锌液中沉没辊振动特性的研究
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沉没辊辊印成因分析及改进方法李钢;胡宓宓【摘要】沉没辊辊印是制约八钢热镀锌机组实现连续、稳定作业的主要因素之一.文章就其成因和材质、温度、化学成分、环境等诸多影响因素进行分析,并提出一系列现场改进措施和良好解决建议.【期刊名称】《新疆钢铁》【年(卷),期】2011(000)002【总页数】3页(P13-15)【关键词】热镀锌;沉没辊辊印;成因;改进方法【作者】李钢;胡宓宓【作者单位】新疆八一钢铁股份有限公司;新疆八一钢铁股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】YG335.861 前言在生产建筑用镀锌板薄料的过程中,对镀锌机组生产薄料稳定性的要求较高。
沉没辊辊印是制约热镀锌机组实现连续、稳定作业的主要影响因素之一,因沉没辊辊印会造成频繁换辊,影响机组作业率,增加劳动强度,给生产和操作带来不利影响。
沉没辊辊印缺陷属于镀层缺陷,产生于热镀锌过程中,是锌锅中的杂质与锌液发生反应,生成铁锌合金而粘附辊面造成。
原料锌锭中的灰尘与其它杂质,其熔点高于锌,在锌锅中不会完全融化,而是以团状或粒状形式混在锌液中,且极具黏附性。
热镀锌过程中,带钢与沉没辊的相互摩擦、挤压,造成杂质颗粒不断黏附在沉没辊表面或沉没辊沟槽中,当这种颗粒积累到一定厚度时,带钢经过此处便会产生凹陷,即生成沉没辊辊印。
针对八钢热镀锌机组的生产实际,对沉没辊辊印的缺陷成因进行分析,并采取了一系列解决措施。
[1,5]2 沉没辊辊印宏观形貌和微观组织分析沉没辊辊印的宏观形貌如图1所示,缺陷间距与沉没辊沟槽间距相对应,缺陷排列沿延带钢运行方向,其分布贯穿带钢通长,凹陷处有肉眼可见的颗粒状物质。
取缺陷样在扫描电子显微镜下观察,缺陷处存在点状突起,如图2所示。
对这种突起进行能谱分析(见表 1),表明其组成元素为 Zn、Al、Fe,主要成分是Fe-Al化合物、Fe2Al5、Fe-Zn化合物。
其中Fe-Zn化合物就是造成辊印缺陷的杂质颗粒,俗称锌渣。
[2]图1 沉没辊辊印的宏观形貌图2 沉没辊辊印的微观组织表1 沉没辊辊印缺陷处成分分析 %?3 辊印形成及主要影响因素分析沉没辊是完全靠钢带与辊间摩擦力驱动的被动辊。
热基镀锌沉没辊辊印问题的分析与解决摘要:随着我国工业化发展速度的加快,在生产制造的技术应用水平上也有着提高,热基镀锌钢板因其自身的质量优越以及性能高,在实际的应用需求量也比较大,有着广泛的市场。
在对热基镀锌钢板的实际生产中,受到多方面因素影响其中比较突出的就是沉没辊辊印质量问题。
本文主要就沉没辊辊印的主要质量问题进行分析,然后结合实际对问题的原因以及处理措施详细探究。
关键词:热基镀锌;沉没辊辊印;问题前言热基镀锌板由于其具有厚度大,表面锌花规整,耐蚀性、加工成形性、焊接性良好等特点,愈来愈被广泛地应用在建筑业、农业和交通行业。
同时,对热镀锌镀层质量要求也越来越高,而热基镀锌线在生产过程中会产生一种沉没辊辊印缺陷,而且很难在短时间内被消除,极大地影响了热镀锌产品的外观质量。
因此,分析沉没辊辊印缺陷的形成机理,提出一些消除辊印缺陷和改善镀层质量的工艺方法和技术。
1热基镀锌沉没辊辊印问题产生的原因分析热基镀锌沉没辊辊印的质量问题产生是受到多种因素所致,从而对热镀锌产品的外观质量就会造成很大的影响。
辊印的缺陷在产品的表面上会呈现出等间距的状态,这就必然会影响产品的使用。
