【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在金属产品(尤其钢)例如在热处理炉内的过程中暴露于对其部分成分具有氧化性的气氛中后剥除覆盖金属产品表面的氧化层的方法和装置。
技术介绍
1、在下文中，本专利技术的优选应用为所有类型(奥氏体、铁素体、奥氏体-铁素体等)的不锈钢带材和不锈钢片材(热轧钢或冷弯型钢)领域。然而，需要理解的是，这并不构成任何限制，本专利技术还可应用于与不锈钢带材和不锈钢片材，尤其与各种碳钢和特种合金(尤其铁合金)存在类似技术问题的其他金属。在对所述装置进行对本领域技术人员而言显而易见的适应性改造后，本专利技术还可应用于带材和片材之外的产品，如丝材与焊接及无缝管材。
2、不锈钢片材和不锈钢带材常需经受导致其表面因与空气等氧化性气氛接触而在高温下形成非所需的氧化层的处理。此类氧化层的组成随基底金属的组成及其形成条件的不同而存在显著差异。在最常见的情况下，以铁(fe)、铬(cr)、锰(mn)及硅(si)的氧化物为主。
3、导致氧化物形成的上述处理一般为，但不限于：半成品(锭、板坯、大方坯、小方坯)热轧前的再加热；热轧后开放性地处于空气中的时间段；带材或片材在冷轧周期(分为一个或多个阶段，部分阶段之间还可进行中间退火工艺)之前，和/或冷轧周期过程中，和/或冷轧周期之后经受的各种温度为数百度且所处气氛的惰性或还原性不足的各种退火工艺。理所当然地，在片材或带材变为可用产品或半成品(可随时经受使其成为可用产品的最终成型操作)之前，必须去除此类非所需氧化物。除此之外，在首个冷轧阶段之前去除此类氧化物也往往较为重要，以防其在轧制过
4、必须理解的是，此处所谓的“非所需氧化层”并非指在室温下空气中自发形成于不锈钢表面的基于氧化铬的薄层(称为“钝化层”)，该层对不锈钢形成保护，防止其氧化。造成问题的待去除氧化层为带材处于高温氧化性气氛下时形成的氧化层。在去除该层后，将露出不锈钢表面，其上会再次快速且自发地形成保护性氧化铬钝化层，从而使得钢材在正常使用条件下再次呈现“不锈”特性。
5、通过喷丸(向待处理表面上抛射硬质球丸)和/或氧化物破碎操作(将带材在成对的辊件之间通过，以使得辊件对其进行弯曲、压紧及牵拉处理)进行机械式去氧化皮，可使得大部分氧化物破碎且易于例如去除(如刷除)，但可能不足以完全去除氧化物。喷丸操作还存在增大表面粗糙度的缺点，当这一缺点为工艺所不能容忍时，对片材或带材进行的后续操作可能无法使其得以纠正。
6、在最常见的情形中，非所需的氧化层通过化学或电解剥除法，或者通过先后执行此类剥除操作的方式去除。
7、化学剥除在一个或多个氢氟酸浴、盐酸浴、硫酸浴或硝酸浴中进行。电解剥除一般在硫酸钠浴或酸浴(硝酸浴或硫酸浴)中进行。
8、通过此类剥除操作所获得的带材或片材的表面光洁度通常划分成各种标准类别：
9、光洁度1d：经过热轧、退火及剥除的产品，剥除一般为化学剥除，化学剥除之前一般还进行机械剥除(氧化物破碎、喷丸)；
10、光洁度2b：经过退火、剥除(一般为电解剥除和化学剥除)以及平整(一种提高带材平坦度且减小带材粗糙度的加工硬化轧制工艺，产品厚度减小率较低，一般为若干％)的产品；
11、光洁度2d：经过退火和剥除且未经过平整的冷轧产品；
12、光洁度2e：经过退火、喷丸及剥除且未经过平整的冷轧产品。
13、在去除非所需氧化物方面，化学剥除是最为激进的方法，但是其存在许多缺点。
14、该方法消耗大量的酸，而且这些酸最多仅存在有限的可能性得以部分回收，以供后续重新使用。
15、该方法所需的设施，即一系列的剥除浴及其辅助设备，不但昂贵，而且繁琐。此外，化学剥除工厂内常需设置达200米长的传送带。
16、此类装置需使用有害产品，尤其氢氟酸。其污染性的液体和固体排放物(含剥除液与氧化物混杂的泥浆)必须根据严格的法规进行存放和再处理，而且此类法规的严格程度将来只会越来越高，从而使得成本高。此外，酸浴在受热时会放出酸性蒸气，此类蒸气必须加以中和。另外，硝酸为必须在采集后加以处理的nox排放物的一种来源。
