热镀锌锌锅内锌液的流动控制方法与装置
技术领域
[0001] 本
发明涉及热镀锌技术领域，尤其涉及一种热镀锌锌锅内锌液的流动控制方法与装置。
背景技术
[0002] 众所周知，热镀锌工艺是带
钢经过锌锅完成的，其中，高速进入锌锅的带钢、锌锅内沉没辊组件的运动以及气刀的喷吹作用必然造成锌液的流动。与此同时，锌锅内的锌液和
铝成分在高温下（约450℃，镀铝锅
温度更高达650℃）特别活泼，与带
钢带入的Fe元素发生复杂的化学反应，从而形成Zn-Fe-Al三元系
金属化合物等，即锌渣，锌渣又因
密度和成分的不同，可分为面渣（又称浮渣）、悬浮渣和底渣三类。
[0003]
现有技术中，锌锅内锌液的流动与锌渣相互作用给热镀锌生产和带钢表面
质量造成了不同程度的影响。其中，底渣因颗粒大易于沉积，一般的热镀锌生产中，高速进入的带钢和沉没辊组件的运动造成的锌液流动一般不会卷起底渣，对带钢表面质量和生产顺行的影响较小；若底渣沉积过多，可通过定期底渣清理（一般几十天以上）消除其对热镀锌生产的影响。第二类悬浮锌渣在锌锅中虽最难以去除，但可通过精确控制锌锅的温度和锌液内的Al成分含量进行转化控制（悬浮渣转化为面渣），且悬浮渣刚生成时的颗粒尺寸一般比较小，对带钢产品表面质量的影响仍在热镀锌生产可接受的范围。而第三类面渣因密度低漂浮于锌锅的锌液表面，面渣与锌锅表面的流动相互作用，对热镀锌的生产顺行产生较大影响，具体说明如下：如图1所示，现有技术中，锌锅内因气刀喷吹作用造成的锌液流动的示意图。图中，锌锅1内的锌液2被划分为5个区（I、II、III、IV和V区），其中锌锅左右侧面为I区和II区，锌锅前端为III区，带钢3和炉鼻子4之间
位置为IV区。此四个区总称锌锅热镀区，带钢3在此区域完成热镀锌，是带钢热镀锌生产的关键区域。第V区为锌锅的辅助区，位于锌锅后端，主要完成加锌锭和锌锅面渣捞渣等作业。热镀锌生产中，气刀（图中未画出）对着带钢3喷出气体控制锌层的厚度，同时，气刀喷出的气体受到带钢的阻挡产生方向向下对锌液的喷吹作用，造成锌液以带钢3为中心向热镀区四周（I～IV区）扩散流动。这种扩散流动受到热镀区四周锌锅壁以及炉鼻子4的阻挡，以及气刀本身的结构等原因，造成锌液的扩散流动呈现速率不均且逸散方向不一的向外扩散，如图1中箭头5所示。锌液的流动沿带钢中心线
30分别向热镀区两侧扩散流动（中间流弱两侧流略强），形成类似
马鞍形状的
流线6，且距离气刀喷吹作用的距离越远，这种
马鞍流线的扩散速度越小。与此同时，气刀喷吹作用造成的锌液扩散流动势必造成漂浮于锌液表面的面渣也被驱动至马鞍形流线6以外，因马鞍形流线6以外区域的锌液流动已经衰弱不足以继续推动面渣的移动，从而造成该热镀区四周（I~
IV区）面渣堆积结
块，严重影响了热镀锌生产的顺行。当前，一般每隔1 2小时要人工清渣一~
次，不但增加了人工劳动强度，限制了锌锅自动化的发展，同时，人工清渣也限制了机组速度的进一步提升，制约了生产效率的进一步提高。
[0004] 另一方面，锌锅表层锌液易于
氧化，若锌液流动过大势必增加锌锅面渣的生成数量和锌资源的损耗，因此，锌液表层的流动也要能适时控制，减少锌液的表面氧化。
[0005] 由以上描述可见，热镀锌生产中锌锅内锌液的流动和锌渣的生成是相互关联的，要想克服锌渣对热镀锌生产效率和产品质量的影响，必须有效控制锌锅内锌液的流动，既要充分提高热镀锌锌锅内四周锌液的表
层流动，以改善锌渣的分布并防止锌渣结块，又要充分考虑锌液的流动强度和方向，不能产生锌液表面的过度流动造成的氧化过度和过度搅拌。
[0006] 现有技术中，韩国
专利KR1020160079613A和WO2016105047A1公开了一种镶嵌若干
永磁体材料的圆形辊，通过圆形辊的高速旋转对锌液产生切割
磁力线运动的电磁驱动力，从而达到改变锌液流动以驱离锌渣的目的。该专利具有非