造成这一辊印的质量问题,主要就是和铝含量有着很大关系,如果是镀锌锅底的FeZn7的渣沉积比较多,在铝元素的含量增加的时候,就必然会产生Fe2Al5,然后会在流动的锌液下进行上浮,最终就会经过沉没辊以及稳定辊附在带钢的表面上。
热基镀锌沉没辊辊印的产生,也会受到材质因素的影响。
热镀锌的生产中,对沉没辊的使用需求就决定了其自身要在各方面的性能上能达到相应要求,耐锌液的腐蚀性以及耐锌渣的粘附性等都要能加以具备。
不同的沉没辊应用也有着不同应用效果,其中在对312L沉没辊的应用中,辊面就出现被腐蚀的现象,有诸多细小的缩孔出现,并呈现出蜂窝的形状。
在辊面也会形成Fe-Al、Fe-Zn化合物组成的腐蚀产物,这腐蚀产物和锌渣的成分比较接近。
并且会随着腐蚀性的增加,产物就会在辊面形成凸起的结瘤,在带钢经过的时候就形成的辊印[1]。
热镀锌钢带沉没辊辊印缺陷成因分析及控制方法冯冠文1,胡吟萍1,杨 芃2,胡宽辉1,王伟波2,胡传宏2(1.武汉钢铁(集团)公司 研究院,湖北武汉430080;2.武钢股份有限公司 冷轧总厂,湖北武汉430083)摘 要:沉没辊辊印缺陷属于镀层缺陷,产生因素很多,结合武钢生产经验,以及对生产中产生缺陷的检测分析,对该缺陷的成因进行探讨,提出控制缺陷的方法,主要包括:控制带钢入锌液板温、优化稳定锌液成分、改进沉没辊沟槽形貌等。
关键词:热镀锌;沉没辊辊印;锌渣;锌液成分;锌液温度中图分类号:T G 335.22 文献标识码:A 文章编号:100121447(2010)0420057203Analysis and control of bath roller mark defects of hot dip galvanizing stripFEN G Guan 2wen 1,HU Y in 2pin 1,YAN G Peng 2,HU kuan 2hui 1,WAN G Wei 2bo 2,HU Chuan 2hong 2(1.Research and Develop ment Center of WISCO ,Wuhan 430080,China ;2.Cent ral Cold Rolling Mill of WISCO ,Wuhan 430083,China )Abstract :Bat h roller mark ,a kind of coating defect s of st rip arisen on continuous galvanizing line ,is caused by t he deposition of zinc dro ss in t he bat h roll groove ,which stick to t he surface of st rip.It can be influenced by many facetors ,such as t he dist urbance of zinc liquid temperat ure ,zinc liquid compo sitions and st rip tension ,etc.In t his paper ,t hese factors are discussed o n t he basis of rollling production experiences obtained by WISCO.The measures to release or eliminate t he defect s ,including control of st rip temperat ure entering into zinc pot ,optimizing zinc liquid compositiont s and imp roving t he stat us of bat h roller.K ey w ords :hot dip galvanizing ;bat h roller mark ;zinc dross ;zinc liquid compo sition ;zinc liquid temperat ure作者简介:冯冠文(1982-),女,助工,主要从事冷轧及镀锌板的研究. 