[發明專利]一種鍍鋅生產線合金化工藝的實驗室模擬設備及方法

有效

• 申請號: 201010100939.7
• 申請日: 2010-01-25
• 公開（公告）號: CN101824589A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 郝曉東;張啟富
• 申請（專利權）人: 中國鋼研科技集團有限公司;新冶高科技集團有限公司
• 主分類號: C23C2/06
• 分類號: C23C2/06;C23C2/40;G01N19/04
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于鍍鋅生產線合金鍍層退火(不同金屬元素合金化擴散)技術領域，特別是提供了一種鍍鋅生產線合金化工藝的實驗室模擬設備及方法。

背景技術

合金化熱鍍鋅鋼板是當前熱鍍鋅鋼板研究中最活躍的領域之一。與普通的熱鍍鋅鋼板相比，它具有更好的耐腐蝕性、耐熱性、涂著性、焊接性和成形性。熱鍍鋅鋼板合金化生產工藝為：經過表面處理后的鋼板進入鋅鍋進行鍍鋅，鍍鋅后的鋼板經過氣刀控制鋅層厚度。此時，鍍鋅鋼板的表面溫度約為420℃，到鋅鍋上面的合金化爐之前，溫度將會降到約370℃，在合金化爐內將會在1-2s內快速升溫到合金化溫度，一般為520℃-550℃。然后，經過保溫爐進行擴散退火處理，通過Fe和Zn的相互擴散，使鋅層轉變成Fe-Zn合金層，生成η、ζ、δ(包括δ_1k和δ_1p)、Γ₁等鍍層組織。由于鍍層由多種金屬間化合物組成，鋅鐵合金相的生長機理復雜，鋼帶入爐溫度、合金化時間、起始合金化溫度、保溫時間、冷卻速度、鍍層厚度、鋼帶表面組織遺傳、表面缺陷等方面對于鍍層的耐腐蝕性、涂裝性、焊接性等性能關系復雜。

國際研究者對于鍍鋅生產線合金化工藝的研究主要采用兩種工藝方法：1)采用大型生產線和中試生產線的方法，直接進行合金化鍍層的在線生產與研究。這種方式耗資巨大，參與人員眾多，工藝參數調整復雜，只能作為已經成熟產品的調試工作，并不適合進行合金化工藝研究；2)采用實驗室設備進行模擬研究的方法。實驗室的合金化研究裝置一般為單臺電阻式加熱爐，電阻加熱方式存在升溫速度緩慢、整體維修復雜、溫度調節滯后等問題。由于大工業生產線的合金化加熱速度一般在100℃/s以上，對于碳棒電阻加熱方式無法達到。另外，電阻式加熱爐只能單純地設定一個合金化保溫溫度和保溫時間，無法模擬鋼帶入爐溫度、起始合金化溫度、冷卻速度等關鍵參數，存在諸多不確定因素和數據誤差，難以實現對于現場工藝的有效模擬研究。

發明內容

本發明的目的是提供一種鍍鋅生產線合金化工藝的實驗室模擬設備及方法，實現了模擬機各個控制參數和控制方式與鍍鋅生產線合金化工藝參數一一對應，設備結構簡單，實用性強，準確性高，試樣溫度精度在2℃范圍內。控制試樣均熱區在100mm×100mm范圍，同時試驗過程清潔無任何聲、光、電的污染，可實現在實驗室條件下對于鍍鋅生產線合金化工藝的實驗室模擬研究。

本發明的設備包括空壓系統、空氣壓力調節器、冷卻器、熱電偶、試樣、驅動裝置、紅外加熱爐、電磁感應爐、雙色紅外測溫儀、驅動電機。實驗裝置成線性排列，中間為紅外加熱爐，其前面為冷卻器，冷卻器連接空氣壓力調節器和空壓系統，紅外加熱爐后面為電磁感應爐，電磁感應爐內部鑲嵌雙色紅外測溫儀，焊接熱電偶的試樣在驅動裝置和驅動電機的帶動下，在紅外加熱爐、冷卻器和電磁感應爐內部往復運動。

本發明的方法是，采用熱電偶測溫與雙色紅外測溫儀相結合的測溫和控溫方式，同時對處于電磁感應爐內的試樣進行溫度測量和控制，避免了電磁場對溫度測量精度的影響；工藝步驟如下：

a、將試樣(5)安裝于驅動裝置(6)的夾具之中，將熱電偶(4)(視工藝要求的不同，可自由選取鉑鐒合金、鎳鉻鎳硅等測溫熱電偶)點焊于試樣(5)(上下表面各一組)，接通信號電路；式樣寬度為200mm、長度為200mm，保證邊部垂直度±2mm、邊部平行度±1mm；

b、按照鍍鋅生產線的合金化工藝要求或者按照合金鍍層退火工藝的研究要求，調整中頻電磁感應爐(8)的輸出功率(1％-100％)和輸出時間(1s-30s)，調整紅外加熱爐(7)輸出功率(1％-100％)和輸出時間；

c、驅動裝置(6)驅動試樣(5)按照鍍鋅生產線的合金化工藝要求，以一定速度(1m/min-100m/min)在不同設備內運行；

d、鍍層在完成合金化工藝后，生成不同比例的擴散相，例如，視合金化參數不同，生成η、ζ-FeZn₁₃、δ-FeZn₇、Γ-Fe₃Zn₁₀等合金相。