锌灰泵的不同参数影响分析
姚舜 时佳 王文庆 宋锦春
 (1 宝钢股份公司冷轧厂上海 201900;  2 东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳 110819)

摘要：锌灰泵工作过程中，影响锌灰泵抽取锌渣工作性能的因素很多，包括氮气入口的质量流量，氮气管插入锌液液而下的深度，氮气管管径等。为得到锌灰泵工作的最优参数，以氮气入口的质量流量为0.005kg/s时作为工作参数，分别改变氮气管插入锌液液而下的深度及氮气管管径，采用Fluent软件对锌灰泵进行仿真。从仿真结果得出，随着氮气管插入深度的增加，锌灰泵的抽取锌渣能力增强;在不同氮气管管径下，随着氮气管管径的增加或减小，锌灰泵锌液入口流速减小，锌灰泵抽取锌渣的能力也在降低。

关键词：锌灰泵 Fluent软件 锌灰泵的同参数

1 前言

搜集锌灰泵抽取锌渣的工作过程的参数时发现，由于现场实际中不具备测量和实验的条件，同时所研究的产品仍在试验阶段，所以不具备在现场测量相关数据的条件。且就目前研究现状而言，热镀锌现场一般采用传统的涝渣方法是化学方法清除锌渣，涝渣方法需要对设备进行大量投资，不够经济，而化学方法需要进行精确的计算和配比，在热镀锌过程中很可能会因为配比误差而产生其他的问题。目前在热镀锌生产中没有关于使用锌灰泵抽取锌渣的规范或相关技术参数，也缺乏实际的生产参数作为参考，只能通过查阅相关文献和资料，根据热镀锌中的一些参数采用类比法得到大概的工作参数范围。据此，选取中间参数进行仿真，试看所给参数是否能使锌灰泵正常工作，同时也为锌灰泵参数的优化设计提供参考和依据。

2 初始条件设定和仿真结果判断依据

2.1 初始条件设定

锌灰泵在抽取锌渣工作过程中，主要的参数包括氮气入口的质量流量、氮气管插入锌液液面下的深度、氮气管管径等。其中氮气入口的质量流量值是在现场实际车间所能提供的大致范围内初步选定的，然后再通过参照仿真分析，在其他初始条件不变的情况下，通过改变氮气入口的质量流量，对锌灰泵抽取锌渣的工作过程进行仿真分析，对比锌液入口、出口的流速，参照影响热镀锌带钢表面质量的因素和氮气使用量等因素进行综合考虑，最终选定氮气入口的质量流量为0.005kg/s时作为最佳的工作参数，并以此作为本文的参数基础。

2.2 仿真结果判断依据

通过对锌灰泵相关资料的搜集，可以得出锌灰泵抽取锌渣工作性能的好坏主要通过以下几点来判定:

1) 是否能够迅速的将锌渣抽取出来;

2) 是否能够使得锌液入口的波动较小，以减小由于炉鼻子内部锌液液面波动对热镀锌带钢表面质量的影响;

3) 是否能使得出口处喷出的锌液锌渣与氮气混合物的速度较为适中，以减小由于喷出速度较大产生新的锌渣和由于喷溅产生安全隐患。

3 仿真结果及分析

3.1 氮气管插入锌液液面下不同深度的仿真结果

考虑氮气管插入深度依据锌灰泵的几何尺寸以及考虑到氮气通过锌液过程需要一个加热等温的过渡阶段，所以插入锌液深度选在290-568mm范围内，则在初始条件时，即氮气管插入在锌灰泵中心位置时作为插入深度的起始参考位置，在此基础上，将氮气管分别向下插入90mm和180mm来观测由此对锌灰泵抽取锌渣工作过程所带来的影响，为后续的锌灰泵在结构上的优化设计提供依据。

图1-3中，数字0表示氮气管插入锌灰泵中心深度时的原始深度，90mm表示氮气管在原始深度的基础上又向下插入90mm，同理，180mm表示氮气管相对于中心位置处向下插入180mm。当氮气管插入不同深度，锌灰泵抽取锌渣稳定工作时后，可以从锌液入口的质量流量来进行观测，则氮气管插入不同深度时锌液入口质量流量曲线如图1所示。