热浸镀锌是带钢经连续退火及冷却后通过炉鼻进入锌锅镀锌,经过锌锅中的沉没辊、稳定辊、控制辊出锌锅,气刀吹去多于的锌液后经冷却风箱冷却,在带钢表面形成1层均匀的镀层。
热镀锌质量缺陷的研究摘要:本文结合镀锌工作经验,详细介绍和分析了在热镀锌过程中常见的镀锌层缺陷,并对出现的质量缺陷提出了相应的解决方法。
关键词:热镀锌缺陷解决方法1、前言近年来,随着热镀锌基板表面质量的不断提高,热镀锌钢板的镀层表面质量也得到了很大的改善。
但是,要生产汽车面板用表面无缺陷的热镀锌钢板仍有较大的难度。
机械划伤等基板表面缺陷很容易透过镀层显现出来;基板表面的污染如果不清洗干净,也会影响镀层反应,并形成漏镀点等镀层缺陷。
本文主要分析各种镀层质量缺陷的起因,并提出解决方法。
2、划伤缺陷2.1 基板划伤基板划伤是指由于轧机卷取等原因引起的冷轧基板表面划伤。
由于基板划伤处的锌铁反应速度明显高于正常表面,带钢经热镀锌后,基板上的缺陷将更为明显。
通过加强上道工序对来料质量的检查,完全可以杜绝有划伤的基板进入镀锌线。
2.2沉没辊划伤沉没辊划伤是带钢出锌锅后在上板面出现断续或连续的条状辊印印痕,若辊印较轻无手感可降级处理,如有手感则为划伤只能做废品处理,必须停机换辊。
分析认为:出现这种故障的直接原因是带钢与沉没辊之间相互接触运动中两者速度不同,辊系出现不转或转动不良,从而使带钢与辊体接触时产生相对滑动,使带钢表面被辊面划伤。
造成这一现象的原因是多方面的,由于沉没辊处于锌锅锌液中这一特殊位置,无传动设备,只是一个从动转向辊,完全靠工艺段的张力及摩擦力转动。
因此,它是由机械结构特殊性、生产工艺控制、沉没辊的安装与使用等因素共同或单一影响的结果。
解决方法:工艺方面的改进:(1)锌锅锌液温度控制在(460±5)℃,以增加锌液的流动性。
(2)随时控制和调整锌液的化学成分含量,一般铁含量控制在0.05%以下,铝含量应控制在0.15%~0.22%之间。
在生产薄带钢时由于张力较小,板面易出沉没辊划伤。
此时可适量加入铝锭以降低铁的含量,这样有利于降低锌液粘度,增加锌液流动性。
(3)控制速度与张力变化不能过快。
热基镀锌沉没辊辊印问题的分析与解决杨兴亮摘要:热基镀锌板的厚度比较大,在表面的锌花也较为规整,比较耐腐蚀,实际加工过程中也比较容易成形,这就使得其应用也比较广泛化。
具体的生产工艺当中,需要从多方面加强重视,在生产工艺的方法上以及实际操作的正确性方面,都要加强重视,只有提高工艺的水平才能有助于生产质量的提高。
关键词:热基镀锌;沉没辊辊印;生产工艺;在生产制造的技术应用水平上也有着提高,热基镀锌钢板因其自身的质量优越以及性能高,在实际的应用需求量也比较大,有着广泛的市场。
在对热基镀锌钢板的实际生产中,就涉及到诸多的工艺,在受到多方面因素影响下,工艺实施中就存在着一些质量问题,其中比较突出的就是沉没辊辊印质量问题。
一、热基镀锌沉没辊辊印问题分析热基镀锌板的实际生产工艺实施中,会产生沉没辊辊印的缺陷,这就对热镀锌的产品外观质量造成很大程度影响。
质量问题主要是表现在外观上,呈现出等间距的状态,而沉没辊辊印就是比较突出的质量问题,一些比较严重的辊印有着比较明显的凸起手感,在表面聚结了锌渣之后所致,而锌渣在沉没辊沟槽的位置就会转移到带有钢表面形成辊印质量问题。