17、除此之外使用的电解剥除法在带材或片材浸入剥除浴的同时进行，此类剥除浴一般基于硫酸钠、硝酸或硫酸，这些物质在使用后同样需要再处理。电解剥除需要使用非常昂贵的设备，而且此类设备需要耗费相对较多的电能。电解剥除法可辅以化学酸剥除法，该方法的严重程度比单独使用化学剥除法时为轻，但同样存在与上述相同的缺点。电解剥除也会产生必须进行存放和再处理的泥浆，而且使用后的剥除浴必须进行再处理。虽然电解剥除法的泥浆和剥除浴再处理的成本、危险性以及复杂性低于使用酸浴的化学剥除法，但仍然对该方法的应用构成较为严重的限制。
18、最后，剥除液中溶解的六价铬会对人员和环境造成严重健康风险，必须对其在液体中的存在水平以及人员的暴露进行测量和监控。
19、因此，专利技术人对以使用激光的方法至少在某些情形中代替金属产品的化学或电解剥除法的可能性进行了检验。《激光清洁》(laser cleaning)(鲍里斯(boris)·卢基扬丘克(luk'yanchuk)，2002年12月，isbn：978-981-02-4941-0)这一经典著作讨论了这种可能性，尤其在清洁艺术品及建筑物方面(也就是说，相对较小的固定表面)的可能性(尤其见第二章：《表面污染的激光清洁实验研究概述》)。其中，通过将激光束投射至待清洁表面，可实现氧化层的脱离。
20、通过这种方式，可避免使用酸和/或硫酸盐，从而无需对污染性的有害泥浆和液体进行再处理，仅需例如通过抽吸收集脱离后的氧化物即可。此外，还可对收集后的氧化物优选通过干法进行再处理，以对其所含的金属进行回收和再生。如此，可确保人员及车间环境的安全。就激光操作的电力成本并不太高，尤其与电解剥除法所需的电力成本相比并不太高这一事实而论，整个激光表面清洁操作还具有总体能量平衡优于湿法(化学法和/或电解法)清洁的优点。与包括一系列剥除浴的剥除装置相比，激光清洁装置可能会小巧得多，从而在装置搭建时的土木工程作业成本方面具有显而易见的优点。在使用脉冲激光器的情况下，可以以高自主性的方式在极短的时间内发出高频率高水平的能量，而且此类激光器的使用寿命在无任何特殊维护的情况下可长达数年。
21、然而，现有技术与二氧化碳激光器或准分子激光器的结合使用无法在工业规模产线上针对带材或片材获得最佳效果，其原因在于，由于现有产线高速运行，因此维护工作繁重，需要激光器连续操作，脉冲太长，以及因使用多台激光器而运行成本较高。此外，此类方案根据带材的宽度和长度假设其具有均一的表面状况(见ep0927595a1)，而且往往假设产线速度固定。对于同一带材，如果产线速度因特定原因而发生变化时，机器惯性，尤其生产炉的惯性将会导致氧化层(的厚度或类型)发生变化。虽然之前将待去除氧化层的特性和厚度视为已知，但如今这些参数已发生变化，而且脉冲频率或能量的适应性仅在氧化层不变的情况下(然而，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于对表面具有氧化层的正在移动的金属产品(3)进行剥除的方法，其特征在于，所述方法使用至少一个剥除激光器(13)来进行激光剥除，其中，所述方法包括对正在移动的所述产品的前后连续的多个区段中的每一个区段相继执行以下步骤：
2.根据权利要求1所述的剥除方法，其特征在于，所述分析激光脉冲的发射在所述分段内形成了位于所述氧化层下方的金属已被受损的受损区域，其中，所述方法进一步包括：根据所述图像，确定所述受损区域的代表尺寸；以及根据所述受损区域的所述代表尺寸以及与所述分析激光脉冲的所述能量分布相关的信息，评估金属致伤能量密度阈值，其中，所述金属致伤能量密度阈值对应于一能量密度，其中超出该能量密度后便会观察到所述氧化层下方的所述金属产品(3)的所述表面的劣化。
3.根据权利要求2所述的剥除方法，其特征在于，进一步包括：向所述发射系统(20)发送所述致伤能量密度阈值，其中，在所述正在移动的金属产品(3)的下一区段，所述发射系统(20)所发射的分析激光脉冲的能量被调适至使得处于所述分析激光脉冲作用下的分段的任何一点处的能量密度低于所述致伤能量密度阈值。
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