連續熱基鍍鋅產品厚邊問題的分析與解決

程 霖，王 單，張妹英

（河鋼集團邯鋼冷軋廠新酸鍍車間，河北 石家莊 050000）

連續熱鍍鋅是一種經濟有效的金屬防腐措施，熱基鍍鋅帶鋼產品以其良好的防腐性能、表面質量以及可加工性能在機械制造、家電面板等領域得到了極為廣泛的應用。在熱基連續熱鍍鋅產品生產中，表面鍍層厚度的均勻性是衡量熱鍍鋅產品質量的關鍵性指標，但是由于生產工藝和操作等方面的原因，熱鍍鋅產品有時會出現鍍層厚度不均勻的情況，主要表現為邊厚缺陷。邊厚是厚規格熱鍍鋅產品常見的缺陷問題之一，存在厚邊缺陷的產品，其邊部鍍層厚度要明顯大于中間部位，鍍層表面呈現出中間低兩側高的不規則形態，嚴重影響鍍層的均勻性，對于產品后續的卷曲、光整等加工環節也有著很大的影響。本文結合邯鋼熱基鍍鋅生產實際，分析了鍍鋅產品邊厚問題的原因，并提出了相關的解決措施。

1 連續熱基鍍鋅產品鍍層厚度的控制原理

1.1 連續熱基熱鍍鋅機組簡介

邯鋼2#連續熱基熱鍍鋅生產線于2014年12月份建成投產，設計生產規模35萬噸。機組以熱軋酸洗帶鋼為生產原料，采用改良森吉米爾法，主要生產市場上需求的0.8～4.0×1000～1500mm規格的熱基鍍鋅板。本機組主要以熱軋帶鋼為基板，經過酸洗后由吊車將鋼卷吊至機組入口步進梁上，進入鍍鋅工段。機組工藝流程主要包括:開卷→矯直→窄搭接焊接→入口活套→退火→鍍鋅→冷卻→矯直→鈍化處理→剪切→卷曲入庫。

1.2 鋅層厚度的控制原理

目前對于鍍鋅層厚度的控制主要采用氣刀噴吹法，由氣刀控制來實現。該方法具有控制精度高、鋅耗低、生產連續性好的特點。本機組氣刀系統采用FOEN氣刀設備，主要由氣刀控制系統、提升機構、定位測量裝置和壓力空氣供給系統等幾部分組成，通過閉環控制系統控制氣刀裝置各機構運行。

經過加熱爐升溫后的帶鋼進入到鋅鍋內，與熔融狀態下的鋅液相接觸，經過一段時間后，逐漸在帶鋼表面形成致密的鋅鐵合金，從而完成對帶鋼的鍍鋅。對于鋅層厚度的控制則是在帶鋼剛出鋅鍋，表層鋅液還未完全凝固，尚處在半流體狀態時，此時帶鋼表面鋅液層具有一定的可塑性。氣刀調厚裝置正是利用了鋅液的這一特性，采用形狀準確的氣縫，朝向鍍鋅帶鋼噴射出一定壓力的空氣流，通過調節氣體壓力來控制鋅層厚度。在氣刀噴吹的過程中，氣刀高度、運行速度、空氣壓力、刀唇與帶鋼間距是影響鋅層厚度調節的幾個關鍵性因素。生產時可根據產品規格和鋅層厚度要求，在氣刀控制系統內建立模糊控制模型，對上述幾個變量進行自動化精確調節，從而實現了對鋅層厚度的高精度控制。

2 鍍鋅層邊厚原因的分析

邊厚缺陷是指帶鋼鍍鋅層邊部大于中部的情況，其特點是粗大凝固組織形成的粗糙表面。根據產生時生產線速度可分為高速后邊和低速后邊兩種情況。根據氣刀控制原理，邊厚的原因可分為以下。

2.1 氣刀間隙設置不當

氣刀刮鋅主要是利用了流體沖擊技術，由噴吹氣流沖擊帶鋼表面，并在其表面形成高壓區域，從而將帶鋼表面的多余的鋅液刮掉。氣流沖擊量的大小決定了被吹刮的鋅量，而氣流沖擊量則主要與噴吹氣流壓力和氣刀縫隙有關。刀形氣流噴吹模型試驗證明，寬向氣流壓力呈拋物線狀由中部向邊部遞減。因此，在氣流壓力一定的情況下，如果氣刀縫隙設置完全均等，則帶鋼中部氣流沖擊量是要大于兩邊的，由此也造成了中部刮鋅量較大而兩邊刮鋅量較小的情況。由氣刀縫隙設置不當造成的壓力分布和寬向氣流沖擊量不均是邊部鋅層增厚的主要原因。

