CN110257746B - 一种外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统及方法，属于冶金工程技术领域，解决了现有的喷雾冷却散热中液体雾滴难以到达镀层表面与镀层进行接触换热，散热效果差，产品质量差的问题。外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统，包括喷雾装置、高电压装置、供液装置和供气装置；喷雾装置包括用于向带钢喷射雾滴的喷嘴，喷嘴与供液装置和供气装置连接，高电压装置用于使喷雾装置产生的雾滴带电，供液装置用于向喷雾装置提供能够产生雾滴的液体，供气装置用于向喷雾装置提供使液体变为雾滴的空气。本发明实现了带电雾滴与镀层表面的接触换热，大幅提高了冷却速度，提高了镀层质量和带钢的防腐蚀性能。

Description

一种外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统及方法

技术领域

本发明涉及冶金工程技术领域，尤其涉及一种外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统及方法。

背景技术

热镀锌是把钢铁材料浸入熔融的锌溶液中使其表面形成金属镀层的方法，是最常用的钢材防腐技术。为了控制锌花大小、提高镀层结合力和耐腐蚀性能，带钢在出锌锅后需进行快速冷却，以保证镀层质量。目前多采用风冷方式对带钢进行冷却，由于空气热容小，散热能力有限，冷却速度慢，锌凝固过程中晶粒易过度长大，降低镀层质量。

为了获得更好的散热效果，提高冷却速度，液体工质与镀层表面直接接触的喷雾冷却散热，也逐渐得到尝试和应用。喷雾冷却散热是利用外部工质或动力将水等液体通过喷嘴等雾化装置雾化成几十至几百微米的雾滴并喷射至带钢表面，利用雾滴的表面蒸发和雾滴与镀层表面的对流换热将带钢迅速冷却。在实际生产过程中，由于出锌锅后带钢表面温度较高(460℃左右)，半凝固的镀锌层附近形成了热空气层，使得液体雾滴很难到达镀层表面，与镀层进行接触换热。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统及方法，用以解决现有的喷雾冷却散热中液体雾滴难以到达镀层表面与镀层进行接触换热，导致散热效果差，产品质量差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统，包括喷雾装置、高电压装置、供液装置和供气装置；所述喷雾装置包括用于向带钢喷射雾滴的喷嘴，所述喷嘴与所述供液装置和所述供气装置连接，所述高电压装置用于使带钢和雾滴带电，所述供液装置用于向喷雾装置提供能够产生雾滴的液体，所述供气装置用于向所述喷雾装置提供使所述液体变为雾滴的空气；所述喷嘴的数量为多个，多个喷嘴对称分布于带钢的两侧；所述高电压装置的电极有两个，每个电极均位于带钢和喷雾装置之间，两个电极对称分布于带钢的两侧。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，还包括用于排出冷却过程中产生的蒸汽和未蒸发的雾滴的汽雾排出装置，所述汽雾排出装置位于所述冷却系统的上部、喷嘴的上方，所述汽雾排出装置包括气雾吹扫器、鼓风机、循环泵和气雾储罐。

进一步，还包括用于防止雾滴进入所述高电压装置的导电管的空气净化装置，所述空气净化装置位于所述冷却系统的上部、喷嘴的上方，所述空气净化装置包括净化风机和控制阀门。

进一步，还包括用于将冷却过程中产生的凝结水收集排出的排水装置，所述排水装置位于所述冷却系统的下部、喷嘴的下方，所述排水装置包括凝结收集槽、泵和阀门。

进一步，所述喷嘴沿带钢运行方向和带钢宽度方向多级多区设置，每级和每区的喷嘴均独立启停。

进一步，所述冷却系统设于气刀和上行垂直风冷段之间。

进一步，所述供液装置包括储液罐、液位计、过滤器、搅拌器、加热器、控制阀和循环泵；所述储液罐用于储存液体，所述液位计用于计量液体液位，所述过滤器用于滤除液体中的杂质，所述搅拌器和所述加热器分别用于搅拌和加热液体；所述控制阀和所述循环泵用于控制液体启停循环。

