左 岳，劉 劼，陳 鐘

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

中國連續(xù)熱鍍鋅技術起始于20 世紀70 年代末期，到了21世紀初，隨著國民經濟的快速發(fā)展，連續(xù)熱鍍鋅機組的建設獲得很大的發(fā)展[1-3]。熱鍍鋅產品因具有極佳的耐腐蝕性能和良好的外觀，被廣泛地應用在建筑、汽車、家用電器、輕工包裝等行業(yè)。

目前，國內薄規(guī)格以及超薄規(guī)格鍍鋅板一般在專業(yè)化生產線上生產，由于工藝裝備配置及產線定位所存在的巨大差異，在大型立式連續(xù)退火爐鍍鋅線生產大寬厚比薄規(guī)格高表面質量要求的熱鍍鋅產品存在較大技術難度。因鍍鋅工藝窗口窄，易斷帶、瓢曲、劃傷等原因，一直不能在馬鋼4#鍍鋅線批量生產，需要系統(tǒng)開展技術攻關。

杜江等針對薄規(guī)格鍍鋅板生產過程中的斷帶、褶皺、外觀差、鍍后變形的原因和應對措施進行了研究，總結出生產高質量薄規(guī)格鍍鋅板的相關經驗[4]。孫永旭針對薄規(guī)格產品鍍鋅工序板形控制開展研究，通過對退火、熱鍍、平整及拉矯工藝的優(yōu)化，摸索出了薄規(guī)格全硬鋼板形控制的方法，使板形質量得到大幅度改善[5]。李偉剛針對2#鍍鋅線生產0.3 mm 薄規(guī)格生產工藝控制要點進行了詳細描述，為超薄鍍鋅鋼板的生產提供參考[6]。姚養(yǎng)庫等針對0.12～0.25 mm 極薄熱鍍鋅鋼板的生產工藝和設備進行介紹[7-8]。劉忠寶等詳細闡述了熱鍍鋅薄板帶的生產工藝布置及設備組成[9]。岑耀東針對薄規(guī)格熱鍍鋅板邊部過鍍鋅的原因及設備改造進行研究分析，通過安裝邊部加熱管以彌補帶鋼邊部的熱量損失有效改善邊部過鍍鋅問題[10]。

1 4#鍍鋅線生產工藝流程

冷軋總廠4#連續(xù)熱鍍鋅機組的年設計產量為40 萬t，產品定位為高表面質量的家電板，帶鋼厚度為0.3～1.6 mm，帶鋼寬度為800～1 650 mm，采用美鋼聯法生產，生產線分成4大部分：入口段、工藝段、質量檢查段、出口段。具體工藝流程見圖1。

圖1 4#鍍鋅線生產工藝流程

2 生產過程控制及重難點技術優(yōu)化

大寬厚比薄規(guī)格熱鍍鋅鋼板的原料和成品具有以下特點。

(1)原料軋硬卷在軋制時變形量大，其內部積聚的金屬畸變能也越大，因此退火再結晶溫度低。

(2)在后續(xù)工序加工時，很少用于沖壓變形。

(3)在使用時，用戶對其強度要求較高。

(4)產品等級一般為CQ級。

(5)厚鍍層易產生邊部增厚缺陷，從而導致喇叭口，甚至產生廢品。

2.1 上料開卷工序工藝改進

（1）核實來料質量信息，加強原料檢查，重點關注毛刺、鋸齒邊、邊損、邊裂與頭尾板形,同時步進梁一次上料不要過多。

(2)入口段準備好電動剪、鐵皮剪，并提前準備廢板，預防雙層剪剪不斷時采用墊廢板剪切的方式維持生產。

(3)全程跟蹤開卷過程，將頭尾厚度不均剪切干凈，若出現剪切不斷等異常情況，及時人工干預。

(4)焊接過程中，密切關注帶頭從等待位到焊機的運行過程，如出現卡阻及時處理，檢查確認焊接曲線，并進行焊縫錘擊，確保焊縫質量完好，避免焊縫斷帶。

2.2 退火工序工藝改進

退火的作用一方面用爐內的保護氣體(N2和H2的混合氣體)將帶鋼表面的氧化鐵皮還原成海綿狀純鐵，由此形成適合于熱鍍鋅的活性表面；另一方面對帶鋼進行再結晶退火處理，以獲得良好的力學性能，方便熱鍍鋅板的后續(xù)加工。熱鍍鋅鋼板典型的退火工藝是：將帶鋼加熱到再結晶退火溫度，保溫一定時間，再冷卻到入鋅鍋要求的溫度。