沉没辊辊印是镀层的缺陷,主要是产生在热镀锌当中,在锌锅当中的杂质和锌液发生了反应之后就会生成铁锌合金粘附在辊面造成的。
热镀锌的时候带钢和沉没辊相互产生摩擦以及挤压,这样就比较容易造成杂质颗粒粘附在沉没辊的表面以及沟槽当中,在颗粒进行聚集到一定厚度的时候,带钢经过这一位置就比较容易产生凹陷,从而就出现了沉没辊印的质量问题。
二、热镀锌板沉没辊辊印形成原因在沉没辊使用期间对产生辊印进行取样分析,结果显示,其辊印缺陷分布位于产品的上表面,呈等间距状态,严重的辊印缺陷存在明显的凸起手感。
在实验室进行分析,由分析可知,沉没辊表面黏结物主要是锌液中成分为铁-铝合金相的Fe2Al5化合物的铁铝浮渣颗粒,在带钢运行过程中这些锌渣在沉没辊辊面聚结成较大的锌渣颗粒,当带钢与辊面接触时,锌渣在沉没辊沟槽处转移到带钢表面形成带状缺陷。
热基镀锌沉没辊辊印问题的分析与解决摘要:结合我国热镀锌生产线的生产工艺和设备,从热镀锌生产线沉没辊辊印的产生机理入手,从生产工艺、设备等造成缺陷的影响因素入手,分析了辊印缺陷产生的原因,并提出了解决辊印缺陷的方法。
关键词:热镀锌;沉没辊辊印;问题;解决引言由于制造业和建筑工程科学技术的进步,钢铁制造商需要改进产品的物理性能和加工工艺,以满足用户的要求。
解决热镀锌板的沉没辊辊印问题是一个较为紧迫的课题。
1沉没辊辊印形成原因热镀锌的实际生产工艺实施中,容易产生沉没辊辊印的缺陷,这就对热镀锌的产品外观质量造成很大程度影响。
在使用沉没辊的过程中,对产生辊印进行取样和分析。
结果表明,辊印缺陷以等距状态分布在产品表面上(如图1所示),严重的辊印缺陷有明显的凸手感。
这必然会影响产品的使用。
这种沉没辊辊印的质量问题主要与铝含量有关。
如果锌锅底部有更多的FeZn7渣沉积,则当铝含量增加时,不可避免地会产生Fe2Al5,然后在流动的锌溶液下漂浮,最后通过沉降辊和稳定辊附着到带钢表面。
图1 辊印在带钢表面1.1 受到材质因素的影响热镀锌沉没辊印的生产也会受到材料因素的影响。
在热镀锌生产中,沉没辊的使用要求决定了沉没辊在各方面性能应满足相应的要求,并具有锌液的耐腐蚀性和锌渣的附着力。
不同的沉没辊应用也有不同的应用效果。
沉没辊在使用中,辊面腐蚀,出现许多小缩孔,呈蜂窝状。
辊面也会形成由Fe-Al和Fe-Zn化合物组成的腐蚀产物,其成分与锌渣成分相近。
随着腐蚀性的增加,产品在轧辊表面会形成凸瘤,带钢通过时会形成辊痕。
1.2 锌锅内产渣量与温度的关系在辊印产生过程中,厚度大于1.5mm的带钢生产的辊印次数远高于厚度小于1.5mm的带钢,这与带钢温度和锌液温度有很大关系。
带钢进入锌锅的温度和热镀锌线锌锅中锌液的温度控制相对严格,而带钢进入锌锅的温度根据带钢的规格、品种和涂层要求而变化(详细见表1)。
如果厚板的速度较低,当板温较低时,带钢将向锌液传递更多的热能,但传递的热能只是促进锌液中各种反应所需的能量;当锌锅中的锌液温度达到460℃时,锌液内的反应会加速进行,导致产渣量显著增加;当锌锅温度低于460℃时,产渣量减少,辊痕明显消除。
热镀锌沉没辊系统长寿化研究的开题报告一、研究背景及意义热镀锌是一种常见的防腐技术,广泛应用于钢铁制品的制造领域。
其中,热浸镀锌是一种常见的方法,其原理是将钢铁制品先浸入酸性清洗液中,去除表面氧化物和污垢,然后浸入氯化锌溶液中,使铁与锌发生化学反应,生成锌铁合金层,最后将铁锌合金层加热至高温下,使其表面呈现出金属光泽,从而形成一层坚固耐用的锌铁合金涂层。
