冷軋工藝特征在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)中的應(yīng)用

王錦波

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800）

鍍鋅工藝分為熱鍍與電鍍兩種，熱鍍鋅生產(chǎn)又分為獨(dú)立鋅層鍍膜與連續(xù)鋅層鍍膜。早期由于生產(chǎn)設(shè)備較落后，通常使用單張鋅層鍍膜的方式，采用疊軋將多種鋅片作為生產(chǎn)原材料，將其使用火法煉制后轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)車間。使用鹽酸對(duì)其進(jìn)行清洗，去除金屬表層氧化金屬鍍層，再使用涂料溶劑將其風(fēng)干持續(xù)對(duì)其進(jìn)行熱鍍操作。此種鍍鋅生產(chǎn)模式由于具有產(chǎn)出量少、生產(chǎn)成本高、樣本質(zhì)量差、對(duì)環(huán)境造成的污染大等特點(diǎn)，正在生產(chǎn)中逐漸的被淘汰[1]。為了滿足市場(chǎng)對(duì)于鍍鋅的需求，引入大型連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)工藝。在材料生產(chǎn)中，整合其具有的生產(chǎn)流程操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)線成本低等優(yōu)勢(shì)，已得到了廣泛的認(rèn)可，且連續(xù)熱鍍鋅工藝對(duì)金屬存在陽極保護(hù)的功效。當(dāng)產(chǎn)出鍍層相對(duì)完整時(shí)，鍍層可對(duì)中間層鋅金屬起到隔絕作用，避免與外界空氣接觸發(fā)生氧化。當(dāng)鍍層不完整具有破口時(shí)，可利用連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)中的電化學(xué)作用，直接侵蝕外表鍍層，同樣可以保證內(nèi)層金屬不受到侵蝕。尤其近年來伴隨著冷軋?jiān)O(shè)備的應(yīng)用，連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)機(jī)組數(shù)量開始增多，為鍍層鋅的發(fā)展提出了新工藝的同時(shí)，也為其生產(chǎn)線可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來了一定的挑戰(zhàn)?？傊?，為了滿足市場(chǎng)對(duì)工藝發(fā)展的需求，必要加大冷軋工藝在生產(chǎn)線中的應(yīng)用，以此實(shí)現(xiàn)熱鍍鋅在市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用。

1 基于冷軋工藝特征的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法設(shè)計(jì)

1.1 計(jì)算鋅線澆口位置

熱鍍鋅在連續(xù)生產(chǎn)過程中，確定鋅線的澆口位是生產(chǎn)的前提條件，需要在選型合理生產(chǎn)設(shè)備的前提下，滿足鋅板的拉伸控制需求。并且要求在對(duì)熱鍍鋅的生產(chǎn)投入與切邊中，同樣保持相同的原材料張力。同時(shí)生產(chǎn)中需要光整機(jī)對(duì)多層鋅片施加連續(xù)向下的壓力，且保持壓力施加中的持續(xù)穩(wěn)定，以此使金屬產(chǎn)生形變[2]。此外使用測(cè)厚裝置檢測(cè)入口側(cè)切與出口側(cè)切兩端的金屬層厚度差值，根據(jù)兩端的厚度差，計(jì)算熱鍍鋅原材料在受壓中鋅線的形變量。位置計(jì)算可用下述公式（1）表達(dá)。

公式（1）中：δ表示為金屬在受壓中產(chǎn)生的澆口位置發(fā)生的形變； 表示為經(jīng)過壓力作用后熱鍍鋅長(zhǎng)度；V 表示為澆口位移變化速度；t 表示為變化時(shí)間。根據(jù)上述計(jì)算公式，可知在熱鍍鋅澆口在擠壓作用下的基礎(chǔ)形變量，假定忽略不計(jì)投入原材料前后測(cè)速輥?zhàn)陨淼闹睆狡?，?jì)算熱鍍鋅原材料的澆口位置。如下公式（2）所示：

公式（2）中：L 表示為熱鍍鋅原材料在生產(chǎn)中的澆口位置；δ1表示為位置壓力前延伸力；δ0表示為位置壓力后延伸力。根據(jù)上述計(jì)算公式，在熱鍍鋅實(shí)際生產(chǎn)中，可采用直接檢測(cè)生產(chǎn)輥轉(zhuǎn)速的方式，獲取熱鍍鋅原材料的澆口位置[3]。考慮到原材料投入前后的受到磨損不同，因此可在光滑處理原材料平面的基礎(chǔ)上，分析輥縫的荷載能力。并使生產(chǎn)設(shè)備與操作臺(tái)上保持一個(gè)相對(duì)水平的角度，將經(jīng)過測(cè)速輥輸出的熱鍍鋅控制在一個(gè)相對(duì)固定的平衡值上，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)熱鍍鋅澆口位置的控制。

