王 浩

（北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京 100029）

1 前言

邯鄲鋼鐵集團(tuán)公司于2004年在邯鋼酸洗鍍鋅廠內(nèi)由韓國浦項(xiàng)（POSCO）工程建筑有限公司設(shè)計(jì)，制造了一條生產(chǎn)年生產(chǎn)能力為12 0，000t的彩涂板生產(chǎn)線，該線建成后先后只生產(chǎn)了1000多噸彩涂板，長期處于停產(chǎn)狀態(tài)。為了改變這一現(xiàn)狀現(xiàn)狀，2008年3月15日，邯鄲鋼鐵股份有限公司和北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院共同簽署了冷軋廠2號彩涂生產(chǎn)線改造電鍍鋅項(xiàng)目工程總承包合同。經(jīng)過一年半的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和安裝調(diào)試，該線已于2009年8月10日成功生產(chǎn)出電鍍鋅板，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期要求。

該電鍍鋅機(jī)組主要生產(chǎn)家電板，鋼板厚度0.25～1.5mm，鋼板寬度900～1300mm，工藝段速度達(dá)到100m／min，年生產(chǎn)能力能夠達(dá)到15萬t。

2 工藝段設(shè)備布置

邯鋼電鍍鋅機(jī)組主要分成三段，入口段，工藝段和出口段。入口段和出口段的設(shè)備基本上照舊，整個(gè)生產(chǎn)線的改造主要集中在工藝段，工藝段由北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司設(shè)計(jì)和制造，具有多項(xiàng)專利技術(shù)。

機(jī)組工藝段主要由清洗段，電鍍段和后處理段組成。清洗段主要是為使帶鋼在電鍍時(shí)擁有優(yōu)良的表面質(zhì)量。電鍍時(shí)產(chǎn)品表面質(zhì)量的好壞與清洗段的清洗干凈程度直接相關(guān)，而我院設(shè)計(jì)的堿洗槽，不換極性的電解清洗槽能夠使帶鋼的含油、含鐵量從300mg／m2下降到10mg／m2，保證清洗段的清洗質(zhì)量。電鍍段主要是通過設(shè)定指定的電流在鋼板表面電沉積上相應(yīng)鍍層厚度的鋅，一般設(shè)定帶鋼雙面20g／m2。電鍍段所用的電鍍槽為我院研究開發(fā)的靜壓式水平電鍍槽，能夠保證鍍層的致密性和橫向均勻性。后處理段主要是為客戶提供不同類型的產(chǎn)品，比如磷化板，耐指紋板，無處理板和鈍化板。

工藝布置圖如圖1所示：工藝段的頭部為堿洗槽，內(nèi)設(shè)噴淋管和刷輥，其后為電解清洗槽，用以徹底清除帶鋼表面的油污和鐵粉。電解清洗后的帶鋼經(jīng)三級水洗后，即進(jìn)入水平式酸洗槽和三級水洗槽進(jìn)行酸洗和水洗。酸洗后的帶鋼進(jìn)入閃鍍鎳槽鍍鎳，其作用是在基板表面形成鍍鋅層的結(jié)晶晶核，從而有利于提高鍍鋅層的表面質(zhì)量。鍍鎳后通過水洗槽進(jìn)行水洗，然后進(jìn)入電鍍槽。電鍍槽共8臺。電鍍槽之后為水洗槽，用于清除殘留的鍍液。帶鋼從水洗槽出來后，即進(jìn)入后處理設(shè)備部分。后處理的主要工藝設(shè)備依次為：表面調(diào)整槽、磷化槽、水洗槽、熱風(fēng)干燥器、冷卻器、輥涂機(jī)、烘干爐和冷卻裝置。

圖1 邯鋼電鍍鋅機(jī)組工藝段機(jī)組布置圖

3 工藝段主要設(shè)備及技術(shù)特點(diǎn)

3.1 不換極性電解清洗槽

現(xiàn)有用于帶鋼涂鍍生產(chǎn)線的水平式電解清洗槽，大多數(shù)都釆用中間導(dǎo)體法，所用的電解清洗槽其極板均采用普通鋼板或不銹鋼板制造。當(dāng)這種極板處于陽極狀態(tài)時(shí)，會產(chǎn)生鈍化層並導(dǎo)致電壓升高，因而每隔一定時(shí)間（通常是每卷帶鋼），極板必須互換一次極性，以延緩鈍化的速度，使清洗槽能夠在額定電壓內(nèi)工作［1］。盡管這種槽的極板能定時(shí)互換極性，但極板依然存在鈍化現(xiàn)象，而隨著極板鈍化層的逐漸增厚，工作電壓會逐漸升高。當(dāng)電壓接近額定電壓時(shí)，為了減少停產(chǎn)時(shí)間，并保持清洗槽能夠繼續(xù)運(yùn)行，就要降低工作電流，也就是降低庫侖密度。當(dāng)其庫侖密度低于11C／dm2時(shí)，帶鋼的清潔度就達(dá)不到要求，就要停產(chǎn)對極板進(jìn)行處理。

