帶鋼防腐金屬涂鍍專用上行冷卻器的設計要點

肖學文，楊柏松

(中冶賽迪工程技術有限公司，重慶 401122)

帶鋼表面涂鍍防腐從鍍鋅、鍍鋁鋅、鍍鋁鋅硅、鍍鋅鋁鎂一直朝著節約鋅層，提高防腐性能、節約成本等方向發展。但隨著鋅鋁鎂產品的商業化，出現了環境防腐也就是低鋁高鎂、畜牧防腐高鋁低鎂的專用設備。其防腐機理和金屬涂鍍過程的要求都隨著鎂含量的不同對鋅鍋、氣刀、鍍后冷卻、水淬槽、光整機、耐指紋涂層都提出了不同要求。本文重點論述鍍后上行冷卻器對板面的影響及設計要點。

1 影響帶鋼表面鋅花大小的因素

影響帶鋼表面鋅花大小的因素見表1。

表1 影響鋅花大小的因素

2 鍍層形成的過程分析

(1)高鋁低鎂含硅鋅鋁鎂鍍層的冷卻過程見圖1。

圖1 含55%Al、1.6%Si、1.2%～2%Mg的鋅鋁鎂的冷卻過程

在帶鋼涂鍍層從液相轉變開始形核的過程中一定要防止Mg2Si的出現，即防止鍍液中的硅跟鎂發生反應。

(2)鍍鋁高鎂鋅鋁鎂鍍層的冷卻過程見圖2。

圖2 含5%～11%Al、3%Mg的鋅鋁鎂的冷卻過程

在帶鋼涂鍍層從液相轉變開始形核的過程中沒有高鋁低鎂的問題，但鎂的氧化問題就相對突出，迅速固化，同時廢止Mg2Zn11的包晶組織就變得突出。

上述兩種工藝都涉及到鍍層的形核和出花，都涉及到廢止鎂的氧化黑點等問題；因此冷卻器的解決之道也就孕育其中。

綜合起來溫度變化從580～380 ℃，這一過程涵蓋了形核和出花的過程，對冷卻速度是有一定的要求的，根據經驗，針對任何厚度，冷卻速度不應該低于12 ℃/s。

3 冷卻器冷卻過程的設計計算

平行狹縫噴嘴的噴箱計算公式如下：

(1)

該式的適用范圍為

1 500≤Re≤4×104；

0.008≤f≤2.5f0(H/D)>；

1≤H/D≤40。

對于平行狹縫噴嘴組：

代入原始條件：板厚2.5 mm，冷卻速度12 ℃/s，從580 ℃冷卻到380 ℃，鍍后冷卻器的空氣噴射速度在20～65 m/s，溫度范圍在30～45 ℃。

4 鋅鋁鎂專用移動冷卻器的設計要點

冷卻器設計不合理會造成的缺陷如下：

(1)冷卻器的冷卻能力不夠：造成到達塔頂輥粘輥、板面凸起、粘輥等缺陷，也就是板面溫度過高以及溫度不均勻造成的。

(2)冷卻器的寬度設計設計不合理：對板面的對中糾偏要求極高，同時有可能造成邊部冷卻不足而形成邊部鋅花過大等現象。

(3)冷卻器的噴嘴設計錯誤：在高溫區采用噴孔設計，造成氧化色不均勻，表面形成彩條布一樣的色差。

(4)冷卻器單個噴嘴的冷卻強度過高：造成鍍膜在發育期被吹皺。

(5)噴嘴到板面的距離不合適：過遠造成冷卻效果差；過近造成帶鋼震顫加劇，甚至剮蹭。

(6)冷卻速度的匹配不合適：造成Mg2Si、Mg2Zn11等缺陷出現。

鋅鋁鎂專用移動冷卻器的設計要點：

(1)針對鋅鋁鎂冷卻器的設計要考慮冷速，氧化、板面質量、帶鋼震顫等諸多因素，這就是為什么不論采用什么設計帶鋼出鋅鍋后的冷卻器始終處于縫狀的設計，可以有效消除因冷卻造成的氧化色色差。

(2)冷卻器設計應該考慮形核和出花的不同階段采用不同的冷卻速度控制。

這樣針對不同階段可以采用分別變頻控制的辦法，結合在線板溫計，達到有效消除鋅鋁鎂各階段冷卻缺陷的目的。

5 結 論

鋅鋁鎂鍍后移動冷卻段采用分段式冷卻，分段變頻控制；冷卻器始終處于縫狀的設計；結合在線板溫計，達到有效消除鋅鋁鎂各階段冷卻缺陷的目的；為最大限度利用氣刀上部空間，增加輔助的升降功能為宜。