CN111188002A - 一种热镀锌锅整流装置及其结构参数优化方法 - Google Patents
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Abstract
一种热镀锌锅整流装置及其结构参数优化方法，所述整流装置采用百叶窗式结构，该整流装置包括横梁、一对侧板和叶片，所述横梁固定在热镀锌锅锅体两侧壁面上，所述侧板设于热镀锌锅锅内的横梁两侧，所述叶片两端分别安装在两侧板上；本发明采用提出的PR‑Froude水模型试验方法，建立热镀锌锅水模型，开展热镀锌锅整流技术研究，由于锌渣卷入带钢引起镀锌层表面质量缺陷问题与锌锅稳定辊区域形成的冲击流密切相关，热镀锌锅整流方案主要通过整流装置对该区域流场进行整流，整流装置安装在热镀锌锅稳定辊一侧。本发明根据整流装置结构参数优化方法，确定整流装置优化或最佳的结构参数组合，最大限度提高整流效果。
Description
技术领域
本发明涉及热镀锌技术领域具体为一种热镀锌锅整流装置及其结构参数优化方法。
背景技术
在钢材表面镀锌是钢材防腐诸法中应用最普遍、成本最低廉而且效果最显著的措施。带钢镀锌过程主要在锌锅内完成，带钢经过预处理后，被转入到充满锌液的锌锅内，在经过一个沉没辊和一对稳定辊后，被垂直的从锌锅内带出，带钢随后经过锌锅上方的一对气刀，气刀喷出的高压气体，将多余的锌液吹回到锌锅内，从而带钢表面获得薄薄一层镀锌层。
虽然连续热镀锌钢的表面质量逐年提高，但是提供完全没有瑕疵的镀锌层仍然是一大挑战。影响带钢表面质量的因素很多，例如带钢表面清洁度、钢铁制件基本质量、镀锌工艺等，但影响最大的是锌渣瑕疵。在连续热镀锌生产过程中，钢带经过高温预处理后持续进入455度锌锅热浸镀锌，由于铁、锌、铝等金属的冶金反应，在锌锅内将不断累积以铁、锌为主要成分的锌渣。锌渣随着流体运动并粘附于带钢表面，根据粘附程度的不同，锌渣会以“点”、“线”、“条”等形式表现在带钢上而形成不同形貌的缺陷，诸如：小黑点、小亮点、小黑线、小白条等。这些严重的带钢表面质量问题会造成冲压缺陷而无法涂装使用，严重的可能还会损伤模具。
开展热镀锌锅整流技术研究，合理控制锌渣在锌锅内的运动，使其对带钢表面质量影响降到最低程度，这是解决锌渣粘附问题最有效的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种热镀锌锅整流装置及其结构参数优化方法，由于锌渣卷入带钢引起镀锌层表面质量缺陷问题与锌锅稳定辊区域形成的冲击流密切相关，热镀锌锅整流方案主要通过在该区域安装整流装置，改变锌锅局部区域流场的流速和流向，减小锌渣附着在带钢表面的可能，通过PR-Froude水模型试验方法，开展热镀锌锅整流技术研究，通过整流装置结构参数优化方法，确定整流装置优化或最佳的结构参数组合，最大限度提高整流效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热镀锌锅整流装置，所述整流装置采用百叶窗式结构，该整流装置包括横梁、一对侧板和叶片，所述横梁固定在热镀锌锅锅体两侧壁面上，所述侧板设于热镀锌锅锅内的横梁两侧，所述叶片两端分别安装在两侧板上。
进一步地，由于锌渣卷入带钢引起镀锌层表面质量缺陷问题与锌锅稳定辊区域形成的冲击流密切相关，所述整流装置设于热镀锌锅稳定辊一侧，且设置方向与热镀锌锅稳定辊的轴向平行。
进一步地，所述叶片个数至少为两个，相互平行且等间隔的安装在侧板上。
进一步地，所述叶片与水平方向呈角度设置，该角度大小可沿顺时针方向或者逆时针方向调整。
本发明另一方面提供一种热镀锌锅整流装置结构参数优化方法，提出了PR-Froude水模型试验方法，建立热镀锌锅水模型，并在热镀锌锅水模型之上安装所述热镀锌锅整流装置，所述热镀锌锅水模型主要结构包括锌锅体、炉鼻、钢带、前稳定辊、后稳定辊、沉没辊、主动辊和平衡辊；根据整流装置结构参数建立正交试验，以锌渣泛起浓度为评价指标，在不同的钢带宽度和钢带速度条件下，得到整流装置优化结构参数组合，进而也可确定最佳的结构参数组合。