2.2 刀形氣流噴吹角度原因

氣刀刀唇長度要遠長于帶鋼橫向寬度，所以氣流寬度也總是超出帶鋼邊緣。如果兩側氣刀角度設置完全一致的話，兩股噴吹氣流則會角度吻合而相互撞擊，使氣流流向發生偏轉，強度降低；并在帶鋼邊緣部位形成渦流狀氣流，從而降低了氣流對于帶鋼邊部鋅層沖擊力，使得邊部刮鋅不徹底。由此也減弱了邊部氣流的刮鋅能力，使帶鋼邊部出現厚度增加和粘黏鋅粒等缺陷問題。

2.3 帶鋼散熱不均和本身的質量問題

根據鋅層厚度控制的原理可知，鍍鋅層的半流體可塑性是氣刀噴吹法使用的前提。由于帶鋼本身熱量較低，而且邊部更易于散熱，在氣刀氣流的強力冷卻作用下，導致帶鋼邊部溫度低于中部，鋅液粘性增強。此時，氣刀噴吹氣流的冷卻作用要大于刮鋅作用，邊部鋅液會較快的出現冷卻凝固，從而形成邊厚。還有一種邊厚情況是由于帶鋼本身的質量缺陷所致，由于帶鋼表面不平整，致使氣流無法對帶鋼表面形成均勻的噴吹作用，氣流壓力無法在帶鋼表面均勻分布，因而造成鋅層厚度的不一致。對于該原因造成的邊厚問題則應從提高帶鋼軋制質量，減少表面缺陷入手。

3 連續熱基鍍鋅產品厚邊問題的解決措施

3.1 氣刀唇縫的優化設計

由于寬向氣流壓力由中部向邊部的遞減效應，因此完全規則的氣刀刀唇間隙是難以適應生產需要的，常常會出現中間與兩邊厚度不均勻的情況。這就需要對刀唇間隙進行調整，通過不均勻的唇縫設計，來優化噴吹氣流的分布，使氣流沖擊力能夠均勻的作用于帶鋼表面。基于以上原因，各鋼鐵企業普遍都采用了中部窄縫隙，邊部寬縫隙不均等刀鋒縫氣刀，從而使氣流壓力呈現出由中部向兩邊遞增分布形態，使氣刀寬度方向上的氣流沖量趨于均勻。生產實踐也證明了刀唇縫隙調整的重要性，只有以合適縫隙噴吹時，才能得到寬向相等的刮鋅量，以解決因此而產生的邊厚問題。刀唇縫隙的設計并非越寬越好，吹氣量和氣流沖擊力過大的話，則容易造成鋅液的飛濺，增加堵塞噴嘴的可能性。因此氣刀唇縫曲線的優化設計應在保證刮鋅量需要和鋅層厚度的前提下，盡可能地縮小刀唇縫隙，合理設置氣刀與帶鋼之間的距離，找到兩者之間設計的最優方式，以噴吹出均勻而精確的氣流來平穩刮鋅。

實際生產中，刀唇曲線形狀是與設備和生產工藝的具體情況相適應的，我們根據帶鋼規格和鋅層厚度要求，設計了通用的曲線模型，滿足了不同規格帶鋼鍍鋅產品的生產需求。而實用的最佳縫隙值還要視具體情況而調整，這需要通過長時間的經驗積累才能獲得。

3.2 精確定位氣刀邊部擋板位置

設置氣刀邊部擋板是強化邊部氣流分布，進一步降低邊部增厚程度的有效措施，生產中需要對擋板位置優化調整，才能達到最為理想的控制效果。擋板與運行帶鋼邊部的距離量越小越有利于邊部氣流控制，但同時也應避免擋板與帶鋼邊部的摩擦和撞擊。通過不斷的生產摸索，我們將擋板定位于距離帶鋼邊部2mm處，通過信號控制氣缸保持對距離的精確控制，防止撞擊和摩擦；同時要求底部圓弧角起始位置與刀唇縫隙保持平齊，兩者始終處于同一平面內，達到了較為理想的邊部氣流強化效果。

3.3 噴吹角度的調整

合理調整噴吹角度主要是為了避免兩股氣流撞擊在一起，相互抵消氣流的沖擊力。因此最為理想的設計方式是使兩股氣流錯開一定的角度，使上、下氣刀噴吹角度有一個差值，從而避免兩股氣流沖量的相互抵消，保證氣流良好的沖擊力效果。此外，在生產厚規格鍍層產品時，應盡量采用負角度，減弱氣流噴吹的冷卻效果。

3.4 優化帶鋼溫度

帶鋼溫度過低的話，進入鋅鍋后會帶低鋅液的溫度，不利于對鋅層的噴吹調整。經過多年生產經驗的積累，我們將帶鋼入鋅鍋的溫度設定在470℃左右，略高于鋅鍋溫度。如此，既保證了鋅液良好的流動性，也使得其具有較好的黏附性，從而保證產品鍍層的均勻性，也利于降低能耗。