帶鋼鍍鋅的鋅耗控制

諶可頌

（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南 株洲 412004）

帶鋼鍍鋅的鋅耗控制

諶可頌

（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南 株洲 412004）

主要研究了帶鋼鍍鋅過(guò)程中影響鋅耗的因素，認(rèn)為對(duì)帶鋼鍍鋅過(guò)程中的鋅耗控制主要在鋅層厚度和鋅渣兩個(gè)方面，并提出了控制鋅耗的措施，對(duì)帶鋼鍍鋅過(guò)程中控制成本具有一定的指導(dǎo)意義。

帶鋼；熱浸鍍；鋅耗；鋅渣

近十年來(lái)，帶鋼連續(xù)熱浸鍍?cè)谖覈?guó)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)鍍鋅帶鋼已發(fā)展到76條線，總生產(chǎn)能力可達(dá)到3 000萬(wàn)t／a。由于全球性鋅礦資源的枯竭，造成鋅價(jià)飛漲，在熱鍍鋅板生產(chǎn)過(guò)程中，鋅錠消耗占全部生產(chǎn)成本的60%，而在熱鍍鋅板使用時(shí)，鋅層厚度又決定了其使用壽命，所以熱鍍鋅板的鋅錠消耗指標(biāo)將是生產(chǎn)廠家和使用客戶(hù)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。在保證鍍鋅板質(zhì)量的前提下，文章研究了鍍鋅過(guò)程中如何控制鋅錠的消耗。從鍍鋅廠的生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看，鋅錠消耗的去向只有兩個(gè)：一是被帶鋼帶走形成熱鍍鋅層；二是形成鋅渣。

1 鋅層厚度控制

1.1 鋅層厚度概況

熱鍍鋅板在大氣中主要發(fā)生電化學(xué)銹蝕，鋼板為陰極，鋅層作為陽(yáng)極犧牲溶解，保護(hù)鋼板不被腐蝕。在非海洋性氣候和非重工業(yè)區(qū)，鋅層每年被腐蝕1 μm，鋅層重 275 g／m2（雙面），單面鋅層厚度為20 μm，可使用20 a。鋅層厚度一般由用戶(hù)根據(jù)使用場(chǎng)合而定。

根據(jù)熱鍍鋅板現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，熱鍍鋅板鍍層厚度只允許大于或等于用戶(hù)所要求的厚度。所以要實(shí)現(xiàn)鋅層厚度既符合標(biāo)準(zhǔn)又不造成鋅浪費(fèi)，應(yīng)在機(jī)組中安裝在線鋅層測(cè)厚儀，隨時(shí)監(jiān)測(cè)鋅層厚度，人工干預(yù)氣刀參數(shù)，調(diào)節(jié)鋅層厚度最佳值。閉環(huán)控制系統(tǒng)比人工控制可節(jié)鋅10%。

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，用戶(hù)在合同中沒(méi)有注明鋅層厚度時(shí)一律按商用板供貨，即鋅層厚度為275 g／m2（雙面）。隨著鋅錠市場(chǎng)價(jià)格攀升，鋅消耗在生產(chǎn)成本中的比例加大，最直接的解決辦法是和用戶(hù)協(xié)商降低商用板鋅層厚度。

1.2 實(shí)現(xiàn)吹薄鍍鋅層的措施

1.2.1 增加氣刀噴吹動(dòng)能

根據(jù)機(jī)組工藝段最高速度來(lái)選擇氣刀風(fēng)機(jī)排風(fēng)量和電機(jī)功率，詳情見(jiàn)表1。

表1 氣刀風(fēng)機(jī)排風(fēng)量和電機(jī)功率

1.2.2 降低機(jī)組運(yùn)行速度

風(fēng)機(jī)電機(jī)功率不變時(shí)，應(yīng)降低機(jī)組運(yùn)行速度，因?yàn)樗俣仍礁咪\層越厚，帶鋼運(yùn)行速度和鋅層厚度關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 帶鋼速度和鋅層厚度關(guān)系

1.2.3 提高鋅液流動(dòng)性

實(shí)踐證明，提高鋅液流動(dòng)性可以減薄鍍鋅層。長(zhǎng)期以來(lái)，人們認(rèn)為鋅液溫度越高鋅液流動(dòng)性越好，這也是結(jié)構(gòu)件熱鍍鋅行業(yè)一直追求的目標(biāo)。帶鋼熱鍍鋅可以用氣刀噴吹減薄鍍鋅層，而結(jié)構(gòu)件熱鍍鋅主要依靠鋅液流動(dòng)性來(lái)減薄鋅層。所以過(guò)去結(jié)構(gòu)件熱鍍鋅在550～600℃的溫度下進(jìn)行，但結(jié)果適得其反，溫度越高反而鋅層越厚。研究證明，鋅液流動(dòng)性和溫度幾乎沒(méi)有關(guān)系，固體鋅塊熔化后就具備一定的流動(dòng)性，進(jìn)一步提高溫度，鋅液的流動(dòng)性幾乎保持不變。鋅液的流動(dòng)性主要取決予鋅液中的鐵含量，即鐵含量越高鋅液流動(dòng)性越差。鐵在鋅液中的飽和濃度隨鋅液溫度增高而上升，例如450℃時(shí)，鐵在鋅液中的飽和濃度為0.03%，500℃時(shí)為0.15%，600℃時(shí)為0.4%。由此可見(jiàn)，高溫鍍鋅時(shí)，因?yàn)殇\液中含鐵多，鋅液流動(dòng)性差，得不到薄鍍層。目前，鋼結(jié)構(gòu)熱鍍鋅全部采用了低溫鍍鋅，熱鍍鋅溫度控制在435 ～440℃，由此獲得了薄鍍層。

