冒飞飞等：工业生产条件下连续热镀锌锅中锌渣扩散的数值模拟 1419 2.2物性参数 别选取10个视场，采用金相分析软件DT2000进行锌 采用闭合取样装置在锌锅V形区的表面、中间和 渣粒度分析，锌渣尺寸分布如图2(b)所示 底部取锌液，待凝固后利用锌的蒸汽压比较低的特性， 表1材料物性参数 在高温真空条件下实现锌渣与纯锌的分离，分离后的 Table 1 Thermo-physical properties used in this calculation 锌渣利用PPMS9T型物性测量系统(physical property 密度1 比热容/ 热传导系数/ 动力黏度/ 材料 measurement system,PPMS)测量锌渣的物性参数，如表 (kg-m-3)(J-kg-1.K-1)(W.m-1.s-1) (Pas) 1所示. 锌液 6513 499.9 51.8 3.08×10-3 2.3锌渣颗粒 面渣 4200 500 60 图2(a)为在锌锅中间位置取样的锌液经凝固后 悬浮渣 6500 505 60 的金相组织，图中深灰色的颗粒即为锌渣颗粒.采用 底渣 7250 512 60 闭合取样装置在锌锅V形区的表面、中间和底部取 样，凝固后进行金相制样观察，每个位置在100倍下分 (a) 100 b 一。一面渣 ·一悬浮渣 ·一底渣 60 40 20 2040600020410 200μm 锌渣尺寸/um 图2锌渣金相组织及尺寸分布.(a)锌渣金相：(b)锌渣尺寸分布 Fig.2 Zinc dross and its size distribution:(a)zine dross microstructure:(b)zine dross size distribution 根据锌渣颗粒分布，进行了Rosin-Rammler分布 式中，d为y,=e≈0.368时颗粒直径，d为锌渣粒 拟合，该拟合假定锌渣颗粒直径与大于此直径的颗粒 径，n为分布指数.得到如表2所示的锌渣粒径分布参 的质量分数Y,之间存在如式(7)所示的指数关系@： 数，配合分布指数n,将最小粒径、平均粒径和最大粒 Y=e-cid. (7) 径全部用于数值模拟. 表2 Rosin-Rammler粒径分布参数 Table 2 Dross distribution parameters by the Rosin-Rammler equation 锌渣 质量流率/(kgs1) 分布指数 最小粒径/m 平均粒径/m 最大粒径/m 面渣 2.150×10-3 3.09 1.0×10-5 6.0×10-5 1.35×10-4 悬浮渣 3.333×10-3 1.75 5.0×10-6 2.0×10-5 5.0×10-5 底渣 3.172×103 4.95 2.2×105 1.2×10-4 1.6×10-4 大到小依次为悬浮渣、面渣和底渣，其中面渣在带钢上 3数值模拟结果及讨论 半部有较多的聚集，悬浮渣在带钢上分布较均匀，底渣 3.1锌渣沉积规律 在带钢上基本没有聚集. 图3与图4为V形区内侧带钢（进）与带钢（出） 图5为带钢上锌渣质量浓度与锌渣尺寸的关系. 上的锌渣质量浓度.进口带钢中锌渣质量浓度从大到 锌渣越小，其在带钢上的质量浓度越高，即沉积率越 小依次为悬浮渣、面渣和底渣，其中面渣与悬浮渣均在 高.锌渣在带钢表面的质量浓度最高的尺寸范围分别 带钢中下部有较多的聚集，该位置对应着回锌管回流 是：面渣为30~70m;悬浮渣为0~30m:底渣为 出的锌液对带钢的冲刷部位：底渣密度大，在经回锌管 70~100um.根据董安平圆的研究，当锌渣尺寸超过 后会随锌液向下运动，故底渣在带钢的最下部边缘位 20μm,锌渣经过体外电磁净化装置的去除效率可以达 置聚集较多，并且该位置的底渣极易被沉没辊碾压，造 到90%以上.因此，当锌渣粒径小于80μm时，锌渣的 成带钢表面的点状压痕.出口带钢上锌渣质量浓度从 沉积率从大到小为：悬浮渣、面渣和底渣.在考虑所有冒飞飞等: 工业生产条件下连续热镀锌锅中锌渣扩散的数值模拟 2. 