王兵義

（河鋼集團(tuán)邯鋼冷軋廠(chǎng)，河北 邯鄲 056015）

熱鍍鋅是提高鋼材防腐性能和表面質(zhì)量的關(guān)鍵性技術(shù)手段，鍍鋅板材以其良好的外觀(guān)和使用性能在加工制造業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)需求量極大。對(duì)于熱鍍鋅產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，鋅層的厚度和均勻性是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)外熱鍍鋅生產(chǎn)中通常采用吹氣法來(lái)控制鋅層厚度，其設(shè)備被人們稱(chēng)之為“氣刀”。它利用了射流原理，采用一個(gè)橫貫整個(gè)帶材寬度表面的矩形噴嘴噴吹出扁平氣流，將帶材表面多余的鋅刮掉，從而使鍍鋅面趨于平順，鋅層厚度更加均勻。氣刀做為控制鋅層厚度的專(zhuān)用設(shè)備，既關(guān)系到生產(chǎn)成本，又關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，如氣刀操作不當(dāng)或是控制不當(dāng)則會(huì)直接造成鍍鋅產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷。因此在熱鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)中，氣刀操作人員必須嚴(yán)格按照鋅層厚度指標(biāo)和實(shí)測(cè)鋅層厚度，及時(shí)調(diào)整氣刀參數(shù)，以確保鍍鋅層的厚度和表面質(zhì)量符合要求。本文根據(jù)氣刀結(jié)構(gòu)、操作原理、參數(shù)控制等，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)氣刀設(shè)備的控制操作進(jìn)行了探討。

1 氣刀設(shè)備組成及基本工作原理

1.1 氣刀設(shè)備的基礎(chǔ)組成和功用

熱鍍鋅氣刀是一種以噴吹氣流來(lái)控制鍍鋅層厚度的設(shè)備，主要由氣刀本體、氣刀定位系統(tǒng)、氣刀調(diào)節(jié)系統(tǒng)等幾部分組成。其中氣刀本體是氣流噴出的部件，由柱狀管子開(kāi)口鑲以光潔度較高的刀片最為噴嘴組成，采用懸掛方式安裝于鋅鍋之上，其噴嘴開(kāi)口間隙的大小根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，可以適應(yīng)各種寬度尺寸鍍鋅帶材的表面噴吹，通過(guò)一定壓力的氣流噴吹擦除鍍鋅帶材表面多余的鋅液。氣刀定位系統(tǒng)主要作用是測(cè)量氣刀唇到鍍鋅帶材的準(zhǔn)確距離，保證兩個(gè)氣刀唇與帶鋼的平行和左右間距的一致，從而使鍍鋅板沿寬度方向上獲得準(zhǔn)確均勻地鍍層。氣刀定位系統(tǒng)的主要功能部件為激光測(cè)距儀，較高的測(cè)量精度可自動(dòng)準(zhǔn)確地完成對(duì)氣刀唇與帶材之間距離和平行度的監(jiān)測(cè)，為氣刀位置等參數(shù)調(diào)整提供數(shù)據(jù)信息。氣刀調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要為自動(dòng)控制系統(tǒng)和電機(jī)，控制氣刀進(jìn)行位置、距離和噴吹寬度等參數(shù)的調(diào)整。

