熱鍍鋅鋅渣形成原因分析及控制研究

張富明，張學(xué)斌，胡 碩，楊洪凱，張秋生

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

隨著光伏及電力等行業(yè)的發(fā)展，熱鍍鋅產(chǎn)品越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞和認(rèn)可。某冷軋廠的連續(xù)熱鍍鋅產(chǎn)線，具有耐腐蝕性、高強(qiáng)度等一系列的優(yōu)點(diǎn)。但隨著市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，制約某冷軋廠熱鍍鋅的主要缺陷之一鋅渣缺陷，為了解決的鋅渣缺陷問題，本文從其形成的機(jī)理，來(lái)分析產(chǎn)生鋅渣的原因，并進(jìn)一步采取改善措施，控制鋅渣的形成，提高帶鋼表面質(zhì)量。

1 鋅渣缺陷產(chǎn)生的機(jī)理及原因

在熱鍍鋅的生產(chǎn)過程中，鋅渣很容易吸附在帶鋼表面，從而造成鋅渣缺陷，嚴(yán)重影響帶鋼表面質(zhì)量[1]，形貌如圖1所示。在某熱鍍鋅產(chǎn)線，由于鋅渣缺陷造成大量的降級(jí)品率。通過相關(guān)的研宄可以得知，熱鍍鋅渣的化學(xué)成分主要是鋅、鋁與鐵反應(yīng)生成的氧化物和金屬化合物。鋅渣缺陷主要是由于鋅灰鋅渣缺陷導(dǎo)致，鋅渣產(chǎn)生的機(jī)理本質(zhì)上是鐵原子與鋅、鋁反應(yīng)生成FeZn7和Fe2Al5Znx，其成分大部分是鐵，少部分是鐵鋅或鐵鋁化合物。

圖1 鋅渣缺陷形貌圖

1.1 鐵含量的影響

鐵在鋅液中的飽和溶解度0.03%，當(dāng)鋅液中的鐵含量超過0.03%時(shí)，鐵就會(huì)在鋅液中析出，鐵與鋅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成FeZn7，懸浮在鋅液中或者沉入鍋底，帶鋼經(jīng)過鋅液時(shí)，就會(huì)吸附在帶鋼表面上形成鋅渣[2]。

1.2 鋁含量的影響

鋅液中鋁含量的多少也會(huì)影響鋅渣的產(chǎn)生量，當(dāng)鋁含量低于0.16%時(shí)，鋅鍋中渣子會(huì)增多，伴隨著帶鋼液面的波動(dòng)，鋅渣就會(huì)吸附在鍍鋅板的板面上形成鋅渣，鋁含量和鋅渣的生成量如表1所示[3]。

表1 鋅液中鋁含量和鋅渣的生成量關(guān)系

圖2 鐵的溶解度與鋁含量的關(guān)系

如圖2所示鐵的溶解度與鋁含量的關(guān)系，在常見的鋅液溫度450℃時(shí)，鐵的溶解度隨著鋁含量的增加而下降。從理論上講，鋁含量高于0.135%時(shí)，鐵在鋅液中的溶解度大幅度下降。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，鋁含量的含量必須要高于0.16%,在能減少鐵的溶解，這樣就會(huì)生成浮在鋅液表面的浮渣Fe2Al5Znx，表面的浮渣，通過制定撈渣規(guī)范可以減少浮渣。 如圖3所示為鋅渣的分布圖。

圖3 鋅渣分布圖

1.3 鋅液溫度因素影響

影響鋅渣形成的一個(gè)重要的原因就是鋅液溫度，一般熱鍍鋅的鋅液溫度控制在445℃~465℃，當(dāng)溫度過高時(shí)，帶鋼表面的鐵原子會(huì)出現(xiàn)急劇融入鋅鍋，當(dāng)溫度達(dá)到500℃，鐵原子的損失消耗最大[4]。在保證鍍鋅表面質(zhì)量的前提下，盡量的降低鋅液的溫度，所以在生產(chǎn)的過程中，將鋅液的溫度控制在445℃~455℃。具體曲線如下圖4所示。

