CN111876710B - 热浸镀锌锅锌渣的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热浸镀锌锅锌渣的控制方法，该控制方法通过实时有效的评价锌锅内锌渣的控制情况，并能实时与生产产品表面质量实现勾连，实现产品的数据化与可视化。可有效减少高表面质量生产前采用过渡产品进行表面质量验证，从而大幅降低生产成本。

Description

热浸镀锌锅锌渣的控制方法

技术领域

本发明涉及一种金属材料的表面热浸镀，属于金属材料表面处理技术领域，具体地涉及一种热浸镀锌锅锌渣的控制方法。

背景技术

随着全球气候变暖，人们生产生活的环境越来越差，对金属材料在大气环境下的服役寿命产生了较大影响。为提高金属材料尤其是长期在户外或环境恶劣条件下服役的金属构件或金属制品的服役寿命，如汽车、建筑外覆盖金属层、金属管件、空调等家用电器等。常在钢带或钢板、构件等表面热浸镀一层防腐蚀镀层。

热浸镀是将钢板或钢带、金属构件等浸没于镀液中，使其表面镀覆一层耐腐蚀镀层。钢板或钢带、金属构件等被镀的产品浸入到高温的镀液中，其表面会有铁等金属溶于镀液中，从而形成二元或三元金属间化合物，就是所谓的渣，如锌基镀液中形成的FeZn₇、Fe₂Al₅Zn_x等，镀液温度的高低、温度的波动都会影响渣的形成。镀液中的锌渣是影响镀锌板和镀锌构件表面质量的最重要因素，也是热浸镀高表面质量产品获得必须具备的基本条件。

目前工业生产中主要通过控制锌液温度、成分和带钢或镀件表面清洗干净程度来减少锌锅内锌渣的发生，但是无法彻底消除镀液内的锌渣，且没有很好的方法来判断镀液内的渣的多少，是否能够生产高表面质量的产品。如果要生产高表面质量的产品，必须先生产一定批量的较差表面质量的过渡产品，通过热浸镀后带钢表面质量反映出的情况来判断是否能够开始高表面质量级别产品的生产。但这样操作过程繁琐，耗费了很多不必要的人力、物力。

文献“工业生产条件下连续热镀锌锅中锌渣扩散的数值模拟”研究了基于欧拉-拉格朗日方法的离散相模型，针对锌液体外循环系统下连续热镀锌锅中三种不同类型的锌渣，利用数值模拟的方法计算锌锅中锌渣的浓度差分布，分析锌渣扩散得到了锌渣在带钢表面及锌锅中的运动轨迹和分布规律，结果表明：锌渣在带钢上的沉积率随着锌渣粒度的较小而升高；由于锌渣密度的差异，当锌渣直径小于80μm时，沉积率从高到低依次从悬浮渣、面渣和底渣，面渣在带钢出口后侧区域的平均停留时间最长，在该位置设置抽锌管将有利于面渣的去除，在V形区内侧区域带钢上的悬浮渣质量浓度最高，对带钢影响最大，底渣主要运动区域为锌锅底部，基本不会粘附于带钢表面，对带钢影响最小。

中国发明专利申请(申请公布号：CN1730712A，申请公布日：2006-2-8)公开了去除热镀锌液中锌渣的方法，其公开了利用锌渣与锌液在导电性上的较大差异，通过直接或感应的方式施加电磁立场，在陶瓷管内的锌液中建立起压力梯度，使其中导电性差的锌渣受周围锌液施予的电磁压力的作用而发生定向迁移，被捕获于陶瓷管壁面，从而达到去除锌渣的目的，该申请通过施加正交的直流电和稳恒磁场或施加交变磁场，使热镀锌中锌渣在形成的第一时间内就得到有效去除，避免其沉积或粘连于镀锌辊或钢板上，显著改善热镀锌板的表面质量。但是其只能去除锌液中部分的锌渣，不能完全去除，故锌液中仍有锌渣的存在，对生产高表面质量的产品仍有影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种热浸镀锌锅锌渣的控制方法，该控制方法可以有效的减少高表面质量生产前采用过渡产品进行表面质量验证，从而大幅降低生产成本。

为实现上述目的，本发明公开了一种热浸镀锌锅锌渣的控制方法，它包括实时检测锌锅内总铝含量、总铁含量、渣态铁含量和渣态铝含量，并以渣态铁含量值作为y轴和渣态铝含量值作为x轴建立直角坐标系；其中，设定锌锅内锌渣发生量为Z，其对应所述直角坐标系内坐标为(a，b)，则锌渣发生量Z满足如下数学关系式：

