熱鍍鋅鋼板鋅層脫落缺陷分析及改進(jìn)措施

符新濤

(新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠)

前言

八鋼冷軋鍍鋅機(jī)組設(shè)計(jì)產(chǎn)能15萬(wàn)噸/年。熱鍍鋅工藝采用美鋼聯(lián)法,熱鍍鋅退火爐采用全輻射管加熱,其中加熱區(qū)共9段,1個(gè)均熱段,1個(gè)快冷段及熱張力輥室。熱鍍鋅退火爐有效長(zhǎng)度120米,生產(chǎn)規(guī)格0.25～1.6mm,寬度800～1250mm,其中輻射管分兩種,U型輻射管及W型輻射管,設(shè)計(jì)熱功率分別為50kW及75kW。

近年來(lái),隨著連續(xù)多年高負(fù)荷運(yùn)行,對(duì)輻射管的管理提出了更高的要求,輻射管的工作狀態(tài)直接影響著熱鍍鋅產(chǎn)品的質(zhì)量,也是保證熱鍍鋅產(chǎn)量質(zhì)量的關(guān)鍵。

筆者針對(duì)冷軋熱鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的鋅層脫落缺陷進(jìn)行分析,通過(guò)開(kāi)展質(zhì)量分析及相關(guān)措施的固化,在保證產(chǎn)品質(zhì)量方面取得了顯著效果。

1 關(guān)于鋅層脫落事件概述

2021年10月1日鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)0.33×1250(mm)(DC51D+Z),線速度115m/min,鋅層10J球沖及折彎性能均合格。當(dāng)產(chǎn)品規(guī)格為0.38×1253(mm)時(shí),線速度調(diào)整為90m/min時(shí),在對(duì)試樣做10J球沖試驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)帶鋼的正面沿寬度方向傳動(dòng)側(cè)約0～500mm處出現(xiàn)鋅層點(diǎn)、片狀脫落,同時(shí)180°折彎試驗(yàn)也發(fā)生鋅層脫落現(xiàn)象,見(jiàn)圖1。

圖1 10J球沖試驗(yàn)冷軋帶鋼鋅層點(diǎn)、片狀脫落形貌

機(jī)組降速至60m/min,依次對(duì)以下部位檢查:檢查原料表面;鍍鋅前處理循環(huán)槽溫度、堿點(diǎn);對(duì)退火爐爐體排查泄漏點(diǎn)(依據(jù)打壓檢漏作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)依次對(duì)退火爐下斜槽法蘭連接處、下斜槽鋅液消落帶區(qū)域、4#張力輥室、快冷風(fēng)機(jī)負(fù)壓部位實(shí)施檢查); 退火爐爐輥潤(rùn)滑檢查;輻射管密封檢查。

檢查結(jié)果:原料符合接收標(biāo)準(zhǔn);鍍鋅入口帶鋼清洗效果良好,未見(jiàn)異常;退火爐爐體無(wú)泄漏;爐輥潤(rùn)滑正常;對(duì)輻射管逐個(gè)密封檢查,排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)37# 輻射管氧含量為 4%,明顯異常,采取關(guān)閉燒嘴及助燃空氣后,鋅層脫落缺陷消除。

2 鋅層脫落原因分析

熱鍍鋅過(guò)程中,當(dāng)鋼基與鐵-鋅合金層中間無(wú)法形成具有粘附介質(zhì)的均勻Fe2Al5中間層時(shí),鍍層的附著力下降即可造成鋅層試驗(yàn)過(guò)程中鋅層脫落現(xiàn)象。

2.1 退火爐入爐前鋼板表面污染的影響

2.1.1 熱鍍鋅原料影響

受生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)的影響,鍍鋅前軋機(jī)原料可能在庫(kù)存儲(chǔ)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),帶鋼表面形成乳化液銹蝕斑跡,鍍鋅前處理工序及鍍鋅退火爐無(wú)法消除時(shí),在斑跡部位鋅層附著力降低,發(fā)生鋅層點(diǎn)狀脫落現(xiàn)象。