但是,热镀锌过程中,由于辊子的密闭设计、水的加热循环、水蒸气的处理等因素,辊子表面容易产生氧化物物质,而这些物质会降低锌涂层的质量和外观,直接影响到产品的质量和防腐实效。
同时,由于锌的锌化作用,锌涂层会在不同生产批次之间产生大的颜色和质感差异问题,从而影响市场的竞争力和工厂的经济效益。
因此,研究辊子系统的长寿化问题,对完善热镀锌工艺,提高产品的质量和市场竞争力,具有重要的现实意义和应用价值。
二、研究目的和内容本研究以热镀锌沉没辊系统为研究对象,探究辊子表面的污垢、氧化物和水蒸气对锌涂层质量的影响机理,从而为工程技术人员提供辊子系统的优化设计建议,以达到热镀锌涂层的均一质量和防腐实效。
具体研究内容如下:1. 分析热镀锌沉没辊系统的工作原理和设备组成,了解辊子表面产生杂质和氧化物的机理和影响因素。
2. 设计实验方案,分析不同工艺条件下热镀锌沉没辊系统辊子的表面特征变化和涂层质量差异,并探究不同因素对涂层色泽、外观、厚度、硬度等指标的影响规律。
3. 探究热镀锌涂层的生产工艺参数和设备控制对辊子寿命的影响,研究热镀锌沉没辊系统的长寿化技术;4. 基于以上研究结果,提出热镀锌沉没辊系统的优化设计方案,为提高热镀锌涂层质量和生产效率提供技术支撑和理论指导。
三、研究方法和技术路线本研究采用实验研究法和理论分析法相结合的研究方案,具体技术路线如下:1. 分析热镀锌沉没辊系统的工作原理和设备组成,研究辊子表面产生杂质和氧化物的机理和影响因素,建立辊子表面污染、脱氧化模型;2. 设计实验方案,并利用SEM、EDS、XRD等手段,测试热镀锌沉没辊系统辊子表面的材质组成、表面特征和锌涂层质量等参数,分析不同因素对涂层物理和化学特性的影响;3. 分析热镀锌涂层的生产工艺参数和设备控制对辊子寿命的影响,设计生产方案并开展加速寿命试验,分析不同工艺因素对辊子寿命的影响规律;4. 基于以上研究结果,提出热镀锌沉没辊系统的优化设计方案,以提高热镀锌涂层的质量和生产效率。
管理及其他M anagement and other 镀锌板表面缺陷的原因分析与改善措施佟小磊摘要:镀锌板在生产过程中可能会出现各种表面缺陷,主要的常见缺陷有沉没辊辊印、锌粒缺陷、镀锌硌印、气刀条痕、锌流纹、漏镀、小黑点缺陷等。
通过对镀锌板的表面缺陷进行分析,查找原因,并制定了相应的改善措施。
本文描述了镀锌板大批量生产暴露的表面质量问题,逐步对生产镀锌板的表面质量控制有了更加细致的了解,为生产表面等级更高的镀锌板提供了借鉴。
关键词:镀锌板;表面缺陷;改善措施镀锌板是一种重要的金属材料,在各个领域都有广泛的应用,由于镀锌板具有良好的成型性、耐蚀性、涂装性和焊接性,被广泛的应用于家电、汽车等各个行业。
其表面质量是评价产品质量的一个重要指标,直接关系到市场竞争力。
随着对镀锌板需求量的不断增加,在批量生产过程中镀锌工序容易产生各种表面质量问题,严重影响生产成本。
因此针对连续性热镀锌板表面存在的各种缺陷,采取对应的解决措施,将大大地改善了表面质量,对于提高镀锌板的市场竞争力和产品质量具有重要意义。
1 镀锌板表面缺陷的原因分析镀锌板表面质量缺陷主要有以下几种:沉没辊辊印、锌渣缺陷、镀锌硌印、气刀条痕、锌流纹、漏镀、小黑点缺陷等。
1.1 沉没辊印镀锌产线的沉没辊辊面带有均匀的沟槽用于流通锌液,但由于锌渣不断地在沟槽内沉积,并且越来越多,与带钢表面发生接触,并附着在板面上,形成沉没辊印。
沉没辊印缺陷属于一种镀层缺陷,产生在连续热镀锌过程中,使锌液中的杂质与锌发生反应,形成铁锌合金并附着在沉没辊辊面造成。
锌锭原料中的沉积的灰尘和其他杂质,熔点高于锌的熔点,在锌锅中不会完全地融化,而是以颗粒状或者团状的形式混在锌液中,并且具黏附性。
