帶鋼表面鋅灰產(chǎn)生的機(jī)理及控制措施

馬 林

（唐山鋼鐵集團(tuán)高強(qiáng)汽車板有限公司，河北 唐山 063000）

連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)中，影響帶鋼表面質(zhì)量的因素有很多，例如光整、拉矯、鈍化等，而在這其中，起決定性作用的是鋅鍋，它是整個(gè)鍍鋅線的核心部分。由于其本身原因或者控制不合理，將產(chǎn)生一些難以避免的缺陷，主要有鋅灰、鋅渣、硌窩、劃傷等，而這其中影響比較大、比較常見的就是鋅灰。鋅灰缺陷造成了表面質(zhì)量的降判，成為影響生產(chǎn)高質(zhì)量的鍍鋅板的一大難題。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，分析研究了鋅灰產(chǎn)生的機(jī)理，對(duì)原有措施進(jìn)行了一些規(guī)范、改進(jìn)，以期達(dá)到減少鋅灰的目的。

1 產(chǎn)生機(jī)理

鍍鋅生產(chǎn)中使用的鍍液溫度基本維持在460℃左右（Zn的熔點(diǎn)420℃），在此溫度下，爐鼻子內(nèi)的鋅液面會(huì)發(fā)生在低于Zn沸點(diǎn)（907℃）下的蒸發(fā)過程。當(dāng)蒸發(fā)的鋅蒸汽升至一定高度后就會(huì)與爐鼻子內(nèi)的水蒸汽（一方面來自于爐鼻子加濕，一方面來自H2的還原反應(yīng)）發(fā)生置換反應(yīng)Zn+H2O====ZnO+H2生成ZnO，或者與微量的O2發(fā)生氧化反應(yīng)生成ZnO，形成鋅灰。實(shí)際生產(chǎn)中的鋅灰是指包括ZnO在內(nèi)的、純鋅及其他一些雜質(zhì)的混合物。由于爐鼻子的煙囪效應(yīng)，將鋅灰“抽”到爐鼻子上部或者退火爐張力室、均衡段，進(jìn)而加速了爐鼻子內(nèi)鋅液的蒸發(fā)，導(dǎo)致鋅灰的大量產(chǎn)生[1]，如圖1所示。

圖1 爐鼻子區(qū)域鋅灰分布示意圖

產(chǎn)生的鋅灰吸附在爐鼻子內(nèi)壁上，生產(chǎn)中一方面由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)、感應(yīng)器啟動(dòng)、沉沒輥轉(zhuǎn)動(dòng)等導(dǎo)致爐鼻子震動(dòng)，粘附其表面的鋅灰可能掉落下來，漂浮在爐鼻子內(nèi)的鋅液表面上，當(dāng)帶鋼從爐子進(jìn)入鋅鍋時(shí)便粘附上了鋅灰，另一方面鋅灰直接地掉落到帶鋼表面，導(dǎo)致正面鋅灰相對(duì)于背面來說較多。由于鋅液的不穩(wěn)定或帶鋼的不穩(wěn)定，將使得鋅灰更易粘附到帶鋼表面，經(jīng)過鋅鍋粘附鋅液后就導(dǎo)致了凹凸不平的鍍層表面。

由于鋅灰顆粒產(chǎn)生位置的隨機(jī)性，掉落到爐鼻子鋅液面的隨機(jī)性，決定了在帶鋼表面不同位置形成不同形狀的鋅灰缺陷，如圖2所示[1，2]。

帶鋼表面進(jìn)行涂裝或噴漆后，鋅灰缺陷將會(huì)被放大，導(dǎo)致產(chǎn)品表面均一性變差，無法滿足高表面產(chǎn)品的使用要求。

圖2 不同形狀的鋅灰

2 控制措施

根據(jù)鋅灰產(chǎn)生的機(jī)理，主要從兩方面對(duì)鋅灰進(jìn)行控制：一是從源頭上進(jìn)行控制，抑制鋅灰的產(chǎn)生；二是對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生的鋅灰，要盡量避免其粘附到帶鋼表面。

