連續(xù)熱鍍鋅鋼板表面露鐵原因分析及改進措施

劉燦紅，黃小旺，潘亞鵬，蔡慶鵬，紀任俊，曾俊杰

（鞍鋼冷軋鋼板（莆田）有限公司，福建 莆田 351158）

連續(xù)熱鍍鋅帶鋼一般用于汽車、家電等有表面質量要求的產品，隨著生活水平的不斷提升，人們對熱鍍鋅鋼板表面質量要求越來越高，家電用途的鍍鋅鋼板表面質量要求達到FC級別,即單面不存在任何直視可見的缺陷，且對后續(xù)的涂裝性能與沖壓成型性能不產生影響，涂裝后的外觀質量滿足用戶需求。但在實際生產過程中往往由于原板的表面缺陷、設備工藝不當或外來污染物等使得熱鍍鋅鋼板的鍍層表面產生如露鐵、鋅渣、表面夾雜、表面劃傷、輥印、沉沒輥印和色差等缺陷,嚴重影響表面質量、加工性能和最終的涂裝質量。鞍鋼冷軋鋼板（莆田）有限公司鍍鋅機組在生產過程出現的露鐵缺陷，嚴重影響鍍鋅帶鋼表面質量，制約機組的產能釋放。

1 露鐵缺陷及形成原因

1.1 露鐵缺陷種類

在連續(xù)熱鍍鋅過程中，由于原料、爐區(qū)與鋅鍋等工藝設備不穩(wěn)定造成鋅層與鐵基結合不牢固，鍍鋅后帶鋼表面或邊部存在局部鋅層脫落現象，形成端面或板面露鐵缺陷，嚴重影響帶鋼的表面質量，露鐵缺陷見圖1。

圖1 露鐵缺陷Fig.1 Uncoated Dot Defect

1.2 露鐵缺陷形貌及組成

1.2.1 端面露鐵缺陷形貌及組成

針對端面存在的露鐵缺陷，分別對黑點部位和正常部位形貌及成分含量進行分析，端面露鐵EDS分析見圖2。從電子圖像看，缺陷樣品圖示區(qū)域呈點狀缺陷，表層主要以O、C、Fe原子存在，且Fe原子及C原子分布較為規(guī)律，C原子主要環(huán)繞在未被氧化部位，O原子則分布較為均勻，形成氧化物；正常樣品圖示區(qū)域，表層主要以Zn原子為主，鋅晶界結合較為疏松，晶界與晶界之間存在空隙，具體數據見表1。

圖2 端面露鐵EDS分析Fig.2 EDS Analysis on Uncoated Dot Defect on End

表1 樣品成分（質量分數）Table 1 Compositions in Sample（Mass Fraction） %

1.2.2 板面露鐵缺陷形貌及組成

采用Ф1 mm的準直器進行定性-半定量分析，板面露鐵EDS分析見圖3。從分析結果及譜圖疊加來看，異常點Fe明顯高，Zn明顯低，說明鋅鍍層較薄（未鍍上或部分脫落），板面露鐵缺陷與正常樣品成分見表2。

