二冷軋鍍鋅機組鋅鍋輥系，氣刀問題分析研究

李金鐘

摘 要：鋅鍋輥系，氣刀是冷軋熱鍍鋅生產線的核心設備，它們性能的好壞直接影響到鍍鋅板的表面質量及熱鍍鋅線的產品成材率。二冷軋熱鍍鋅生產線的鋅鍋輥系，氣刀設備由德國FOEN公司提供，武漢立通公司負責輥系修復工作，通過學習德國FONE公司提供的資料和武漢立通公司所提供的修復數據，以及在現場設備維護的過程中所遇到的問題，看見的現象，對鋅鍋輥系，氣刀設備從性能原理、工藝參數、常見故障以及處理方法等方面進行了分析研究。

關鍵詞：鋅鍋輥系；氣刀 軸瓦； 耐磨軸套； 氣動系統

一、鋅鍋輥系，氣刀簡介

二冷軋三條熱鍍鋅線的鋅鍋輥系，氣刀設備均由德國FOEN公司提供，是世界上最為先進的鍍鋅設備之一，它在整個熱鍍鋅線上有著舉足輕重的作用。

在熱鍍鋅生產線工藝流程中，帶鋼是通過加熱爐的熱處理后，由爐鼻子進入鋅鍋，經過沉沒輥的轉向，在穩定輥和校正輥的共同作用下，最后由氣刀進行吹掃，完成帶鋼熱鍍鋅過程。其工作示意圖如下：

二、氣刀刮鋅原理分析

從氣刀噴出的氣體形成一個扁平形的氣流，如果不考慮邊緣效應的影響，在氣流內部某一點氣體的流速在氣刀的長度方向上是沒有分量的，只有垂直方向和向前方向的兩個分量，因而是一種二維噴射。

氣流從氣刀內噴出后按其流動特性可分為三個區域：從氣刀距離鋼帶1/3距離的區域，氣流主要是向前噴射，并向外擴散，叫二維自由噴射區。當氣流接近鋼帶，受到鋼帶的作用就分成兩種情況，氣流中心部分的氣體對鋼帶產生撞擊作用，在鋼帶反作用力的作用下，改變原來的方向，沿著鋼帶表面向下流動，叫二維壁面沖擊噴射區。而在氣流上下外側的氣體，在自由噴射過程中受到外圍氣體的阻力作用較強，速度衰減很快，到達鋼帶附近時相對速度很低，再加上壁面沖擊噴射區在鋼帶表面形成的氣墊的作用，這部分氣體無法撞擊鋼帶表面，只受到氣墊的反作用就發生速度方向變化，返回周圍環境中，這個區域叫做二維沖擊噴射區。由于氣刀大多帶有一定的負角度，即氣流是向下傾斜沖擊鋼帶的，因而二維壁面沖擊噴射區主要分布在向下的方向，而向上的氣流完全沿著鋼帶表面流動的較少，主要形成的是沖擊噴射區。

其實，對鋼帶表面的鋅液起到刮離作用的主要是二維壁面沖擊噴射區的氣流，它們對隨著鋼帶表面上升的鋅液產生一定的壓力，這個壓力是由其所具有的速度決定的，正是這個壓力的作用，使鋼帶表面鋅液的速度由原來向上接近于鋼帶的速度，來了一個根本性的轉變，改為向下的速度，在重力的共同作用下流回鋅鍋。這樣在氣刀與鋅鍋這一段范圍內鋼帶表面的鋅液就分成了內外兩層，內層在鋼帶的泵升作用下向上流動，外層在氣刀氣流作用下向下流回鋅鍋。