從源頭上抑制鋅灰產(chǎn)生，主要通過對(duì)鋅液溫度、鋅液面進(jìn)行控制；對(duì)已產(chǎn)生的鋅灰進(jìn)行控制，主要通過控制鋅液、帶鋼穩(wěn)定性以及鋅灰泵進(jìn)行控制，下面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1 抑制鋅灰的產(chǎn)生

2.1.1 鋅液溫度

鋅液溫度對(duì)鍍鋅來說很重要，對(duì)鋅灰的產(chǎn)生來說也很重要，因?yàn)殇\灰來源于鋅液的蒸發(fā)。生產(chǎn)中如果鋅液溫度過高，將會(huì)使得鋅液蒸發(fā)加劇，產(chǎn)生大量鋅灰。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，鋅液溫度控制在455℃～465℃范圍內(nèi)較好，470℃是極限點(diǎn)，無論如何也不能超過475℃[3]。

2.1.2 加濕器

圖3 鋅灰泵

爐鼻子加濕器通過對(duì)鋅液面進(jìn)行控制來從根本上抑制鋅灰的產(chǎn)生。其主要是通過采用濕HNX注入法抑制鋅灰的產(chǎn)生。濕HNX注入法就是通過對(duì)氮?dú)浠旌蠚饧訚?，然后通入到爐鼻子內(nèi)，使?fàn)t鼻子內(nèi)水含量達(dá)到一較高水平，與爐鼻子內(nèi)的鋅液發(fā)生Zn+H2O====ZnO+H2反應(yīng)，在其表面上形成一層ZnO薄膜，從而達(dá)到抑制鋅液蒸發(fā)的目的。有效減輕了鋅灰對(duì)退火爐設(shè)備，尤其是爐鼻子的污染和其在鋅液面的聚集。

在向爐鼻子內(nèi)噴吹經(jīng)過加濕的HNX時(shí)，一定要控制好所噴吹的氣體的露點(diǎn)。露點(diǎn)不能太高，如果過高，由于水的氧化作用可能造成帶鋼表面產(chǎn)生爆鋅或漏鍍等缺陷；如果過低，則達(dá)不到設(shè)計(jì)的初衷，失去了抑制鋅灰生成的作用。爐鼻子加濕器最初投入時(shí)，使用露點(diǎn)在-40℃左右，鋅灰仍比較多，經(jīng)過實(shí)踐反復(fù)驗(yàn)證，最終將露點(diǎn)控制范圍鎖定為-25℃～-15℃。同時(shí)，還必須控制保護(hù)氣體的流量，確保其均勻性，如果波動(dòng)太大，就會(huì)在鋅層上形成流水印的痕跡，進(jìn)而影響帶鋼的表面質(zhì)量,達(dá)不到預(yù)期效果，目前保護(hù)氣的流量使用自動(dòng)控制，流量設(shè)置為2m3/h～3m3/h[1，2]。

2.2 降低鋅灰粘附到帶鋼表面的幾率

2.2.1 穩(wěn)定性

穩(wěn)定性主要是影響鋅灰粘附到帶鋼上的幾率，為此要保證鋅鍋處的穩(wěn)定性，鋅鍋處的穩(wěn)定性控制包括鋅液穩(wěn)定性的控制和帶鋼穩(wěn)定性的控制。

鋅液穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在加鋅錠和扒渣、撈渣量方面。在加鋅錠時(shí)盡量使用自動(dòng)模式或手動(dòng)模式低速擋，避免鋅液面產(chǎn)生較大的波動(dòng)，自動(dòng)模式時(shí)控制鋅液面1mm～2mm波動(dòng)，手動(dòng)模式時(shí)2mm～3mm；扒渣、撈渣時(shí)要緩慢，動(dòng)作幅度要小。

鋅鍋配備2個(gè)感應(yīng)器用于保證鋅液溫度穩(wěn)定，其包括高檔位、低檔位，高、低檔位啟動(dòng)時(shí)對(duì)鋅液擾動(dòng)程度不一樣，高檔位要明顯強(qiáng)于低檔位的，生產(chǎn)時(shí)要盡量避免感應(yīng)器高檔位的啟動(dòng)，對(duì)鋅液造成擾動(dòng)，使得鋅灰粘附到帶鋼上。這可根據(jù)生產(chǎn)帶鋼的規(guī)格、速度、環(huán)境溫度等，對(duì)帶鋼入鍋溫度進(jìn)行調(diào)整，維持鋅鍋處熱量的平衡。

