CN110793333B - 一种提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置 - Google Patents

Abstract

一种提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，属于冷轧镀锌设备技术领域，用于提高ZnAlMg镀层表面质量。其技术方案是：工作介质循环管路的集气罩安装在退火炉斜滑道的下部，仿气刀喷嘴安装在退火炉斜滑道的上部，集气罩通过管道依次与制冷换热器、金属灰过滤器、压力泵、制热换热器、仿气刀喷嘴相连接，制冷剂循环管路的制冷换热器与板式换热器相连接，板式换热器与制冷管道泵、补冷换热器、制冷换热器相连接，制热剂循环管路的制热换热器与制热管道泵、板式换热器相连接，板式换热器与补热换热器、制热换热器相连接。本发明能够有效地控制ZnAlMg镀液的表面质量，降低退火炉斜滑道内的ZnAlMg浮渣和金属灰对带钢的影响。

Description

一种提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置

技术领域

本发明涉及一种提高ZnAlMg镀层表面质量的退火炉斜滑道液面控制装置，属于冷轧镀锌设备技术领域。

背景技术

在镀锌生产中，镀ZnAlMg产品相对于普通镀锌或者镀锌铝产品有以下核心优势：一是镀ZnAlMg产品表面保护能力强，克服了镀锌产品易被划伤的不足；二是镀ZnAlMg产品边部和划痕保护能力强，对于3--8mm的超厚产品，也不会出现边部过早腐蚀，而普通镀锌板厚度超过3mm就会出现边部过早腐蚀；三是镀ZnAlMg产品的室外暴露耐腐蚀性能好，300g/m²的ZnAlMg镀层可以达到30年的预期寿命，而普通镀锌板要达到30年寿命必须超过双面800g/m²的镀层，而目前钢厂规模化生产的超厚锌层产品只能达到600g/m²。

在镀锌生产中，带钢从退火炉通过退火炉斜滑道进入锌锅，所以退火炉斜滑道内的涂镀金属液面的控制就成为镀液生产的关键控制位置。其原因是，带钢原来是一张白纸，从浸入镀液那一刻起，就粘上了退火炉斜滑道内的镀液。如果退火炉斜滑道内镀液表面或者退火炉斜滑道内的气氛不清洁，杂质就会粘附到带钢的表面，产生“漏镀”现象，后续还会在与沉没辊、稳定辊的接触过程中，可能又会将已经粘附到带钢表面的杂质转粘一部分到辊子表面，再转粘到更多的带钢表面，造成很大的影响。

在生产镀ZnAlMg产品时，退火炉斜滑道内的杂质主要包括ZnAlMg浮渣和金属灰两大类。ZnAlMg浮渣存在两种情况，一种情况是在液态的高温下，金属元素会与退火炉斜滑道内的微量氧发生反应，尤其是镁的氧化物MgO是疏松状的，不会形成致密氧化膜，对内部的液态金属没有任何保护作用，如果不采取措施，就会一直氧化下去，从而给产品质量带来很大的影响；另一种情况是镀层中的金属元素会与浸入其中的带钢和设备反应，生成金属间化合物，析出固体颗粒的渣子，对产品质量和设备状态带来影响。上述两种反应都会形成固态ZnAlMg浮渣，部分漂浮在镀液表面，从而影响带钢的表面镀层质量。金属灰主要是因为液态的高温下镀液中挥发的金属蒸汽，遇到低温的金属构件时凝华成的金属粉末灰状物质，金属灰落在带钢表面时会造成带钢局部漏镀等表面质量问题。

在普通镀锌产品的镀液中，铝元素氧化后的氧化物会在退火炉斜滑道内的镀液表面形成一层致密的氧化膜，可以有效防止锌的挥发。铝的氧化膜厚度可以通过控制退火炉斜滑道内的露点来达到恰到好处的效果，既能够抑制锌的挥发，又不致因铝氧化膜过厚而造成大面积漏镀缺陷。但是在镀ZnAlMg产品时，镁元素的氧化物不仅不会形成致密的氧化膜而且还会破坏铝元素的氧化膜，从而使这种办法彻底失效。

