（机械工程专业论文）宝钢1＃电镀锌机组工艺及装置核心技术研究开发.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 宝钢电镀锌机组工艺开发及装置核心技术研究开发 摘要 电镀锌机组是生产冷轧电镀锌带钢的生产线，宝钢2 0 3 0 电镀锌机组建成投产 于1 9 8 8 年，引进日本新日铁技术，核心部分电镀槽采用新日铁7 0 年代的j c 槽， 存在着许多缺陷。随着家电、汽车行业的发展，以及市场对高质量电镀锌带钢的 需求不断增加，该机组生产的电镀锌带钢面对市场的高质量要求越来越难以满足。 宝钢自9 3 年起先后对电镀锌机组中的有关设备和工艺开展了许多单项课题的 研究，虽解决了一些问题，但无法从根本上提高产品质量，并确保质量稳定。为 此，我们必须从系统上进行研究，并从定性、定量的角度来实现机组的系统技术 提高，形成宝钢自已拥有的具有几项国际水平的技术创新。 为提高生产效率、产品质量、降低能耗，美、日、德等国先后研究开发出高 效多种、能耗低的镀槽。本课题研究的新型电镀槽具有工作稳定性好、减少带钢 与阳极板发生短路现象及降低能耗等优点，是一项值得大力推广应用的新技术。 它解决了新型镀槽耐蚀性和边缘罩运行可靠性问题，在缩小阳极板间距过程中确 保带钢的运行平稳，通过采用合理的电镀工艺，实现镀层的质量均匀可靠，可与 日本第五代l c c h 槽相比美。 本课题通过涉及镀液成分、清洁度、流速的合理匹配和控制的实验室先期研 究结果，以结合新型槽，以高电流密度实验为主，并配以钛阳极板的试用，通过 在新型槽单槽中进行工业试验，寻找提高产品质量的最经济合理的并能充分发挥 新型槽的电镀工艺。 关键词电镀锌电镀槽镀液清洁度边缘罩阳极板高电流 密度 i i 东北大学硕士学住论文 a b s t r a c t t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h ep r o c e s sa n d e q u i p m e n tk e yt e c h n o l o g y i nb a o s t e e ln o 1e g l a b s t r a e t e g li st h el i n ep r o d u c i n ge l e c t r i c a l g a l v a n i z i n gs t r i p b a o s t e e l n o ，! e g lp u ti n t o p r o d u c t i o n i n19 8 8 ，w h i c h a p p l i e dn i p p o n s t e e l s t e c h n o l o g y t h ee l e c t r i c a l g a l v a n i z i n gt a n k s a r ej c t y p ed e s i g n e db y n i p p o n s t e e li n19 7 0 s ，t h e yh a d m a n ys h o r t c o m i n g s w i t ht h e d e v e l o p m e n t o f a p p l i a n c e a n dm o b i l et r a d e ，a n dw i t ht h e i n c r e a s i n g m a r k e tr e q u i r e m e n tf o rt h eh i g h q u a l i t ye l e c t r i c a l g a l v a n i z i n gs t r i p ，b u t b a o s t e e ln o 1e g lc a n ts a r i s f yi t f r o m19 9 3u n t i ln o w ，b a o s t e e lh a sc a r r i e do u t m a n yi n d e p e n d e n t r e s e a r c h e sf o rt h e p r o c e s s a n d e q u i p m e n t o fe g l a l t h o u g h t h e s e r e s e a r c h e sh a dr e s o l v e ds o m ep r o b l e m s ，t h e yc a n t d e v e l o pt h ep r o d u c t q u a l i t yf u n d a m e n t a l l y a n d g u a r a n t e e t h e s t a b i l i t y o f q u a l i t y s ow e s h o u l dd ot h er e s e a r c hi n s i d et h e s y s t e m ，a n d r e a l i z et o d e v e l o pt h e s y s t e mt e c h n o l o g yf r o mq