武 斌，姜希偉，秦鳳華

（中冶南方（武漢）熱工有限公司，湖北 武漢 430223）

當(dāng)鋅鍋中的鋅液被加熱到一定溫度以上或者帶鋼從連退爐經(jīng)爐鼻子進(jìn)入鋅鍋導(dǎo)致與鋅液面接觸部位溫度較高時(shí)，鋅液面會(huì)不斷揮發(fā)出鋅蒸汽。鋅蒸汽在爐內(nèi)區(qū)域會(huì)發(fā)生凝結(jié)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)會(huì)逐漸增厚，在振動(dòng)或者爐壓波動(dòng)等不穩(wěn)定因素影響下， 逐漸增厚的鋅灰松動(dòng)掉落在帶鋼上表面， 產(chǎn)生多種表面質(zhì)量缺陷， 如爐鼻子處的鋅蒸汽和灰塵將造成彗星缺陷； 液態(tài)鋅表面的顆?；蛘哐趸蹘т摰谋砻嫘纬稍业热毕荨?其中由于鋅蒸汽和灰塵造成的彗星缺陷較為常見(jiàn)。

為解決這類(lèi)問(wèn)題， 要對(duì)帶鋼進(jìn)入鋅鍋前的溫度及爐鼻子內(nèi)的溫度進(jìn)行控制， 一般在爐鼻子內(nèi)增設(shè)加濕裝置，抑制鋅蒸汽揮發(fā)。

1 工作機(jī)理

帶鋼進(jìn)入鋅鍋處的鋅蒸汽流量與鋅鍋處的飽和鋅蒸汽與鋅鍋上方鋅顆粒的壓力差成正比。鋅的流量與帶鋼入鋅鍋處的表面積成正比，以及與邊沿層的擴(kuò)散成正比。鋅蒸汽的產(chǎn)生量隨帶鋼入鋅鍋處的氣體流速增大而增加，為此，不推薦在鋅鍋處帶鋼浸入點(diǎn)或者爐鼻子內(nèi)注入大量新鮮的保護(hù)氣體。

1.1 抑制鋅蒸汽方式

（1）CO-CO2注入：利用 CO-CO2混合氣氛的分壓大于鋅蒸汽分壓，抑制鋅蒸汽的揮發(fā)。該方式簡(jiǎn)單可行，但抑制鋅蒸汽揮發(fā)效果一般。

（2）加濕后的HN 保護(hù)氣體：通過(guò)水蒸氣與鋅表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 產(chǎn)生氧化鋅膜抑制鋅蒸汽產(chǎn)生及揮發(fā)。 該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)抑制鋅蒸汽，效果顯著。

（3）抽取被鋅灰污染的HN 保護(hù)氣體：通過(guò)及時(shí)抽取鋅灰污染的HN 氣氛， 降低鋅蒸汽揮發(fā)產(chǎn)生的不良影響。該方式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鋅蒸汽實(shí)現(xiàn)了及時(shí)排除，但未起到抑制鋅蒸汽揮發(fā)的作用。

（4）N2密封：通過(guò)設(shè)置密封節(jié)流通道并注入惰性氣氛， 形成密封簾式氣幕阻止鋅蒸汽揮發(fā)至上部通道。該方式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，效果良好，但鋅鼻子節(jié)流通道更為狹窄，帶鋼上下抖動(dòng)時(shí)表面易被節(jié)流通道劃傷。

（5）對(duì)低溫區(qū)氣氛的抽取和冷凝：鋅蒸汽向上部通道揮發(fā)的過(guò)程中，溫度逐漸下降并部分凝結(jié)，如果凝結(jié)到帶鋼表面就會(huì)影響帶鋼表面質(zhì)量。為此，要及時(shí)在低溫區(qū)將鋅蒸汽進(jìn)行抽取并單獨(dú)冷凝， 避免其繼續(xù)揮發(fā)影響帶鋼。該方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要額外的抽取設(shè)備，且未達(dá)到抑制鋅蒸汽的效果。

綜合對(duì)比上述方式，以“通過(guò)加濕后的HN 保護(hù)氣體”來(lái)控制爐鼻子處的鋅蒸汽量的方式最為理想，得到普遍使用。 從爐鼻子的底部注入加濕后的HN保護(hù)氣體，使其接近鋅液的表面。注入氣體中的水蒸氣氧化鋅鍋上面的鋅，從而限制了鋅蒸汽的揮發(fā)。