因此，如何控制镀ZnAlMg镀层的退火炉斜滑道液面，避免退火炉斜滑道内不可避免产生的ZnAlMg浮渣和金属灰对带钢的影响，就成了生产ZnAlMg镀层产品时亟待解决的世界性难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，这种控制装置能够有效地控制退火炉斜滑道内ZnAlMg镀液的表面质量，降低退火炉斜滑道内不可避免产生的ZnAlMg浮渣和金属灰对带钢的影响。

本发明的技术方案是：

一种提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，它由工作介质循环管路、制热剂循环管路、制冷剂循环管路组成，工作介质采用NH混合气；

工作介质循环管路包括集气罩、制冷换热器、金属灰过滤器、压力泵、制热换热器、仿气刀喷嘴，集气罩安装在退火炉斜滑道的下部，仿气刀喷嘴安装在退火炉斜滑道的上部，集气罩和仿气刀喷嘴的开口分别与退火炉斜滑道下部和上部腔室相对，集气罩通过管道依次与制冷换热器、金属灰过滤器、压力泵、制热换热器、仿气刀喷嘴相连接；

制冷剂循环管路包括制冷换热器、板式换热器、制冷管道泵、补冷换热器，制冷换热器的排气口通过管道与板式换热器的制冷换热进口相连接，板式换热器的制冷换热出口通过管道与制冷管道泵、补冷换热器、制冷换热器的进气口相连接；

制热剂循环管路包括制热换热器、制热管道泵、板式换热器、补热换热器，制热换热器的排气口通过管道与制热管道泵、板式换热器的制热换热进口相连接，板式换热器的制热换热出口通过管道与补热换热器、制热换热器的进气口相连接。

上述提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，所述工作介质采用的NH混合气中氮气占比85％，氢气占比15％，氧气含量低于10ppm，工作介质由集气罩收集，依次经过制冷换热器、金属灰过滤器、压力泵、制热换热器后进入仿气刀喷嘴，仿气刀喷嘴将工作介质向退火炉斜滑道的上部进行喷吹，工作介质在退火炉斜滑道的下部再由集气罩收集，形成工作介质的闭路循环。

上述提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，所述工作介质循环管路的制冷换热器的后方管道上安装有测压仪表，在制热换热器与仿气刀喷嘴之间的管道上安装主管道流量阀门和测温仪表，在金属灰过滤器的两端管道上分别安装有主管道阀门，工作介质循环管路上还有备用金属灰过滤器，备用金属灰过滤器与金属灰过滤器相并联，在备用金属灰过滤器的两端管道上分别安装备用管道阀门。

上述提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，所述制冷剂循环管路中分别有制冷剂排出阀门和制冷剂进入阀门，制冷剂排出阀门安装在制冷换热器的排气口与板式换热器的制冷换热进口之间的管道中，制冷剂进入阀门安装在板式换热器的制冷换热出口与制冷换热器的进气口之间的管道中，位于制冷管道泵、补冷换热器之间。

上述提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，所述制热剂循环管路中分别有制热剂排出阀门和制热剂进入阀门，制热剂排出阀门安装在板式换热器的制热换热出口与制热换热器进口之间的管道中，位于板式换热器与补热换热器之间，制热剂进入阀门安装在制热换热器的排气口与板式换热器的制热换热进气口之间的管道中，位于制热换热器与制热管道泵之间。

上述提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，所述退火炉斜滑道内部的有渣区域内设置镀液溢流管，镀液溢流管与吸渣液泵相连接，吸渣液泵的排出管道与镀液锅相连接。

本发明的有益效果是：

本发明为退火炉斜滑道液面设置了工作介质循环管路、制热剂循环管路、制冷剂循环管路。工作介质通过在工作介质循环管路在退火炉斜滑道内形成保护气氛，可以通过金属灰过滤器的除尘作用完成工作介质中的金属灰过滤，避免金属蒸汽在退火炉斜滑道内及板带上形成金属灰；工作介质通过制冷剂循环管路进行降温，工作介质的降温能够保证金属蒸汽的凝华，使得金属灰过滤器能够完成过滤工作；工作介质通过制热剂循环管路进行升温，工作介质的升温能够使工作介质的温度与炉内气氛温度一致，从而避免低温的工作介质被仿气刀喷嘴吹入退火炉斜滑道内部后马上使液面上挥发的金属蒸汽凝华产生金属灰；板式换热器可以使制热剂循环管路和制冷剂循环管路进行热量交换，保持制热剂循环管路和制冷剂循环管路的运行。

