宝钢1730热镀锌锌层厚度控制关键技术研究

论文摘要

突破气刀生产工艺参数根据滞后的锌层测厚仪数据以及操作人员经验进行设定的限制,实现锌层厚度的高精度控制,一直是世界各国连续热镀锌机组努力追求的目标。由于锌层厚度控制影响因素的复杂性以及气刀参数对锌层厚度影响的非线性,当规格切换或锌层厚度切换时,气刀参数如何快速调整,如何利用一套数学模型对锌层厚度进行精确控制,是锌层厚度控制技术研究的重点。宝钢1730热镀锌于2008年建成投产,机组引进相关设备时,外方并不提供相应的生产工艺规程,也不提供机组开工调试的工艺指导。因此,1730热镀锌机组需要有一套能够满足生产需要的锌层厚度控制技术或工艺规程来支撑项目的开工与投产。本文选择流体仿真软件Fluent进行数值模拟,研究了气刀工作原理,并在Ellen等对锌层厚度解析机理建模的基础上,推导了在冲击气流作用下锌层厚度与带钢表面压力场的关系模型。还利用现场收集的实际数据,对建立的锌层厚度解析模型进行优化、修正。锌层厚度解析模型预测值与实际值吻合良好,相对误差在-9.275-7.12%。解析模型实现了对气刀压力、气刀距带钢表面距离、刀唇开口度以及带钢速度等影响因素的定量分析。研究了气刀喷吹过程中的气流初始段长度,确定了不同刀唇开口度的初始段长度的临界值。气刀射程尽可能在该临界值内,这时锌层厚度均匀。钢种适应范围良好的刀唇开口度为1.3mm时,其初始段长度为7.47～9.04mm。建立了锌层厚度控制的气刀工艺参数,投入实际生产使用。同时确定了带钢速度、进气压力以及带钢振颤量三种工艺参数波动的允许范围,提高锌层厚度精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 锌层厚度的基本概念
• 1.3 锌层厚度控制相关技术及其应用
• 1.3.1 锌层厚度稳定相关技术
• 1.3.2 锌层厚度模型相关技术
• 1.3.3 宝钢锌层厚度控制技术现状与存在问题
• 1.4 本文研究目的及意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 气刀工作原理数值模拟研究
• 2.1 前言
• 2.2 气刀数值计算模型建立
• 2.2.1 模型简化
• 2.2.2 边界条件
• 2.2.2.1 入口边界条件
• 2.2.2.2 出口边界条件
• 2.2.2.3 壁面边界条件
• 2.2.3 工况设计
• 2.3 仿真结果与分析
• 2.3.1 进气压力对压力分布影响
• 2.3.2 射程对压力分布影响
• 2.3.3 刀唇开口度对压力分布影响
• 2.3.4 气刀倾角对压力分布影响
• 2.4 回归分析
• 2.4.1 正压力峰值回归分析
• 2.4.2 压力半值宽回归分析
• 2.4.3 切应力峰值回归分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 锌层厚度控制数学模型
• 3.1 建模思路
• 3.2 锌层厚度影响因素分析
• 3.3 锌层厚度解析计算力学模型
• 3.3.1 冲击射流刮锌原理
• 3.3.2 物理模型简化
• 3.3.3 平衡方程
• 3.3.4 质量守恒方程
• 3.3.5 边界条件
• 3.3.6 无量纲化
• 3.3.7 锌层厚度计算
• 3.4 带钢表面压力分布
• 3.4.1 冲击射流正压力分布
• 3.4.2 冲击射流切应力分布
• 3.5 锌液温度计算模型
• 3.5.1 能量守恒方程
• 3.5.2 对流换热系数计算
• 3.5.3 锌液温度计算结果
• 3.6 锌液粘度
• 3.7 程序编制
• 3.8 计算结果及分析
• 3.8.1 吹气压力对锌层厚度影响规律
• 3.8.2 喷嘴距带钢距离对锌层厚度影响规律
• 3.8.3 带钢速度对锌层厚度影响规律
• 3.9 解析模型优化
• 3.9.1 锌层厚度修正
• 3.9.2 进气压力修正
• 3.10 本章小结
• 第4章 气刀喷吹初始段长度与喷吹压力关系的研究
• 4.1 气刀喷吹流态分析
• 4.2 气刀喷吹气场的解析研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 现场应用研究及应用结果
• 5.1 气刀的生产使用工艺参数及其上机应用方案
• 5.2 气刀工艺参数与锌层厚度关系模型及其应用
• 5.3 提高锌层厚度控制稳定性的工艺规程
• 5.3.1 工况设计
• 5.3.2 带钢的振颤量的控制允许范围
• 5.3.3 进气压力的控制允许波动范围
• 5.3.4 带钢速度的控制允许波动范围
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附件1
• 附件2
• 附件3
• 附件4