1.本发明涉及热镀铝锌技术领域，种热特别涉及一种热镀铝锌过程锌锅内温度变化预报方法。镀铝
背景技术：
2.近年来随着“双碳”战略目标的锌过不断发展，汽车工业尤其是程锌新能源汽车工业得到快速发展。为了进一步满足汽车工业的锅内快速增长带来的汽车板等关键零部件需求量上升，同时提高汽车零部件的温度品质，加速我国进入高端制造领域，变化钢铁企业开启了汽车用零部件的预报全产业链技术攻关。其中，种热热镀铝锌板因具备较好的镀铝耐蚀性、耐磨性、锌过金属光泽度等系列优点被广泛应用于汽车关键零部件。程锌因此，锅内为进一步占领汽车板高端制造领域、温度保持先发优势、变化形成核心技术竞争力，提高热镀铝锌板的产品表面质量成为钢铁企业技术攻关的重点。
3.热镀铝锌板机组产线长、生产工艺复杂、带钢表面质量影响因素多，主要包括清洗段清洗工艺、退火段的退火工艺、热镀段的热镀铝锌工艺、镀后冷却段的冷却工艺，而热镀段的热镀铝锌工艺是直接影响带钢表面质量的绝对因素。热镀工艺过程中，锌锅温度会产生波动，这会导致锌渣的产生量加剧。而锌渣在锌锅的不断积累，会增加带钢表面附着锌渣与锌灰的危险，此外，沉没辊系两端开放式的轴套轴瓦随着锌渣的聚集，不仅会增加摩擦力，而且会加剧轴套轴瓦的磨损。从而导致沉没辊系发生停转，辊面聚集的锌渣划伤带钢表面。
4.为解决由于锌锅温度波动导致锌渣大量产生，进而降低热镀铝锌带钢表面质量的问题与沉没辊系轴端卡死等问题，目前采用的方案是利用温度测量设备，如温度传感器对锌锅温度进行实时监测，对锌锅温度进行实时控制。然而，在实际生产过程中，当监测到温度波动时往往已经产生了锌渣，无法避免因产生大量锌渣导致的问题。
技术实现要素：
5.有鉴于此，本发明提供了一种热镀铝锌过程锌锅内温度变化预报方法，以实现对锌锅内温度波动的提前预报，解决由于锌锅温度波动导致锌渣大量产生，进而降低热镀铝锌带钢表面质量的问题与沉没辊系轴端卡死等问题。
6.为了实现以上的目的，本发明采用以下执行步骤：
7.本发明提供了一种热镀铝锌过程锌锅内温度变化预报方法，包括：
8.基于热镀铝锌过程的工艺原理，确定影响锌锅内温度变化的因素；所述影响锌锅内温度变化的因素包括：带钢带入锌锅的热量，单位时间沉没辊系刮刀与辊面间摩擦生热量，沉没辊系轴端摩擦瞬时生热量和沉没辊系周围边界层内锌液的内摩擦生热量；
9.基于热镀铝锌锌锅工艺段设备及工艺参数，计算所述影响锌锅内温度变化的因素；
10.基于所述影响锌锅内温度变化的因素，以及获取的热镀铝锌液成分比例和物理参数，计算锌锅内温度变化，将所述锌锅内温度变化作为锌锅内温度变化预报结果，计算公式
为：
[0011][0012]
其中，δtg为锌锅内温度变化，单位是℃；qs为带钢带入锌锅的热量，单位是j；分别为单位时间沉没辊、稳定辊及矫正辊刮刀与辊面间摩擦生热量，单位是j；分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端摩擦瞬时生热量，单位是j；分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊周围边界层内锌液的内摩擦生热量，单位是j；a
x
为锌液占比；a
lv
为铝液占比；c
x
为锌液比热容，单位是j
·
kg-1
·
℃；c
lv
为铝液比热容，单位是j
·
kg-1
·
℃；m
x
为锌液重量，单位是kg；m
lv
为铝液重量，单位是kg。
[0013]
进一步地，计算带钢带入锌锅的热量，包括：
[0014]
获取带钢退火与运行工艺参数、带材物理参数、铝锌液以及锌渣物理热量参数，计算带钢带入锌锅的热量；计算公式为：
[0015][0016]
其中，v为带钢速度，单位是mm/s；c为带钢材料的比热容，单位是j
·
kg-1
·
k-1
；b为带钢的宽度，单位是mm；h为带钢的厚度，单位是mm；ρ
fe
为带钢的密度，单位是kg
·
10-9
mm3；δh
fe
为单位摩尔铁的反应焓，单位是103j
·
mol-1
；δh
al
为单位摩尔铝的反应焓，单位是103j
·
mol-1
；为单位摩尔fe2al5合金反应的生成焓，单位是103j
·
mol-1
；为单位摩尔feal3合金反应的生成焓，单位是103j
·
mol-1
；m
mol
为带材的摩尔质量，单位是10-3
kg
·
mol-1
；t
in
为带钢经连续退火冷却后的时间，单位是s；t0为带钢连续退火后进入锌液的时间，单位是s。
[0017]
