連續(xù)電鍍鋅導(dǎo)電輥粘鋅影響因素分析

文 珂 楊 磊 陳瑩瑩

(武漢鋼鐵有限公司冷軋廠 湖北 武漢：430081)

某鋼鐵企業(yè)連續(xù)電鍍鋅機(jī)組于2011年底正式投產(chǎn)，采用奧地利andritz公司的重力法電鍍鋅，其主要產(chǎn)品定位為汽車板及高端家電板。機(jī)組全線工藝段共配有16個(gè)電鍍槽，年產(chǎn)量約30萬噸。但是因?yàn)閷?dǎo)電輥頻繁粘鋅，嚴(yán)重影響電鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)順行和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 連續(xù)電鍍鋅工藝及設(shè)備簡(jiǎn)介

連續(xù)電鍍鋅工藝采用重力法鍍鋅，原料帶鋼在經(jīng)過脫脂、酸洗、漂洗處理之后，進(jìn)入電鍍槽區(qū)域進(jìn)行電鍍。每個(gè)電鍍槽由導(dǎo)電輥、沉沒輥、陽極箱及陽極板組成(圖1)。導(dǎo)電輥、帶鋼、極板和鍍液構(gòu)成回路進(jìn)行電鍍。其中導(dǎo)電輥和帶鋼表面直接接觸，其表面狀況對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量有重大影響。為了保證導(dǎo)電輥面清潔光亮，專門配備有刮刀、刮水器、擠干輥等眾多輔助設(shè)施(圖2)。

圖1 重力法電鍍鋅電鍍槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 導(dǎo)電輥及其配套設(shè)備示意圖

2 導(dǎo)電輥粘鋅現(xiàn)象分析

2.1 粘鋅現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理

導(dǎo)電輥粘鋅現(xiàn)象是連續(xù)電鍍鋅機(jī)組普遍存在的質(zhì)量難題[1-2]。由于導(dǎo)電輥表面和帶鋼之間存在電勢(shì)差，在此作用下，一旦有電鍍液帶入輥縫，鋅離子就會(huì)在導(dǎo)電輥表面開始沉積，形成一層薄鋅層[3]，這就是導(dǎo)電輥粘鋅現(xiàn)象。

在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可以看到光潔的導(dǎo)電輥表面泛白(見圖3)。粘鋅現(xiàn)象一旦發(fā)生，如不及時(shí)采取措施處理，會(huì)迅速惡化，形成較大的晶體顆粒，造成壓印。圖4是放大1000倍的粘鋅后帶鋼微觀形貌，圖5是粘鋅后帶鋼的表面形貌，可見帶鋼表面有明顯的壓印。

圖3 粘鋅的導(dǎo)電輥表面

圖4 粘鋅后帶鋼微觀形貌圖

圖5 粘鋅后帶鋼表面宏觀形貌

2.2 導(dǎo)致導(dǎo)電輥粘鋅的影響因素

從上述機(jī)理分析可以看出，一旦有電鍍液進(jìn)入輥縫，就容易產(chǎn)生粘鋅現(xiàn)象。為了防止電鍍液被帶到導(dǎo)電輥表面，在帶鋼出鍍槽時(shí)采用壓輥使帶鋼和導(dǎo)電輥更好接觸，采用一對(duì)擠干輥對(duì)電鍍液進(jìn)行擠干，同時(shí)將導(dǎo)電輥表面浸在清洗水中漂洗，并使用刮刀對(duì)導(dǎo)電輥表面進(jìn)行研磨，以去除沉積在輥?zhàn)颖砻娴匿\。當(dāng)導(dǎo)電輥輥面、鍍槽設(shè)備系統(tǒng)、導(dǎo)電輥清洗系統(tǒng)狀態(tài)劣化、操作方法不當(dāng)或鋅層厚度增加時(shí)，導(dǎo)電輥輥面會(huì)逐漸粘鋅。主要因素分析如下：

2.2.1 擠干輥沒有擠凈殘留鍍液

擠干輥的重要作用是將帶鋼表面的殘留鍍液擠凈。如果一對(duì)擠干輥之間沒有完全壓靠緊密，存在輥縫，就會(huì)導(dǎo)致鍍液無法擠干，從而導(dǎo)致帶鋼與導(dǎo)電輥間被鍍液填充，產(chǎn)生粘鋅現(xiàn)象。如果帶鋼兩端的擠干輥擠干狀態(tài)不一致，也會(huì)導(dǎo)致粘鋅。造成此現(xiàn)象的原因，有時(shí)是因?yàn)閿D干輥安裝位置精度不夠，有時(shí)是因?yàn)閮啥藲飧妆凰犰F腐蝕，行程不一致。另外，擠干輥本身長(zhǎng)時(shí)間使用之后，因帶鋼磨損造成輥中間凹陷，邊部帶液情況會(huì)更加惡化。

2.2.2 保濕噴嘴無法有效清潔帶鋼板面

為保證帶鋼表面濕潤(rùn)，同時(shí)稀釋帶鋼板面殘留的鍍液，要對(duì)帶鋼表面進(jìn)行噴水處理。如果保濕噴管噴嘴堵塞，或噴射角度不對(duì)，或者壓力不足，都會(huì)造成噴嘴噴液展開的角度不足，無法覆蓋整個(gè)板面，從而起不到保濕、稀釋的作用。

