高等級(jí)環(huán)保鈍化熱鍍鋅極薄料的開(kāi)發(fā)

魏應(yīng)磊，胡建旺，毛鳴汐，李小強(qiáng)，鐘榮飛

（1.武漢鋼鐵有限公司制造管理部，湖北 武漢 430082；2.武漢鋼鐵有限公司冷軋廠，湖北 武漢 430082）

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)軋鋼技術(shù)裝備水平不斷提高，促使熱鍍鋅板卷生產(chǎn)的技術(shù)門(mén)檻降低，產(chǎn)能得到極大提升，隨之而來(lái)的是普通規(guī)格（0.4mm ～2.0mm 厚度）的熱鍍鋅產(chǎn)品同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)加大，利潤(rùn)率降低。加之目前國(guó)內(nèi)主流的六價(jià)鉻鈍化產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境污染大，已經(jīng)不符合環(huán)境友好型工業(yè)產(chǎn)品的定位，為提高差異化競(jìng)爭(zhēng)能力，開(kāi)發(fā)極限規(guī)格高等級(jí)環(huán)保鈍化熱鍍鋅板成為趨勢(shì)。本文主要研究冷軋熱鍍鋅極薄規(guī)格環(huán)保鈍化的開(kāi)發(fā)。

1 現(xiàn)狀

0.4 mm 以下極限薄規(guī)格熱鍍鋅板的生產(chǎn)難度大風(fēng)險(xiǎn)高，容易造成機(jī)組斷帶，特別對(duì)于目前國(guó)內(nèi)主流的全氫立式退火爐而言，因帶鋼在爐內(nèi)為立式運(yùn)行，通過(guò)S 輥提供張力控制跑偏及，稍有不慎就可能造成爐內(nèi)斷帶進(jìn)而導(dǎo)致帶鋼在爐內(nèi)堆積無(wú)法拉出的巨大影響。同時(shí)，極薄料的表面質(zhì)量及膜厚控制也是困擾產(chǎn)品質(zhì)量提升的關(guān)鍵因素。

2 關(guān)鍵控制工藝研究

2.1 爐內(nèi)斷帶

熱鍍鋅機(jī)組退火爐的主要目的是將軋制以后晶格扭曲、晶粒破碎的軋硬態(tài)帶鋼，經(jīng)過(guò)退火后使其晶粒形狀、均勻度得到改善（圖1），從而改善其機(jī)械性能，獲得良好的機(jī)械加工性能。但是極限薄規(guī)格熱鍍鋅板因?yàn)閹т摫。趲т摐厣杆伲訜岫危┗驇т摐亟悼欤炖涠危┑那闆r下，容易產(chǎn)生熱瓢曲及冷瓢曲，加之張力的影響導(dǎo)致帶鋼跑偏甚至斷帶。（武鋼全氫退火爐流程：2#張緊輥→立式全輻射退火爐預(yù)熱段→加熱段→均熱段→噴氣冷卻段→均衡段→3#熱張緊輥→爐鼻子）。

為了確保機(jī)組不發(fā)生爐內(nèi)斷帶，需要做到以下幾個(gè)方面：在生產(chǎn)前確保機(jī)組設(shè)備狀態(tài)的穩(wěn)定，避免機(jī)組停機(jī)或大幅度降速。確保軋硬卷板型質(zhì)量符合要求，杜絕邊裂、孔洞等缺陷，同時(shí)減少帶鋼浪形。根據(jù)板帶的厚度和焊接情況，及時(shí)調(diào)整焊接時(shí)的搭接量和焊接電流等工藝參數(shù)。焊接后，應(yīng)做好焊縫的質(zhì)量檢查，當(dāng)焊輪達(dá)到使用次數(shù)或焊縫質(zhì)量情況不好時(shí)，要及時(shí)更換焊輪[1]。若機(jī)組長(zhǎng)時(shí)停機(jī)需要降低爐溫，并定時(shí)拉動(dòng)爐內(nèi)帶鋼。

