CN112501529A - 一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法 - Google Patents

一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，通过计算得出生产计划时间段内锌锭加入数量和品种，按照计算结果将锌锭加入锌锅中，所述计算，步骤如下：（1）确定生产计划时间段内锌和铝的理论消耗重量；（2）确定三种类型的锌锭A、B、C；（3）确定A、B、C三种类型锌锭的理论添加量。本发明结合生产计划和目标铝含量，精确计算锌锭添加的品种和比例，减少了锌渣生成量，保证了外板生产的无渣窗口期。

Description

一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法
技术领域
本发明属于热镀锌技术领域，尤其涉及一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法。
背景技术
带钢连续热镀锌机组中锌锅铝含量控制是整个镀锌工艺中最为复杂且重要的关键点之一，铝含量精确控制对高表面要求的汽车、家电外板等十分关键。锌液中添加一定量的铝，可以大大改善锌液环境和镀层性能，提高产品质量和使用性能，铝含量过高过低都会对产品产生不利影响。因此，镀锌工艺中锌锅铝含量有着严格的范围限制。在生产中，由于镀层和锌渣中形成的锌-铝-铁三元合金会导致锌锅中有效铝的减少，因此需要对铝含量进行补充和控制。
传统上，为了维持锌锅中铝含量的稳定，镀锌产线会定期在锌锅中取样化验锌锅中铝含量，取样频次通常为1次/班(倒班作业周期，一般为8/12小时)。倒班作业人员接班时会根据上一个班组锌液检测结果，依经验估算出本班所需添加锌锭的品类及配比，并使用叉车将锌锭运送至锌锅旁待用。
生产高表面产品时，为了创造无渣生产的工艺窗口，锌锅中的铝并不是恒定不变，而是按照一定的“路线图”进行控制。如发明人许秀飞的《汽车外用连续热镀锌生产前的铁液除铁方法及其生产方法》，通过在外板生产窗口期进行“降铝”的操作来控制铁在锌液中的溶解度，较好的控制了外板表面质量。
不论是锌锅铝恒定不变的控制还是按照既定“路线图”的铝含量控制策略，传统凭经验估算的锌锭添加种类及配比的方式无法做到根据生产计划进行主动式有选择的添加锌锭，这种锌锭添加方式盲目、落后，铝含量波动较大。已远不能满足现代汽车板产品对铝含量精确控制的要求。
申请号200910260034的中国发明专利提供一种连续热镀锌锌液铝含量调节的方法，将检测锌液中的总铝含量范围分组，每组根据铝含量的范围不同，添加固定比例的锌锭。这种锌锭添加方式没有考虑到当前生产作业过程及目标铝含量的变化，是一种落后的生产控制方式。
申请号201616031158的中国发明专利提供一种控制锌锅有效铝的方法，在锌锅中通过当前的有效铝含量检测，确定铝含量的变化，通过预先设定的锌锭类型对应的添加量进行补偿。该发明需要使用在线铝含量、铁含量检测传感器，该传感器属于消耗产品，每2周就需要更换一根，成本消耗大。同时该发明中的铝含量变化计算数学模型中，使用第一时间和第二时间的镀锌品种变化值进行判定，但并未阐述第一时间周期是多少，如果时间周期为单个钢卷的生产周期，那么该计算结果会导致每个钢卷生产完之后都给定一个锌锭配比结果，这在现实生产操作中是不现实的。如果时间周期为锌锭的融化周期，那么该周期内钢镀锌品种可能发生多次变化，该模型并不能准确计算。
申请号201910304241.8的中国发明专利提供了一种了带钢连续热浸镀锌的锌锅智能加锌方法、设备及存储介质，该方法通过比较锌锅内有效铝含量与目标有效铝含量差值，调整加锌执行器，控制高铝和低铝锌锭各自加入速度，实现同时控制锌锅液位和成分的同时控制。该发明需要使用在线铝含量、铁含量检测传感器，该传感器属于消耗产品，每2周就需要更换一根，成本消耗大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，无需铝含量在线检测设备，精确控制锌锅铝含量。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，通过计算得出生产计划时间段内锌锭加入数量和品种，按照计算结果将锌锭加入锌锅中，所述计算，步骤如下：
(1)确定生产计划时间段内锌和铝的理论消耗重量，
锌理论消耗总量计算公式为：
Figure BDA0002733473480000031