本发明是退火炉斜滑道液面控制的首创，通过在退火炉斜滑道内采用高还原性、高纯度的保护气体作为工作介质，并通过施加气体流动动力和ZnAlMg镀液流动动力，在不同介质循环系统中分别清理ZnAlMg浮渣和过滤金属灰，保证退火炉斜滑道内液面及气氛的洁净，避免镀ZnAlMg炉产品时退火炉斜滑道内不可避免产生的ZnAlMg浮渣和金属灰对带钢的影响，进而保证带钢的良好涂镀效果和稳定的表面质量，解决了生产ZnAlMg镀层产品时亟待解决的世界性难题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是带钢通过镀液的截面示意图；

图3是图2的俯视图。

图中标记如下：工作介质循环管路1、制热剂循环管路3、制冷剂循环管路2、制冷换热器4、主管道阀门5、备用管道阀门6、补冷换热器7、金属灰过滤器8、制冷剂排出阀门9、制冷剂进入阀门10、制冷管道泵11、备用金属灰过滤器12、气流方向13、液流方向14、板式换热器15、制热换热器16、压力泵17、制热管道泵18、制热剂排出阀门19、制热剂进入阀门20、补热换热器21、主管道流量阀门22、测温仪表23、仿气刀喷嘴24、测压仪表25、退火炉斜滑道26、集气罩27、带钢28、镀液锅29、沉没辊30、吸渣液泵31、镀液溢流管32、浮渣33、气刀吹拂区34、有渣区域35、入锅带钢36、出锅带钢37。

具体实施方式

本发明由工作介质循环管路1、制热剂循环管路3、制冷剂循环管路2组成。

本发明采用高还原性、高纯度的保护气体NH混合气作为气体循环工作介质，NH混合气中氮气占比85％，氢气占比15％，氧气含量低于10ppm。

图1显示，在退火炉斜滑道26内工作介质先后通过制冷换热器4和制热换热器16，依次完成了降温和升温的循环。工作介质的降温能够保证金属蒸汽的凝华，再通过金属灰过滤器8的除尘作用完成工作介质中的金属蒸汽(金属灰)过滤，避免金属蒸汽在退火炉斜滑道26内及板带上形成金属灰。工作介质的升温使工作介质的温度与炉内气氛温度一致，从而避免工作介质被仿气刀喷嘴24吹入退火炉斜滑道26内部后马上使液面上挥发的金属蒸汽凝华产生金属灰。

图1显示，工作介质由集气罩27收集，依次经过制冷换热器4、金属灰过滤器13、压力泵17、制热换热器16后进入仿气刀喷嘴24，仿气刀喷嘴24将工作介质向退火炉斜滑道26的上部进行喷吹，工作介质在退火炉斜滑道26的下部再由集气罩27收集，形成工作介质的闭路循环。

图1显示，工作介质循环管路1由集气罩27、制冷换热器4、金属灰过滤器8、备用金属灰过滤器12、压力泵17、制热换热器16、仿气刀喷嘴24、测压仪表25、主管道阀门5、备用管道阀门6组成。

集气罩27安装在退火炉斜滑道26的下部，仿气刀喷嘴24安装在退火炉斜滑道26的上部，集气罩27和仿气刀喷嘴24的开口分别与退火炉斜滑道26下部和上部腔室相对，集气罩27通过管道依次与制冷换热器4、金属灰过滤器8、压力泵17、制热换热器16、仿气刀喷嘴24相连接。在制冷换热器4的后方管道上安装有测压仪表25，在制热换热器16与仿气刀喷嘴24之间的管道上安装主管道流量阀门22和测温仪表23。在金属灰过滤器8的两端管道上分别安装有主管道阀门5，备用金属灰过滤器12与金属灰过滤器8相并联，在备用金属灰过滤器12的两端管道上分别安装备用管道阀门6。

