论文部分内容阅读
[摘要]：结合首钢京唐二冷厂3号镀锌机组和4号镀锌机组线的生产工艺和设备，对热浸镀锌的锌灰形成机理进行了分析， 对热浸镀锌带钢表面常见的几种缺陷的形成机理进行了分析重点叙述了锌灰导致露钢缺陷的形成过程，同时提出了改善热镀锌锌灰问题的工艺技术和首钢京唐相关设备优化过程。
[关键词]：锌灰 形成机理 工艺过程 设备优化
中图分类号：V461 文献标识码：V 文章编号：1009-914X（2012）35- 0350-01
1、引言
热镀锌板具有良好的耐蚀性、加工成形性、焊接性及涂装性等优点，其较高的性能使其愈来愈广地替代部分电镀锌及冷轧板在汽车、建筑和家电行业的应用[1] 。热镀锌镀层质量要求越来越高，而锌灰缺陷极大地影响了热镀锌产品的外观质量和耐蚀性。 锌灰缺陷是连续热镀锌钢板的一种常见表面缺陷，按缺陷类型分，属于锌渣缺陷中的一种。其表观现象为细微渣带在镀锌板表面沿縱向形成条带状或点状夹杂物，属于较轻微的一类锌渣缺陷，但是出现的频率远远高于其他锌渣类缺陷。因此，在生产对带钢表面质量要求较高的面板时，成为主要的产品缺陷之一。
2、带钢表面产生锌灰的机理
在进行热镀锌生产时，从钢板上进入锌液中的铁与锌反应生成FeZn7 ，形成底渣。然后，锌液中的铝原子会逐步置换掉底渣中的部分锌，生成铁铝化合物（ Fe2 Al6 ） ，这种化合物与锌的氧化物混在一起并漂浮在锌锅表面从而形成浮渣。随着锌锅内沉没辊的转动导致的锌液流动，部分浮渣被带到炉鼻子上，最终聚集到一起。由于炉内气氛为还原性气氛，因此炉鼻子内锌液面难以形成氧化锌隔离层，造成炉鼻子内的锌液面不断产生锌蒸气挥发出来。这些锌蒸气遇到温度较低的炉鼻子内壁等设备后凝结为像霜一样的固态锌粉末，当锌粉末积累到一定程度并受到外界震动时便会掉落到锌液面上，形成浮渣。锌灰是由炉鼻子处锌液面的浮渣和在炉鼻子内腔凝结的固态锌渣产生的。一般情况下，钢带进入锌液时都会产生一定的振动，使得锌液表面形成一定的波浪，这一作用就会把炉鼻内锌液表面掉落的锌粉驱赶到炉鼻的角落处，并凝聚成球状。如果正常生产则不会造成缺陷，但在生产厚带钢或炉鼻内锌液面受到加锌锭等原因影响而不规则的波动时，锌灰就会在锌液表面散开，并粘到钢带上，钢带就不可能与锌液接触而镀锌。同时这些锌渣落到带钢表面，随着带钢通过锌锅沉没辊产生以线性为主的轻微压痕，或者细微渣带在镀锌板表面沿纵向形成条带状或者点状夹杂物，从而产生热镀锌带钢表面的锌灰缺陷。锌灰在气刀作用下从钢带表面吹落，发生氧化，产生火花，而钢带表面则留下未镀锌的露钢缺陷。其特征是漏镀处的形状在钢带运行方向上呈近似圆形，在钢带运行的反方向上因锌灰的散落形成扫帚状，整个形状如彗星，尾巴处有点状夹渣缺陷。
3、针对表面锌灰缺陷控制措施
在炉鼻的摄像头可以清晰的看到锌灰沿着炉鼻通道向上漂浮进入炉鼻内，并且以锌灰的形式落到带钢表面影响表面质量，进而导致带钢表面产生露钢缺陷。为了防止锌液蒸气在炉鼻子内大量蒸发后形成锌粉末，机组在炉鼻子处安装有一套氮气加湿系统，以提高炉鼻子处局部气氛的含水量，升高露点温度，使锌蒸气在锌液面发生氧化反应，在液面形成一层薄薄的致密氧化膜（ZnO），抑制锌蒸气的继续蒸发，可有效防止炉鼻子内产生凝固态锌。
3.1优化和稳定炉鼻子氮气加湿系统
当露点控制不恰当时，此套装置也有可能因产生过多水蒸气而导致液态水凝结在带钢表面，造成带钢过度氧化造成镀层不和。大量的调研发现退火炉出口段露点控制恶化导致了上述质量问题，所谓露点是指气体中水蒸气饱和时的气体温度。这样炉鼻子气氛的控制在控制锌灰锌渣方面就显得尤为重要，加湿系统不同的位置和控制方法会产生截然不同的效果。
分析：含有水蒸气的氮氢混合气体1点注入，只有极少量的水分子会随带钢运行到锌液表面与锌液反应，绝大部分水分子在距离锌液面较高的地方分解与带钢产生反应，氧化带钢表面，对镀层产生不利影响；而2点注入，产生效果却恰恰相反。设计制造是在1点有两个孔，改造成在2位置正反两面各四个孔。通过实践观察2点在改造后效果显著，锌灰锌渣缺陷减少30℅.（表面检测数据）。因锌灰锌渣产生协议品每月减少20吨，废品减少10吨，FC比例每月提5℅。
