冷基熱鍍鋅板表面鋅灰缺陷的控制研究

李文超，馬占軍，孔德新，陳相東，劉 超

（河鋼承鋼釩鈦冷軋薄板有限公司，河北 承德 067000）

隨著鋼鐵市場競爭的日益激烈，各企業(yè)的生產(chǎn)觀念也在改變：向行業(yè)提供簡單的鋼鐵產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛳掠翁峁╀撹F材料，這既要求鋼鐵廠一方面向生產(chǎn)高端產(chǎn)品邁進，另一方面要根據(jù)客戶要求提供高標準、高質(zhì)量的鋼鐵材料，一種市場倒逼的形勢正在悄然發(fā)展。質(zhì)量優(yōu)異的冷基熱鍍鋅板是高端產(chǎn)品一個重點區(qū)域，具有廣闊的市場前景，應用于建筑、家電以及汽車等行業(yè)。然而在生產(chǎn)過程中，鋅灰缺陷的產(chǎn)生造成大量的卷重不符、切廢、質(zhì)量異議等問題，造成不少的經(jīng)濟損失，這有悖于降低成本、綠色發(fā)展的科學理念。圖1 是某冷軋廠10 月份產(chǎn)生降級品的重量統(tǒng)計，其中可以看到除了因部分未光整量之外，鋅灰缺陷占總重量的16%，排在第二位。為了解決冷基熱鍍鋅板表面鋅灰缺陷所造成的損失，本文對其產(chǎn)生的原因進行了研究和分析，并提出了對應的控制措施，降低了生產(chǎn)成本，提升了表面質(zhì)量，增加了企業(yè)競爭力。

圖1 某冷軋廠10 月份鍍鋅降級品比重

1 鋅灰缺陷及危害

1.1 鋅灰缺陷產(chǎn)生的原因

（1）為了保證退火爐內(nèi)帶鋼保持一個純鐵活性表層，爐內(nèi)的氣氛為還原性，因此在爐鼻子所覆蓋區(qū)域的鋅液很難形成鋅的氧化物隔離層，進而造成鋅液蒸發(fā)形成鋅蒸氣，鋅蒸氣沿著溜槽上升遇冷凝結(jié)成固態(tài)狀物質(zhì)（鋅灰）粘附在爐鼻子內(nèi)壁上，鋅灰的成分比較復雜，一般情況下其成分含有氧化鋅和鋁鐵的氧化物等[1]，當集聚過多時隨著帶鋼的抖動掉落在帶鋼和鋅液面上。

（2）熱鍍鋅過程中，鐵與鋅發(fā)生反應生成FeZn7固狀物，其密度比鋅液密度略大，形成底渣。而鋅液中添加鋁會置換掉部分底渣中的鋅，生成密度比鋅液小的鐵鋁化合物，形成浮渣，其化學反應式如下所示。一部分浮渣會隨著沉沒輥的轉(zhuǎn)動以及帶鋼的移動被鋅液帶到爐鼻子內(nèi)聚集，成為鋅灰的組成部分[2]。

1.2 鋅灰對產(chǎn)品的影響

帶鋼正常運行時，因?qū)σ好娈a(chǎn)生沖擊力，使帶鋼與鋅灰之間保持一定的距離，因此不會對帶鋼產(chǎn)生較大影響，但是在焊縫通過、加速、減速過程時，帶鋼會產(chǎn)生較大振動，當振幅大于鋅灰與帶鋼的距離時，鋅灰便粘附在帶鋼表面上進而造成漏鍍現(xiàn)象，產(chǎn)生露鋼缺陷[1]。使得產(chǎn)品降級處理或者切廢，增加了生產(chǎn)成本。鋅灰在液面上處于靜止狀態(tài)，而帶鋼處于運動狀態(tài)，因此粘在鋼板上的鋅灰造成的露鋼缺陷均為沿著帶鋼長度縱向分布，如圖2 所示。

圖2 沿帶鋼縱向分布的鋅灰缺陷

2 解決措施

2.1 優(yōu)化浸鋅溫度

鐵損的多少與鋅液溫度的高低有直接關(guān)系，鐵損增多不僅影響鋅鍋的使用壽命，而且會提高鋅渣形成速度，進而導致鋅灰的增加。圖3 是鋅液溫度與鐵損量之間的關(guān)系[3]。由此可看出當鋅液溫度在480℃～530℃時，鐵的損失量較大，在500℃時達到最大。

圖3 鋅液溫度與鐵損量之間關(guān)系圖

因此一方面要控制鋅液溫度，另一方面要控制帶鋼入鋅鍋溫度，當帶鋼溫度超過鋅液20℃以上時，鋅液溫度提高，鋅渣數(shù)量也增多[4]。經(jīng)驗表明，常規(guī)熱鍍鋅溫度適宜在450℃～465℃，此溫度范圍鋅液具有良好的流動性，提高了鋅層質(zhì)量，降低鐵損，抑制了鋅灰產(chǎn)生的速度。