提高鋅液流動(dòng)性的主要措施是向鋅液中加入一定量的鋁來(lái)除鐵。鐵在鋅液中以鐵鋅合金狀態(tài)存在，鋁和鐵在鋅液中可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：

液態(tài)鋅的密度為6.8 g／cm3，F(xiàn)e2Al5金屬間化合物的密度為4.2 g／cm3，所以Fe2Al5可上浮成為表渣而除鐵凈化鋅液，提高鋅液流動(dòng)性，從而容易把鋅層吹薄。鋅液中鋁含量和控制鋅層厚度的關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 鋅液中鋁含量和鋅層厚度關(guān)系

2 鋅渣生成量控制

2.1 控制鋅液中的鐵含量

鋅液中鐵含量是影響鋅渣生成量的主要因素。鋅液溫度為450～460℃時(shí)，鐵在鋅液中的飽和濃度為0.03%，若是超過(guò)此值便會(huì)從過(guò)飽和的鋅液中析出，生成鐵鋅合金，俗稱(chēng)硬鋅，其金屬間化合物為Fe2A15、FeZn13或FeZn25。帶入鋅鍋中1 kg鐵粉，可平均生成13 kg鋅渣。

2.1.1 鍍鋅溫度

按照熱鍍鋅經(jīng)典理論，鍍鋅溫度升高，則會(huì)加速鐵鋅之間的互擴(kuò)散，鐵的溶解速度隨溫度升高而加快，如圖1所示。在鍍鋅溫度500℃時(shí)，鐵的重量損失達(dá)到最大值，480～530℃這個(gè)溫度區(qū)間是個(gè)危險(xiǎn)的鍍鋅工作區(qū)間，在鍍鋅作業(yè)時(shí)要盡量避開(kāi)。

圖1 不同溫度的鐵損失量

當(dāng)鐵在鋅鍋中的濃度超過(guò)飽合濃度時(shí)，就會(huì)析出微小的鐵鋅合金顆粒懸浮于鋅液中，并進(jìn)而聚集成大塊，沉入鍋底形成底渣。實(shí)踐證明，在鋅鍋溫度為450～460℃時(shí)，帶鋼入鋅鍋溫度維持在460～480℃的范圍內(nèi)，可以減少帶鋼鍍鋅作業(yè)時(shí)的鐵損失量，并有利于形成具有更好粘附性的鍍層。

2.1.2 浸鋅時(shí)間

據(jù)研究證明，不論在什么溫度下進(jìn)行熱鍍鋅作業(yè)，若延長(zhǎng)浸鋅時(shí)間，都會(huì)使鐵的損失量增大（如圖2所示）。

圖2 不同浸鋅時(shí)間的鐵損失量

2.1.3 鋅鍋中鋁含量

據(jù)熱鍍鋅最新研究成果：鍍鋅層對(duì)鋼基的粘附性主要取決于鍍層和鋼基之間Fe2Al5相層的存在。由于鋁對(duì)鐵比鋅對(duì)鐵具有較大的熱力學(xué)親合力，所以這種由金屬間化合物Fe2Al5組成的相層，在提高鍍層粘附性方面，起著中間媒介的作用。熱鍍鋅時(shí)，首先是帶鋼表面的鐵溶解在鋅液中，同時(shí)又開(kāi)始在鋼基表面形成Fe2Al5中間相層。當(dāng)此層達(dá)到一定厚度時(shí)，便能完全阻止鐵在鋅液中的進(jìn)一步溶解。所以中間媒介層不僅可以提高鍍層的粘附性，而且也可以減少鋅鍋中鐵的含量。

實(shí)踐證明：鋅液中的鋁含量并非越高越好，據(jù)測(cè)定，鋅液中鋁含量在0.2%以下時(shí)，鐵的溶解量隨鋁含量的升高而下降。然而鋁含量超過(guò)0.2%時(shí)，鐵的溶解量卻隨著鋁含量的增加而迅速上升（如圖3所示）。

圖3 鋅液中鋁含量與鐵在鋅液中的溶解量關(guān)系

為了控制帶鋼入鋅鍋時(shí)鐵的溶解速度，因此鋅液中的鋁含量不能超過(guò)0.2%。

2.1.4 強(qiáng)化脫脂工序

鋅鍋中鐵含量增高，很大一部分原因在于不良的脫脂工序。所以要減少鋅渣就必須強(qiáng)化脫脂工序。

普通國(guó)營(yíng)大型5機(jī)架連軋機(jī)生產(chǎn)的冷硬板，其表面殘油、殘鐵總量約為800～1 200 mg／m2（雙面），而民營(yíng)企業(yè)十二輥及六輥可逆式軋機(jī)，其產(chǎn)品殘油殘鐵高達(dá)1 500～1 800 mg／m2（雙面）。據(jù)測(cè)定，鐵粉含量占?xì)埩粑锟偭康?0%～50%，所以冷硬板表面的殘余鐵粉量約為350～900 mg／m2（雙面）。