进一步地，计算单位时间沉没辊系刮刀与辊面间摩擦生热量，包括：
[0018]
获取沉没辊系刮刀设备与工艺参数和沉没辊设备参数，分别计算单位时间沉没辊、稳定辊及矫正辊刮刀与辊面间摩擦生热量；计算公式为：
[0019][0020]
其中，分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力，单位是n；分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊接触的带钢划分单元表面摩擦系数；γc、γw、γq分别为刮刀的刀刃与辊面径向间的夹角，单位是
°
；v
gc
、v
gw
、v
gq
分别为刮刀沿辊面轴向移动的速度，单位是mm/s；ωc、ωw、ωq分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊的转动角速度，单位是rad/s；rc、rw、rq分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊的半径，单位是mm。
[0021]
进一步地，计算沉没辊系轴端摩擦瞬时生热量，包括：
[0022]
获取沉没辊系工作过程中受力参数与设备参数，分别计算沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端摩擦瞬时生热量；计算公式为：
[0023][0024]
其中，f
gcx
、f
gwx
、f
gqx
分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力在x向分力，单位是n；f
gcy
、f
gwy
、f
gqy
分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力在y向分力，单位是n；分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端的轴套与轴瓦间隙内平均摩擦系数；nc、nw、nq分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊受到的接触压力，单位是n；分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊接触压力方向角，单位是
°
；rc、rw、rq分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端半径，单位是mm。
[0025]
进一步地，计算沉没辊系周围边界层内锌液的内摩擦生热量，包括：
[0026]
获取锌锅内锌液与铝液物理参数与流场参数、沉没辊系设备参数与工艺参数，分别计算沉没辊、稳定辊及矫正辊周围边界层内锌液的内摩擦生热量；计算公式为：
[0027][0028]
其中，l为沉没辊系辊总长度，单位是mm；η为锌液的黏度系数；θc、θw、θq为沉没辊、稳定辊及矫正辊的包角，单位是
°
；l
z1c
、l
z2c
分别为沉没辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度，单位是mm；l
z1w
、l
z2w
分别为稳定辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度，单位是mm；l
z1q
、l
z2q
分别为稳定辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度，单位是mm；θ
′c、θ
′w、θ
′q分别为沉没辊、稳定辊及矫正辊内侧转动边界层出口段所对应圆心角，单位是
°
。
[0029]
进一步地，还包括：输出锌锅内温度变化预报结果。
[0030]
本发明的优点和积极效果：本发明中，首先根据设备及工艺参数，计算带钢带入锌锅热量、刮刀与辊面间摩擦瞬时生热、沉没辊系各轴端摩擦瞬时生热、各辊周围边界层内锌液的内摩擦生热，综合这四方面因素实现锌锅内温度波动的提前预报，进而降低锌渣的产生。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]
图1是本发明实施例中热镀铝锌锌锅工艺段设备整体结构示意图；
[0033]
图2是本发明实施例中沉没辊系结构轴套与轴瓦结构示意图；
[0034]
图3是本发明实施例中一种热镀铝锌过程锌锅内温度变化预报方法的流程图。
具体实施方式
