鞍钢热镀锌生产线上DUMA气刀的应用分析

鞍钢热镀锌生产线上DUMA气刀的应用分析

摘要：结合在鞍钢热镀锌生产线上DUMA气刀的应用实践，详细分析了气刀结构、功能及工作原理，包括气腔结构、喷嘴调节、定位装置、供气回路、沉没辊

预热炉及镀层厚度控制等。

关键词：热镀锌线；气刀；DUMA；喷嘴；沉没辊预热炉

引言

气刀是带钢连续热镀锌生产线上的核心设备，气刀设备的性能直接关系到热

镀锌板的质量和生产成本，因此了解掌握气刀设备的结构及工作原理对于带钢热

镀锌生产至关重要。目前应用比较广泛的气刀品牌有美国KOHLER、德国FOEN、

法国CLECIM、日本HITACHI等。德国DUMA气刀除了上述气刀的常规功能外，还具备一系列的独特设计，能够满足高端汽车面板生产的工艺要求。本文结合在热

镀锌线上DUMA气刀的应用实践，对DUMA气刀的功能、结构及其工作过程加以介绍。

一、DUMA气刀原理

应用流体冲击学的原理来控制带钢镀锌层厚度的方法，习惯上称为吹气法镀锌。这种方法采用的是一个横贯整个带钢宽度的缝形喷嘴，它喷出连续的象刀一

样的扁平气流，把带钢表面多余的锌刮掉，“气刀”即由此而得名。

①作用：DUMA气刀装置通过测厚仪和引导压缩空气气流来测量锌层，把带

钢表面多余的锌刮掉，从而留下一层均匀的正确厚度的镀层。

②结构：气刀装置主要包括带刀唇的喷嘴、主支撑梁、悬臂、提升机构/定

位器、手动角度调整机构、边部挡板和氮气管道等。

③边部挡板的作用：边部挡板相当于延长带钢通过气刀时的宽度，减少带钢

边部由于气流干扰而产生的边部过厚镀层和噪音。

二、DUMA气刀设备简介

2.1气腔及径向控制器

DUMA气刀的气腔结构如图1所示。它是四腔式结构，气流从中间最小的管

子内流入，先从内管壁上的孔和外管壁上的孔进入方形腔的右侧，即第二个气刀腔，再通过方形腔下面的分隔板上的孔进入方形腔的左侧，这是第三个气刀腔，

最后再经过一道孔板进入气刀嘴腔，即第四个气刀腔。这样就能使气体即使在压

力极低的条件下，也能在气刀整个宽度方向上绝对一致。在气腔内安装有径向控

制器，可以快速调节供气压力，这是DUMA气刀的一项独特设计。径向控制器由

两个径向开口的管子构成，通过内管旋转来改变与外管之间的供气开度，从而控

制气腔内气体压力和流量。径向控制器距离气刀喷嘴较近，压力调节过程在5s内就可以完成，而常规气刀只调节风机来改变气腔压力，由于风机到喷嘴距离较远，压力调节过程一般需要10～20s。径向控制器的使用加快了气刀压力调节的响应

速度，从而保证镀层厚度快速达到目标值，降低锌原料损耗。

图1 DUMA气腔结构图

2.2喷嘴

1）喷嘴角度调整

为防止带钢表面锌液飞溅，喷嘴并不垂直吹向带钢，而是向下偏转一定角度，一般-2°左右。同时为防止喷吹的气流在钢带的两端相遇时产生大的涡流，将喷嘴

角度设定为上气刀-1°、下气刀-3°。喷嘴角度调整通过旋转刀梁上的手轮来完成，

喷嘴角度采用编码器检测并在人机画面上显示，喷嘴最大偏转角度5°，调节精度

±0.1°。

2）喷嘴间隙调整

为防止低速状态下带钢边部镀层增厚缺陷，通常采用两侧宽中间窄的弧形刀

缝形状。从刀缝中部到两端，中间900mm范围内喷嘴间隙设定为1.0mm，两端

喷嘴间隙设定为1.5mm。喷嘴间隙调整通过旋转喷嘴上侧的螺丝完成，螺丝每旋

转90°，喷嘴间隙变化0.1mm，调节精度±0.03mm。

3）刀缝长度调节

为节约供气量和降低喷吹噪音，刀缝长度可以根据带钢位置自动调节，将带

钢宽度范围以外的喷嘴关闭。采用非接触式电磁寻边设备检测带钢实际位置，根

据带钢位置计算对应的刀缝位置并进行刀缝长度调节。刀缝长度调节可以节约供

气量13%～65%，尤其在氮气喷吹模式下，具有很大的经济效益。

2.3定位装置

气刀分别位于带钢上下表面两侧，即上气刀和下气刀。气刀水平方向运动用

于调节喷嘴到带钢的距离，上、下气刀分别由两台变频电机驱动，定位控制精度

±0.1mm。气刀垂直方向运动用于调节气刀到锌液面的距离，气刀的操作侧和传动侧各一台变频电机驱动，

定位控制精度±1mm。沉没辊、稳定辊和矫正辊及其支臂是气刀的辅助设备，又称为三辊六臂装置，其作用是使带钢浸没在锌锅中并调节带钢运行位置和建立

张力。稳定辊和矫正辊可以在水平方向定位移动，保证带钢处于上、下气刀的中

心位置，分别由两台普通电机驱动，定位控制精度1mm。

2.4供气系统

DUMA气刀具有空气、氮气两种供气方式，氮气供气生产成本较高，只有在

产品表面质量要求较高时采用氮气供气方式。两种供气方式可以在线自由切换，

切换过程在30s内完成，切换过程中气刀供气压力没有波动。此外，还可以在带

钢一侧采用氮气供气，另一侧采用空气供气，可以兼顾生产成本和产品表面质量。气刀供气系统原理图如图2所示。

图2气刀供气系统原理图

采用空气供气时，通过改变风机转速调节供气压力；采用氮气供气时，通过

改变氮气压力调节阀（5）开度调节供气压力。供气系统具有良好的冗余和实用

性能，在空气供气时，如果上、下气刀一侧供气回路出现故障，可以打开旁路供

气阀（6），利用一台风机为上、下气刀供气；在氮气供气时，空气供气回路处

于备用状态，此时可以对气刀风机及回路上的其它设备进行维修处理。

2.5预热炉

三辊六臂装置在安装前要进行预加热处理，预热温度控制在400℃左右。通

过预加热可以消除机械加工的内应力，防止进入锌锅后发生急热变形，同时能够

防止锌锅温度下降，有利于快速投产。加热过程有快速、慢速两种模式，预加热

曲线见图3。

通常情况下，采用慢速加热模式，加热过程需要8h，根据机组运转要求也可

以采用快速加热模式，加热过程只需要2h，当炉内气氛温度达到设定温度范围时，开始减小加热功率，进入保温模式。

图3预加热曲线

三、镀层厚度控制原理