编号：JMXM-2015-004
企业技术开发项目设计书
项目名称
镀锌锌层均匀度及厚度精确控制工艺
企业名称
江苏江南冷轧薄板有限公司
企业法人（签名）
梅泽锋
项目负责人
张志洪
电话
88608677
项目起止时间
2015 年 11 月至 2017 年 11 月
填报日期 2016 年 02 月 19 日
一、 立项依据
1. 本项目国内外现状、水平及发展趋势
热键锌板是在冷轧钢板表面镀上一层锌原料用来增强钢板的抗腐蚀性钢板表面经过镀锌处理后，可以大幅度提高钢板的使用寿命。冷轧热镀锌板具有良好的机械性能和抗腐蚀性能，在汽车及家电制造、建筑材料、包装材料、农业等行业得到了广泛应用。随着我国工业化的不断推进和加工制造水平的飞速发展，对热镀锌钢板的需求量也日渐增加，同时对热镀锌产品的质量也提出了更高的要求，我国的热镀锌行业将面临重大的机遇和挑战。锌层厚度及其均匀性是评价镀锌板质量的一项重要指标，锌层太薄影响产品的抗腐蚀性，锌层太厚影响产品的点焊性和附着性同时造成锌原料的浪费。因此开发高性能锌层厚度自动控制系统对于提高产品质量和节约原料消耗都具有重要意义。
在过去的几十年中，气刀的成功应用使热镀锌工艺及技术取得了长足的进步，但由于热镀锌过程存在严重的非线性、大滞后和多变量影响的特点，仍有许多技术问题有待不断地完善。60年代之前带钢热镀锌过程由一对镀锌辊来控制锌层厚度。随着连续热镀锌机组的出现，吹气法热镀锌工艺逐渐取代辊镀工艺。吹气法热镀锌核心设备是气刀，通过调节气刀的喷吹压力、喷嘴与带钢间距离、喷嘴与锌液间高度、喷嘴角度等手段，可有效控制锌层厚度。气刀控制性能很大程度上决定了锌层厚度精度，因此有关气刀装备及控制方法一直是广大板带热镀锌生产企业和设备制造厂商的重要研究内容。近年来，随着对气刀研究的
不断深入，气刀装置在内部结构和喷吹方式上都有了很大的进步，例如出现了双刀唇、三刀唇等结构形式的气刀，还有一种刀唇间隙可在线调节的气刀，可以改变沿带宽度方向喷嘴分布，从而提高了带钢锌层厚度的均匀性。同时开发了非喷射擦拭热镀锌法，采用电磁控制手段进行锌层擦拭，大大提高了带钢线速度，有效地消除了带钢的抖动和热镀锌过程锌液飞溅，将锌层厚度波动降到最低限度。气刀设备虽然出现了多种形式，但是应用过程中锌层厚度控制精度仍然不能满足市场需求。
连续热镀锌的带钢表面锌层厚度控制工艺是钢铁制造厂的技术诀窍。锌层厚度控制技术需要了解气刀设备的工作原理，在这个基础上解析影响锌层厚度精度的工艺参数，包括设备配置要求或工况允许条件等。这些技术需要工作原理与生产实践的良好结合。
2. 项目开发的目的、意义
锌层厚度的影响是复杂的、非线性的，而且锌层厚度检测的时变滞后使控制系统设计变得复杂。通过探究气刀工艺控制锌层厚度的原理，分析进气压力、射程、刀唇开口度以及气刀倾角等工艺参数对锌层厚度的影响规律，进而获得提高镀锌层厚度的精度和均匀性的工艺措施，对降低生产成本、提高成材率和提高镀锌板的镀层均匀性和厚度精度都具有十分
重要的意义。该项目以江苏江南冷轧薄板有限公司冷轧连续热镀锌锌层厚度控制技术改造为背景，进行热镀锌机组气刀工作原理表征、锌层厚度控制模型、锌层厚度控制方法的研究，形成一套热镀锌机组气刀工作原理的表征模型和表征数学关系式、锌层厚度控制的数学模型及参数，提出更好的锌层厚度控制方法和技术方案，应用于热镀锌机组建设工程确保圆满稳定投产，并为今后锌层厚度控制精度的持续提高提供支撑，满足用户不断增长的需求，提升公司热镀锌产品在国内外市场的竞争力，具有重要的实际应用价值。
3. 本项目达到的技术水平及市场前景
目前国内关于气刀刮锌机理研究与数值建模仿真研究还很薄弱甚至还没有建立锌层厚度动态变化的机理模型以及近似的力学模型。这不仅严重制约了气刀设备的发展，也导致无法实现锌层厚度自动控制。本项目在研究现有冷轧热镀锌板生产工艺基础上，结合过程控制原理、计算机控制系统与设计理论、系统建模及仿真等理论知识，开发一种高精度热镀锌锌层厚度自动控制系统，克服原有手动操作的弊端，实现热镀锌锌层厚度快速精确控制。通过对带钢运行速度、气刀的角度、气刀的高度、气刀距带钢的距离、气刀的吹起压力等参数的优化，能精准控制锌层的均匀性和厚度，提高了镀锌钢板的性能，降低了Zn耗，同时也提高了产品在市场上的竞争力。
二、 开发内容和目标
1. 本项目主要内容和重点解决的关键技术问题
1.1 具体研究内容
(1) 气刀工作原理的研究；
(2) 气刀参数对锌层厚度影响的研究；
(3) 气刀参数设定模型研究；
(4) 结合热镀锌生产线生产过程中的数据，建立锌层厚度数学模型。
1.2 重点解决的关键技术
