镀锌线气刀控制原理及技术探讨.doc

镀锌线气刀控制原理及技术探讨2010年第5期昆钢科技KungangKeji2010年11月镀锌线气刀控制原理及技术探讨杨志刚栾新春(板带厂)摘要经生产成本统计,锌耗成本在镀锌加工成本中占约40%一50%,随着锌锭的价格不断上涨,生产成本随之上升,产品销售压力越来越大.-%n作为控制锌层厚度的专用设备,既关系到生产成本,还影响到镀锌产品的质量,操作不当就会出现许多镀锌质量缺陷.笔者从气刀的结构,工作原理,参数控制方法等,结合镀锌生产线的实际特点,探讨如何操作好气刀设备,确保产品质量,更好地降低生产成本.关键词热镀锌气刀原理探讨DiscussofAir_?knifeControlTheoryandTechniqueinGalvanizedLinningYangZhi-gangLuanXinchun(SteckelMillPlant)AbstractThecostofproduction,thecostofzincingalvanizeprocessingaccountforabout40%一50%,asrisingzincprices,productioncostsrise,increasingpressureonproductsales.Air-knifeasZincthicknesscontrolequipment,bothtothecostofproduction,alsoaffectedthequalityofgalvanizedproducts,therewillbealotofimproperoperationgalvanizedqualitydefects.Fromtheair-knifestructure,workingprinciple,theparametercontrolmethod,combinedwiththepracticalfeaturesgalvanizedproductionlinetodiscusshowcontrolwellair-knifeequipmenttoensureproductqualitybetter,reduceproductioncosts.Keywordshot-dip-galvanization;air-knife;theory;discuss1前言昆钢连续热镀锌生产线是将一定厚度的冷轧板经碱液清洗,除去表面的轧制油,铁粉及表面赃物,然后带钢进入退火炉进行加热和退火,再经炉鼻子进入温度约为460465的锌锅中镀锌,带钢在锌锅沉没辊,稳定辊和冷却塔顶辊的作用下张紧平稳上行,以利于气刀控制锌层的厚度,镀后由锌层测厚仪在线实时测出锌层重量,气刀操作人员根据测量的锌层值及时调整气刀参数,以确保锌层重量达到要求.热镀锌采用气刀控制锌层厚度,其应用原理是射流原理:当气流与钢带运行之间存在相对的速度差时,就产生一定的外力施加于镀层,粘满锌液的钢带离开锌液面后其表面的锌液在重力和气刀射流的反作用力共同作用下,使其粘附在带钢表面的一部分锌液流回锌锅.影响气刀射流反作用力的因素很多,操作气刀的目的就是通过调整和优化气流反作用力因素,实现对不同镀层控制的要求.2气刀结构及特点概述昆钢镀锌线使用的气刀是韩国POSJET公司生产昆钢科技2010年第5期的单喷嘴可旋转气刀,其带有消音器(通常所说的挡板),刀唇清理器两项重要的附件,同时还控制锌锅内校正辊的运动,气刀参数的调整通过10台坐落在锌锅边的电机控制,满足60800g/m的双面镀层要求.气刀本体与电机控制系统分离,减少了其重量,并为吊装安全,检修提供了方便.气刀供气是从两边向中间进入,并混合形成紊流,然后从排列在气管上的诸多10mm的孑L到达刀唇,最后从刀唇形成两边厚中间薄的气帘吹到钢带镀层上.气刀的刀唇结构是两边间隙大,中间间隙小,上刀唇呈月牙形弯,下刀唇呈直线形.调整是靠上下两个刀唇的进出来调节刀唇间隙的,一般只对上刀唇做调整,因为方便易操作,下刀唇主要用来调整上下刀唇外沿形成倾斜度,确保钢带碰到气刀时,气刀上不粘渣,即便粘锌也是在下刀唇上而不造成刀唇堵塞.