CN108300953A - 锌液净化装置及其净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锌液净化装置及其净化方法，该装置包括锌锅、泡沫陶瓷净化室、保温室、电磁净化通道和锌液回流管。该方法包括如下步骤：锌液泵从锌锅内连续不断的抽取锌液到锌锅外，通过管道进入带液位计的泡沫陶瓷净化室；锌液从泡沫陶瓷净化室底部的锌液流出口进入中间的保温室；锌液通过保温室的通道闸门控制流向不同的电磁净化通道进行电磁净化，以去除小颗粒的锌渣，而后回流入锌锅，实现锌渣连续去除。本发明的有益效果在于：采用泡沫陶瓷筒进行大颗粒锌渣的过滤，大大增加了过滤面积，提高锌渣去除率；采用足够大的中间保温室，使得在线更换泡沫陶瓷筒和扁平状电磁净化的网孔陶瓷分开操作，互不影响，充分保证锌渣去除的连续性。

Description

锌液净化装置及其净化方法

技术领域

本发明涉及热镀锌领域，尤其涉及锌锅锌渣的净化方法和装置。

背景技术

现代化的钢铁企业均普遍采用连续热镀锌工艺用于生产家电板、建筑用板和汽车板等，随着技术和市场需求的不断发展，热镀锌板的镀层也从最初的纯锌镀层GI，逐步发展出多种更高抗腐蚀和抗深冲粉化性能的镀层产品，比如常见的GA(Galvaneal)、GF(Galfan)、GL(Galvalume)等合金镀层。但热镀锌钢板的技术进步已不仅仅局限于镀层的抗腐蚀性能改善，比如家电面板钢和汽车外板钢等对高表面质量提出了很高的要求。尽管诸如汽车外板钢的表面质量最近若干年得到了很大提高，但总体看上，生产高表面质量的热镀锌板仍是一个严重挑战。这其中，锌渣缺陷是影响高表面质量热镀锌板的最重要因素。

众所周知，热镀锌工艺是带钢经过锌锅完成的。锌锅内的锌液和铝成分在高温下(约450℃，镀铝锅温度更高达650℃)特别活泼，与带钢带入的Fe元素发生复杂的化学反应，从而形成Zn-Fe-Al系三元金属化合物，即锌渣。根据锌渣密度的不同，可分为面渣、悬浮渣和底渣三类。锌渣的形成不仅消耗了大量的锌，一旦沉积或粘连在锌锅内的沉没辊或钢板上就会严重影响钢板的表面质量，因此避免锌渣缺陷对于高表面质量热镀锌钢板的生产十分关键。目前，针对锌渣主要采取“防”的办法，比如严格控制锌液温度和浸镀时间等工艺参数、采用感应加热陶瓷锌锅替代铁质锌锅等，目的是抑制带钢表面Fe元素的溶解和Fe-Zn的反应速度，从源头上减少锌渣的形成。而一旦锌渣形成后，最常见的措施是通过人工或机械手从锌液表面捞取面渣；当生产停机时通过机械捞取底渣，或者通过精确控制锌液中Al含量促使底渣转化为面渣去除。但人工和机械捞渣对危害更大的悬浮渣没有任何作用，还不可避免地随锌渣夹带出大量的纯锌，造成锌这一紧缺资源的巨大浪费。

为此，现有技术中提出了多种多样的锌渣分离方法和装置。中国专利CN201110045122.9和CN201110045097.4公开了一种放入式锌渣去除方法，其核心发明要点是让锌液通过一放入锌锅内的循环冷却装置降温并析出锌渣。该方法利用外部装置放入锌锅中，占用了锌锅容积，存在污染锌液的风险，且循环冷却装置干扰了整个锌锅的温度分布，对钢板镀锌质量产生影响。专利CN201210525392.4公开了一种把锌液从锌锅抽到离心旋流器中，通过高速旋转的离心作用去除锌渣的办法，该专利适合于颗粒比较大的锌渣去除，对密度比较接近的小颗粒悬浮锌渣去除效果不佳，且通过高速旋流的锌液降温比较大，再回流至锌锅对温度分布产生不良影响。

