连续热镀锌锌锅内速度场的物理模拟研究

论文摘要

在连续热镀锌工艺中，锌锅内形成的锌渣颗粒易附着在钢带表面或者辊子上，造成带钢表面锌层质量缺陷。锌渣的运动受到锌液温度和锌液流动的影响，而锌液温度的变化也与锌液流动密切相关。因此，为解决锌渣引起的镀锌板表面质量问题，需要详细地研究锌液流动特征。实际中，一般采用物理模拟或数值模拟方法来研究锌锅内锌液的流动。随着计算机和数字图像处理技术的迅速发展，激光多普勒测速（LDV）系统作为一种可靠的速度场测量技术广泛应用于流体力学领域。以包钢薄板厂的连续热镀锌锌锅为实验原型，在相似原理的指导下，设计并搭建了锌锅水模型试验平台。原型与模型几何比例为1:5.9，锌液用水替代。采用三维激光多普勒测速系统（3D-LDV）对锌锅模型内的各个区域进行测量，全面、系统地分析了锌锅流场的结构特征，考察了钢带速度、感应器功率对锌锅流场的影响。将锌锅内钢带中心平面分为炉鼻后面的A区、三角区域的B区和前稳定辊周围的C区三个部分并进行流场测量。通过对各区域的测量得知，A区和C区近钢带的流体沿钢带流动并不断脱离钢带作上升运动；做上升运动的流体被液面阻挡后，在两侧形成回流。在A区、B区和C区这三个区域内皆存在旋涡，旋涡的作用的范围与钢带速度和感应加热器的频率有关。钢带速度的变化对锌锅内部（尤其是皮带附近）的流体的流动结构有着较大的影响，随着皮带速度的增大，锌锅内的流体运动速度普遍增大，使得锌锅内部的锌渣运动变得愈加剧烈且杂乱无章。感应加热器频率的增大也影响了整个锌锅内流体的速度。本研究可以为现场优化工艺参数及数值计算提供可靠的实验数据和理论基础，也为探讨锌渣运动规律提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 热镀锌生产
• 1.2 热镀锌工艺参数
• 1.3 锌锅内部产生的锌渣质量缺陷
• 1.4 本课题的研究意义和研究现状
• 1.5 本课题的研究内容
• 2 激光多普勒测速（LDV）技术
• 2.1 LDV 技术的基本原理
• 2.2 LDV 系统的组成
• 2.3 散射粒子
• 2.4 LDV 技术的应用
• 2.5 激光多普勒测速技术的特点
• 2.6 小结
• 3 实验平台的搭建及研究方案
• 3.1 物理模型的建立
• 3.1.1 实验原理
• 3.1.2 实验模型设计
• 3.2 LDV 测试装置
• 3.2.1 实验所用 LDV 测试设备
• 3.2.2 示踪粒子选择
• 3.3 实验过程
• 3.3.1 实验工况的设置
• 3.3.2 设备调试
• 3.3.3 LDV 测量操作步骤
• 3.3.4 高锰酸钾显示实验
• 3.4 小结
• 4 实验结果及分析
• 4.1 模型内部流场结构特征
• 4.1.1 中心平面上流体的流动结构特征
• 4.1.2 液面流场测量结果及分析
• 4.1.3 炉鼻末端水平面的流场测量结果及分析
• 4.1.4 A 区域近钢带区域的流场分析
• 4.2 钢带速度对不同区域流场的影响状况
• 4.2.1 钢带速度对 A 区域流场的影响
• 4.2.2 钢带速度对 B 区流场的影响
• 4.2.3 钢带速度对 C 区的流场的影响
• 4.3 感应加热器频率对不同区域流场的影响状况
• 4.3.1 感应加热器频率对 A 区流场的影响
• 4.3.2 感应加热器频率对 B 区流场的影响
• 4.3.3 感应加热器频率对 C 区流场的影响
• 4.3.4 感应加热器附近不同平面流体的速度场
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