碱洗液离线循环沉淀槽的制作方法

本发明涉及轧钢领域，尤其涉及一种用于冷轧后处理连续线的易于异物沉积的碱洗液离线循环沉淀槽。

背景技术：

带钢表面的清洗是冷轧带钢生产中的重要环节，其表面清洗质量直接影响带钢质量，清洗一方面是清洗掉钢板表面的油污，另一方面是清洗掉钢板表面的灰尘和残铁(或铁锈颗粒)，以利于带钢的表面处理。碱洗液中的杂质主要是带钢表面带入的油脂与金属粉尘、氧化铁皮颗粒等悬浮物粘合在一起，形成铁油混合物，其浓度达到一定程度时，将影响碱洗液的清洗质量，所以必须将碱洗液中铁油混合物加以去除，以提高碱洗液的清洁程度，从而使碱洗液循环使用，降低碱洗液消耗。

碱洗液离线循环沉淀槽1’是清洗段现场碱洗液循环中的重要设备，如图1所示，其现有设计考虑现场空间和便于固定通常将槽底11’设计为平底，排污口13’开设在槽壁12’上。该设计的缺点是通过排污口13’只能排掉附近的异物沉淀，槽底11’的异物沉淀无法通过排污口13’完全排出，造成沉淀槽1’中始终有大量异物沉淀堆积，不能良好地完成碱洗液的循环利用，降低了碱洗液的清洁程度和带钢的清洗质量。

技术实现要素：

为此，针对现有技术中沉淀槽的设计缺陷，本发明提供了一种碱洗液离线循环沉淀槽，包括槽底和槽壁，其特征在于，所述槽底形成为向中部且向下倾斜的面，所述槽底的中部开设有排污口。

具体地，所述槽底包括第一部分和第二部分，所述第二部分为开口向上的抛物面，其中部开设有排污口；所述第一部分的上边部与所述槽壁的下边部连接，其下边部与所述第二部分的上边部连接。

可选地，所述槽壁围成的空腔的底面为矩形，所述抛物面为椭圆抛物面，所述椭圆抛物面的轴线与所述沉淀槽的中轴线重合，所述排污口的中心位于所述中轴线上。

优选地，所述槽壁围成的空腔的底面为矩形，所述抛物面为旋转抛物面，所述旋转抛物面的轴线与所述沉淀槽的中轴线重合，所述排污口的中心位于所述中轴线上。

为了使得所述第二部分的开口与所述槽壁能够适度地衔接，所述矩形的两个邻边的长度分别为L₁和L₂，所述旋转抛物面的开口为圆形，其半径r满足2r≤min(L₁,L₂)。所述第一部分为连接所述矩形与所述圆形的曲面，所述曲面由多条线段排列形成，各所述线段为从所述矩形上的各点连接到所述圆形上的各点的所有直线中距离最短的线段。

为了使得所述第一部分的倾斜角度不会使得沉淀异物易于堆积，所述线段与水平面的夹角θ中最小的夹角θ_min满足和tanθ_min≥μ，其中，h为所述第一部分的高度，μ为所述沉淀槽的沉淀异物与所述槽底的相对摩擦系数。

为了使得所述第二部分的倾斜角度不会使得沉淀异物易于堆积，所述旋转抛物面由开口向上的抛物线x²＝2py旋转形成，其中参数p满足和其中，V为排污周期内所述沉淀异物的最大体积，x和y分别为所述抛物线上的各点在以所述抛物线的顶点为原点的直角坐标系的横轴和纵轴上的坐标。

本发明的碱洗液离线循环沉淀槽，具有便于现场安装的长方体或者正方体形状的箱体，同时采用抛物面状的槽底保证了异物能够完全从排污口排出。本发明既可以保证碱洗液离线循环沉淀槽中的异物堆积能够完全排出，同时又尽可能地考虑节约现场空间和便于安装固定，改善了现场的碱洗液循环质量和带钢清洗质量，为企业创造了经济效益。

附图说明

图1为现有技术的碱洗液离线循环沉淀槽的结构示意图；

图2为本发明的碱洗液离线循环沉淀槽的立体结构示意图；

图3为图2中槽底部分的放大示意图；

图4为图2的正视图的槽底部分的示意图；

图5为图2的仰视图；

图6为图4加注坐标和标记的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的碱洗液离线循环沉淀槽作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图2所示，本发明的碱洗液离线循环沉淀槽1，包括槽底11和槽壁12。与现有技术不同的是，本发明的槽底11形成为向中部且向下倾斜的面，并且其中部开设有排污口13。如此的结构，能够便于沉淀槽1内部沉淀的异物在槽底向下且向中部运动，最终从排污口13排出。

优选地，槽底11包括第一部分111和第二部分112。其中，第二部分112为便于沉淀的异物汇集和排出的抛物面，抛物面的开口向上，中部开设有排污口13。结构上，第一部分111用于连接槽壁12和第二部分112，即其上边部与槽壁12的下边部连接(上端连接槽壁12)，其下边部与第二部分112的上边部连接(下端连接槽底11的抛物面)。形状上，第一部分111作为从槽壁12到第二部分112的衔接，其从槽壁12的底部的形状光滑过渡到第二部分112的顶部的形状。

沉淀槽1的槽壁12围成的空腔(沉淀箱主体)的形状和尺寸，需要根据现场的约束条件和工艺需要来确定。通常地，槽壁12围成的空腔的底面为矩形，即沉淀箱主体的形状为正方体或长方体。

