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1、抑制炉鼻子内锌液蒸发的氮气流场优化研究热镀锌钢板是一种重要的抗腐蚀工业产品 , 因其良好的产品性能和高附加值 , 广泛应用于汽车、家电等高档热镀锌产品消费行业。锌灰引起的带钢表面缺陷严重影响到产品表面质量。 向炉鼻子内喷射含湿氮气 , 在炉鼻子内锌液的表面形成一层氧化锌膜 , 是抑制锌液的蒸发、控制锌灰的有效措施。在带钢处于静止状态下 , 论文利用相似理论设计了炉鼻子实验装置 , 测量了炉鼻子内的气流速度。 利用商用 CFD 流体计算软件 , 分别采用标准 k- 模型和 RNGk- 模型对炉鼻子内流场进行了数值模拟。比较数值模拟结果和实验测量值表明 ,RNG k- 模型更适合模拟炉鼻子内的气流
2、流动。在现有的湿氮气供气方式下 , 论文采用 RNG k-模型模拟炉鼻子内的氮气流场 , 发现操作侧的湿氮气从喷孔射出后 , 向下弯曲射向运动的带钢 , 全部湿氮气在带钢施加的表面力作用下继续下行至锌液表面 , 掠过锌液表面后沿炉鼻子壁面上行 ; 而驱动侧的湿氮气从喷孔射出后 , 全部湿氮气向下弯曲后贴向炉鼻子壁面 , 下行一定距离并在达到锌液表面之前 , 与掠过锌液面的干氮气相遇 , 一起沿驱动侧的中心区域上行。 湿氮气的流线形状表明 , 在现有的氮气供气方式下 , 操作侧湿氮气的流动较有利于锌液表面氧化膜的形成 , 而驱动侧湿氮气的流动不利于锌液表面氧化膜的形成。利用商用 CFD流体计算软
3、件 , 对现有的湿氮气供气方式的喷孔个数、喷孔高度、喷管长度、喷射角度等参数进行了结构优化研究。当喷孔个数由 12 个增加到 16 个时 , 驱动侧的湿氮气能够下行至锌液表面 , 并掠过锌液表面一段距离 , 同时操作侧和驱动侧的速度均方根值都减少了 4.3%; 当喷孔高度由 375mm下降至 175mm时, 驱动侧的湿氮气能够掠过锌液 50%的表面 , 同时 , 操作侧和驱动侧的速度均方根值分别减少了 5.5%和 20%;在驱动侧 , 喷管伸入炉鼻子时 , 不利于湿氮气流向锌液表面 ; 在驱动侧 , 当湿氮气喷射方向由垂直于 ( 与炉鼻子壁面法向的夹角为 +24) 转向向下 ( 与炉鼻子壁面法
4、向的夹角为 -24 ) 时, 湿氮气能够达到锌液表面 , 同时 , 操作侧和驱动侧的速度均方根值分别减少了 12.7%和 15.7%。当运行参数湿氮气流量和带钢运行速度变化时 , 由于湿氮气流量变化不大 , 因而对炉鼻子内的流动影响很小 , 而增加带钢速度 , 不利于驱动侧的湿氮气下行至锌液表面 , 当带钢速度由 1.5m/min 增加到 2.5m/min 时, 操作侧和驱动侧的速度均方根值分别增加了 52.2%和 63.2%。为抑制锌锅中锌液的蒸发, 在对现有的氮气供气方式结构优化研究的基础上, 设计了一种新型的氮气供气结构。该结构能使湿氮气下行至锌液表面, 且在锌液表面上方形成较均匀的氮气速度 , 改善了炉鼻子内的气流分布, 并抑制了锌锅中锌液的蒸发。 利用商用 CFD流体计算软件模拟发现 , 驱动侧的湿氮气能够下行至锌液表面 , 并掠过锌液表面一段距离, 同时条缝供气操作侧的速度均方根值比较圆孔供气减少了16.4%, 驱动侧的速度均方根值比较圆孔供气减少了 38.1%。为优化新型的氮气供气方式的主要参数, 利用商用 CFD流体计算软件模拟喷嘴宽度为2mm、3mm、4mm的流场和缝隙宽度为15mm、25mm、35mm的流场 , 结果显示 , 喷嘴、缝隙宽度的最优选择分别为 2mm和 35mm。