2.1.2 鍍鋅前處理異常原因

鍍鋅機(jī)組前處理采用堿噴淋-堿刷洗-電解脫脂-熱刷-熱漂工藝,如若電解電流、堿液溫度及堿液溫度等工藝參數(shù)超標(biāo)時(shí),會(huì)造成表面黑斑,退火無(wú)法消除時(shí)在黑斑部位鋅層附著力降低,鋅層出現(xiàn)點(diǎn)狀脫落。

2.2 鍍鋅退火爐泄漏發(fā)生鋼基板氧化造成鋅層脫落2.2.1 退火爐下斜槽泄漏

退火爐下斜槽采用純氮?dú)饷芊夥绞?下斜槽與鋅鍋鋅液接觸的消落帶區(qū)域,由于受到鋅液鐵腐蝕影響,會(huì)形成孔洞,當(dāng)鋅液位低于孔洞高度時(shí),外部空氣進(jìn)入下斜槽對(duì)即將入鋅鍋帶鋼發(fā)生局部氧化,熱鍍鋅中間附著層無(wú)法形成發(fā)生鋅層脫落;退火爐下斜槽采取三段式法蘭連接,檢修時(shí)的溫度驟然升降及加鋅過(guò)程中的碰撞,會(huì)導(dǎo)致法蘭密封漏氣或法蘭根部焊縫開(kāi)裂,造成外部空氣進(jìn)入下斜槽,帶鋼發(fā)生氧化,熱鍍鋅中間附著層無(wú)法形成發(fā)生鋅層脫落。

2.2.2 退火爐快冷風(fēng)機(jī)換熱器泄漏

換熱器水冷管焊接部分發(fā)生水泄漏時(shí),水蒸汽迅速氧化帶鋼,造成鋅層脫落。漏水嚴(yán)重時(shí),甚至板面無(wú)法鍍鋅,最直接的外部表現(xiàn)方式為退火爐4#張力輥室露點(diǎn)急劇升高。

退火爐快冷風(fēng)機(jī)換熱器焊縫質(zhì)量不好及開(kāi)裂時(shí),快冷風(fēng)機(jī)工作時(shí)為負(fù)壓狀態(tài)會(huì)將外部空氣吸入退火爐爐內(nèi),導(dǎo)致帶鋼發(fā)生氧化,鋅層脫落。外部表現(xiàn):4#張力輥室露點(diǎn)波動(dòng),風(fēng)機(jī)停用時(shí)露點(diǎn)即下降。鋅層脫落缺陷消除。

退火爐快冷風(fēng)機(jī)外殼與減速機(jī)軸承箱采用波紋管連接方式密閉,當(dāng)波紋管發(fā)生孔洞,快冷風(fēng)機(jī)工作時(shí)的負(fù)壓將外部空氣帶入,通過(guò)上下風(fēng)箱噴嘴噴向帶鋼,帶鋼發(fā)生氧化,造成鋅層脫落。鋅層脫落表現(xiàn)方式:上下表面同時(shí)發(fā)生片狀鋅層脫落。外部表現(xiàn):4#張力輥室露點(diǎn)波動(dòng),風(fēng)機(jī)停用時(shí)露點(diǎn)即下降。鋅層脫落缺陷消除。

2.3 退火爐爐輥漏油發(fā)生鋅層脫落

退火爐爐輥軸承采用集中潤(rùn)滑方式,爐輥與爐墻采用耐火纖維密封。當(dāng)潤(rùn)滑油量較大且耐火纖維發(fā)生疏松時(shí),多余液態(tài)油脂進(jìn)入爐內(nèi)發(fā)生燃燒,對(duì)帶鋼氧化造成鋅層脫落。鋅層酸洗去鍍鋅基板表面呈現(xiàn)暗黃色油斑。外部表現(xiàn)特征:板溫儀會(huì)發(fā)生急劇波動(dòng)。爐墻內(nèi)襯板表面片狀油斑印記。

2.4 退火爐輻射管泄漏發(fā)生鋅層脫落

八鋼冷軋退火爐共有142支輻射管,其中21支為W型(75kW),121支U型(50kW),輻射管材質(zhì)Cr28Ni48W5,管體離心鑄造工藝,耐溫1 100℃,新品壽命大于5年,返修件大于3年。