2.2.1 防瓢曲工藝優(yōu)化

長期實踐證明，薄規(guī)格鍍鋅瓢曲主要受退火溫度、線速度、冷卻速度、爐子張力四個關鍵因素影響。只要四個參數設置合理、產線穩(wěn)定，可避免瓢曲缺陷。通過長期摸索與生產跟蹤，總結出解決瓢曲缺陷的典型工藝制度。

①溫度制度，見表1 所列。

表1 4#鍍鋅線薄規(guī)格產品退火溫度控制表

②線速度：100～120 r/min；

③冷卻方式：風機轉速0～10%；

④爐子張力：按系統(tǒng)張力或優(yōu)化后的系統(tǒng)張力。

2.2.2 退火爐熱工工藝優(yōu)化

通過普查4#鍍鋅線輻射管空氣及煤氣壓差，對于煤氣壓差偏低的輻射管進行重新調整，提升至1.2 kPa。在新空燃比的情況下，密切關注廢氣煙溫，通過持續(xù)地觀察，煙溫在可以接受的溫度范圍內。其次，在加熱模型中，由設定溫度與實際溫度的差值，產生加熱需求，由加熱需求計算輻射管在一個周期內的燃燒時間，在模型中將加熱需求提升5%，提升在周期內的輻射管加熱時間，從而提升退火爐的加熱能力。相對于傳統(tǒng)的直接調整空燃比來說，放大加熱需求是一種更加柔和的方式，且在正常的空燃比情況下，單純地提升燃燒時間不會對輻射管造成損壞。

如2 圖所示，當設定765 ℃時，在原有加熱需求的情況下，到750 ℃之前為滿度燃燒，進入750 ℃之后，系統(tǒng)判斷接近目標值，會自動降低加熱需求，最后的15 ℃通過減速加熱的方式逼近目標溫度。如果本身加熱能力有限，這個逼近的過程就會相當緩慢（如①所示）；增加了加熱需求之后，可以將滿度燃燒的最低點提升至760 ℃，最后的5 ℃進行減速逼近，這樣就可以更加快速的達到目標值（如②所示）。圖2中②與①比較來看，②至少比①早一個周期進入目標值。通過加熱能力的優(yōu)化調整，退火爐升降溫變?yōu)槿岷瓦^渡，對防止薄帶鋼瓢曲有較好的效果。

圖2 退火爐加熱模型優(yōu)化

2.2.3 鋅鼻子露點控制系統(tǒng)自主設計改造

鋅鼻子露點的有效控制是改善鋅灰鋅渣缺陷的有效措施。4#鍍鋅線原沒有鋅鼻子露點控制，只有爐子出口露點監(jiān)控，因為此檢測點距離鋅鼻子過遠，無法真實反映鋅鼻子露點，也無法正?？刂其\鼻子露點值。正常生產要求鋅鼻子露點控制在-20 ℃左右，而在此控制模式下鋅鼻內露點值經常超過+10 ℃，不僅僅對露點分析儀造成嚴重損害，而且由于露點過高，對產品質量造成嚴重威脅。

在分析了外方控制程序以后，對程序進行優(yōu)化，在鋅鼻子處增加一組露點分析儀，在WINCC 畫面中增加接口，重新編寫露點控制程序，實現鼻子區(qū)域露點的自動控制。圖3 為8 h 內實際生產時的露點控制曲線。

圖3 連續(xù)8 h內露點控制實際曲線

2.2.4 退火爐跳輥區(qū)域張力優(yōu)化

跳輥區(qū)域需要同時對跳輥位置和跳輥張力進行控制，焊縫進入退火爐時張力調整容易產生波動，特別是薄規(guī)格帶鋼，帶鋼張力小，一旦產生波動很難調整。

通過調整跳輥張力控制調節(jié)器參數以及優(yōu)化跳輥張力反饋，有效地控制了薄規(guī)格帶鋼進入退火爐時的張力波動幅度，降低爐內帶鋼因張力波動造成瓢曲的風險，如圖4所示。