接触的工作特点，相比浸入式机械结构具有显著的技术优势，但该专利仍然保留了高速旋转的运动部件，必然降低装备系统的可靠性和服役期限，且该专利的运动机构需要较大的安装操作空间，在锌锅上方的布置存在不足。
[0007] 本案
发明人申请的专利CN201510311172.5 公开了一种非接触的
铁水包的聚渣扒渣方法，该专利利用类似直线
电机工作原理的行波电
磁场对铁水包内的铁水产生驱动作用，从而达到控制铁水流动驱渣的目的。但该专利针对的主要是圆形的铁水包，其行波磁场的布置方式以及磁场方向的控制比较简单，并且要配合渣罐才能正常工作；同时，该专利的目的仅仅是为了除渣，不必考虑铁水流动对产品质量的影响。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供一种热镀锌锌锅内锌液的流动控制方法和装置，该发明能有效改变热镀区四周（I～IV区）的锌液流动大小和方向，进而通过锌液的流动拖动锌渣向锌锅后端（第V区）运动，并能通过锌液流动的交替控制，防止锌液过度搅拌和表面氧化，减少锌资源消耗。
[0009] 为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] 一种热镀锌锌锅内锌液的流动控制方法，热镀锌锌锅上方的气刀对带钢的喷吹作用促使锌液分别向锌锅左侧、右侧、前端、以及带钢和炉鼻子之间位置构成的区域向外扩散流动，并拖动锌液表面快速生成的面渣向所述区域向外流动；
[0011] 在所述区域边缘侧，锌锅锌液表面的上方设置多段行波磁场发生器以激发行波磁场对锌液产生电磁推动力驱动锌液流动，所述行波磁场发生器造成的锌液流动与气刀的喷吹流动相互衔接，促使锌锅表层锌液向锌锅后端有序流动；漂浮于锌液表面的面渣被流动的锌液拖动按控制方向流动。
[0012] 进一步，所述多段行波磁场发生器包括横向行波磁场发生器和纵向行波磁场发生器，多段行波磁场发生器围绕带钢四周构成一圈，并且纵向行波磁场发生器向锌锅后端伸出；横向行波磁场发生器包括前段行波磁场发生器和后段行波磁场发生器，纵向行波磁场发生器包括左侧行波磁场发生器和右侧行波磁场发生器。
[0013] 一种热镀锌锌锅内锌液的流动控制装置，包括横向行波磁场发生器和纵向行波磁场发生器、以及所述行波磁场发生器控制装置；
[0014] 在锌锅左侧、右侧、前端、以及带钢和炉鼻子之间位置的锌液表面上方分别设置左段、右段、前段和后段行波磁场发生器，前段行波磁场发生器和后段行波磁场发生器构成所述横向行波磁场发生器，左段行波磁场发生器和右段行波磁场发生器构成所述纵向行波磁场发生器。
[0015] 所述左段行波磁场发生器和右段行波磁场发生器超过后段行波磁场发生器位置向锌锅后端伸出。
[0016] 进一步，所述前段行波磁场发生器包括第一前段行波磁场发生器和第二前段行波磁场发生器，后段行波磁场发生器包括第一后段行波磁场发生器和第二后段行波磁场发生器，左段行波磁场发生器、第一前段行波磁场发生器、第一后段行波磁场发生器与右段行波磁场发生器、第二前段行波磁场发生器、第二后段行波磁场发生器按带钢宽度中心线分两侧对称设置。
[0017] 再进一步，所述第一前段行波磁场发生器和第一后段行波磁场发生器激发向锌锅左侧流动的行波
电磁场，左段行波磁场发生器激发向锌锅后端流动的行波电磁场；同样，所述第二前段行波磁场发生器和第二后段行波磁场发生器激发向锌锅右侧流动的行波电磁场，右段行波磁场发生器激发向锌锅后端流动的行波电磁场。
[0018] 所述左段行波磁场发生器包括第一左段行波磁场发生器和第二左段行波磁场发生器，所述右段行波磁场发生器包括第一右段行波磁场发生器和第二左段行波磁场发生器。
[0019] 所述行波磁场发生器控制装置控制行波磁场发生器的通电间隔以控制锌液的交替流动。
[0020] 所述行波磁场发生器控制装置控制行波磁场发生器的供电
频率为0-200Hz。
[0021] 进一步，所述行波磁场发生器控制装置控制行波磁场发生器的供电频率为50-100Hz。
