帶鋼表面鋅灰產生的機理及控制措施

馬 林

（唐山鋼鐵集團高強汽車板有限公司，河北 唐山 063000）

連續熱鍍鋅生產中，影響帶鋼表面質量的因素有很多，例如光整、拉矯、鈍化等，而在這其中，起決定性作用的是鋅鍋，它是整個鍍鋅線的核心部分。由于其本身原因或者控制不合理，將產生一些難以避免的缺陷，主要有鋅灰、鋅渣、硌窩、劃傷等，而這其中影響比較大、比較常見的就是鋅灰。鋅灰缺陷造成了表面質量的降判，成為影響生產高質量的鍍鋅板的一大難題。本文結合生產實際，分析研究了鋅灰產生的機理，對原有措施進行了一些規范、改進，以期達到減少鋅灰的目的。

1 產生機理

鍍鋅生產中使用的鍍液溫度基本維持在460℃左右（Zn的熔點420℃），在此溫度下，爐鼻子內的鋅液面會發生在低于Zn沸點（907℃）下的蒸發過程。當蒸發的鋅蒸汽升至一定高度后就會與爐鼻子內的水蒸汽（一方面來自于爐鼻子加濕，一方面來自H2的還原反應）發生置換反應Zn+H2O====ZnO+H2生成ZnO，或者與微量的O2發生氧化反應生成ZnO，形成鋅灰。實際生產中的鋅灰是指包括ZnO在內的、純鋅及其他一些雜質的混合物。由于爐鼻子的煙囪效應，將鋅灰“抽”到爐鼻子上部或者退火爐張力室、均衡段，進而加速了爐鼻子內鋅液的蒸發，導致鋅灰的大量產生[1]，如圖1所示。

圖1 爐鼻子區域鋅灰分布示意圖

產生的鋅灰吸附在爐鼻子內壁上，生產中一方面由于電機旋轉、感應器啟動、沉沒輥轉動等導致爐鼻子震動，粘附其表面的鋅灰可能掉落下來，漂浮在爐鼻子內的鋅液表面上，當帶鋼從爐子進入鋅鍋時便粘附上了鋅灰，另一方面鋅灰直接地掉落到帶鋼表面，導致正面鋅灰相對于背面來說較多。由于鋅液的不穩定或帶鋼的不穩定，將使得鋅灰更易粘附到帶鋼表面，經過鋅鍋粘附鋅液后就導致了凹凸不平的鍍層表面。

由于鋅灰顆粒產生位置的隨機性，掉落到爐鼻子鋅液面的隨機性，決定了在帶鋼表面不同位置形成不同形狀的鋅灰缺陷，如圖2所示[1，2]。

帶鋼表面進行涂裝或噴漆后，鋅灰缺陷將會被放大，導致產品表面均一性變差，無法滿足高表面產品的使用要求。

圖2 不同形狀的鋅灰

2 控制措施

根據鋅灰產生的機理，主要從兩方面對鋅灰進行控制：一是從源頭上進行控制，抑制鋅灰的產生；二是對于已經產生的鋅灰，要盡量避免其粘附到帶鋼表面。

從源頭上抑制鋅灰產生，主要通過對鋅液溫度、鋅液面進行控制；對已產生的鋅灰進行控制，主要通過控制鋅液、帶鋼穩定性以及鋅灰泵進行控制，下面進行詳細闡述。

2.1 抑制鋅灰的產生

2.1.1 鋅液溫度

鋅液溫度對鍍鋅來說很重要，對鋅灰的產生來說也很重要，因為鋅灰來源于鋅液的蒸發。生產中如果鋅液溫度過高，將會使得鋅液蒸發加劇，產生大量鋅灰。根據生產經驗，鋅液溫度控制在455℃～465℃范圍內較好，470℃是極限點，無論如何也不能超過475℃[3]。

2.1.2 加濕器

圖3 鋅灰泵

爐鼻子加濕器通過對鋅液面進行控制來從根本上抑制鋅灰的產生。其主要是通過采用濕HNX注入法抑制鋅灰的產生。濕HNX注入法就是通過對氮氫混合氣加濕，然后通入到爐鼻子內，使爐鼻子內水含量達到一較高水平，與爐鼻子內的鋅液發生Zn+H2O====ZnO+H2反應，在其表面上形成一層ZnO薄膜，從而達到抑制鋅液蒸發的目的。有效減輕了鋅灰對退火爐設備，尤其是爐鼻子的污染和其在鋅液面的聚集。