三、氣刀常見故障及分析

3.1 常見故障：

3.1.1 氣刀距離不能夠調節

3.1.2 氣刀快開無動作

3.1.2氣刀邊部擋板無動作

3.1.4 氣刀鼓包現象

3.1.5 由于氣刀原因產生的帶鋼鋅流紋缺陷

3.2故障分析

氣刀的距離不能調節、快開沒有動作，邊部擋板沒有動作的主要原因有機械，電氣兩個方面。

帶鋼鋅流紋缺陷實物圖如下：

一般來說，熱鍍鋅工藝是采用氣刀通過噴吹空氣或氮氣來控制鋅的附著量，無鋅花產品，由于鋅花表面沒有鋅花晶界的限制，帶鋼出鋅鍋后，在完全凝固前，由于重力作用和氣刀影響，鋅液繼續向下淌，造成鋅層的厚度不均勻，然后完成凝固，從而從視覺上來看便形成水紋狀鋅紋，俗稱鋅流紋。從產生機理上分析，可以將該種缺陷的產生原因分為氣刀前產生和氣刀后產生兩種。氣刀前產生的鋅流紋是由于在經過氣刀前就已經在帶鋼表面產生凝固（帶鋼表面鋅液變稠），在經過氣刀后多余的鋅液被氣流刮掉，在帶鋼表面留下流淌的痕跡。氣刀后產生的鋅流紋則是由于在經過氣刀后帶鋼表面帶鋅液量太大（厚鍍層容易出現），由于重力的作用鋅液繼續向下流淌，凝固后出現鋅液流淌的痕跡，導致產生鋅流紋。

氣刀的作用便是氣刀作用力（帶鋼黏性力）和反作用力（重力和氣刀吹力）的作用結果。從上圖可以明顯地看出氣刀的控制與鋅流紋缺陷的密切關系，一般來說，影響鋅流紋的主要因素是氣刀噴嘴與帶鋼間的距離和氣刀的風量。氣刀噴嘴與帶鋼的距離越遠，鍍層就越厚。若氣刀到帶鋼的距離發生波動，就會導致鍍層厚度波動，從而造成鋅層縱向厚度的不均，產生水紋狀鋅流層。氣刀吹風量越大，對鋅層的冷卻作用越明顯，反之冷卻作用越差。過大的風量、過快冷卻速度，帶來的將是鋅液快速冷卻和鋅液流動性的降低，而鋅液流動性降低，跟著帶來的將是需要更大的風量才能達到要求鋅層厚度。所以，從氣刀控制參數來減少鋅紋缺陷的根本宗旨就是利用盡可能小的風量來得到要求的鍍層厚度。

四、鋅鍋輥系常見故障及分析

4.1 常見故障

4.1.1 沉沒輥表面鋅渣導致帶鋼點狀缺陷

4.1.2輥系在線使用時，抖動嚴重，有時伴隨沉沒輥周期性響聲

4.1.3 輥系不轉動，出現劃傷

4.1.4沉沒輥輥印無法消除

4.1.5 耐磨軸套磨損嚴重，灌鋅，導致軸頭磨損

4.2 故障分析

4.2.1 沉沒輥表面鋅渣轉移到帶鋼上面的。

鋅渣顆粒在沉沒輥輥面上積累，當帶鋼在鋅鍋中經過沉沒輥時，積累在沉沒輥及穩定輥上面的鋅渣就壓入鋅層轉移到帶鋼表面，從而形成點狀缺陷，當規格過渡時，帶鋼由窄料過渡到寬料時，這種缺陷在帶鋼的邊部由為明顯；而聚集在沉沒輥溝槽中的鋅渣達到一定程度，進入鋅鍋中的帶鋼溫度和鋅鍋鋅液溫度控制不合理，厚帶鋼經過沉沒輥時速度較低時，鋅渣會粘附在帶鋼鍍層表面，從而形成等距線點狀印，即所謂的“流星槽印”，因此，為了避免這些缺陷的形成，要及時為輥系表面清渣，為輥系安裝自動清渣刮刀是有必要的，當然，沉沒輥的溝槽的工藝設計參數要合理，符合生產要求。目前從3#線開始已經陸續裝備沉沒輥刮刀。

4.2.2 輥系抖動，輥系不轉的主要原因是：輥系的加工不符合工藝要求；輥系受熱膨脹不均勻，這個是輥系本身的制造材料問題；輥系的安裝不符合要求；軸套與軸瓦磨損嚴重且不均勻、破裂、制造不符合要求；此外帶鋼的張力波動，速度不均勻也是產生輥系抖動、不轉的原因。

