冷軋熱鍍鋅線的工藝技術(shù)探討

康華偉

（山鋼集團日照有限公司科技質(zhì)量中心，山東日照276827）

專論綜述

冷軋熱鍍鋅線的工藝技術(shù)探討

康華偉

（山鋼集團日照有限公司科技質(zhì)量中心，山東日照276827）

介紹了當(dāng)前先進的冷軋帶鋼熱鍍鋅生產(chǎn)工藝，詳述了熱鍍鋅線的關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)特點及其對熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量的影響分析，對高端的冷軋熱鍍鋅帶鋼生產(chǎn)控制具有指導(dǎo)與借鑒意義。

冷軋帶鋼；熱鍍鋅；工藝；裝備

1　前言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，冷軋熱鍍鋅帶鋼憑借著耐腐蝕性強、力學(xué)性能好、表面質(zhì)量優(yōu)、尺寸精度高、生產(chǎn)成本較低等諸多優(yōu)點，在建筑、汽車、家電等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。尤其是近年來熱鍍鋅在技術(shù)和裝備上都取得了較大發(fā)展，生產(chǎn)成本和質(zhì)量上的優(yōu)越性，使其需求越來越大，同時對熱鍍鋅的工藝水平也提出了更高的要求。

冷軋熱鍍鋅工藝主要包括美鋼聯(lián)法、（改良）森吉米爾法、賽拉斯法及薩倫法。其中塞拉斯法和薩倫法由于工藝復(fù)雜以及對設(shè)備腐蝕嚴重而較少使用；（改良）森吉米爾法是通過氧化爐中燃氣加熱帶鋼去除表面殘油等，但對帶鋼表面質(zhì)量影響較大；美鋼聯(lián)法則是采用脫脂清洗取代了森吉米爾法中的氧化爐，可獲得高表面質(zhì)量的鍍鋅帶鋼，是目前應(yīng)用最廣泛的鍍鋅工藝。因此，本研究重點討論美鋼聯(lián)法熱鍍鋅工藝。

2　主要工藝流程

連續(xù)熱鍍鋅機組工藝包括鍍前處理（脫脂和退火熱處理）、熱鍍鋅、精整和表面處理4個主要工序。冷軋后的帶鋼通過脫脂清洗去除表面殘油、殘鐵等，經(jīng)過再結(jié)晶退火，進入約460℃的鋅鍋熱鍍（或再合金化處理），再經(jīng)過平整拉矯進行矯正，之后進行鈍化或耐指紋、涂油等表面處理。主要工藝流程為：開卷→焊接→脫脂清洗→退火爐（預(yù)熱→加熱→均熱→冷卻→均衡）→熱浸鍍鋅→（合金化爐）→鍍后冷卻→光整→拉矯→表面處理（鈍化/耐指紋）→切邊→在線質(zhì)量檢測→涂油→卷取。其流程示意圖如圖1所示。

圖1　連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線流程示意圖

3　工藝技術(shù)特點

3.1入口段

1）開卷機。一般設(shè)置雙開卷設(shè)備，縮短入口停機時間，確保全線連續(xù)生產(chǎn)。

2）焊機。采用激光焊機或全自動窄搭接焊機，適應(yīng)高強鋼與軟鋼的生產(chǎn)要求，可自動設(shè)定焊接參數(shù)，帶有焊縫質(zhì)量自動監(jiān)視系統(tǒng)，配套有沖孔與切月牙裝置。

3）入口活套。最大活套量一般＞450 m，以滿足上卷與焊接期間全線的連續(xù)生產(chǎn)。

4）脫脂清洗。采用多級強化清洗工藝，包括堿噴淋、堿刷洗、電解清洗、熱水刷洗、熱水漂洗及熱風(fēng)干燥，清洗強度大且效果好，有效去除油污和鐵屑，利于提高鍍層附著力。在堿洗、電解循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置高效磁過濾器及堿液濃度自動控制，降低堿液中雜質(zhì)含量。

3.2退火爐

1）預(yù)熱段。從加熱及均熱段的煙氣中回收熱量，通過噴吹保護氣氛可將帶鋼加熱到130～160℃，主要作用，一是在加熱至此溫度區(qū)間，帶鋼在停止?fàn)顟B(tài)下也不會氧化腐蝕，二是通過預(yù)熱段可以使加熱爐節(jié)省約10%的能源。

