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        低鋁型熱鍍鋅鋁鎂鍍層鋼板生產(chǎn)技術(shù)探索

        2022-12-07 11:07:12金永清尹紅國
        材料保護(hù) 2022年1期
        關(guān)鍵詞:熱鍍鋅鍍液表面質(zhì)量

        金永清,尹紅國

        (攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司冷軋廠,四川 攀枝花 617000)

        0 前 言

        鋼材在大氣環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕,從而降低其強(qiáng)度和硬度等力學(xué)性能,縮短使用壽命。而經(jīng)過熱浸鍍處理的鋼材會(huì)在表面產(chǎn)生致密的鍍層,大幅提高鋼材的耐蝕性能,延長(zhǎng)其使用年限。根據(jù)鍍層類型,熱鍍鋼板主要分為GI/鍍鋅、Galfan/鍍鋅鋁、Galvalume/鍍鋁鋅硅以及鍍鋅鋁鎂等[1-3]。

        鋅鋁鎂鍍層鋼板具有優(yōu)良的耐蝕性[4],有利于降低鍍層重量,減少鋅的消耗,具有較高的社會(huì)效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。日本及歐洲的鋼鐵公司相繼開發(fā)了多種鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品,并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)[1,5,6]。近年來,國內(nèi)寶武集團(tuán)、酒鋼、唐鋼、首鋼均開始了鋅鋁鎂鍍層鋼板商業(yè)化生產(chǎn),并在汽車、家電、光伏建筑、畜牧業(yè)等領(lǐng)域進(jìn)行大力推廣。隨著人們對(duì)鋅鋁鎂鍍層的優(yōu)異綜合性能認(rèn)識(shí)的深入,鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品已被業(yè)界認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ母吣臀g鍍層鋼板[7]。根據(jù)鋁含量高低,現(xiàn)有商業(yè)化鋅鋁鎂鍍層鋼板被分為3類:低鋁型(1%≤wAl≤5%)、中鋁型(6%≤wAl≤13%)和高鋁型(47%≤wAl≤57%)。其中低鋁型鋅鋁鎂鍍層鋼板具有良好的耐蝕性、成形性和焊接性,滿足家電及汽車加工需求。

        攀鋼熱鍍鋼板主要定位于家電板。為拓展家電板新品種,攀鋼進(jìn)行了低鋁型鋅鋁鎂鍍層鋼板的研究和開發(fā),通過了知名家電企業(yè)認(rèn)證,實(shí)現(xiàn)了商品化生產(chǎn)。

        1 機(jī)組簡(jiǎn)介

        1.1 工藝流程

        攀鋼2號(hào)熱鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)熱鍍鋅鋼板的工藝流程:上料→開卷→焊接→入口活套→電解脫脂清洗→退火爐→鍍鋅→氣刀→鍍后冷卻→光整→拉伸彎曲矯直→無鉻鈍化→出口活套→涂油→卷取→下線。

        1.2 產(chǎn)品參數(shù)

        攀鋼熱鍍鋅鋁機(jī)組產(chǎn)品參數(shù)如表1所示。

        表1 攀鋼熱鍍鋅機(jī)組產(chǎn)品參數(shù)

        1.3 機(jī)組裝備特點(diǎn)

        1.3.1 清 洗

        采用包括堿浸泡、堿刷洗、電解清洗、熱水刷洗和熱水漂洗等多級(jí)清洗,循環(huán)系統(tǒng)采用多級(jí)過濾和恒溫加熱裝置,清洗效率高,保證帶鋼以清潔的表面狀態(tài)進(jìn)行退火和鍍鋅。

        1.3.2 退 火

        采用美鋼聯(lián)法生產(chǎn)工藝的全輻射管立式退火爐,由輻射式預(yù)熱段(PHF)、輻射管加熱及均熱段、冷卻段、均衡段、轉(zhuǎn)向輥段和爐鼻子組成。燃燒系統(tǒng)采用“W”型輻射管、高效換熱器、分區(qū)加熱和推拉式燃燒系統(tǒng)等先進(jìn)裝備和技術(shù),保證高效均勻加熱。爐內(nèi)通過凸度輥、帶鋼對(duì)中裝置(CPC)以及爐內(nèi)攝像監(jiān)控(ITV)綜合控制,防止帶鋼跑偏,確保帶鋼穩(wěn)定運(yùn)行。爐尾采用可控濕度的排渣爐鼻子,減少爐鼻子內(nèi)鋅灰,并保證爐鼻子內(nèi)鋅液面清潔,減少條鋅等缺陷,提高產(chǎn)品表面質(zhì)量。

