熱鍍鋅氣刀控制技術的研究

王兵義

（河鋼集團邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056015）

熱鍍鋅是提高鋼材防腐性能和表面質量的關鍵性技術手段，鍍鋅板材以其良好的外觀和使用性能在加工制造業中有著廣泛的應用，市場需求量極大。對于熱鍍鋅產品來說，鋅層的厚度和均勻性是一項重要的質量指標，目前國內外熱鍍鋅生產中通常采用吹氣法來控制鋅層厚度，其設備被人們稱之為“氣刀”。它利用了射流原理，采用一個橫貫整個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用設備，既關系到生產成本，又關系到產品質量，如氣刀操作不當或是控制不當則會直接造成鍍鋅產品的質量缺陷。因此在熱鍍鋅產品生產中，氣刀操作人員必須嚴格按照鋅層厚度指標和實測鋅層厚度，及時調整氣刀參數，以確保鍍鋅層的厚度和表面質量符合要求。本文根據氣刀結構、操作原理、參數控制等，結合生產實際，對氣刀設備的控制操作進行了探討。

1 氣刀設備組成及基本工作原理

1.1 氣刀設備的基礎組成和功用

熱鍍鋅氣刀是一種以噴吹氣流來控制鍍鋅層厚度的設備，主要由氣刀本體、氣刀定位系統、氣刀調節系統等幾部分組成。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，其噴嘴開口間隙的大小根據實際情況進行調整，可以適應各種寬度尺寸鍍鋅帶材的表面噴吹，通過一定壓力的氣流噴吹擦除鍍鋅帶材表面多余的鋅液。氣刀定位系統主要作用是測量氣刀唇到鍍鋅帶材的準確距離，保證兩個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確均勻地鍍層。氣刀定位系統的主要功能部件為激光測距儀，較高的測量精度可自動準確地完成對氣刀唇與帶材之間距離和平行度的監測，為氣刀位置等參數調整提供數據信息。氣刀調節系統主要為自動控制系統和電機，控制氣刀進行位置、距離和噴吹寬度等參數的調整。

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量要求，這時就需要氣刀噴吹，通過氣流的壓力作用對鋅層厚度進行調整。氣刀噴吹前，首先應根據鍍鋅產品的規格要求，對氣刀運行的開口寬度、刀唇形狀、噴吹壓力、工藝速度各項參數進行設置，在自動控制系統中建立相應的控制數模。熱鍍鋅帶材進入氣刀噴吹工藝后，氣刀會按照之前設定好的參數運行，同時由激光測距儀、風機監測儀等對噴吹過程進行監測，并將相關數據信息反饋至控制系統?？刂葡到y會根據設備運行情況和一些變量因素影響，對氣刀的氣壓、開口寬度、距離和工藝速度等進行在線調整和補償，從而改變刮鋅效果，保證鍍鋅層的厚度和均勻性符合產品質量標準要求。

2 鍍層與氣刀控制的研究

連續熱鍍鋅生產中，影響鍍鋅層厚度和均勻性的因素有很多，包括:氣刀開口大小b，生產線工藝速度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。其中氣刀開口大小、氣刀風壓、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。因此，在對帶鋼熱鍍鋅層噴吹的過程中，以上也是氣刀控制的重點。

2.1 氣刀刀唇形狀和間隙的確定

刀唇形狀和間隙的調整與氣流分布和壓力有關，一般按照經驗公式P＝kS2＋c進行設計，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由兩個直線方程b＝k2x＋c2和b1＝c1組成。設定好刀唇間隙的初始值，即可套用經驗公式得出相應的間隙調整參考值，刀唇間隙調整時，按照由中間到兩個邊部的順序，每隔100mm一點，按照經驗方程計算后逐一調整。在實際生產中，由于氣刀長時間位于鋅鍋上方，受高溫熱漲影響較大，且承受著較大的氣壓作用，因而在氣刀在運行一段時間后，其間隙大小會逐漸產生一些變化。對此，檢修人員應利用設備停線的時間，重新對刀唇間隙進行測量和調整；由于傳動側鋅層略厚于操作側，故調整時應將傳動側刀唇間隙略微調大，使兩側鋅層的均勻性得到改善。

2.2 機組速度的調整

在氣刀控制參數不變的條件下，機組速度是影響鋅層厚度的最重要因素，機組速度直接反映了自然帶鋅量的多少，是必須控制的變量。機組速度對鋅層厚度的影響是有一定規律的，根據生產經驗，在其他條件不變的情況下，機組速度與厚度兩者呈正相關，機組速度的增量≈鍍層厚度增量的2/3。因此，在生產線更換產品規格，改變生產節奏時，氣刀操作人員必須要考慮機組速度的影響，及時調整氣刀運行參數，以滿足鋅層厚度要求。

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。氣刀壓力是連續可調變量，對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程，當刀唇與帶材間距發生變化的時候，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改變，其調整量應根據鋅層厚度要求和刀唇、帶材間距依具體情況來定，但氣刀壓力不宜控制過大，否則容易導致鋅液飛濺。

2.4 氣刀與帶材表面間距的調整

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

根據生產經驗，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值上成正比例關系，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，為了提高噴吹效果，減少噴吹噪音和噴吹時鋅液飛濺，正常工作時，兩側氣刀要錯開一定的角度，氣刀角度應控制在±5°之間為宜。

2.6 氣刀與鋅液面距離的控制

生產實踐表明，氣刀與鋅鍋液面高度對鋅層質量的影響也是相當重要的。如果鋼帶在氣刀處的溫度較高，與鋅液面溫度較為接近時，氣刀高度對鋅層厚度的影響可以忽略不計。

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

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

3 結語

鋅層厚度的精確控制與很多方面的因素有關，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；另一方則要控制好氣刀刮鋅量，根據生產實際情況，合理調整氣刀間距、噴吹壓力、高度和角度等氣刀運行參數。

這些還應在平時的生產過程中不斷總結研究，對各種變量因素及其相互影響進行全面考慮和分析，從而制定更為優化的氣刀參數綜合匹配，不斷提高鋅層厚度控制的精度和均勻性，為市場提供更為優質地鍍鋅板材。