廖嘉豪，楊曉敏

（攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司，四川攀枝花 617000）

1 升級(jí)改造項(xiàng)目背景

隨著攀枝花鋼釩有限公司鍍鋅產(chǎn)品定位的持續(xù)升級(jí)，2#鍍鋅機(jī)組計(jì)劃生產(chǎn)高品質(zhì)家電板，對(duì)表面質(zhì)量的要求隨之升高，而氣刀決定了鍍鋅產(chǎn)品鍍層精度、平整度，并對(duì)鋅疤、鋅粒等產(chǎn)品缺陷的產(chǎn)生有著較大影響。

2#鍍鋅機(jī)組目前使用的DAK（Dynamic Air Knife，動(dòng)態(tài)氣刀）刀年限超長(zhǎng)且修復(fù)困難，原設(shè)計(jì)控制能力較弱。受制于氣刀性能，在來(lái)料板型浪形缺陷等諸多客觀因素下，產(chǎn)品質(zhì)量難以達(dá)到高端家電板的要求。主要問(wèn)題：①薄鋅層生產(chǎn)時(shí)，刮鋅能力弱，出現(xiàn)氣刀飛渣結(jié)瘤、邊厚等缺陷，鋅耗高且影響機(jī)組速度；②厚鋅層生產(chǎn)時(shí)，易產(chǎn)生鋅流紋等缺陷；③鍍層厚度均勻性控制能力差，易產(chǎn)生色差、用戶沖壓掉鋅粉等質(zhì)量問(wèn)題。

因此，結(jié)合產(chǎn)品定位的升級(jí)，需求對(duì)2#鍍鋅機(jī)組進(jìn)行氣刀升級(jí)改造，該項(xiàng)目引進(jìn)一套包含杜馬（DUMA）Jet-Pro 氣刀與易安基（EMG）eMASS 電磁穩(wěn)定裝置的集成系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱杜馬氣刀），目前項(xiàng)目已處于設(shè)備制造階段。

2 氣刀工作原理及基本組成

氣刀布置在鋅鍋與冷卻段之間，它的功能是將風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流通過(guò)成對(duì)的氣刀先后經(jīng)腔體、刀唇吹出，將運(yùn)行帶鋼上多余的鋅液刮掉，以達(dá)到滿足工藝要求的厚度與平整度（圖1）。氣刀工作時(shí)，需要沉沒(méi)輥、穩(wěn)定輥和校正輥的配合來(lái)減少帶鋼的偏移和抖動(dòng)（圖2）。

圖1 氣刀設(shè)備布置示意

圖2 氣刀工作位置示意

與此同時(shí)，邊部擋板也是不可缺少的部分，由于帶鋼邊部氣流對(duì)撞會(huì)形成紊流，其不穩(wěn)定性和流速的非線性對(duì)鍍層均勻性產(chǎn)生十分大的負(fù)面影響（圖3、圖4）。

圖3 邊部氣流對(duì)撞示意

圖4 邊部擋板工作位置

3 杜馬氣刀工作原理

3.1 氣刀工作原理

如圖5 所示，杜馬氣刀采用4 腔式設(shè)計(jì)，氣流進(jìn)入位于中間的最小管道（第一腔），接著從內(nèi)、外管壁上的孔重合形成的通路進(jìn)入方形腔右半部分（第二腔），再通過(guò)下方帶孔的分隔板上進(jìn)入方形腔左半部分（第三腔），最后通過(guò)層流孔板進(jìn)入刀唇腔（第四腔）經(jīng)刀唇吹出。

空氣由2 臺(tái)三葉容積式鼓風(fēng)機(jī)（羅茨式）分別供應(yīng)至兩側(cè)氣刀的，鼓風(fēng)機(jī)上單獨(dú)配備有過(guò)濾器，并且在每臺(tái)風(fēng)機(jī)上都配備有一個(gè)10.50 MPa（1050 mbar）的安全閥和旋轉(zhuǎn)式止回閥。

圖5 杜馬氣刀剖面

壓力由內(nèi)置在氣刀內(nèi)部中心位置的徑向控制器（專利）進(jìn)行自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，氣刀角度調(diào)節(jié)、刀唇間隙高度調(diào)節(jié)以及穩(wěn)定輥與校正輥刮輥器為手動(dòng)功能，氣刀間隙寬度調(diào)節(jié)、刀唇清洗以及沉沒(méi)輥刮輥器均為自動(dòng)功能。

3.2 非接觸式邊部擋板工作原理

杜馬氣刀同樣配有邊部擋板來(lái)防止帶鋼邊部紊流帶來(lái)的邊部過(guò)鍍鋅缺陷，但與傳統(tǒng)邊部擋板不同，杜馬采用的是非接觸式邊部擋板，通過(guò)帶鋼邊部的2 個(gè)感應(yīng)傳感器及其伺服驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)邊部擋板對(duì)帶鋼邊部的跟蹤移動(dòng)，而類似傳統(tǒng)邊部擋板上的接觸輥僅作為控制系統(tǒng)故障引起帶鋼超限時(shí)的保護(hù)裝置，正常情況下不參與工作。