(1) 根据生产线生产过程中的数据，建立数据库；
(2) 应用相关软件进行数值模拟，并将数值模拟的各个影响因素对带钢表面所受     
气压规律回归成数学模型，便于对各影响因素进行定量分析；
(3) 理论分析数据与实际生产相结合，达到参数设置做优化；
(4) 当镀层厚度规格变化时，或镀层速度发生改变时，或由于模型进行在线调整而改变设备参数时，都可以实现均匀的镀层厚度控制，从而使产品的质量得到保证。
2. 技术创新之处
(1) 选择仿真模拟Fluent软件进行数值模拟，研究气刀工作原理；
(2) 建立镀层厚度与带钢表面压力场的关系模型；
(3) 根据现场收集的实际数据，对建立的锌层厚度解析模型进行优化、修正；
(4) 安装测厚仪，根据反馈的锌层厚度，对生产工艺参数进行调整、优化。
3. 主要技术指标或经济指标
(1) 根据不同规格带钢制定不同的工艺参数，使规格转换更简单方便；
(2) 安装一套德国进口测厚仪，更加精确的控制锌层均匀性和厚度，并可以对工艺参数进行
实时调整；
(3) 控制锌层厚度更加精确，使锌层厚度控制在公差±0~3 g以内，范围内的命中率达到90%。
(4) 精确控制锌层厚度，提高了产品成材率，提高了产品的性能，降低了生产成本。
三、 研发实验方法及技术路线
1. 研发的实验方法
本项目在等对锌层厚度解析机理建模的基础上结合数值模拟结果，并以带钢热镀锌机组的大生产实际参数进行修正、优化，建立了带钢连续热镀锌层厚度预测模型，并对气刀的控制性能进行了研究。锌层厚度预测模型求解策略是：首先应用数值模拟方法，回归分析带钢表面压力与气刀工艺参数、结构参数间关系，然后以此压力分布为边界解析计算最终锌层厚度。这种解析与数值模拟相结合的方法也可以更加灵活地应用于不同的气刀结构和形式。
本项目以锌层厚度控制的自主集成并实现大生产下的稳定控制为目的，结合产品存在的问题和品种结构及生产要求，对此技术问题开展研究，并以科研项目进行热镀锌机组气刀工作原理表征、锌层厚度控制模型、锌层厚度控制方法的研究，形成一套热镀锌机组气刀工作原理的表征模型和表征数学关系式、锌层厚度控制的数学模型及参数，提出更好的锌层厚度控制方法和技术方案，应用于热镀锌机组建设工程确保圆满稳定投产，并为今后锌层厚度控制精度的持续提高提供支撑，满足用户不断增长的需求，提升本公司热镀锌产品在国内外市场的竞争力，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。
2. 工艺流程
四、 现有开发条件和工作基础
1. 承担单位开展本项目的优势（人才、设施条件）
江苏江南冷轧薄板有限公司创建于2003年，总投资15亿人民币，占地110亩，要产品为普通级、压延级、深冲级和机构级的热镀锌钢卷和热镀铝锌钢卷。其中“江南牌镀锌卷”被江苏省名牌战略推进委员会授予江苏名牌产品称号；公司常年蝉联江苏省优秀企业、常州市明星企业、武进区重点企业等称号。公司凭借优良的生产工艺，完美可靠的产品质量，一流的研发能力，良好的商业信誉，赢得了广泛的客户基础。目前本公司的产品广泛应用于国内外知名家电品牌上：海尔、三星、美的、LG等。
公司注重人才培养和产品开发。为使项目产品得以顺利开发，公司专门成立了一支专业的攻关研发小组，其中本科及以上学历6人，高工2人，为项目的技术攻关提供了高专业的研究开发队伍。同时江苏江南冷轧薄板有限公司有着多年自主改造热镀锌设备经验，高度重视工艺的优化以及设备的运行与维护，这也为项目的成功实施提供了保证。
2. 已有的工作基础，如预试及小试成果等
本公司原有气刀、测厚在工艺方面存在缺陷，通过对镀锌生产线该部分的数值模拟，在线检测，成功制定出了一套不同规格不同工艺参数，并且能通过测厚仪反馈实时调整工艺的方案。已克服几个关键技术难题: (1)设置了不同规格带钢热镀锌时气刀最佳的吹气压力；(2)设置了不同规格带钢热镀锌时气刀的最佳角度位置；(3) 设置了不同规格带钢热镀锌时气刀与带钢的最佳距离；(4)设置了不同规格带钢热镀锌时的运行速度；(5)设置了不同规格带钢热镀锌时气刀的高度；(6)控制带钢震动频率；(7)引进德国进口测厚仪设备，更精准的控制锌层厚度和均匀性。
五、 计划进度（包括总的研究期限、年度计划进度）
2015年11月至2016年05月进行现成勘察，建立数据库，研究气刀工作原理；
2016年05月至2017年05月进行仿真模拟，建立锌层厚度与各因素的关系，对产线工艺参数进行优化、修正；

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