邯鋼改良森吉米爾法熱鍍鋅機(jī)組脫鋅原因分析及對策

范春磊，王 靜

（邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北056000）

0 引言

邯鋼改良森吉米爾法熱鍍鋅機(jī)組核心設(shè)備從意大利達(dá)涅利公司引進(jìn)，控制程序和控制軟件從西門子公司引進(jìn)，為全國大陸范圍內(nèi)首條具有明火加熱的連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組。該機(jī)組設(shè)計厚度規(guī)格范圍為0.8～4.0 mm，寬度規(guī)格范圍為850～1 500 mm，工藝流程主要為開卷-焊接-入口活套-加熱爐-鋅鍋-氣刀-冷卻-拉矯-光整-鈍化-出口活套-涂油-分切-卷取。加熱爐以焦?fàn)t煤氣為燃料。該生產(chǎn)線自2003年7 月份投產(chǎn)以來，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但實際生產(chǎn)中也暴露一些問題，脫鋅就是其中致命問題之一。

1 脫鋅的危害及原因

脫鋅是指在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)過程中，由于原料基板表面附著氧化層或其它異物層，使得鋅鐵合金層不能正常形成[1]，導(dǎo)致鋅層的粘附性較差，其實質(zhì)是鋅合金層未能有效與原料鐵基層結(jié)合，因此在進(jìn)行冷加工折彎時，在折彎處出現(xiàn)鋅層與原料鋼基分離情況。鋅合金層剖面結(jié)構(gòu)如圖1。

1.1 脫鋅的危害

圖1 鋅合金層剖面結(jié)構(gòu)

脫鋅會造成鋼基直接暴露于空氣中，使得鋼材被空氣腐蝕，減少鋼材使用壽命，長期腐蝕造成鋼材強(qiáng)度降低，發(fā)生安全事故。如果發(fā)生在廠內(nèi)檢驗時，將直接判廢，影響成材率，如果發(fā)生在用戶加工使用過程中，會造成用戶無法使用。用戶實際折彎加工時發(fā)生的脫鋅情況如圖2。

圖2 折彎加工時的實物脫鋅

1.2 脫鋅的原因

脫鋅的原因有很多方面，包括原料制備，機(jī)械設(shè)備及工藝原因，下面從這三個方面進(jìn)行分析。

1.2.1 原料制備對脫鋅的影響

邯鋼引進(jìn)的改良森吉米爾法熱鍍鋅生產(chǎn)線，在設(shè)計上無清洗段，對于冷硬原料表面乳化液、鐵屑等殘留物質(zhì)無清潔能力。熱鍍鋅原料來自邯鋼1 680 mm 酸軋機(jī)組，原料表面殘留物質(zhì)過多主要有以下兩個方面：一是乳化液的潤滑性差導(dǎo)致軋輥磨損較多，產(chǎn)生大量的鐵粉，板帶表面會有大量的殘油殘鐵；二是潤滑油等雜油的滲入，會破壞軋制油的潤滑性和皂化性。

1.2.2 機(jī)械設(shè)備對脫鋅的影響

加熱爐冷卻段爐殼漏氣，外界含有氧氣和水分的空氣會通過漏氣處進(jìn)入到冷卻段內(nèi)，致使?fàn)t內(nèi)氧含量和露點升高[2]，導(dǎo)致鍍鋅前的產(chǎn)品表面被氧氣氧化，直接進(jìn)入鋅鍋鍍鋅，沒有足夠的時間進(jìn)行還原，產(chǎn)生脫鋅情況。典型的冷卻段漏氣為焊縫接口處焊縫開焊，裂開，如圖3 所示。

1.2.3 工藝條件造成的脫鋅

（1）煤氣熱值的影響

圖3 爐殼焊縫開焊

改良森吉米爾法熱鍍鋅的加熱爐為無氧化加熱爐，帶鋼經(jīng)過時基本上不被氧化，這樣就需要控制空燃比例系數(shù)λ≤1，此時爐內(nèi)燃料進(jìn)行著缺氧的不完全燃燒，其廢氣成分為CO2、H2O、CO、H2、CH4、N2等，理論上屬于還原氣氛。但是，因廢氣中存在一定數(shù)量的水分及二氧化碳，還是有氧化氣氛的存在。但水分及二氧化碳屬較弱的氧化物，并且機(jī)組速度快，帶鋼在直焰段停留時間短，而且直焰段空燃比例系數(shù)λ 值控制范圍為0.8～0.97，因此帶鋼在弱氧化氣氛中加熱所產(chǎn)生的極薄氧化膜，完全可以在后續(xù)的還原爐中得到充分還原[3]。

但是當(dāng)燃燒所需要的煤氣熱值發(fā)生較大波動時，預(yù)先設(shè)定好的空燃比例系數(shù)λ 將不再適合對于爐內(nèi)氣氛的控制，爐內(nèi)具有較強(qiáng)氧化作用的氧氣含量增加，導(dǎo)致爐內(nèi)為強(qiáng)氧化氣氛，原料進(jìn)行加熱時表面發(fā)生強(qiáng)烈氧化，這在后續(xù)的還原爐中無法被完全還原。煤氣熱值發(fā)生較大幅度波動如圖4。