其中，当Z≤0.0041时，对锌锅内锌渣评分为大于等于90分；

当0.0041＜Z≤0.0084时，对锌锅内锌渣评分为大于等于80分且小于90分；

当0.0084＜Z≤0.0142时，对锌锅内锌渣评分为大于等于70分且小于80分；

当0.0142＜Z≤0.022时，对锌锅内锌渣评分为大于等于60分且小于70分；

当0.022＜Z≤0.027时，对锌锅内锌渣评分为大于等于50分且小于60分；

当Z＞0.027时，对锌锅内锌渣评分为小于50分；

上述不同评分对应不同产品表面质量，从而建立起锌锅内锌渣分布情况与产品表面质量间关系。

进一步地，根据所述渣态铁含量、渣态铝含量得到锌渣分界K线，并对步骤1)的所述直角坐标系区域内采用锌渣分界K线拆分为上半部分的底渣强势区及下半部分的面渣强势区，且将所述直角坐标系内区域拆分为六个区域，每个区域对应不同的锌渣分布情况且评分也不一样。

进一步地，各区域的拆分方法为根据区域拆分分界线进行拆分，其中，所述区域拆分分界线满足如下数学关系式：

Z_区域＝(ε×T_品)/(W×V×t×T_锌×K/1000)；

其中，ε为锌渣改判率，其取值为0.5％～2.5％；

T_品为单位时间内生产的产品重量，单位为Kg；

W为生产产品宽度，单位为m；

V为生产产品在锌锅中运行的速度，单位为m/min；

t为生产的时间，单位为min；

T_锌为镀在产品上下两个表面单位面积上的锌合金层重量之和，单位为g/m²；

K为锌渣发生率系数，K的取值为6.8～9.4×10³。

有益效果：

本发明设计的控制方法通过准确、可靠的探究锌锅内锌渣控制情况，为实际产品表面质量提供指导。

附图说明

图1为本发明根据锌锅内渣态铁含量、渣态铝含量建立的直角坐标系示意图；

图2为实施例探究的锌渣分布图；

图3为本发明锌渣评价结果与产品表面质量间关系图。

具体实施方式

本发明公开了一种热浸镀锌锅锌渣的控制方法，它包括采用在线镀液成分实时检测装置对锌锅内总铝、总铁、渣态铁和渣态铝含量进行实时测量，该在线镀液成分实时检测装置为现有设备，其测试原理是通过高能激光聚集于待分析锌锅内热浸镀锌液表面，样品被击穿形成高温等离子体，通过检测等离子体的光谱信号，获得样品的成分和含量。

对上述检测得的渣态铁、渣态铝进行实际统计分析，为减小测量误差，实时测量值为5秒钟输出一个测量值，取连续五个测量值为一组计算其平均值，然后将每组的平均值显示在图1的直角坐标系中，并以渣态铁值作为y轴和渣态铝值作为x轴建立直角坐标系；得到说明书附图的图1所示的锌渣分布图，由图1可知实时情况下锌锅内锌渣的类型和含量。

并且锌渣包括渣态铁、渣态铝，其形成反应过程如下：

Fe+7Zn＝FeZn₇；

5Al+2FeZn₇＝(14-x)Zn+Fe₂Al₅Zn_x；

本发明还选择测量锌锅内总铝、总铁，是因为锌液中除了渣态铝、渣态铁，还有有效铝和饱和铁，即总铝＝渣态铝+有效铝，总铁＝饱和铁+游离铁。而有效铝对热镀锌产品的表面质量影响很大，只有测得了总铝、渣态铝，才能知道锌锅中有效铝的含量，有效铝含量的波动会对钢板表面质量造成影响。

结合对应工艺控制所生产的产品表面情况进行统计迭代分析，具体的，根据图1实时的锌渣分布图，勾连当时状态下生产的产品表面质量，再结合产品进入锌液前的表面状态、温度、锌液的温度进行分析；下一次分析结合上一次的分析结果，准确勾连出锌液中锌渣的分布和含量与所镀产品的表面质量之间关系。

然后将所述直角坐标系内区域采用锌渣分界K线拆分为上半部分的底渣强势区及下半部分的面渣强势区，其中，该锌渣分界K线就是根据锌液中锌渣反应得到，即锌液中所含的Zn、Al、Fe三元反应式计算得到，底渣的主要成分为FeZn₇、FeZn₁₃和FeZn₁₀Al_x，面渣主要为Fe₂Al₅Zn_x。所以可以得出面渣和底渣的分界线。其功能主要是为了更直观的判断锌液中渣的类型。

如图1所示，锌渣分界K线左半部分为底渣强势区，右半部分为面渣强势区。且锌渣的分布点到所述直角坐标系坐标原点的距离即为单位时间内锌渣的发生量。即设定锌锅内锌渣发生量为Z，其对应所述直角坐标系内坐标为(a，b)，则锌渣发生量Z满足如下数学关系式：