u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v ea n a l y s i s ，i no r d e rt o b r i n gf o r t hs e v e r a ln e w i d e a sa tf i r s tl e v e la l lo v e rt h ew o r l d f o rt h es a k eo fl i f t i n gt h ep r o d u c ee f f i c i e n c y ，p r o d u c tq u a l i t ya n d l o w e r i n gc o n s u m p t i o n ，a m e r i c a ，j a p a n e s e a n dg e r m a n yh a dd e v e l o p e d m a n yh i g h e f f i c i e n c ya n dl o w c o n s u m p t i o ne l e c t r i c a l - g a l v a n i z i n gt a n k s t h en e wt y p et a n k si sw e l lw o r t h s p r e a d i n ga n da p p l y i n g ，w h i c hh a s m a n ya d v a n t a g e s s u c ha s g o o d w o r ks t a b i l i t y ，r e d u c i n gs h o r tc i r c u i t b e t w e e nt h es t r i pa n dp o s i t i v ep l a t e ，a n dl o w e r i n ge n e r g yc o n s u m p t i o n i i i 东北大学硕士学位论文a b s t i u c t t h i st a n kc a nb ec o m p a r e dw i t ht h ej a p a n e s ef i f t hg e n e r a t i o nh o r i z o n t a l t a n k t h ist a s kh a sw o r k e do u tt h ep r o b l e mo fe l e c t r i c a l g a l v a n i z i n g t a n ks u c ha st h ef r a m ec o r r o s i o n - r e s i s t a n c ep e r f o r m a n c ea n de d g ec o v e r r u n n i n gr e l i a b i l i t y ，e n s u r et h es t r i pr u n n i n gr e l i a b i l i t ya f t e rr e d u c i n gt h e d i s t a n c eo ft h ep o s i t i v ep l a t e ，r e a l i z ee v e na n dh i g hq u a l i t yg a l v a n i z i n g p l a t eb ym e a n so fa p p l y i n gr e a s o n a b l ep r o c e s s t h r o u g ht h ee a r l yl a bs t u d ya c h i e v e m e n to fr e a s o n a b l em a t c ha n d c o n t r o lo ft h es o l u t i o nc o m p o s i t i o n ，s o l u t i o nc l e a n n e s sa n df l u i ds p e e d ， c o m b i n i n gw i t ht h en e wt y p et a n k ，t a k i n gt h eh i g h d e n s i l ye x p e r i m e n to f t h ec u r r e n ta st h ed o m i n a n tf a c t o r ，t r y i n go u tt h et i p o s i t i v ep l a t ea n d t h r o u g ht h ei n d u s t r y e x p e r i m e n to ft h en e wt y p et a n k t h i st a s kt r yt o f i n do u tt h er e a s o n a b l ea n de c o n o m i c a le l e c t r i c a l g a l v a n i z i n gp r o c e s st o l i f tt h ep r o d u c tq u a l i t ya n db