冷基熱鍍鋅板表面鋅灰缺陷的控制研究

李文超，馬占軍，孔德新，陳相東，劉 超

（河鋼承鋼釩鈦冷軋薄板有限公司，河北 承德 067000）

隨著鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，各企業(yè)的生產(chǎn)觀念也在改變：向行業(yè)提供簡(jiǎn)單的鋼鐵產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛳掠翁峁╀撹F材料，這既要求鋼鐵廠一方面向生產(chǎn)高端產(chǎn)品邁進(jìn)，另一方面要根據(jù)客戶要求提供高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的鋼鐵材料，一種市場(chǎng)倒逼的形勢(shì)正在悄然發(fā)展。質(zhì)量?jī)?yōu)異的冷基熱鍍鋅板是高端產(chǎn)品一個(gè)重點(diǎn)區(qū)域，具有廣闊的市場(chǎng)前景，應(yīng)用于建筑、家電以及汽車等行業(yè)。然而在生產(chǎn)過(guò)程中，鋅灰缺陷的產(chǎn)生造成大量的卷重不符、切廢、質(zhì)量異議等問(wèn)題，造成不少的經(jīng)濟(jì)損失，這有悖于降低成本、綠色發(fā)展的科學(xué)理念。圖1 是某冷軋廠10 月份產(chǎn)生降級(jí)品的重量統(tǒng)計(jì)，其中可以看到除了因部分未光整量之外，鋅灰缺陷占總重量的16%，排在第二位。為了解決冷基熱鍍鋅板表面鋅灰缺陷所造成的損失，本文對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行了研究和分析，并提出了對(duì)應(yīng)的控制措施，降低了生產(chǎn)成本，提升了表面質(zhì)量，增加了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

圖1 某冷軋廠10 月份鍍鋅降級(jí)品比重

1 鋅灰缺陷及危害

1.1 鋅灰缺陷產(chǎn)生的原因

（1）為了保證退火爐內(nèi)帶鋼保持一個(gè)純鐵活性表層，爐內(nèi)的氣氛為還原性，因此在爐鼻子所覆蓋區(qū)域的鋅液很難形成鋅的氧化物隔離層，進(jìn)而造成鋅液蒸發(fā)形成鋅蒸氣，鋅蒸氣沿著溜槽上升遇冷凝結(jié)成固態(tài)狀物質(zhì)（鋅灰）粘附在爐鼻子內(nèi)壁上，鋅灰的成分比較復(fù)雜，一般情況下其成分含有氧化鋅和鋁鐵的氧化物等[1]，當(dāng)集聚過(guò)多時(shí)隨著帶鋼的抖動(dòng)掉落在帶鋼和鋅液面上。

（2）熱鍍鋅過(guò)程中，鐵與鋅發(fā)生反應(yīng)生成FeZn7固狀物，其密度比鋅液密度略大，形成底渣。而鋅液中添加鋁會(huì)置換掉部分底渣中的鋅，生成密度比鋅液小的鐵鋁化合物，形成浮渣，其化學(xué)反應(yīng)式如下所示。一部分浮渣會(huì)隨著沉沒(méi)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)以及帶鋼的移動(dòng)被鋅液帶到爐鼻子內(nèi)聚集，成為鋅灰的組成部分[2]。

1.2 鋅灰對(duì)產(chǎn)品的影響

帶鋼正常運(yùn)行時(shí)，因?qū)σ好娈a(chǎn)生沖擊力，使帶鋼與鋅灰之間保持一定的距離，因此不會(huì)對(duì)帶鋼產(chǎn)生較大影響，但是在焊縫通過(guò)、加速、減速過(guò)程時(shí)，帶鋼會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，當(dāng)振幅大于鋅灰與帶鋼的距離時(shí)，鋅灰便粘附在帶鋼表面上進(jìn)而造成漏鍍現(xiàn)象，產(chǎn)生露鋼缺陷[1]。使得產(chǎn)品降級(jí)處理或者切廢，增加了生產(chǎn)成本。鋅灰在液面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，而帶鋼處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此粘在鋼板上的鋅灰造成的露鋼缺陷均為沿著帶鋼長(zhǎng)度縱向分布，如圖2 所示。

圖2 沿帶鋼縱向分布的鋅灰缺陷

2 解決措施

2.1 優(yōu)化浸鋅溫度

鐵損的多少與鋅液溫度的高低有直接關(guān)系，鐵損增多不僅影響鋅鍋的使用壽命，而且會(huì)提高鋅渣形成速度，進(jìn)而導(dǎo)致鋅灰的增加。圖3 是鋅液溫度與鐵損量之間的關(guān)系[3]。由此可看出當(dāng)鋅液溫度在480℃～530℃時(shí)，鐵的損失量較大，在500℃時(shí)達(dá)到最大。

圖3 鋅液溫度與鐵損量之間關(guān)系圖

因此一方面要控制鋅液溫度，另一方面要控制帶鋼入鋅鍋溫度，當(dāng)帶鋼溫度超過(guò)鋅液20℃以上時(shí)，鋅液溫度提高，鋅渣數(shù)量也增多[4]。經(jīng)驗(yàn)表明，常規(guī)熱鍍鋅溫度適宜在450℃～465℃，此溫度范圍鋅液具有良好的流動(dòng)性，提高了鋅層質(zhì)量，降低鐵損，抑制了鋅灰產(chǎn)生的速度。

