連續(xù)熱基鍍鋅產(chǎn)品厚邊問(wèn)題的分析與解決

程 霖，王 單，張妹英

（河鋼集團(tuán)邯鋼冷軋廠新酸鍍車(chē)間，河北 石家莊 050000）

連續(xù)熱鍍鋅是一種經(jīng)濟(jì)有效的金屬防腐措施，熱基鍍鋅帶鋼產(chǎn)品以其良好的防腐性能、表面質(zhì)量以及可加工性能在機(jī)械制造、家電面板等領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。在熱基連續(xù)熱鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)中，表面鍍層厚度的均勻性是衡量熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)，但是由于生產(chǎn)工藝和操作等方面的原因，熱鍍鋅產(chǎn)品有時(shí)會(huì)出現(xiàn)鍍層厚度不均勻的情況，主要表現(xiàn)為邊厚缺陷。邊厚是厚規(guī)格熱鍍鋅產(chǎn)品常見(jiàn)的缺陷問(wèn)題之一，存在厚邊缺陷的產(chǎn)品，其邊部鍍層厚度要明顯大于中間部位，鍍層表面呈現(xiàn)出中間低兩側(cè)高的不規(guī)則形態(tài)，嚴(yán)重影響鍍層的均勻性，對(duì)于產(chǎn)品后續(xù)的卷曲、光整等加工環(huán)節(jié)也有著很大的影響。本文結(jié)合邯鋼熱基鍍鋅生產(chǎn)實(shí)際，分析了鍍鋅產(chǎn)品邊厚問(wèn)題的原因，并提出了相關(guān)的解決措施。

1 連續(xù)熱基鍍鋅產(chǎn)品鍍層厚度的控制原理

1.1 連續(xù)熱基熱鍍鋅機(jī)組簡(jiǎn)介

邯鋼2#連續(xù)熱基熱鍍鋅生產(chǎn)線于2014年12月份建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模35萬(wàn)噸。機(jī)組以熱軋酸洗帶鋼為生產(chǎn)原料，采用改良森吉米爾法，主要生產(chǎn)市場(chǎng)上需求的0.8～4.0×1000～1500mm規(guī)格的熱基鍍鋅板。本機(jī)組主要以熱軋帶鋼為基板，經(jīng)過(guò)酸洗后由吊車(chē)將鋼卷吊至機(jī)組入口步進(jìn)梁上，進(jìn)入鍍鋅工段。機(jī)組工藝流程主要包括:開(kāi)卷→矯直→窄搭接焊接→入口活套→退火→鍍鋅→冷卻→矯直→鈍化處理→剪切→卷曲入庫(kù)。

1.2 鋅層厚度的控制原理

目前對(duì)于鍍鋅層厚度的控制主要采用氣刀噴吹法，由氣刀控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方法具有控制精度高、鋅耗低、生產(chǎn)連續(xù)性好的特點(diǎn)。本機(jī)組氣刀系統(tǒng)采用FOEN氣刀設(shè)備，主要由氣刀控制系統(tǒng)、提升機(jī)構(gòu)、定位測(cè)量裝置和壓力空氣供給系統(tǒng)等幾部分組成，通過(guò)閉環(huán)控制系統(tǒng)控制氣刀裝置各機(jī)構(gòu)運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)加熱爐升溫后的帶鋼進(jìn)入到鋅鍋內(nèi)，與熔融狀態(tài)下的鋅液相接觸，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，逐漸在帶鋼表面形成致密的鋅鐵合金，從而完成對(duì)帶鋼的鍍鋅。對(duì)于鋅層厚度的控制則是在帶鋼剛出鋅鍋，表層鋅液還未完全凝固，尚處在半流體狀態(tài)時(shí)，此時(shí)帶鋼表面鋅液層具有一定的可塑性。氣刀調(diào)厚裝置正是利用了鋅液的這一特性，采用形狀準(zhǔn)確的氣縫，朝向鍍鋅帶鋼噴射出一定壓力的空氣流，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體壓力來(lái)控制鋅層厚度。在氣刀噴吹的過(guò)程中，氣刀高度、運(yùn)行速度、空氣壓力、刀唇與帶鋼間距是影響鋅層厚度調(diào)節(jié)的幾個(gè)關(guān)鍵性因素。生產(chǎn)時(shí)可根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格和鋅層厚度要求，在氣刀控制系統(tǒng)內(nèi)建立模糊控制模型，對(duì)上述幾個(gè)變量進(jìn)行自動(dòng)化精確調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋅層厚度的高精度控制。