圖4 鋅液溫度與鐵原子損失量

1.4 爐鼻子加濕的影響

鋅Zn熔點(diǎn)419℃，沸點(diǎn)907℃，鋅液在419℃-上907℃之間，那么隨著鋅液溫度的升高，鋅的蒸發(fā)量越大。為了防止鋅液持續(xù)蒸發(fā)，產(chǎn)生鋅灰，某熱鍍鋅退火爐向爐鼻子通入加濕后的NHx氣體，來(lái)使水蒸氣與鋅發(fā)生反應(yīng)，在爐鼻子液面形成一層薄薄的氧化膜，化學(xué)方程式如下，但是這層氧化膜也必須定時(shí)清除，防止表面生成大面積的鋅渣顆粒[5]。鋅蒸汽在液面上方懸浮在爐鼻子腔體內(nèi)，隨著生成氧化鋅等顆粒，最后落在爐鼻子的內(nèi)壁上，同樣掉落到帶鋼上生產(chǎn)鋅渣。

所以有效的控制露點(diǎn)能夠一直爐鼻子液面和腔體中鋅灰鋅渣的生成，用于加濕的保護(hù)氣時(shí)NHx，在爐鼻子氣氛中含有一定量的H2，抑制住水蒸氣對(duì)鋼帶的氧化傾向，防止鋼帶表面發(fā)生二次氧化。

1.5 鋅液液面不穩(wěn)定因素

某熱鍍鋅產(chǎn)線鋅鍋加鋅采用自動(dòng)加鋅系統(tǒng)，根據(jù)鋅鍋液位計(jì)檢測(cè)值，來(lái)保證恒定的加鋅速度。如果鋅鍋液位波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致表面浮渣的流動(dòng)方向被改變，從而影響帶鋼表面質(zhì)量。

1.6 鋅灰泵的影響

鋅灰泵是在熱鍍鋅生產(chǎn)過程中，是清除鋅渣的有效方法，并且在某冷軋廠的其他產(chǎn)線得到了很好的實(shí)踐應(yīng)用。鋅灰泵利用的是在離心力的作用下，將液體在出口處被葉輪甩出的原理，將鋅灰液通過爐鼻子內(nèi)的溢流槽抽到爐鼻子外。通過該原理，源源不斷的去除帶鋼周圍的漂浮浮渣顆粒，能減少帶鋼表面鋅渣缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2 鋅渣缺陷的控制措施

針對(duì)某熱鍍鋅產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量的鋅渣缺陷，并且因該缺陷導(dǎo)致表面質(zhì)量不合格而停車，本文從產(chǎn)生原因入手，多措并舉、綜合整治，在以下方面進(jìn)行控制。

2.1 調(diào)整清洗段清洗參數(shù)

鋅渣的主要成分時(shí)鐵粉造成的，在直燃爐由于是明火加熱，對(duì)清洗的要求更高。清洗如果不干凈，就會(huì)在帶入鋅鍋中，生成鋅渣，污染鋅液。如果帶鋼表面的軋制油沒有清洗掉，在明火加熱階段會(huì)生成碳化物，侵入帶鋼表面，形成殘?zhí)?，在鍍鋅的過程中，形成鋅渣[6]。所以在生產(chǎn)必須保證清洗效果，必須投入磁性過濾器，把鐵粉分離出來(lái)，并且每月清理一次磁過濾裝置[7]。另一方面為了保證清洗效果提高電解液溫度和堿液溫度至75℃~85℃，提高電導(dǎo)率60~70 ms/cm。如果發(fā)現(xiàn)清洗效果不好，可適當(dāng)提高溫度、堿液濃度。使得溶液中的油含量和鐵含量維持在一個(gè)較低的水平，保持其較高的活性。

2.2 控制爐爐鼻子露點(diǎn)

在某冷軋熱鍍鋅爐箅子加濕系統(tǒng)，在露點(diǎn)控制過程中，總是出現(xiàn)露點(diǎn)突變，浮動(dòng)范圍±10℃，難以穩(wěn)定控制。為了有效控制露點(diǎn)的穩(wěn)定性，通過優(yōu)化加濕系統(tǒng)的控制程序，對(duì)加濕系統(tǒng)管路進(jìn)行改造，使得露點(diǎn)能夠穩(wěn)定的控制在設(shè)定值±1℃。并且通過露點(diǎn)的摸索試驗(yàn)，將露點(diǎn)控制-20℃至-40℃范圍內(nèi)，爐鼻子腔體內(nèi)及液面的鋅渣鋅灰得到有效的控制。