4 杜馬氣刀與DAK 氣刀的工作性能對(duì)比研究

4.1 工作壓力調(diào)節(jié)

4.1.1 杜馬氣刀——徑向控制器（專利）

杜馬氣刀中心布置一大一小的內(nèi)、外管結(jié)構(gòu)，分隔杜馬氣刀的第一腔與第二腔，這組管壁上分布著狹隙的內(nèi)、外管結(jié)構(gòu)即為徑向控制器，是DUMA 的專利技術(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)管時(shí)，內(nèi)、外管狹隙的閉合程度隨之改變，進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。

其閉合程度通過(guò)內(nèi)管轉(zhuǎn)動(dòng)角度表征，范圍在0°～120°，可以在氣刀外部側(cè)面的機(jī)械指針進(jìn)行讀數(shù)。

由于徑向控制器到刀唇的距離非常短，因此杜馬氣刀可以在5 s 內(nèi)實(shí)現(xiàn)壓力的改變。同時(shí)，由于徑向控制器與氣刀空間結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)，杜馬氣刀還能夠保證空氣沿氣刀間隙分布的精度＜1%。因此，杜馬氣刀的鍍層精度保證值非常高。帶鋼平直度＜20 I 時(shí)，分別可達(dá)到±0.6%（單面110～200 g/m2±0.75%，單面60～110 g/m2）。

4.1.2 DAK 氣刀——風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)

DAK 氣刀在氣刀側(cè)面布置有電磁閥，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁閥來(lái)對(duì)氣刀風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓力與流量的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工作壓力調(diào)節(jié)。

由于調(diào)節(jié)是通過(guò)氣刀風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)距離刀唇較遠(yuǎn)，因此壓力調(diào)節(jié)過(guò)程需要耗時(shí)15～20 s，這種傳統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)方式會(huì)導(dǎo)致較多的廢品產(chǎn)生。

4.2 氣刀刀唇抗污染能力

4.2.1 杜馬——自動(dòng)清理及涂層刀唇

氣刀刀唇可能會(huì)由于不可避免的鋅液飛濺發(fā)生部分堵塞，因此，該系統(tǒng)配備了刀唇自動(dòng)清理裝置。該裝置由無(wú)桿氣缸驅(qū)動(dòng)一個(gè)帶金屬薄板的小車沿刀唇寬度方向?qū)к壱苿?dòng)，使金屬薄板穿過(guò)縫隙刮下堵塞刀唇的鋅液凝塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀唇的自動(dòng)清理。與此同時(shí)，刀唇特別涂有Innowear B2 防粘連涂層以減少與液態(tài)鋅和鋁合金的粘連。

4.2.2 DAK——手動(dòng)清理及碳化鎢涂層

DAK 氣刀采取操作工手動(dòng)清理的方式對(duì)刀唇間隙中飛濺鋅液產(chǎn)生的結(jié)瘤等污染進(jìn)行清理，這種方式需要停機(jī)離線，對(duì)生產(chǎn)影響較大。

DAK 氣刀同樣采取對(duì)刀唇進(jìn)行碳化鎢涂層的措施，以減少與液態(tài)鋅的粘連。

4.3 氣刀間隙寬度調(diào)節(jié)

4.3.1 杜馬氣刀——間隙寬度自動(dòng)調(diào)節(jié)

杜馬氣刀間隙可以自動(dòng)調(diào)節(jié)工作寬度，針對(duì)不同寬度規(guī)格的帶鋼，兩個(gè)伺服電機(jī)會(huì)根據(jù)帶鋼寬度信息來(lái)動(dòng)態(tài)地驅(qū)動(dòng)集成在氣刀刀唇內(nèi)的擋塊，擋塊的移動(dòng)距離與帶鋼寬度匹配，將帶鋼寬度以外的刀唇口關(guān)閉，進(jìn)而完成氣刀間隙寬度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。氣刀間隙寬度自動(dòng)調(diào)節(jié)可以顯著降低氣刀工作噪聲與氣體介質(zhì)的消耗量。

4.3.2 DAK 氣刀——間隙寬度無(wú)法調(diào)節(jié)

DAK 氣刀的間隙寬度是固定不可調(diào)節(jié)的，因此在對(duì)噪聲及介質(zhì)消耗的優(yōu)化上不具備先進(jìn)性。

4.4 氣刀間隙高度及角度調(diào)節(jié)

4.4.1 杜馬氣刀——間隙高度及角度高精調(diào)節(jié)