為了避免輥系事故的發生，輥系的安裝要嚴格按照維護標準來，基本標準有以下幾點：

1、每次安裝要清理干凈輥架上的鋅，灰塵。所安裝輥子表面上的灰塵、油脂等要清理干凈

2、裝配軸套前確認輥軸沒有損傷和殘留的鋅，檢查沉沒輥軸頸處R8倒角，穩定輥、校正輥為R5

3、軸套總是使用新的焊接環，用裝配工具壓緊，沉沒輥壓緊力矩為100Nm，穩定輥、校正輥為緊固力矩60Nm，請使用力矩扳手。并且確定每根棍子都是用相同直徑正確的軸套

4、沉沒輥不銹鋼螺栓、螺母、墊片用340Nm的力矩緊固，穩定輥、校正輥的用195Nm的力矩緊固

5、陶瓷套要按照要求安裝，確保每根棍子都使用直徑正確的陶瓷套，陶瓷套如果磨損嚴重或是工作表面炸裂影響工作的，必須更換。沉沒輥耐磨軸套最小直徑達到105mm，穩定輥、校正輥耐磨軸套最小直徑達到60mm時，必須更換

6、輥架每側調節螺栓的調整量不能超過5mm， 否則將會損壞陶瓷襯套。檢查輥子的平行度和輥臂是否很好的固定在輥架上

4.2.3 沉沒輥輥印與沉沒輥的溝槽設計參數，沉沒輥表面處理所使用的封閉材料有關系，在二冷軋1CGL使用的輥系就出現過輥系封閉材料不合格導致沉沒輥輥印無法消除，從而停機換輥系的事故。因此，沉沒輥、穩定輥、校正輥經噴涂后加工，應采用具有耐鋅侵蝕和抗粘鋅能力的專用封孔劑對涂層進行封閉處理。即在常溫狀態下，按FOEN規定的工藝要求和規范對已噴涂輥面均勻涂敷專用封孔劑，隨后進行高溫燒制。在連續熱鍍鋅生產線熔融鋅液中工作過的沉沒輥、穩定輥、校正輥在修復回用前必須進行退鋅處理。采用的退鋅方法不應損傷涂層、影響涂層和基體的結合力、損傷基體材料及基體的焊縫。退鋅處理時間一般要求限制在3天以內，特殊情況下允許達到5天。通常可以采用加熱或化學方法進行退鋅處理（加熱的目的是清除腔內殘留的鋅塊，加熱溫度不宜過高，以能熔化鋅塊即可，加熱溫度通常不大于480℃。化學方法是將沉沒輥、穩定輥、校正輥浸沒于一定pH值的酸性溶液中，或者以一定pH值的酸性溶液噴淋輥子，去除固結于沉沒輥、穩定輥、校正輥外表面的浮鋅。所使用的溶液對基體和涂層沒有侵蝕。處理時間一般不超過3天。嚴禁使用鹽酸退鋅的方法）

4.2.4耐磨軸套進鋅的分析：安裝的過程存在問題，石墨墊密封作用在使用的過程沒有起到作用；在安裝的過程中，耐磨軸套與軸頭不完全配套；焊接不規范；耐磨軸套有小裂縫。

五、總結

提高鍍鋅產品表面質量是冷軋廠高級汽車板與家電板生產基地應該追求的，鋅鍋輥系，氣刀設備作為熱鍍鋅生產線的核心設備，它們的使用好壞直接影響到鍍鋅板的表面質量及熱鍍鋅線的產品成材率。所以，我們還必須繼續好好的研究分析鋅鍋輥系，氣刀設備技術在使用過程所產生的問題，總結經驗教訓，盡量減少事故的發生，保證鋅鍋輥系，氣刀設備的正常運行。

參考文獻：

[1] 德國FOEN公司鋅鍋輥系、氣刀維護手冊

[2] 華爾鋅鍋輥系維護報告