2）加熱段與均熱段。加熱段的主要作用是把帶鋼表面的氧化鐵皮還原為適合熱鍍鋅的活性海綿狀純鐵層，并加熱帶鋼完成再結(jié)晶退火；均熱段的作用是將帶鋼保持在規(guī)定的退火溫度一段時間，保證帶鋼再結(jié)晶退火完全。通常采用W型或雙P型輻射管間接加熱，可使帶鋼表面保持清潔，且加熱能力大、溫度控制精度高，可降低輻射管表面溫差。加熱的控制方式有空氣/燃氣比例調(diào)節(jié)和ON/ OFF燒嘴的脈沖式兩種，目前一般都使用ON/OFF燒嘴的脈沖式燃燒控制系統(tǒng)，具有調(diào)節(jié)靈活、精度高、管路布局簡單等優(yōu)點［1］；加熱段與均熱段“共處一室”，其交接處有一部分道次可共用，有利于溫度調(diào)節(jié)控制且縮短了爐長；輻射管設(shè)計溫度可達980℃，退火爐操作溫度可達920℃，可滿足超深沖鋼與超高強鋼的生產(chǎn)要求。目前有一種“帶鋼預(yù)氧化”新技術(shù)，即在退火爐加熱初期，對帶鋼表面進行預(yù)先氧化形成非常薄的氧化膜，并在隨后的再加熱還原氣氛中使之還原，從而改變帶鋼表面的反應(yīng)過程，有利于提高熱鍍鋅附著性。

3）緩冷段。目的是將帶鋼冷卻到Ar3以下溫度，進入下一步冷卻前去除奧氏體化，一般冷卻速度不能高于30℃/s。

4）快冷段。退火工序中最關(guān)鍵的工藝段，其冷速的大小直接決定帶鋼強度級別。目前已開發(fā)使用的冷卻方法有：氣體噴射冷卻（GJC）、高速氣體噴射冷卻（HGJC）、水冷卻（WQ）、輥式冷卻（RC）、氣-水冷卻（ACC）、熱水冷卻（HOWAC）、高速氫氣噴射冷卻（H2-HGJC）、水冷+輥冷（WQ+RC）、輥冷+氣體噴射冷卻（RC+GJC）等。其中高速氣體（H2）噴射冷卻是對高速氣體噴射冷卻技術(shù)的又一發(fā)展，該冷卻技術(shù)就是利用H2的高導(dǎo)熱性來提高帶鋼的冷卻速度，H2的導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的1.58倍。H2-HGJC冷卻中H2含量從HGJC的5%提高到50%，帶鋼的冷卻速度提高一倍，可達30～160℃/s。由于該冷卻方式屬于干式冷卻，具備干式冷卻的一切優(yōu)點，且因含氫量的增加，帶鋼表面更加潔凈，既保證了帶鋼的表面質(zhì)量、板形和良好的操作穩(wěn)定性，又具有較高的冷卻速度，生產(chǎn)軟鋼的同時生產(chǎn)高強鋼［1］。一般快冷后將帶鋼冷卻低至440～470℃，以滿足約460℃的熱鍍鋅溫度；而生產(chǎn)DP高強鋼時要求快冷至300℃以下，后續(xù)再通過均衡段加熱至鍍鋅溫度。

5）均衡段。均衡段的設(shè)置主要是3個方面［2］：一是為了保證出快冷段后厚規(guī)格帶鋼橫向溫度均勻；二是對薄規(guī)格產(chǎn)品進行補充加熱以保障其入鋅鍋溫度（或DP高強鋼的補熱）；三是生產(chǎn)熱鍍鋁鋅硅產(chǎn)品時，如不設(shè)均衡段，爐鼻內(nèi)鋅灰被快冷段風(fēng)機擾動，吸入爐膛內(nèi)落至鋼板表面，引起漏鍍。均衡段出口溫度一般在460℃左右再進入鍍鋅段，以保持鋅液溫度的不變。

6）熱張緊輥。位于退火爐出口與鍍鋅段入口之間，用于對帶鋼張力的調(diào)節(jié)。因為退火爐內(nèi)溫度高，以防止帶鋼變形和斷帶，一般要求＜10 kN的小張力；而在鍍鋅及之后的冷卻段，為防止帶鋼抖動保證鍍層厚度的精確和均勻，一般要求＞20 kN的大張力。