在杜馬氣刀的刀唇內(nèi)，有著以一定間隔放置的連接上下刀唇的調(diào)節(jié)螺釘，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺釘可以使上刀唇上下移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)間隙高度。每側(cè)氣刀刀唇均放置有12 個(gè)調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)精度為±0.03 mm。

杜馬氣刀的角度調(diào)節(jié)通過(guò)旋轉(zhuǎn)布置在氣刀上方的手輪實(shí)現(xiàn)，角度調(diào)節(jié)的回轉(zhuǎn)軸被設(shè)計(jì)與刀唇水平線重合，目的是在調(diào)節(jié)角度時(shí)使帶鋼與刀唇的距離保持不變。杜馬氣刀的角度調(diào)節(jié)范圍為0°～5°，精度為±0.1°。

4.4.2 DAK 氣刀——間隙高度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、角度無(wú)法調(diào)節(jié)

DAK 氣刀英文全稱為Dynamic Air Knife，意為動(dòng)態(tài)氣刀，其動(dòng)態(tài)就表現(xiàn)在間隙高度調(diào)節(jié)上。DAK 氣刀的上刀唇同樣是可以上下移動(dòng)的，通過(guò)控制隔熱板內(nèi)的交流電機(jī)帶動(dòng)調(diào)節(jié)螺母旋轉(zhuǎn)，從而動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)氣刀間隙高度。

DAK 氣刀角度是固定的，無(wú)法調(diào)節(jié)，因此，在鍍層均勻性不好或出現(xiàn)鋅液飛濺時(shí)，解決手段較杜馬少。

4.5 電磁穩(wěn)定裝置的集成

4.5.1 杜馬氣刀——eMASS 電磁穩(wěn)定裝置集成

杜馬氣刀能夠與eMASS 電磁穩(wěn)定裝置進(jìn)行集成，集成設(shè)計(jì)使得電磁穩(wěn)定裝置可以在距帶鋼兩側(cè)各20 mm 的位置近距離進(jìn)行工作。

eMASS 電磁穩(wěn)定裝置是由5 對(duì)包含電磁執(zhí)行器和非接觸式帶鋼位置傳感器的小型系統(tǒng)組成的，在鋼帶的兩側(cè)分別有一對(duì)鋼梁支撐著兩個(gè)空氣冷卻管道和可移動(dòng)的外殼，而5 對(duì)小型系統(tǒng)分別安裝在兩個(gè)外殼內(nèi)。

非接觸式帶鋼位置傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量帶鋼與最佳位置之間的偏差量，電磁執(zhí)行器依據(jù)傳感器測(cè)量的偏差量成對(duì)控制相對(duì)應(yīng)的電磁執(zhí)行器移動(dòng)到工作位置，電磁執(zhí)行器會(huì)將帶鋼從偏差位置拉回到合理位置并固定，這樣可以顯著降低“C 翹”，并有效改善了攀枝花鋼釩有限公司長(zhǎng)期以來(lái)由于來(lái)料板型問(wèn)題導(dǎo)致帶鋼振動(dòng)引起質(zhì)量波動(dòng)的現(xiàn)狀。

另外，eMASS 電磁穩(wěn)定裝置會(huì)根據(jù)帶鋼寬度自動(dòng)調(diào)整參與工作的電磁執(zhí)行器數(shù)量及其位置。例如，帶鋼寬度低于1000 mm 時(shí)，將只使用3 或4 個(gè)執(zhí)行器，以小組形式對(duì)稱工作，而未參加工作的執(zhí)行器移動(dòng)到一旁，但其位置傳感器仍然持續(xù)提供測(cè)量數(shù)據(jù)。

4.5.2 DAK 氣刀——無(wú)法集成電磁穩(wěn)定裝置

目前，尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)DAK 氣刀集成電磁穩(wěn)定裝置的資料文獻(xiàn)，即便使用非集成化電磁穩(wěn)定裝置，受限于工作位置及布置空間，實(shí)施難度大的同時(shí)，電磁穩(wěn)定裝置的功效也會(huì)受到影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)杜馬氣刀與DAK 氣刀在工作壓力調(diào)節(jié)、氣刀刀唇抗污染能力、氣刀間隙寬度調(diào)節(jié)、氣刀間隙高度及角度調(diào)節(jié)、電磁穩(wěn)定裝置的集成等5 個(gè)工作性能方面的對(duì)比研究，可以得出：攀枝花鋼釩有限公司2#鍍鋅機(jī)組升級(jí)改造項(xiàng)目引進(jìn)的包含杜馬（DUMA）Jet-Pro 氣刀與易安基（EMG）eMASS 電磁穩(wěn)定裝置的集成系統(tǒng)，能滿足高品質(zhì)家電板生產(chǎn)的表面質(zhì)量需求，并能在提高表面質(zhì)量的同時(shí)降低鋅耗成本。