鍍鋅爐運(yùn)行特征對(duì)連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)的影響

王錦波

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800）

鍍鋅材料根據(jù)其生產(chǎn)工藝可分為電鍍鋅和熱鍍鋅兩種，其中熱鍍鋅又可分為連續(xù)鍍鋅和分單張鍍鋅。兩種不同熱鍍鋅生產(chǎn)工藝相比，后者較為落后，且在生產(chǎn)的過程中存在成本高、產(chǎn)量低、質(zhì)量差以及污染環(huán)境等問題。而連續(xù)鍍鋅具備生產(chǎn)成本低、操作簡單、具備陽極保護(hù)作用等優(yōu)勢(shì)，且外表十分美觀。

因此，連續(xù)熱鍍鋅是鍍鋅材料中最受歡迎的工藝手段[1]。當(dāng)前連續(xù)熱鍍鋅材料被廣泛應(yīng)用于建筑施工行業(yè)中，少量應(yīng)用于汽車生產(chǎn)領(lǐng)域。同時(shí)，由于連續(xù)熱鍍鋅材料的生產(chǎn)工藝所處環(huán)境較為復(fù)雜和惡劣，因此為了更好的保證材料的防腐蝕性，通常采用鍍鋅爐作為連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)的主要場(chǎng)所。鍍鋅爐是鐵鍋法鍍鋅爐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改進(jìn)，可以有效解決傳統(tǒng)鍍鋅工藝中加熱火焰不穩(wěn)定、磚砌保溫層不易維護(hù)等問題，為工藝生產(chǎn)提供更加穩(wěn)定的火焰。鍍鋅爐的爐體內(nèi)部和外部分別安裝了火道結(jié)構(gòu)，整個(gè)爐體的外側(cè)由鋼板進(jìn)行防護(hù)。作為影響連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)質(zhì)量的重要設(shè)備，對(duì)鍍鋅爐的運(yùn)行特征進(jìn)行研究，并以此為基礎(chǔ)對(duì)其在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)的影響進(jìn)行深入分析，具有十分重要的研究價(jià)值。

1 鍍鋅爐運(yùn)行特征對(duì)連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)影響研究

鍍鋅爐與傳統(tǒng)工頻爐在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)運(yùn)行方式、生產(chǎn)工況等環(huán)節(jié)上都存在較大的差異，同時(shí)連續(xù)熱鍍鋅在生產(chǎn)車間階段存在間歇性、生產(chǎn)時(shí)期連續(xù)性特點(diǎn)，對(duì)連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)造成鋅槽局部受熱溫差大、感應(yīng)裝置停止運(yùn)行以及耐火混凝土熱脹冷縮等不利的影響。對(duì)此，針對(duì)上述三個(gè)問題進(jìn)行深入的分析研究。

1.1 鋅槽局部受熱溫差大導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量不均

由于鍍鋅生產(chǎn)廠在生產(chǎn)過程中連續(xù)熱鍍鋅的規(guī)格通常是不統(tǒng)一的，因此連續(xù)熱鍍鋅在作業(yè)時(shí)要想實(shí)現(xiàn)流水線的均衡生產(chǎn)較為困難。在設(shè)計(jì)鍍鋅爐時(shí)，鍍鋅生產(chǎn)廠通常會(huì)考慮到生產(chǎn)工藝應(yīng)當(dāng)具備的熱能裕度，但在實(shí)際投入鍍材時(shí)，鍍鋅爐的鋅槽局部瞬間受熱，造成鍍鋅爐內(nèi)出現(xiàn)溫差較大的情況無法避免[2]。在生產(chǎn)過程中，鍍鋅爐內(nèi)的鋅液是均勻分布的，但由于鍍鋅爐鋅槽局部出現(xiàn)受熱溫差大的情況將造成鋅槽結(jié)構(gòu)內(nèi)部的耐火磚內(nèi)襯受到嚴(yán)重的損害。同時(shí)，在完成生產(chǎn)后，進(jìn)入撈渣環(huán)節(jié)時(shí)，一次性向鍍鋅爐中添加450kg～1600kg的大量鋅塊，也會(huì)進(jìn)一步造成鍍鋅爐鋅槽結(jié)構(gòu)內(nèi)局部受熱溫差大的現(xiàn)象發(fā)生。長時(shí)間處于這樣的爐內(nèi)環(huán)境中，會(huì)造成處于熔融狀態(tài)的鋅液大量滲入到耐火材料當(dāng)中，進(jìn)一步增加耐火材料與鋅液之間的化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)在熱循環(huán)的過程中，耐火材料還會(huì)在鍍鋅爐中產(chǎn)生應(yīng)力，隨著應(yīng)力的增加，鍍鋅爐會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，最終影響連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)質(zhì)量及效果。