3.3熱鍍鋅

1）爐鼻子。爐鼻子是連接退火爐與鍍鋅區(qū)域的通道。由于鋅液以及鋅渣的污染作用，往往會使帶鋼表面產(chǎn)生缺陷，所以爐鼻子區(qū)域的控制對帶鋼質(zhì)量有重要影響。主要控制技術(shù)有內(nèi)設(shè)置密封擋板、可伸縮和擺動技術(shù)、爐內(nèi)氣氛控制。其中爐鼻子內(nèi)的氣氛控制尤為重要，露點高會造成帶鋼氧化，露點低則鋅液會蒸發(fā)，冷凝后會粘附在爐鼻子內(nèi)或滴落在帶鋼表面，影響帶鋼質(zhì)量［3］。

2）鋅鍋。為防止鋅渣對鍍層影響，一般采用加大加深的熔溝式感應(yīng)加熱陶瓷鋅鍋，鋅鍋帶有鋅液溫度控制和鋅鍋液面探測系統(tǒng)，可根據(jù)液位信號向鋅鍋自動喂入鋅錠，并采用在線鋁含量分析儀，監(jiān)測鋅液成分變化。鋅花種類分無鋅花、小鋅花和普通鋅花等。鋅鍋內(nèi)沉沒輥噴鍍WC并設(shè)刮刀，以滿足高速下生產(chǎn)均勻、高質(zhì)量鍍層的要求。影響鍍鋅層的主要因素是溫度、浸鋅時間和鋁含量，如果溫度超過500℃或浸鋅時間過長，鍍鋅層就會增厚且顯得比較脆；如果加入過多的鋁，會導(dǎo)致熱鍍鋅板合金層減薄和純鋅層加厚，且會產(chǎn)生更多的鋅渣［4］。

3）鋅層吹掃系統(tǒng)?？刂棋儗雍穸炔捎谩皻獾斗ā?，即在鋅鍋出口采用可控的噴嘴沿一定角度向帶鋼噴吹壓縮空氣（采用高純氮氣更佳），以除去多余的鋅液，調(diào)節(jié)帶鋼表面的熔鋅厚度［5］。鍍鋅層重量一般雙面為60～450 g/m2，并配置冷態(tài)鋅層測厚儀，與氣刀形成鍍層厚度閉環(huán)自動控制，在線及時調(diào)整氣刀參數(shù)，采用電磁穩(wěn)定系統(tǒng)降低帶鋼的擺動幅度，獲得均勻鍍層厚度。

4）合金化爐。對于鍍鋅鐵合金（GA）產(chǎn)品必須進行合金化處理，對于鍍純鋅（GI）產(chǎn)品則不需要合金化爐。生產(chǎn)GA產(chǎn)品時，為使原板表面形成一層鋅鐵合金，使它具有良好的延伸性，鍍鋅后的鋼板應(yīng)通過鍍層退火爐再加熱，加熱溫度約為550℃。合金化爐已由過去的煤氣加熱改為中頻感應(yīng)加熱，其加熱速度快而且溫度容易調(diào)節(jié)，采用高頻加熱更佳，它具有溫度均勻、帶鋼振動小、感應(yīng)圈短和熱效率高等優(yōu)點。通常合金化爐分為感應(yīng)加熱段、電阻保溫段及噴霧冷卻段［5］。

5）鍍后冷卻。包括鋅鍋后冷卻（使表面鋅固化不粘附頂輥）、終冷段（冷卻至150℃以下）、水淬（冷卻至40℃左右）及后干燥冷卻。在鍍層區(qū)，帶鋼出鋅鍋到冷卻塔頂?shù)母叨纫话氵_40 m以上，對于有合金化爐的機組，甚至高達70 m［3］。

3.4精整段

1）中間活套。最大活套量一般＞45 m，以保證光整機換輥時工藝段的連續(xù)穩(wěn)定運行。一般在此區(qū)域安裝鋅層測厚儀，對冷態(tài)下的鍍鋅厚度進行測量與反饋。

2）光整機。通過小壓下率（＜3%）改善鍍后帶鋼的機械性能和板型，通過毛化軋輥改變帶鋼表面狀態(tài)，提高帶鋼表面的均勻性。一般采用四輥雙輥系配置，并且配有工作輥正負彎輥、快速換輥、濕平整和高壓水清潔系統(tǒng)。通常準(zhǔn)備2套不同輥徑的工作輥，小輥徑用于平整高強鋼，大輥徑用于平整深沖鋼。

