热镀锌气刀控制技术的研究

王兵义

（河钢集团邯钢冷轧厂，河北 邯郸 056015）

热镀锌是提高钢材防腐性能和表面质量的关键性技术手段，镀锌板材以其良好的外观和使用性能在加工制造业中有着广泛的应用，市场需求量极大。对于热镀锌产品来说，锌层的厚度和均匀性是一项重要的质量指标，目前国内外热镀锌生产中通常采用吹气法来控制锌层厚度，其设备被人们称之为“气刀”。它利用了射流原理，采用一个横贯整个带材宽度表面的矩形喷嘴喷吹出扁平气流，将带材表面多余的锌刮掉，从而使镀锌面趋于平顺，锌层厚度更加均匀。气刀做为控制锌层厚度的专用设备，既关系到生产成本，又关系到产品质量，如气刀操作不当或是控制不当则会直接造成镀锌产品的质量缺陷。因此在热镀锌产品生产中，气刀操作人员必须严格按照锌层厚度指标和实测锌层厚度，及时调整气刀参数，以确保镀锌层的厚度和表面质量符合要求。本文根据气刀结构、操作原理、参数控制等，结合生产实际，对气刀设备的控制操作进行了探讨。

1 气刀设备组成及基本工作原理

1.1 气刀设备的基础组成和功用

热镀锌气刀是一种以喷吹气流来控制镀锌层厚度的设备，主要由气刀本体、气刀定位系统、气刀调节系统等几部分组成。其中气刀本体是气流喷出的部件，由柱状管子开口镶以光洁度较高的刀片最为喷嘴组成，采用悬挂方式安装于锌锅之上，其喷嘴开口间隙的大小根据实际情况进行调整，可以适应各种宽度尺寸镀锌带材的表面喷吹，通过一定压力的气流喷吹擦除镀锌带材表面多余的锌液。气刀定位系统主要作用是测量气刀唇到镀锌带材的准确距离，保证两个气刀唇与带钢的平行和左右间距的一致，从而使镀锌板沿宽度方向上获得准确均匀地镀层。气刀定位系统的主要功能部件为激光测距仪，较高的测量精度可自动准确地完成对气刀唇与带材之间距离和平行度的监测，为气刀位置等参数调整提供数据信息。气刀调节系统主要为自动控制系统和电机，控制气刀进行位置、距离和喷吹宽度等参数的调整。

1.2 热镀锌带材气刀喷吹的基本原理

热镀锌板材从锌锅吊出后，其表面覆盖的锌层厚度和均匀性并不符合质量要求，这时就需要气刀喷吹，通过气流的压力作用对锌层厚度进行调整。气刀喷吹前，首先应根据镀锌产品的规格要求，对气刀运行的开口宽度、刀唇形状、喷吹压力、工艺速度各项参数进行设置，在自动控制系统中建立相应的控制数模。热镀锌带材进入气刀喷吹工艺后，气刀会按照之前设定好的参数运行，同时由激光测距仪、风机监测仪等对喷吹过程进行监测，并将相关数据信息反馈至控制系统。控制系统会根据设备运行情况和一些变量因素影响，对气刀的气压、开口宽度、距离和工艺速度等进行在线调整和补偿，从而改变刮锌效果，保证镀锌层的厚度和均匀性符合产品质量标准要求。

2 镀层与气刀控制的研究

连续热镀锌生产中，影响镀锌层厚度和均匀性的因素有很多，包括:气刀开口大小b，生产线工艺速度v，带钢温度t，锌液温度t2，锌液成分，气刀喷吹气流压力p，气刀高度h，气刀角度a，气刀与带钢间距s等等。其中气刀开口大小、气刀风压、气刀与钢带距离是影响锌层厚度的主要因素；锌层均匀性主要与刀唇间隙分布、冷却塔段钢带的张紧情况、带钢的板型及平整度等有关。因此，在对带钢热镀锌层喷吹的过程中，以上也是气刀控制的重点。

