帶鋼熱鍍鋅超薄鍍層研究

袁思勝 李九嶺 汪曉林

（1.重慶四鋼 重慶： 401431；2.武鋼冷軋總廠 湖北 武漢： 430083；3.武漢吉瑞化工科技 湖北 武漢：430070）

1 實(shí)現(xiàn)超薄鍍層的意義

熱鍍鋅薄鋼板有室外和室內(nèi)兩大使用領(lǐng)域：在室外使用時(shí)遭受風(fēng)吹雨打，腐蝕環(huán)境十分惡劣，要求厚鋅層；在室內(nèi)使用時(shí)，例如家具及家用電器等，為了提高裝飾性，常常是鋅層和非金屬涂層聯(lián)合使用，形成雙層保護(hù)體系，這時(shí)就要求薄鋅層。我國帶鋼連續(xù)熱鍍鋅國標(biāo)中規(guī)定，最薄鋅層為80g／m2（雙面），人們常常把標(biāo)準(zhǔn)之外40g／m2～80g／m2（雙面）的帶鋼熱鍍鋅鋅層厚度稱為超薄鍍層。現(xiàn)代化帶鋼連續(xù)熱鍍鋅的發(fā)展趨勢是向高速化大型化發(fā)展，而速度越高鋅層越厚，無法滿足用戶薄鍍層的需求，被迫使用鍍層較薄的電鍍鋅薄鋼板，而使用電鍍鋅板時(shí)其價(jià)格上升20%，這是長期困惑薄鋅層使用領(lǐng)域的難題。本文研究了帶鋼連續(xù)熱鍍鋅超薄鍍層的生產(chǎn)方法。

2 影響鋅層厚度的因素

2.1 速度的影響

帶鋼離開鋅鍋時(shí)，速度越高帶鋅越多，則相應(yīng)鋅層就越厚，見圖1。

帶鋼運(yùn)行速度越高，要想獲得薄鍍層，就必須增加氣刀噴吹外力，根據(jù)機(jī)組工藝段最高速度來選擇氣刀風(fēng)機(jī)排風(fēng)量和馬達(dá)的功率，見表1。

圖1 帶鋼速度與鋅層重量的關(guān)系

表1 帶鋼速度與氣刀風(fēng)機(jī)和馬達(dá)功率的關(guān)系

2.2 壓力的影響

要加強(qiáng)外力即氣刀對(duì)未凝固鋅層的刮持力，這個(gè)刮持力由沖量大小來決定，見（1）式：

式中：I—?dú)獾秶姶禋饬鞯臎_量；

P—噴氣壓力；

b—?dú)獾犊p隙寬度。

由（1）式可以看出要想減薄鍍層就必須增大氣刀壓力，氣刀壓力與鋅層厚度關(guān)系見圖2。

圖2 氣刀壓力與鋅層厚度的關(guān)系

2.3 鋅液流動(dòng)性的影響

實(shí)踐證明，提高鋅液流動(dòng)性可以減薄鋅層厚度。長期以來，人們對(duì)提高鋅液流動(dòng)性產(chǎn)生一個(gè)誤區(qū)，總是錯(cuò)誤的認(rèn)為鋅液溫度越高鋅液流動(dòng)性越好，這是結(jié)構(gòu)件熱鍍鋅行業(yè)一直追求的目標(biāo)。帶鋼熱鍍鋅可以用氣刀噴吹減薄鋅層，而結(jié)構(gòu)件熱鍍鋅主要依靠鋅液流動(dòng)性來減薄鋅層。所以過去結(jié)構(gòu)件熱鍍鋅都在550℃～600℃的溫度下進(jìn)行熱鍍鋅，這樣適得其反，溫度越高反而鋅層越厚。研究證明，鋅液流動(dòng)性和溫度幾乎沒有關(guān)系，從固體鋅塊熔化后它就具備一定的流動(dòng)性，進(jìn)一步提高溫度，鋅液的流動(dòng)性幾乎保持不變。實(shí)際上鋅液的流動(dòng)性主要取決于鋅液中的鐵含量，即鐵含量越高鋅液流動(dòng)性就越差。鐵在鋅液中的飽和濃度隨鋅液溫度增高而上升，例如450℃鐵在鋅液中飽和濃度為0.03%，500℃時(shí)為0.15%，600℃為0.45%。由此可見，高溫鍍鋅時(shí)，因?yàn)殇\液中含鐵多，鋅液流動(dòng)性就差，這樣就得不到薄的鍍鋅層。在這一理論指導(dǎo)下目前鋼結(jié)構(gòu)件熱鍍鋅全部采用了低溫鍍鋅，熱鍍鋅溫度控制在435℃～440℃，獲得了薄鋅層，使噸鍍件鋅耗由100kg下降到50kg，取得了好的經(jīng)濟(jì)效益。