目前國(guó)內(nèi)外的熱鍍鋅機(jī)組，不管是采用N.O.F法還是采用全輻射美鋼聯(lián)法，均配置有完善的脫脂段。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，脫脂段的組成應(yīng)為：帶有高壓逆向成45°角噴射脫脂劑裝置的化學(xué)脫脂；帶有4對(duì)高速逆向旋轉(zhuǎn)尼龍刷輥邊噴脫脂劑邊刷洗的刷洗脫鐵；帶有4～6對(duì)電極的電解精脫脂，以及噴水刷洗，3級(jí)熱水漂洗，擠干，熱干燥。冷硬板經(jīng)過(guò)優(yōu)良的脫脂工序一般應(yīng)除去80%～95%的殘留物。一條熱鍍鋅線是否能達(dá)到較好的脫脂效果，在具有完善的脫脂設(shè)施的基礎(chǔ)上，選擇優(yōu)質(zhì)脫脂劑是重要的一環(huán)。脫脂劑有別于普通堿，由于油污的表面張力較高，普通堿對(duì)其浸潤(rùn)力較差，脫脂效果不好；而脫脂劑是以堿為基礎(chǔ)材料，與高效表面活性劑復(fù)合而成，具有較高的脫脂效率。如脫脂劑選擇不當(dāng)，脫脂后只能除去總殘油、殘鐵量的1／3～1／2，會(huì)把大量的殘鐵粉帶入鋅鍋，破壞鋅液中鋁除鐵的動(dòng)態(tài)平衡，可使鋅液中的鐵含量在3個(gè)月內(nèi)由0.03%上升到0.10%，不僅出現(xiàn)大量鋅鍋底渣，而且在熱鍍鋅板面也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的鋅粒缺陷。

對(duì)于缺少化學(xué)脫脂段或電解脫脂段的機(jī)組，更應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)脫脂劑，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 避免撈渣帶鋅

1.實(shí)施前勤后懶的操作方法，具體做法是在前面氣刀下方要勤快扒渣，把氣刀噴吹造成的表渣及時(shí)向鋅鍋后部扒，不讓表渣粘在運(yùn)行的帶鋼上。鋅鍋后部應(yīng)讓表渣全部遮蓋，這樣可防止鋅液面被氧化。鋅鍋后部每8 h撈表渣1次，且應(yīng)撈去2／3的表渣，留1／3繼續(xù)覆蓋表面，做到表面不結(jié)硬殼為佳。

2.撈渣勺子應(yīng)呈淺片稍帶弧形，撈表渣時(shí)只取表渣不接觸鋅液，要做到這一點(diǎn)，表渣層必須積存一定厚度。

3.撈表渣時(shí)取渣不能過(guò)快，必須讓純鋅液從撈渣勺的孔中流回鋅鍋，不讓渣中夾帶純鋅。

2.3 加強(qiáng)鋅渣管理

1.鋅渣生成量必須有專(zhuān)人管理。

2.應(yīng)計(jì)算出每月噸鋼的鋅渣生成量。

3.年度列表統(tǒng)計(jì)，找出每月鋅渣生成量產(chǎn)生差異的原因，從而得出最好的控制方法。

3 結(jié) 語(yǔ)

在帶鋼連續(xù)熱鍍鋅作業(yè)中，鋅錠消耗占工序成本的60%；有效控制鋅錠消耗，降低生產(chǎn)成本，才能提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］ 李九嶺.帶鋼連續(xù)熱鍍鋅［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［2］ 陳厚戴.熱鍍鋅技術(shù)［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，1994.

［3］ 盧錦堂，許喬喻，陳錦紅.熱浸鍍技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［4］ 李九嶺，許秀飛.帶鋼連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)問(wèn)答［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

［5］ 賈明鏡.淺論八鋼熱鍍鋅機(jī)組脫脂清洗工藝［J］.金屬材料與冶金工程，2010，38（4）：27－30，33.

The Control of Zinc Cosumption in Steel Strip Galvanizing

CHEN Ke-song

（Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd，Zhuzhou 412004，China）

Describes the causes of zinc cosumption in steel strip galvanizing.The control of zinc cosumption in steel strip galvanizing is considered mostly by the control of coating layer and galvanized scraps，and it also propounds some methods of controlling zinc cosumption which have some guiding singnificance to control the cost in steel strip galvanizing.

steel strip；hot dip galvanizing；zinc cosumption；scraps

TF325.6＋3

A

1003－5540（2015）05－0042－04

2015－06－29

諶可頌（1981－），男，工程師，主要從事有色冶煉生產(chǎn)技術(shù)工作。