带钢通过锌锅的过程中,带钢与沉没辊发生摩擦和挤压,造成这些杂质形成的颗粒不断在沉没辊表面或沉没辊沟槽中堆积,当这些颗粒积累到一定程度时,带钢经过此处便会产生沉没辊辊印。
1.2 锌粒锌粒缺陷的产生是由于锌液的表面、底部和悬浮在锌液中的锌渣附着在带钢表面。
热镀锌带钢锌层表面质量及影响因素研究摘要:本文研究了热镀锌带钢锌层表面质量及其影响因素。
通过实验测试和数据分析,分析了不同影响因素对热镀锌带钢锌层表面质量的影响程度,并探讨了可能的改进方法。
研究结果表明,热镀锌带钢锌层表面质量受到多个因素的影响,如锌液温度、锌层厚度、带钢表面质量等。
在生产过程中,可以通过调整这些影响因素来改善热镀锌带钢锌层的表面质量,提高产品质量。
关键词:热镀锌;表面缺陷;改善措施热镀锌带钢是一种具有广泛应用前景的材料,其在建筑、汽车制造等领域有着重要作用。
而热镀锌带钢的锌层表面质量直接影响其使用寿命和性能稳定性。
然而,目前对于热镀锌带钢锌层表面质量及其影响因素的理解还不够深入,需要进行更为详尽的研究。
因此,本研究旨在探究热镀锌带钢锌层表面质量的形成机制及其受到的影响因素,为进一步提高产品质量提供科学依据。
1热镀锌钢板质量缺陷种类热镀锌钢板作为一种重要的金属材料,常用于建筑、汽车制造以及电力等领域。
然而,由于生产过程中的各种因素,热镀锌钢板可能会出现一些质量缺陷。
以下是一些常见的热镀锌钢板质量缺陷种类:锻状缺陷:热镀锌钢板在冷却过程中,由于温度变化或受到外力作用,可能会产生锻状缺陷,表现为不规则的凹坑或凸起。
气孔:热镀锌过程中,钢板表面可能会出现气孔,这是因为钢板表面有气体存在,导致镀锌不均匀,影响整体美观和防腐性能。
镀层剥落:热镀锌钢板镀层与基材之间的结合强度不足时,可能会导致镀层剥落,使得表面保护薄弱,容易发生腐蚀。
毛刺和溢料:热镀锌过程中,不完全熔化的锌液可能会形成毛刺或溢料,这些不平整的表面可能会损害材料的性能。
晶粒过大或过小:热镀锌钢板的晶粒尺寸直接影响其力学性能和耐腐蚀性能,如果晶粒过大或过小,可能会导致材料脆性增加或者强度降低。
2常见的表面质量缺陷原因分析及改善措施2.1表面的凸点或黑斑由于基板表面存在划痕和粗糙度不同等缺陷,导致基板与锌液在不同部位发生的合金反应差异较大。
关于热浸镀锌锌花形成机理研究锌花形成时各元素的凝固点高纯度的锌层(电镀锌层)是不能形成锌花的。
产生锌花的原理,就是设法及早生成大量结晶核,降低锌液的凝固温度(纯锌的凝固温度为419℃),以延长锌花晶体的生长时间,便于锌花长大。
例如加入锡(<0.5%),198℃凝固;加入镉,264℃凝固;加入铅,317℃凝固;加入锑(<0.3%),409℃凝固;或者用蒸汽流或SO2气流喷吹镀锌层表面,可及早生成结晶核,形成大的锌花。
其实,锌花只是具有观赏价值,无实际使用价格。
相反,在防腐蚀方面并不好,表面涂装后显得凸凹水平。
现在人们要求尽量减少锌花或消除锌花。
为了获得小锌花,镀锌时,当锌液临近凝固温度时,立即以直径为0.1mm以下的水滴喷射到镀锌板表面上,使其形成细小而均匀的结晶核,为了得到光整锌花,再用小于1%的压下量来进行平整轧制。
小锌花适用于涂装,光整锌花适用于深冲压。
镀锌层对钢板的粘附性受热钢板经过熔融锌液时,固体铁深解,铁锌结合生成铁-锌合金层,合金层外沉积纯锌层,合金层内膜联结钢板基体。
铁-锌合金层厚度不均匀,较疏松,易脆,延展性差,容易开裂。
钢板表面在镀锌前就已残留着一定数量的铁基盐时,生成的铁-锌合金,其粘附性很差,延展性差,容易剥落。
当纯锌层中含有有害杂质,如氧化锌、锌渣、镉及铅时,形成大锌花,或破坏锌层的连续性,容易发生纯锌层的小开裂。