2.2 完善清鋅灰制度

爐鼻子內(nèi)壁上的鋅灰無法在帶鋼運行時進行清理，但停車過程中務必進行檢查清除，圖4 是停車檢修時替換下來的爐鼻子，其內(nèi)壁掛滿鋅灰。在正常生產(chǎn)過程中為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性，某冷軋廠鍍鋅線實行在線清鋅灰制度，通過設計合理過渡卷，升起爐鼻子距離鋅液200mm，同時向爐鼻子內(nèi)部加吹氮氣，防止空氣進入爐內(nèi)，帶鋼以較低的速度運行，此時進行清鋅灰作業(yè)。作業(yè)過程中要用專用工具將表面的鋅灰輕輕的撥到鋅鍋兩端，撥鋅灰時切忌用力過大，使液面產(chǎn)生擾動，防止鋅灰粘附在帶鋼上。具體清鋅灰次數(shù)可根據(jù)生產(chǎn)實際情況而定，一般每周清理一至兩次。

圖4 爐鼻子內(nèi)壁黏結(jié)的鋅灰

2.3 優(yōu)化加濕系統(tǒng)

目前的退火爐機組在爐鼻子處均安裝有氮氣加濕系統(tǒng)，目的是通過增加此處的水含量，升高露點溫度形成一種略帶氧化性氣氛的環(huán)境，使得爐鼻子內(nèi)部表層的鋅液與氧反應生成鋅的氧化物薄膜阻斷鋅蒸氣的蒸發(fā)[2]。但是氮氣和水蒸氣的加入量控制要適當，過多會造成帶鋼表面形成鐵的氧化物不利于鍍鋅，造成漏鍍或暴鋅現(xiàn)象，過少則起不到抑制鋅灰的作用。一般將露點溫度控制在-30℃～-10℃，根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行調(diào)整。

2.4 調(diào)整鋅液成分

鋅液中鋁含量的大小對鍍層的化合物種類和鋅渣的形態(tài)均有影響，鋁比鋅更活潑，當鋅液中的有效鋁含量大于0.135%時，鋁可以與鋅液中的鐵直接反應生成Fe2Al5上浮至鋅鍋表面，形成浮渣，同時鋁還可以與鐵鋅化合物反應將底渣轉(zhuǎn)化為浮渣。有文獻指出，浮渣中的鋁含量在4%～7%，底渣中的鋁含量在0.7%～1.5%[5]。但是鋁含量過大會降低鋅液中鐵的溶解度，以致生成更多的鋅渣[6]。因此鋅液中鋁含量的控制應合理，根據(jù)經(jīng)驗，鋅液中的鋁含量應在0.16%～0.25%之間。在生產(chǎn)CQ 級普通板時為0.16%～0.18%，生產(chǎn)DQ 級沖壓板時為0.18%～0.20%，生產(chǎn)DDQ、EDDQ、SEDDQ 級深沖板、超深沖板時為0.20%～0.25%[6]。據(jù)相關(guān)資料記錄：鋁的置換反應在有效鋁超過0.135%時開始進行，當有效鋁達到0.14%以上時，反應的比較充分，可實現(xiàn)無底渣作業(yè)[7]。

2.5 嚴格把控鋅錠質(zhì)量

隨著市場對鋅錠需求量的增大，近幾年來鋅錠的成分不合現(xiàn)象日益嚴重，部分冶煉廠在熔制鋅錠時，內(nèi)部存在大量的氧化鋁、氧化鋅等雜質(zhì)。這樣的鋅錠在鋅鍋融化后形成大量浮渣，產(chǎn)渣率升高，既造成了成本提高大又影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。因此要與商家溝通嚴格把控質(zhì)量關(guān)，提供合格的產(chǎn)品。

2.6 合理控制工藝段速度

工藝段在增速、降速以及焊縫通過鋅鍋時，帶鋼產(chǎn)生振動極易粘附鋅灰，造成露鋼缺陷。因此計劃員應合理編排生產(chǎn)序列，帶鋼品種變化不宜過多，避免頻繁的升速、降速。在生產(chǎn)過程中更應盡量避免停車事故的發(fā)生。

3 結(jié)語

綜上所述，為了減少鋅灰的形成，避免降級品的產(chǎn)生和成本的增加，可通過以下幾方面進行控制：

（1）合理控制鋅液溫度在450℃～465℃之間，可有效降低鐵損，抑制鋅灰產(chǎn)生的速度。

（2）建立定期清鋅灰制度，視生產(chǎn)情況而定，一周清理一至兩次。

（3）優(yōu)化加濕系統(tǒng)，將露點溫度控制在-30℃～-10℃，根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行調(diào)整。

（4）調(diào)整鋅液成分，根據(jù)不同鋼種合理控制鋅液鋁含量。

（5）提升鋅錠質(zhì)量，對于雜質(zhì)過多的鋅錠拒絕使用。

（6）合理編排生產(chǎn)序列，盡量避免頻繁升速、降速，保持帶鋼穩(wěn)定運行。

經(jīng)過上述控制方式的改進和參數(shù)優(yōu)化，因鋅灰導致的降級品噸數(shù)由10 月份的165t 降至11 月份的51t，由降級品總量的16%降至6.3%，效果顯著。