2 鍍鋅層邊厚原因的分析

邊厚缺陷是指帶鋼鍍鋅層邊部大于中部的情況，其特點(diǎn)是粗大凝固組織形成的粗糙表面。根據(jù)產(chǎn)生時(shí)生產(chǎn)線速度可分為高速后邊和低速后邊兩種情況。根據(jù)氣刀控制原理，邊厚的原因可分為以下。

2.1 氣刀間隙設(shè)置不當(dāng)

氣刀刮鋅主要是利用了流體沖擊技術(shù)，由噴吹氣流沖擊帶鋼表面，并在其表面形成高壓區(qū)域，從而將帶鋼表面的多余的鋅液刮掉。氣流沖擊量的大小決定了被吹刮的鋅量，而氣流沖擊量則主要與噴吹氣流壓力和氣刀縫隙有關(guān)。刀形氣流噴吹模型試驗(yàn)證明，寬向氣流壓力呈拋物線狀由中部向邊部遞減。因此，在氣流壓力一定的情況下，如果氣刀縫隙設(shè)置完全均等，則帶鋼中部氣流沖擊量是要大于兩邊的，由此也造成了中部刮鋅量較大而兩邊刮鋅量較小的情況。由氣刀縫隙設(shè)置不當(dāng)造成的壓力分布和寬向氣流沖擊量不均是邊部鋅層增厚的主要原因。

2.2 刀形氣流噴吹角度原因

氣刀刀唇長(zhǎng)度要遠(yuǎn)長(zhǎng)于帶鋼橫向?qū)挾?，所以氣流寬度也總是超出帶鋼邊緣。如果兩?cè)氣刀角度設(shè)置完全一致的話，兩股噴吹氣流則會(huì)角度吻合而相互撞擊，使氣流流向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，強(qiáng)度降低；并在帶鋼邊緣部位形成渦流狀氣流，從而降低了氣流對(duì)于帶鋼邊部鋅層沖擊力，使得邊部刮鋅不徹底。由此也減弱了邊部氣流的刮鋅能力，使帶鋼邊部出現(xiàn)厚度增加和粘黏鋅粒等缺陷問(wèn)題。

2.3 帶鋼散熱不均和本身的質(zhì)量問(wèn)題

根據(jù)鋅層厚度控制的原理可知，鍍鋅層的半流體可塑性是氣刀噴吹法使用的前提。由于帶鋼本身熱量較低，而且邊部更易于散熱，在氣刀氣流的強(qiáng)力冷卻作用下，導(dǎo)致帶鋼邊部溫度低于中部，鋅液粘性增強(qiáng)。此時(shí)，氣刀噴吹氣流的冷卻作用要大于刮鋅作用，邊部鋅液會(huì)較快的出現(xiàn)冷卻凝固，從而形成邊厚。還有一種邊厚情況是由于帶鋼本身的質(zhì)量缺陷所致，由于帶鋼表面不平整，致使氣流無(wú)法對(duì)帶鋼表面形成均勻的噴吹作用，氣流壓力無(wú)法在帶鋼表面均勻分布，因而造成鋅層厚度的不一致。對(duì)于該原因造成的邊厚問(wèn)題則應(yīng)從提高帶鋼軋制質(zhì)量，減少表面缺陷入手。