近年来，在铝合金冶炼和铸造领域，电磁分离净化技术得到成功应用。该技术利用金属液和非金属夹杂物的电导率的差异性，通过施加电磁场在金属液中建立一定的电磁压力梯度，使得其中导电性差的非金属夹杂物受到周围金属液的电磁挤压力而发生向表面迁移运动，从而被外部耐材吸附去除。电磁分离净化技术具备无污染和高效去除的优点。专利CN201210411063.7公开了一种结合电磁净化和离心作用的锌渣去除方法。该专利虽然组合了泡沫陶瓷过滤、电磁净化过滤以及离心作用过滤等多种方法，提高了锌渣的去除效率，但公认的是泡沫陶瓷过滤和电磁净化过滤的多孔陶瓷在吸附的锌渣积累到一定数量时，必须进行更换，此时的电磁净化只能中断，不能做到锌渣的连续分离；同时，该专利对电磁过滤和离心作用的滚筒未做尺寸限制说明，尤其是圆形滚筒的尺寸若过大，电磁场存在一个电磁透入深度，无法实现电磁场对滚筒内部锌液的过滤，其锌渣去除效率大打折扣。专利CN201220493024.1、CN201220492716.4、CN201220488069.X、则公开了一种带电磁感应线圈和提篮的锌锅，虽可实现快速更换，但仍不是连续的去除，且同样存在提篮尺寸大与电磁场透入深度小的矛盾，锌渣去除效率不高。中国专利CN200510028882.3、CN200510028881.9、CN200710038602.6、CN200920067316.7公开的锌渣电磁净化方法和装置同样无法实现锌渣连续去除。中国专利CN200710041706.2、CN200710041702.4则公开了一种双通道的锌渣电磁净化方法和装置，虽可完全实现了锌渣的连续净化，但该专利的双通道系统需要完全独立的电磁系统，否则无法实现在线切换，增加了系统复杂性和造价。

现有技术中，带钢从加热炉加热后进入锌锅，再通过沉没辊转向离开锌锅完成热镀锌。从上文的论述可知，带钢表面的Fe元素在高温锌锅内(450℃以上)与锌液发生反应生成Fe-Zn或Fe-Zn-Al化合物，即锌渣。锌渣按类型可分为面渣、悬浮渣和底渣三种，且三种锌渣均可能粘附在带钢上形成锌渣缺陷，因而在热镀锌过程中应尽量避免和去除。底渣一般颗粒较大，密度大于锌液，会不断沉积于锌锅底部，可定期停机清理；面渣的颗粒较小，密度比锌液小，漂浮于锌液表面，一般通过表面人工或机械扒渣及时去除；悬浮渣的颗粒和密度处于面渣和底渣之间，在现有的热镀锌技术中，无法在线清除，因而相比面渣和底渣而言，悬浮渣对带钢表面质量的影响也显著。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高去除率且能在线快速更换的锌液净化方法与装置，使得热镀锌液通过锌液泵抽取到锌锅外，进入一带液位计的泡沫陶瓷筒净化室，再经由一中间保温室，进入多个带闸门的相互连接的扁平状电磁净化通道后回流锌锅，可实现锌渣的高效率去除且能在线更换，实现高效连续的锌渣去除。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种锌液净化装置，其包括：锌锅、泡沫陶瓷净化室、保温室、电磁净化通道和锌液回流管，所述保温室设置于锌锅的口部，所述泡沫陶瓷净化室设置于保温室的侧部，所述电磁净化通道设置于保温室的口部，所述锌液回流管的一端连通在电磁净化通道上，另一端延伸至锌锅内，所述泡沫陶瓷净化室和锌锅之间设有管道，所述管道的上部设有锌液泵。

作为优选方案，所述泡沫陶瓷净化室包括净化室主体、盖板、泡沫陶瓷筒、中央底座和锌液流出口，所述盖板设置净化室主体的口部，所述泡沫陶瓷筒设置于盖板的内侧，所述中央底座设置于泡沫陶瓷筒的底部，所述锌液流出口设置于净化室主体的底部，且锌液流出口位于中央底座的外侧。

作为优选方案，所述盖板的内侧还设有液位计，所述液位计位于泡沫陶瓷筒的内侧。

作为优选方案，所述保温室的口部设有通道闸门。

作为优选方案，所述电磁净化通道包括两个电磁感应线圈和设置于两个所述电磁感应线圈之间的网孔陶瓷，所述网孔陶瓷与锌液回流管相连接。

一种基于前述的锌液净化装置锌液净化方法，其包括如下步骤：

利用锌液泵从锌锅内连续不断的抽取锌液到锌锅外，通过管道进入带液位计的泡沫陶瓷净化室，其内有一泡沫陶瓷筒座装于净化室底部的中央底座上。锌液首先进入的是泡沫陶瓷筒的内圆柱腔内，流经泡沫陶瓷过滤掉大颗粒锌渣后进入泡沫陶瓷筒的外周所在的净化室空间内，且在净化室的底部凸台中央外周开有多个锌液流出口。液位计安装于净化室盖板上，用于检测泡沫陶瓷筒内圆柱腔内的锌液面高度。当泡沫陶瓷筒内的锌液面高度超过设定高度时，说明泡沫陶瓷筒吸附大颗粒锌渣已到一定数量，并阻碍了锌液的过滤流量，此时关闭锌液泵进行泡沫陶瓷筒更换。