圖4 煤氣熱值較大幅度波動

（2）直焰段爐膛溫度的影響

改良森吉米爾法加熱爐直焰段爐膛內(nèi)發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

CO+2?O2=CO2

H2+2?O2=H2O

CnHm+（n+??m)O2=nCO2+2?mH2O

以上三個反應(yīng)方程式均為可逆反應(yīng)，爐膛溫度越高，其爐內(nèi)還原氣氛越強(qiáng)；反之爐內(nèi)氧化氣氛越強(qiáng)。

（3）帶鋼溫度的影響

帶鋼在有氧氣存在的氣氛下發(fā)生氧化反應(yīng)：2Fe+O2→2FeO（＞570 ℃）（不可逆）。并且氧化的帶鋼生成氧化亞鐵后會繼續(xù)和爐內(nèi)氣氛發(fā)生反應(yīng)，如圖5。

帶鋼溫度高，一是會造成鐵元素氧化成氧化亞鐵，二是不利于氧化亞鐵在一氧化碳的還原作用下分解成鐵元素，氧化層的存在導(dǎo)致鋅合金層無法與鐵基形成鋅鐵合金層，產(chǎn)生脫鋅情況。

圖5 氧化亞鐵與一氧化碳、二氧化碳反應(yīng)

2 解決脫鋅的對策

2.1 原料制備造成脫鋅的對策

邯鋼1 680 mm 酸軋機(jī)組1#罐為S1～S4 機(jī)架提供乳化液，濃度控制＞4%，3#罐為S5 機(jī)架提供乳化液，濃度控制為0.5～2.5%[4]，生產(chǎn)熱鍍鋅備料時，可適當(dāng)降低乳化液濃度；S5 機(jī)架采用光輥軋制，減少殘鐵，反射率60%以上。日常點檢要重點維護(hù)機(jī)架高、低壓液壓系統(tǒng)、齒輪系統(tǒng)等管道，防止漏油污染乳化液；乳化液定期排放，每周排放一次，1#罐不小于15 m3，3#罐不小于10 m3；做好定期的乳化液噴嘴和吹掃的檢查和清理工作，提高吹掃效果，減少殘留。

2.2 機(jī)械設(shè)備造成脫鋅的對策

生產(chǎn)過程中加熱爐冷卻段出現(xiàn)漏氣情況，馬上降低產(chǎn)線速度；降低冷卻段冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低負(fù)荷；通入大量氮氣增加冷卻段壓力；減少調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)機(jī)頻次。檢修時對漏氣點進(jìn)行修復(fù)；對冷卻段使用氫氣報警器進(jìn)行點檢，點檢頻次每8 小時2 次為宜；點檢位置覆蓋冷卻段風(fēng)機(jī)軸承密封處及爐殼設(shè)備法蘭連接，焊縫焊口處，形成點檢記錄，便于后期進(jìn)行追溯。

2.3 工藝條件造成脫鋅的對策

2.3.1 根據(jù)煤氣熱值波動情況調(diào)整空燃比例系數(shù)λ

生產(chǎn)過程中操作者應(yīng)時刻關(guān)注煤氣熱值顯示數(shù)值，煤氣熱值發(fā)生較大波動時，應(yīng)及時調(diào)整空燃比例系數(shù)λ，以適應(yīng)即時的煤氣熱值，達(dá)到爐內(nèi)氣氛穩(wěn)定目標(biāo)。邯鋼熱鍍鋅煤氣熱值范圍為3 705～4 095 Kcal，空燃比例系數(shù)λ 調(diào)整范圍以0.85～0.93 為宜。遵循原則為煤氣熱值高，則空燃比例系數(shù)λ 設(shè)定高；反之則低的原則。

2.3.2 合理控制爐膛溫度及帶鋼加熱溫度

改良森吉米爾法熱鍍鋅加熱爐明火段氧化-還原平衡圖如圖6 所示。從圖6 可以看出，為保證帶鋼在明火段不被氧化，爐膛溫度與帶鋼溫度需要控制在3-還原表面區(qū)域。因此實際爐膛溫度與帶鋼溫度控制應(yīng)遵循“高爐溫，低帶溫”原則，既爐溫≥1 200 ℃，帶溫控制在650 ℃左右，這種溫度制度能夠使?fàn)t內(nèi)氣氛始終工作在穩(wěn)定的還原區(qū)域內(nèi)。

圖6

2.3.3 編排合理的生產(chǎn)計劃

在編排生產(chǎn)計劃時，應(yīng)遵循各牌號產(chǎn)品帶鋼加熱溫度逐漸過渡原則，避免帶鋼加熱溫度出現(xiàn)幅度很大的波動，一般情況下各牌號帶鋼溫度轉(zhuǎn)換時波動幅度以小于5%為宜。

3 結(jié)語

自2010 年9 月采用上述措施后，產(chǎn)品脫鋅問題得到有效改善，無論從生產(chǎn)制造成本、工序成材率方面，還是發(fā)生的用戶產(chǎn)品質(zhì)量異議方面都取得顯著效果。總之，改良森吉米爾法熱鍍鋅工藝運行比較復(fù)雜，要想找出真正造成脫鋅的原因，需要一定的理論基礎(chǔ)及較深的實踐經(jīng)驗。邯鋼經(jīng)過多年的摸索，對于脫鋅問題來說形成以下經(jīng)驗：帶鋼表面質(zhì)量良好，但產(chǎn)品脫鋅，主要問題應(yīng)該發(fā)生在加熱爐直焰段；帶鋼表面質(zhì)量不好，產(chǎn)品鋅花結(jié)構(gòu)不明顯，主要問題應(yīng)該發(fā)生在加熱爐冷卻段。當(dāng)然具體問題具體分析，還是要根據(jù)當(dāng)時的具體情況找出影響因素。