熱鍍鋅爐鼻加濕裝置應(yīng)用及設(shè)備改造

盛群泉

（湖南華菱漣鋼薄板有限公司冷軋板廠，湖南婁底417009）

0 引言

熱鍍鋅板具有良好的耐蝕性、冷作加工成型和涂裝性能，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車、家電等行業(yè)。隨著生活質(zhì)量及審美標(biāo)準(zhǔn)的提升，人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、表面鍍層質(zhì)量的要求越來(lái)越高。冷軋板廠熱鍍鋅線以生產(chǎn)家電板為主，鋅鍋中鋅蒸氣進(jìn)入退火爐內(nèi)產(chǎn)生的鋅灰會(huì)影響鍍層產(chǎn)品的表面質(zhì)量和耐蝕性，甚至造成局部漏鍍、露鋼的缺陷。

1 鋅灰產(chǎn)生的原因及危害

1.1 產(chǎn)生原因

帶鋼連續(xù)熱鍍鋅，爐鼻插入鋅鍋中，鋅鍋中鋅液溫度達(dá)460℃，鋅液蒸發(fā)的鋅蒸氣進(jìn)入爐鼻后，由于退火爐的煙囪效應(yīng)，會(huì)沿著帶鋼運(yùn)行的相反方向，進(jìn)入退火爐的保溫段、噴氣冷卻段。鋅蒸氣與爐鼻中的水在高溫作用下發(fā)生置換反應(yīng)，與微量的氧發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氧化鋅顆粒。這些氧化鋅及純鋅顆粒在爐鼻內(nèi)壁和爐腔內(nèi)積聚，與爐內(nèi)雜質(zhì)等形成了鋅灰。鋅灰形成原理如圖1所示。

Zn+H2O=ZnO+H2

2Zn+O2=2ZnO

1.2 危害

（1）影響鍍鋅板表面質(zhì)量：鋅灰粘到帶鋼表面，產(chǎn)生不同形狀的鋅灰缺陷。

（2）影響生產(chǎn)設(shè)備使用：帶鋼帶入鋅鍋的鋅灰，粘附在沉沒(méi)輥輥面，會(huì)造成沉沒(méi)輥輥??；帶入滑動(dòng)軸承副中，會(huì)影響輥系轉(zhuǎn)動(dòng)、軸承副使用壽命。

（3）鋅灰掉落在帶鋼上，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成帶鋼漏鍍。

圖1 鋅灰形成示意圖

2 爐鼻加濕裝置

在靠近鋅液面的爐鼻內(nèi)噴吹加濕的保護(hù)氣體，由于高溫的作用，可以在鋅液面產(chǎn)生非常薄的ZnO薄膜，從面上抑制鋅液的進(jìn)一步蒸發(fā)，有效減輕揮發(fā)的鋅灰對(duì)爐內(nèi)的污染及其在爐內(nèi)、液面的積聚。

2.1 加濕保護(hù)氣體露點(diǎn)

在向爐鼻內(nèi)鋅液面噴吹加濕保護(hù)氣體時(shí)，露點(diǎn)控制要求高。當(dāng)露點(diǎn)高于-13℃時(shí)，因?yàn)樗难趸饔脮?huì)造成帶鋼漏鍍或脫鋅等缺陷；而當(dāng)露點(diǎn)低于-28℃時(shí)，其加濕效果不明顯。同時(shí)，充入的加濕保護(hù)氣體流量應(yīng)合理、穩(wěn)定，如波動(dòng)大，則會(huì)形成水流紋痕跡，影響帶鋼鍍層表面質(zhì)量。

2.2 加濕保護(hù)氣體成分及流量

為保證爐內(nèi)正壓力和還原帶鋼氧化表面，充入爐內(nèi)的氮?dú)浔Ｗo(hù)氣體量最大900 Nm3/h，N2、H2露點(diǎn)均約為-60℃。

加濕裝置設(shè)計(jì)充入加濕保護(hù)氣體最大流量為50 Nm3/h，露點(diǎn)-20℃。

2.3 加濕裝置設(shè)計(jì)原理

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而得的安托因（Antoine）方程進(jìn)行計(jì)算，如何得到50 Nm3/h、露點(diǎn)-20℃的保護(hù)氣體。露點(diǎn)40℃和露點(diǎn)-60℃氣體按一定比例混和，可得到適當(dāng)露點(diǎn)的加濕保護(hù)氣體。

2.4 加濕裝置結(jié)構(gòu)

