杜馬氣刀在釩熱鍍鋅機組板面質量提升中的作用

廖嘉豪，楊曉敏

（攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司，四川攀枝花 617000）

1 升級改造項目背景

隨著攀枝花鋼釩有限公司鍍鋅產品定位的持續升級，2#鍍鋅機組計劃生產高品質家電板，對表面質量的要求隨之升高，而氣刀決定了鍍鋅產品鍍層精度、平整度，并對鋅疤、鋅粒等產品缺陷的產生有著較大影響。

2#鍍鋅機組目前使用的DAK（Dynamic Air Knife，動態氣刀）刀年限超長且修復困難，原設計控制能力較弱。受制于氣刀性能，在來料板型浪形缺陷等諸多客觀因素下，產品質量難以達到高端家電板的要求。主要問題：①薄鋅層生產時，刮鋅能力弱，出現氣刀飛渣結瘤、邊厚等缺陷，鋅耗高且影響機組速度；②厚鋅層生產時，易產生鋅流紋等缺陷；③鍍層厚度均勻性控制能力差，易產生色差、用戶沖壓掉鋅粉等質量問題。

因此，結合產品定位的升級，需求對2#鍍鋅機組進行氣刀升級改造，該項目引進一套包含杜馬（DUMA）Jet-Pro 氣刀與易安基（EMG）eMASS 電磁穩定裝置的集成系統（以下簡稱杜馬氣刀），目前項目已處于設備制造階段。

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，它的功能是將風機產生的氣流通過成對的氣刀先后經腔體、刀唇吹出，將運行帶鋼上多余的鋅液刮掉，以達到滿足工藝要求的厚度與平整度（圖1）。氣刀工作時，需要沉沒輥、穩定輥和校正輥的配合來減少帶鋼的偏移和抖動（圖2）。

圖1 氣刀設備布置示意

圖2 氣刀工作位置示意

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

圖3 邊部氣流對撞示意

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 腔式設計，氣流進入位于中間的最小管道（第一腔），接著從內、外管壁上的孔重合形成的通路進入方形腔右半部分（第二腔），再通過下方帶孔的分隔板上進入方形腔左半部分（第三腔），最后通過層流孔板進入刀唇腔（第四腔）經刀唇吹出。

空氣由2 臺三葉容積式鼓風機（羅茨式）分別供應至兩側氣刀的，鼓風機上單獨配備有過濾器，并且在每臺風機上都配備有一個10.50 MPa（1050 mbar）的安全閥和旋轉式止回閥。

圖5 杜馬氣刀剖面

壓力由內置在氣刀內部中心位置的徑向控制器（專利）進行自動動態調節，氣刀角度調節、刀唇間隙高度調節以及穩定輥與校正輥刮輥器為手動功能，氣刀間隙寬度調節、刀唇清洗以及沉沒輥刮輥器均為自動功能。

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防止帶鋼邊部紊流帶來的邊部過鍍鋅缺陷，但與傳統邊部擋板不同，杜馬采用的是非接觸式邊部擋板，通過帶鋼邊部的2 個感應傳感器及其伺服驅動器來實現邊部擋板對帶鋼邊部的跟蹤移動，而類似傳統邊部擋板上的接觸輥僅作為控制系統故障引起帶鋼超限時的保護裝置，正常情況下不參與工作。

4 杜馬氣刀與DAK 氣刀的工作性能對比研究

4.1 工作壓力調節

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、外管結構，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、外管結構即為徑向控制器，是DUMA 的專利技術。當轉動內管時，內、外管狹隙的閉合程度隨之改變，進行壓力調節。

其閉合程度通過內管轉動角度表征，范圍在0°～120°，可以在氣刀外部側面的機械指針進行讀數。

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 內實現壓力的改變。同時，由于徑向控制器與氣刀空間結構的巧妙設計，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，分別可達到±0.6%（單面110～200 g/m2±0.75%，單面60～110 g/m2）。

4.1.2 DAK 氣刀——風機調節

DAK 氣刀在氣刀側面布置有電磁閥，通過調節電磁閥來對氣刀風機進行壓力與流量的調節，進而實現工作壓力調節。

由于調節是通過氣刀風機實現，風機距離刀唇較遠，因此壓力調節過程需要耗時15～20 s，這種傳統的壓力調節方式會導致較多的廢品產生。

4.2 氣刀刀唇抗污染能力

4.2.1 杜馬——自動清理及涂層刀唇

氣刀刀唇可能會由于不可避免的鋅液飛濺發生部分堵塞，因此，該系統配備了刀唇自動清理裝置。該裝置由無桿氣缸驅動一個帶金屬薄板的小車沿刀唇寬度方向導軌移動，使金屬薄板穿過縫隙刮下堵塞刀唇的鋅液凝塊，實現對刀唇的自動清理。與此同時，刀唇特別涂有Innowear B2 防粘連涂層以減少與液態鋅和鋁合金的粘連。

