熱鍍鋅產(chǎn)品表面質(zhì)量的提升

供稿|艾厚波 / AI Hou-bo

內(nèi)容導(dǎo)讀

熱鍍鋅鋼帶多應(yīng)用于汽車、家電、建材、航空航天和電子等行業(yè)中，是目前應(yīng)用非常廣泛的鋼鐵制品之一，尤其是汽車行業(yè)，對鍍鋅鋼帶表面質(zhì)量要求很高。一條現(xiàn)代化、完整的熱鍍鋅機組包含預(yù)脫脂、退火、涂覆、軋制和表面處理等多個工序，是一條復(fù)合型的生產(chǎn)線。在這樣一條生產(chǎn)線中，通過研究影響表面質(zhì)量的關(guān)鍵工序和因素，與現(xiàn)場實際結(jié)合，為實際生產(chǎn)提供了一定的理論依據(jù)。

在眾多的鋼鐵終端產(chǎn)品中，熱鍍鋅鋼帶相對于冷軋等其他產(chǎn)品而言，具有極其重要的地位，主要是因為鍍鋅產(chǎn)品具有良好的加工性和美觀性，更重要的是鋅層的存在使鋼鐵基材的使用壽命大大延長。因此熱鍍鋅鋼帶被廣泛應(yīng)用于汽車、家電、建材、航空航天和電子等多行業(yè)。

判斷鋼鐵制品質(zhì)量是否合格的指標(biāo)一般分為表面質(zhì)量和機械性能兩部分。對于鍍鋅鋼帶來講，由于產(chǎn)品大多應(yīng)用于汽車、家電等中高檔的產(chǎn)品中，表面質(zhì)量的好壞至關(guān)重要。從長遠(yuǎn)角度來講，直接影響鋼鐵企業(yè)在用戶中的口碑。

連續(xù)熱鍍鋅工藝流程

連續(xù)鍍鋅機組的主要工藝流程如圖1所示。入口活套前和出口活套后的各個工序的主要作用是保證機組連續(xù)穩(wěn)定運行。從清洗到鈍化之間，設(shè)備功能的好壞和工藝條件的穩(wěn)定是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

預(yù)清洗對表面質(zhì)量的影響

圖1 連續(xù)熱鍍鋅工藝流程

如果鋼帶表面存在純凈的軋制油，其揮發(fā)溫度大約在180℃，在鍍鋅退火爐中會汽化，隨著爐內(nèi)氣體排出爐外，所以影響很小。但是軋制油通常是和潤滑油、鐵粉等混在一起，形成黏性很強的油污，這種油污進(jìn)入爐內(nèi)后，不單污染爐內(nèi)環(huán)境，縮短設(shè)備的使用壽命，而且影響鋅液與鋼帶的浸潤性，將鋼帶與鋅液隔離開，容易產(chǎn)生露鋼等缺陷；另外，其中的鐵粉在進(jìn)入鋅鍋后與鋅液發(fā)生反應(yīng)，生成鋅渣，消耗大量鋅液，造成生產(chǎn)成本的急劇增加，如果大部分的鋅渣黏附在鋼帶表面形成鋅粒、鋅疤等缺陷，將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和外觀，因此要對鋼帶進(jìn)行預(yù)清洗。

預(yù)清洗工藝流程如圖2所示，一般都具備堿噴洗段、堿刷洗段、電解脫脂段、熱水刷洗段和熱水漂洗段等，為了增加鋼帶在堿液中的浸泡時間，一些先進(jìn)生產(chǎn)線還配有堿浸段。清洗效果受電解液濃度和溫度的影響，提高電解液的溫度可以降低油分的黏度，有利于高效的清洗，提高電解液的濃度，可以促進(jìn)皂化反應(yīng)，從而提高清洗效率。

圖2 預(yù)清洗工藝流程

預(yù)處理是鍍鋅線影響產(chǎn)品表面質(zhì)量的第一道關(guān)鍵工序，它采用物理和化學(xué)相結(jié)合的方法，去除鋼帶表面的大部分油脂、鐵粉和灰塵等污染物，同時部分去除鐵銹等附著力較強的污染物，這是鍍鋅前的一項最基本的工作。清洗效果不良會導(dǎo)致鋼帶出現(xiàn)露鋼、色差等外觀缺陷。