其中，Wtotal为锌锭消耗总量，CWi为单个钢卷消耗的锌锭重量，Wdross为捞出锌渣的重量；
铝理论消耗总量计算公式为：
Figure BDA0002733473480000032
其中，Gal为铝理论消耗总量，CGi为单个钢卷消耗的铝重量，Gdross为捞出锌渣中的铝的含量，Gad.为目标铝含量补偿，其值为锌锅中目标铝含量与当前铝含量之差。
(2)确定三种类型的锌锭A、B、C，
其中纯锌锭A含铝量0％，单块锌锭重Ga吨；低铝合金锌锭B含铝量为β，单块锌锭重Gb吨；高铝合金锌锭C含铝量为γ，单块锌锭重Gc吨。
(3)确定A、B、C三种类型锌锭的理论添加量，
其中，纯锌锭A理论添加量Wa计算公式：
Figure BDA0002733473480000041
高铝合金锌锭C理论添加量Wc计算公式：
Figure BDA0002733473480000042
低铝合金锌锭B理论添加量Wb计算公式：Wb＝Wtotal-Wa-Wc，
其中，
Figure BDA0002733473480000043
进一步的，锌锅中A型锌锭添加个数a，B型锌锭添加个数b及C型锌锭添加个数c，计算公式为：
Figure BDA0002733473480000044
进一步的，所述单个钢卷消耗的锌锭重量CWi＝Li*Wi*AWi，其中Li为钢卷长度，Wi为钢卷宽度，AWi为钢卷双面的目标锌层重量。
进一步的，单个钢卷消耗的铝重量CGi＝g*(Li*Wi)+ρ*(Li*Wi*AWi)，其中，g为带钢表面锌铁中间层(Fe2Al5抑制层)中铝含量，ρ为带钢表面纯锌层中的铝含量，Li为钢卷长度，Wi为钢卷宽度，AWi为钢卷双面的目标锌层重量。
优选的，所述带钢表面锌铁中间层中铝含量g取值为0.5－0.7g/m2。
优选的，所述带钢表面纯锌层中的铝含量ρ为0.12％－0.18％。
优选的，所述生产计划时间段为6－12小时。
优选的，所述低铝合金锌锭B中的铝含量β为0.3％-0.8％(重量百分含量)，高铝合金锌锭C中的铝含量γ为2％-7％(重量百分含量)。
优选的，所述捞出锌渣中的铝含量Gdross为捞出锌渣总量的1％-5％(重量百分含量)。
优选的，捞出锌渣的重量Wdross为锌锭理论消耗总量的3％-8％(重量百分含量)。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明结合生产计划和目标铝含量，精确计算锌锭添加的品种和比例，减少了锌渣生成量，保证了外板生产的无渣窗口期。
附图说明
图1为锌锅添加锌锭的设备结构示意图
图中标记如下：锌锅1、锌锅左侧锌锭2、锌锅右侧锌锭3、液位检测装置4、控制系统5。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
锌锅重量320吨，当前铝含量为0.235％，计划在8小时后检修，需要提铝造渣。故8小时后的目标铝含量为0.285％，8小时内的生产计划如下表1。该产线锌锭种类有三种：纯锌锭A、含铝0.5％低铝合金锌锭B和含铝7％高铝合金锌锭C，其中锌锭A和锌锭B重量为1吨，锌锭C重量为0.5吨。捞出锌渣的重量Wdross为锌锭理论消耗总量的7％，锌渣内铝含量为2％。带钢表面锌铁中间层中铝含量g为0.6g/m2，带钢表面镀层中的铝含量ρ为0.15％。
表1
Figure BDA0002733473480000061
Figure BDA0002733473480000071
计算过程如下：
1)锌锅中的锌合金锭理论消耗
Figure BDA0002733473480000072
2)锌锅中的铝理论消耗
Figure BDA0002733473480000073
3)锌锭理论添加计算
Figure BDA0002733473480000074
纯锌锭A理论添加量Wa＝0
高铝锌锭C理论添加量Wc＝2.46t
低铝合金锌锭B理论添加量Wb＝5.36-2.22＝2.9t
4)得出各锌锭添加数量：A型锌锭个数a＝0，B型锌锭个数b＝3及C型锌锭个数c＝5。
5)通过锌锭添加装置系统，将3块低铝B型锌锭和5块高铝C型锌锭添加至锌锅中。
实施例2
锌锅重量300吨，当前铝含量为0.275％，计划在未来12小时内生产汽车外板，需进行缓慢降铝操作。故12小时后的目标铝含量为0.243％，12小时内的生产计划如表2。锌锭种类有三种：纯锌锭A、含铝0.5％低铝合金锌锭B和含铝3％高铝合金锌锭C，其中锌锭A和锌锭B重量为1.5吨，锌锭C重量为0.5吨。捞出锌渣的重量Wdross为锌锭理论消耗总量的8％，锌渣内铝含量为3％。带钢表面锌铁中间层中铝含量g为0.6g/m2，带钢表面镀层中的铝含量ρ为0.15％。
