連續(xù)熱鍍鋁鋅硅鋅鍋工藝參數(shù)的控制

曹博蕊,趙 楠

(梅山鋼鐵公司技術(shù)中心,江蘇南京210039)

連續(xù)熱鍍鋁鋅硅鋅鍋工藝參數(shù)的控制

曹博蕊,趙 楠

(梅山鋼鐵公司技術(shù)中心,江蘇南京210039)

隨著科技進(jìn)步,建筑及家電行業(yè)也在快速發(fā)展,隨之對鋼板耐腐蝕性、涂裝性、加工成形性、環(huán)保性等要求越來越高,國內(nèi)市場也會越來越多的使用鋁鋅硅鍍層鋼板。而鋅鍋工藝參數(shù)控制對熱鍍鋁鋅硅產(chǎn)品質(zhì)量的影響至關(guān)重要,因此對鋅液溫度、鋅鍋功率、帶鋼入鋅鍋溫度等方面進(jìn)行闡述。

熱鍍鋁鋅硅;鋅鍋工藝;控制

1 引言

高鋁鋅合金鍍層產(chǎn)品是美國伯利恒鋼鐵公司于20世紀(jì)70年代開發(fā)的高耐蝕性鍍層產(chǎn)品,它綜合了鋁的優(yōu)異耐蝕性與鋅的陰極腐蝕保護(hù)性,具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕能力,其耐蝕性是同樣鍍層厚度的熱鍍鋅鋼板的2～6倍[1]。此外,鍍鋁鋅鍍層還表現(xiàn)出良好的涂裝性、加工成形性和優(yōu)良的熱反射性能。正是由于其良好的綜合性能,鍍鋁鋅產(chǎn)品的發(fā)展非常迅速,并廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、農(nóng)業(yè)、家用電器等行業(yè)。但熱鍍鋁鋅較熱鍍純鋅而言,技術(shù)含量高、生產(chǎn)難度大,尤其是高的鋅鍋溫度和鋅液中高的Al含量將導(dǎo)致鋅液腐蝕性增強(qiáng),鋅鍋區(qū)域的設(shè)備必須經(jīng)受更加嚴(yán)苛的考驗(yàn)。Willis[2]認(rèn)為55%Al-Zn池對鋅鍋的工藝參數(shù)很敏感,一些鋅鍋中的熔體流動情況促進(jìn)了底渣的生成,鋅鍋中溫度的波動也促進(jìn)了底渣的形成。要生產(chǎn)出高品質(zhì)的熱鍍鋁鋅產(chǎn)品并不容易,因?yàn)橛绊懏a(chǎn)品表面質(zhì)量的因素很多,而對鋅鍋參數(shù)的控制是連續(xù)熱浸鍍鋁鋅硅生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。因此,對鋅鍋工藝參數(shù)控制的研究很有必要。

2 生產(chǎn)中存在的問題

梅鋼熱鍍鋁鋅硅生產(chǎn)線投產(chǎn)初期,需要開發(fā)新品種全硬鋼,由于其在退火爐內(nèi)的退火溫度較低,經(jīng)過不完全退火(其退火溫度較其它產(chǎn)品約低200℃)后還要經(jīng)過冷卻段、熱張緊輥段和爐鼻子段才進(jìn)入鋅鍋進(jìn)行熱浸鍍。在全硬鋼生產(chǎn)時,帶鋼表面會產(chǎn)生鋅疤、鋅點(diǎn)突起缺陷,嚴(yán)重時鋅點(diǎn)突起約10～20個/100米,產(chǎn)品缺陷嚴(yán)重導(dǎo)致降級,甚至無法正常組織生產(chǎn),如圖1、圖2。

圖1 鋅點(diǎn)突起缺陷宏觀照片

3 原因分析

3.1 鋅點(diǎn)突起缺陷分析

對生產(chǎn)中存在的鋅點(diǎn)突起缺陷進(jìn)行掃描電鏡及能譜分析,截面電鏡形貌如圖3、圖4,能譜分析結(jié)果如圖5。從截面電鏡形貌照片可以看出,缺陷處鍍層異常增厚,鍍層與基板之間包裹有顆粒狀異物,對顆粒狀異物進(jìn)行能譜分析,所含元素主要為Al、Fe、Si、Zn,其中鐵鋁含量較高,可判斷為鋁鐵系的金屬間化合物。

圖2 鋅疤缺陷宏觀照片

3.2 鋅疤缺陷分析

對生產(chǎn)中的鋅疤狀缺陷進(jìn)行電鏡觀察及能譜分析,電鏡形貌如圖6、圖7,能譜結(jié)果如圖8。從電鏡形貌看出缺陷處表面有顆粒狀異物壓入,對異物進(jìn)行能譜分析得知所含元素主要為Al、Fe、Si、Zn,其中Fe、Al含量較高,可判斷為鐵鋁系金屬間化合物,與鋅點(diǎn)突起的檢測結(jié)果基本一致。