關(guān)于帶鋼的不穩(wěn)定性，主要表現(xiàn)為鍍后帶鋼是否抖動(dòng)或者擺動(dòng)，這是由鍍后風(fēng)機(jī)對(duì)帶鋼作用力、設(shè)備安裝精度、共振等引起的。鍍后冷卻上行段一般包含4～5臺(tái)風(fēng)機(jī)，中間風(fēng)機(jī)對(duì)帶鋼的作用最大，四分之一處的風(fēng)機(jī)對(duì)帶鋼的作用較小，對(duì)帶鋼的作用大約是前者的一半，因而，生產(chǎn)時(shí)靠近兩端的風(fēng)機(jī)開度比較大，而靠近中間的風(fēng)機(jī)開度比較小[4]。檢修更換三輥六臂安裝時(shí)，要保證水平度、垂直度，軸瓦軸套間隙，避免生產(chǎn)時(shí)對(duì)帶鋼作用力不均或者導(dǎo)致帶鋼震動(dòng)。帶鋼抖動(dòng)還可以通過調(diào)整鍍后張力、矯正輥進(jìn)給量進(jìn)行調(diào)整。另外，還可以調(diào)整帶鋼速度避開與設(shè)備的共振。

2.2.2 鋅灰泵

鋅灰泵主要是通過對(duì)爐鼻子內(nèi)產(chǎn)生的鋅灰進(jìn)行“移除”來避免其粘附到帶鋼表面的。其原理是利用N2產(chǎn)生壓差，將爐鼻子內(nèi)的鋅灰“抽”到外面。鋅灰泵安置在爐鼻子寬度方向的兩側(cè)位置（帶鋼的操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)），通過爐鼻子攝像頭對(duì)其高度進(jìn)行調(diào)整，位置稍低于鋅液面；根據(jù)冒起的氣泡對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)整，避免壓力過高鋅液飛濺，壓力過低起不到“抽”的效果。使用鋅灰泵要避免鋅液位波動(dòng)過大，以免爐鼻子內(nèi)鋅灰泵的端部露出鋅液面。

2.3 其他控制措施

在檢修、停車時(shí)打開爐鼻子側(cè)蓋使用N2對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行吹掃，正常生產(chǎn)中根據(jù)帶鋼表面鋅灰狀況可以進(jìn)行在線清鋅灰。

每3個(gè)月對(duì)爐鼻子短節(jié)進(jìn)行一次更換，同時(shí)對(duì)短節(jié)上部（包括張力室）進(jìn)行清理，以徹底去除粘附得比較“頑固”的鋅灰。

生產(chǎn)中可以看到，在窄接寬時(shí)，尤其是窄帶鋼生產(chǎn)較多后再生產(chǎn)寬帶鋼時(shí)，寬帶鋼邊部會(huì)有較多的鋅灰，因而在排產(chǎn)時(shí)要盡量避免寬接窄，理想情況是在三輥六臂的周期里，排產(chǎn)從寬到窄，盡量避免反向排產(chǎn)。

另外，使用窄口爐鼻子，可以減少爐鼻子內(nèi)的鋅液面積，這樣在相同條件下可以減少鋅灰產(chǎn)生的量。

3 結(jié)論

鋅液蒸發(fā)，鋅灰就會(huì)產(chǎn)生，在鍍鋅生產(chǎn)中此過程一直存在。通過對(duì)鋅液溫度、爐鼻子加濕器等進(jìn)行控制可以在一定程度上抑制鋅灰的產(chǎn)生；通過對(duì)鋅液穩(wěn)定性、帶鋼穩(wěn)定性、鋅灰泵等進(jìn)行控制，可以降低其粘附到帶鋼表面的幾率，降低因此導(dǎo)致的質(zhì)量降判。