表2 樣品成分（質量分數）Table 2 Compositions in Sample（Mass Fraction） %

圖3 板面露鐵EDS分析Fig.3 EDS Analysis on Uncoated Dot Defect on Surface of Steel Sheet

1.3 形成原因

根據相關文獻記載，鍍鋅表面質量主要與鍍層粘附性有關，造成鍍鋅層粘附性不好，主要原因如下：

（1）原材料工藝

① 鋼基體化學成分異常，特別是Si元素含量超標，降低鋅鐵結合粘結力，容易造成帶鋼表面脫鋅。

②原料表面存在乳液殘留等雜物，鍍鋅機組清洗不干凈或清洗能力不足，容易造成鍍鋅不良。

（2） 爐區(qū)工藝

① 爐內氣氛控制不好，露點高，帶鋼表面形成氧化物，影響鍍鋅過程鋅層粘附性，造成脫鋅露鐵。

②在鋼基表面殘留有未被還原的氧化物，從而干擾了正常鐵-鋅合金層的形成，因此導致鍍層粘附性不良。

（3） 鋅鍋工藝

①鋅鍋耐火材料剝落，耐火材料顆粒落在帶鋼表面，產生露鐵。

②添加的鋅錠成分異常，造成鋅鍋內溶液成分波動，容易造成帶鋼表面脫鋅。

2 缺陷原因排查

2.1 原料工藝

2.1.1 統(tǒng)計近期缺陷原料成分

針對出現缺陷的103卷原料，統(tǒng)計C、Si、Mn、P、S五種元素的質量分數，其化學成分見表3。

表3 原料化學成分（質量分數）Table 3 Chemical Compositions in Raw Materials（Mass Fraction） %

從統(tǒng)計結果來看，五大元素的含量均符合標準要求，未出現異常波動。

2.1.2 原料表面質量情況

統(tǒng)計同時期生產原料337卷，表面質量合格率達到96.44%，存在問題主要是板形不良和厚薄不均的缺陷，不存在表面乳液殘留等缺陷，不影響后續(xù)鍍鋅鋅層質量，原料表面質量情況見表4。

表4 原料表面質量情況Table 4 Surface Quality of Raw Materials

2.2 爐區(qū)工藝

2.2.1 排查清洗段工藝狀態(tài)

（1）檢查清洗段刷輥、擠干輥、噴嘴、電極板等設施，均未發(fā)現異?，F象。

（2）檢查近期帶鋼表面反射率情況，清洗后帶鋼表面平均反射率91.9%，超過規(guī)程要求的90%，滿足工藝要求。

2.2.2 排查爐區(qū)工藝狀態(tài)

（1）對爐子進行檢查和清理，打開爐蓋后發(fā)現爐內加熱段有類似氧化鐵皮的物質，爐區(qū)異物圖片見圖4。之前未出現過類似的現象，初步懷疑產生露鐵是爐區(qū)工藝異常造成的。

圖4 爐區(qū)異物圖片Fig.4 Pictures of Foreign Substance in Furnace Area

（2）檢查爐輥、輻射管以及加濕器等設備，未發(fā)現異常。

（3）爐區(qū)異物化驗

針對爐區(qū)發(fā)現的類似氧化鐵皮的異物，取樣進行分析，具體見圖5。從電子圖像看，表層O原子主要以氧化物存在，分布在Fe原子周圍，與Fe原子結合形成FeO或FeO物質，爐區(qū)工藝異常導致帶鋼在退火過程發(fā)生氧化，生成氧化鐵皮。

圖5 爐區(qū)異物分析Fig.5 Analysis on Foreign Substance in Furnace Area

2.3 鋅鍋工藝

帶鋼出現露鐵缺陷期間，鋅鍋溫度及鋅液成分均未發(fā)現異常，同時檢查購買的鋅錠質量未發(fā)現問題，將鋅錠切開也未發(fā)現異常雜質，鋅鍋工藝正常。

3 缺陷原因確定

通過分析鋼板露鐵缺陷及排查過程中發(fā)現的爐區(qū)異物，其成分主要為鐵和氧，說明帶鋼在爐區(qū)退火過程中存在氧化現象。爐區(qū)產生氧化有兩個影響因素，一個是爐區(qū)存在泄漏點，爐區(qū)外部的空氣進入到爐區(qū)內部，造成爐區(qū)氧含量或露點升高，從而使帶鋼發(fā)生氧化，這是產生氧化的根本原因；另外一個是爐區(qū)監(jiān)控測量設備存在異常，當露點、氧含量等工藝控制點存在異常時，未能及時提示。針對爐區(qū)可能導致氧化的工藝點及監(jiān)控測量設備，開展地毯式排查，排查內容如下：