通过氮气管插入不同深度时锌液入口质量流量曲线可以看出，通过改变氮气管插入深度可以有效的改变锌灰泵抽取锌渣的工作性能，随着氮气管插入深度增加，锌液入口的质量流量逐渐增大，也可以从锌灰泵锌液入口平均速度曲线和出口平均速度曲线观察，锌液入口平均速度曲线如图2所示，锌灰泵出口平均速度曲线，如图3所示。

通过对氮气管插入不同深度时的入口、出口平均速度曲线的观测，可以看出，随着氮气管插入深度的增加，锌液入口的平均速度逐渐增大，出口的平均速度逐渐减小。

通过对氮气管插入不同深度时，锌灰泵的质量流量曲线、锌液入口平均速度曲线、出口平均速度曲线观测，可以看出，随着氮气管插入深度的增加锌灰泵的抽取锌渣能力增强，且出口排锌液锌渣速度减小，性能有所提升，且整个过程与氮气管插入深度相互对应，对于定量分析影响锌灰泵工作性能提升因素有着非常重要且可行的作用。综合分析可以得出，改变氮气管插入深度是优化锌灰泵抽取锌渣工作性能的一个可行性方案。

图3 氮气管插入不同深度下出口的平均速度曲线

3.2 不同的氮气管管径下的仿真结果

对不同氮气管管径下对锌灰泵抽取锌渣工作时的工作性能的影响进行分析，所分析的氮气管直径可选用15mm,20mm,25mm。从锌液入口的质量流量变化来进行观测，则氮气管在不同管径时锌液入口质量流量曲线如图4所示。

通过氮气管在不同管径时锌液入口质量流量曲线可以看出，增大或者减小氮气管管径锌液入口质量流量均减小。进一步观测其锌液入口平均速度曲线(如图5所示)和锌灰泵出口的平均速度曲线(如图6所示)。可以看出，在管径为20mm时，其入口、出口平均速度最大，增大或减小氮气管管径其锌液入口速度、锌灰泵出口速度均减小。

通过对不同氮气管管径下锌灰泵的锌液入口瞬时速度、质量流量、平均速度曲线观测和锌灰泵出口瞬时速度、平均速度曲线观测可以看出，增大或减小氮气管管径其抽取锌渣的能力均降低，且其锌液入口与锌灰泵出口的平均速度也均减小，在管径为20mm时，其工作性能最好，虽然增大或减小氮气管管径可以减小出口的平均速度，但同时也降低了锌灰泵抽取锌渣的能力。锌灰泵的主要功能就是抽取炉鼻子内的锌渣，故通过改变氮气管管径的方法在现有的锌灰泵图纸尺寸中不予以进行考虑。综上分析可以在锌灰泵结构优化时不再考虑氮气管管径的影响，在分析影响锌灰泵抽取锌渣工作性能的因素上也不予以考虑。

4 结论

基于选用氮气入口的质量流量为0.005kg/s时作为最佳的工作参数，对氮气管插入不同深度和设定不同氮气管管径，使用Fluent软件进行仿真模拟，通过对在不同氮气管插入深度和不同氮气管管径下锌灰泵抽取锌渣稳定工作时仿真结果

分析得到以下两个结论:

1) 在氮气管插入不同深度下，随着氮气管插入深度的增加，锌灰泵的抽取锌渣能力增强，且出口排锌液锌渣速度减小，性能有所提升，且整个过程与氮气管插入深度相互对应，对于定量分析影响锌灰泵工作性能提升因素有着非常重要且可行的作用。综合分析可以得出，改变氮气管插入深度是优化锌灰泵抽取锌渣工作性能的一个可行性方案，也是后续搭建水模拟实验台可以调节的一个重要变量。

2) 在不同氮气管管径下，随着氮气管管径的增加或减小，锌灰泵锌液入口流速减小，出口流速变化比较小。且氮气管管径增大或减小时，虽然锌灰泵出口的速度会减小，但于此同时抽取锌渣的能力也在降低。