3.2定期为炉鼻子清灰
利用炉鼻子内的摄像系统，监控炉鼻子内的锌渣形成量，及时发现和处理炉鼻子内的锌粉末，防止炉鼻子内锌渣积累凝结过多而落到带钢表面。
3.2.1采用专用捞渣勺，每班由操作工定期捞渣
3.2.2增加炉鼻子内锌渣吸附清除装置，将外部热风通过风机吹入封闭的炉鼻体内，炉鼻子内部有吸附浮渣的循环风机，吸附的浮渣，经过滤系统后，将锌渣或锌灰收集运走，热风继续参与循环。
3.2.3利用停机时间，降低锌锅，将炉鼻子处锌液面暴露出来后，人工扒渣。
4、小结
除上述方法外，有文献认为对带钢入锌锅温度和锌锅温度进行优化亦可起到抑制锌灰作用，在热镀锌过程中，锌锅温度在500 ℃附近时，铁损量随着加温及保温时间急剧增加，几乎呈直线关系。低于或高于480～510 ℃范围，随时间延长铁损提高缓慢。因此，人们将480～510 ℃称为恶性溶解区。在此温度范围内锌液对工件及锌锅侵蚀最为严重，超过560 ℃铁损又明显增加，达到660 ℃以上锌对铁基体是破坏性侵蚀，锌渣会急剧增加，使施镀无法进行。对锌液成分进行控制也可降低锌灰缺陷锌液中铝含量对锌灰的形成有很大关系，如果控制不当会对镀锌板的表面质量造成不利影响。严格控制锌液中的铝含量。铝含量过低，会导致带钢表面溶入锌液中的铁增多，也会使底渣产生。铝含量过高，会降低铁在锌液中的溶解度，促进锌液析出。同时铝本身也容易氧化，形成浮渣。所以，要严格控制锌液中的铝含量，普通镀锌板（ GI） w （Al） 控制范围为0. 19 %～0. 22 % ，合金化镀锌板（ GA） w （Al） 控制范围为0. 10 %～0. 15 %。对加锌频率以及加湿温度、压力进行控制都能抑制锌灰生成。
参考文献：
[1]潘勋平. 热镀锌带钢镀层锌渣缺陷形成分析及改进技术[J] . 宝钢技术，2004
[2] 张启富等. 钢带连续热镀锌[M].北京：冶金工业出版社，2007
作者简介：
贾建刚，男，1970年12月生，河北滦南县青坨营镇人，首钢京唐钢铁股份联合责任有限公司镀锌线机械高级技师。
[关键词]：锌灰 形成机理 工艺过程 设备优化
中图分类号：V461 文献标识码：V 文章编号：1009-914X（2012）35- 0350-01
1、引言
热镀锌板具有良好的耐蚀性、加工成形性、焊接性及涂装性等优点，其较高的性能使其愈来愈广地替代部分电镀锌及冷轧板在汽车、建筑和家电行业的应用[1] 。热镀锌镀层质量要求越来越高，而锌灰缺陷极大地影响了热镀锌产品的外观质量和耐蚀性。 锌灰缺陷是连续热镀锌钢板的一种常见表面缺陷，按缺陷类型分，属于锌渣缺陷中的一种。其表观现象为细微渣带在镀锌板表面沿縱向形成条带状或点状夹杂物，属于较轻微的一类锌渣缺陷，但是出现的频率远远高于其他锌渣类缺陷。因此，在生产对带钢表面质量要求较高的面板时，成为主要的产品缺陷之一。
2、带钢表面产生锌灰的机理
在进行热镀锌生产时，从钢板上进入锌液中的铁与锌反应生成FeZn7 ，形成底渣。然后，锌液中的铝原子会逐步置换掉底渣中的部分锌，生成铁铝化合物（ Fe2 Al6 ） ，这种化合物与锌的氧化物混在一起并漂浮在锌锅表面从而形成浮渣。随着锌锅内沉没辊的转动导致的锌液流动，部分浮渣被带到炉鼻子上，最终聚集到一起。由于炉内气氛为还原性气氛，因此炉鼻子内锌液面难以形成氧化锌隔离层，造成炉鼻子内的锌液面不断产生锌蒸气挥发出来。这些锌蒸气遇到温度较低的炉鼻子内壁等设备后凝结为像霜一样的固态锌粉末，当锌粉末积累到一定程度并受到外界震动时便会掉落到锌液面上，形成浮渣。锌灰是由炉鼻子处锌液面的浮渣和在炉鼻子内腔凝结的固态锌渣产生的。一般情况下，钢带进入锌液时都会产生一定的振动，使得锌液表面形成一定的波浪，这一作用就会把炉鼻内锌液表面掉落的锌粉驱赶到炉鼻的角落处，并凝聚成球状。如果正常生产则不会造成缺陷，但在生产厚带钢或炉鼻内锌液面受到加锌锭等原因影响而不规则的波动时，锌灰就会在锌液表面散开，并粘到钢带上，钢带就不可能与锌液接触而镀锌。同时这些锌渣落到带钢表面，随着带钢通过锌锅沉没辊产生以线性为主的轻微压痕，或者细微渣带在镀锌板表面沿纵向形成条带状或者点状夹杂物，从而产生热镀锌带钢表面的锌灰缺陷。锌灰在气刀作用下从钢带表面吹落，发生氧化，产生火花，而钢带表面则留下未镀锌的露钢缺陷。其特征是漏镀处的形状在钢带运行方向上呈近似圆形，在钢带运行的反方向上因锌灰的散落形成扫帚状，整个形状如彗星，尾巴处有点状夹渣缺陷。
