CN103512722A - 一种控制热浸镀镀层厚度的模拟方法及其模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明控制热浸镀镀层厚度的模拟方法及其模拟装置，本装置包括化学试剂槽、透明滚筒、气刀、漫反射光源、高速相机、电机、气压检测仪表、挡板、风机，透明滚筒设置在化学试剂槽槽内上方，设置电机驱动透明滚筒，表面设气压检测仪表，内部设漫反射光源，滚筒一侧设置气刀，气刀侧透明滚筒上方设置高速相机。模拟方法：（1）化学试剂槽中注入模拟镀液，启动气体压力检测仪表、气刀、电机，模拟动态热镀锌过程；（2）启动高速相机采集图像，采集数据，对比模拟镀液涂层厚度与图像灰度对应数据表分析数据；（3）收集模拟镀液，循环作业。应用本发明参数优化减少重复实验次数，提高工作效率，节约热镀锌实验用带钢和原料的消耗。
Description
技术领域
本发明属于热镀锌领域，尤其涉及热浸镀锌控制镀层厚度的动态模拟方法及其实验装置。
背景技术
在热镀锌工艺发展中，为了克服锌层厚度控制不精确，锌层较厚且不均匀的弊端，出现了应用流体冲击学控制锌层厚度的方法。“吹气法热镀锌”。这种方法采用一对横贯整个带钢宽度的缝形喷嘴，喷出连续的像刀一样的扁平气流，把带钢表面的锌液吹刮掉，在带钢表面留下均匀、适量的锌层，并让多余的锌液流回锌锅，这种装置称之为“气刀”。引入气刀控制带钢锌层厚度后，所产生的热镀锌钢板锌层精确度可以和电镀锌钢板锌层相媲美，在锌层均匀度方面也毫不逊色，但价格要比电镀锌钢板便宜许多。
由于“吹气法热镀锌”的普及应用，为进一步提高锌层厚度控制精度及均匀度，通过改变气刀和带钢速度等重要因素，来研究产生的气体流场对动态带钢锌层影响的效果，就变得非常重要，越来越多的钢铁企业和研究机构开始着力于开发离线的热镀锌过程模拟实验装置。但是，现有模拟气刀流场对钢板表面作用效果的装置，只限于对水平或垂直的静态钢板表面喷吹气流，并且在没有附着涂层状态下，通过FLUENT有限元软件进行仿真。由于没有检测气压和涂层厚度的仪表，所以无法得到精确的气体压力和涂层厚度的实际数据，也就无法得到气体流场的影响效果。另外，现有的涂层控制模拟装置，仅限于模拟现场实际镀锌生产的模拟机，如东北大学开发了一种板带热镀锌模拟实验机，专利号CN201110042006.1；开发一种实验室用热镀锌模拟机，包括热镀锌实际检测执行装置，专利号CN201010160353.X，以上两种实验装置都是完全再现热镀锌过程，需要大量实验设备且无法精确模拟气刀流场对动态带钢镀层影响效果。
现有的热镀锌过程的实验设备大多是只能建立静态气刀流场的模拟装置，能够模拟实际镀锌生产带钢运动过程中，气刀气流作用机理研究的动态模拟方法几乎没有，并且未设置精确地气刀流场压力检测设备。模拟气刀喷吹对静态带钢影响与实际带钢运动时相比存在一定的误差，因此本发明专利提出建立模拟气刀流场对镀层影响的动态模拟方法及其装置，通过电机带动滚筒作圆周运动，并应用精确的气压检测探头和高速照相机，确定气体压力和涂层厚度实际值。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种动态模拟方法及其模拟装置，为热镀锌的实际生产中，如何调整参数提高镀层厚度精度，以及探究实际镀锌过程产生的缺陷根源提供具有参考价值的数据支持。