另外當(dāng)清洗槽出口側(cè)的極板由陰極變?yōu)殛枠O時(shí)，則通過此區(qū)域的帶鋼為陰極，此時(shí)清洗溶液中的油污與鐵粉就會吸咐在帶鋼表面上，從而降低了帶鋼的清洗質(zhì)量。因此在生產(chǎn)中就會出現(xiàn)一卷帶鋼清洗的干凈，一卷帶鋼清洗的不干凈，這就是極板換極性所帶來的問題。

圖2 電解清洗槽

通過對現(xiàn)有的電解清洗槽進(jìn)行研究，通過不斷地實(shí)驗(yàn)，研究出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電解清洗槽，該槽如圖2所示。

由圖2可以看出，清洗液從中部輸入上、下靜壓腔1和2，然后以較高的速度通過腔口與帶鋼的間隙hJ分別噴至入口清洗區(qū)Ⅰ和出口清洗區(qū)O，電解時(shí)產(chǎn)生的氣體隨清洗液從槽的兩端排出，排放路程顯著縮短。其次，此槽也可以控制槽內(nèi)帶鋼在較小的運(yùn)行空間內(nèi)運(yùn)行，從而可以縮小極板間距并保持工作穩(wěn)定性。因此，此槽具有優(yōu)良電解清洗槽的特點(diǎn)，其電流密度和庫侖密度均較高，清洗效果好，電耗也較低。

該槽在邯鋼電鍍鋅機(jī)組上運(yùn)行4年，生產(chǎn)狀態(tài)良好。該槽具有如下特點(diǎn)：

1）該槽解決了極板的鈍化問題，建立了極板不換極性中間導(dǎo)體法，從而可使清洗槽保持穩(wěn)定的庫侖密度，保證清洗質(zhì)量，也無需因處理極板鈍化問題而停產(chǎn)。

2）由于運(yùn)行時(shí)不改變極板的極性，清洗槽出口側(cè)的帶鋼始終保持陽極狀態(tài)，從而消除了清洗溶液對帶鋼的污染問題。

3）采用極板不換極性中間導(dǎo)體法的電解清洗槽的最大工作電流密度達(dá)到了100A／dm2，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的HCD型電解清洗工藝，因而具有高效、淸洗質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊、電耗低等特點(diǎn)。從而為帶鋼涂鍍生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量的提高，創(chuàng)造了良好的條件。

4）該槽長度為2360mm，長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般的電解清洗槽，維修方便，占地面積小。

3.2 先進(jìn)的水平式電鍍槽

電鍍槽是帶鋼連續(xù)電鍍生產(chǎn)線中的的核心設(shè)備。它是決定電鍍效率、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本的主要因素。當(dāng)電鍍液和電鍍工藝參數(shù)一定時(shí)，影響鍍槽性能的主要因素是：①帶鋼在槽內(nèi)運(yùn)行空間高度H、對中偏差△S和上、下陽極的間距h（見圖3）；②鍍槽的排氣能力；③鍍液流態(tài)的雷諾數(shù)Re。

圖3 帶鋼在槽內(nèi)運(yùn)行圖

帶鋼在槽內(nèi)運(yùn)行空間高度H與對中偏差△S，對鍍槽性能會產(chǎn)生下列影響：

1）陽極與帶鋼的間距ho（帶鋼對中時(shí)的間距，ho＝0.5h）取決于H與△S的數(shù)值，因?yàn)橐苊怅枠O與帶鋼發(fā)生短路燒傷的必要條件是ho＞（0.5H＋△S）。而ho則是決定鍍槽電流密度和電耗的主要參數(shù)。其理由是：①在鍍液流量不變的條件下，縮小ho可以提高鍍液流速，從而可以增大鍍液流態(tài)的雷諾數(shù)Re，并提高排氣能力，電流密度就可以提高；②在電鍍液和電鍍工藝參數(shù)一定時(shí)，縮小ho可以降低工作電壓，電耗也就隨之降低。