根據(jù)爐鼻結(jié)構(gòu)和加濕氣體量要求，設(shè)計(jì)最大5 Nm3/h的N2充入40℃水溫的水箱進(jìn)行充分加濕達(dá)到露點(diǎn)40℃，和最大50 Nm3/h的保護(hù)氣體（N2+H2）進(jìn)行混和后得到所需露點(diǎn)的保護(hù)氣體充入爐鼻鋅液上部。

加濕裝置原理圖如圖2所示。

圖2 加濕裝置原理圖

加濕N2：由爐鼻處密封氮?dú)猓▔毫?0 kPa）管提供DN20接口，氮?dú)夤苤邪惭b流量計(jì)、流量控制調(diào)節(jié)閥、手動(dòng)球閥，充入加濕水箱底部，充分加濕。

加濕水箱：容量大于0.125 m3，底部安裝3 kW電加熱器、液位計(jì)、測(cè)溫電阻、氮?dú)膺M(jìn)出管。加濕氮?dú)鈮毫?0 kPa，加濕氮?dú)獬隹诠艿腊惭b有單向閥，只允許加濕氮?dú)饬鞒觥?/p>

保護(hù)氣體（N2+H2）：壓力7 kPa，由現(xiàn)爐鼻保護(hù)氣體配管上接供DN40接口。為精確調(diào)節(jié)流量，安裝有流量計(jì)、流量控制調(diào)節(jié)閥等。

水：從鋅鍋循環(huán)水配管處提供脫鹽水DN20接口，為保證安全，配管上安裝有兩個(gè)切斷閥，在低液位補(bǔ)水時(shí)，兩個(gè)切斷閥均是打開(kāi)狀態(tài)，一個(gè)保證水箱正常高液位時(shí)切斷，如果該切斷閥切斷失靈，另一個(gè)在超高液位時(shí)切斷，保證安全。

每小時(shí)充入4 m3的N2，在0.1 MPa，飽和水蒸氣含量為：

q=kq0=0.38×51.19≈19.45 g/m3

式中，q0為空氣在40 ℃時(shí)的含水量，q0=51.19 g/m3；k為0.1 MPa時(shí)修正系數(shù)，k=0.38。

Q=qVhr1/r2=19.45×4×24×28/29≈1 802.8 g

式中，r1、r2分別為氮?dú)夂涂諝獾姆肿恿?，r1=28，r2=29；h為時(shí)間，每天24 h。

高低液位設(shè)置一天給水箱補(bǔ)水1次、2次。

2.5 加濕爐鼻

爐鼻在現(xiàn)有爐鼻基礎(chǔ)上進(jìn)行改制，在爐鼻兩側(cè)開(kāi)窗，安裝一排與中心線傾斜成一定角度的噴嘴，噴嘴的噴射角度在鋅液面上方合適位置，使噴出的加濕氣體噴在鋅液面上方100 mm左右的位置。改進(jìn)后爐鼻結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 加濕用爐鼻

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的爐鼻加濕裝置投入生產(chǎn)線后，爐鼻及爐內(nèi)鋅灰明顯減少。熱張力輥、JCF換熱上的定期清理比過(guò)去減少一半，未再發(fā)生內(nèi)爐鼻鋅灰造成帶鋼漏鍍現(xiàn)象。

增大加濕氣體流量和提高加濕氣體溫度，有利于減少鋅灰，但過(guò)大的流量或溫度，又可能造成表面缺陷，因此應(yīng)根據(jù)檢測(cè)的爐鼻露點(diǎn)，調(diào)整氮?dú)夂捅Ｗo(hù)氣體的流量；穩(wěn)定的氮?dú)饬髁俊⒓訚袼渌疁丶八湟好?，?duì)加濕后的保護(hù)氣體露點(diǎn)影響較大，應(yīng)嚴(yán)格控制。

減少爐內(nèi)鋅灰，精確控制鋅液溫度、帶鋼入鍋溫度、爐鼻內(nèi)溫度是前提，減少帶鋼在鍋內(nèi)及爐鼻內(nèi)的振動(dòng)也十分有利于減少鋅灰掉落和保障鋅鍋液面保護(hù)膜的穩(wěn)定。

由于加濕爐鼻的使用，爐鼻鋅灰主要集中在鋅液面爐鼻內(nèi)腔四周，如用抽鋅灰泵及時(shí)排出鋅灰，將更有利于提高鍍層產(chǎn)品表面質(zhì)量，提升產(chǎn)品檔次。