1.2 鍍鋅爐清潔度差易產(chǎn)生爆炸迫使感應(yīng)裝置停止運(yùn)行

影響鍍鋅爐清潔度的主要因素包括：弱氧化揮發(fā)區(qū)域溫度、帶鋼停留時(shí)間、過渡區(qū)域范圍等。弱氧化揮發(fā)區(qū)域溫度越高、帶鋼停留時(shí)間越短、過渡區(qū)域范圍越大，則鍍鋅爐的清潔度越高，反之鍍鋅爐的清潔度越差。連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)工藝在向鍍鋅爐中投入鍍鋅材料前，首先需要將其投放在氯化銨（NH4Cl）助鍍液中進(jìn)行浸沾。若在這一過程中，氯化銨助鍍液處于未完全干燥的狀態(tài)，含有大量水分，則浸沾過程中鍍件會(huì)與其發(fā)生劇烈的反應(yīng)，產(chǎn)生炸裂，大量的水分還會(huì)發(fā)生更加嚴(yán)重的爆炸現(xiàn)象。同時(shí)，在爆炸的過程中，鋅液還會(huì)隨著爆炸四濺到各個(gè)地方，而由爆炸所引發(fā)的強(qiáng)烈熱浪將會(huì)對(duì)鍍鋅爐的鋅槽內(nèi)壁造成嚴(yán)重沖擊，并逐漸向鋅槽內(nèi)部深入擴(kuò)散[3]。爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊力和振動(dòng)還會(huì)傳遞到連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)的感應(yīng)裝置的熔溝結(jié)構(gòu)當(dāng)中。感應(yīng)裝置的耐火混凝土材料無法承受這樣的應(yīng)力作用，將會(huì)產(chǎn)生較多的裂紋，隨著生產(chǎn)時(shí)間的不斷增加，裂紋還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，直到鍍鋅爐中的鋅液從裂紋中溢出，導(dǎo)致熔溝漏鋅現(xiàn)象發(fā)生，感應(yīng)裝置被迫停止運(yùn)行。同時(shí)，退火爐中的帶鋼表面殘油脂類和氧化物若不進(jìn)行及時(shí)的處理，當(dāng)殘留物總量超過連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)允許范圍時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)鋅花變少，鋅花均勻性差等質(zhì)量問題，甚至造成鍍層表面出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致鋅層脫落，最終影響整個(gè)連續(xù)熱鍍鋅的生產(chǎn)工藝順利進(jìn)行。

由于鍍鋅爐清潔度差，生產(chǎn)原料表面的殘留固體顆粒部分會(huì)粘到鍍鋅爐的爐輥結(jié)構(gòu)上，另一部分又會(huì)落入到鍍鋅爐中。粘到鍍鋅爐中爐輥結(jié)構(gòu)上的固體顆粒不斷堆積將會(huì)造成爐輥結(jié)瘤，而結(jié)瘤的爐輥又會(huì)進(jìn)一步造成帶鋼表面形成壓印。其中較輕的壓印在后續(xù)加工時(shí)不會(huì)對(duì)最終的熱鍍鋅材料造成影響，但壓印嚴(yán)重時(shí)將會(huì)遭橫帶鋼表面劃傷。同時(shí)，若固體顆粒物落入到快速冷卻段中，細(xì)小的顆粒物將被抽入水冷換熱裝置中；若顆粒物粘附在換熱裝置的散熱片上，將直接影響換熱效率，最終影響生產(chǎn)質(zhì)量。

在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)過程中，殘留的固體顆粒物被帶入到鍍鋅爐中時(shí)，殘留固體顆粒物中主要成分為鐵粉和碳顆粒，這兩種成分又會(huì)進(jìn)一步與鋅形成金屬間化合物。由于金屬間化合物的質(zhì)量較小，因此會(huì)在鍍鋅爐中漂浮，當(dāng)渣量增加時(shí)還會(huì)吸附在帶鋼表面，形成鋅渣缺陷。這種鋅渣缺陷在鋅層表面呈現(xiàn)出米粒大小的突起，在經(jīng)過包裝和運(yùn)輸后，突起會(huì)呈現(xiàn)出明顯的黑色，嚴(yán)重影響鍍鋅生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。