锌液从泡沫陶瓷净化室底部的锌液流出口进入中间的保温室，保温室的容积要足够大，足以保证在更换泡沫陶瓷筒时，保温室内的锌液不断流。

锌液保温室的一侧与多个扁平状电磁净化通道连接，锌液通过通道闸门控制流向不同的扁平状电磁进化通道进行电磁净化去除小颗粒的锌渣，而后回流锌锅实现锌渣连续去除。多个扁平状电磁净化通道为双层或多层网孔陶瓷构成，其外由相互并联或串联的扁平状电磁感应线圈包围，且仅由一套供电电源供电。当电磁感应线圈通电后，产生电磁场对扁平状网孔陶瓷内的锌液建立电磁压力梯度，因锌液和锌渣之间导电特性的不同产生的电磁压力作用，锌渣在电磁压力作用下由内向外迁移至网孔陶瓷壁面被吸附去除。当扁平状网孔陶瓷的壁面吸附锌渣至一定数量时，可通过关闭保温室侧壁上的闸门关断该净化通道即可实现在线快速更换，不同电磁净化通道可控制不同闸门逐个更换，而又保证整个锌渣去除过程连续不间断。

本发明的有益效果在于：

1、采用泡沫陶瓷筒进行大颗粒锌渣的过滤，大大增加了过滤面积，提高锌渣去除率；

2、采用足够大的中间保温室，使得在线更换泡沫陶瓷筒和扁平状电磁净化的网孔陶瓷分开操作，互不影响，充分保证锌渣去除的连续性；

3、采用多个相互并联和串联的扁平状电磁感应线圈对扁平状网孔陶瓷内的锌液进行电磁净化作用，有利于提高电磁场的穿透效果，大大提高锌渣去除效率，且在线更换扁平状网孔陶瓷并不需要电磁感应线圈的断电操作，仅仅需一套供电电源即可。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的锌液净化装置的立面示意图；

图2为本发明锌液净化装置的俯视图；

图3为本发明中电磁净化原理说明图；

图4为本发明中扁平状的网孔陶瓷结构示意图；

图中：1、带钢；2、锌锅；3、沉没辊；4、锌液泵；5、管道；6、泡沫陶瓷净化室；7、保温室；8、电磁净化通道；9、通道闸门；10、锌液回流管；11、连接电缆；12、供电电源；61、净化室主体；62、盖板；63、泡沫陶瓷筒；64、中央底座；65、液位计；66、锌液流出口；81、电磁感应线圈；82、网孔陶瓷；821、网孔；822、锌渣。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的一种锌液净化装置，其结构如图1和2所示，包括：锌锅2、泡沫陶瓷净化室6、保温室7、电磁净化通道8和锌液回流管10，保温室7设置于锌锅2的口部，泡沫陶瓷净化室6设置于保温室7的侧部，电磁净化通道8设置于保温室7的口部，锌液回流管10的一端连通在电磁净化通道8上，另一端延伸至锌锅2内，泡沫陶瓷净化室6和锌锅2之间设有管道5，管道5的上部设有锌液泵4。

泡沫陶瓷净化室6包括净化室主体61、盖板62、泡沫陶瓷筒63、中央底座64和锌液流出口66，盖板62设置净化室主体61的口部，泡沫陶瓷筒63设置于盖板62的内侧，中央底座64设置于泡沫陶瓷筒63的底部，锌液流出口66设置于净化室主体61的底部，且锌液流出口66位于中央底座64的外侧，盖板62的内侧还设有液位计65，液位计65位于泡沫陶瓷筒63的内侧。净化室主体61底部的中央底座64的高度应根据净化室的理想的锌液面高度情况确定，一般选择在0～200mm的范围，优选的是50～100mm。

泡沫陶瓷筒63由多孔海绵状的泡沫陶瓷制成，锌液通过管道进入其内圆柱腔内，流经泡沫陶瓷会过滤掉大颗粒锌渣。液位计65可以用于检测泡沫陶瓷筒63内腔内的锌液面高度。

根据预先设计好的锌液泵4的流量和泡沫陶瓷筒63内的锌液面高度，预设定锌液位的高度最大阈值，当锌液面高度超出最大阈值时，说明泡沫陶瓷筒63吸附大颗粒锌渣已到一定数量，并阻碍了锌液的过滤流量，此时关闭锌液泵进行泡沫陶瓷筒63更换。