2.2 完善清鋅灰制度

爐鼻子內(nèi)壁上的鋅灰無(wú)法在帶鋼運(yùn)行時(shí)進(jìn)行清理，但停車過(guò)程中務(wù)必進(jìn)行檢查清除，圖4 是停車檢修時(shí)替換下來(lái)的爐鼻子，其內(nèi)壁掛滿鋅灰。在正常生產(chǎn)過(guò)程中為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，某冷軋廠鍍鋅線實(shí)行在線清鋅灰制度，通過(guò)設(shè)計(jì)合理過(guò)渡卷，升起爐鼻子距離鋅液200mm，同時(shí)向爐鼻子內(nèi)部加吹氮?dú)?，防止空氣進(jìn)入爐內(nèi)，帶鋼以較低的速度運(yùn)行，此時(shí)進(jìn)行清鋅灰作業(yè)。作業(yè)過(guò)程中要用專用工具將表面的鋅灰輕輕的撥到鋅鍋兩端，撥鋅灰時(shí)切忌用力過(guò)大，使液面產(chǎn)生擾動(dòng)，防止鋅灰粘附在帶鋼上。具體清鋅灰次數(shù)可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況而定，一般每周清理一至兩次。

圖4 爐鼻子內(nèi)壁黏結(jié)的鋅灰

2.3 優(yōu)化加濕系統(tǒng)

目前的退火爐機(jī)組在爐鼻子處均安裝有氮?dú)饧訚裣到y(tǒng)，目的是通過(guò)增加此處的水含量，升高露點(diǎn)溫度形成一種略帶氧化性氣氛的環(huán)境，使得爐鼻子內(nèi)部表層的鋅液與氧反應(yīng)生成鋅的氧化物薄膜阻斷鋅蒸氣的蒸發(fā)[2]。但是氮?dú)夂退魵獾募尤肓靠刂埔m當(dāng)，過(guò)多會(huì)造成帶鋼表面形成鐵的氧化物不利于鍍鋅，造成漏鍍或暴鋅現(xiàn)象，過(guò)少則起不到抑制鋅灰的作用。一般將露點(diǎn)溫度控制在-30℃～-10℃，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)整。

2.4 調(diào)整鋅液成分

鋅液中鋁含量的大小對(duì)鍍層的化合物種類和鋅渣的形態(tài)均有影響，鋁比鋅更活潑，當(dāng)鋅液中的有效鋁含量大于0.135%時(shí)，鋁可以與鋅液中的鐵直接反應(yīng)生成Fe2Al5上浮至鋅鍋表面，形成浮渣，同時(shí)鋁還可以與鐵鋅化合物反應(yīng)將底渣轉(zhuǎn)化為浮渣。有文獻(xiàn)指出，浮渣中的鋁含量在4%～7%，底渣中的鋁含量在0.7%～1.5%[5]。但是鋁含量過(guò)大會(huì)降低鋅液中鐵的溶解度，以致生成更多的鋅渣[6]。因此鋅液中鋁含量的控制應(yīng)合理，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，鋅液中的鋁含量應(yīng)在0.16%～0.25%之間。在生產(chǎn)CQ 級(jí)普通板時(shí)為0.16%～0.18%，生產(chǎn)DQ 級(jí)沖壓板時(shí)為0.18%～0.20%，生產(chǎn)DDQ、EDDQ、SEDDQ 級(jí)深沖板、超深沖板時(shí)為0.20%～0.25%[6]。據(jù)相關(guān)資料記錄：鋁的置換反應(yīng)在有效鋁超過(guò)0.135%時(shí)開始進(jìn)行，當(dāng)有效鋁達(dá)到0.14%以上時(shí)，反應(yīng)的比較充分，可實(shí)現(xiàn)無(wú)底渣作業(yè)[7]。

2.5 嚴(yán)格把控鋅錠質(zhì)量

隨著市場(chǎng)對(duì)鋅錠需求量的增大，近幾年來(lái)鋅錠的成分不合現(xiàn)象日益嚴(yán)重，部分冶煉廠在熔制鋅錠時(shí)，內(nèi)部存在大量的氧化鋁、氧化鋅等雜質(zhì)。這樣的鋅錠在鋅鍋融化后形成大量浮渣，產(chǎn)渣率升高，既造成了成本提高大又影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。因此要與商家溝通嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，提供合格的產(chǎn)品。

2.6 合理控制工藝段速度

工藝段在增速、降速以及焊縫通過(guò)鋅鍋時(shí)，帶鋼產(chǎn)生振動(dòng)極易粘附鋅灰，造成露鋼缺陷。因此計(jì)劃員應(yīng)合理編排生產(chǎn)序列，帶鋼品種變化不宜過(guò)多，避免頻繁的升速、降速。在生產(chǎn)過(guò)程中更應(yīng)盡量避免停車事故的發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了減少鋅灰的形成，避免降級(jí)品的產(chǎn)生和成本的增加，可通過(guò)以下幾方面進(jìn)行控制：

（1）合理控制鋅液溫度在450℃～465℃之間，可有效降低鐵損，抑制鋅灰產(chǎn)生的速度。

（2）建立定期清鋅灰制度，視生產(chǎn)情況而定，一周清理一至兩次。

（3）優(yōu)化加濕系統(tǒng)，將露點(diǎn)溫度控制在-30℃～-10℃，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)整。

（4）調(diào)整鋅液成分，根據(jù)不同鋼種合理控制鋅液鋁含量。

（5）提升鋅錠質(zhì)量，對(duì)于雜質(zhì)過(guò)多的鋅錠拒絕使用。

（6）合理編排生產(chǎn)序列，盡量避免頻繁升速、降速，保持帶鋼穩(wěn)定運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)上述控制方式的改進(jìn)和參數(shù)優(yōu)化，因鋅灰導(dǎo)致的降級(jí)品噸數(shù)由10 月份的165t 降至11 月份的51t，由降級(jí)品總量的16%降至6.3%，效果顯著。