连续热镀锌含渣锌锅流场的物理模型实验研究

摘要

连续热镀锌作为板材镀锌的常用方法，其产品广泛应用于汽车、家电产品外形的制造。因此，对其表面质量有较高的要求。在连续带钢热镀锌生产过程中，锌锅内生成的锌渣会附着在钢带表面，严重影响钢带的表面质量。为解决锌渣引起的热镀锌板表面质量问题，需要对热镀锌锅内的锌液流动和底渣分布情况进行研究。实际中，通常采用物理实验模型以及数值模拟方法研究上述问题。 本文以某钢厂连续带钢热镀锌为实验原型，提出含渣流场水模实验的理论框架，设计并搭建了实验平台，通过预估实验选取符合要求的模拟颗粒。原型与模型几何比例为5∶1，使用黑色ABS颗粒模拟锌渣，Nacl溶液模拟锌液。使用高速相机记录锌渣运动情况并绘制流场图，考察了钢带速度、钢带宽度和感应加热器流量的影响。总结了底渣动态堆积规律，分析了钢带宽度、钢带速度、底渣高度和感应加热器流量对底渣最终形态、监测点高度以及临界速度的影响。 本文主要工作有: (1)分别基于颗粒雷诺数和改进弗鲁德准则提出了含渣锌锅流场水模实验的理论框架。设计实验示踪颗粒在不同流体中的沉降实验测定颗粒雷诺数。依据两种相似理论确定实验参数，并结合现场预估实验，最后选择黑色ABS颗粒和Nacl溶液开展实验研究。 (2)采用黑色ABS颗粒和Nacl溶液模拟锌锅内含渣流场，使用高速相机记录现象并绘制流场图。对含渣锌锅流场的研究表明，感应加热器的非对称布局对锌锅循环流场有很大影响;大量锌渣聚集于炉鼻后侧、钢带离开前稳定辊处和前稳定辊电机口。前稳定辊和钢带结合处以及沉没辊没有钢带处产生的冲击流冲击底渣。 (3)采用三角水平仪结合两个不同方向的激光线测量每小时底渣的形状数据，使用三维绘图软件CATIA绘制底渣形状图，研究底渣动态堆积规律。使用转速测试仪记录每小时卷起底渣的临界速度。对底渣动态堆积规律的研究表明，钢带宽度决定前侧区域堆积底渣还是冲击底渣;钢带速度决定流场对底渣的冲击程度;感应加热器影响底渣形状左右对称性。临界速度与运行时间为双线性关系。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1研究背景

1．2热镀锌工艺简述

1．3．1锌渣的生成与分类

1．3．2锌渣的减小其影响方法

1．4连续热镀锌锌锅流场研究现状

1．5本文研究的主要内容

第2章含渣锌锅流场水模实验的相似理论框架

2．1．1流动相似

2．1．2相似准则

2．2．1流场相似理论

2．2．2夹杂物运动相似理论

2．3颗粒雷诺数的测定

2．3．1实验设计

2．3．2颗粒末速度的测量

2．4基于改进弗鲁德准则的含渣锌锅流场实验理论

2．5本章小结

第3章水模型实验方案设计及实验方法

3．1实验模型的设计

3．1．1锌锅模拟区域的设计

3．1．2感应加热模拟区域的设计

3．2实验参数的确定

3．2．1示踪粒子的选择

3．2．2基于颗粒雷诺数确定的实验参数

3．2．3基于改进弗鲁德准则确定的实验参数

3．3实验过程

3．3．2实验步骤

3．4本章小结

第4章含渣锌锅流场研究

4．1．1无感应加热器流场

4．1．2有感应加热器流场

4．2含渣锌锅流场及参数影响规律

4．2．1无感应加热器流场

4．2．2有感应加热器流场

4．3本章小结

第5章锌锅底渣动态堆积行为研究

5．1底渣三维形状的测量和绘制

5．2实验参数对底渣三维形状的影响

5．2．1钢带速度的影响

5．2．2底渣厚度的影响

5．2．3钢带宽度的影响

5．2．4感应加热器流量的影响

5．3监测点高度的变化规律

5．4临界速度的变化规律

5．5本章小结

第6章结论与展望

参考文献

致谢

附录