[0035]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0036]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0037]
如图1所示，热镀铝锌锌锅工艺段设备整体结构包括：热张辊室1、炉鼻子2、沉没辊系3、锌锅4、气刀5和刮刀9。其中沉没辊系3包括：稳定辊6、校正辊7、沉没辊8。带钢经炉鼻子进入锌锅，经沉没辊系、气刀出锌锅。
[0038]
如图2所示，沉没辊系结构轴套与轴瓦结构包括：轴瓦10、轴座11、轴套12和沉没辊系的轴13。沉没辊系轴端采用轴套与轴瓦连接。
[0039]
如图3所示，本发明实施例中提供的一种热镀铝锌过程锌锅内温度变化预报方法，具体包括以下步骤：
[0040]
(a)：带钢在连退火炉热张辊室出来后，经过炉鼻子进入锌锅内，由于带钢在出连退炉后具有一定温度，在进入锌锅后会导致锌锅温度产生波动，为计算带钢温度与对锌锅温度的影响，收集带钢速度v，mm/s；带钢材料的比热容c，j
·
kg-1
·
k-1
；带钢的宽度b，mm；带钢的厚度h，mm；带钢的密度ρ
fe
，kg
·
10-9
mm3；单位摩尔铁的反应焓δh
fe
，103j
·
mol-1
；单位摩尔铝的反应焓δh
al
，103j
·
mol-1
；单位摩尔fe2al5合金反应的生成焓103j
·
mol-1
；单位摩尔feal3合金反应的生成焓103j
·
mol-1
；m
mol
为带材的摩尔质量，10-3
kg
·
mol-1
；带钢经连续退火冷却后的时间t
in
，s；带钢连续退火后进入锌液的时间t0，s，计算带钢带入锌锅的热量qs：
[0041][0042]
(b)：沉没辊系运行过程中，为减少沉没辊辊面聚集的锌渣转印至带钢表面，因此需要利用刮刀定期刮除辊面聚集的锌渣，为了分析刮刀在刮除锌渣的过程中，刮刀与辊面作用产生摩擦热，收集沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力n；沉没辊、稳定辊及矫正辊接触的带钢划分单元表面摩擦系数刮刀的刀刃与辊面径向间的夹角γc、γw、γq，
°
；刮刀沿辊面轴向移动的速度v
gc
、v
gw
、v
gq
，mm/s；沉没辊、稳定辊及矫正辊的转动角速度ωc、ωw、ωq，rad/s；沉没辊、稳定辊及矫正辊的半径rc、rw、rq，mm，分别计算
出单位时间沉没辊、稳定辊及矫正辊刮刀与辊面间摩擦生热量
[0043][0044]
(c)：沉没辊系轴端采用轴套与轴瓦连接，两者为滑动摩擦，为了分析沉没辊系运行过程中沉没辊系轴端产生的摩擦热量对锌锅温度的影响，收集沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力在x向分力f
gcx
、f
gwx
、f
gqx
，n；沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力在y向分力f
gcy
、f
gwy
、f
gqy
，n；沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端的轴套与轴瓦间隙内平均摩擦系数沉没辊、稳定辊及矫正辊受到的接触压力nc、nw、nq，n；沉没辊、稳定辊及矫正辊接触压力方向角
°
；沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端半径rc、rw、rq，mm，计算出沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端摩擦瞬时生热
[0045][0046]
(d)：由于沉没辊系周围的转动，在沉没辊系流场附近的锌液会产生内摩擦，为了分析铝锌液在沉没辊系转动流场附近内摩擦生热，收集为沉没辊系辊总长度l，mm；锌液的黏度系数η；沉没辊、稳定辊及矫正辊的包角θc、θw、θq，
°
；沉没辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度l
z1c
、l
z2c
，mm；稳定辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度l
z1w
、l
z2w
，mm；稳定辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度l