1.2 基于冷軋工藝特征去除鋅板表層雜質(zhì)

在完成上述熱鍍鋅澆口位置的控制后，將經(jīng)過生產(chǎn)輥的軋后冷硬卷投入無氧加熱生產(chǎn)爐，對(duì)其進(jìn)行去雜質(zhì)操作。如下圖1所示。

如上述圖1所示，根據(jù)上述提出的生產(chǎn)爐，將冷軋金屬卷作為生產(chǎn)原材料，使用鹽酸溶液清洗表面氧化層，同步進(jìn)行材料冷連軋。經(jīng)過冷連軋的成品為軋硬卷，受冷發(fā)生形變引起鍍鋅硬化，使軋硬卷的強(qiáng)度直線上升，整體塑性指標(biāo)呈現(xiàn)下降。通常情況下軋硬卷重在5.6～12.5噸左右，鍍鋅卷在常溫狀態(tài)下，對(duì)冷軋酸洗卷進(jìn)行不間斷軋制，基于冷軋工藝特征去除連續(xù)熱鍍鋅雜質(zhì)步驟如下。

將鍍鋅導(dǎo)入爐內(nèi)后，經(jīng)過鋼帶開卷，并經(jīng)過連接層自動(dòng)焊，避免冷軋后鍍鋅表層殘留液化體及相關(guān)油脂。同時(shí)將清洗后的鍍鋅卷用冷軋堿水清洗，在用洗滌刷清洗至少2～3次[4]。之后用清水過濾，放置在通風(fēng)處風(fēng)干，此時(shí)將預(yù)清洗設(shè)備按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)安裝在距離水平地面5m高的平臺(tái)架上，將清洗所需的水循環(huán)工具放置在水平地面上。當(dāng)清洗后排出的堿油廢水中包含懸浮物小于150mg/L時(shí)，證明鍍鋅卷清洗干凈，可進(jìn)入下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)。并將沉淀物除油去渣換過濾后繼續(xù)投入生產(chǎn)爐，以此減少生產(chǎn)中對(duì)水環(huán)境造成的污染。

1.3 鋅鍋超厚層涂鍍

搭建連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)邊界剪切設(shè)備，投入上述去除雜質(zhì)后的鍍鋅卷，按照立式與臥式兩種焊接機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備類型，設(shè)計(jì)生產(chǎn)主要技術(shù)參數(shù)與設(shè)備配置。

使用應(yīng)用感應(yīng)加熱的方式，對(duì)出爐的鋅板實(shí)施全方位均勻預(yù)熱。由于不同鋅板對(duì)鍍層的要求不同，為此可選擇鋅鍋對(duì)其進(jìn)行鍍層，并使用耐火砌體構(gòu)筑可不生成多余鋅渣。鋅鍋選型如下表2所示。

表2 鍍層鋅鍋選型

采用控制焊接機(jī)張力的方式，對(duì)熱鍍鋅生產(chǎn)流程進(jìn)行控制，以此保證裝置內(nèi)加熱區(qū)與冷卻區(qū)內(nèi)的均勻受熱。此外，控制焊接機(jī)生產(chǎn)爐內(nèi)預(yù)熱速度，將即熱溫度上升的時(shí)間控制在50s～80s之間，以此確保焊接生產(chǎn)設(shè)備中鍍鋅層的均勻受熱。最終將恒溫生產(chǎn)爐內(nèi)溫度控制在1360攝氏度左右，所有雜質(zhì)便可蒸發(fā)，同時(shí)不會(huì)造成鋅板表層的氧化。

此外，根據(jù)生產(chǎn)線對(duì)熱鍍鋅的不同需求，選擇不同類型的鋅鍋。將待鍍層鋅投放至鍋內(nèi)后，按照順時(shí)針方向不停攪拌，即便出現(xiàn)飽和現(xiàn)象也需要持續(xù)攪拌，以此使析出的金屬屑不至于凝結(jié)成大塊，影響熱鍍鋅質(zhì)量[6]。當(dāng)完成充分?jǐn)嚢韬?，取出鍍層鋅片，待其降溫后風(fēng)干，完成冷軋工藝特征在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)應(yīng)用中的研究。

2 連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組的工藝特點(diǎn)