表2
Figure BDA0002733473480000081
计算过程如下：
1)锌锅中的锌合金锭理论消耗
Figure BDA0002733473480000091
2)锌锅中的铝理论消耗
Figure BDA0002733473480000092
3)锌锭理论添加计算
Figure BDA0002733473480000093
纯锌锭A理论添加量Wa＝11.27t
高铝锌锭C理论添加量Wc＝0t
低铝合金锌锭B理论添加量Wb＝14.45-11.27＝3.19t
4)得出各锌锭添加数量：A型锌锭个数a＝8，B型锌锭个数b＝3及C型锌锭个数c＝0。
5)通过锌锭添加装置系统，将8块纯锌A型锌锭和3块低铝B型锌锭添加至锌锅中。
实施例3
锌锅重量320吨，当前铝含量为0.255％，计划在未来8小时内稳定生产，需进行平铝操作。故8小时后的目标铝含量为0.255％，8小时内的生产计划如表3。锌锭种类有三种：纯锌锭A、含铝0.4％低铝合金锌锭B和含铝4％高铝合金锌锭C，其中锌锭A和锌锭B重量为1吨，锌锭C重量为0.5吨。捞出锌渣的重量Wdross为锌锭理论消耗总量的6％，锌渣内铝含量为5％。带钢表面锌铁中间层中铝含量g为0.6g/m2，带钢表面镀层中的铝含量ρ为0.15％。
表3
Figure BDA0002733473480000094
Figure BDA0002733473480000101
计算过程如下：
1)锌锅中的锌合金锭理论消耗
Figure BDA0002733473480000102
2)锌锅中的铝理论消耗
Figure BDA0002733473480000103
3)锌锭理论添加计算
Figure BDA0002733473480000104
纯锌锭A理论添加量Wa＝0
高铝锌锭C理论添加量Wc＝1.45t
低铝合金锌锭B理论添加量Wb＝15.63-1.45＝14.18t
4)得出各锌锭添加数量：A型锌锭个数a＝0，B型锌锭个数b＝14及C型锌锭个数c＝3。
5)通过锌锭添加装置系统，将14块低铝B型锌锭和3块高铝C型锌锭添加至锌锅中。
实施例4
锌锅重量260吨，当前铝含量为0.26％，计划在未来6小时内稳定生产，需进行平铝操作。故6小时后的目标铝含量为0.26％，6小时内的生产计划如表4。锌锭种类有三种：纯锌锭A、含铝0.3％低铝合金锌锭B和含铝2％高铝合金锌锭C，其中锌锭A重量为1.5吨，锌锭B重量为1吨，锌锭C重量为0.5吨。捞出锌渣的重量Wdross为锌锭理论消耗总量的3％，锌渣内铝含量为1％。带钢表面锌铁中间层中铝含量g为0.5g/m2，带钢表面镀层中的铝含量ρ为0.12％。
表4
Figure BDA0002733473480000111
Figure BDA0002733473480000121
计算过程如下：
1)锌锅中的锌合金锭理论消耗
Figure BDA0002733473480000122
2)锌锅中的铝理论消耗
Figure BDA0002733473480000123
3)锌锭理论添加计算
Figure BDA0002733473480000124
纯锌锭A理论添加量Wa＝0
高铝锌锭C理论添加量Wc＝1.03t
低铝合金锌锭B理论添加量Wb＝8.77-1.03＝7.74t
4)得出各锌锭添加数量：A型锌锭个数a＝0，B型锌锭个数b＝8及C型锌锭个数c＝2。
5)通过锌锭添加装置系统，将8块低铝B型锌锭和2块高铝C型锌锭添加至锌锅中。
实施例5
锌锅重量350吨，当前铝含量为0.280％，计划在未来10小时内生产汽车外板，需进行缓慢降铝操作。故10小时后的目标铝含量为0.255％，10小时内的生产计划如表5。锌锭种类有三种：纯锌锭A、含铝0.8％低铝合金锌锭B和含铝6％高铝合金锌锭C，其中锌锭A和锌锭B重量为1吨，锌锭C重量为0.5吨。捞出锌渣的重量Wdross为锌锭理论消耗总量的4％，锌渣内铝含量为4％。带钢表面锌铁中间层中铝含量g为0.7g/m2，带钢表面镀层中的铝含量ρ为0.18％。
表5
Figure BDA0002733473480000131
Figure BDA0002733473480000141
计算过程如下：
1)锌锅中的锌合金锭理论消耗
Figure BDA0002733473480000142
2)锌锅中的铝理论消耗
Figure BDA0002733473480000143