注入加濕后的HN 保護(hù)氣體時(shí)， 爐鼻子處的露點(diǎn)必須維持在一定范圍內(nèi)，一般在-15～-20 ℃，根據(jù)不同的工況和當(dāng)?shù)氐臍夂蜻M(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

1.2 技術(shù)比較

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大型熱鍍鋅機(jī)組， 采用的加濕系統(tǒng)大多源自外方等技術(shù)成熟的廠家， 其相關(guān)的工藝流程基本一致，詳見(jiàn)圖1，參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

圖1 典型工藝流程示意圖

表1 國(guó)外廠家技術(shù)參數(shù)

由表1 可知， 國(guó)外廠家對(duì)加濕系統(tǒng)的設(shè)置區(qū)別不大，也能很好地投入到機(jī)組生產(chǎn)中。 然而，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)方面可進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)一一闡述。

2 技術(shù)優(yōu)化

2.1 干濕氣氛混合優(yōu)化

干氣氛接入加濕系統(tǒng)進(jìn)氣主管后分為兩路：一路要經(jīng)加濕罐后成為濕氣氛，另一路不經(jīng)過(guò)加濕罐，為干氣氛。干濕氣氛混合前，因?yàn)榻?jīng)過(guò)加濕罐的保護(hù)氣氛要克服加濕過(guò)程中的阻力損失， 致使出加濕罐后壓力大大降低， 而未經(jīng)過(guò)加濕罐的氣氛則壓力相對(duì)較高，造成二者在混合時(shí)不易快速均勻混合完成。

為此，采用兩方面的措施解決上述問(wèn)題：

（1）在不經(jīng)過(guò)加濕罐的氣氛管路上增設(shè)減壓閥；

（2）在干濕氣氛混合處設(shè)置管道混合器。

工藝流程如圖2 所示。

圖2 干濕氣氛混合流程示意圖

2.2 氣氛再加熱

干濕氣氛混合后，一般干球溫度在15～20 ℃，在通入爐鼻尖時(shí)，溫度相對(duì)于鋅蒸汽溫度太低，造成部分鋅蒸汽易凝結(jié)在帶鋼表面，對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。為此，在混合后保護(hù)氣體通入爐鼻尖之前，設(shè)置有管道加熱器再加熱， 盡可能減小保護(hù)氣體與鋅蒸汽溫度差。

通過(guò)管道加熱器， 最高將保護(hù)氣體加熱到400℃以上后通入爐鼻尖， 既縮小了與爐鼻尖內(nèi)部鋅蒸汽的溫差，同時(shí)也提高了保護(hù)氣體的含濕能力，更好地抑制鋅蒸汽的產(chǎn)生。

管道混合器利用可控硅控制功率輸出， 滿足不同工況條件和氣候條件的要求。 管道電加熱器設(shè)置為常開(kāi)形式，當(dāng)系統(tǒng)停止運(yùn)行，出氣閥關(guān)閉時(shí)，加熱器自動(dòng)關(guān)閉，防止干燒。

2.3 露點(diǎn)閉環(huán)控制

熱鍍鋅加濕系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)露點(diǎn)的閉環(huán)控制， 露點(diǎn)與干濕氣氛流量閉環(huán)控制，在操作界面設(shè)定露點(diǎn)值，干濕氣氛流量自動(dòng)調(diào)節(jié)，也具備手動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。加濕系統(tǒng)的控制、露點(diǎn)的控制可設(shè)置到操作界面。

首先檢測(cè)氣氛參數(shù)， 包括混合前各氣氛的流量、干球溫度、露點(diǎn)溫度，混合后氣氛的總流量、干球溫度及露點(diǎn)溫度；其次，對(duì)各混合前氣體進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，設(shè)置流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥；再次，要對(duì)露點(diǎn)控制的模塊升級(jí)，增加露點(diǎn)計(jì)算的核心數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)各混合前氣氛的流量自動(dòng)設(shè)定。 各氣氛管道上的流量調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，按設(shè)定值調(diào)節(jié)流量；最后，混合氣氛露點(diǎn)計(jì)算的模塊有自學(xué)習(xí)功能，按照實(shí)際檢測(cè)的露點(diǎn)溫度對(duì)理論計(jì)算模型不斷修正，實(shí)現(xiàn)最終的精準(zhǔn)快速控制。