退火對表面質(zhì)量的影響

熱鍍鋅原板經(jīng)過退火爐要達(dá)到兩個目的。第一，鋼帶在退火爐內(nèi)要加熱到一定溫度，完成控制加熱或完成再結(jié)晶退火，以控制鋼帶的機械性能；第二，要使鋼帶具有一個清潔的無氧化物存在的海綿狀純鐵活性表面，并且使鋼帶密封地進(jìn)入鋅鍋中進(jìn)行熱鍍鋅。

因此有必要在生產(chǎn)中控制鋼帶在各段的加熱及冷卻溫度，同時采用保護(hù)氣體吹掃還原的方法去除鋼帶表面的氧化物，并保證鋼帶不會再次氧化，因而就要控制燃燒氣體的流量成分及爐壓。

爐內(nèi)氣氛

爐內(nèi)氣氛主要指露點、氫含量和氧含量三個重要的指標(biāo)。

所謂露點是指在固定氣壓之下，空氣中所含的氣態(tài)水達(dá)到飽和而凝結(jié)成液態(tài)水所需要降至的溫度，在這個溫度下，凝結(jié)的水飄浮在空中稱為霧，沾在固體表面上則稱為露，因而得名露點。爐內(nèi)氣氛的露點是爐內(nèi)保護(hù)氣體中含水量的標(biāo)志，露點的高低可能會影響帶鋼表面氧化鐵皮的還原，所以必須重視退火爐內(nèi)的露點測試工作。正常生產(chǎn)時，爐內(nèi)保護(hù)氣體成分的變化情況和帶鋼表面被氫氣還原的狀態(tài)無法直接得到，而通過爐內(nèi)露點的測定和分析就可以間接地推斷出爐內(nèi)的這些變化狀態(tài)。實踐證明，這種推斷基本上能反映客觀規(guī)律，它對指導(dǎo)熱鍍鋅生產(chǎn)具有一定的意義。

在正常生產(chǎn)時，爐內(nèi)充滿著由氫氣和氮氣混合的保護(hù)氣體，為鋼帶提供了一個還原性的環(huán)境中進(jìn)行連續(xù)退火，使鋼帶表面的氧化鐵皮在一定條件下得到有效的還原，但保護(hù)氣體通入爐子之前要求氧含量<5×10–6。然而，實測爐中保護(hù)氣體的氧含量一般要比通入爐子之前高出很多倍，這主要是由于爐子漏氣，空氣中氧滲入爐內(nèi)的緣故。這在絕對密封的爐子是不存在的，所以一般的爐子其內(nèi)部保護(hù)氣體中的氧的含量總是在5×10–5以內(nèi)，如果爐子的密封狀況不良，氧氣含量就會更高一些。

良好的爐內(nèi)氣氛主要靠上述三個技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行衡量，而影響指標(biāo)波動的因素有很多，如爐內(nèi)冷卻水泄露、爐體密封不好、輻射管破損等，都會引起氣氛的變化，如波動劇烈，將直接導(dǎo)致出鋅鍋的鋼帶表面產(chǎn)生色差、露鋼，甚至嚴(yán)重的脫鋅缺陷。

爐壓

爐膛內(nèi)空間的相對壓力即稱為爐壓。本鋼2#鍍鋅機組采用立式退火爐，主要是通過控制通入爐膛內(nèi)的保護(hù)氣體的流量來實現(xiàn)控制爐壓的目的。正常生產(chǎn)的爐壓一般控制在200~300 Pa。正是因為這個壓差的存在，才能在很大程度上抑制爐膛外空氣中的氧滲入到爐內(nèi)，影響到爐內(nèi)的氣氛。

隨著機組運行時間的增加，一些需要周期更換的部件會出現(xiàn)損壞。其中輻射管破損是一個影響爐內(nèi)氣氛的重要因素，而且不易被察覺，處理起來困難(圖3是下機破裂的輻射管)。由于輻射管內(nèi)主要是燃?xì)馊紵蟮膹U氣，主要成分包括N2、O2、CO2、CO等。終端連接的廢氣風(fēng)機為輻射管內(nèi)提供負(fù)壓，在破口處，爐膛內(nèi)的正壓和管內(nèi)的負(fù)壓形成較大的壓差。在規(guī)格、鋼種或機組速度發(fā)生變化時，風(fēng)機輸出發(fā)生的變化會影響破口處的壓差，此時會導(dǎo)致輻射管內(nèi)的廢氣大量的滲入到爐膛內(nèi)，引起爐內(nèi)氣氛的波動，嚴(yán)重時可以導(dǎo)致熱鍍鋅鋼帶的局部露鋼缺陷。

