25%氮(体积)
气体还原退火炉温:700℃(钢带温度)。
涂镀溶液组分:市场上可买到的提纯锌加上0.18%铝。
涂镀浴液的温度:450℃-550℃
真空蒸镀:
锌:市场上可买到的电解锌
淀积温度:460℃~470℃
增压腔气体:氮
增压腔压力:大气压加3~10mm水柱。
淀积室真空度:0.01~0.1乇
钢带温度:190℃~280℃
起初,通过断开连接管道,增压腔和气体还原退火炉分开,进行热浸涂镀,由于卸走了连接管道,钢带涂镀后从上方导走,去进行最后的处理。从而得到了和用普通热浸涂镀设备所得到的相同效果。
继而,将连接管道安装就位以便连接气体还原退火炉和增压腔。这样,设备转换到真空蒸镀模式并进行真空蒸镀,进而得到了和用单独的真空蒸镀设备所得到的相同效果。