当镀锌层过厚,其弯曲性也变差。
当镀锌液中加入铝,锌层首先生成Fe2Al5或Fe2Al3,减落了铁-锌合金层,可提高锌层的粘附性。
锌花不均的原因分析镀层表面锌花不均匀是热镀锌产品存在的一种表面缺陷 ,虽然对大部分产品的使用不会产生很大的影响 ,但影响其表面美观 ,造成产品在市场某些领域的应用受到限制。
有些锌花不均匀的产品同时存在锌层附着力差的情况 ,直接影响了产品的使用。
因此对镀层表面锌花均匀性问题开展研究是非常有实际意义的。
1 热镀锌板镀层锌花产生的机理带有美丽锌花是热镀锌板的一个主要特征。
锌液中沉没辊振动特性的研究
许君;蒋涛;王付广;徐培民
【摘要】研究沉没辊在锌液中的振动特性,关键在于将流体动压力加载到沉没辊的表面.文中建立了等比例的有限元模型,利用ANSYS软件,对结构域采用Solid45单元,流体域采用Fluid30流体单元,开展了沉没辊的干、湿模态分析.
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2016(000)009
【总页数】3页(P32-34)
【关键词】沉没辊;流固耦合;有限元方法;模态分析
【作者】许君;蒋涛;王付广;徐培民
【作者单位】安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243002;安徽工业大学机械
工程学院,安徽马鞍山243002;安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243002;安
徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243002
【正文语种】中文
【中图分类】TH113.1
沉没辊是连续热镀锌生产线的关键部件之一,在锌液中实现带钢的转向。
国内带钢热镀锌生产线经常出现沉没辊发生剧烈抖动,导致带钢表面出现图1所示的振纹,而且极易使沉没辊提前失效,造成大量的废品及能源损耗。
针对这一问题,众多学者关注的多是抑制带钢的抖动[1]、强化沉没辊轴套等间接
的办法,而对沉没辊的振动特性研究较少。
李姣龙[2]利用有限元方法对沉没辊在
锌液中的模态进行了初步计算,得出沉没辊在锌液中的固有频率,但是对沉没辊的边界处理过于简单,且没有对其振动特性进行详细的分析。
为了研究沉没辊失效的原因及带钢出现振纹的原因,首先应该对沉没辊的振动特性进行研究分析。
本文基于有限元软件ANSYS[5],开展了沉没辊干、湿模态的计算,针对湿模态计算采用了两种不同的方法进行了对比,获得了沉没辊在锌液中的振动特性,为生产线的运行参数设置及沉没辊的机构改进提供理论依据。
线弹性体的自由振动特征方程[3]
式中:MS和KS分别为固体的质量矩阵和刚度矩阵,U为结构的位移矩阵。
基于压力的流固耦合动力学方程[4]
式中:MF和KF分别为流体质量矩阵和刚度矩阵;R为流固耦合矩阵;籽F为流
体密度;P为流体压力矩阵。
1.1 模型的建立及网格划分
简化沉没辊模型,如表面沟槽、两端轴承及倒角等对沉没辊模态影响不大的局部结构,建立三维几何模型,确定流体域,并利用Hypermesh软件进行六面体网格划分,并在两相介质交界面处将相近节点耦合。
得到结构域单元数为20 632,流体
域单元数为329 840。
定义材料属性:沉没辊:密度ρ=7900 kg/m3,弹性模量
E=1.9×1011Pa,泊松比ν=0.3。
锌液:ρ=3000 kg/m3,声速v=1500 m/s。
图2所示为沉没辊的有限元模型。
