冷轧热浸镀锌板锌层厚度不均匀性的研究

论文摘要

镀锌板是表面镀有一层锌的钢板,其具有理想的耐腐蚀性、成形性、易涂装以及成本低、外观好等优点。但是目前镀锌板普遍存在边部过镀锌现象,带钢边部增厚不仅造成了锌液的浪费还会对后续工艺造成严重影响。在热镀锌生产中,钢板表面的液态锌被气刀喷出的高速气流吹掉,气刀的工艺参数对于锌层的均匀性和控制锌层的厚度方面起着很重要的作用。研究气刀喷吹压力分布及其对锌层厚度均匀性的影响具有重要的理论和应用价值。本课题主要通过数值模拟结合实验室方法研究冷轧热浸镀锌板锌层不均匀性的影响因素。使用ANSYS/FLUENT有限元软件计算分析了带钢表面的压力和剪切力分布,讨论气刀在不同工况参数时的影响。同时还通过实验室手段来测量实际带钢表面所受到的压力和成品镀锌板的实际锌层厚度,研究其分布规律,再把数值模拟结果与实验结果做比较分析。本课题主要研究内容分为三部分:第一部分为通过实验室的金相显微镜和扫描电镜观察与测量成品镀锌板的锌层厚度分布,并利用原子力显微镜观察其表面形貌,得出其沿带钢宽度方向上的分布规律。第二部分为使用FLUENT流体分析软件进行计算。讨论了喷嘴压力、喷嘴距带钢距离、喷嘴开口度、边部挡板和气刀角度在不同条件下对带钢表面受力的影响以及模拟带钢表面的锌液在气刀喷吹作用下的分布状态。第三部分为实验室测量风压部分,利用压力传感器在实验室测量出实验室气刀在带钢表面沿宽度方向上的压力分布,与数值模拟以及实验室结果做对照。并在实验室制作了一套参照现场镀锌设备的小型模拟镀锌装置,此装置可以用来研究锌液在气刀吹气作用下的分布状态。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 镀锌板概述
• 1.2.1 镀锌板介绍
• 1.2.2 热镀锌工艺的发展
• 1.2.3 热镀锌板品种的发展
• 1.3 国内外技术发展比较
• 1.4 镀锌理论
• 1.4.1 热镀锌经典理论
• 1.4.2 热镀锌层的黏附机理
• 1.5 热镀锌设备及气刀介绍
• 1.5.1 气刀吹气法的发展简史
• 1.5.2 气刀结构
• 1.6 研究内容与意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究意义
• 1.7 研究方法
• 1.7.1 实验室实验
• 1.7.2 数值模拟部分
• 2. 镀锌钢板锌层厚度与形貌的检测分析
• 2.1 研究方法与内容
• 2.1.1 取样
• 2.1.2 试样镶嵌
• 2.1.3 试样的制备
• 2.1.4 锌层厚度测定
• 2.2 实验材料与设备
• 2.3 实验室测量结果分析
• 2.3.1 金相显微镜结果分析
• 2.3.2 扫描电镜测量厚度及成分
• 2.3.3 原子力显微镜观察镀锌表面的形貌
• 2.4 本章小结
• 3. 气刀吹锌过程的数值模拟
• 3.1 数值模拟的基本方法和软件介绍
• 3.1.1 Fluent 流体分析软件介绍
• 3.1.2 Fluent 软件的可以求解的基本问题
• 3.1.3 Fluent 软件的求解问题的基本步骤
• 3.2 流体力学的基本理论
• 3.2.1 流体的概念
• 3.2.2 常用湍流模型简介
• 3.3 不同气刀工况下的带钢受力的数值模拟计算
• 3.3.1 问题描述
• 3.3.2 气刀工况参数选取
• 3.3.3 数学物理模型
• 3.3.4 Gambit 前处理部分
• 3.3.5 Fluent 求解过程
• 3.4 计算结果与分析
• 3.4.1 不同气刀出口压力的影响
• 3.4.2 不同刀距的影响
• 3.4.3 不同气刀开口度的影响
• 3.4.4 不同气刀角度的影响
• 3.4.5 关于气刀开口形状的影响
• 3.4.6 关于挡板的影响
• 3.4.7 本章小结
• 3.5 用数值模拟研究锌液的在气刀喷气作用下的分布形态
• 3.5.1 问题描述
• 3.5.2 数学模型
• 3.5.3 Gambit 前处理
• 3.5.4 Fluent 求解过程
• 3.5.5 计算结果与分析
• 4. 实验室测压实验
• 4.1 利用压力传感器进行风压测量实验
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 实验步骤
• 4.1.3 实验结果及分析
• 4.2 滚筒气刀设备的加工
• 4.2.1 实验设备与材料
• 4.2.2 圆弧受力面的数值模拟计算
• 5. 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录