3)锌锭理论添加计算
Figure BDA0002733473480000144
纯锌锭A理论添加量Wa＝9.04t
高铝锌锭C理论添加量Wc＝0t
低铝合金锌锭B理论添加量Wb＝10.04-9.04＝1t
4)得出各锌锭添加数量：A型锌锭个数a＝9，B型锌锭个数b＝1及C型锌锭个数c＝0。
5)通过锌锭添加装置系统，将9块纯锌A型锌锭和1块低铝B型锌锭添加至锌锅中。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，通过计算得出生产计划时间段内锌锭加入数量和品种，按照计算结果将锌锭加入锌锅中，所述计算，步骤如下：
(1)确定生产计划时间段内锌和铝的理论消耗重量，
锌理论消耗总量计算公式为：
Figure FDA0002733473470000011
其中，Wtotal为锌锭消耗总量，CWi为单个钢卷消耗的锌锭重量，Wdross为捞出锌渣的重量；
铝理论消耗总量计算公式为：
Figure FDA0002733473470000012
其中，Gal为铝理论消耗总量，CGi为单个钢卷消耗的铝重量，Gdross为捞出锌渣中的铝的含量，Gad.为目标铝含量补偿，其值为锌锅中目标铝含量与当前铝含量之差。
(2)确定三种类型的锌锭A、B、C，
其中纯锌锭A含铝量0％，单块锌锭重Ga吨；低铝合金锌锭B含铝量为β，单块锌锭重Gb吨；高铝合金锌锭C含铝量为γ，单块锌锭重Gc吨。
(3)确定A、B、C三种类型锌锭的理论添加量，
其中，纯锌锭A理论添加量Wa计算公式：
Figure FDA0002733473470000013
高铝合金锌锭C理论添加量Wc计算公式：
Figure FDA0002733473470000014
低铝合金锌锭B理论添加量Wb计算公式：Wb＝Wtotal-Wa-Wc，
其中，
Figure FDA0002733473470000021
2.根据权利要求1所述的一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，其特征在于，锌锅中A型锌锭添加个数a，B型锌锭添加个数b及C型锌锭添加个数c，计算公式为：
Figure FDA0002733473470000022
3.根据权利要求1所述的一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，其特征在于，所述单个钢卷消耗的锌锭重量CWi＝Li*Wi*AWi，其中Li为钢卷长度，Wi为钢卷宽度，AWi为钢卷双面的目标锌层重量。
4.根据权利要求1所述的一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，其特征在于，单个钢卷消耗的铝重量CGi＝g*(Li*Wi)+ρ*(Li*Wi*AWi)，其中，g为带钢表面锌铁中间层(Fe2Al5抑制层)中铝含量，ρ为带钢表面纯锌层中的铝含量，Li为钢卷长度，Wi为钢卷宽度，AWi为钢卷双面的目标锌层重量。
5.根据权利要求4所述的一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，其特征在于，所述带钢表面锌铁中间层中铝含量g取值为0.5－0.7g/m2。
6.根据权利要求4所述的一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，其特征在于，所述带钢表面纯锌层中的铝含量ρ为0.12％－0.18％。
7.根据权利要求1所述的一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，其特征在于，所述生产计划时间段为6－12小时。
8.根据权利要求1所述的一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，其特征在于，所述低铝合金锌锭B中的铝含量β为0.3％-0.8％，高铝合金锌锭C中的铝含量γ为2％-7％。
9.根据权利要求1所述的一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，其特征在于，所述捞出锌渣中的铝含量Gdross为捞出锌渣总量的1％-5％。
10.根据权利要求1所述的一种热镀锌锌锅铝含量精确控制方法，其特征在于，捞出锌渣的重量Wdross为锌锭理论消耗总量的3％-8％。
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