2 物性参数 采用闭合取样装置在锌锅 V 形区的表面、中间和 底部取锌液，待凝固后利用锌的蒸汽压比较低的特性， 在高温真空条件下实现锌渣与纯锌的分离，分离后的 锌渣利用 PPMS--9T 型物性测量系统( physical property measurement system，PPMS) 测量锌渣的物性参数，如表 1 所示． 2. 3 锌渣颗粒 图 2( a) 为在锌锅中间位置取样的锌液经凝固后 的金相组织，图中深灰色的颗粒即为锌渣颗粒． 采用 闭合取样装置在锌锅 V 形区的表面、中间和底部取 样，凝固后进行金相制样观察，每个位置在 100 倍下分 别选取 10 个视场，采用金相分析软件 DT2000 进行锌 渣粒度分析，锌渣尺寸分布如图 2( b) 所示． 表 1 材料物性参数 Table 1 Thermo-physical properties used in this calculation 材料 密度/ ( kg·m － 3 ) 比热容/ ( J·kg － 1·K － 1 ) 热传导系数/ ( W·m － 1·s － 1 ) 动力黏度/ ( Pa·s) 锌液 6513 499. 9 51. 8 3. 08 × 10 － 3 面渣 4200 500 60 — 悬浮渣 6500 505 60 — 底渣 7250 512 60 — 图 2 锌渣金相组织及尺寸分布． ( a) 锌渣金相; ( b) 锌渣尺寸分布 Fig． 2 Zinc dross and its size distribution: ( a) zinc dross microstructure; ( b) zinc dross size distribution 根据锌渣颗粒分布，进行了 Ｒosin--Ｒammler 分布 拟合，该拟合假定锌渣颗粒直径与大于此直径的颗粒 的质量分数 Yd之间存在如式( 7) 所示的指数关系［10］: Yd = e － ( d/ d) n ． ( 7) 式中，d 为 Yd = e － 1 ≈0. 368 时颗粒直径，d 为锌渣粒 径，n 为分布指数． 得到如表 2 所示的锌渣粒径分布参 数，配合分布指数 n，将最小粒径、平均粒径和最大粒 径全部用于数值模拟． 表 2 Ｒosin--Ｒammler 粒径分布参数 Table 2 Dross distribution parameters by the Ｒosin--Ｒammler equation 锌渣 质量流率/( kg·s － 1 ) 分布指数 最小粒径/m 平均粒径/m 最大粒径/m 面渣 2. 150 × 10 － 3 3. 09 1. 0 × 10 － 5 6. 0 × 10 － 5 1. 35 × 10 － 4 悬浮渣 3. 333 × 10 － 3 1. 75 5. 0 × 10 － 6 2. 0 × 10 － 5 5. 0 × 10 － 5 底渣 3. 172 × 10 － 3 4. 95 2. 2 × 10 － 5 1. 2 × 10 － 4 1. 6 × 10 － 4 3 数值模拟结果及讨论 3. 1 锌渣沉积规律 图 3 与图 4 为 V 形区内侧带钢( 进) 与带钢( 出) 上的锌渣质量浓度． 进口带钢中锌渣质量浓度从大到 小依次为悬浮渣、面渣和底渣，其中面渣与悬浮渣均在 带钢中下部有较多的聚集，该位置对应着回锌管回流 出的锌液对带钢的冲刷部位; 底渣密度大，在经回锌管 后会随锌液向下运动，故底渣在带钢的最下部边缘位 置聚集较多，并且该位置的底渣极易被沉没辊碾压，造 成带钢表面的点状压痕． 出口带钢上锌渣质量浓度从 大到小依次为悬浮渣、面渣和底渣，其中面渣在带钢上 半部有较多的聚集，悬浮渣在带钢上分布较均匀，底渣 在带钢上基本没有聚集． 图 5 为带钢上锌渣质量浓度与锌渣尺寸的关系． 锌渣越小，其在带钢上的质量浓度越高，即沉积率越 高． 锌渣在带钢表面的质量浓度最高的尺寸范围分别 是: 面渣为 30 ～ 70 μm; 悬浮渣为 0 ～ 30 μm; 底渣 为 70 ～ 100 μm． 根据董安平［8］的研究，当锌渣尺寸超过 20 μm，锌渣经过体外电磁净化装置的去除效率可以达 到 90% 以上． 因此，当锌渣粒径小于 80 μm 时，锌渣的 沉积率从大到小为: 悬浮渣、面渣和底渣． 在考虑所有 · 9141 ·