然后进一步地根据统计分析结果，即根据锌液中实时锌渣在图1中的分布情况，勾连当时情况下产品表面质量情况，对锌锅内锌渣分布进行评价。具体的，将所述直角坐标系内区域拆分6个区域，本发明优选各区域的拆分方法为根据区域拆分分界线进行拆分，其中，所述区域拆分分界线满足如下数学关系式：

Z_区域＝(ε×T_品)/(W×V×t×T_锌×K/1000)；

其中，ε为锌渣改判率，其取值为0.5％～2.5％；

T_品为单位时间内生产的产品重量，单位为Kg；

W为生产产品宽度，单位为m；

V为生产产品在锌锅中运行的速度，单位为m/min；

t为生产的时间，单位为min；

T_锌为镀在产品上下两个表面单位面积上的锌合金层重量之和，单位为g/m²；

K为锌渣发生率系数，K的取值为6.8～9.4×10³。

根据实际生产情况，将各参数带到上述数学关系式中，得到的曲线分布具体的如图2所示，拆分为六个不同的区域，每个区域对应不同的锌渣含量及不同的评分机制；结合图2可知，各不同区域分界线与锌渣分界K线之间的交点分别对应90分、80分、70分、60分、50分。

其中，当Z≤0.0041时，对锌锅内锌渣评分为大于等于90分；其对应的锌渣改判率为0.50％以下，由于锌锅中的锌渣是无法去除干净的，无论采用什么样的工艺或手段，锌锅内肯定都会存在一些锌渣，只是多少的问题。所以通过多次生产数据的统计以及公司对锌渣改判的管控要求，锌渣改判率为0.50％以下时对应的锌锅内的锌渣量少，生产产品的表面质量也较好，通过与锌锅数据关联发现Z值在0.0041以下，定义为90分。

当0.0041＜Z≤0.0084时，对锌锅内锌渣评分为大于等于80分且小于90分；其对应的锌渣改判率为0.5～1.0％。

当0.0084＜Z≤0.0142时，对锌锅内锌渣评分为大于等于70分且小于80分；其对应的锌渣改判率为1.0～1.5％。

当0.0142＜Z≤0.022时，对锌锅内锌渣评分为大于等于60分且小于70分；其对应的锌渣改判率为1.5～2.0％。

当0.022＜Z≤0.027时，对锌锅内锌渣评分为大于等于50分且小于60分；其对应的锌渣改判率为2.0～2.5％。

当Z＞0.027时，对锌锅内锌渣评分为小于50分；其对应的锌渣改判率大于2.5％。

本领域技术人员知晓的，评分越高，锌锅内锌渣分布越少，得到产品表面质量可能越好。

对于上述不同区域对应不同的锌渣含量，采用热浸镀锌机组带钢表面自动检查系统的表面检查数据与本发明设计的上述锌渣控制方法所得的数据进行勾连，其中，所述表面自动检查系统可以实时的显示产品表面质量控制情况，本发明设计的控制方法可以实时显示锌液中锌渣的分布状态，将两者的数据勾连到一个时间轴上，再结合产品进入锌液前的表面状态、温度、锌液的温度进行分析；下一次分析结合上一次的分析结果，准确勾连出锌液中锌渣的分布和含量与所镀产品的表面质量之间关系。一般的，当图1中显示锌渣量较多时，或者打分较低时，当时状态下生产的产品表面锌渣缺陷也比较多，反之，产品表面锌渣缺陷少，或基本没有。从而实现锌渣控制与产品表面质量数据化和实时可视化。

其中，热浸镀锌机组带钢表面自动检查系统就是采用高速高清摄像的方式，将热浸镀后的产品表面质量情况记录下来，其可以有效的识别产品表面的锌渣缺陷，现在高端的热浸镀锌生产机组都配备有这种表面自动检查系统。

为更好的解释本发明，以下结合具体实施例进行详细说明

实施例1

本发明提供了一种热浸镀锌锅锌渣评价控制方法，包括如下步骤：

获取实时检测的锌液中渣态铁和渣态铝含量实际值，为减少测量的误差，取连续五个测量值为一组计算其平均值，并将其显示在图1的直角坐标系内。并且各不同区域分界线与锌渣分界K线之间的交点分别对应90分、80分、70分、60分、50分，各不同评分对应的锌渣发生量为0.0033、0.0108、0.0162、0.022、0.027。

进一步的，根据渣态铁和渣态铝在直角坐标系中的分布区域，见图2中正方形区域的锌渣分布点，根据锌渣发生反应，可以统计计算出锌渣的发生量，即锌渣分布点与坐标原点的距离。锌渣的发生量定义为Z，在直角坐标系中渣态铝为x轴，渣态铁为y轴，那么渣的发生量可按公式