3、针对表面锌灰缺陷控制措施
在炉鼻的摄像头可以清晰的看到锌灰沿着炉鼻通道向上漂浮进入炉鼻内，并且以锌灰的形式落到带钢表面影响表面质量，进而导致带钢表面产生露钢缺陷。为了防止锌液蒸气在炉鼻子内大量蒸发后形成锌粉末，机组在炉鼻子处安装有一套氮气加湿系统，以提高炉鼻子处局部气氛的含水量，升高露点温度，使锌蒸气在锌液面发生氧化反应，在液面形成一层薄薄的致密氧化膜（ZnO），抑制锌蒸气的继续蒸发，可有效防止炉鼻子内产生凝固态锌。
3.1优化和稳定炉鼻子氮气加湿系统
当露点控制不恰当时，此套装置也有可能因产生过多水蒸气而导致液态水凝结在带钢表面，造成带钢过度氧化造成镀层不和。大量的调研发现退火炉出口段露点控制恶化导致了上述质量问题，所谓露点是指气体中水蒸气饱和时的气体温度。这样炉鼻子气氛的控制在控制锌灰锌渣方面就显得尤为重要，加湿系统不同的位置和控制方法会产生截然不同的效果。
分析：含有水蒸气的氮氢混合气体1点注入，只有极少量的水分子会随带钢运行到锌液表面与锌液反应，绝大部分水分子在距离锌液面较高的地方分解与带钢产生反应，氧化带钢表面，对镀层产生不利影响；而2点注入，产生效果却恰恰相反。设计制造是在1点有两个孔，改造成在2位置正反两面各四个孔。通过实践观察2点在改造后效果显著，锌灰锌渣缺陷减少30℅.（表面检测数据）。因锌灰锌渣产生协议品每月减少20吨，废品减少10吨，FC比例每月提5℅。
3.2定期为炉鼻子清灰
利用炉鼻子内的摄像系统，监控炉鼻子内的锌渣形成量，及时发现和处理炉鼻子内的锌粉末，防止炉鼻子内锌渣积累凝结过多而落到带钢表面。
3.2.1采用专用捞渣勺，每班由操作工定期捞渣
3.2.2增加炉鼻子内锌渣吸附清除装置，将外部热风通过风机吹入封闭的炉鼻体内，炉鼻子内部有吸附浮渣的循环风机，吸附的浮渣，经过滤系统后，将锌渣或锌灰收集运走，热风继续参与循环。
3.2.3利用停机时间，降低锌锅，将炉鼻子处锌液面暴露出来后，人工扒渣。
4、小结
除上述方法外，有文献认为对带钢入锌锅温度和锌锅温度进行优化亦可起到抑制锌灰作用，在热镀锌过程中，锌锅温度在500 ℃附近时，铁损量随着加温及保温时间急剧增加，几乎呈直线关系。低于或高于480～510 ℃范围，随时间延长铁损提高缓慢。因此，人们将480～510 ℃称为恶性溶解区。在此温度范围内锌液对工件及锌锅侵蚀最为严重，超过560 ℃铁损又明显增加，达到660 ℃以上锌对铁基体是破坏性侵蚀，锌渣会急剧增加，使施镀无法进行。对锌液成分进行控制也可降低锌灰缺陷锌液中铝含量对锌灰的形成有很大关系，如果控制不当会对镀锌板的表面质量造成不利影响。严格控制锌液中的铝含量。铝含量过低，会导致带钢表面溶入锌液中的铁增多，也会使底渣产生。铝含量过高，会降低铁在锌液中的溶解度，促进锌液析出。同时铝本身也容易氧化，形成浮渣。所以，要严格控制锌液中的铝含量，普通镀锌板（ GI） w （Al） 控制范围为0. 19 %～0. 22 % ，合金化镀锌板（ GA） w （Al） 控制范围为0. 10 %～0. 15 %。对加锌频率以及加湿温度、压力进行控制都能抑制锌灰生成。
参考文献：
[1]潘勋平. 热镀锌带钢镀层锌渣缺陷形成分析及改进技术[J] . 宝钢技术，2004
[2] 张启富等. 钢带连续热镀锌[M].北京：冶金工业出版社，2007
作者简介：
贾建刚，男，1970年12月生，河北滦南县青坨营镇人，首钢京唐钢铁股份联合责任有限公司镀锌线机械高级技师。