1.2 熱鍍鋅帶材氣刀噴吹的基本原理

熱鍍鋅板材從鋅鍋吊出后，其表面覆蓋的鋅層厚度和均勻性并不符合質(zhì)量要求，這時(shí)就需要?dú)獾秶姶?，通過(guò)氣流的壓力作用對(duì)鋅層厚度進(jìn)行調(diào)整。氣刀噴吹前，首先應(yīng)根據(jù)鍍鋅產(chǎn)品的規(guī)格要求，對(duì)氣刀運(yùn)行的開(kāi)口寬度、刀唇形狀、噴吹壓力、工藝速度各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中建立相應(yīng)的控制數(shù)模。熱鍍鋅帶材進(jìn)入氣刀噴吹工藝后，氣刀會(huì)按照之前設(shè)定好的參數(shù)運(yùn)行，同時(shí)由激光測(cè)距儀、風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)儀等對(duì)噴吹過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)信息反饋至控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況和一些變量因素影響，對(duì)氣刀的氣壓、開(kāi)口寬度、距離和工藝速度等進(jìn)行在線(xiàn)調(diào)整和補(bǔ)償，從而改變刮鋅效果，保證鍍鋅層的厚度和均勻性符合產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 鍍層與氣刀控制的研究

連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)中，影響鍍鋅層厚度和均勻性的因素有很多，包括:氣刀開(kāi)口大小b，生產(chǎn)線(xiàn)工藝速度v，帶鋼溫度t，鋅液溫度t2，鋅液成分，氣刀噴吹氣流壓力p，氣刀高度h，氣刀角度a，氣刀與帶鋼間距s等等。其中氣刀開(kāi)口大小、氣刀風(fēng)壓、氣刀與鋼帶距離是影響鋅層厚度的主要因素；鋅層均勻性主要與刀唇間隙分布、冷卻塔段鋼帶的張緊情況、帶鋼的板型及平整度等有關(guān)。因此，在對(duì)帶鋼熱鍍鋅層噴吹的過(guò)程中，以上也是氣刀控制的重點(diǎn)。

2.1 氣刀刀唇形狀和間隙的確定

刀唇形狀和間隙的調(diào)整與氣流分布和壓力有關(guān)，一般按照經(jīng)驗(yàn)公式P＝kS2＋c進(jìn)行設(shè)計(jì)，即氣刀出口壓力與面積的平方成正比；氣刀刀唇間隙形狀曲線(xiàn)由兩個(gè)直線(xiàn)方程b＝k2x＋c2和b1＝c1組成。設(shè)定好刀唇間隙的初始值，即可套用經(jīng)驗(yàn)公式得出相應(yīng)的間隙調(diào)整參考值，刀唇間隙調(diào)整時(shí)，按照由中間到兩個(gè)邊部的順序，每隔100mm一點(diǎn)，按照經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算后逐一調(diào)整。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于氣刀長(zhǎng)時(shí)間位于鋅鍋上方，受高溫?zé)釢q影響較大，且承受著較大的氣壓作用，因而在氣刀在運(yùn)行一段時(shí)間后，其間隙大小會(huì)逐漸產(chǎn)生一些變化。對(duì)此，檢修人員應(yīng)利用設(shè)備停線(xiàn)的時(shí)間，重新對(duì)刀唇間隙進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整；由于傳動(dòng)側(cè)鋅層略厚于操作側(cè)，故調(diào)整時(shí)應(yīng)將傳動(dòng)側(cè)刀唇間隙略微調(diào)大，使兩側(cè)鋅層的均勻性得到改善。

2.2 機(jī)組速度的調(diào)整

在氣刀控制參數(shù)不變的條件下，機(jī)組速度是影響鋅層厚度的最重要因素，機(jī)組速度直接反映了自然帶鋅量的多少，是必須控制的變量。機(jī)組速度對(duì)鋅層厚度的影響是有一定規(guī)律的，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在其他條件不變的情況下，機(jī)組速度與厚度兩者呈正相關(guān)，機(jī)組速度的增量≈鍍層厚度增量的2/3。因此，在生產(chǎn)線(xiàn)更換產(chǎn)品規(guī)格，改變生產(chǎn)節(jié)奏時(shí)，氣刀操作人員必須要考慮機(jī)組速度的影響，及時(shí)調(diào)整氣刀運(yùn)行參數(shù)，以滿(mǎn)足鋅層厚度要求。