3.1 工藝點泄漏排查

（1）用肥皂水檢查爐區(qū)預熱段-加熱段-緩、快冷段-均衡段出口段蓋板、人孔、膨脹節(jié)、端蓋法蘭等密封性情況；

（2）排查爐區(qū)攝像頭、高溫計冷卻水管道；

（3）檢查氮氣、氫氣管道密封性；

（4）檢查壓縮空氣管道；

（5）檢查爐鼻子加濕器系統(tǒng)。

經過排查發(fā)現，存在三處導致爐區(qū)氧含量異常的點：

（1）爐區(qū)5號高溫計的冷卻水管道存在輕微泄漏；

（2）壓縮空氣混入到氮氣管道進入爐區(qū)，導致爐區(qū)氧含量異常；

（3）爐鼻子加濕器露點控制較高。

3.2 監(jiān)控測量設備排查

（1）檢查氧含量分析儀標定是否存在測量誤差；

（2）檢查露點分析儀標定是否存在測量誤差；

（3）檢查氫含量分析儀標定是否存在測量誤差；

（4）檢查各個分析柜是否存在異常；

（5）檢查各個管道流量壓力是否存在異常情況；

（6）檢查各個放散閥及控制系統(tǒng)是否存在異常情況。

經過檢查確認，爐區(qū)露點分析儀存在偏差，導致爐內露點與實際露點存在較大偏差，當爐區(qū)露點超出工藝點控制范圍（要求≤-20℃）時，儀表顯示還在正常范圍之內。

4 改進措施

4.1 工藝設備功能恢復

（1）立即采取措施，修復爐區(qū)高溫計冷卻水管道，恢復爐區(qū)氧含量到正常水平。同時優(yōu)化高溫計冷卻水管壓力與流量控制，延長管道的使用壽命，細化點檢項目方法與周期，建立更換臺賬，及時跟蹤使用情況。

（2）將聯(lián)合機組焊機使用的氮氣管道與壓縮空氣管道進行分離，增加截止閥，確保兩種氣體不會混入爐區(qū)，確保爐區(qū)氧含量受控。

（3）隨著設備使用年限的增加，爐區(qū)氧含量等在線測量精密儀器存在一定的老化，標定與點檢周期需要動態(tài)維護，根據使用情況及環(huán)境等因素，及時調整此類測量的點檢與標定周期，確保設備的測量精度受控。

4.2 工藝參數優(yōu)化

（1）制定爐鼻子露點與保護氣體流量控制標準，流量控制在15～20 m/h，露點控制范圍為-20～-10℃，其他區(qū)域露點≤-20℃，同時要求爐區(qū)氧含量≤35×10，將工藝參數固化到工藝規(guī)程中。

（2）細化爐區(qū)保護氣體壓力控制要求，增加出口段氮氣流量，縮小爐頂放散閥開口度，避免爐區(qū)壓力出現異常波動。

5 實施效果

通過修復爐區(qū)高溫計冷卻水管道，將聯(lián)合機組氮氣管道與壓縮空氣管道分離，標定爐區(qū)在線測量精密儀器，制定定期維護制度以及調整爐鼻子工藝參數控制標準，調整后進行小批量試驗生產，檢查帶鋼表面和邊部質量，未再出現脫鋅情況，調整后的帶鋼質量見圖6，質量良好，達到企業(yè)標準及用戶的要求。

圖6 調整后帶鋼質量Fig.6 Quality of Steel Strip after Adjustment

6 結語

通過對熱鍍鋅線的工藝設備分析與排查，導致露鐵原因是爐區(qū)高溫計存在輕微泄露、部分工藝監(jiān)控設備存在老化現象以及爐鼻子工藝制度不完善。通過修復高溫計泄露點，動態(tài)維護爐區(qū)工藝設備點檢與標定周期，特別是加熱段攝像頭、高溫計以及爐區(qū)測量監(jiān)控等關鍵儀器儀表，規(guī)范爐區(qū)氧含量要求，使爐區(qū)氧含量≤35×10；此外，制定爐鼻子工藝管理制度，規(guī)范爐鼻子區(qū)域管理，使一般氮氣流量控制在15～20 m/h，露點控制范圍為-20～-10℃。采取上述措施后，爐區(qū)氧化問題得到解決，恢復了鍍層與鐵基表面的結合力，徹底解決鍍鋅表面露鐵問題，表面質量得到提升。