輻射管日常管理要求:在線檢漏周期為6月/次,年修時(shí)進(jìn)入爐內(nèi)對(duì)輻射管表面檢查有無(wú)變形嚴(yán)重和燒穿跡象。退火爐采用輻射管間接式加熱附加氮?dú)浔Ｗo(hù)氣體,爐內(nèi)微正壓控制。當(dāng)輻射管發(fā)生燒穿孔洞,輻射管內(nèi)壓力大于爐壓時(shí),助燃空氣進(jìn)入爐內(nèi)氧化帶鋼,造成片狀鋅層脫落。當(dāng)泄漏輻射管發(fā)生在退火爐后段時(shí),露點(diǎn)會(huì)呈現(xiàn)一定異常變化,出鋅鍋鍍鋅帶鋼表面呈現(xiàn)不規(guī)則發(fā)白絮狀形狀。如采取輻射管停用(需關(guān)閉助燃空氣)、提高爐壓及增大排煙壓力時(shí),鋅層脫落缺陷會(huì)消除。

3 鋅層脫落處理措施

發(fā)生鋅層脫落后的處理措施:

(1)檢查帶鋼在入口活套的表面清潔狀況;

(2)退火爐下斜槽檢漏作業(yè),如泄漏采取降低爐壓使用高溫密封膠補(bǔ)漏處理。

(3)逐一關(guān)閉在用快冷風(fēng)機(jī),檢查快冷風(fēng)機(jī)負(fù)壓部位是否存在泄漏,如泄漏采取降低爐壓使用高溫密封膠補(bǔ)漏處理。

(4)取缺陷樣板酸洗除表面鋅層后,根據(jù)板面情況排查是否由于潤(rùn)滑油脂泄漏導(dǎo)致。

(5)對(duì)退火爐輻射管逐個(gè)排查檢漏:將爐壓提高至250Pa、排煙風(fēng)機(jī)45Hz運(yùn)行。

(6)關(guān)閉燒嘴末端煤氣閥門(mén)及助燃空氣閥門(mén)。使用煙氣分析儀逐個(gè)檢測(cè)煙氣管道中含氧量,氧含量低于15%以下停用。

4 預(yù)防措施

為消除鋅層脫落的質(zhì)量問(wèn)題,制定了預(yù)防措施:

(1)生產(chǎn)過(guò)程中,每卷不少于3次,目測(cè)檢查原料表面無(wú)銹蝕斑跡;鍍鋅前處理循環(huán)槽槽液控制在60～75℃,游離堿點(diǎn)16～21。

(2)檢修完成至開(kāi)機(jī)前,爐壓>250Pa的情況下,對(duì)退火爐爐體及快冷風(fēng)機(jī)換熱器檢漏。

(3)爐輥集中潤(rùn)滑過(guò)程中,每支爐輥加油量控制在20～30g。

(4)固化輻射管檢漏周期為2月/次,建立退火爐輻射管檢查臺(tái)賬,對(duì)泄漏輻射管采取更換。對(duì)輻射管內(nèi)換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)改型,消除換熱器原因?qū)е螺椛涔軣┈F(xiàn)象的發(fā)生;優(yōu)化及固化退火爐富氧摻燒工藝,助燃空氣中氧氣含量控制在23%～27%;定修前對(duì)輻射管使用情況檢查記錄,定修期間更換泄漏輻射管內(nèi)換熱器;建立返修輻射管上線前檢查臺(tái)賬。

5 實(shí)施效果

相關(guān)措施執(zhí)行后,連續(xù)跟蹤20卷冷軋帶鋼進(jìn)行了性能檢測(cè),經(jīng)檢測(cè)均符合標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)表1。

表1 改進(jìn)措施實(shí)施前后冷軋卷鋅層的對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋅層脫落質(zhì)量缺陷的調(diào)查分析,找到了鋅層脫落的根本原因,并制定了解決方案。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及驗(yàn)證,效果良好,對(duì)同類熱鍍鋅機(jī)組鋅層脫落缺陷原因分析,具備一定的指導(dǎo)作用。