泡沫陶瓷筒相比现有技术中的陶瓷过滤板等，具有更大的过滤面积，具有更高效的锌渣去除效率。保温室7有足够的容积使得泡沫陶瓷筒63在线更换过程中，保持锌液不断流。新更换的泡沫陶瓷筒63应提前在保温炉中干燥，保持合适的温度。

保温室7的口部设有可通过上下移动实现开闭的通道闸门9。

电磁净化通道8包括两个电磁感应线圈81和设置于两个电磁感应线圈81之间的扁平状的网孔陶瓷82，电磁感应线圈81上连接有连接电缆11，连接电缆11与供电电源电连接，当然，根据具体需要，连接电缆也可以替换成铜排，网孔陶瓷82与锌液回流管10相连接。

扁平状的网孔陶瓷的厚度与锌液的电磁场透入深度的比值为(1～20)：1，优选的是在(2～15)：1。网孔陶瓷的网孔尺寸，优选的尺寸是与电磁场透入深度大致相当。锌液的电磁场透入深度由公式计算，其中(f为电流频率，σ为材质电导率)。

保温室7的一侧与多个扁平状电磁净化通道8连接，锌液通过闸门9控制流向不同的扁平状电磁进化通道进行电磁净化去除小颗粒的锌渣。电磁净化的基本原理如图3所示。电磁感应线圈81设置于网孔陶瓷82的外围，当电磁感应线圈通以图示方向的交流电时(叉代表电流入方向，点代表电流出方向)，根据愣次右手定则可判定产生磁力线，磁场方向为图中标示B。同时，电磁感应线圈在网孔陶瓷内的锌液的靠近表层的地方感应出与电磁感应线圈通电电流相反的涡电流，这样在电磁场B和涡电流相互作用下产生图中标示的电磁力Fem，即外部电磁场对金属锌液产生指向中心的电磁力，而锌液中的锌渣因不导电或导电率比锌液低几个数量级，这样电磁力对锌液产生向内的挤压作用，也同时对锌渣产生反向向外的驱动作用，当锌渣运动至网孔陶瓷的表面被吸附，从而达到电磁净化锌渣的作用。从图3还可看出，在网孔陶瓷中心线上因电磁力的方向相反抵消为零，因而网孔陶瓷中心线的锌渣是不能被驱动的，而电磁场本身具有集肤效应，即只能在金属的表层产生电磁作用力，因而为进一步提高锌渣的去除效率，网孔陶瓷82的内孔径不宜过大，且建议采用如图4所示的扁平状网孔陶瓷。所述的扁平状网孔陶瓷82至多3～4层网孔821(图4所示的为双层孔)，孔的尺寸根据电磁场的频率和锌液的集肤层厚度计算确定。可看出，在电磁场作用下锌渣822会被吸附聚集于扁平状网孔陶瓷的外层内表面，而处于扁平状中央的锌渣不受电磁力作用无法向表层驱动，但位于中央的锌渣因自身具有流动作用，也会被扁平状网孔陶瓷的中间网孔壁捕捉，从而提高锌渣的整个去除效率。

本发明技术方案所述的多个扁平状电磁净化通道可设置多个以提高净化流量，同时也可方便单独在线更换且保证锌液不断流。所述的多个扁平状电磁净化通道，其外由相互并联或串联的扁平状电磁感应线圈包围，且仅由一套供电电源供电。当电磁感应线圈通电后，产生电磁场对扁平状网孔陶瓷内的锌液建立电磁压力梯度，因锌液和锌渣之间导电特性的不同产生的电磁压力作用，锌渣在电磁压力作用下由内向外迁移至网孔陶瓷壁面被吸附去除。当扁平状网孔陶瓷的壁面吸附锌渣至一定数量时，可通过关闭保温室侧壁上的通道闸门关断该净化通道即可实现在线快速更换，不同电磁净化通道可控制不同闸门逐个更换，而又保证整个锌渣去除过程连续不间断。最后，流过电磁净化通道的锌液通过锌液回流管返流锌锅实现锌渣连续去除。