本发明控制热浸镀镀层厚度模拟装置包括化学试剂槽、透明滚筒、气刀、漫反射光源、高速相机、变频电机、气压检测仪表、挡板、模拟镀液、风机，透明滚筒设置在化学试剂槽槽内上方，设置电机驱动透明滚筒，透明滚筒表面设置气压检测仪表，透明滚筒内部设置漫反射光源，透明滚筒一侧设置气刀，设置风机控制气刀，气刀一侧透明滚筒上方设置高速相机，另一侧下方设置挡板。
使用控制热浸镀镀层厚度模拟装置实现本发明目的的模拟方法，包括下列步骤：
(1)化学试剂槽中注入模拟镀液，依次启动气体压力检测仪表、气刀、变频电机，变频电机驱动透明滚筒旋转，模拟动态热镀锌过程。随着透明滚筒旋转，浸入模拟镀液的透明滚筒表面会附着一层化学试剂，附着模拟镀液的透明滚筒表面旋转到模拟气刀刀唇位置时，气刀喷吹出气流就会刮掉一层液态模拟镀液，同时气流压力被滚筒上的3个气体压力检测仪表，得到压力数据。
(2)启动高速相机采集图像，对比模拟镀液涂层厚度与图像灰度对应数据表（表1）分析数据。随着滚筒旋转到圆周的1/8处，在透明滚筒内部漫反射光源的照射下，透出的光线就被高速相机扑捉到，通过此处检测到区域平均图像灰度值与表1涂层厚度与图像灰度表对比数据，进行分析可以间接得到液态涂层厚度。
(3)收集模拟镀液，循环作业。附着在滚筒表面的模拟镀液，在挡板处刮掉，完成一次作业；待旋转到化学试剂槽时重新附着模拟镀液，循环作业。
涂层厚度与图像灰度对应数据表获得方法如下：
待透明滚筒旋转一周，将附着的模拟镀液由液体挡板收集到量筒中，检测出其体积，已知滚筒表面积，进而求出此时附着的液态物质平均厚度，再对比由高速相机采集的灰度图像形成数据对比表。
采用本发明的技术方案不仅可实现热镀锌过程模拟，以及影响涂层厚度的重要过程参数优化等研究的实验工作在同一实验过程完成，从而减少重复实验次数，提高工作效率，节约热镀锌实验用带钢和锌原料的消耗，而且明显提高热镀锌锌层形成过程的重现性、稳定性、可比性和模拟效果。
综上所述，本发明的特点是：
（1）由于模拟装置采用标准的实验装置组装而成，简单规范模拟过程相对简单，检测数据由专用信号处理装置处理，准确可靠。测试时间大大缩短，主要化学试剂可循环再利用，节省人力物力和能源消耗。
（2）在气刀参数不变的条件下，通过模拟带钢在不同速度状态，检测压力和涂层厚度数据结果进行比较，可以分析各种速度对气刀流场的影响性能。
（3）在透明滚筒转速不变的条件下，通过改变刀唇缝隙，气刀与透明滚筒表面的距离，气刀出口压力，气刀距液面高度等气刀参数，检测压力和涂层厚度数据结果进行比较，可以分析气刀参数对气刀流场的影响性能。
附图说明
图1为本发明的主剖视图。
图2为本发明的右视图。
图中1为化学试剂槽，2为透明滚筒，3为气刀，4为漫反射光源，5为高速相机，6为电机，7为气压检测仪表，8为挡板，9为模拟镀液，10为风机。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括化学试剂槽1、透明滚筒2、气刀3、漫反射光源4、高速相机5、变频电机6、气压检测仪表7、挡板8，透明滚筒2设置在化学试剂槽1槽内上方，设置电机6驱动透明滚筒2，透明滚筒2表面设置气压检测仪表7，透明滚筒2内部设置漫反射光源4，透明滚筒2一侧设置气刀3，设置风机10控制气刀3，，气刀3一侧透明滚筒2上方1/8处设置高速相机5，另一侧下方设置挡板8。
本发明控制热浸镀镀层厚度的模拟装置的使用方法，