4.2.2 DAK——手動清理及碳化鎢涂層

DAK 氣刀采取操作工手動清理的方式對刀唇間隙中飛濺鋅液產生的結瘤等污染進行清理，這種方式需要停機離線，對生產影響較大。

DAK 氣刀同樣采取對刀唇進行碳化鎢涂層的措施，以減少與液態鋅的粘連。

4.3 氣刀間隙寬度調節

4.3.1 杜馬氣刀——間隙寬度自動調節

杜馬氣刀間隙可以自動調節工作寬度，針對不同寬度規格的帶鋼，兩個伺服電機會根據帶鋼寬度信息來動態地驅動集成在氣刀刀唇內的擋塊，擋塊的移動距離與帶鋼寬度匹配，將帶鋼寬度以外的刀唇口關閉，進而完成氣刀間隙寬度的自動調節。氣刀間隙寬度自動調節可以顯著降低氣刀工作噪聲與氣體介質的消耗量。

4.3.2 DAK 氣刀——間隙寬度無法調節

DAK 氣刀的間隙寬度是固定不可調節的，因此在對噪聲及介質消耗的優化上不具備先進性。

4.4 氣刀間隙高度及角度調節

4.4.1 杜馬氣刀——間隙高度及角度高精調節

在杜馬氣刀的刀唇內，有著以一定間隔放置的連接上下刀唇的調節螺釘，通過旋轉螺釘可以使上刀唇上下移動，從而調節間隙高度。每側氣刀刀唇均放置有12 個調節螺釘，調節精度為±0.03 mm。

杜馬氣刀的角度調節通過旋轉布置在氣刀上方的手輪實現，角度調節的回轉軸被設計與刀唇水平線重合，目的是在調節角度時使帶鋼與刀唇的距離保持不變。杜馬氣刀的角度調節范圍為0°～5°，精度為±0.1°。

4.4.2 DAK 氣刀——間隙高度動態調節、角度無法調節

DAK 氣刀英文全稱為Dynamic Air Knife，意為動態氣刀，其動態就表現在間隙高度調節上。DAK 氣刀的上刀唇同樣是可以上下移動的，通過控制隔熱板內的交流電機帶動調節螺母旋轉，從而動態地調節氣刀間隙高度。

DAK 氣刀角度是固定的，無法調節，因此，在鍍層均勻性不好或出現鋅液飛濺時，解決手段較杜馬少。

4.5 電磁穩定裝置的集成

4.5.1 杜馬氣刀——eMASS 電磁穩定裝置集成

杜馬氣刀能夠與eMASS 電磁穩定裝置進行集成，集成設計使得電磁穩定裝置可以在距帶鋼兩側各20 mm 的位置近距離進行工作。

eMASS 電磁穩定裝置是由5 對包含電磁執行器和非接觸式帶鋼位置傳感器的小型系統組成的，在鋼帶的兩側分別有一對鋼梁支撐著兩個空氣冷卻管道和可移動的外殼，而5 對小型系統分別安裝在兩個外殼內。

非接觸式帶鋼位置傳感器負責測量帶鋼與最佳位置之間的偏差量，電磁執行器依據傳感器測量的偏差量成對控制相對應的電磁執行器移動到工作位置，電磁執行器會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期以來由于來料板型問題導致帶鋼振動引起質量波動的現狀。

另外，eMASS 電磁穩定裝置會根據帶鋼寬度自動調整參與工作的電磁執行器數量及其位置。例如，帶鋼寬度低于1000 mm 時，將只使用3 或4 個執行器，以小組形式對稱工作，而未參加工作的執行器移動到一旁，但其位置傳感器仍然持續提供測量數據。

4.5.2 DAK 氣刀——無法集成電磁穩定裝置

目前，尚未發現有關DAK 氣刀集成電磁穩定裝置的資料文獻，即便使用非集成化電磁穩定裝置，受限于工作位置及布置空間，實施難度大的同時，電磁穩定裝置的功效也會受到影響。

5 結束語

通過對杜馬氣刀與DAK 氣刀在工作壓力調節、氣刀刀唇抗污染能力、氣刀間隙寬度調節、氣刀間隙高度及角度調節、電磁穩定裝置的集成等5 個工作性能方面的對比研究，可以得出：攀枝花鋼釩有限公司2#鍍鋅機組升級改造項目引進的包含杜馬（DUMA）Jet-Pro 氣刀與易安基（EMG）eMASS 電磁穩定裝置的集成系統，能滿足高品質家電板生產的表面質量需求，并能在提高表面質量的同時降低鋅耗成本。