r i n gt h ea d v a n t a g eo ft h en e w t y p et a n ki n t o f u l lp l a y k e y w o r d s e l e c t r i c a l g a l v a n i z i n g ，e l e c t r i c a l g a l v a n i z i n gt a n k ，t h e c l e a n n e s so ft h e e l e c t r i c a l - g a l v a n i z i n gs o l u t i o n ，e d g e c o v e r ，p o s i t i v ep l a t e ，h i g h d e n s i t yo ft h ec u r r e n t 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一。同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 本人签名： 日 卜吻 卉 东北大学硕士学位论文第一章引言 1 1 研究背景 第一章引言 电镀锌机组是生产冷轧电镀锌带钢的生产线。随着家电、汽车行业的发展， 以及市场对高质量电镀锌带钢的需求不断增加，宝钢2 0 3 0 电镀锌机组生产的电镀 锌带钢面对市场的高质量要求越来越难以满足。 宝钢集团公司及股份公司的相关领导多次提出宝钢应在电镀锌技术方面体 现自身的价值，特别是宝钢集团常务副总徐乐江指出“冷轧电镀锌机组( 2 0 3 0 ) 的研究要从机组的心脏动刀，涉及工艺、品种、质量及控制软件的调整、补充、 开发，形成自己的技术和创新。” 1 1 1 电镀锌机组的发展趋势 目前电镀锌机组发展的明显特征有四个方面：机组生产能力大：所有新上 的机组年生产能力在2 5 4 0 万吨左右，个别机组达到了7 0 万吨以上，整流器( 电 镀能力) 容量在3 0 0 7 0 0 k a 左右甚至更大；机组可生产的电镀带钢规格大： 所有的生产线的最大带钢宽度均超过1 6 0 0 m m ，即瞄准汽车用钢板的生产；兼镀 合金：在满足镀锌的基础上，又可兼镀z n f e 、z n n i 等合金电镀；采用不溶性 阳极及硫酸溶液：从满足合金电镀出发采用不溶性阳极与硫酸盐电镀液。 机组的布置方式上以电镀锌机组核心设备一电镀槽的形式为依据可分为水平 与立式布置二种。镀槽从结构上分为水平式镀槽、径向式镀槽及立式镀槽三大类 ( 其中水平式及径向式镀槽的作业线为水平布置) 。由于镀槽是实现高速电镀的核 心设备，其性能的优劣直接关系到电镀的生产效率和成本，也直接影响到镀件的 质量。因此在高速电镀生产线的设计过程中，首先考虑的问题就是电镀槽类型与 关键参数的确定，即上述的电镀锌机组的主要技术能力很大：程度上是围绕电镀槽 这一核心设备来实现的。 东北大学硕士学位论文第一章引言 1 1 2 国外新型的电镀槽 为提高生产效率、产品质量、降低能耗，美、日、德等国：先后研究开发出多 种高效、低能耗的镀槽。 1 、水平式电镀槽方面，以日本为主要代表。其中最具代表性的世界最为先进的水 平式电镀槽为新日铁的l c c h 槽。 该槽采用流体液垫原理，通过静压支托稳定钢板运行，能抑制钢板的振动、 重力垂落、扭转、c 型翘曲等，使镀槽的阴阳极间距缩短到9 r a m 左右，使电解电 压降到原镀槽的l 2 1 4 。通过镀液的高速流动，迅速除去阳极上产生的氧气，补 充阴极所需的离子，使电镀的工作电流密度上升到2 0 0 3 0 0 a d m 2 ，并保证镀层 质量的稳定可靠。其镀槽结构简图如图1 2 。 2 、径向式镀槽方面，以美国为主，其中最具代表性的先进水平径向式镀槽为美钢 联的径向式镀槽。 该槽将带钢围绕在一根直径很大的导电辊上实施电镀。由于带钢紧紧抱住导 电辊使带钢的板形得到较好的矫正，可确保阳极与带钢之间的距离缩小到6 m m 以 内，因而该槽型具有最佳的节能效果和较好的镀层均匀性，但由于带钢一面不与 电镀液接触，所以更适用于单面电镀，双面镀时需进行换向操作或镀槽布置时采 用交叉布置。其镀槽结构简图如图1 4 。 3 、立式镀槽方面，世界上最具代表性的为奥地利鲁特纳公司的重力法电镀槽。 该槽的主要特点是依靠液体的重力加速作用增加镀液的流速，其流速可达 5 m s 左右。为此带钢表面电解液交换速度快，能达到很高的极限电流密度，同时 对于带钢宽度的改变，阴阳极间隙的调节及电镀模式的变化均表现出优越的灵活 性，只需通过泵的频率调整及阳极盒的移动即可实现，不需停下生产线进行切换。 同时阳极和带钢可以达到很小的间隙，常规为上9 m m 下7 m m 的结构，因而该槽 节能效果明显。其镀槽结构简图如图1 3 。 综上所述三种先进的镀槽，其主体表现的主要特点可归纳为：带钢在镀槽 中的运行位置得到较好的控制，确保了阴阳极间距缩小，有利于节约电能；加 快了镀液流速，提高了电镀中的极限电流密度，使高电流密度电镀工艺的实现成 2 东北大学硕士学位论文第一章引言 为可能。同时针对上述的槽型，为进一步提高电镀速度，确保电镀层质量，在镀 槽中均采用了多种先进技术：采用不溶性阳极，尤其是钛基阳极板的使用，充 分提高了阳极板的刚度。