进一步，所述供气装置包括空气压缩机和用于储存、干燥和过滤空气的储气罐、干燥器和过滤器。

另一方面，本发明还提供了一种热镀锌带钢镀后冷却方法包括以下步骤：

步骤1：向供液装置中添加能够产生雾滴的液体；

步骤2：启动高电压装置，在钨丝上加负电压，与带钢接触的辊子接地；

步骤3：依次启动供气装置、供液装置、喷雾装置、汽雾排出装置、排水装置和空气净化装置；

步骤4：利用空气将液体在喷嘴中加压雾化，形成10～20μm的雾滴，对热镀锌带钢进行冷却。进一步，步骤1中所述液体为水或磷酸二氢氨(NH₄H₂PO₄)溶液。

本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)以水或磷酸二氢氨(NH₄H₂PO₄)溶液作为冷却工质，热容大，冷却速度快。

(2)供液装置中的液体经雾化后形成大量微小液滴，与带钢接触面积大，换热均匀，镀层表面温度梯度小，镀层质量提高。

(3)外加静电场给雾滴带电，利用静电引力和空气压力使雾滴穿透镀层表面热空气层，解决了现有镀后喷雾冷却装置雾滴难与镀层接触的问题。且镀层表面存在雾滴蒸发和雾滴与锌层对流换热两种换热方式，换热系数大，冷却速度大大提高。

(4)通过设置汽雾排出装置可以排出冷却过程中产生的蒸汽和未蒸发的雾滴，防止冷却过程中产生的蒸汽和未蒸发的雾滴附着在钢板表面，影响冷却效果和镀层质量。

(5)通过设置空气净化装置可以防止雾滴进入高电压装置的导电管，使电压稳定，镀层均匀，质量稳定。

(6)通过设置排水装置可以有效防止雾滴粘附在框架、腔室壁面等冷表面上凝结产生的水珠落到锌锅中，从而提高了镀层质量和带钢的防腐蚀性能。

(7)分别沿镀锌带钢长度和宽度方向布置多级多区喷嘴，每级和区的喷嘴均可独立启停，可以适应不同宽度和不同运行速度的带钢冷却要求。

(8)本发明通过将外加静电场热镀锌带钢镀后冷却系统设于气刀上行垂直风冷段之间，使锌层快速冷却，有利于形成更多晶核和较小的锌花，提高镀层质量和带钢的防腐蚀性能。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例的外加静电场热镀锌带钢镀后冷却系统示意图；

图2为沿带钢宽度方向喷嘴布置示意图；

图3为高电压装置原理图。

附图标记：

1-带钢；2-喷雾装置；3-钨丝；4-汽雾排出装置；5-供气装置；6-供液装置；7-空气净化装置；8-排水装置；9-高电压装置；10-喷嘴；11-接触辊。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本发明的一个具体实施例，公开了一种外加静电场热镀锌带钢镀后冷却系统，如图1所示，包括喷雾装置2、高电压装置9、供液装置6、供气装置5、汽雾排出装置4、排水装置8、空气净化装置7及连接管道。

供液装置6用来给喷雾装置2提供水或磷酸二氢氨(NH₄H₂PO₄)溶液，两种溶液的设备完全区分。上述供液装置6包括储液罐、液位计、过滤器、搅拌器、加热器、自动控制阀和循环泵。储液罐用来储存水或磷酸二氢氨(NH₄H₂PO₄)溶液，液位计用来计量液体液位，过滤器用来滤除水中的杂质，搅拌器和加热器分别用来搅拌和加热磷酸二氢氨(NH₄H₂PO₄)溶液，以提高磷酸二氢氨在水中的溶解度。自动控制阀和循环泵用来控制液体启停循环。

供气装置5用来提供喷雾装置所需压力和流量的空气。本实施例的供气装置包括空气压缩机、储气罐、干燥器和过滤器。空气压缩机为无油螺杆压缩机，用来压缩空气。储气罐、干燥器和过滤器分别用来储存、干燥和过滤空气。

