锌渣生成动力学及净化条件下锌浴中锌渣分布演变规律的基础研究

The most important factor that impairs the surface quality of the hot dip galvanizing steel sheet is the dross defect, causing a dramatic economical loss.In order to study the promised liquid metal purification technology for industrial use, this project focuses on the zinc bath prufication during the continuous hot-dip galvanizing process.The physical properties of zinc dross and its effects on the zinc bath purification efficiency was investigated systematically.The laws of zinc dross formation was analyzed through the kinetics study. By means of numerical simulation of industrial zinc pot, the change laws of velocity field, temperature field and concentration field of zinc dross were studied when the zinc melts pumped out the zinc pot,a mathmatical model of zinc dross formation and separation was founded. The influences of electromagnetic purification on the zinc dross disrtibution in the zinc pot was studied.Hopefully, all of these.investigations can provided experimental and theoretical basis for hot-dip galvanizing electromagnetic purification technology applied in industry.

热镀锌液中的锌渣是影响镀锌板表面质量的最重要因素，由锌渣引起的各种缺陷造成了巨大的经济损失。为了探索具有工业应用前景的新型金属熔体净化工艺，针对连续热镀锌生产过程中的锌液电磁净化，在系统研究热镀锌液和锌渣相的相关物理性能的基础上，考察其对锌渣电磁分离效率的影响规律及作用机理。通过锌渣相生成动力学过程的研究，揭示锌渣生成速率的变化规律。通过数值模拟研究净化条件下锌锅内锌液温度场、流场和浓度场，建立锌渣生成与去除的数学模型，探讨电磁净化对热镀锌锅内锌渣分布演化的影响规律，为热镀锌液电磁净化技术的工业应用提供理论指导。

镀锌液中的锌渣是影响镀锌板表面质量的最重要因素，由锌渣引起的各种缺陷造成了巨大的经济损失。目前防止锌渣缺陷产生的措施主要是通过镀锌工艺控制和设备改造，抑制锌渣的形成。将电磁净化技术应用于热镀锌液中锌渣的去除，揭示外加电磁场作用下锌渣相的电磁分离机理和分布变化规律，不仅具有重要的理论价值，而且对于高质量热镀锌产品的生产也具有显著的应用价值。项目研究了锌渣物理特性对锌渣电磁分离效率的影响规律及作用机理、锌渣生成动力学以及锌液体外循环电磁净化对锌锅温度场、流场和锌渣浓度场的影响规律，主要内容及研究结果如下：.(1) 通过对各热镀锌液体系的金相分析、SEM以及EDS分析，得到Al含量为0.12%、0.18%、4.5%、55%的四种锌液中锌渣相分别为FeZn7、Fe2Al5、FeAl3-xZnx和FeAl3，并利用PPMS物性测试系统得到了不同类型锌渣的电导率。不同铝含量的热镀锌液的粘度随着温度的升高而降低。当热镀锌液中的Al低于0.5 wt%时,随着Al含量的增加，锌液的粘度增大，流动性降低。(2) 通过锌渣相生成动力学过程的研究，揭示了锌渣生成速率的变化规律，得到锌渣颗粒在Lagrangian坐标系下的运动方程; (3) 在工业现役锌锅的基础上增加了热镀锌液体外循环净化装置，将电磁净化技术应用于热镀锌液中的锌渣去除。模拟计算了抽锌管和回锌管的位置变化对锌锅内的流场、温度场的影响。结果表明：引入锌液体外循环净化装置，锌液平均流速增加0.06 m/s，V形区平均流速增加0.69 m/s，V形区速度的增加能促使锌渣向锌液表面流动；锌液的平均温度增加0.4 ℃，锌锅内的温度分布更加均匀，体外循环装置的引入不会对锌锅内流场和温度场产生负面影响，并有利于锌渣与镀锌基板的分离。.（4）基于欧拉-拉格朗日方法的DPM模型，利用数值模拟的方法计算了锌锅中锌渣的浓度差分布。通过分析锌渣扩散得到了锌渣在带钢表面及锌锅中的运动轨迹和分布规律。结果表明：锌渣在带钢上的沉积率随着锌渣粒度的减小而升高；由于锌渣密度的差异，当锌渣直径小于80μm时，沉积率从高到低依次为悬浮渣、面渣、底渣。面渣在带钢出口后侧区域的平均停留时间最长，该位置设置抽锌管将有利于面渣的去除；在V形区内侧区域带钢上的悬浮渣质量浓度最高，对带钢影响最大；底渣主要运动区域为锌锅底部，基本不会粘附于带钢表面，对带钢影响最小。