可选地，第二部分112形成的抛物面为椭圆抛物面，该椭圆抛物面的轴线与所述沉淀槽的中轴线重合，排污口13的中心也位于该中轴线上。

优选地，如图2-6所示，第二部分112形成的抛物面为旋转抛物面，该旋转抛物面的轴线(y轴)与沉淀槽的中轴线重合，排污口13的中心也位于该中轴线上。

如此，本发明的碱洗液离线循环沉淀槽1，通过设计形状和尺寸适当的槽底11的第一部分111和第二部分112，使得沉淀槽1内沉淀的异物堆积于槽底11的第二部分112上，即抛物面上，以便于通过排污口定期(即每个排污周期)进行清理。该沉淀槽1能使异物集中，易于清理，并且槽底11光滑不易藏纳异物。

为了达到最佳的沉淀和排污效果，第一部分111和第二部分112的形状和尺寸需要适当地确定，尤其是关键设计参数：槽底11的第一部分11的高度h、槽底11的第二部分112的旋转抛物面的开口的半径r、和第二部分112的深度d。如果h过大，会增大制造成本，浪费现场空间；反之，h过小会使第一部分111这一过渡部分过于平坦，影响排污效果。对于旋转抛物面的开口的半径r也是一样，如果r过大则浪费现场空间，而r过小会使第一部分111这一过渡部分过于平坦，影响排污效果。

假设沉淀槽1的沉淀箱主体的长和宽(即槽壁12围成的矩形的长和宽)分别是L₁和L₂、沉淀槽1的碱洗液中的沉淀异物与槽底11的相对摩擦系数为μ、排污周期内沉淀异物堆积的最大体积为V。

首先，考虑到第二部分112的旋转抛物面的开口的圆形的直径不能够大于槽壁12所围成的矩形的尺寸，即旋转抛物面的开口的半径r需要满足公式1：

2r≤min(L₁,L₂) 公式1

其中，运算min(·)表示取括号内各值中的最小值。

其次，需要考虑第一部分111的倾角设计，使得异物不在第一部分111上堆积，即使得异物都能够向下运动到第二部分112内。

第一部分111的形状其实是一个连接槽壁12所围成的矩形与旋转抛物面的开口的圆形的曲面。这个曲面由多条线段排列形成，每条线段均为，从矩形上的一个点连接到圆形上的各点的所有直线中，长度最短的线段。即第一部分111由矩形上的点到圆形的距离最短的无穷多条线段排列而形成，因此能够实现从槽壁12到第二部分112的光滑过渡。

形成第一部分111的每条线段与水平面的夹角为θ，其中最小的夹角为θ_min。这个最小的夹角θ_min，就是连接矩形的顶点和圆形的圆周的线段与水平面的夹角，因此，该最小的夹角θ_min满足公式2：

公式2

为了使得异物不在第一部分111内堆积，即使得异物能够完全流入第二部分112，需要对这个最小的夹角θ_min做出限制，使其满足公式3：

tanθ_min≥μ 公式3

再次，需要考虑第二部分112的设计，使得异物也不会在第一部分111和第二部分112的衔接处沉积。

第二部分112的旋转抛物面由开口向上的抛物线旋转形成，为了便于计算该抛物线的特性，建立如图6所示的直角坐标系xy，该坐标系的原点即抛物面的顶点。该抛物线的方程即该旋转抛物面的母线的方程为公式4：

x²＝2py 公式4

因此，该旋转抛物面的母线上的任意一点的斜率k_xy表示为公式5：

公式5

为了防止异物在第一部分111和第二部分112的衔接处堆积，旋转抛物面的开口的圆形上任意一点的斜率k_xy|_x＝r需要大于摩擦系数，即满足公式6：

公式6

同时，考虑到需要防止异物在排污周期内堆积至第一部分111而造成排污困难，需要使得第二部分112的容积不小于排污周期内沉淀异物堆积的最大体积为V，即满足公式7：

公式7

最后，为了保证沉淀槽1的容积足够大、且所占空间尽量小，设计中应以竖直方向上槽底11的第一部分111的高度h和第二部分112的深度d之和最小为目标函数进行优化，其目标函数如公式8所示：

min f(x)＝d+h 公式8

综合公式1～8，可以很容易地将这样一个机械设计类的问题转化为一个有约束单目标函数的优化设计问题，其数学模型可表示为公式9：

公公9

对于这样一个简单的优化问题，结合现场的实际情况，利用MATLAB等应用程序能够容易地求得满足要求的最优解，此时的槽底11的第一部分111的曲面方程和第二部分112的方程即为符合实际情况的参数。

为了进一步说明本发明的应用过程，以某冷轧后处理连续线碱液清洗用离线循环沉淀槽为例，详细地介绍该机组碱液清洗用离线循环沉淀槽重要参数确定过程和工作效果。

首先，收集现场相关参数，方形箱体内长L₁＝2m，内宽L₂＝1.5m，离线槽碱洗液中的异物与箱体的相对摩擦系数μ＝0.57，排污周期内异物堆积的最大体积V＝4×10^-3m³。

然后，利用公式9所示的优化计算模型，运用MATLAB软件，计算出满足相关约束条件下，使得保证离线槽容积足够大所占空间尽量小的槽底11的第一部分111的高度h＝0.285m，第二部分112的最大半径r＝0.75m、以及第二部分112的深度d＝0.21375m。

随后，根据现场实际情况对参数优化取整，最终取h＝0.3m，r＝0.75m，d＝0.22m。

最后，利用本发明所述相关方法计算得到的数据进行现场实验的测试，取得了很好的效果，证明的本发明具备实用性和有效性。

与现有技术相比，本发明的碱液清洗用离线循环沉淀槽设计完美地解决了异物堆积在离线槽底部不易排出的现场难题，占用现场空间少又便于固定安装，极大地提高了解决了现场生产难题，改善了现场的碱洗液循环质量和带钢清洗质量，为企业创造了经济效益。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。