冷軋工藝特征在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)中的應用

王錦波

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照 276800）

鍍鋅工藝分為熱鍍與電鍍兩種，熱鍍鋅生產(chǎn)又分為獨立鋅層鍍膜與連續(xù)鋅層鍍膜。早期由于生產(chǎn)設備較落后，通常使用單張鋅層鍍膜的方式，采用疊軋將多種鋅片作為生產(chǎn)原材料，將其使用火法煉制后轉移到生產(chǎn)車間。使用鹽酸對其進行清洗，去除金屬表層氧化金屬鍍層，再使用涂料溶劑將其風干持續(xù)對其進行熱鍍操作。此種鍍鋅生產(chǎn)模式由于具有產(chǎn)出量少、生產(chǎn)成本高、樣本質量差、對環(huán)境造成的污染大等特點，正在生產(chǎn)中逐漸的被淘汰[1]。為了滿足市場對于鍍鋅的需求，引入大型連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)工藝。在材料生產(chǎn)中，整合其具有的生產(chǎn)流程操作簡單、生產(chǎn)線成本低等優(yōu)勢，已得到了廣泛的認可，且連續(xù)熱鍍鋅工藝對金屬存在陽極保護的功效。當產(chǎn)出鍍層相對完整時，鍍層可對中間層鋅金屬起到隔絕作用，避免與外界空氣接觸發(fā)生氧化。當鍍層不完整具有破口時，可利用連續(xù)生產(chǎn)技術中的電化學作用，直接侵蝕外表鍍層，同樣可以保證內(nèi)層金屬不受到侵蝕。尤其近年來伴隨著冷軋設備的應用，連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)機組數(shù)量開始增多，為鍍層鋅的發(fā)展提出了新工藝的同時，也為其生產(chǎn)線可持續(xù)運轉帶來了一定的挑戰(zhàn)。總之，為了滿足市場對工藝發(fā)展的需求，必要加大冷軋工藝在生產(chǎn)線中的應用，以此實現(xiàn)熱鍍鋅在市場的廣泛應用。

1 基于冷軋工藝特征的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法設計

1.1 計算鋅線澆口位置

熱鍍鋅在連續(xù)生產(chǎn)過程中，確定鋅線的澆口位是生產(chǎn)的前提條件，需要在選型合理生產(chǎn)設備的前提下，滿足鋅板的拉伸控制需求。并且要求在對熱鍍鋅的生產(chǎn)投入與切邊中，同樣保持相同的原材料張力。同時生產(chǎn)中需要光整機對多層鋅片施加連續(xù)向下的壓力，且保持壓力施加中的持續(xù)穩(wěn)定，以此使金屬產(chǎn)生形變[2]。此外使用測厚裝置檢測入口側切與出口側切兩端的金屬層厚度差值，根據(jù)兩端的厚度差，計算熱鍍鋅原材料在受壓中鋅線的形變量。位置計算可用下述公式（1）表達。

公式（1）中：δ表示為金屬在受壓中產(chǎn)生的澆口位置發(fā)生的形變； 表示為經(jīng)過壓力作用后熱鍍鋅長度；V 表示為澆口位移變化速度；t 表示為變化時間。根據(jù)上述計算公式，可知在熱鍍鋅澆口在擠壓作用下的基礎形變量，假定忽略不計投入原材料前后測速輥自身的直徑偏差，計算熱鍍鋅原材料的澆口位置。如下公式（2）所示：

公式（2）中：L 表示為熱鍍鋅原材料在生產(chǎn)中的澆口位置；δ1表示為位置壓力前延伸力；δ0表示為位置壓力后延伸力。根據(jù)上述計算公式，在熱鍍鋅實際生產(chǎn)中，可采用直接檢測生產(chǎn)輥轉速的方式，獲取熱鍍鋅原材料的澆口位置[3]。考慮到原材料投入前后的受到磨損不同，因此可在光滑處理原材料平面的基礎上，分析輥縫的荷載能力。并使生產(chǎn)設備與操作臺上保持一個相對水平的角度，將經(jīng)過測速輥輸出的熱鍍鋅控制在一個相對固定的平衡值上，以此實現(xiàn)對熱鍍鋅澆口位置的控制。