3）拉矯機。用于改善鍍后帶鋼的板形。一般采用兩彎一矯或兩彎兩輥的六重式拉矯機，分為干或濕拉矯模式。主要是通過大張力（＞200 kN）和小延伸率（＜2%）的控制模式。

4）表面處理。通過雙頭2輥或3輥式輥涂機（可移動式）對帶鋼表面涂鍍鉻（Cr3+）鈍化液或耐指紋液進行鈍化處理，以提高鍍鋅鋼板的防腐性能。一般單面鉻鈍化量為10～50 mg/m2，最高處理溫度為80℃；耐指紋劑量單面為500～2 000 mg/m2，最高處理溫度為110℃。

3.5出口段

1）出口活套。最大活套量一般＞450 m，以保證出口段降速分卷時工藝段的連續(xù)穩(wěn)定運行。

2）圓盤剪。主要通過調(diào)節(jié)重疊量和側(cè)間隙兩個因子參數(shù)，對鍍鋅成品帶鋼的寬度進行切邊精度控制。采用轉(zhuǎn)塔式雙頭圓盤剪，切邊精度高且可實現(xiàn)刀頭的快速更換，并配套碎邊剪或廢邊卷取機等設(shè)備。

3）涂油機。對帶鋼單面或雙面進行高壓靜電涂油，提高成品鋼卷的防銹能力，一般單面涂油量為200～3 000 mg/m2，對于高端汽車用帶鋼，要求對帶鋼表面的油膜厚度進行監(jiān)測。

4）在線自動檢查儀器。主要有自動表面缺陷檢查裝置、機械性能檢測裝置和粗糙度檢測裝置等自動質(zhì)檢設(shè)備，以及成品帶鋼的測寬測厚儀等，對通條帶鋼的連續(xù)性質(zhì)量進行監(jiān)控。

5）卷取機。一般設(shè)置雙卷取設(shè)備，縮短出口停機時間，確保全線連續(xù)生產(chǎn)。為保證鋼卷內(nèi)芯質(zhì)量，卷筒上均設(shè)有橡膠套筒。

6）對于高端汽車板或家電板，在退火爐后設(shè)置機組封閉及必要的防蚊設(shè)施，從而保證周邊環(huán)境潔凈度。

4　結(jié)語

隨著我國冶金技術(shù)和裝備制造水平的不斷進步，由國內(nèi)自主研發(fā)設(shè)計的一些創(chuàng)新型有特色的退火爐與熱鍍鋅技術(shù)裝備不斷取得進步，有力促進了行業(yè)技術(shù)進步和國民經(jīng)濟發(fā)展。通過對先進的熱鍍鋅工藝技術(shù)進行研究與探討，希望能更好地促進國內(nèi)連續(xù)熱鍍鋅的發(fā)展，提高冷軋熱鍍鋅帶鋼的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

［1］王俊剛，張廣盛.立式退火爐核心工藝技術(shù)介紹及分析［J］.工業(yè)爐，2013（1）：26-28.

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［5］吳光治.帶鋼連續(xù)熱鍍鋅及其退火爐的技術(shù)進步［J］.國外金屬熱處理，2005（5）：1-4.

Abstrraacctt：The current advanced cold rolling strip hot dip galvanizing production process was mainly introduced.The galvanizing line of key equipment and technology characteristics was detailed and the influence on the quality of hot dip galvanized products was analyzed.It has guidance and reference significance for production control of high-end cold rolling hot galvanized strip.

Key worrddss：cold rolled strip；hot dip galvanizing；process；equipment

Discussion on the Technology for Cold Rolled Hot Dip Galvanizing Line

KANG Huawei
（The Quality Center of Science and Technology of Rizhao Company of Shandong Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Rizhao 276827，China）

TG335.22

A

1004-4620（2016）03-0008-03

2016-01-29

康華偉，男，1984年生，2007年畢業(yè)于江西理工大學(xué)金屬材料工程專業(yè)。現(xiàn)為山鋼集團日照有限公司科技質(zhì)量中心工程師，從事冷軋汽車和家電用鋼的技術(shù)研發(fā)工作。