2.3 氣刀噴吹壓力的控制

氣刀壓力也是直接影響鋅層厚度的變量，在機(jī)組速度，氣刀刀唇與帶材間隙一定的條件下，氣刀噴吹壓力越大則刮鋅效果越明顯，鋅層厚度也越小，即氣壓增量與鋅層厚度增加呈反比。氣刀壓力是連續(xù)可調(diào)變量，對(duì)鋅層厚度的控制較為迅速和直接。

氣刀噴吹是二維的射流過(guò)程，當(dāng)?shù)洞脚c帶材間距發(fā)生變化的時(shí)候，為保持足夠的噴吹壓力，氣流速度和散射寬度也行隨之相應(yīng)改變，其調(diào)整量應(yīng)根據(jù)鋅層厚度要求和刀唇、帶材間距依具體情況來(lái)定，但氣刀壓力不宜控制過(guò)大，否則容易導(dǎo)致鋅液飛濺。

2.4 氣刀與帶材表面間距的調(diào)整

該間距是與氣刀噴吹壓力相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)變量，對(duì)鋅層厚度的影響極為敏感，最為及時(shí)和迅速，相比于氣壓調(diào)整的時(shí)間更快。因此在條件允許或是調(diào)整噴吹壓力的情況下，調(diào)整氣刀與帶材表面間距不失為控制鋅層厚度的好辦法。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在噴吹壓力等其他可變量一定的情況下，氣刀間距與鋅層厚度在數(shù)值上成正比例關(guān)系，氣刀與帶材表面間距增量≈鋅層厚度增量的0.5倍。

2.5 氣刀角度控制

氣刀角度與噴吹壓力有一定的相關(guān)，為了提高噴吹效果，減少?lài)姶翟胍艉蛧姶禃r(shí)鋅液飛濺，正常工作時(shí)，兩側(cè)氣刀要錯(cuò)開(kāi)一定的角度，氣刀角度應(yīng)控制在±5°之間為宜。

2.6 氣刀與鋅液面距離的控制

生產(chǎn)實(shí)踐表明，氣刀與鋅鍋液面高度對(duì)鋅層質(zhì)量的影響也是相當(dāng)重要的。如果鋼帶在氣刀處的溫度較高，與鋅液面溫度較為接近時(shí)，氣刀高度對(duì)鋅層厚度的影響可以忽略不計(jì)。

如果氣刀高度較低，距鋅鍋液面較近，容易引起鋅液飛濺，導(dǎo)致板面帶渣；氣刀高度較高時(shí)，在帶材從鋅鍋提出的過(guò)程中，鋼帶邊部會(huì)因溫降過(guò)大而使鋅液粘度增加，使液態(tài)鋅層的可流動(dòng)性降低，在同樣的噴吹壓力下，容易導(dǎo)致鋼帶邊部鋅層較厚的問(wèn)題。

當(dāng)噴吹氣流與鋼材接觸后，大部分的氣流會(huì)向上下兩個(gè)方向散射而出，成為散射氣流，通過(guò)調(diào)整氣刀高度和角度，獲得較為理想的噴吹散射氣流，在氣刀高度較低時(shí)，散射氣流可使帶鋼與鋅液接觸區(qū)域的浮渣吹向四周以便撈出，避免板面帶渣；同時(shí)減少鋅液飛濺，堵塞刀唇。

3 結(jié)語(yǔ)

鋅層厚度的精確控制與很多方面的因素有關(guān)，一方面要控制好自然帶鋅量，這主要與板形、鋅液溫度等有關(guān)；另一方則要控制好氣刀刮鋅量，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，合理調(diào)整氣刀間距、噴吹壓力、高度和角度等氣刀運(yùn)行參數(shù)。

這些還應(yīng)在平時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程中不斷總結(jié)研究，對(duì)各種變量因素及其相互影響進(jìn)行全面考慮和分析，從而制定更為優(yōu)化的氣刀參數(shù)綜合匹配，不斷提高鋅層厚度控制的精度和均勻性，為市場(chǎng)提供更為優(yōu)質(zhì)地鍍鋅板材。