2.1 气刀刀唇形状和间隙的确定

刀唇形状和间隙的调整与气流分布和压力有关，一般按照经验公式P＝kS2＋c进行设计，即气刀出口压力与面积的平方成正比；气刀刀唇间隙形状曲线由两个直线方程b＝k2x＋c2和b1＝c1组成。设定好刀唇间隙的初始值，即可套用经验公式得出相应的间隙调整参考值，刀唇间隙调整时，按照由中间到两个边部的顺序，每隔100mm一点，按照经验方程计算后逐一调整。在实际生产中，由于气刀长时间位于锌锅上方，受高温热涨影响较大，且承受着较大的气压作用，因而在气刀在运行一段时间后，其间隙大小会逐渐产生一些变化。对此，检修人员应利用设备停线的时间，重新对刀唇间隙进行测量和调整；由于传动侧锌层略厚于操作侧，故调整时应将传动侧刀唇间隙略微调大，使两侧锌层的均匀性得到改善。

2.2 机组速度的调整

在气刀控制参数不变的条件下，机组速度是影响锌层厚度的最重要因素，机组速度直接反映了自然带锌量的多少，是必须控制的变量。机组速度对锌层厚度的影响是有一定规律的，根据生产经验，在其他条件不变的情况下，机组速度与厚度两者呈正相关，机组速度的增量≈镀层厚度增量的2/3。因此，在生产线更换产品规格，改变生产节奏时，气刀操作人员必须要考虑机组速度的影响，及时调整气刀运行参数，以满足锌层厚度要求。

2.3 气刀喷吹压力的控制

气刀压力也是直接影响锌层厚度的变量，在机组速度，气刀刀唇与带材间隙一定的条件下，气刀喷吹压力越大则刮锌效果越明显，锌层厚度也越小，即气压增量与锌层厚度增加呈反比。气刀压力是连续可调变量，对锌层厚度的控制较为迅速和直接。

气刀喷吹是二维的射流过程，当刀唇与带材间距发生变化的时候，为保持足够的喷吹压力，气流速度和散射宽度也行随之相应改变，其调整量应根据锌层厚度要求和刀唇、带材间距依具体情况来定，但气刀压力不宜控制过大，否则容易导致锌液飞溅。

2.4 气刀与带材表面间距的调整

该间距是与气刀喷吹压力相互关联的两个变量，对锌层厚度的影响极为敏感，最为及时和迅速，相比于气压调整的时间更快。因此在条件允许或是调整喷吹压力的情况下，调整气刀与带材表面间距不失为控制锌层厚度的好办法。

根据生产经验，在喷吹压力等其他可变量一定的情况下，气刀间距与锌层厚度在数值上成正比例关系，气刀与带材表面间距增量≈锌层厚度增量的0.5倍。

2.5 气刀角度控制

气刀角度与喷吹压力有一定的相关，为了提高喷吹效果，减少喷吹噪音和喷吹时锌液飞溅，正常工作时，两侧气刀要错开一定的角度，气刀角度应控制在±5°之间为宜。

2.6 气刀与锌液面距离的控制

生产实践表明，气刀与锌锅液面高度对锌层质量的影响也是相当重要的。如果钢带在气刀处的温度较高，与锌液面温度较为接近时，气刀高度对锌层厚度的影响可以忽略不计。

如果气刀高度较低，距锌锅液面较近，容易引起锌液飞溅，导致板面带渣；气刀高度较高时，在带材从锌锅提出的过程中，钢带边部会因温降过大而使锌液粘度增加，使液态锌层的可流动性降低，在同样的喷吹压力下，容易导致钢带边部锌层较厚的问题。

当喷吹气流与钢材接触后，大部分的气流会向上下两个方向散射而出，成为散射气流，通过调整气刀高度和角度，获得较为理想的喷吹散射气流，在气刀高度较低时，散射气流可使带钢与锌液接触区域的浮渣吹向四周以便捞出，避免板面带渣；同时减少锌液飞溅，堵塞刀唇。

3 结语

锌层厚度的精确控制与很多方面的因素有关，一方面要控制好自然带锌量，这主要与板形、锌液温度等有关；另一方则要控制好气刀刮锌量，根据生产实际情况，合理调整气刀间距、喷吹压力、高度和角度等气刀运行参数。

这些还应在平时的生产过程中不断总结研究，对各种变量因素及其相互影响进行全面考虑和分析，从而制定更为优化的气刀参数综合匹配，不断提高锌层厚度控制的精度和均匀性，为市场提供更为优质地镀锌板材。