气流图1气刀本体结构示意图Figure1SchematicDiagramofAirknifeBody3镀层控制原理在连续热镀锌生产线上,影响镀锌层厚度的因素有:气刀刀唇间隙大小b,生产线的速度v,钢带的温度t,锌液的温度t2,锌液的成分,气刀的压力P,气刀与钢带的间距s,气刀的高度h和角度a等,其中刀唇间隙大小,生产线速,气刀压力,气刀与钢带间距是最主要的因素;刀唇间隙分布,钢带的板形,冷却塔段钢带的张紧情况是影响镀层均匀性的主要因素.3.1气刀刀唇形状和间隙确定刀唇间隙调整值是根据流体压力大小分布经验公式:p=kS+c设计的,即气刀出口压力与面积的平方成正比,根据经验设计出气刀的刀唇间隙形状曲线由两个直线方程组合而成:b.=c和b=kh+c两曲线组成.初始值分别为:Cl=1.300ram,C2=1.300mm,k=0.025mm,由此得出如下的间隙调整参考值(见下图)1.4751.3751.30013001.3751.475图2气刀刀唇间隙分布示意图Figure2DistributionDiagramofAirknifeLipGap气刀间隙调整从中间向两个边部,每隔1o0mm一点,根据上述两个曲线方程逐一进行调整.中间五个点按b-1.300mm调整;其余点按b=O.025x+1.300(X为自然数17),得出表1的基准调整表.表1气刀刀唇间隙调整参考基准表Table1AirknifeLipGapAdjustmentBaseReferenceTable从生产线的使用情况看,由于气刀长时问在锌锅上方工作,长期被高温烘烤,承受0.4MPa的气压,使用一段时间后,气刀的间隙会出现一定的变化.对此,停线后,组织人员重新调整刀唇间隙.又由于传动侧锌层略高于操作侧,故人为将传动侧刀唇间隙分别调大0.05mm,从复产后的生产情况看,锌层均匀性得到一定的改善,效果较好.3.2机组速度与镀层厚度的关系在没有气刀控制的条件下,随着机组速度的增加,镀层厚度也随之增大.表明:机组速度直接反映自然带锌量的多少,对镀层厚度的影响是很大的,是必须进行控制的变量.从昆钢镀锌线生产实际表明,机组速度与镀层厚度的变化成正比例关系.在其他条件不变的情况下,机组速度与镀层厚2010年第5期杨志刚,栾新春:镀锌线气刀控制原理及技术探讨度在数值上有如下的关系:机组速度的增量2/3倍的镀层厚度增量,即V2/3XAd.也正是因为这个原因,每当生产速度调整变化时,比如更换产品规格,要求气刀操作人员及时调整气刀参数,以满足镀层控制要求.3.3气刀压力与镀层厚度的关系气刀压力也是影响刮锌量多少的关键变量,是影响镀层厚度的重要因素,必须严格对其加以控制.气刀压力是连续的可调整变量,对镀层的厚度控制较迅速及时.因此,在改变镀层时,气刀操作人员首先对气刀的压力进行调整.从昆钢镀锌线生产实际经验得到这样的比例关系:气压的增量与镀层厚度的增量成反比,且满足气压阀门开度的增加值一1.5倍的镀层厚度增加值,即Ap%1.5XAd.气刀喷吹是二维的射流过程,随着刀唇与钢带的距离的变化,气流速度和散射宽度也相应变化,致使气流速度产生的能量作用于钢带的刮锌作用力也随之变化.随着散射宽度的变化,使气刀的刮锌作用面积也随之改变.当气刀气流与钢带接触后,气流的主要分量向上下两个方向散射,随着气刀的角度不同,上下分量的大小就不同.只有少量的气流水平方向被钢带反射回来,然后又被气刀吹出的强大气流再次分散到上下两个方向.气刀钢l带气流方向/锌气刀图3气刀喷吹射流示意图Figure3SchematicDiagramofAirknifeJetnjection3.4气刀与钢带间距离与镀层厚度的关系气刀间距是影响镀层厚度最关键的因素,对镀层厚度影响及其敏感,最为及时和迅速.在条件允许时,通过调整气刀间距来实现镀层厚度要求是最好的办法.因为,气刀压力的调整,变化和达到设定值这段时间远迟于气刀间距的调整,变化和达到设定值的时间.从生产实际得出这样的经验关系:在已经调整好的状态下,气刀间距与镀层厚度在数值上成正比例变化,且满足气刀间距的增量0.5倍镀层厚度增量,即50.5XAd.3.5气刀角度控制正常工作时,气刀的角度控制在一5一+5度之间.角度调整依据是:尽量降低气刀角度不合适引起的大噪音,尽量减少锌液的飞溅.而检修或清理刀唇时,可使刀唇摇到一5+90度之间,以便可以很方便的清理和检查刀唇.3.6气刀与锌液面的距离控制从镀锌生产情况表明,气刀的高度对镀锌的质量也是相当的重要.当钢带在气刀处的温度(近似等于出锌锅的板温)接近锌液面温度时,气刀高度对镀层厚度的影响可以忽略;当高度过底时,易引起锌的飞溅,板面带渣;当高度过高时,由于钢带边部提前降温冷却,钢带边部的锌液粘度增大,锌液的流动性降低,用同样的气压难以达到同样的镀层厚度,出现镀锌板厚边现象.