由于保证了带钢在镀槽中的平稳运行，相当多的机组采 用了钛基i r 0 2 阳极板，使不溶性阳极的电流分布更均匀，耐蚀效果更好，因而极 大提高了阳极板的使用寿命；在电镀液的输入与进入阳极区的喷流方式上，均 采用了更为合理、均匀和高速稳定的镀液流动方式；极大提高了单槽的通电能 力，实现高电流密度，可达2 0 0 a d m 2 或更高；缩短了阴阳极的间距( 一般均小 于1 0 m m ) ，进一步降低了电压，节能效果明显。 1 1 。3 宝钢电镀锌机组现况 国内宽带钢连续高速电镀锌机组目前有二条，均在宝钢。 一条是宝钢2 0 3 0 冷轧电镀锌机组，引进于7 0 年代末。建成投产于1 9 8 8 年。 该机组引进日本新日铁，为国内首条宽带钢高速电镀锌生产线，其主要特点是采 用新日铁不溶性阳极的单端水平喷流式电镀槽( 简称j c 槽，结构简图见图1 。1 ) ， 可获得最大9 0 a d m 2 的电流密度，电镀工艺段生产速度一般在5 0 9 0 m m i n ，单槽 电镀能力2 2 k a ，通过转换装置可选择单面或双面电镀。 由于该机组的核心部分电镀锌槽采用日本7 0 年代初的j c 槽，相当于新日铁 的第三代镀槽( 新日铁各代电镀锌槽发展见表1 1 ) ，因而存在着工作稳定性差， 阳极板短路烧伤严重，工作电压高，能耗大，带钢镀锌层均匀性差特别是带钢上、 下表面镀层差相当严重；边缘罩设计不合理，无自动跟踪，：带钢镀锌层边缘增厚 控制效果较差：同时与之相配套的电镀工艺包括电镀液循环过滤系统，镀液清洁 度与电流密度均处于当初产品质量水平状况。因而很难生产出稳定的符合当前市 场需要的高质量电镀锌带钢。 另一条为2 0 0 0 年刚建成投产的具有国际先进水平的1 5 5 0 电镀锌机组，采用 奥地利鲁特纳公司的重力法电镀槽，机组年处理2 6 ，3 万吨带钢，产品品种有纯z n 和z n n i 合金两种镀层，镀层量分别为单面( m a x1 1 0g m 2 ) ，双面( m a x9 0 9 0g r n 2 ) 及差厚，机组工艺段最大速度1 8 0 m m i n ，1 2 个电镀槽。 东北大学硕士学位论文第一章引言 图1 1 水平喷流式电镀槽( j c 槽) f i g 1 i h o r i z o n t a l j e tc e l lt a n k 图13 重力法电镀槽 f i g 1 3g r a v i t e le l e c t r i c a l - g a l v a n i z i n gt a n k j f 【 () 多叫哩渤荔国些一迄d ) ( ) p 霎 郦 ) ? 。 ： 嘿了翮。 ： i - n i ) 5 ， 图1 2l c c h 槽 f i g ，1 2 l c c ht a n k 镀液 图1 4 美钢联径向式电镀槽 f i g 1 4u n i t e ds t e e lr a d i c a lc e l lt a n k 表1 1 新日铁公司电镀锌槽的发展 ( c ) 卧式双面电镀 阳极中间喷射式电液体静压支撑式电 名称卧式单面电镀槽喷流式电镀槽镀槽镀槽 槽 ( a c i c 槽)( l c c h 槽) 阳极可溶性可溶性不溶性不溶性不溶性 阳极长度 1 2 0 0 m m2 0 0 0 m m1 5 5 0 r a m8 7 4 m m 27 5 0 r a m 2 带钢一| 4 = | 极 6 0 m m2 5 m m2 5 m m1 5 m m1 0 r a m 距离 实用年份 1 9 5 3 在1 9 6 5 年1 9 7 2 盆1 9 8 0 笠1 9 8 2 矩 广姗l # 机组君津1 # 机组君津l # 机组八幡3 撑机组 ( 1 9 6 1 年)广姗2 # 机组( 1 9 7 2 年)( 1 9 8 2 年扩建)君津l # 机组( 改造) 应用机组 八幡1 # 机组 ( 1 9 6 5 年)宝钢电镀锌机组名古屋l # 机组广姗2 # 机组( 改造) ( 1 9 5 3 年)( 1 9 8 8 年)( 1 9 8 3 年)君津甜机组 4 东北大学硕士学位论文第一章引言 1 2 研究基础 1 2 1 前期科研准备 针对2 0 3 0 电镀锌机组的实际生产状况，宝钢从九五年起先后开展了各单项的 研究工作，其主要在以下几方面做了研究： l 、“新型电镀锌槽的研究”该课题于九九年结题，课题研究结果表明：新型 电镀槽具有工作稳定性好，减少带钢与阳极板发生短路现象及降低电耗等优点， 是一项值得大力推广应用的新技术。经过专家评审，如在解决新型镀槽耐蚀性和 边缘罩运行可靠性问题，并配以在缩小阳极板间距过程中确保带钢的运行平稳研 究，通过采用合理的电镀工艺，实现镀层的质量均匀可靠，则该新型槽可与日本 第五代l c c h 水平槽相比美。 2 、“高电流密度的碳刷研制开发”该项目的研究，为解决高电流密度实现起 到了一定的保证作用，该项目将于零二年年底结题，经现场考核效果较好。 3 、“高电流密度的镀锌工艺研究”主要涉及高电流密度导电辊的研制开发和 高电流密度的工艺特性研究，该课题研究为实现以新型槽为：基础的电镀工艺研究 开了一个好头，该课题在2 0 0 2 年前结题。 