圖1 退火曲線

2.2 表面質(zhì)量控制

鋼帶的熱鍍鋅層在鋅鍋中完成，因此，鋅鍋的操作工藝對(duì)所得鍍鋅產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。一般說(shuō)，鋼帶的前處理（還原與退火過(guò)程）主要對(duì)鋼帶自身的性能（力學(xué)性能及鍍鋅性）產(chǎn)生影響，而鋅鍋決定其鍍鋅層的質(zhì)量和性能。這兩部分共同決定鍍鋅鋼帶的最終性能[2]。熱浸鍍鋅鋼板相較于普通冷軋板具有好的防腐蝕性，提供了額外的防腐蝕性能使其在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，但是額外增加的鍍鋅層也帶來(lái)了比普通退火板更多的表面缺陷，其主要表現(xiàn)在熱浸鍍鋅引起的鋅灰、鋅渣等，此類缺陷極大地影響了熱鍍鋅產(chǎn)品的外觀質(zhì)量及沖壓后的表面形貌。

圖2 鋅灰缺陷

（1）鋅灰。熱鍍鋅工藝中的關(guān)鍵工藝路徑就是經(jīng)熱堿清洗、漂洗、烘干后的帶鋼進(jìn)入退火爐進(jìn)行再結(jié)晶退火，然后以適宜熱浸鍍鋅的溫度（480℃以下）出退火爐，經(jīng)退火爐與鋅鍋間的爐鼻子進(jìn)入熔融液態(tài)鋅，然后帶鋼通過(guò)沉浸在鋅鍋內(nèi)的轉(zhuǎn)向輥后出鋅鍋，并由位于鋅鍋上方的高壓氣刀（介質(zhì)有空氣、氮?dú)鈨煞N方式）吹掃掉多余的鋅來(lái)控制所需的鋅層重量。鋅灰在鋅鍋區(qū)域產(chǎn)生。鋅蒸汽由爐鼻子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的帶鋼及保護(hù)氣氛注入所產(chǎn)生的氣流帶離鋅液表面，彌漫在爐鼻子中甚至更遠(yuǎn)進(jìn)入退火爐內(nèi)，當(dāng)鋅蒸汽向四處擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)時(shí)，遇到爐鼻子的內(nèi)壁會(huì)一定程度聚集在內(nèi)壁上，就形成了鋅灰[3]。通過(guò)工藝段操作室監(jiān)控爐鼻子兩側(cè)的攝像頭顯示爐鼻子與鋅液面的連接處上漂浮著許多灰白色鋅氧化物。鋅灰附著在鍍層表面，嚴(yán)重影響熱鍍鋅板的外觀及使用性能（圖2）。

（2）鋅渣。在熱浸鍍鋅的生產(chǎn)過(guò)程中鋅渣缺陷按其形態(tài)可以分為底渣、懸浮渣和浮渣三種。落在鋅鍋底部的稱底渣，底渣主要成分包括晶體結(jié)構(gòu)為六面體晶型的δ（FeZn7）相顆粒以及鋅液構(gòu)成。一部分質(zhì)量較輕的鋅渣漂浮在鋅液表面的鋅渣稱為浮渣。浮渣主要成分為Fe2Al5氧化物及鋅液構(gòu)成，有時(shí)也會(huì)夾帶少量FeZn7顆粒。懸浮渣和面渣在熱浸鍍鋅時(shí)易粘附到帶鋼上，形成鋅渣類缺陷。鍍鋅板表面鋅渣缺陷主要是懸浮在鋅液中的懸浮渣產(chǎn)生的。

圖3 鋅鍋內(nèi)成分示意圖

（3）鋅灰、鋅渣的控制措施。由于鋅灰與鋅渣缺陷產(chǎn)生的影響因素主要集中在鋅鍋區(qū)域，故針對(duì)控制這兩個(gè)缺陷的產(chǎn)生的根本措施也是在鋅鍋區(qū)域。①首先要嚴(yán)格控制爐鼻子區(qū)域露點(diǎn)的溫度，該范圍目前比較有效的是≤－10℃。②其次控制鋅鍋?zhàn)陨礓\液溫度以及帶鋼入鋅鍋板溫，減少鋅蒸氣的揮發(fā)。溫度控制范圍為（457±2）℃。③然后是嚴(yán)格控制鋅鍋的鋅液成分，鋅液中鋁含量控制為（0.24±0.02）%。④通過(guò)在爐鼻子內(nèi)增加中間包溢流裝置及抽鋅泵將鋅灰抽離爐鼻子內(nèi)液面。⑤穩(wěn)定機(jī)組速度，避免頻繁加減速造成鋅鍋擾動(dòng)加劇。