本发明核心技术在于采用泡沫陶瓷筒和多个扁平状电磁净化通道结合的锌渣去除方法，具有高去除效率和方便实现在线更换的特点。同时，兼具考虑了电磁场在锌液中的电磁透入深度，采用了扁平状电磁净化通道，以提高锌渣去除效率。本发明技术方案相比现有技术和专利方案，具有更高的去除效率和在线更换的能力，且仅仅使用一套电源系统即可实现，既能保证大流量的处理，又能降低成本的实现连续锌液净化功能。

在对带钢进行热镀锌时，带钢1从加热炉加热后进入锌锅2，再通过沉没辊3转向离开锌锅2完成热镀锌。

在进行热镀锌的同时，需要对锌液进行净化，本发明的提供的净化方法包括如下步骤：

利用锌液泵从锌锅内连续不断的抽取锌液到锌锅外，通过管道进入带液位计的泡沫陶瓷净化室，其内有一泡沫陶瓷筒座装于净化室底部的中央底座上。锌液首先进入的是泡沫陶瓷筒的内圆柱腔内，流经泡沫陶瓷过滤掉大颗粒锌渣后进入泡沫陶瓷筒的外周所在的净化室空间内，且在净化室的底部凸台中央外周开有多个锌液流出口。液位计安装于净化室盖板上，用于检测泡沫陶瓷筒内圆柱腔内的锌液面高度。当泡沫陶瓷筒内的锌液面高度超过设定高度时，说明泡沫陶瓷筒吸附大颗粒锌渣已到一定数量，并阻碍了锌液的过滤流量，此时关闭锌液泵进行泡沫陶瓷筒更换。

锌液从泡沫陶瓷净化室底部的锌液流出口进入中间的保温室，保温室的容积要足够大，足以保证在更换泡沫陶瓷筒时，保温室内的锌液不断流。

锌液保温室的一侧与多个扁平状电磁净化通道连接，锌液通过通道闸门控制流向不同的扁平状电磁进化通道进行电磁净化去除小颗粒的锌渣，而后回流锌锅实现锌渣连续去除。多个扁平状电磁净化通道为双层或多层网孔陶瓷构成，其外由相互并联或串联的扁平状电磁感应线圈包围，且仅由一套供电电源供电。当电磁感应线圈通电后，产生电磁场对扁平状网孔陶瓷内的锌液建立电磁压力梯度，因锌液和锌渣之间导电特性的不同产生的电磁压力作用，锌渣在电磁压力作用下由内向外迁移至网孔陶瓷壁面被吸附去除。当扁平状网孔陶瓷的壁面吸附锌渣至一定数量时，可通过关闭保温室侧壁上的闸门关断该净化通道即可实现在线快速更换，不同电磁净化通道可控制不同闸门逐个更换，而又保证整个锌渣去除过程连续不间断。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种锌液净化装置，其特征在于，包括：锌锅、泡沫陶瓷净化室、保温室和电磁净化通道和锌液回流管，所述保温室设置于锌锅的口部，所述泡沫陶瓷净化室设置于保温室的侧部，所述电磁净化通道设置于保温室的口部，所述锌液回流管的一端连通在电磁净化通道上，另一端延伸至锌锅内，所述泡沫陶瓷净化室和锌锅之间设有管道，所述管道的上部设有锌液泵。

2.如权利要求1所述的锌液净化装置，其特征在于，所述泡沫陶瓷净化室包括净化室主体、盖板、泡沫陶瓷筒、中央底座和锌液流出口，所述盖板设置净化室主体的口部，所述泡沫陶瓷筒设置于盖板的内侧，所述中央底座设置于泡沫陶瓷筒的底部，所述锌液流出口设置于净化室主体的底部，且锌液流出口位于中央底座的外侧。

3.如权利要求2所述的锌液净化装置，其特征在于，所述盖板的内侧还设有液位计，所述液位计位于泡沫陶瓷筒的内侧。

4.如权利要求1所述的锌液净化装置，其特征在于，所述保温室的口部设有通道闸门。

5.如权利要求1所述的锌液净化装置，其特征在于，所述电磁净化通道包括两个电磁感应线圈和设置于两个所述电磁感应线圈之间的网孔陶瓷，所述网孔陶瓷与锌液回流管相连接。

6.一种基于权利要求1～5中任意一项所述的锌液净化装置锌液净化方法，其特征在于，包括如下步骤：

锌液泵从锌锅内连续不断的抽取锌液到锌锅外，通过管道进入带液位计的泡沫陶瓷净化室；

锌液从泡沫陶瓷净化室底部的锌液流出口进入中间的保温室；

锌液通过保温室的通道闸门控制流向不同的电磁净化通道进行电磁净化，以去除小颗粒的锌渣，而后回流入锌锅，实现锌渣连续去除。