2.3 制定鋅渣聚集區(qū)及撈渣規(guī)范

在鋁含量高于0.16%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的表面浮渣Fe2Al5Znx漂浮在鋅鍋液面上，需要制作鋅渣聚集區(qū)，及時(shí)扒渣撈渣[8]。并且生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和表面質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)，制定撈渣規(guī)范。設(shè)置鋅渣聚集區(qū)。用耐火材料制成矩形框，將鋅渣扒到框內(nèi)。

圖5 撈渣鋅渣聚集區(qū)

制定規(guī)范。每卷前后擺動(dòng)爐鼻子，定時(shí)用力敲擊爐鼻子下表面數(shù)下，每卷扒渣一次，每卷?yè)圃淮?，并且在扒渣和撈渣的過程中，實(shí)行“慢、穩(wěn)、準(zhǔn)”的方針，避免暴力扒渣，引起液面的波動(dòng)，按此規(guī)定執(zhí)行，帶鋼表面的鋅渣得到了有效的控制。

2.4 控制鋅液和入鍋溫度

由于鋅液的溫度太高會(huì)加劇鋅渣的形成，所示在生產(chǎn)中應(yīng)適當(dāng)降低鋅液溫度。由于熱鍍鋅產(chǎn)線，鋅液的成分不同于其他產(chǎn)線，所以在生產(chǎn)過程中，通過試驗(yàn)摸索，優(yōu)化鋅液溫度控制，控制合理的入鍋溫度，并且將鋅液溫度控制在設(shè)定值±1℃，帶鋼表面質(zhì)量有所改善。

2.5 鋁含量的控制

由于Al與Zn相比，Al的活潑型更強(qiáng)，在生產(chǎn)過程中會(huì)帶走更多的鋁，鍍到帶鋼表面。所以在生產(chǎn)過程中為了保證Al含量的穩(wěn)定，要及時(shí)加鋅錠。為控制鋅液中的鋅渣，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，將鋁含量控制在最優(yōu)的范圍內(nèi)，表面質(zhì)量浮渣減少。

2.6 穩(wěn)定鋅鍋液位

某熱鍍鋅產(chǎn)線，鋅鍋液位計(jì)的檢測(cè)裝置，安裝在爐區(qū)的二層平臺(tái)上，由于設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，平臺(tái)振動(dòng)，導(dǎo)致液位檢測(cè)裝置振動(dòng)，測(cè)量的液位上下波動(dòng)±4mm，會(huì)干擾自動(dòng)加鋅系統(tǒng)的控制，從而導(dǎo)致加鋅電葫蘆升降波動(dòng)，從而引發(fā)鋅液液面的波動(dòng)。為了解決該問題，將液位檢測(cè)裝置移至地面，減少振動(dòng)；制作液面檢測(cè)區(qū)，防止加鋅錠速度不穩(wěn)，液面波動(dòng)，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，使液位檢測(cè)控制穩(wěn)定，從而保證自動(dòng)化加鋅的穩(wěn)定精確控制，解決了液面波動(dòng)問題。

2.7 改造加裝排渣爐鼻子

某熱鍍鋅產(chǎn)線，由于在起初定位于低端產(chǎn)品。但隨著市場(chǎng)對(duì)表面質(zhì)量的要求不斷提高，帶鋼表面產(chǎn)生的鋅渣缺陷解決迫在眉睫。為了減少爐鼻子帶鋼附近的鋅渣，對(duì)爐鼻子C段進(jìn)行改造，在C段內(nèi)部加裝溢流槽和接灰渣槽，在外部安裝鋅灰泵，通過液位差，產(chǎn)生溢流，除去鋅灰鋅渣。鋅灰泵的安裝，可以大大減少帶鋼表面鋅渣的缺陷。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)某熱基鍍鋅產(chǎn)線鋅渣缺陷機(jī)理的研究，分析出生成該缺陷的影響因素。從影響因素作為切入點(diǎn)，通過提高帶鋼表面清洗質(zhì)量、優(yōu)化爐鼻子加濕系統(tǒng)、摸索最優(yōu)露點(diǎn)、控制和穩(wěn)定鋅鍋溫度、穩(wěn)定鋅鍋液位、制定撈渣規(guī)范、對(duì)爐鼻子C段進(jìn)行改造，加裝排渣裝置等一系列的控制措施，使得帶鋼表面的鋅渣缺陷大大減少，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。