z1q
、l
z2q
，mm；沉没辊、稳定辊及矫正辊内侧转动边界层出口段所对应圆心角θ
′c、θ
′w、θ
′q，
°
，计算出沉没辊、稳定辊及矫正辊周围边界层内锌液的内摩擦生热
[0047][0048]
(e)：综合考虑上述影响因素对锌锅内温度的影响，为计算出锌锅温度场温度波动，根据带钢规格、带钢入锅温度、张力、机组运行速度、沉没辊系设备参数、安装参数、刮刀工作参数，收集锌液占比a
x
；铝液占比a
lv
；锌液比热容c
x
，j/(kg
·
℃)；铝液比热容c
lv
，j/(kg
·
℃)；锌液重量m
x
，kg；铝液重量m
lv
，kg：计算出锌锅内温度变化δtg：
[0049][0050]
上述步骤中的各热量计算公式以及锌锅内温度变化计算公式均为热力学原理结
合机组的设备参数与工艺参数，建立的数学模型得到的。
[0051]
本发明实施例中采用离线预报的手段，现场仅需设定相关工艺参数，便可提前得到锌锅温度的变化量。锌锅温度结果的预报精度，可以通过机组上的锌锅温度检测传感器上进行验证。
[0052]
需要说明的是：热镀铝锌过程锌锅内温度变化还会受到其他因素影响，包括锌锅加热控制系统的控制程序，锌锭原料加入锌锅等。本发明只考虑稳定运行过程中的锌锅温度影响因素，各影响因素的确定有实验支撑，通过现场数据跟踪发现带钢变规格之后，退火后出炉温度变化，带钢带入锌锅的热量发生变化，就会导致锌锅温度发生变化。
[0053]
下面以某钢厂热镀铝锌机组为例，对本发明提供的热镀铝锌过程锌锅内温度变化预报方法做进一步的说明。
[0054]
实施例1：
[0055]
本发明实施例中提供的一种热镀铝锌过程锌锅内温度变化预报方法，包括以下步骤：
[0056]
s101、计算带钢温度与对锌锅温度的影响，收集带钢速度2000mm/s；带钢材料的比热容460j/(kg
·
℃)；带钢的宽度1000mm；带钢的厚度1mm；带钢的密度7.85*10-6kg/mm3；单位摩尔铁的反应焓0j/mol；单位摩尔铝的反应焓0j/mol；单位摩尔fe2al5合金反应的生成焓-3466j/mol；单位摩尔feal3合金反应的生成焓-1060j/mol；带材的摩尔质量0.056kg/mol；带钢经连续退火冷却后的时间2.5s；带钢连续退火后进入锌液的时间6.25s，计算带钢带入锌锅的热量为-1295978.9j。
[0057]
s102、沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力1000n、1000n、750n；沉没辊、稳定辊及矫正辊接触的带钢划分单元表面摩擦系数0.23、0.23、0.23；刮刀的刀刃与辊面径向间的夹角12.2
°
、17.8
°
、15.7
°
；刮刀沿辊面轴向移动的速度40mm/s、40mm/s、40mm/s；沉没辊、稳定辊及矫正辊的转动角速度3.3rad/s、10rad/s、10rad/s；沉没辊、稳定辊及矫正辊的半径300mm、100mm、100mm，分别计算出单位时间沉没辊、稳定辊及矫正辊刮刀与辊面间摩擦生的总热量为154750.9j。
[0058]
s103、沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力在x向分力977n、952n、722n；沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力在y向分力211n、306n、203n；沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端的轴套与轴瓦间隙内平均摩擦系数0.2、0.2、0.2；沉没辊、稳定辊及矫正辊受到的接触压力3500n、6000n、1500n；沉没辊、稳定辊及矫正辊接触压力方向角30
°
、5
°
、3
°
；沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端半径40mm、26mm、26mm，计算出沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端摩擦瞬时生热总量为4282231.4j。
[0059]
s104、收集为沉没辊系辊总长度1600mm；锌液的粘度系数3.44；沉没辊、稳定辊及矫正辊的包角130
°
、10
°
、15
°