喷雾装置2利用空气的压力使水或磷酸二氢氨(NH₄H₂PO₄)溶液雾化为10～20μm的雾滴。本实施例的喷雾装置2主要由喷嘴10组成，喷嘴10分别沿带钢1运行方向和垂直带钢1运行方向布置。为了适应不同宽度的带钢，沿带钢宽度方向布置多个喷嘴，上述喷嘴分为3～4个区域，不同区域的喷嘴可以分别控制启停。为了适应带钢的不同运行速度，沿着带钢长度方向布置3～5层喷嘴，不同层级的喷嘴也可以分别控制启停。

如图2所示，沿带钢宽度方向布置一级19～31个喷嘴。为适应不同宽度的带钢，上述喷嘴分为如图所示的4个区域，分别为区域1、区域2、区域3和区域4。图1和图2中每一级和每一区域的喷嘴都可独立启停。

本实施例将该冷却系统安装于气刀上方、上行垂直风冷段下方的锌层凝固结晶区(带钢表面镀层温度在420～320℃范围内)对镀锌带钢进行快速冷却，有利于形成更多晶核和较小的锌花，从而提高镀层质量和带钢的防腐蚀性能。

高电压装置9包括电极和导电管，用来给喷雾装置产生的雾滴加上高电压。如图3所示，本实施例的高电压装置以钨丝3为电极，在钨丝3上加负电压，与带钢1接触的辊子接地，在带钢1和钨丝3之间形成高压静电区，喷嘴10喷射出的雾滴通过该区域时带上负电压，在静电引力和空气压力作用下撞击并粘附在镀层表面，使表面迅速冷却。上述高电压装置所使用的高电压为0～30000V，优选为10000～30000V。

本实施例的冷却系统还设有汽雾排出装置4，用于排出冷却过程中产生的蒸汽和未蒸发的雾滴，进一步提高冷却速度，进而提高镀层质量和带钢的防腐蚀性能。本实施例的汽雾排出装置位于冷却系统的上部、喷嘴的上方。汽雾排出装置包括气雾吹扫器、鼓风机、循环泵和气雾储罐。为避免上述汽雾排出装置的排出压力过大影响带电雾滴和钢板之间的静电引力，本汽雾排出装置设计成排出压力可调节的结构。

为了防止雾滴粘附在框架、腔室壁面等冷表面上凝结产生的水珠落到锌锅中影响镀层质量，本实施例的热镀锌带钢镀后冷却系统还包括排水装置8，该排水装置位于外加静电场热镀锌带钢镀后冷却系统的下部、喷嘴的下方。上述排水装置包括凝结溶液收集槽、泵和阀门。

为了防止雾滴进入高电压导电管，引起电压震荡，本实施例的热镀锌带钢镀后冷却系统还设有空气净化装置7。该空气净化装置位于冷却系统的上部、喷嘴的上方，包括净化风机和控制阀门。通过设置空气净化装置，可以稳定电压，使镀层均匀，质量稳定。

本实施例的热镀锌带钢镀后冷却系统，一方面，冷却工质经雾化后形成大量微小液滴，与带钢接触面积大，换热均匀，镀层表面温度梯度小，镀层质量提高；另一方面，外加静电场给雾滴和钢板带电，利用静电引力和空气压力使带电雾滴冲破镀层表面热空气层的阻隔，与镀层表面进行接触换热，提高冷却速度。另外，镀层表面存在雾滴蒸发和雾滴与锌层对流换热两种换热方式，换热系数大，冷却速度大幅提高。

实施例二

本发明的另一个实施例公开了一种外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却方法，包括以下步骤：

步骤1：检查该外加静电场的镀后冷却系统各装置是否能够正常工作，检查供气装置中的气量是否充足，向供液装置中添加足够的水或磷酸二氢氨(NH₄H₂PO₄)溶液。

步骤2：启动高电压装置，在钨丝上加负电压，与带钢接触的辊子接地，在带钢和钨丝之间形成高压静电区。

步骤3：依次启动供气装置、供液装置、喷雾装置、汽雾排出装置、排水装置和空气净化装置，利用空气将水或磷酸二氢氨(NH₄H₂PO₄)溶液在喷嘴中加压雾化，形成10～20μm的雾滴，对热镀锌带钢进行冷却。