4 、“镀液自动检测系统的研制”该项目原定2 0 0 2 年3 月结题，该课题主要涉 及镀液中h 2 s 0 4 、z n 2 + 等的自动检测和控制，可提高镀液控制水平，为自动加料 系统的改进、过滤系统的改进创造条件。但由于该项目设备资金投入量较大，对 z n 2 + 的自动检测与控制已暂缓执行，留待系统完善化研究时再决定有否必要性。 这些科研工作，虽然未能实现2 0 3 0 电镀锌机组的整体技术提高，但从中积累 了大量基础研究的成果。有些项目研究如核心设备电镀锌槽新型槽的开发研究 虽没有实现工业化应用但具备了先进技术的设计理念。 1 2 2 现场条件 东北大学硕士学位论文第一章引言 目前，国内的宽带钢连续高速电镀锌机组有两条，均在宝钢。宝钢作为国内 唯一宽带钢高速电镀锌的生产企业，同时通过电镀锌1 0 多年的生产和操作经验积 累了一定的设备维护和操作的经验。 本项目研究涉及整个电镀锌机组，同时又是现场生产设备，因而整个研究工 作的目的必须清晰，定位一定要准确，尽量减少对该机组生产的影响。通过系统 分析，针对该机组目前生产实际，并从宝钢已建1 5 5 0 冷轧电镀锌机组及改造老机 组经济合理性出发，将此研究项目课题合理定位。 1 3 项目立项 鉴于2 0 3 0 电镀锌机组的实际，在各级领导的关心支持下，以宝钢技术中心设 备所与冷轧厂为主成立了“电镀锌机组工艺及装置核心技术研究开发”项目组。 项目组将以电镀锌机组核心设备一电镀槽的开发研究为主，从实现高速电镀的基 础理论出发，以机理研究和实验室研究为主导，通过2 0 3 0 电镀锌机组作为项目研 究的实施目标工程，使之成为可实现工业化应用的具有国际水平的水平电镀槽， 将本项目的目标定位于形成以新型槽为核心的具备电镀工艺条件的成套自主开发 能力，实现宝钢自主拥有电镀锌核心技术的设计和开发能力。即本项目完全是一 个形成先进技术水平为主体并可实现工业化应用的课题，其立足点是形成宝钢自 主拥有知识产权的核心技术。 东北大学硕士学位论文第二章总体思路和主要技术路线 第二章总体思路和主要技术路线 2 1 总体思路 按此项目研究的要求，技术中心组建了以设备研究所和冷轧生产现场为主体 的项目研究小组。项目组通过对2 0 3 0 冷轧电镀锌机组电镀工：艺段设备和工艺的系 统分析，结合国外电镀锌设备发展的主要特点，以冷轧厂与北设院共同完成的“冷 轧c 1 1 1 机组新型镀槽的研究”课题中发明原型槽( 新型槽雏形) 现场试用的实际， 形成了项目研究的总体思路： 从电镀的基础理论出发结合高速连续电镀的特殊要求，确定原课题发明原型槽 结构设计的合理性和不足，并提出较合理的改进型新型槽结构，通过制作模拟 槽进行实验室电镀过程的比较试验； 围绕原发明原型槽现场试用近三个月的实绩，通过对设计薄弱环节的改进，形 成新型槽工业化大生产所必须优化的研究改进要点； 结合高效电镀槽设计的结构要求，初步解决2 0 3 0 电镀槽机组影响高效电镀槽 使用的主要问题； 根据高效电镀槽的特点，从高速电镀工艺普遍规律出发，研究电镀槽在不同工 艺条件下的镀层质量状况，以初步形成新型槽在机组现有生产工艺条件下与j c 槽的匹配生产条件； 在完成新型槽结构设计的基础上，从设备上机运行的要求对电镀锌机组与新型 槽相配套的相关设备及控制系统进行改进和调整，以确保新型槽的正常运转。 2 2 四个子项及其技术路线 按照上述总体思路，本项目的优化研究分为三个层次： 子项一：新型槽的优化研究和投运； 子项二：结合“高电流密度电镀工艺研究”项目初步形成适合新型槽生产特 东北大学硕士学位论文第二章总体思路和主要技术路线 点的电镀工艺： 子项三：新型槽投运涉及机组的机、电、仪系统的改进。 通过进一步的研究分析，发现2 0 3 0 电镀锌机组的镀液循环过滤系统在现机组 生产时，其镀液的清洁度无法保证电镀锌正常生产的需要。而新型槽的投运对镀 液清洁度的要求比j c 槽有所提高，另外该系统一般性改进已无法解决，必须对该 系统作全面的改进研究。 为此将这部分研究单列出一个子项，即子项四：镀液循环过滤系统改进研究。 按照上述划分的四个子项，其中一、三、四均以研制设备投运为考核检验依 据。为此，本项目除了研究外，还是与工程、与大生产紧密结合的项目。因而确 保研制设备设计和制造的安全可靠性和有效性是本项目研制设备是否有效的基础 条件。 为此项目组采用整体上统一规划，确定项目研究中各予项的主要技术路线方 案，实施研究上将人员划分为二部分即实验室研究为主和现场改进研究及确保设 备上机后稳定运行为主，并有机地将二部分研究人员统一在同一推进小组和项目 组长领导下。强调实验室研究结论必须经现场工况试验验证后，再实施上线设备 的设计、制造和上机。 2 2 1 子项一 子项一：新型槽的优化研究和投运 新型槽研究的主要目的是开发出既符合高速电镀先进核心技术又可实现工业 化应用的稳定的镀槽，围绕这要点形成了细化研究方案，并将此分成两个阶段： 研制设备上机前的研究、改进和设计、制造： 研制设备上机后的研究和调整。 其主要技术路线方案见图2 1 。 2 2 2 子项二 子项二：电镀工艺的研究 东北大学硕士学位论文第二章总体思路和主要技术路线 电镀带钢镀层质量 钢镀层表观质量 电镀工 艺匹配 性 阳极板表面 放电均匀性 阳极板的选择及表 面质量。