圖4 優(yōu)化前后薄規(guī)格過焊縫時張力波動

2.3 氣刀工序工藝改進

生產線使用方登(FOEN)動態(tài)氣刀系統(tǒng)，依靠從氣刀嘴噴射出來的高流量較高純度的壓縮空氣刮削掉出鋅鍋后帶鋼上多余的鋅液。通過調整氣刀噴吹壓力和氣刀與帶鋼之間的距離來控制鋅層的厚度和均勻性。如果不考慮帶鋼邊緣效應，從氣刀嘴噴射出來的氣體是一個扁平狀的氣流，氣流的流速在帶鋼寬度方向的分量幾乎為零，是一種二維噴射[10]。但實際上在帶鋼的邊緣位置，兩股相交的氣流會發(fā)生激烈的碰撞，使流向發(fā)生偏轉，在帶鋼寬度方向上有了分量，產生渦流，此時，氣體的流向變得非常復雜，刮鋅能力減弱。為了改變這種偏轉的氣流，通過安裝氣刀擋板的方式改變氣流方向，一定程度上能部分消除帶鋼邊緣效應帶來的影響，使氣流較均勻地噴向帶鋼邊緣，對帶鋼邊部過鍍鋅有一定的抑制作用。

由于薄規(guī)格帶鋼熱鍍鋅時邊部自身散熱快，邊部鋅液冷卻快，再加上氣刀高速氣流對帶鋼邊部的強力冷卻，導致邊部鋅液溫度降低(接近凝固點419.5 ℃)，黏性增強。此時，氣刀的刮削能力不能充分發(fā)揮，無法吹掉帶鋼邊部多余的鋅液，造成邊部過鍍鋅，而且基板厚度越薄、散熱越快，越容易出現邊部過鍍鋅缺陷。尤其是薄規(guī)格厚鍍層鍍鋅卷經常在邊部10 mm 左右范圍內出現鋅層超厚現象，鋅層厚度比正常高出20%～100%，帶有該缺陷的帶鋼在卷取時，因累積效應而使成品卷邊部翹起，形成喇叭口，在后續(xù)開卷時會產生邊浪。該缺陷一直是薄規(guī)格鍍鋅生產中最常見而又難以解決的問題之一，如圖5所示。

圖5 薄規(guī)格鍍鋅卷邊部增厚現象

實際生產中采用相應制度，此缺陷得到有效控制，目前4#鍍鋅線已可批量生產薄規(guī)格單面137.5 g/m2厚鍍層訂單。

①生產線速度按上限控制。

②氣刀參數調整控制：氣刀高度≤300 mm，氣刀間距≥12 mm，氣刀壓力≥13.5 kPa。

③氣刀邊部擋板位置：氣刀邊部擋板距帶鋼距離2～3 mm，且與帶鋼在同一水平位置。

④氣刀擋板垂直度精度和氣刀裝配精度管理。

⑤通過監(jiān)控鋅層測厚儀，觀察帶鋼邊部鍍層厚度與中部是否均勻。

⑥光整通過調整彎輥控制邊部質量，同時觀察有無邊皺、亮邊情況。

⑦焊縫到達出口時在帶頭取樣，現場測量兩側邊部5 mm、10 mm、20 mm 處厚度與帶鋼中部的厚度差，當邊部厚度大于中部厚度0.01 mm 以上時，存在邊厚、卷取疊加翻邊(喇叭口)的風險。

⑧出口采用齊邊卷曲，卷取至3～4 t時出口操作人員負責觀察并用手觸摸卷取機上鋼卷兩側邊部有無隆起、翻邊(喇叭口)現象。

⑨結合訂單要求，在滿足最小卷卷重的前提下，合理分小卷。

⑩鋼卷下線后，出口操作人員仔細檢查鋼卷邊部情況，確認是否存在收帶尾時跑偏、帶尾溢出(折疊)等現象。

2.4 光整工序工藝改進

2.4.1 光整區(qū)域張力控制優(yōu)化

針對薄規(guī)格，特別是窄薄規(guī)格(如0.4×1 000 mm)，原來生產時很容易造成光整區(qū)域張力震蕩性波動，產品質量無法控制。通過修改光整機區(qū)域張力控制程序中的I值(積分值)，有效穩(wěn)定了窄薄規(guī)格張力和軋制力波動。