压力泵17用于提供工作介质的流动动力，并且布置在制冷换热器4和锌金属过滤器8后侧，可以明显改善压力泵17的工作环境，避免了压力泵17的叶轮上凝华金属灰造成故障。金属灰过滤器8用于将凝华的金属灰颗粒进行收集，采用一备一用布置，并定时进行清理。

图1显示，制冷剂循环管路2由制冷换热器4、板式换热器15、制冷管道泵11、补冷换热器7、制冷剂排出阀门9、制冷剂进入阀门10组成。通过制冷换热器4、板式换热器15、制冷管道泵11、补冷换热器7形成制冷剂的循环，并通过制冷剂排出阀门9、制冷剂进入阀门10进行流量控制。

制冷换热器4的排气口通过管道与板式换热器15的制冷换热进口相连接，板式换热器15的制冷换热出口通过管道与制冷管道泵11、补冷换热器7、制冷换热器4的进气口相连接。制冷剂排出阀门9安装在制冷换热器4的排气口与板式换热器15的制冷换热进口之间的管道中，制冷剂进入阀门10安装在板式换热器15的制冷换热出口与制冷换热器4的进气口之间的管道中，位于制冷管道泵11、补冷换热器7之间。

图1显示，制热剂循环管路3由制热换热器16、制热管道泵18、板式换热器15、补热换热器21、制热剂排出阀门19、制热剂进入阀门20组成。通过制热换热器16、制热管道泵18、板式换热器15、补热换热器21形成制热剂的循环，并通过制热剂排出阀门19、制热剂进入阀门20进行流量控制。

制热换热器16的排气口通过与制热管道泵18、板式换热器15的制热换热进口相连接，板式换热器15的制热换热出口通过管道与补热换热器21、制热换热器16的进气口相连接。制热剂排出阀门19安装在板式换热器15的制热换热出口与制热换热器进口之间的管道中，位于板式换热器15与补热换热器21之间。制热剂进入阀门20安装在制热换热器16的排气口与板式换热器15的制热换热进气口之间的管道中，位于制热换热器16与制热管道泵18之间。

图1显示，制冷剂循环管路2中的工作介质在降温过程中释放的热量通过制冷剂循环中的制冷剂携带，通过板式换热器15交换给制热剂循环管路3中的制热剂，用于工作介质的升温过程，将降温后的工作介质进行加热，并通过补热换热器21和补冷换热器7补足各换热器的换热能量损失，从而节省工作介质循环的能量需求。

图2、3显示，退火炉斜滑道26内部的有渣区域35内设置镀液溢流管32，镀液溢流管32与吸渣液泵31相连接，吸渣液泵31的排出管道与镀液锅29相连接。

图2、3显示，退火炉斜滑道26的进气口采用仿气刀喷嘴24，使用时调整吹气角度，使气流主要在入镀液锅29带钢28周围形成镀液裸露的气刀吹拂区34，将镀液表面浮渣集中在板带四周尤其是两侧形成有渣区域35。在有渣区域35内设置镀液溢流管32，并通过吸渣液泵31的持续抽吸，使镀液面上形成的浮渣及时排入镀液锅29内等待统一处理，从而避免液面浮渣产生大块凝固造成带钢28表面划伤、卷渣等板带表面问题以及大块浮渣的处理困难。

本发明的工作过程如下：

集气罩27收集的气体介质依次经过制冷换热器4、金属灰过滤器8、压力泵17、制热换热器16，进入仿气刀喷嘴24在退火炉斜滑道26内进行喷吹，形成工作介质的闭路循环。

集气罩27用于收集退火炉斜滑道26内的含有挥发金属蒸汽的工作介质。制冷换热器4用于将集气罩27收集的工作介质进行冷却，并且在冷却过程中，挥发的新蒸汽凝华成金属灰颗粒。金属灰过滤器8用于将凝华的金属灰颗粒进行收集，并定时进行清理，在金属灰过滤器8进行清理时，可以通过主管道阀门5、备用管道阀门6的开闭，实现金属灰过滤器8和备用金属灰过滤器13的切换。