在向爐鼻子內噴吹經過加濕的HNX時，一定要控制好所噴吹的氣體的露點。露點不能太高，如果過高，由于水的氧化作用可能造成帶鋼表面產生爆鋅或漏鍍等缺陷；如果過低，則達不到設計的初衷，失去了抑制鋅灰生成的作用。爐鼻子加濕器最初投入時，使用露點在-40℃左右，鋅灰仍比較多，經過實踐反復驗證，最終將露點控制范圍鎖定為-25℃～-15℃。同時，還必須控制保護氣體的流量，確保其均勻性，如果波動太大，就會在鋅層上形成流水印的痕跡，進而影響帶鋼的表面質量,達不到預期效果，目前保護氣的流量使用自動控制，流量設置為2m3/h～3m3/h[1，2]。

2.2 降低鋅灰粘附到帶鋼表面的幾率

2.2.1 穩定性

穩定性主要是影響鋅灰粘附到帶鋼上的幾率，為此要保證鋅鍋處的穩定性，鋅鍋處的穩定性控制包括鋅液穩定性的控制和帶鋼穩定性的控制。

鋅液穩定性主要表現在加鋅錠和扒渣、撈渣量方面。在加鋅錠時盡量使用自動模式或手動模式低速擋，避免鋅液面產生較大的波動，自動模式時控制鋅液面1mm～2mm波動，手動模式時2mm～3mm；扒渣、撈渣時要緩慢，動作幅度要小。

鋅鍋配備2個感應器用于保證鋅液溫度穩定，其包括高檔位、低檔位，高、低檔位啟動時對鋅液擾動程度不一樣，高檔位要明顯強于低檔位的，生產時要盡量避免感應器高檔位的啟動，對鋅液造成擾動，使得鋅灰粘附到帶鋼上。這可根據生產帶鋼的規格、速度、環境溫度等，對帶鋼入鍋溫度進行調整，維持鋅鍋處熱量的平衡。

關于帶鋼的不穩定性，主要表現為鍍后帶鋼是否抖動或者擺動，這是由鍍后風機對帶鋼作用力、設備安裝精度、共振等引起的。鍍后冷卻上行段一般包含4～5臺風機，中間風機對帶鋼的作用最大，四分之一處的風機對帶鋼的作用較小，對帶鋼的作用大約是前者的一半，因而，生產時靠近兩端的風機開度比較大，而靠近中間的風機開度比較小[4]。檢修更換三輥六臂安裝時，要保證水平度、垂直度，軸瓦軸套間隙，避免生產時對帶鋼作用力不均或者導致帶鋼震動。帶鋼抖動還可以通過調整鍍后張力、矯正輥進給量進行調整。另外，還可以調整帶鋼速度避開與設備的共振。

2.2.2 鋅灰泵

鋅灰泵主要是通過對爐鼻子內產生的鋅灰進行“移除”來避免其粘附到帶鋼表面的。其原理是利用N2產生壓差，將爐鼻子內的鋅灰“抽”到外面。鋅灰泵安置在爐鼻子寬度方向的兩側位置（帶鋼的操作側、傳動側），通過爐鼻子攝像頭對其高度進行調整，位置稍低于鋅液面；根據冒起的氣泡對壓力進行調整，避免壓力過高鋅液飛濺，壓力過低起不到“抽”的效果。使用鋅灰泵要避免鋅液位波動過大，以免爐鼻子內鋅灰泵的端部露出鋅液面。

2.3 其他控制措施

在檢修、停車時打開爐鼻子側蓋使用N2對其內部進行吹掃，正常生產中根據帶鋼表面鋅灰狀況可以進行在線清鋅灰。

每3個月對爐鼻子短節進行一次更換，同時對短節上部（包括張力室）進行清理，以徹底去除粘附得比較“頑固”的鋅灰。

生產中可以看到，在窄接寬時，尤其是窄帶鋼生產較多后再生產寬帶鋼時，寬帶鋼邊部會有較多的鋅灰，因而在排產時要盡量避免寬接窄，理想情況是在三輥六臂的周期里，排產從寬到窄，盡量避免反向排產。

另外，使用窄口爐鼻子，可以減少爐鼻子內的鋅液面積，這樣在相同條件下可以減少鋅灰產生的量。

3 結論

鋅液蒸發，鋅灰就會產生，在鍍鋅生產中此過程一直存在。通過對鋅液溫度、爐鼻子加濕器等進行控制可以在一定程度上抑制鋅灰的產生；通過對鋅液穩定性、帶鋼穩定性、鋅灰泵等進行控制，可以降低其粘附到帶鋼表面的幾率，降低因此導致的質量降判。