2.3 后處理質(zhì)量控制

（1）鈍化機(jī)理。環(huán)保鈍化的原理是通過(guò)輥涂機(jī)（圖4）輥壓涂覆的方式在帶鋼表面涂上鈍化劑，然后通過(guò)烘干后在鋼板表面形成一層致密的不含鉻的有機(jī)保護(hù)膜，起到鋅板表面與空氣隔離的作用，目前無(wú)鉻鈍化處理劑主要有硅酸鹽、鉬酸鹽等，武鋼選用的無(wú)鉻鈍化劑為有機(jī)硅烷鈍化劑，其中添加的化合物使鋅板具有防腐蝕和自我修復(fù)的能力，其最終產(chǎn)品的防腐及其它性能與帶鋼表面膜厚和鈍化膜與鍍鋅板鋅層的結(jié)合力強(qiáng)相關(guān)。

輥涂機(jī)的涂敷輥、提料輥速度、輥間壓力、帶鋼的包角、機(jī)組速度、烘干溫度等工藝對(duì)膜厚及其均勻性有著直接的關(guān)系，只有合理的輥涂工藝參數(shù)才能得到膜厚均勻，表面結(jié)合力強(qiáng)的熱鍍鋅環(huán)保鈍化產(chǎn)品。

圖4 輥涂機(jī)示意圖

環(huán)保鈍化鈍化產(chǎn)品的的耐腐蝕性能主要與鈍化膜直接相關(guān)，如圖5。

圖5 耐蝕性與膜厚關(guān)系圖

從上圖中可看出：鈍化膜厚控制在在0.6g/m2以上，可以保證足夠的耐蝕性。但膜厚并不是越厚越好，膜層增厚，膜層烘干溫度就要提高，膜層中有機(jī)分子鉸鏈固化時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，膜層的致密性就會(huì)降低，會(huì)產(chǎn)生膜層中水分不能有效揮發(fā)易產(chǎn)生吸潮粉化，導(dǎo)致涂裝性變差，層間電阻變大。在保證鋼板耐蝕性、表面電阻達(dá)到指定要求的情況下，膜層通常控制在0.6g/m2～1.0g/m2之間。

（2）輥涂控制技術(shù)。在生產(chǎn)0.4mm 以下極薄料時(shí)，需要控制涂覆輥的位置在很深的位置，才能獲得較為優(yōu)異的膜厚水平。

鈍化膜重的控制范圍0.6g/m2～1.2g/m2（目標(biāo)值0.8g/m2）。生產(chǎn)過(guò)程中要實(shí)時(shí)監(jiān)控帶鋼膜重測(cè)試值、烘干爐爐溫及帶鋼冷卻溫度，確保成品鋼卷的膜重、帶鋼烘干溫度、帶鋼收卷溫度達(dá)到目標(biāo)值，以保證成品卷運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)期間的防銹性能。當(dāng)膜重偏離目標(biāo)值時(shí)，要及時(shí)調(diào)整輥涂工藝參數(shù)；當(dāng)膜重達(dá)不到控制范圍值時(shí)，要停止生產(chǎn)環(huán)保鈍化合同，切換其它合同料生產(chǎn)。輥涂工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 輥涂工藝參數(shù)

烘干爐：確保帶鋼烘干爐板溫控制范圍達(dá)到80℃～110℃。烘干爐工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 輥涂工藝參數(shù)

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)室研究及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，成功開(kāi)發(fā)出滿足家電外板需求的0.35mm 極薄料環(huán)保鈍化熱浸鍍鋅產(chǎn)品；解決了影響0.35mm 環(huán)保鈍化產(chǎn)品的工藝技術(shù)控制難題及批量工業(yè)化大生產(chǎn)的問(wèn)題；同時(shí)，通過(guò)合理的熱鍍鋅工藝控制，使鍍鋅板表面質(zhì)量得到有效提高，其應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)于傳統(tǒng)六價(jià)鉻鈍化鍍鋅鋼板，廣泛應(yīng)用于家電、IT 以及電子電器制造等行業(yè)，并出口與東南亞及日韓等國(guó)家。