1.2 基于冷軋工藝特征去除鋅板表層雜質

在完成上述熱鍍鋅澆口位置的控制后，將經(jīng)過生產(chǎn)輥的軋后冷硬卷投入無氧加熱生產(chǎn)爐，對其進行去雜質操作。如下圖1所示。

如上述圖1所示，根據(jù)上述提出的生產(chǎn)爐，將冷軋金屬卷作為生產(chǎn)原材料，使用鹽酸溶液清洗表面氧化層，同步進行材料冷連軋。經(jīng)過冷連軋的成品為軋硬卷，受冷發(fā)生形變引起鍍鋅硬化，使軋硬卷的強度直線上升，整體塑性指標呈現(xiàn)下降。通常情況下軋硬卷重在5.6～12.5噸左右，鍍鋅卷在常溫狀態(tài)下，對冷軋酸洗卷進行不間斷軋制，基于冷軋工藝特征去除連續(xù)熱鍍鋅雜質步驟如下。

將鍍鋅導入爐內(nèi)后，經(jīng)過鋼帶開卷，并經(jīng)過連接層自動焊，避免冷軋后鍍鋅表層殘留液化體及相關油脂。同時將清洗后的鍍鋅卷用冷軋堿水清洗，在用洗滌刷清洗至少2～3次[4]。之后用清水過濾，放置在通風處風干，此時將預清洗設備按照生產(chǎn)標準安裝在距離水平地面5m高的平臺架上，將清洗所需的水循環(huán)工具放置在水平地面上。當清洗后排出的堿油廢水中包含懸浮物小于150mg/L時，證明鍍鋅卷清洗干凈，可進入下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)。并將沉淀物除油去渣換過濾后繼續(xù)投入生產(chǎn)爐，以此減少生產(chǎn)中對水環(huán)境造成的污染。

1.3 鋅鍋超厚層涂鍍

搭建連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)邊界剪切設備，投入上述去除雜質后的鍍鋅卷，按照立式與臥式兩種焊接機標準設備類型，設計生產(chǎn)主要技術參數(shù)與設備配置。

使用應用感應加熱的方式，對出爐的鋅板實施全方位均勻預熱。由于不同鋅板對鍍層的要求不同，為此可選擇鋅鍋對其進行鍍層，并使用耐火砌體構筑可不生成多余鋅渣。鋅鍋選型如下表2所示。

表2 鍍層鋅鍋選型

采用控制焊接機張力的方式，對熱鍍鋅生產(chǎn)流程進行控制，以此保證裝置內(nèi)加熱區(qū)與冷卻區(qū)內(nèi)的均勻受熱。此外，控制焊接機生產(chǎn)爐內(nèi)預熱速度，將即熱溫度上升的時間控制在50s～80s之間，以此確保焊接生產(chǎn)設備中鍍鋅層的均勻受熱。最終將恒溫生產(chǎn)爐內(nèi)溫度控制在1360攝氏度左右，所有雜質便可蒸發(fā)，同時不會造成鋅板表層的氧化。

此外，根據(jù)生產(chǎn)線對熱鍍鋅的不同需求，選擇不同類型的鋅鍋。將待鍍層鋅投放至鍋內(nèi)后，按照順時針方向不停攪拌，即便出現(xiàn)飽和現(xiàn)象也需要持續(xù)攪拌，以此使析出的金屬屑不至于凝結成大塊，影響熱鍍鋅質量[6]。當完成充分攪拌后，取出鍍層鋅片，待其降溫后風干，完成冷軋工藝特征在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)應用中的研究。