1.3 鍍鋅爐間歇生產(chǎn)方式易造成耐火混凝土熱脹冷縮

絕大多數(shù)鍍鋅生產(chǎn)廠的鍍鋅爐均未有專用的供電線路，因此鍍鋅爐更容易受到意外停電的威脅，造成運(yùn)行不穩(wěn)定的問題發(fā)生。當(dāng)供電恢復(fù)后，鍍鋅爐重新投入到生產(chǎn)進(jìn)程中，此時(shí)感應(yīng)裝置中的熔溝結(jié)構(gòu)以及周圍的耐火混凝土材料會(huì)發(fā)生明顯的熱脹冷縮變化。在鍍鋅爐熔溝結(jié)構(gòu)中的固體形態(tài)鋅（在停止供電后的30分鐘左右，熔溝結(jié)構(gòu)中的鋅開始轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)）與耐火混凝土材料的膨脹和縮小存在較大的差別。在其相互之間的作用下，熔溝結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生大量的裂紋，進(jìn)而造成漏鋅事故發(fā)生。圖1為某熱鍍鋅生產(chǎn)廠在臨時(shí)停電時(shí)產(chǎn)生的漏鋅事故數(shù)據(jù)記錄。

熱鍍鋅生產(chǎn)廠臨時(shí)停電時(shí)間為上午6：00左右，在發(fā)生停電事故后，由圖1可以看出，隨著時(shí)間的推移漏鋅熔溝量呈現(xiàn)出逐漸遞增的趨勢(shì)，且漏鋅速度逐漸加快。除此之外，鍍鋅爐在正常運(yùn)行過程中停止，當(dāng)再次進(jìn)行起熔運(yùn)行時(shí)，熔溝漏鋅情況還會(huì)同時(shí)發(fā)生。由于耐火混凝土材料是一種非均勻質(zhì)地的脆性材料，因此其韌性和抗熱振性較差。在鍍鋅爐以間歇性的生產(chǎn)方式生產(chǎn)連續(xù)熱鍍鋅時(shí)，感應(yīng)裝置中的耐火混凝土材料將會(huì)受到周期性的溫度變化趨勢(shì)，造成嚴(yán)重的熱剝落和結(jié)構(gòu)剝落問題。同時(shí)，由于在溫度快速變化的過程中，熔溝鋅環(huán)與耐火混凝土材料之間的熱脹冷縮系數(shù)相差較大，因此還會(huì)造成應(yīng)力擠壓現(xiàn)象。在頻繁的熱脹冷縮過程中，鍍鋅爐中的裂紋還會(huì)不斷擴(kuò)大，最終同樣導(dǎo)致漏鋅現(xiàn)象發(fā)生。

鍍鋅爐間歇生產(chǎn)方式除意外停電外，也與線圈冷卻水管道的結(jié)垢有著密切的聯(lián)系，由于冷卻水管道結(jié)垢造成連續(xù)熱鍍鋅制備材料添加不順暢或斷流也會(huì)造成十分嚴(yán)重的問題發(fā)生。當(dāng)冷凝水?dāng)嗔骱螅冧\爐內(nèi)部線圈的溫度會(huì)持續(xù)上升，造成絕緣體快速老化。同時(shí)在特殊條件下，還會(huì)進(jìn)一步引起接觸板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)發(fā)紅、起火等現(xiàn)象發(fā)生，造成線圈短路而無法正常工作。鍍鋅爐中的銅套和感應(yīng)裝置中的冷卻水?dāng)嗔鲿r(shí)，同樣會(huì)造成溫度的快速升高，裝置中的耐火混凝土材料由于無法承受高溫環(huán)境，造成裂紋形成，導(dǎo)致熔溝漏鋅。

2 結(jié)語

除本文上述得出的三種鍍鋅爐運(yùn)行特征對(duì)連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)造成的影響外，由于生產(chǎn)人員操作不慎也會(huì)造成在生產(chǎn)過程中發(fā)生嚴(yán)重的意外事故。

因此，為了保證連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)的順利進(jìn)行還需要不僅要保證鍍鋅爐鋅槽結(jié)構(gòu)均勻受熱、爐內(nèi)干燥、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還要保證在作業(yè)過程中充分考慮到周圍影響因素，合理投鍍，選擇技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好的耐火混凝土材料等，以此適應(yīng)連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)需要。