结构域中,沉没辊采用三维固体单元Solid45。
该单元适合不规则的模型,它由8个节点定义,每个节点有3个自由度(x,y,z)。
单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变的能力。
流体域中,流体采用Fluid30单元[6]。
该单元为声流体单元,每个单元8个节点,每个节点3个自由度,分别为x、y、z的平动自由度和压力自由度。
与固体单元
接触的流体单元Keyopt(2)=0,与固体单元没有接触的单元Keyopt(2)= 1,
只有压力自由度。
1.2 标记流固耦合单元
选取沉没辊与锌液界面处的流体单元,执行FSI命令,标记为流固耦合单元。
如图3所示。
1.3 施加边界条件
沉没辊受到带钢张力的作用紧贴吊臂,同时,轴套和轴瓦间存在间隙,所以采用图4所示的简支约束。
在沉没辊轴头一侧约束x,y,z三个方向的位移自由度,一侧约束y,z两个方向的位移自由度。
对于自由液面,不考虑重力波的影响,定义p=0。
由于沉没辊离锌锅壁面较远,压力波的反射作用较小,故定义方锅5个壁面边界条件同为p=0。
1.4 定义分析类型及求解参数
从式(2)可以看出,流固耦合系统动力学方程的质量矩阵和刚度矩阵为非对称矩阵,所以求解时必须使用非对称(Unsymmetric)方法。
1.5 查看结果并分析
某些振型会成对出现,在此只选择一个表示出来。
则沉没辊的前6阶湿模态如图5所示。
第1阶振型是扭振;第2阶是轴向的攒动;第3阶是弯曲振动;第4阶为反对称的弯曲振动;第5、6阶为“圆环模态”,第5阶2个节点,第6阶3个节点。
图6所示为沉没辊干、湿模态的各阶固有频率。
从图中可以看出,引入流体介质对沉没辊的固有频率是有影响的,但是对各阶频率的影响是不同的。
其影响的大小主要和沉没辊结构的振动模态有关。
沉没辊的第一阶振动是绕轴向的扭振,附加质量对第一阶振动频率影响很小。
而对其他各阶振动,沉没辊在与锌液相接触的表面法向方向上均出现了明显的运动,锌液对沉没辊必然会产生阻碍作用,从而导致沉没辊振动频率显著降低。
周围锌液的作用只会影响沉没辊的各阶振动频率,对振型
几乎没有影响。
由于实际需要会向锌液中添加各种不同金属材料,如铝、铬等,造成锌液的密度会存在很大的差异。
所以,计算沉没辊模态时,还必须考虑不同密度下的影响。
图7所示为不同密度下的沉没辊各阶频率。
从图7中可以看出,随着密度的增加,沉没辊的各阶频率都有所降低。
沉没辊主体是一个空心圆柱,所以圆环的面内弯曲特征一定会体现在沉没辊上。
图8所示为不同h/R下的圆环面内弯曲振动各阶频率。
从图中可以看出h/R越大,则其频率越高。
所以,可以通过改变沉没辊辊面的厚度,从而改变沉没辊上的“圆环模态”,显然改变整体的厚度是没有必要的,只需在辊面内加肋板就可以改变其“圆环频率”。
图9给出了不同厚度及不同宽度下,沉没辊的前4阶自由模态频率变化百分比。
从图中可以看出,肋板的厚度的作用效果更加明显。
1)类似圆环的面内弯曲模态,这种“圆环模态”是带钢出现振纹的主要原因。
解决这一问题,必须抑制该振型的产生或者改变其固有频率,远离激振频率。
2)锌液中的沉没辊振动频率明显低于空气中的对应振型下的频率,且对各阶模态的影响效果不同,也就是说影响的大小主要跟沉没辊振型有关。
3)不同锌液密度对沉没辊模态的影响大小也不一样,在密度大的锌液中,沉没辊的各阶频率更低。
4)通过在沉没辊内辊面中间处加肋板可以改变其“圆环模态”的固有频率,且肋板的厚度比宽度效果更显著。
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