2.2.3 導(dǎo)電輥刮刀無法去除輥面已產(chǎn)生的粘鋅

導(dǎo)電輥刮刀是去除粘鋅的主要設(shè)備。其結(jié)構(gòu)如圖6所示，其中1為刮刀，2為刀架主體，23為橡膠刮水器。導(dǎo)電輥刀架在工作時(shí)會(huì)沿帶鋼軸向來回?cái)[動(dòng)(垂直于紙面方向)，若此過程中存在停頓，則容易在輥面周向留下刻痕。刮刀材質(zhì)偏硬也更易損傷輥面。另外，刀架的上、下唇口處若存在不同程度的腐蝕，會(huì)使得刮刀片在刀槽內(nèi)出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致輥面和刀片無法貼合，造成部分輥面受力過大造成磨損，而另一部分輥面沒刮到。

圖6 導(dǎo)電輥刮刀架結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.4 橡膠刮水器無法有效去除輥面帶液

橡膠刮水器的作用是去除輥面附著的導(dǎo)電輥清洗水，以避免將其帶入帶鋼與導(dǎo)電輥的輥縫。如果刮水器膠皮老化失去彈性、膠皮的硬度較低或者膠皮的厚度偏薄，都會(huì)造成膠皮無法緊密貼合輥面，從而無法將輥面殘液除盡。

2.2.5 導(dǎo)電輥清洗水pH值失控

導(dǎo)電輥清洗水用來溶解導(dǎo)電輥表面的鋅層。當(dāng)清洗水的pH值過高時(shí)，游離酸過低，則無法有效的溶解導(dǎo)電輥表面鋅層。當(dāng)pH值過低時(shí)，游離酸過高，則會(huì)使板面上鍍的鋅溶解進(jìn)入清洗水系統(tǒng)，造成鋅離子濃度過高，加劇粘鋅。同時(shí)，現(xiàn)有的托盤結(jié)構(gòu)對(duì)托盤的清洗不利，托盤內(nèi)的鋅無法通過清洗或換水除盡。

2.2.6 局部張力失控

鍍槽張力是用來保證帶鋼能緊密貼合輥面。電鍍槽的整個(gè)傳動(dòng)較為混亂，控制方式，張力補(bǔ)償系數(shù)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。輥組之間偶爾會(huì)出現(xiàn)張力偏小，當(dāng)張力不足時(shí)，直接會(huì)造成帶鋼和輥面結(jié)合不再緊密。電解質(zhì)極易進(jìn)入其中形成大面積粘鋅。嚴(yán)重時(shí)，若面接觸發(fā)展為點(diǎn)接觸，局部大電流會(huì)造成導(dǎo)電輥打火。

3 改進(jìn)措施

通過分析以上影響導(dǎo)電輥粘鋅的影響因素，現(xiàn)場(chǎng)采取針對(duì)性措施進(jìn)行整改，主要措施如下：

(1)制定擠干輥更換周期并嚴(yán)格執(zhí)行。上機(jī)之前要對(duì)輥面進(jìn)行檢查，上機(jī)之后用水平儀找平。軸承的工作狀況每次裝配時(shí)檢查清潔，確保使用周期內(nèi)不出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

(2)對(duì)保濕噴嘴狀況進(jìn)行每日檢查，堵塞的及時(shí)疏通或進(jìn)行更換，檢查密封圈是否完好，噴嘴角度在線調(diào)整。選用更大揚(yáng)程的循環(huán)泵，以解決保濕水壓不足的問題。同時(shí)將保濕水管路優(yōu)化為環(huán)路，這樣可以防止末端噴管出現(xiàn)壓力偏小，使每個(gè)噴嘴點(diǎn)的壓力更為均勻。

(3)改進(jìn)橡膠刮水器膠皮，適量增加其厚度與硬度，并縮短了更換周期。固定螺栓的緊固方式做出明確要求。

(4)優(yōu)化刮刀架的連接方式，采用新的設(shè)計(jì)消除無效的行程，使刮刀架的動(dòng)作更為流暢。對(duì)刮刀架進(jìn)行防腐處理，提高其工作可靠性。刮刀片材質(zhì)選用另一硬度較低的型號(hào)。

(5)提升導(dǎo)電輥清洗水pH值控制精度，由之前手動(dòng)控制改為自動(dòng)控制。

(6)優(yōu)化傳動(dòng)控制，張力采用新的模型，使每個(gè)槽體的工況基本相當(dāng)。同時(shí)規(guī)范化操作，禁止通過電氣來解決機(jī)械問題，不允許隨意打開擠干輥改變導(dǎo)電輥工況。

4 結(jié)束語

通過對(duì)連續(xù)電鍍鋅機(jī)組設(shè)備工況的全面梳理，分析了導(dǎo)電輥粘鋅這一固有頑疾的產(chǎn)生機(jī)理和成因，并制定了針對(duì)性的控制措施。通過減少鍍液帶入量，稀釋電解質(zhì)濃度，盡快去除粘附的鋅層來實(shí)現(xiàn)對(duì)該缺陷的有效管控。通過上述針對(duì)性措施，因?qū)щ娸佌充\造成的質(zhì)量降級(jí)逐年下降，從2011年的1.3%左右降低到2017年的0.07%，使得產(chǎn)品質(zhì)量得到大幅度提升。

[1] 陳瑩瑩，顏飛，文珂，等.耐指紋電鍍鋅表面亮點(diǎn)缺陷分析[J].武鋼技術(shù).2016,54(4)：40-42.

[2] 張雨泉，顧訓(xùn)雷，楊芃，等.電鍍鋅預(yù)磷化板晶粒度和粗糙度的工藝控制[J].材料與冶金學(xué)報(bào)，2015,14(1):40-43.

[3] 中野博昭，福島久哲.鍍鋅鋼板Zn結(jié)晶形態(tài)控制的研究[J].世界鋼鐵.2004,(6)：6-11.