通过制冷换热器4对工作介质的冷却，使工作介质的温度远低于金属的凝固温度，保证金属蒸汽的凝华，并通过金属灰过滤器8的除尘效果，可以清除掉工作介质中的绝大部分金属蒸汽，从而避免在退火炉斜滑道26内部及带钢28上产生金属灰。

通过制热换热器16对工作介质的加热，使工作介质的温度与炉内气氛温度一致，从而避免工作介质被仿气刀喷嘴24吹入退火炉斜滑道26内部后马上使液面上挥发的金属蒸汽凝华产生金属灰。

在制冷换热器4后设置有测压仪表25用于检测压力；在制热换热器16后设置有测温仪表23、主管道流量阀门22用于检测进气流量和温度。

在循环过程中，工作介质在制冷换热器4处释放的热量通过制冷剂循环中的制冷剂携带，通过板式换热器15交换给制热剂循环中的制热剂，并进一步的用于在制热换热器16中加热闭路循环中的工作介质。也就是说通过闭路循环中工作介质自身降温的热量将降温后的工作介质进行加热，并通过补热换热器21和补冷换热器7补足各换热器的换热能量损失，从而节省工作介质循环的能量需求。

制冷剂循环管路2和制热剂循环管路3中的制冷管道泵11和制热管道泵18分别处于各自循环中介质温度较低的管路处，改善管道泵的工作环境。分别设定制冷剂循环和制热剂循环，是为了避免单一循环造成高温气体流程过长造成的系统运行不畅。

仿气刀喷嘴24在退火炉斜滑道26液面上形成的气刀喷吹效果，并在入锅带钢36周围形成镀液裸露的气刀吹拂区34，将液面浮渣33集中在板带四周尤其是两侧的有渣区域35。通过及时排出退火炉斜滑道26内的浮渣33，避免液面浮渣33产生大块凝固造成带钢表面划伤及处理困难。镀液溢流管32用于汇集含有液面浮渣33的溢流镀液，并通过吸渣液泵31将镀液排入镀液锅29内，镀液通过退火炉斜滑道26下侧的带钢出口进入，排出口设置在镀液锅29内镀液主循环口附近，避免影响镀液锅29内的整体镀液循环。

本发明的实施例如下：

实施例1

在某厂热镀ZnAlMg车间实施时，采用如下的技术参数，并达到了保持退火炉斜滑道液面及气氛的洁净的效果，获得了良好的板带表面质量。具体如下：仿气刀喷嘴24风压500mbar；与带钢28夹角为30度；仿气刀喷嘴24距离退火炉斜滑道液面600mm；仿气刀喷嘴24距离带钢26为200mm；集气罩27距离退火炉斜滑道液面150-200mm；镀液溢流管32管口布置在镀液液面以下70mm。

制冷循环管路2和制热循环管路3之间换热的板式换热器15的效率能够达到82％以上，补冷和补热需要的能源消耗较少。系统运行前，为了生产高表面质量要求的镀ZnAlMg产品，退火炉斜滑道26内的金属灰必须每3天清理一次，退火炉斜滑道26内浮渣33也必须每3—4天处理一次；系统投入后，退火炉斜滑道26内的金属灰清理时间延长至半个月，处理退火炉斜滑道26内浮渣33的时间也延长至半月左右。镀ZnAlMg产品时，由于金属灰导致的表面质量降级品率降低了80％；由于退火炉斜滑道26内浮渣33或连续划伤的事故损失降低90％。

实施例2

本实施例2所在产线是实施例1所在产线的镜像产线，在本发明内容实施过程中，绝大部分参数与实施例1采用的参数相同，作为改进内容，给镀液溢流管32管口增设了自动升降机构，通过液面检测数据控制自动升降机构动作，保证锌液溢流管32管口始终位于镀液液面以下30mm，并将吸渣液泵31从连续工作设定为定时自动启停。系统改进运行后，退火炉斜滑道26内金属灰的清理间隔进一步延长至一个月以上才需要清理，而且吸渣液泵31的运行时间缩短了70％，其它工艺指标和实施例1所在产线大体相同。