由此可見，要想減薄鍍層厚度必須從外力內(nèi)力兩個(gè)方面著手，即要加強(qiáng)外力即氣刀對(duì)未凝固鋅層的刮持力，還要增加鋅液自身流動(dòng)性，減小鋅液被刮除時(shí)的對(duì)斥力，見（2）式：

式中：G—鍍鋅層重量；

R1—系數(shù)；

ν—鋅液運(yùn)動(dòng)粘度，厘泊；

u—帶鋼運(yùn)行速度，m／min；

dz—鋅液比重，kg／cm3；

g—重力加速度，980cm／s2；

由（2）式可知，鋅液粘度越大，帶鋼運(yùn)行速度越高，則鍍鋅層就越厚。相反鋅液的粘度越小，帶鋼運(yùn)行速度越低，則鍍鋅層就可減薄。根據(jù)這一理論，要減薄鍍層就必須增加鋅液自身流動(dòng)性，要增加鍋中鋅液的流動(dòng)性，就得減少鋅液中鐵含量，目前廣泛采用的除鐵方法是向鋅液中加鋁，提高鋅液中的有效鋁含量，用鋁除鐵來凈化鋅液中鐵雜質(zhì)，見（3）式：

由上述（3）式可知，鋁與鐵鋅合金的反應(yīng)生成物Fe2A15其密度只有4.2kg／cm3，故可上浮鋅液表面形成表渣，由此凈化了鋅液。鋅液中的有效鋁含量與鋅層厚度的關(guān)系，見表2。

表2 鋅液中鋁含量與鋅層厚度的關(guān)系

研究表明，向鋅液中加入0.01%鈰與鑭的混合稀土元素，可進(jìn)一步改善鋅液流動(dòng)性，對(duì)減薄鋅層能取得明顯效果。

2.4 實(shí)際使用效果討論

（1）帶鋼運(yùn)行速度最高為120 m／min 時(shí)，外力采用如下參數(shù)：

①風(fēng)機(jī)排風(fēng)量：100Nm3／min；（傳統(tǒng)方法為：70 Nm3／min）

②馬達(dá)功率：160kW；（傳統(tǒng)方法為：90kW）

③風(fēng)壓：0.07 MPa；（傳統(tǒng)方法為：0.05 MPa）

④氣刀開口度：中0.6mm，邊1.2mm。（傳統(tǒng)方法為：中1.5mm，邊2.5mm）

（2）提高鋅液流動(dòng)性，減小鋅液被刮除時(shí)的對(duì)斥力，采用如下參數(shù)：

①鋅錠中鋁含量：1.2±0.2%（傳統(tǒng)方法鋁含量為：0.46%～0.66%）

②鋅液中鋁含量：0.70%～0.90%；（傳統(tǒng)方法鋁含量為：0.16%～0.20%）

③鋅液中鐵含量：＜0.008%（傳統(tǒng)方法為：0.02%～0.03%）

④混合稀土元素含量（RE）：鋅錠中0.1%；鋅液中0.01%（傳統(tǒng)方法無混合稀釷元素）

3 結(jié)果與討論

在采用合適的氣刀壓力和鋅合金成份的情況下，可以有效降低鋅層厚度。鋅層厚度控制目標(biāo)值，見表3。

表3 鋅層厚度控制目標(biāo)值

由表3可知，本方法比傳統(tǒng)帶鋼熱鍍鋅可減薄鍍層厚度30%～40%。

［1］李九嶺.帶鋼連續(xù)熱鍍鋅［M］.第三版.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［2］李九嶺，許秀飛，李守華.帶鋼連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)問答［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

［3］李九嶺.寬帶鋼熱鍍鋅的發(fā)展［J］.武鋼技術(shù)，1999，（1）：37.

［4］李九嶺，汪曉林，鄭洪道.帶鋼熱鍍鋅線生產(chǎn)成本的控制［J］.軋鋼，2007，（6）：24.