(1)化学试剂槽1中注入模拟镀液9，依次启动气体压力检测仪表、气刀风机10、电机6，电机6驱动透明滚筒2旋转，气刀3和气体压力检测仪7采集数据，此过程模拟动态热镀锌过程。化学试剂槽1中注入二丙撑二醇 (密度为ρ=1023kgm-3，黏度为μ=0.105Pas，表面张力为σ=0.032Nm-1）,此物质具有高粘度、附着性好和良好透光性的特点，透明滚筒2材质为聚甲基丙烯酸甲酯树脂，滚筒内部为空心，内部设置漫反射光源4，随着透明滚筒2旋转，浸入二丙撑二醇的透明滚筒2表面附着一层二丙撑二醇。圆柱滚筒2通过变频电机6驱动，旋转速度可在1.59π/s-3.98π/s之间调节，同时保证外壳的水平。气刀3由上下刀唇组成，附着二丙撑二醇的透明滚筒2表面旋转到气刀3刀唇位置时，气刀3喷吹出气流就会刮掉一层液态试剂二丙撑二醇，同时气流压力通过嵌入在透明滚筒2表面的气体压力检测仪表7检测到压力数据。气刀3刀唇与透明滚筒2的距离可在8mm-20mm之间内调节，并且上下刀唇之间缝隙开度可改变，气刀3的气源来自于变频电机带动的风机10，提供压缩空气，通过风机10转速变化改变气体压力，调节范围在10kpa-30kpa之间。如图2所示，气体压力通过嵌入在滚筒2表面的气压检测仪表7进行检测。
(2)启动高速相机5采集图像，对比模拟镀液涂层厚度与图像灰度对应数据表（表1）分析数据。随着透明滚筒2旋转到圆周的1/8处，在透明滚筒2内部漫反射光源4的照射下，透出的光线就被高速相机5扑捉到，通过此处检测到区域平均图像灰度值与表1涂层厚度与图像灰度对比数据表对比数据，进行分析可以间接得到液态涂层厚度。
(3)收集模拟镀液9，循环作业。附着在透明滚筒2表面的模拟镀液9在挡板8处刮掉，完成一次作业；待旋转到化学试剂槽1时重新附着模拟镀液9，循环作业。
表1 涂层厚度与图像灰度对应数据表
表1中数据是通过实验获得，方法如下：待透明滚筒旋转一周，将附着的模拟镀液9由液体挡板8收集到量筒中，检测出其体积，已知滚筒表面积，进而求出此时附着的液态物质平均厚度，再对比由高速相机5采集的灰度图像形成数据对比表。
Claims (3)
1.一种控制热浸镀镀层厚度的模拟装置，其特征在于本装置包括化学试剂槽（1）、透明滚筒（2）、气刀（3）、漫反射光源（4）、高速相机（5）、电机（6）、气压检测仪表（7）、挡板（8）、风机（10），透明滚筒（2）设置在化学试剂槽（1）槽内上方，设置电机（6）驱动透明滚筒（2），透明滚筒（2）表面设置气压检测仪表（7），透明滚筒（2）内部设置漫反射光源（4），透明滚筒（2）一侧设置气刀（3），设置风机（10）控制气刀（3），气刀（3）一侧透明滚筒（2）上方设置高速相机（5），另一侧透明滚筒（2）侧下方设置挡板（8）。
2.一种控制热浸镀镀层厚度的模拟方法，包括下列步骤：
1)化学试剂槽（1）中注入模拟镀液，启动气体压力检测仪表（7）、气刀（3）、电机（6），驱动透明滚筒（2）旋转，模拟动态热镀锌过程；
2)启动高速相机（5）采集图像，采集数据，对比模拟镀液涂层厚度与图像灰度对应数据表分析数据；
3)收集模拟镀液（9），循环作业。
3.根据权利要求2所述的一种控制热浸镀镀层厚度的模拟方法，其特征在于所述涂层厚度与图像灰度对应数据表获得方法如下：待透明滚筒（2）旋转一周，将附着的模拟镀液（9）由液体挡板（8）收集到量筒中，检测出其体积，已知滚筒表面积，进而求出此时附着的液态物质平均厚度，再对比由高速相机（5）采集的灰度图像形成数据对比表。
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