①自動(dòng)測(cè)量鋼卷的外徑和寬度，以進(jìn)行鋼卷在開卷機(jī)上的自動(dòng)對(duì)中。②雙切剪切除帶鋼頭尾超差或變形部分。③采用設(shè)備電機(jī)的窄搭接焊機(jī)對(duì)帶鋼進(jìn)行焊接。④月牙切除焊接縫處的邊部以防止帶鋼在運(yùn)行過程中斷帶和對(duì)設(shè)備或輥?zhàn)拥膿p傷。⑤入口處的清洗段出去帶鋼表面的軋制油、金屬粉末等，保證產(chǎn)品質(zhì)量。⑥采用預(yù)熱段的NOF水平連續(xù)退火爐對(duì)帶鋼進(jìn)行繼續(xù)退火。⑦所有爐輥分別由帶自動(dòng)速度調(diào)節(jié)的交流矢量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，是爐輥速度與生產(chǎn)速度保持一致性，這樣可以有效防止?fàn)t輥對(duì)帶鋼表面的劃傷。⑧轉(zhuǎn)向段安裝有熱張緊輥可分別控制帶鋼在爐段與冷卻塔內(nèi)的張力，熱張緊輥具有適應(yīng)的原始凸度從而具有自動(dòng)對(duì)中功能。⑨兩臺(tái)帶有液位傳感器的感應(yīng)器的感應(yīng)加熱陶瓷鋅鍋爐可以在線進(jìn)行產(chǎn)品更換。⑩采用新日金屬自行開發(fā)設(shè)計(jì)的銳角氣刀，控制靈活，控制精度較高。鍍層控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。采用四輥濕式光整機(jī)和六輥濕式拉伸轎直機(jī)，可改善帶鋼機(jī)械性能、板形和表面質(zhì)量。設(shè)有鋅鋁合金鍍層防黑化和純鋅鍍層表面鈍化處理裝置。沒有立式和水平帶鋼檢查站用與成品帶鋼質(zhì)量檢查。采用靜電涂油機(jī)對(duì)帶鋼進(jìn)行涂油。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

提出仿真實(shí)驗(yàn)，選擇市場(chǎng)內(nèi)某鍍鋅生產(chǎn)廠作為此次實(shí)驗(yàn)的試點(diǎn)場(chǎng)所。搭建仿真實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)，設(shè)計(jì)以下仿真實(shí)驗(yàn)，隨機(jī)抽選100t鋅板作為此次實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)原材料，將其分為兩組，每組50t鋅板，先使用本文設(shè)計(jì)的基于冷軋工藝特征的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法，對(duì)其中一組鋅板進(jìn)行連續(xù)熱鍍鋅的生產(chǎn)，計(jì)算產(chǎn)出成品量，并將該組定義為實(shí)驗(yàn)組。再使用傳統(tǒng)的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法進(jìn)行相同步驟的實(shí)驗(yàn)，記錄連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)量，定義該組為對(duì)照組。對(duì)比兩組生產(chǎn)方法最終的熱鍍鋅成品生產(chǎn)量，并以此作為連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法實(shí)用性的標(biāo)準(zhǔn)。整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將其繪制成表格，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如下表2所示。

表2 熱鍍鋅生產(chǎn)量對(duì)比/t

根據(jù)上述表2中數(shù)據(jù)可知：在原材料量固定的情況下，本文設(shè)計(jì)的基于冷軋工藝特征的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法生產(chǎn)所需時(shí)間較短，為此可得出結(jié)論：在相同用戶條件下，相比傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，本文設(shè)計(jì)的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法，在實(shí)際應(yīng)用中可有效的縮短生產(chǎn)所需時(shí)間，以此起到提高生產(chǎn)效率的作用。

4 結(jié)束語

基于冷軋工藝在市場(chǎng)內(nèi)應(yīng)用的逐步廣泛，本文從3個(gè)方面開展了連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)的研究，為鍍鋅在金屬市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用提供了良好的技術(shù)支撐。且經(jīng)過本文工藝設(shè)計(jì)的鍍鋅具有較好耐熱性與耐腐蝕性，可滿足不同生產(chǎn)行業(yè)對(duì)其應(yīng)用提出的要求。本文所引進(jìn)的這條連續(xù)熱鍍鋅線采用了國(guó)內(nèi)外比較成熟、可靠、完整、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的工藝與裝備，所生產(chǎn)的產(chǎn)品在各項(xiàng)技術(shù)當(dāng)中，應(yīng)用指標(biāo)可以達(dá)到較高的水平，同時(shí)具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。盡管本文提出的生產(chǎn)流程已相對(duì)規(guī)范并具備了一定可持續(xù)生產(chǎn)能力，但在后期的研究中，仍需要從多個(gè)方面開展更加深入的研究。例如鍍鋅在爐內(nèi)加熱是否需要隔絕氧氣；冷卻中是否有空氣雜質(zhì)吸附在表層，影響鍍鋅質(zhì)量，上述提出幾點(diǎn)均為鍍鋅在生產(chǎn)中需要持續(xù)關(guān)注的問題。