圖3 破損的輻射管

圖4 中，爐壓波動劇烈，對應(yīng)時間內(nèi)冷卻風(fēng)機和預(yù)熱風(fēng)機沒有正常投入狀態(tài)，沒有明顯的輸出波動，估計退火爐內(nèi)可能存在大量的輻射管破損問題，導(dǎo)致機組有速度后，破壞了爐內(nèi)氣壓與輻射管內(nèi)的壓力平衡所引起的劇烈波動。

圖4 停機期間爐壓波動曲線

連續(xù)退火爐是一條熱鍍鋅機組最重要的設(shè)備之一，是改善鋼帶內(nèi)部組織、提高機械性能的主要設(shè)備，也為熱鍍鋅的鋼帶提供了一個活性的表面，順利完成鍍鋅。

爐子的各項參數(shù)之間都是密不可分、環(huán)環(huán)相扣的，露點、氫含量、氧含量不單是衡量鋼帶在生產(chǎn)過程中處于的環(huán)境狀態(tài)，也可以通過這些指標(biāo)的變化來評價一個退火爐的爐體密封性的好壞，以及關(guān)鍵設(shè)備、部件是否存在損壞，還可以通過實驗判斷出損壞的大致位置等等?？傊?，研究這些參數(shù)的變化規(guī)律，總結(jié)經(jīng)驗，對現(xiàn)場指導(dǎo)生產(chǎn)、解決疑難問題有極大的幫助。

鋅鍋區(qū)域的影響

鋅鍋是連續(xù)熱鍍鋅機組的核心區(qū)域之一，鋼帶在鋅鍋工序完成熱鍍鋅。鋼帶在完成鍍鋅的過程中是浸泡在熔融狀態(tài)下的鋅液中，所以鋅液的潔凈程度直接影響到帶鋼表面的質(zhì)量。在熱鍍鋅中，鋅液中除了我們需要的Al以外，F(xiàn)e元素的存在始終是鍍鋅機組難以避免的有害雜質(zhì)。

鋅渣缺陷是熱鍍鋅產(chǎn)品在鋅鍋位置產(chǎn)生的最不容易消除的缺陷之一，引起的根本原因是由于鋅鍋中含有Fe元素而導(dǎo)致的。實際生產(chǎn)中有兩種消除Fe元素的途徑。

鋁含量的調(diào)整

鋅液溫度在460℃時，F(xiàn)e在鋅液中的溶解度為0.03%，在溫度一定的情況下，F(xiàn)e的溶解度隨著Al含量的上升而下降的。

如果鋅液中的Fe含量為0.01%，鋁含量為0.16%，則圖5中的A點，處于Fe溶解度曲線以下，此時Fe是溶解在鋅液中；如果溫度和Fe含量不變，將鋁含量提高到0.24%，則為圖中的B點，此時處于溶解度曲線以上，F(xiàn)e析出，與Al反應(yīng)生產(chǎn)Fe2Al5形成浮渣，可能在鋼帶表面產(chǎn)生鋅渣缺陷。

鋅液溫度的調(diào)整

圖6是460℃和450℃鋅液中Fe的相圖曲線。從圖中可以看出，F(xiàn)e的溶解度是隨著鋅液溫度的上升而上升的。

圖5 460℃時鋅液中鐵溶解度曲線

圖6 不同溫度下鐵的溶解度對比

如果鋅液中Fe含量為0.012%，Al含量為0.18%，即圖6中A點，若鋅液溫度為460℃，則處于Fe溶解度以下，F(xiàn)e是溶于鋅液中的；如果Al含量和Fe含量不變，將鋅液溫度下降至450℃，則處于溶解度以上，就會有部分Fe析出，生成Fe2Al5浮渣，可以將浮渣撈出鋅鍋，就達(dá)到了將鋅液中Fe去除的目的。

攝影 劉繼鳴

結(jié)束語

一條完整的連讀熱鍍鋅機組，涵蓋了軋鋼、脫脂、退火、涂覆等工序，所以影響最終成品質(zhì)量的關(guān)鍵點相對其他機組而言也比較多。提升鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量，不是提升了某個點、換了某個設(shè)備就能夠得到質(zhì)的飛躍，而是需要從原料、脫脂、退火、鍍鋅等各個環(huán)節(jié)做工作，逐步改善，不斷的進(jìn)行小調(diào)整，積極的應(yīng)用新工藝、新技術(shù)，最終才能夠達(dá)到預(yù)期的目的。