Claims (6)

1.一种提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，其特征在于：它由工作介质循环管路（1）、制热剂循环管路（3）、制冷剂循环管路（2）组成，工作介质采用NH混合气；

工作介质循环管路（1）包括集气罩（27）、制冷换热器（4）、金属灰过滤器（8）、压力泵（17）、制热换热器（16）、仿气刀喷嘴（24），集气罩（27）安装在退火炉斜滑道（26）的下部，仿气刀喷嘴（24）安装在退火炉斜滑道（26）的上部，集气罩（27）和仿气刀喷嘴（24）的开口分别与退火炉斜滑道（26）下部和上部腔室相对，集气罩（27）通过管道依次与制冷换热器（4）、金属灰过滤器（8）、压力泵（17）、制热换热器（16）、仿气刀喷嘴（24）相连接；

制冷剂循环管路（2）包括制冷换热器（4）、板式换热器（15）、制冷管道泵（11）、补冷换热器（7），制冷换热器（4）的排气口通过管道与板式换热器（15）的制冷换热进口相连接，板式换热器（15）的制冷换热出口通过管道与制冷管道泵（11）、补冷换热器（7）、制冷换热器（4）的进气口相连接；

制热剂循环管路（3）包括制热换热器（16）、制热管道泵（18）、板式换热器（15）、补热换热器（21），制热换热器（16）的排气口通过管道与制热管道泵（18）、板式换热器（15）的制热换热进口相连接，板式换热器（15）的制热换热出口通过管道与补热换热器（21）、制热换热器（16）的进气口相连接。

2.根据权利要求1所述的提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，其特征在于：所述工作介质采用的NH混合气中氮气占比85%，氢气占比15%，氧气含量低于10ppm，工作介质由集气罩（27）收集，依次经过制冷换热器（4）、金属灰过滤器（8）、压力泵（17）、制热换热器（16）后进入仿气刀喷嘴（24），仿气刀喷嘴（24）将工作介质向退火炉斜滑道（26）的上部进行喷吹，工作介质在退火炉斜滑道（26）的下部再由集气罩（27）收集，形成工作介质的闭路循环。

3.根据权利要求1所述的提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，其特征在于：所述工作介质循环管路（1）的制冷换热器（4）的后方管道上安装有测压仪表（25），在制热换热器（）与仿气刀喷嘴（24）之间的管道上安装主管道流量阀门（22）和测温仪表（23），在金属灰过滤器（8）的两端管道上分别安装有主管道阀门（5），工作介质循环管路（1）上还有备用金属灰过滤器（12），备用金属灰过滤器（12）与金属灰过滤器（8）相并联，在备用金属灰过滤器（12）的两端管道上分别安装备用管道阀门（6）。

4.根据权利要求1所述的提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，其特征在于：所述制冷剂循环管路（2）中分别有制冷剂排出阀门（9）和制冷剂进入阀门（10），制冷剂排出阀门（9）安装在制冷换热器（4）的排气口与板式换热器（15）的制冷换热进口之间的管道中，制冷剂进入阀门（10）安装在板式换热器（15）的制冷换热出口与制冷换热器（4）的进气口之间的管道中，位于制冷管道泵（11）、补冷换热器（7）之间。

5.根据权利要求1所述的提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，其特征在于：所述制热剂循环管路（3）中分别有制热剂排出阀门（19）和制热剂进入阀门（20），制热剂排出阀门（19）安装在板式换热器（15）的制热换热出口与制热换热器（16）进口之间的管道中，位于板式换热器（15）与补热换热器（21）之间，制热剂进入阀门（20）安装在制热换热器（16）的排气口与板式换热器（15）的制热换热进气口之间的管道中，位于制热换热器（16）与制热管道泵（18）之间。

6.根据权利要求1所述的提高镀层质量的退火炉斜滑道液面控制装置，其特征在于：退火炉斜滑道（26）内部的有渣区域（35）内设置镀液溢流管（32），镀液溢流管（32）与吸渣液泵（31）相连接，吸渣液泵（31）的排出管道与镀液锅（29）相连接。

Images