进一步地，所述PR-Froude水模型实验方法，通过热镀锌锅水模型和热镀锌锅原型满足几何相似、Froude数相似和颗粒雷诺数相似，保证模型和原型的流体相似和锌渣相对于流体运动相似。
进一步地，所述PR-Froude水模型实验方法，采用氯化钠水溶液模拟锌液，黑色ABS颗粒模拟锌渣。
进一步地，所述热镀锌锅水模型实验装置的锌锅体、炉鼻、前稳定辊、后稳定辊、沉没辊、主动辊和平衡辊采用透明有机玻璃材质制作，采用PVC软板模拟钢带。
进一步地，所述整流装置结构参数包括整流装置在锌锅安装水平、垂直位置和整流装置叶片数量、叶片间距、叶片角度、叶片长度、叶片宽度及其他可能变化的尺寸参数。
进一步地，所述锌渣泛起浓度通过高速摄像技术测定。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明所述结构的热镀锌锅整流装置，改变了锌锅局部区域锌液流速和方向，降低了锌渣粘附到带钢表面的可能，有效提高带钢表面镀锌层质量；
2.由于锌液是高温不透明的液体，测试设备无法测量锌锅内部的流场，而数值模拟方法主要用于研究无渣流场，本发明所述实验方法采用PR(Particle Reynoldsnumber)-Froude水模型试验方法，可以直接观测锌锅内部工作情况，其实验模拟的结论更贴近于实际情况。
附图说明
图1为本发明所述热镀锌锅整流装置结构示意图；
图2(a)为横梁剖面结构示意图；(b)为横梁俯视结构示意图；
图3(a)为侧板剖面结构示意图；(b)为侧板俯视结构示意图；
图4(a)为叶片主视结构图；(b)为叶片俯视结构图；
图5为本发明所述热镀锌锅整流装置安装结构示意图；
图6为整流效果对比图：(a)未安装整流装置；(b)安装整流装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本发明提供一种热镀锌锅整流装置，如图1～4所示，所述整流装置采用百叶窗式结构，该整流装置包括横梁5、一对侧板6和叶片7，所述横梁固定在热镀锌锅锅体两侧壁面上，所述侧板设于热镀锌锅锅内的横梁两侧，所述叶片两端分别安装在两侧板上，所述叶片个数至少为两个，相互平行且等间隔的安装在侧板上，所述叶片与水平方向呈角度设置，该角度大小可沿顺时针方向或者逆时针方向调整。
本发明所述热镀锌锅整流装置的结构参数优化方法，利用提出的PR-Froude水模型试验方法，建立热镀锌锅水模型，开展热镀锌锅整流技术研究；基于热镀锌锅稳定辊区域流场特性，设计整流装置结构；根据热镀锌锅整流装置结构参数优化方法，得到整流装置优化结构参数组合，结构参数包括整流装置在锌锅安装水平、垂直位置和整流装置叶片数量、叶片间距、叶片角度、叶片长度、叶片宽度及其他可能变化的尺寸参数。
参见图5，热镀锌锅水模型实验装置的主要结构尺寸按照热镀锌锅原型等比缩放，热镀锌锅原型型号：2-1CGL，选用透明有机玻璃材料制作，其主要结构包括，锌锅体1、炉鼻2、主动辊3、平衡辊4、前稳定辊8、后稳定辊9、钢带10、沉没辊11，所述热镀锌锅水模型实验装置的锌锅体、炉鼻、前稳定辊、后稳定辊、沉没辊、主动辊和平衡辊采用透明有机玻璃材质制作，采用PVC软板模拟钢带；各部件依照热镀锌锅原型设置，由于锌渣卷入带钢引起镀锌层表面质量缺陷问题与锌锅稳定辊区域形成的冲击流密切相关，所述整流装置安装于热镀锌锅稳定辊前侧，所述整流装置采用百叶窗式结构，该整流装置的横梁5固定在热镀锌锅水模型的锌锅体左、右两侧壁面上，侧板6设于热镀锌锅锅内的横梁两侧，叶片7两端分别安装在两侧板上，所述叶片与水平方向呈角度设置，该角度大小可沿顺时针方向或者逆时针方向调整。
PR-Froude水模型实验方法中，通过水模型和锌锅原型，满足几何相似见公式(1)和Froude数相似见公式(2)，保证模型和原型的流体相似；通过水模型和锌锅原型满足颗粒雷诺数相似见公式(3)，保证颗粒相对于流体运动相似。
其中，λ表示模型和原型的几何相似比，L表示特征长度，可选择沉没辊直径作为特征长度，下标m和p表示模型和原型；