[0022] 本发明热镀锌锌锅内锌液的流动控制方法和装置，通过在锌锅热镀区的四周设置若干个行波磁场发生器（分横向和纵向设置两种），并通过行波磁场发生器的不同组合，激发不同方向的行波磁场，达到有序控制锌锅四周锌液表层流动的目的，既实现了气刀喷吹区以外位置的锌液流动驱渣，又通过行波电磁场的通电控制实现锌液的交替流动，在避免锌锅面渣堆积结块的同时，又兼顾了防止锌液表面的过度氧化和锌资源消耗，对减少人工劳动，提高锌锅自动化水平以及生产效率具有重要意义和价值，与此同时，本发明可实现在非接触条件下的锌液流动控制，整个作业过程中无任何外部器件进入锌液内，既不会污染锌液，也无任何机械的运动部件，提高了设备的可靠性和服役期限。
[0023] 本发明通过多个行波磁场发生器的组合和顺序控制，增强了锌锅热镀区（I～IV区）的锌液流动，且使锌液的横向流动递进转向纵向流动，从而改变了现有技术中锌锅内的锌液流动状况，促使了锌渣的有序流动，可极大地减少人工操作，有助于提高锌锅自动化水平和大幅提高机组速度，并减少生产的过渡料消耗。
附图说明
[0024] 图1为现有技术中锌锅内因气刀喷吹作用造成的锌液流动示意图；
[0025] 图2为本发明热镀锌锌锅内锌液的流动控制方法的平面布置示意图（
实施例一）；
[0026] 图3为本发明热镀锌锌锅内锌液的流动控制方法的平面布置示意图（实施例二）。
[0027] 图4为本发明的行波磁场发生器和锌液驱动原理示意图。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0029] 参见图2和图3，一种热镀锌锌锅内锌液的流动控制方法，热镀锌锌锅1上方的气刀对带钢3的喷吹作用促使锌液2分别向锌锅左侧、右侧、前端、以及带钢3和炉鼻子4之间位置构成的区域向外扩散流动，并拖动锌液表面快速生成的面渣向所述区域向外流动。在所述区域边缘侧，锌锅锌液表面的上方设置多段行波磁场发生器以激发行波磁场对锌液产生电磁推动力驱动锌液流动，所述行波磁场发生器造成的锌液流动与气刀的喷吹流动相互衔接，并通过控制行波磁场发生器的磁场方向和通电间隔控制，促使锌锅表层锌液向锌锅后端两侧有序流动；漂浮于锌液表面的面渣被流动的锌液拖动按控制方向流动。
[0030] 所述多段行波磁场发生器包括横向行波磁场发生器和纵向行波磁场发生器，多段行波磁场发生器围绕带钢四周构成一圈，并且纵向行波磁场发生器向锌锅后端伸出；横向行波磁场发生器包括前段行波磁场发生器和后段行波磁场发生器，纵向行波磁场发生器包括左侧行波磁场发生器和右侧行波磁场发生器。
[0031] 一种热镀锌锌锅内锌液的流动控制装置，包括横向行波磁场发生器和纵向行波磁场发生器、以及所述行波磁场发生器控制装置；在锌锅1左侧、右侧、前端、以及带钢3和炉鼻子4之间位置的锌液2表面上方分别设置左段、右段、前段和后段行波磁场发生器，前段行波磁场发生器和后段行波磁场发生器构成所述横向行波磁场发生器，左段行波磁场发生器和右段行波磁场发生器构成所述纵向行波磁场发生器。所述左段行波磁场发生器和右段行波磁场发生器超过后段行波磁场发生器位置向锌锅后端伸出。
[0032] 所述前段行波磁场发生器包括第一前段行波磁场发生器75和第二前段行波磁场发生器76，前段行波磁场发生器也可为整长式前段行波磁场发生器756，后段行波磁场发生器包括第一后段行波磁场发生器71和第二后段行波磁场发生器72，后段行波磁场发生器也可为整长式后段行波磁场发生器712，参见图2和图3。左段行波磁场发生器、第一前段行波磁场发生器75、第一后段行波磁场发生器71与右段行波磁场发生器、第二前段行波磁场发生器76、第二后段行波磁场发生器72按带钢宽度中心线30分两侧对称设置。
[0033] 所述第一前段行波磁场发生器75和第一后段行波磁场发生器71激发向锌锅左侧流动的行波电磁场，左段行波磁场发生器激发向锌锅后端流动的行波电磁场；同样，所述第二前段行波磁场发生器76和第二后段行波磁场发生器72激发向锌锅右侧流动的行波电磁场，右段行波磁场发生器激发向锌锅后端流动的行波电磁场，参见图2。