制造质量 电镀带钢镀层均匀性及 上下表面镀层均匀性 带钢在电镀槽中运行状况( 带 钢在镀槽中心位置稳定运行) i 型槽支托、夹 带钢的平衡能力 边缘罩进、出对 带钢平衡的影响 带钢镀层边缘增厚 蛔慌景暴 钢距离| 钢的可靠 的控制i i性 一一一一一一一一；，z 一一一一一一一 ，。么 新型槽上机后的在线研究 尸藕蓿藩纛赢蒜 新型槽上机前的研究 新型槽整体设计和制造 _ 一一 新型槽设计是否 符合高效电镀槽 开发理论 提 高 镀 槽 排 气 能 力 _ - _ 一 加 快 镀 液 流 速 及 均 匀 低 电 压 化 短 阳 极 间 距 金 属 离 子 传 质 能 力 掣圈单障 中薄弱环节的消l盼中安全、可靠性ii 理性设计 li 板选 肇 i i 堡适茎塑 l 1 - ji 用原 下 框 架 耐 腐 蚀 问 题 缘 翟 自 动 跟 踪 带 钢 的 方 法 镀槽 槽本 安体 装的 试强 用度 后、 不刚 嘉螽 。可 图2 1 子项一技术路线方案 f i g 2 1t h e t e c h n i c a lp l a no f p r o j e c t1 9 安装调整的简单性和安全可靠胜 高电流密度化 东北大学硕士学位论文第二章总体思路和主要技术路线 图2 2 子项二技术路线方案 f i g 2 2t h e t e c h n i c a lp l a n o f p r o j e c t2 将以在技术部立项的“高电流密度电镀工艺研究”为依据，原则上不改变现 机组主要电镀工艺参数为目标，通过电镀工艺实验室研究并结合新型槽现场使用 实绩，确定新型槽与j c 槽在电镀过程中的主要影响因素的区别。通过对现机组电 镀工艺的局部改进，达到既不影响j c 槽生产同时又可兼顾新型槽生产的工艺。其 主要技术路线方案见图2 2 。 2 2 3 子项三 予项三：新型槽投运涉及机组的机电仪、控制系统改进 项目第一阶段的二台新型槽及电镀液循环过滤系统是全新的研制设备，由于 在研制设备设计时已明确了主要研究目的和要求，为此与研制设备联结相关的内 容基本明确： 一、新型槽上线涉及的改动内容 机械部分：安装新型槽的大槽框架及支撑管、原j c 槽的进液管路、镀液输送 l o 东北大学硕士学位论文第二章总体思路和主要技术路线 设备、边缘罩驱动机构。 电气控制部分：主要是新增边缘罩自动跟踪控制系统、镀液输送设备( 镀液 泵) 由原定量输送改为变频控制系统。 二、电镀液循环过滤系统 机械部分：主要是镀液管路与老系统的联接问题。 电气部分：由于完全新增套电镀液循环过滤系统，因而涉及电容量的增加、 新增的电镀液输送泵、反冲洗水输送泵及控制系统，与机组中控的接口。 2 2 4 子项四 子项四：电镀液循环过滤系统改进 设置过滤系统的目的就是控制电镀液中s s 的含量，而s s 的主要来源是机组 中投入的s r c 0 3 与镀液反应生成的s r s 0 4 胶体及已吸附镀液t 辛的p b 离子形成包覆 p b 2 + 的s r s 0 4 。要改进过滤循环系统，重点是摸清s r c 0 3 与除铅的关系，即需从源 头开始。其主要技术路线方案见图2 3 。 2 3 时间节点确定 考虑研制设备上机量大，又是一旦投入则成为大生产系统必不可少的一份子， 为此整个需现场簏工、安装、调试的周期必须有比较充足的时间，因而项目的研 制设备上机只能在冷轧2 0 3 0 电镀锌机组年修期间进行，即项目研究的一个最主要 的节点是冷轧年修； 根据这一实际情况，项目研究的前期工作即围绕该节点开展，并制定了一套 完整的项目推进节点计划。这一计划充分引用了宝钢工程及设备年修的计划制定 办法，采用了既适合项目研究规律的工作方法，又强调了上机设备投入运行后其 设备的主体设计及整体结构不变，对于一些局部结构留有改进余地，利用日常定 修、大定修可进行改进的措施。围绕这一特定项目研究的特点，初步确定了项目 研究的主要合作伙伴，提出了研制设备的主要制作单位。 东北大学硕士学位论文第二章总体思路和主要技术路线 图2 3 子项四技术路线方案 f i g 2 3t h e t e c h n i c a lp l a n o f p r o j e c t4 2 东北大学硕士学位论文第三章项目的研究过程中的大事记 第三章项目的研究过程中的大事记 按照项目研究的总体思路和主要技术路线，项目组制定了主要研究过程节点 表，但在实际研究特别是研制设备上线后，一方面本项目研究是一个全新的自主 开发核心技术研究，另一方面研究的条件和基础相对较差，同时受到机组实际生 产的制约。因而本项目的研究时间相对较长，特别是上线的核心设备一新型槽， 在丌发过程中对其主体机理的认识不完善，通过多次调整摸索，才取得较大的突 破，总共历时二年半达到基本完成开发应用的目的。从这一点来看，项目的研究 特别是与主作业生产及工艺紧密相关的设备研究是极其艰难的，说明该项目的难 度是相当大的。 3 1 前期开发及设备上线 时间前期设备研究及上线大事记 0 1 4 下达计划任务书。 0 1 5 针对原“c m l l 机组新型槽研究”试运行中存在的主要问题确定新 型槽第一阶段优化改进方案。 