实施例三

本实施例外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统安装于气刀上方、上行垂直风冷段下方的锌层凝固结晶区，与风冷冷却装置结合使用。

带钢1从锌锅经气刀调整镀层厚度后上行经过该外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统。上述镀后冷却系统由喷雾装置2、汽雾排出装置4、供气装置5、供液装置6、空气净化装置7、排水装置8、高电压装置9及连接管道组成。

供气装置5和供液装置6向喷雾装置2提供该冷却系统所需的压缩空气和液体工质，经喷嘴10雾化形成10～20μm的雾滴。为适应不同运行速度的带钢，沿带钢长度方向布置5级喷嘴，每级喷嘴沿带钢宽度方向布置。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统，其特征在于，包括喷雾装置、高电压装置、供液装置和供气装置；所述喷雾装置包括用于向带钢喷射雾滴的喷嘴，所述喷嘴与所述供液装置和所述供气装置连接，所述高电压装置用于使带钢和雾滴带电，所述供液装置用于向喷雾装置提供能够产生雾滴的液体，所述供气装置用于向所述喷雾装置提供使所述液体变为雾滴的空气；

所述喷嘴的数量为多个，多个喷嘴对称分布于带钢的两侧；

所述高电压装置的电极有两个，每个电极均位于带钢和喷雾装置之间，两个电极对称分布于带钢的两侧；

所述电极为钨丝；

所述高电压装置所使用的高电压为10000～30000V；

所述冷却系统设于气刀和上行垂直风冷段之间；

还包括用于防止雾滴进入所述高电压装置的导电管的空气净化装置，所述空气净化装置位于所述冷却系统的上部、喷嘴的上方，所述空气净化装置包括净化风机和控制阀门。

2.根据权利要求1所述的外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统，其特征在于，还包括用于排出冷却过程中产生的蒸汽和未蒸发的雾滴的汽雾排出装置，所述汽雾排出装置位于所述冷却系统的上部、喷嘴的上方，所述汽雾排出装置包括气雾吹扫器、鼓风机、循环泵和气雾储罐。

3.根据权利要求1所述的外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统，其特征在于，还包括用于将冷却过程中产生的凝结水收集排出的排水装置，所述排水装置位于所述冷却系统的下部、喷嘴的下方，所述排水装置包括凝结收集槽、泵和阀门。

4.根据权利要求1所述的外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统，其特征在于，所述喷嘴沿带钢运行方向和带钢宽度方向多级多区设置，每级和每区的喷嘴均独立启停。

5.根据权利要求1所述的外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统，其特征在于，所述供液装置包括储液罐、液位计、过滤器、搅拌器、加热器、控制阀和循环泵；所述储液罐用于储存液体，所述液位计用于计量液体液位，所述过滤器用于滤除液体中的杂质，所述搅拌器和所述加热器分别用于搅拌和加热液体；所述控制阀和所述循环泵用于控制液体启停循环。

6.根据权利要求1所述的外加静电场的热镀锌带钢镀后冷却系统，其特征在于，所述供气装置包括空气压缩机和用于储存、干燥和过滤空气的储气罐、干燥器和过滤器。

7.一种热镀锌带钢镀后冷却方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的冷却系统，包括以下步骤：

步骤1：向供液装置中添加能够产生雾滴的液体；

步骤2：启动高电压装置，在钨丝上加负电压，与带钢接触的辊子接地；

步骤3：依次启动供气装置、供液装置、喷雾装置、汽雾排出装置、排水装置和空气净化装置；

步骤4：利用空气将液体在喷嘴中加压雾化，形成10～20μm的雾滴，对热镀锌带钢进行冷却。

8.根据权利要求7所述的热镀锌带钢镀后冷却方法，步骤1中所述液体为水或磷酸二氢氨(NH₄H₂PO₄)溶液。

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