圖3 鋅點(diǎn)凸起截面電鏡形貌

3.3 結(jié)論

從以上檢測結(jié)果可知,帶鋼表面缺陷均為鋅渣類缺陷的不同形貌特征。這是因?yàn)檫M(jìn)入鋅鍋的帶鋼溫度(約530℃)與鋅液溫度(約600℃)溫差較大,溫度較低的帶鋼在熱鍍過程中帶走大量的熱量,導(dǎo)致鋅液溫度急劇下降(有時會降至590℃甚至更低),而鋅液溫度的大幅降低會導(dǎo)致鋅液中鐵的溶解度降低,多余的鐵就會以鋅渣的形式析出,懸浮在鋅液中或沉入鋅鍋底部。為了控制鋅渣大量生成,必須保證鋅液溫度基本恒定,則工藝控制時勢必會加大鋅鍋加熱功率,然而當(dāng)鋅鍋加熱功率達(dá)到一定值時,鋅液攪拌劇烈會帶動鋅鍋內(nèi)的底渣上浮,形成鋅渣類缺陷粘附在帶鋼表面,造成產(chǎn)品降級或報(bào)廢。

圖4 鋅點(diǎn)凸起截面電鏡形貌

圖5 鋅點(diǎn)凸起截面異物能譜

圖6 鋅疤缺陷處電鏡形貌

圖7 鋅疤缺陷處電鏡形貌

圖8 疤狀缺陷處能譜

4 采取的工藝控制措施

4.1 鋅液溫度控制

實(shí)踐表明,鋅液溫度變化時,鐵在溶液中的溶解度變化較大,從表1中可以看出,鋅液溫度為600℃時,鐵的溶解度為0.463%, 591℃時為0.426%,若鋅液溫度從600℃降低到591℃,則會有0.043%的Fe-Al化合物形成了渣子。如果鋅液溫度升高到608℃, Fe的溶解度則達(dá)到0.5%,在600℃時已形成的渣子是不會再溶解的,而帶鋼表面的Fe原子則會大量溶入,必須濃度升高到0.5%時才能達(dá)到平衡。當(dāng)鋅液溫度再回到600℃時,則Fe的平衡濃度又降到0.463%,又會有0.037%的Fe以渣子的形式析出。如果再繼續(xù)降溫到591℃,則鐵的溶解度繼續(xù)下降,又有Fe以渣子的形式析出。這樣反復(fù)循環(huán)就造成了大量的鋅渣,過多的鋅渣容易粘在帶鋼表面或沉積在輥?zhàn)颖砻?產(chǎn)生鋅渣缺陷。鋅鍋溫度哪怕是極小的波動,也會造成鋅渣的大量產(chǎn)生,因此必須保證鋅液溫度的穩(wěn)定性,最好控制在±3℃或更小范圍,可以有效減少鋅渣的產(chǎn)生。

鋅液溫度控制的目標(biāo)值可根據(jù)不同的產(chǎn)線特點(diǎn)及產(chǎn)品情況適當(dāng)調(diào)整,一般控制在590℃～610℃之間。最關(guān)鍵的參數(shù)是鋅鍋內(nèi)不同區(qū)域鋅液溫度的均勻性控制,不同位置的溫差過大容易導(dǎo)致鋅渣在局部區(qū)域聚集。

表1 Fe在55%Al-Zn-Si溶液中的溶解度[3]

4.2 鋅鍋功率控制

梅鋼熱鍍鋁鋅機(jī)組的鋅鍋采用的是帶預(yù)熔鍋的無芯鋅鍋,其最大特點(diǎn)之一是鋅鍋內(nèi)的金屬液受電磁攪拌作用產(chǎn)生激烈的流動,運(yùn)動的程度可以用金屬熔液的拱起高度來表示。在鋅鍋內(nèi),只有渦流流過的金屬熔液才能受到磁場的作用力而加速流動,所以,只有在渦流集膚深度區(qū)域的熔液才會在交變磁場的作用下加速流動。鋅鍋設(shè)計(jì)采用了兩組線圈,纏繞方向相反,因此,鋅鋁合金熔液的上半部分和下半部分?jǐn)嚢柽\(yùn)動方向相反,使得鋅鍋內(nèi)的攪拌更加充分,合金熔液的成分更加均勻。

對于一定鋅鍋容量來說,鋅鍋的輸入功率越大,頻率越低,電動效應(yīng)越顯著。在實(shí)際生產(chǎn)中鋅鍋功率是調(diào)節(jié)鋅液溫度的最直接最快速的手段,如果鋅液溫度偏離控制目標(biāo)值,鋅鍋功率會根據(jù)溫度偏差情況自動調(diào)整,有時功率會達(dá)到1 200k W以上,此時鋅液攪拌非常劇烈,鋅鍋底渣會被攪起,部分黏在帶鋼表面造成質(zhì)量缺陷。因此,實(shí)際生產(chǎn)中鋅鍋功率控制必須要有限幅,一般控制在1 200k W以下,保證鋅鍋功率平穩(wěn)。