0 1 5 召开项目第一次推进会，成立项目推进组，确定项目研究的主要工 作思路。针对项目特点落实节点计划、联络体制、推进措施。 0 1 6 就项目研究中的项目管理，新型槽、过滤系统等主要研制设备确定 研究路线和相关措施并提出了设备上线后备品备件、安装、维护、 检修等相关研究类设备上线运行后的管理和措施方法。 0 1 8 完成新型槽设计的主要难点解决方案，确定了边缘罩自动跟踪的控 制方案，初步完成新型槽的设计工作。 0 1 9 完成电镀液过滤系统改进方案中过滤量的确定，滤芯的设计和 s r c 0 3 加入方法及除铅能力的试验结论。 0 1 1 0 确定研制设备的设计、制造及安装上机等的时间节点表，落实关键 东北大学硕士学位论文第三章项目的研究过程中的大事记 设备制造和质量保证的措施。 0 1 1 2 完成研制设备上线的施工内容明细的旌工计划和调试方案。 叭1 2 0 2 1完成二台新型槽及相关系统、电镀液循环过滤系统的上线安装、调 试并并入机组运行。 3 2 设备运行及在线研究情况 时间设各运行及在线研究大事记 0 2 1 1 2 研制设备与机组年修结束后同步投入大生产运行。 0 2 2 2 0 发现9 撑新型槽引起锌层表面发黑，9 群槽部分规格限流。 0 2 2 1 4 发现过滤器排污阀漏镀液，密封设计不合理，重新设计更换后解决。 0 2 1 1 4 过滤器过滤时间原设定为2 0 m i n ，每次反冲洗发现过滤的污泥量不大，三 0 2 2 2 0 次延长过滤时间最后设定6 0 m i n 排污一次，大大提高了过滤效果，过滤器 利用效率高，头一个月单台过滤器运行达到设计的s s 2 0 0 0 p p m 考核指 标，当月达标。 0 2 1 1 4 多次出现新型槽静压腔内异物进入，造成擦伤带钢，打开镀槽清理。 0 2 2 2 0 0 2 - 3 6 第一次大定修，8 、9 撑槽新型槽阳极板划伤明显比1 7 # j c 槽严重。 0 2 3 1 0 0 2 1 1 2 边缘罩目动跟踪尚禾全回役八，但征= 次早回镀盯边琢罩砹八，为控制反 0 2 _ 3 3 l 面镀锌起到了保证作用( j c 槽边缘罩不能到位无法控制) 。边缘罩未投入 的主要原因是边缘罩用屏蔽布在后退时偶尔会翻起挤入阳极与边缘罩间， 检测带钢用的边缘罩传感器信号有失误。 0 2 2 2 9 三次取样测定新型槽和j c 槽生产的带钢镀锌层，除了j c 槽生产的带钢镀 0 2 3 1 7 层上表面缺锌较大外，新型槽与j c 槽的镀层均匀性相似( 具体详见第五 0 2 3 2 0 部分) 。 0 2 3 2 5 过滤系统运行过程中管路的气动隔膜阀关不死，当两套过滤器同时运行 时，有镀液泄漏到另一套过滤器筒体内，造成排污时镀液流失。发现隔膜 阀片密封不好后，重新设计了橡胶阀片，解决了上述问题。 4 东北大学硕士学位论文第三章项目的研究过程中的大事记 0 2 5 新型槽的槽电压经过4 个月的实际生产，槽电压降及上、下槽电压差小二 0 5 v ，达到考核要求，详见下表： 带钢规格1 - 7 # j c 3 戳电8 、鲥新型槽斗钧新型槽电压降低率 ( n l n )压( v )电压( v )( ) 9 c 1 01 8 61 0 4 6 3 1 1 0 01 6 29 5 4 1 4 1 2 5 01 4 88 54 2 6 1 3 2 51 4 28 4 3 7 0 2 5 ，1 5 根据8 、9 群槽运行实绩、擦伤阳极情况、在线运行中新型槽槽压测定的 0 2 5 1 9 值和多次取样镀层均匀性分析，改进新型槽静压腔结构，将上静压腔支| 面积减小1 0 左右，改善带钢支托力，从而阳极板擦伤得到控制。 0 2 5 2 0 9 撑新型槽更换为原j c 槽，8 拌槽仍为新型槽。 新型槽更换项目研制的钛基铅锡阳极板。 ( 北设院制作的铜芯铅锡阳极板使用寿命4 个月完成一个考核周期) 。 0 2 5 - 3 0 第四次取样测定新型槽生产的带钢镀层均匀性。 此时已对新型槽作了第一次较大改进，从测试的镀层均匀性比较，比改疆 前有了较大的提高，比j c 槽也有较大改进( 具体测试结果详见第四章) 下表列出了一个比较数据： 设定克数( 上平均值( 上均匀性标准差 带钢规格镀槽 下) g m 2下) g m 2 ( 上下) 新型槽单槽 3 o 3 o3 1 2 8o 1 5 0 1 5 0 8 + 1 0 0 0 j c 槽单槽 3 o 3 o2 3 2 ，20 2 8 0 4 0 0 2 - 8 2 0 经过两个多月的观察，未发现8 撑位新型槽发黑，为进一步验证，利用，j 定修将8 辨营位新型槽移到9 撑槽位，8 舟改为j c 槽 0 2 8 1 5 总结新型槽开发已取得结论： 0 2 9 4 按考核指标： 1 ) 镀槽工作电压稳定( 波动值在o 5 v ) 小于考核的i v ； 2 ) 与j c 槽相比，电耗下降4 0 以d 2 ； 3 ) 边缘罩跟踪程序运行可靠； 东北大学硕士学位论文第三章项目的研究过程中的大事记 4 ) 镀槽框架衬胶无开裂和泄漏现象，满足耐蚀性要求； 5 ) 新型槽带钢镀层均匀性经改进后大部分优于j c 槽，部分与j c 槽相当。 但与考核指标相比还有距离。 