2）帶鋼鍍層的橫向均勻度，主要取決于H的數(shù)值。H值大，帶鋼與陽極的不平行度就加大，鍍層的橫向均勻度就要降低。

在水平式電鍍槽內(nèi)，由于帶鋼存在下垂度和兩側(cè)張力不等而形成的歪斜度，因而帶鋼在槽內(nèi)所占據(jù)的運(yùn)行空間高度H與對中偏差△S，往往要大于立式和徑向式鍍槽。因此，要提高水平式電鍍槽的綜合技術(shù)性能，主要途徑之一就是要減少H與△S的數(shù)值。

為了解決水平式鍍槽存在的問題，提高電鍍槽電鍍效率以及鍍層質(zhì)量，通過多年的努力，我們研發(fā)出一種新型電鍍槽。

此槽結(jié)構(gòu)如圖4所示，鍍液通過節(jié)流元件Q進(jìn)入上、下靜壓腔，然后以較高的速度通過上下靜壓腔的腔口與帶鋼的間隙hJ分別噴至電鍍區(qū)，Ⅰ和O，最后通過擋液板出口hS流出，鍍液為Zn SO4，鍍液流量為5～6m3／min。電鍍槽的總電流為30000A，電流密度能達(dá)到200 A／dm2。

該槽在邯鋼電鍍鋅機(jī)組上運(yùn)行4年，生產(chǎn)狀態(tài)良好。該槽具有如下特點(diǎn)：

1）該槽具有較強(qiáng)的液體夾持帶鋼能力和抗帶鋼扭曲能力，可以消除帶鋼下垂度，顯著減少帶鋼扭曲度，從而顯著減少了槽內(nèi)帶鋼運(yùn)行空間高度H及對中偏差△S，全面提高了鍍槽的性能［2］。

2）電鍍槽在鍍層控制上比較準(zhǔn)確，帶鋼上、下表面鍍層實(shí)際重量差不大于2%，而現(xiàn)有的水平式鍍槽，帶鋼上、下表面鍍層實(shí)際重量差則為5～10%。

3）此槽的電流效率高，能夠達(dá)到97%，而一般的水平式電鍍槽卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于95%。

4）該槽的電耗低，兩陽極板之間的距離為24mm，一般的水平式電鍍槽的間距為50mm。槽工作電壓比一般電鍍槽降低17%。

圖4 水平式電鍍槽

5）電鍍槽的設(shè)備長度為2360mm，此槽簡單緊湊，操作維修方便，設(shè)備投資小。

3.3 閃鍍鎳技術(shù)

在清洗段酸洗槽的后面，配置了閃鍍鎳槽，閃鍍鎳槽的結(jié)構(gòu)形式和電鍍槽相似，只是所用的溶液不一樣，鍍液為Ni SO4·7H2O，溶度為350g／L。在整個(gè)工藝中之所以用到閃鍍鎳技術(shù)，是為了使帶鋼在鍍鋅以前首先鍍上一層鎳。采取此工藝，既可提高質(zhì)量好的原料的鍍層質(zhì)量，也可使表面質(zhì)量稍差的原料，仍能得到優(yōu)質(zhì)的鍍層。邯鋼電鍍鋅生產(chǎn)線的經(jīng)驗(yàn)已證實(shí)了這一點(diǎn)。該生產(chǎn)線應(yīng)用了閃鍍鎳技術(shù)后，采用質(zhì)量較差（板面上存在碳化邊、氧化色、絲狀斑等）的罩式爐退火鋼板已生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)電鍍鋅板。

4 結(jié)束語

邯鋼電鍍鋅生產(chǎn)線是我院進(jìn)行電鍍鋅改造的第一條線。從4年多的運(yùn)行來看，生產(chǎn)工藝和設(shè)備技術(shù)成熟、先進(jìn)、可靠、實(shí)用。生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好，而且該生產(chǎn)線具有對原料的適應(yīng)能力強(qiáng)，電耗低等優(yōu)點(diǎn)。此線的改造成功，有利于推動鋼鐵行業(yè)帶鋼電鍍技術(shù)的發(fā)展。

［1］戴學(xué)誠.冷軋帶鋼的現(xiàn)代電解清洗工藝［J］.上海金屬，2007（2）：48-53.

［2］Weng Qi.Hydrostatic Horizontal Cell［J］.Advanced Materials Research，2012，572：382～389.