[0034] 所述左段行波磁场发生器包括第一左段行波磁场发生器73和第二左段行波磁场发生器74，所述右段行波磁场发生器包括第一右段行波磁场发生器77和第二左段行波磁场发生器78。
[0035] 与此同时，通过控制所述的行波磁场发生器的通电间隔以控制锌液的交替流动，当行波磁场发生器供电时激发的行波电磁场驱动锌液流动，而当行波磁场发生器不供电时则锌液不流动，既实现了锌液的流动控制，又一定程度上防止了锌液表面氧化造成的锌资源消耗。
[0036] 与此同时，通过控制所述的行波磁场发生器的供电频率，以控制行波磁场对锌液的作用深度，防止锌液表层以下深度上的过度搅拌。
[0037] 实施例一：
[0038] 参见图2，分别在锌锅1热镀区的左右两侧（I区和II区）、前端（III区）以及带钢3和炉鼻子4之间的位置（IV区）共设置8段行波磁场发生器，分别为：第一左段行波磁场发生器73、第二左段行波磁场发生器74、第一右段行波磁场发生器77、第二右段行波磁场发生器
78、第一前段行波磁场发生器75、第二后段行波磁场发生器76、第一后段行波磁场发生器
71、第二后段行波磁场发生器72。
[0039] 第一左段行波磁场发生器73、第二左段行波磁场发生器74、第一前段行波磁场发生器75、第一后段行波磁场发生器71与第一右段行波磁场发生器77、第二右段行波磁场发生器78、第二前段行波磁场发生器76、第二后段行波磁场发生器72，按带钢3宽度中心线30分两侧对称设置。其中：第一左段行波磁场发生器73和第二左段行波磁场发生器74设置于锌锅左侧面靠近锌锅壁面的位置（I区），第一右段行波磁场发生器77和第一右段行波磁场发生器78设置于锌锅右侧面靠近锌锅壁面的位置（II区）；并且纵向行波磁场发生器向锌锅后端伸出，即第一左段行波磁场发生器73超出第一后段行波磁场发生器71向锌锅后端伸出，同样，第一右段行波磁场发生器77超出第二后段行波磁场发生器72向锌锅后端伸出，便于引导锌液向锌锅后端流动。
[0040] 通过分别控制横向设置的行波磁场发生器，即：第一后段行波磁场发生器71和第二后段行波磁场发生器72，第一前段行波磁场发生器75和第二前段行波磁场发生器76，使它们激发的电磁场方向分别相反，即按带钢宽度中心线30两侧对称相反并指向锌锅两侧的壁面。同时，通过分别控制锌锅两侧（I区和II区）纵向设置的行波磁场发生器，即第一左段行波磁场发生器73和第二左段行波磁场发生器74，第一右段行波磁场发生器77和第二右段行波磁场发生器78，激发指向锌锅后端（V区）方向的行波电磁场。
[0041] 每段行波磁场发生器激发的电磁场均能对锌液产生切割磁力线的电磁力驱动作用。这样，锌锅热镀区域的锌液（I～IV区）仅仅利用气刀的喷吹作用（因距离气刀越远流动越弱）无法流动的锌液，被横向设置的行波磁场发生器的电磁力重新驱动起来，并按电磁场的方向控制锌液的流动方向，流动方向分别如箭头51和52，箭头55和56所示。此刻，横向设置的行波磁场发生器激发的电磁力驱动造成的锌液流动和气刀（图中未示出）喷吹作用造成的锌液流动（流动方向如箭头5所示）相互衔接起来；同时，锌锅两侧（I区和II区）纵向设置的行波磁场发生器均分别激发指向锌锅后端（V区）方向的行波电磁场，以驱动锌液分别向锌锅后端流动，锌液的流动方向分别如箭头53和54，箭头57和58所示，此刻，横向设置的行波磁场发生器和纵向设置的行波磁场发生器造成的锌液流动也相互衔接起来，从而使得整个锌锅热镀区的表层锌液整体有序可控的流动，并且纵向设置的第一左段行波磁场发生器73和第一右段行波磁场发生器77超过横向设置的后段行波磁场发生器71、72位置向锌锅后端伸出，引导锌液向锌锅后端流动，这样，漂浮于锌液表面的面渣势必被流动的锌液拖动按控制方向流动至锌锅后端（V区），再由机械手捞渣去除。