进行计算得到。锌液实时检测装置每5s输出一个渣态铝和渣态铁测量值，如果一个点按一组5个测量值的平均值，即25s在直角坐标系上会有一个锌渣的分布点。根据上述计算方法，计算出单位时间内锌渣的发生量，如在图2中任取一点，x＝0.0011，y＝0.0053，计算得到单位时间内锌渣的发生量z＝0.0054。且在图1的直角坐标系中也可以直观的看出，此时锌锅内锌渣的量较少，根据本发明的评价方法，此时锌锅内锌渣的控制情况可以达到80分以上90分以下。

进一步的，通过与热浸镀锌机组带钢表面质量实时检查系统的表面检查数据勾连，如图3，六边形区域所示，此时生产产品的表面锌渣缺陷数量较少，可以很容易的判断出此时生产的带钢表面质量较好，可进行高表面质量产品生产。

实施例2

本发明提供了一种热浸镀锌锅锌渣评价控制方法，包括如下步骤：

获取实时检测的锌液中渣态铁和渣态铝含量实际值，为减少测量的误差，取连续五个测量值为一组计算其平均值，并将其显示在图1的直角坐标系内。

进一步的，根据渣态铁和渣态铝在直角坐标系中的分布区域，见图2中紫色的锌渣分布点，根据锌渣发生反应，可以统计计算出锌渣的发生量，即锌渣分布点与坐标原点的距离。锌渣的发生量定义为Z，在直角坐标系中渣态铝为x轴，渣态铁为y轴，那么渣的发生量可按公式

进行计算得到。锌液实时检测装置每5s输出一个渣态铝和渣态铁测量值，如果一个点按一组5个测量值的平均值，即25s在直角坐标系上会有一个锌渣的分布点。根据上述计算方法，计算出单位时间内锌渣的发生量，如在图2中圆形区域，x＝0.007，y＝0.0197，计算得到单位时间内锌渣的发生量z＝0.0209。很明显，此时锌锅内锌渣的量较多，而且从其分布可以看出，锌锅内多为悬浮渣，根据本发明的评价方法，此时锌锅内锌渣的控制情况为50-60分。

进一步的，通过与热浸镀锌机组带钢表面质量实时检查系统的表面检查数据勾连，如图3，菱形区域对应的此时生产的产品表面锌渣缺陷较多，可以很容易的判断出此时生产的带钢表面质量较差，机组此时不能生产高表面质量产品。

有上述实施例可知，本发明设计的控制方法可以建立起锌锅内锌渣分布情况与产品表面质量间关系，从而实现锌渣控制与产品表面质量数据化和实时可视化。对实际生产具备指导意义。

Claims (3)

1.一种热浸镀锌锅锌渣的控制方法，其特征在于，它包括实时检测锌锅内总铝含量、总铁含量、渣态铁含量和渣态铝含量，并以渣态铁含量值作为y轴和渣态铝含量值作为x轴建立直角坐标系；其中，设定锌锅内锌渣发生量为Z，其对应所述直角坐标系内坐标为(a，b)，则锌渣发生量Z满足如下数学关系式：

其中，当Z≤0.0041时，对锌锅内锌渣评分为大于等于90分；

当0.0041＜Z≤0.0084时，对锌锅内锌渣评分为大于等于80分且小于90分；

当0.0084＜Z≤0.0142时，对锌锅内锌渣评分为大于等于70分且小于80分；

当0.0142＜Z≤0.022时，对锌锅内锌渣评分为大于等于60分且小于70分；

当0.022＜Z≤0.027时，对锌锅内锌渣评分为大于等于50分且小于60分；

当Z＞0.027时，对锌锅内锌渣评分为小于50分；

不同评分对应不同产品表面质量，从而建立起锌锅内锌渣分布情况与产品表面质量间关系。

2.根据权利要求1所述热浸镀锌锅锌渣的控制方法，其特征在于，根据所述渣态铁含量、渣态铝含量得到锌渣分界K线，并对所述直角坐标系区域内采用锌渣分界K线拆分为上半部分的底渣强势区及下半部分的面渣强势区，且将所述直角坐标系内区域拆分为六个区域，每个区域对应不同的锌渣分布情况且评分也不一样。

3.根据权利要求2所述热浸镀锌锅锌渣的控制方法，其特征在于，各区域的拆分方法为根据区域拆分分界线进行拆分，其中，所述区域拆分分界线满足如下数学关系式：

Z_区域＝(ε×T_品)/(W×V×t×T_锌×K/1000)；

其中，ε为锌渣改判率，其取值为0.5％～2.5％；

T_品为单位时间内生产的产品重量，单位为Kg；

W为生产产品宽度，单位为m；

V为生产产品在锌锅中运行的速度，单位为m/min；

t为生产的时间，单位为min；

T_锌为镀在产品上下两个表面单位面积上的锌合金层重量之和，单位为g/m²；

K为锌渣发生率系数，K的取值为6.8～9.4×10³。

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