未达到开发要求有： 1 ) 静压夹持支托能力研究需进一步优化( 合理的：涎持支托力才能确保带 钢镀层均匀，并非单纯追求越大越好) ； 2 ) 将新型槽从8 撑槽移到9 # 槽，新型槽仍有带钢镀层发黑； 3 ) 边缘罩头部结构造成边缘罩投入后增加带钢镀层发黑几率( 提出改进 方案) ； 4 ) 边缘罩自动跟踪的检测传感器信号检测存在误动作( 改进传感器) ； 5 ) 屏蔽布结构仍需改进，尚存在挤损问题( 分步实施，实验室确定屏蔽 布结构，在线考核传感器抗干扰能力) ： 最终确定更改计划任务书，增加第一阶段考核内容，将带钢在槽中位 置作为是影响镀层发黑和均匀性的主要因素来考虑，解决边缘罩自动跟踪 可靠性，同时细化对新型槽第一阶段的考核指标，严格按自主成套开发核 心技术的指标引入到对二台新型槽的考核，力争第一阶段完成目标的研 究，原则上不再增加新型槽上线，对计划任务书作修改。这次会议对新型 槽提出了较高的要求，明确了与质量密切相关的重要性。 0 2 9 4 按8 月1 5 日确定的计划，通过强调导电辊位置，用槽压测量计算的较佳 数值调整带钢支托力，包括对带钢不同规格采用不同控制方法，进行了取 样试验，得出边缘罩的结构影响带钢均匀性( 具体镀层均匀性详见第四 章) 。说明边缘罩结构要改进，随后提出边缘罩结构改进。 0 2 1 1 1 6 采用涡流在线检测方法对四种带钢规格进行了8 2 个工况测定。 结论： 1 新型槽对导电辊位置相当敏感，明确了带钢必须与镀槽中心位置结合 起来分析( 强调安装要求) ： 2 改进后的边缘罩头部结构解决了边缘罩迸与出对带钢支托力的影响， 改进后的结构是合理的： 3 新型槽的支托力仍过大，带钢在槽中的形变仍较大，需进一步降低变 6 东北大学硕士学位论文第三章项目的研究过程中的大事记 形。 4 明确了带钢在槽中形变造成镀层均匀性和表面质量不稳定是关键。 0 3 1 1 8 在完成带钢在新型槽中的位置测定后，通过系统分析，对静压和支托力作 了进二步降低，解决了边缘罩自动跟踪中传感器检测信号误差和屏蔽布防 挤损。为此具备二台新型槽同时上线运行的条件，达到了考核指标的验收 要求。新型槽开发取得重大突破，全面改进后，降低了支托力。经再次取 样测试，镀层均匀性明显改进，完全达到了较好的均匀性指标。 0 3 2 由于机组耐指纹板生产的实际困难，为减少新型槽对生产的影响，第二台 0 3 3 新型槽暂不上，以使生产抓紧解决耐指纹板的生产问题。单台新型槽在9 号槽位运行较为正常，出现发黑的情况均因为镀液温度过低及导电辊位置 改变。基本控制了带钢镀层在新型槽中发黑的问题。项目开发的钛基铅锡 阳极板使用寿命达到1 0 个月以上。 0 3 3 二台新型槽再次同时上线，阳极板全部改为自主开发的钛基铅锡阳极板， 从3 月至今，总体运行情况较好，出现过几次发黑，通过对电镀液研究， 发现现机组的主盐浓度选择偏低，当电流密度在5 0 7 0 a d m 2 时，原则上 主盐浓度应在3 0 0 9 l 左右较为合理。同时新型槽镀液在槽中流速相对较 快，其传质情况与j c 槽也有所区别。而国外小间距镀槽( 高流速) 已将 主盐浓度均作较大提高。为此4 月份将主盐浓度按实验要求的3 0 0 9 l 试用 周效果较好，从5 月起机组工艺作了改进，将主盐浓度z n s 0 4 7 h 2 0 从 2 5 0 士3 0 l 提高到3 0 0 士2 0 9 1 ，有明显效果。但在生产中也多次出现新型槽 生产镀层发黑。经实际测量大都出现导电辊位置改变，另外9 号槽位( 最 后一个槽) 对带钢镀层质量的影响也是至关重要的。 0 3 6 机组年修： 1 机组全部镀槽( 包括7 台j c 槽) 的边缘罩及自动跟踪均采用本项目 开发的边缘罩的驱动杆防折断装置及自动跟踪控制； 2 二台新型槽列入年修，并修复了阳极板。 0 3 7 再次对二台新型槽进行镀层质量取样分析； 并对二台新型槽进行高电流密度试验； 其总体质量完全达到考核要求； 东北大学硕士学位论文第三章项目的研究过程中的大事记 按照项目考核指标要求，基本完成了计划任务书的要求及项目确定的总体 研究目标； 具各项目结题条件。 东北大学硕士学位论文第四章项目完成的目标及主要技术指标完成情况 第四章项目完成的目标及主要技术指 标完成情况 按照本项目计划任务书要求，本项目应分为三个阶段。通过项目研究，除了 完成项目总目标即完成宝钢拥有自主开发电镀锌机组核心技术外，作为目标工程 应对2 0 3 0 电镀锌机组9 台j c 槽分三个阶段全面更换成自主研发的新型槽，但由 于项目在实施第一阶段研究过程中，二台新型槽上线后暴露出新型槽在现机组使 用过程中受整个机组设备工艺、生产的多重影响，同时该机组在实际生产耐指纹 电镀锌带钢的质量不稳定的实际，项目组在征得冷轧厂领导、技术中心领导同意 下，在技术中心科研处的协调下，对本项目的目标工程作了修改。 在本项目通过对二台在线新型槽使用的实际及生产的带钢镀层质量作充分分 析的基础上，已完全可对本项目研究的总目标作出结论。关于目标工程中的其它7 台j c 槽，需视该机组的实际情况及股份公司对该机组最终生产的产品定位后再作 通盘考虑。本项目以完成总目标的要求为项目研究的指导思想。根据这一计划