3 連續(xù)熱基鍍鋅產(chǎn)品厚邊問(wèn)題的解決措施

3.1 氣刀唇縫的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于寬向氣流壓力由中部向邊部的遞減效應(yīng)，因此完全規(guī)則的氣刀刀唇間隙是難以適應(yīng)生產(chǎn)需要的，常常會(huì)出現(xiàn)中間與兩邊厚度不均勻的情況。這就需要對(duì)刀唇間隙進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)不均勻的唇縫設(shè)計(jì)，來(lái)優(yōu)化噴吹氣流的分布，使氣流沖擊力能夠均勻的作用于帶鋼表面?；谝陨显?，各鋼鐵企業(yè)普遍都采用了中部窄縫隙，邊部寬縫隙不均等刀鋒縫氣刀，從而使氣流壓力呈現(xiàn)出由中部向兩邊遞增分布形態(tài)，使氣刀寬度方向上的氣流沖量趨于均勻。生產(chǎn)實(shí)踐也證明了刀唇縫隙調(diào)整的重要性，只有以合適縫隙噴吹時(shí)，才能得到寬向相等的刮鋅量，以解決因此而產(chǎn)生的邊厚問(wèn)題。刀唇縫隙的設(shè)計(jì)并非越寬越好，吹氣量和氣流沖擊力過(guò)大的話，則容易造成鋅液的飛濺，增加堵塞噴嘴的可能性。因此氣刀唇縫曲線的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)在保證刮鋅量需要和鋅層厚度的前提下，盡可能地縮小刀唇縫隙，合理設(shè)置氣刀與帶鋼之間的距離，找到兩者之間設(shè)計(jì)的最優(yōu)方式，以噴吹出均勻而精確的氣流來(lái)平穩(wěn)刮鋅。

實(shí)際生產(chǎn)中，刀唇曲線形狀是與設(shè)備和生產(chǎn)工藝的具體情況相適應(yīng)的，我們根據(jù)帶鋼規(guī)格和鋅層厚度要求，設(shè)計(jì)了通用的曲線模型，滿足了不同規(guī)格帶鋼鍍鋅產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。而實(shí)用的最佳縫隙值還要視具體情況而調(diào)整，這需要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累才能獲得。

3.2 精確定位氣刀邊部擋板位置

設(shè)置氣刀邊部擋板是強(qiáng)化邊部氣流分布，進(jìn)一步降低邊部增厚程度的有效措施，生產(chǎn)中需要對(duì)擋板位置優(yōu)化調(diào)整，才能達(dá)到最為理想的控制效果。擋板與運(yùn)行帶鋼邊部的距離量越小越有利于邊部氣流控制，但同時(shí)也應(yīng)避免擋板與帶鋼邊部的摩擦和撞擊。通過(guò)不斷的生產(chǎn)摸索，我們將擋板定位于距離帶鋼邊部2mm處，通過(guò)信號(hào)控制氣缸保持對(duì)距離的精確控制，防止撞擊和摩擦；同時(shí)要求底部圓弧角起始位置與刀唇縫隙保持平齊，兩者始終處于同一平面內(nèi)，達(dá)到了較為理想的邊部氣流強(qiáng)化效果。

3.3 噴吹角度的調(diào)整

合理調(diào)整噴吹角度主要是為了避免兩股氣流撞擊在一起，相互抵消氣流的沖擊力。因此最為理想的設(shè)計(jì)方式是使兩股氣流錯(cuò)開(kāi)一定的角度，使上、下氣刀噴吹角度有一個(gè)差值，從而避免兩股氣流沖量的相互抵消，保證氣流良好的沖擊力效果。此外，在生產(chǎn)厚規(guī)格鍍層產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)盡量采用負(fù)角度，減弱氣流噴吹的冷卻效果。

3.4 優(yōu)化帶鋼溫度

帶鋼溫度過(guò)低的話，進(jìn)入鋅鍋后會(huì)帶低鋅液的溫度，不利于對(duì)鋅層的噴吹調(diào)整。經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的積累，我們將帶鋼入鋅鍋的溫度設(shè)定在470℃左右，略高于鋅鍋溫度。如此，既保證了鋅液良好的流動(dòng)性，也使得其具有較好的黏附性，從而保證產(chǎn)品鍍層的均勻性，也利于降低能耗。