4.3 帶鋼入鋅鍋溫度控制

帶鋼的入鍋溫度必須控制在比鋅鍋溫度略低一些。如果帶鋼入鋅鍋溫度過高,容易引起帶鋼表面的鐵與鋅液中的鋁劇烈反應(yīng)生成較厚的合金層,影響鍍層的粘附性及韌性,嚴(yán)重的在加工過程中會導(dǎo)致脫鋅;同時帶鋼入鋅鍋溫度過高會加速鐵在鋅液中的溶解,過飽和的鐵會析出形成鋅渣。當(dāng)然,帶鋼入鋅鍋溫度也不宜過低,過低會使帶鋼附近的鋅液發(fā)生冷卻,鋅液溫度下降黏度增高,對帶鋼的浸潤性下降,不利于合金層的形成;同時,入鋅鍋溫度過低會導(dǎo)致鋅液溫度快速下降,為補(bǔ)充熱量一般會提高鋅鍋功率,這將直接導(dǎo)致鋅液攪動加劇,底渣大量翻起并粘到帶鋼表面。

將帶鋼入鋅鍋溫度控制在鋅液溫度以下“一定范圍”,使帶鋼與鋅液保持適當(dāng)?shù)臏囟炔?有利于合金層的形成,提高鍍鋅層的附著力;同時保證鋅鍋溫度及功率的小范圍波動,避免底渣卷起造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。因此,實(shí)際生產(chǎn)中一般將帶鋼入鍋溫度控制在鋅鍋溫度以下20℃左右,不同規(guī)格的帶鋼入鋅鍋溫度可適當(dāng)調(diào)整。

4.4 其他因素控制

除以上工藝參數(shù)控制外,鋅鍋區(qū)域帶鋼運(yùn)行速度也會影響產(chǎn)品表面質(zhì)量。帶鋼速度影響鋅液的流動場,也影響鋅渣在鋅鍋內(nèi)的運(yùn)動方向,帶鋼速度過快會攪動底渣大量翻起,粘附在帶鋼表面。同時,帶鋼速度決定退火時間和浸鍍時間,而兩者對鋅層的附著性有重要影響。例如,帶鋼速度過快,則退火時間縮短,就可能引起帶鋼溫度和表面氧化物還原程度不足,造成漏鍍;同樣,浸鍍時間過短也會引起鋅層附著力下降。然而,帶鋼速度過慢,延長了浸鋅時間會使合金層異常增厚,也會導(dǎo)致附著性下降。因此,改變帶鋼速度時,其他工藝參數(shù)也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,才能獲得好的產(chǎn)品質(zhì)量,同時還必須考慮降低帶鋼速度會降低小時產(chǎn)量的問題。

5 鋅鍋參數(shù)的控制效果

自從對鋅鍋工藝參數(shù)進(jìn)行控制,尤其是以控制鋅液溫度的波動為核心,保持鋅鍋的熱平衡狀態(tài)以來,帶鋼表面的鋅點(diǎn)突起及鋅疤類缺陷大幅減少,撈渣量也有所降低,同時也對產(chǎn)品的鍍層粘附性起了積極的作用。鋅鍋工藝參數(shù)控制的舉措不僅改善了產(chǎn)品表面質(zhì)量,同時也降低了生產(chǎn)成本,效果顯著。

6 結(jié)語

在連續(xù)熱鍍鋁鋅硅機(jī)組生產(chǎn)時,鋅鍋工藝參數(shù)控制要遵循一個原則,即在連續(xù)熱鍍過程中保持鋅鍋的熱平衡,保證鋅鍋小功率運(yùn)行且在一定范圍之內(nèi)。通過調(diào)整帶鋼入鋅鍋溫度、帶鋼運(yùn)行速度、鋅液面高度等,保證鋅液溫度波動在±3℃之間或更小

[1] 劉益民.寶鋼冷軋3號熱鍍鋅機(jī)組采用的高鋁鋅合金熱浸鍍生產(chǎn)技術(shù)簡介[J].寶鋼技術(shù), 2004(增刊):12-16,19.

[2] Willis DJ.Fluid Flow Modeling in a 55%Al-Zn pot[C].Margaret A.Baker.Galvatech'04. Chicago:AIST.2004:905-916.

[3] 許秀飛.鋼帶熱鍍鋅技術(shù)問答[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007:299-300.

Control of Zinc Pot Process Parameters on 55%Al-Zn-Si Hot Dip ping Line

CAO Bo-rui,ZHAO Nan
(The Technology Center of Meishan Iron&Steel Co.,Nanjing 210039,Jiangsu,China)

With the advancement of science and technology,architecture and household appliance indusuty have a rapid development.The use of 55%Al-Zn-Si hot-dip galvanized sheet is expanding dramatically in domestic market due to the higher demand of corrosion resistance,coating adaptability,formability and environmentally friendly.Zinc pot process parameters are very important to the surface quality of the products.The article focus on the bath temperature,the power of zinc pot and the temperature of the strip enterring the pot.

Al-Zn-Si hot-dip galvanizing;zinc pot process;control

TG174

:A

1001-5108(2015)05-0041-05

曹博蕊,碩士研究生,工程師,主要從事熱涂鍍相關(guān)的工藝研究。