[0042] 所述的横向和纵向设置的行波磁场发生器均分为二段，能有效与气刀喷吹作用造成的流动衔接，使锌液流动沿带钢中心线分流，既保证了锌液的流动效率，也充分利用了气刀喷吹的流动
能量。
[0043] 本发明通过多个行波磁场发生器的组合和顺序控制，增强了锌锅热镀区（I～IV区）的锌液流动，且使锌液的横向流动递进转向纵向流动，从而改变了现有技术中锌锅内的锌液流动状况，促使了锌渣的有序流动，可极大地减少人工操作，有助于提高锌锅自动化水平和大幅提高机组速度，并减少生产的过渡料消耗。
[0044] 另一方面，锌锅表面锌液易于氧化，锌液表面的连续流动势必会增大锌液的过度氧化，造成锌资源消耗或锌渣生成量增大，本发明通过控制所述的行波磁场发生器的通电间隔和持续工作时间以控制锌液的交替流动。比如，采用5min（通电间隔）－3min（持续工作时间）－5min的交替序列，使锌液在行波磁场发生器持续工作时产生流动，而在通电间隔时间内基本不流动，既实现了对锌液流动的有序控制，又一定程度上减少锌液表面氧化造成的锌资源消耗。
[0045] 与此同时，通过控制所述的行波磁场发生器的供电频率，以控制行波磁场对锌液的作用深度，一般地，行波磁场发生器的供电频率越低，对锌液产生的电磁驱动力的作用深度越大，对表层下锌液的搅动越大，本发明所述的行波磁场发生器的供电频率为0-200Hz，优选的是50-100Hz。
[0046] 实施例二：
[0047] 参见图3，所述位于锌锅前端（III区）以及带钢和炉鼻子之间的位置（IV区）的横向设置的行波磁场发生器为整长式，即前段行波磁场发生器756和后段行波磁场发生器712，且使整长式行波磁场发生器激发的行波磁场方向同向，以驱动锌液向锌锅的某一侧流动，并与位于锌锅侧面的行波磁场发生器产生的锌液流动衔接，把横向行波磁场发生器驱动过来的锌液转向驱动至锌锅后端（V区）。
[0048] 由图1可知，现有技术中锌液在气刀喷吹作用下，锌液的流动会沿带钢中心线向两侧倾斜流动，形成类似马鞍形状的流线6。采用图2所示的实施例一最符合锌液流动的控制要求，但实施例一也造成设备相当复杂，因为每一段行波磁场发生器均需连接
电极和
电缆等，所以采用实施例二的图3所示的结构也是可行且有效的。实施例二的主要特点是沿带钢中心线向两侧分开流动由横向设置的整长式行波磁场发生器改变为向一侧流动，流动方向如箭头51和55所示。虽说，实施例二所示的锌液流动控制不如实施例一的控制效率高，但因锌锅III区和IV区位置的锌液流动本身受到气刀的喷吹作用已衰弱较大，而采用整长式行波磁场发生器对锌液的驱动流动是完全可能的。同理，图3中所示的纵向设置的行波磁场发生器，即第一左段行波磁场发生器73、第二左段行波磁场发生器74可以设计成整长式左段行波磁场发生器（图中未示出），第一右段行波磁场发生器77和第二右段行波磁场发生器78可以设计成整长式右段行波磁场发生器（图中未示出）。
[0049] 图4为本发明的行波磁场发生器的构成和锌液驱动原理示意图。所述的行波磁场发生器71包括：铁芯10、若干个通特定频率交流电的电磁线包绕组（11～15）、
外壳17，当不同电磁线包绕组的交流电按不同
相位变化时会激发行波磁场（磁力线16所示），该行波磁场对锌液产生切割磁力线运动的电磁推动力以驱动锌液2流动，流动的方向参见箭头21和22所示。
[0050] 本发明的核心创新点在于在锌锅锌液表面的上方设置若干条行波磁场发生器以激发行波磁场对锌液产生电磁推动力驱动锌液流动。所述的行波磁场发生器的设置造成的锌液流
动能与气刀的喷吹流动相互衔接，并通过行波磁场发生器的磁场方向和通电间隔控制促使锌锅表层锌液的有序流动，从而改善锌液流动与锌渣的相互作用关系，减少人工劳动操作，提高机组速度。
[0051] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