通过及时调整气刀高度,获得气刀喷吹后较理想的散射气流,使形成的反射气流将钢带出锌液面区域的浮渣吹向锌锅四周以便捞出,并能较好地避免散射气流造成的锌液飞溅,堵塞刀唇.经过几年的摸索,得出气刀高度与机组速度之间的关系,见下表(镀层范围:90180g/m).表2气刀高度与机组速度关系Table2Airknife,SHighnessRelativetoProductline,SSpeed昆钢科技2010年第5期3.7出锌锅钢带板形的控制钢带在气刀处振动的振幅直接影响气刀与钢带的距离,影响镀层的均匀性.由于该距离的变化使气流作用于钢带镀层表面的力随之变化,造成锌层厚度周期性的变化,振幅越大,厚差越大;因为钢带板形和张力的无规则变化迫使气刀与钢带的距离不定时的调整,以保护气刀设备.影响出锌锅钢带板形的有原料固有的缺陷,退火炉的加热状况.为了改善镀锌时的板形,我们通过生产实践,将钢带人为地朝浪形较小的方向移动,实现钢带两边的板形基本一致,从而实现镀层的均匀性.3.8锌液运动粘度的控制锌液运动粘度主要受锌液化学成份和锌液温度的影响,锌液化学成份变化量较大的是Fe和A1,通常采用取样化验方法分析锌液化学成份,并用增减投入锌锅中的高A1锌合金锭来解决锌液化学成份问题,一般按镀锌工艺要求操作,基本不会对镀层厚度产生影响.故此,在实际生产中,锌液运动粘度系数和锌液密度往往确定为一个常数.值得注意的是,在投加高Al锌合金锭后的一段时间内,镀层厚度明显降低.这说明由于加入锌铝合金锭后,在投加区域化学成分明显的变化,铝含量增高,使该处的液相金属熔点降低,流动性增强,从而使钢带表面镀层厚度变薄.也即,在实际生产当中,需要定期少量的添加锌合金锭的方法,对锌液流动性有利,对薄镀层生产有利.4气刀应用综合匹配要精确控制锌层重量,就得控制好自然带锌量和气刀刮锌量.理论上讲,存在这样的关系:实际锌层量=自然带锌量一气刀刮锌量,自然带锌量取决于带钢速度,板形,锌温和板温,气刀刮锌量取决于气刀间距,压力,高度和角度四要素,机组速度,板温和锌温的控制基于保证产品质量.要获得均匀,优质的合格镀层,就要对气刀若干变量进行综合匹配.4.1机组速度的设定原则从生产实际看,机组速度对锌层的附着性影响极大,为了确保产品具有合格的锌层附着性,机组速度的选择应严格按工艺要求范围控制.4.2温度设定原则人锌锅的板温对锌层附着性也有相当大的影响,锌液温度对产品锌层附着性和气刀刮锌有很大的影响.因此,板温和锌温设定都要为获得合格的产品锌层附着性作为给定依据.锌温与板温共同对镀锌起影响,若两者很好的得到匹配,不但对产品镀层附着性有很大的影响,对确保锌液流动性,消除钢带镀锌后的厚边,刮渣现象等也十分有利.4.3气刀变量的确定从前面的气刀压力与镀层,气刀间距与镀层关系式可以得出:2S=2/3P%,即3S=P%;也就是说,要得到同样的镀层厚度,可以通过调整气刀压力和间距这两个主要参数当中的独立一个或两个同时来实现,即改变Imm的气刀间距与改变3%的气刀压力开度是等效的.实际的操作依据是看镀锌后的钢带板形好坏情况和锌液的飞溅程度:若板形较好,则气刀间距可以调小些,同时适当增大气刀压力,这样即可根据各点镀层厚度很快实现镀层的均匀,也可适当减小气刀风机的负荷;若因气刀压力过大而造成锌液飞溅严重,则适当减小气刀压力.气刀角度:为了刮锌采取负角控制,且为了避免气流碰撞产生噪音,两气刀要错开一定的角度.气刀角度的不同可引起锌粒,锌灰的产生.在操作当中,要从气刀喷吹时的锌液飞溅情况和排锌情况考虑:当气刀角度调整得当时,钢带反射气流对锌液面的冲击较小,排锌效果就好,锌液飞溅较小,气刀产生的噪音也较小.5今后需要完善的地方为了获得均匀,美观的镀锌层,今后需要继续优化气刀间隙,根据镀锌后的板形和钢带在锌锅所处的实际位置,完善气刀间隙参数,采用非等分的(下转第59页)2010年第5期邵玲:宝钢设备管理考察报告作制度,积累相关记录资料,为今后实施信息化管理提供基础信息.2)根据公司昆明钢铁控股有限公司设备检修管理暂行规定的要求,做好检修施工单位的评定工作.建立合格供应商(检修施工单位)的分类管理档案,减少对供应商选择的中间环节.确保主体设备的检修质量,有效降低检修成本,增强昆钢自己检修队伍