加濕系統(tǒng)露點(diǎn)計(jì)算核心數(shù)學(xué)模型如下： 本計(jì)算按兩種不同露點(diǎn)的氣氛做說(shuō)明， 事實(shí)上兩種以上的不同露點(diǎn)的氣氛計(jì)算原理一致。

計(jì)算混合氣氛露點(diǎn)核心模塊如下：

上述方程組中，各參數(shù)的意義見(jiàn)表2。

表2 各參數(shù)的意義

數(shù)學(xué)模型計(jì)算的干球溫度、 露點(diǎn)溫度以及流量等與混合總管上實(shí)測(cè)數(shù)值進(jìn)行比較， 對(duì)模型的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行修正， 修正結(jié)果會(huì)在下次流量設(shè)定值計(jì)算中使用。

通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)， 可按露點(diǎn)目標(biāo)值快速對(duì)各不同露點(diǎn)的氣氛按流量進(jìn)行配比， 在達(dá)到目標(biāo)露點(diǎn)過(guò)程中，調(diào)節(jié)精度高，響應(yīng)速度快，避免了按操作經(jīng)驗(yàn)反復(fù)配比，節(jié)約保護(hù)氣氛用量。 另外，可針對(duì)于不同的季節(jié)溫度和生產(chǎn)條件對(duì)露點(diǎn)目標(biāo)值快速響應(yīng)， 保障帶鋼生產(chǎn)質(zhì)量。

2.4 除鋅渣裝置

除鋅渣裝置主要有鋅鍋液位檢測(cè)系統(tǒng)、除鋅泵、爐鼻尖內(nèi)部導(dǎo)向板與溝槽設(shè)置。 鋅灰泵功率與鋅鍋液位連鎖控制與檢測(cè)。

爐鼻子內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)向板和溝槽， 在爐鼻子的內(nèi)部上側(cè)安裝有噴管， 噴管?chē)娙霘饬鞯南卵貙т撆c鋅液液面的交界處覆蓋， 在爐鼻子的下端內(nèi)設(shè)有溝槽，溝槽底部與爐鼻子與除鋅泵入口管相連，除鋅泵出口管與爐鼻子之外鋅液連通。

該技術(shù)應(yīng)用原理：帶鋼從爐鼻子的內(nèi)部穿過(guò)時(shí)，噴管?chē)娙爰訚竦谋Ｗo(hù)氣氛， 加濕的氣氛噴在帶鋼與鋅液液面的交界處， 一方面含濕的氣體對(duì)與帶鋼接觸的鋅液進(jìn)行氧化反應(yīng)，抑制鋅蒸汽的產(chǎn)生。另一方面， 即使?fàn)t鼻子內(nèi)的鋅液在鋼帶的高溫下蒸發(fā)后形成了鋅蒸汽， 但是鋅蒸汽被加濕氣氛裹挾而不易上升，凝結(jié)在爐鼻子內(nèi)壁上。覆蓋在帶鋼的鋅灰及浮在鋅液表面的鋅灰吹向溝槽。 溝槽內(nèi)的含有鋅灰及其他雜質(zhì)的鋅液在吸灰泵的作用下通過(guò)泵入口管、泵出口管排出到爐鼻子外的鋅中。

一般除鋅泵為真空葉片泵（含氣動(dòng)馬達(dá)）兩用一備，流量Q=24～48 m3/h，揚(yáng)程L=30 m，最大轉(zhuǎn)速n=1 450 r/min，輸出功率2.5 kW，工作溫度460 ℃。

3 結(jié)語(yǔ)

為使熱鍍鋅機(jī)組能夠生產(chǎn)出表面質(zhì)量良好，鍍層均勻的產(chǎn)品， 除了前段的工藝設(shè)備將帶鋼張力控制、有效退火、均勻冷卻外，在爐鼻尖出口處精細(xì)化控制露點(diǎn)也很重要，避免功虧一簣。

本文在國(guó)內(nèi)大多數(shù)機(jī)組的加濕系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)上，通過(guò)不斷挖掘深入，提出四個(gè)方面的技術(shù)應(yīng)用，以期在現(xiàn)有鍍鋅質(zhì)量的基礎(chǔ)上，能夠做到精益求精。