從圖6可看出，調整后的光整段張力控制穩(wěn)定，薄窄規(guī)格產品光整軋制穩(wěn)定性大幅度提高。

圖6 光整區(qū)域張力優(yōu)化參數示意圖

2.4.2 光整區(qū)域劃傷缺陷優(yōu)化

光整機后面配備了一組高壓熱水噴淋(配備1組擠干輥)、一組脫鹽水噴淋(配備1 組擠干輥)和一組熱風干燥系統(tǒng)。為了保護光整機工作輥及帶鋼焊縫不斷帶，光整機過焊縫時會輕開。在過焊縫時，兩組噴淋提前關閉，兩組擠干輥也是處于打開狀態(tài)。而在實際的生產過程中，由于過焊縫時高壓噴淋系統(tǒng)管道內的殘壓原因，導致過焊縫時，板面難免有殘余的水分滴落在板面上，在擠干輥打開的狀態(tài)下，殘余的水分通過熱風干燥機不能徹底干燥板面，就會在7#張緊輥1#輥處產生輥面打滑現象，特別是薄帶鋼，張力小，過焊縫打滑劃傷的現象較為突出。

為了解決此類問題，設計增加了一套高效吹掃系統(tǒng)，如圖7 所示，確保板面全覆蓋，解決了光整過焊縫板面劃傷問題。

圖7 光整機吹掃系統(tǒng)原理圖

2.5 出口卷取工序工藝改進

2.5.1 卷取張力錐度優(yōu)化

生產線從投產以來一直采用恒張力卷取制度。隨著薄規(guī)格尤其是大寬厚比薄規(guī)格IF 鋼的量產，出現了薄軟規(guī)格帶鋼卷取后再次開卷產生浪形。結合其它產線卷取經驗，在試驗跟蹤基礎上通過采用卷取張力錐度控制的方式消除或減輕這種缺陷，如圖8所示。

圖8 出口卷取張力錐度控制

錐度卷取工藝：①卷徑φ610～750 mm 為1.6 倍T0高張力卷?。虎诰韽溅?50～780 mm 為錐度卷?。虎劬韽溅?50～Max mm 為T0低張力卷取。目前出口張力自動斜率控制主要通過對設定值進行錐度控制，斜坡范圍在0～100 daN 調整，實現畫面控制和卷徑聯鎖的方式完善薄規(guī)格卷取張力錐度系統(tǒng)配置。

2.5.2 薄寬規(guī)格打捆優(yōu)化

大寬厚比薄規(guī)格鍍鋅卷下線時，外圈帶尾易與步進梁鞍座產生擠壓從而導致外圈折皺，同時使用打捆帶打包時也易產生外圈折皺，鞍座凸起物也易產生烙印，對內部鋼卷存在折痕、烙印潛在風險，通過在下線第一個鞍座上粘貼3M 膠帶和鞍座增加羊毛氈的方法，完全消除了薄寬規(guī)格鍍鋅卷外圈折皺、烙印的缺陷，如圖9所示。

2.6 全流程設計，解決用戶個性化力學性能需求問題

薄規(guī)格家電板用戶對力學性能一般都有特殊要求，主要表現在高強度、高延伸率、高厚度精度方面。通過采取從訂單評審、煉鋼鋼種組選擇、熱軋溫度制度、鍍鋅工藝調整(溫度、速度、光整拉矯延伸率)、異常性能分析改進等措施，從產品設計入手，通過試制跟蹤、工藝優(yōu)化調整等方式，有效解決了海爾、禾盛、立霸、蘇泊爾等不同用戶不同性能要求。

圖9 薄寬規(guī)格鍍鋅卷打捆方式

3 結論

大寬厚比薄規(guī)格鍍鋅家電板的試制與量產，突破了系列技術難點。

(1)制定4#鍍鋅線薄寬規(guī)格退火爐加熱溫度控制標準，優(yōu)化退火爐熱工工藝，突破了薄寬規(guī)格帶鋼在大型立式爐內容易發(fā)生瓢曲的技術瓶頸。

(2)優(yōu)化退火爐區(qū)域系統(tǒng)張力，有效防止薄寬規(guī)格鍍鋅帶鋼爐內打滑現象。

(3)優(yōu)化氣刀工藝參數，解決薄規(guī)格厚鍍層帶鋼邊部增厚缺陷。

(4)通過鋅鼻子露點控制系統(tǒng)改造，有效減少薄規(guī)格鍍鋅卷鋅灰缺陷。

(5)通過優(yōu)化光整區(qū)域系統(tǒng)張力，新增光整后吹掃系統(tǒng)，有效解決了薄規(guī)格鍍鋅卷劃傷缺陷。

(6)新增出口錐度卷取工藝，有效解決薄規(guī)格鍍鋅卷開卷浪形缺陷。

(7)實現薄規(guī)格鍍鋅產品全流程設計，解決用戶個性化需求。