；沉没辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度0.4mm、0.8mm；稳定辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度0.3mm、0.6mm；稳定辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度0.3mm、0.6mm；沉没辊、稳定辊及矫正辊内侧转动边界层出口段所对应圆心角120
°
、100
°
、110
°
，计算出沉没辊、稳定辊及矫正辊周围边界层内锌液的内摩擦生热13.78j。
[0060]
s105、锌液占比0.435；铝液占比0.55；锌液比热容390j/(kg
·
℃)；铝液比热容880j/(kg
·
℃)；锌液重量27450kg；铝液重量34650kg：计算出锌锅内温度变化0.20℃。
[0061]
实施例2：
[0062]
本发明实施例中提供的一种热镀铝锌过程锌锅内温度变化预报方法，包括以下步骤：
[0063]
s201、收集带钢速度3000mm/s；带钢材料的比热容460j/(kg
·
℃)；带钢的宽度1200mm；带钢的厚度1.2mm；带钢的密度7.85*10-6kg/mm3；单位摩尔铁的反应焓0j/mol；单位摩尔铝的反应焓0j/mol；单位摩尔fe2al5合金反应的生成焓-3466j/mol；单位摩尔feal3合金反应的生成焓-1060j/mol；带材的摩尔质量0.056kg/mol；带钢经连续退火冷却后的时间1.9s；带钢连续退火后进入锌液的时间6.07s，计算带钢带入锌锅的热量为-2805866.3j。
[0064]
s202、沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力1200n、1200n、1000n；沉没辊、稳定辊及矫正辊接触的带钢划分单元表面摩擦系数0.23、0.23、0.23；刮刀的刀刃与辊面径向间的夹角15
°
、20
°
、18
°
；刮刀沿辊面轴向移动的速度40mm/s、40mm/s、40mm/s；沉没辊、稳定辊及矫正辊的转动角速度10rad/s、30rad/s、30rad/s；沉没辊、稳定辊及矫正辊的半径300mm、100mm、100mm，分别计算出单位时间沉没辊、稳定辊及矫正辊刮刀与辊面间摩擦生的总热量为56968.5j。
[0065]
s203、沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力在x向分力977n、952n、722n；沉没辊、稳定辊及矫正辊的刮刀力在y向分力211n、306n、203n；沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端的轴套与轴瓦间隙内平均摩擦系数0.2、0.2、0.2；沉没辊、稳定辊及矫正辊受到的接触压力3500n、6000n、1500n；沉没辊、稳定辊及矫正辊接触压力方向角30
°
、5
°
、3
°
；沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端半径40mm、26mm、26mm，计算出沉没辊、稳定辊及矫正辊轴端摩擦瞬时生热总量为5445498.5j。
[0066]
s204、收集为沉没辊系辊总长度1600mm；锌液的粘度系数3.44；沉没辊、稳定辊及矫正辊的包角130
°
、10
°
、15
°
；沉没辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度0.4mm、0.8mm；稳定辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度0.3mm、0.6mm；稳定辊及带钢转动周围边界层出口端、入口端的厚度0.3mm、0.6mm；沉没辊、稳定辊及矫正辊内侧转动边界层出口段所对应圆心角120
°
、100
°
、110
°
，计算出沉没辊、稳定辊及矫正辊周围边界层内锌液的内摩擦生热16.3j。
[0067]
s205、锌液占比0.45；铝液占比0.535；锌液比热容390j/(kg
·
℃)；铝液比热容880j/(kg
·
℃)；锌液重量27450kg；铝液重量34650kg：计算出锌锅内温度变化0.26℃。
[0068]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。