2 連續(xù)熱鍍鋅機組的工藝特點

①自動測量鋼卷的外徑和寬度，以進行鋼卷在開卷機上的自動對中。②雙切剪切除帶鋼頭尾超差或變形部分。③采用設備電機的窄搭接焊機對帶鋼進行焊接。④月牙切除焊接縫處的邊部以防止帶鋼在運行過程中斷帶和對設備或輥子的損傷。⑤入口處的清洗段出去帶鋼表面的軋制油、金屬粉末等，保證產(chǎn)品質量。⑥采用預熱段的NOF水平連續(xù)退火爐對帶鋼進行繼續(xù)退火。⑦所有爐輥分別由帶自動速度調節(jié)的交流矢量馬達驅動，是爐輥速度與生產(chǎn)速度保持一致性，這樣可以有效防止爐輥對帶鋼表面的劃傷。⑧轉向段安裝有熱張緊輥可分別控制帶鋼在爐段與冷卻塔內(nèi)的張力，熱張緊輥具有適應的原始凸度從而具有自動對中功能。⑨兩臺帶有液位傳感器的感應器的感應加熱陶瓷鋅鍋爐可以在線進行產(chǎn)品更換。⑩采用新日金屬自行開發(fā)設計的銳角氣刀，控制靈活，控制精度較高。鍍層控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制。采用四輥濕式光整機和六輥濕式拉伸轎直機，可改善帶鋼機械性能、板形和表面質量。設有鋅鋁合金鍍層防黑化和純鋅鍍層表面鈍化處理裝置。沒有立式和水平帶鋼檢查站用與成品帶鋼質量檢查。采用靜電涂油機對帶鋼進行涂油。

3 實驗論證分析

提出仿真實驗，選擇市場內(nèi)某鍍鋅生產(chǎn)廠作為此次實驗的試點場所。搭建仿真實驗操作臺，設計以下仿真實驗，隨機抽選100t鋅板作為此次實驗的生產(chǎn)原材料，將其分為兩組，每組50t鋅板，先使用本文設計的基于冷軋工藝特征的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法，對其中一組鋅板進行連續(xù)熱鍍鋅的生產(chǎn)，計算產(chǎn)出成品量，并將該組定義為實驗組。再使用傳統(tǒng)的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法進行相同步驟的實驗，記錄連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)量，定義該組為對照組。對比兩組生產(chǎn)方法最終的熱鍍鋅成品生產(chǎn)量，并以此作為連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法實用性的標準。整理實驗數(shù)據(jù)，將其繪制成表格，對數(shù)據(jù)進行分析。如下表2所示。

表2 熱鍍鋅生產(chǎn)量對比/t

根據(jù)上述表2中數(shù)據(jù)可知：在原材料量固定的情況下，本文設計的基于冷軋工藝特征的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法生產(chǎn)所需時間較短，為此可得出結論：在相同用戶條件下，相比傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，本文設計的連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)方法，在實際應用中可有效的縮短生產(chǎn)所需時間，以此起到提高生產(chǎn)效率的作用。

4 結束語

基于冷軋工藝在市場內(nèi)應用的逐步廣泛，本文從3個方面開展了連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)的研究，為鍍鋅在金屬市場的廣泛應用提供了良好的技術支撐。且經(jīng)過本文工藝設計的鍍鋅具有較好耐熱性與耐腐蝕性，可滿足不同生產(chǎn)行業(yè)對其應用提出的要求。本文所引進的這條連續(xù)熱鍍鋅線采用了國內(nèi)外比較成熟、可靠、完整、經(jīng)濟實用的工藝與裝備，所生產(chǎn)的產(chǎn)品在各項技術當中，應用指標可以達到較高的水平，同時具有較強的市場競爭力。盡管本文提出的生產(chǎn)流程已相對規(guī)范并具備了一定可持續(xù)生產(chǎn)能力，但在后期的研究中，仍需要從多個方面開展更加深入的研究。例如鍍鋅在爐內(nèi)加熱是否需要隔絕氧氣；冷卻中是否有空氣雜質吸附在表層，影響鍍鋅質量，上述提出幾點均為鍍鋅在生產(chǎn)中需要持續(xù)關注的問題。