其中，V为钢带速度；根据公式(2)及热镀锌锅原型的钢带速度确定模型的钢带速度；
其中υf表示流体的运动粘度，ρinc和ρf分别代颗粒和流体的密度，Dinc表示颗粒直径，下标f和inc代表流体和颗粒。
PR-Froude水模型实验方法中，采用氯化钠水溶液模拟锌液，黑色ABS颗粒模拟底渣，其中氯化钠水溶液的密度略小于黑色ABS颗粒的密度；指定氯化钠水溶液的密度，根据公式(3)，热镀锌锅原型的流体(锌液)、底渣参数确定黑色ABS颗粒的直径。
热镀锌锅原型及水模型的具体参数如表1所示：
表1热镀锌锅水模型和原型参数，几何相似比为λ＝1/5
采用热镀锌锅整流装置结构参数优化方法，根据整流装置结构参数建立正交试验，以锌渣泛起浓度为评价指标，在不同的钢带宽度和钢带速度条件下(如表1所示)，以通过高速摄像技术测定的锌渣泛起浓度为评价指标，确定整流装置结构参数优化组合。
以热镀锌锅水模型在钢带宽度340mm、钢带速度1.5m/s条件下为例，根据实验结果，获得的底渣无害化堆积装置结构参数优化组合为：
整流装置安装位置为：距锌锅前侧壁面150mm，垂直浸液深度200mm；叶片4个，叶片间距50mm，叶片顺时针方向与水平方向的角度为60度，叶片长度500mm，叶片宽度60mm。
如图6所示，整流装置以上述优化的结构参数组合安装后，底渣泛起数量明显降低。
确定整流装置的结构参数组合后，按照几何比扩大即可应用到热镀锌锅原型上。
以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种热镀锌锅整流装置，其特征在于，所述整流装置采用百叶窗式结构，该整流装置包括横梁、一对侧板和叶片，所述横梁固定在热镀锌锅锅体两侧壁面上，所述侧板设于热镀锌锅锅内的横梁两侧，所述叶片两端分别安装在两侧板上。
2.根据权利要求1所述的一种热镀锌锅整流装置，其特征在于，所述整流装置设于热镀锌锅稳定辊一侧，且设置方向与热镀锌锅稳定辊的轴向平行。
3.根据权利要求1所述的一种热镀锌锅整流装置，其特征在于，所述叶片个数至少为两个，相互平行且等间隔的安装在侧板上。
4.根据权利要求1所述的一种热镀锌锅整流装置结构参数优化方法，其特征在于，所述叶片与水平方向呈角度设置，该角度大小可沿顺时针方向或者逆时针方向调整。
5.一种基于权利要求1所述的热镀锌锅整流装置结构参数优化方法，其特征在于，采用提出的PR-Froude水模型试验方法，建立热镀锌锅水模型，并在热镀锌锅水模型之上安装所述热镀锌锅整流装置，所述热镀锌锅水模型结构包括锌锅体、炉鼻、钢带、前稳定辊、后稳定辊、沉没辊、主动辊和平衡辊；根据整流装置结构参数建立正交试验，以锌渣泛起浓度为评价指标，在不同的钢带宽度和钢带速度条件下，得到整流装置优化或最佳结构参数组合。
6.根据权利要求5所述的一种热镀锌锅整流装置结构参数优化方法，其特征在于，所述PR-Froude水模型实验方法，通过热镀锌锅水模型和热镀锌锅原型满足几何相似、Froude数相似和颗粒雷诺数相似，保证模型和原型的流体相似和锌渣相对于流体运动相似。
7.根据权利要求5所述的一种热镀锌锅整流装置结构参数优化方法，其特征在于，所述PR-Froude水模型实验方法，采用氯化钠水溶液模拟锌液，黑色ABS颗粒模拟锌渣。
8.根据权利要求5所述的一种热镀锌锅整流装置结构参数优化方法，其特征在于，所述热镀锌锅水模型实验装置的锌锅体、炉鼻、前稳定辊、后稳定辊、沉没辊、主动辊和平衡辊采用透明有机玻璃材质制作，采用PVC软板模拟钢带。
9.根据权利要求5所述的一种热镀锌锅整流装置结构参数优化方法，其特征在于，所述整流装置结构参数包括整流装置在锌锅安装水平、垂直位置和整流装置叶片数量、叶片间距、叶片角度、叶片长度、叶片宽度。
10.根据权利要求5所述的一种热镀锌锅整流装置结构参数优化方法，其特征在于，所述锌渣泛起浓度通过高速摄像技术测定。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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