        1.3.3 熱鍍鋅

        鍍鋅設(shè)備由雙鋅鍋及移行系統(tǒng)構(gòu)成,以便于產(chǎn)品鍍層類型的快速切換。普通鍍鋅鍋和鋅鋁鎂鍋均采用陶瓷感應(yīng)鋅鍋,各配備有2個(gè)500 kW射流感應(yīng)器。

        氣刀由德國杜馬公司制造,采用徑向旋轉(zhuǎn)器、電磁穩(wěn)定系統(tǒng)、感應(yīng)邊緣擋板、角度調(diào)節(jié)裝置、刀鋒自動(dòng)清潔和多腔均壓等系統(tǒng)及技術(shù),通過高精度鍍層測(cè)厚儀配合,保證鍍層的精確度和均勻性。氣刀配備壓縮空氣風(fēng)機(jī)和氮?dú)鈿庠?,根?jù)產(chǎn)品需求快速切換氣源,保證產(chǎn)品質(zhì)量。

        1.3.4 鍍后處理

        光整機(jī)為四輥式液壓壓上式,最大軋制力800 t,最大延伸率2%,采用600 mm和450 mm雙工作輥輥徑系統(tǒng),配備濕光整和高壓水洗輥系統(tǒng),有利于改善帶鋼的表面質(zhì)量、均勻性和和力學(xué)性能;拉矯機(jī)采用兩彎一矯,最大延伸率2%,提高帶鋼板形。鈍化段配備2套輥涂機(jī),可實(shí)現(xiàn)不同鈍化產(chǎn)品快速切換,固化系統(tǒng)采用感應(yīng)+熱風(fēng)烘干裝置,實(shí)現(xiàn)帶鋼表面涂層快速加熱和固化,保證膜厚性能。涂油機(jī)采用愛爾靜電涂油機(jī),靜電高壓70 kV,可實(shí)現(xiàn)帶鋼表面300~2 000 mg/m2均勻涂油。

        2 攀鋼低鋁型鋅鋁鎂產(chǎn)品的開發(fā)歷程

        2.1 產(chǎn)品表面質(zhì)量

        攀鋼熱鍍鋅鋁機(jī)組于2019年開始低鋁型鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品試制。通過對(duì)關(guān)鍵工藝技術(shù)的優(yōu)化,消除了鋅流紋、條鋅、胡須紋等頑固質(zhì)量缺陷,產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量不斷改善。產(chǎn)品現(xiàn)已通過知名家電企業(yè)空調(diào)整機(jī)測(cè)試并正式供貨。開發(fā)期間共生產(chǎn)1.8萬余t鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品,I組品率[高表面質(zhì)量(一組品表面)產(chǎn)品占總產(chǎn)量的比例]達(dá)到88%,成材率96.1%,基本達(dá)到成熟產(chǎn)品的技術(shù)水平。

        2.2 產(chǎn)品力學(xué)性能

        攀鋼低鋁型鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品目前主要開發(fā)了DX52D、DX53D鋼鐘,其力學(xué)性能見表2、表3。從表2、表3可知,攀鋼鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品的力學(xué)性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍,具有較好的沖壓成型性能,滿足家電用戶制造加工需求。

        表2 攀鋼(DX52D)鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品的力學(xué)性能

        表3 攀鋼(DX53D)鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品的力學(xué)性能

        2.3 中性鹽霧耐蝕性能

        圖1為普通鍍鋅產(chǎn)品和鍍鋅鋁鎂產(chǎn)品中性鹽霧對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果。由圖1可見,100 g/m2鍍層的熱鍍鋅鋼板在144 h出現(xiàn)紅銹,116 g/m2鍍層的鋅鋁鎂鋼板經(jīng)過1 656 h出現(xiàn)紅銹。經(jīng)加權(quán)計(jì)算,鋅鋁鎂鍍層鋼板中性鹽霧耐腐蝕性是鍍鋅板的8~10倍,表明攀鋼開發(fā)的鋅鋁鎂鍍層板具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。

        圖1 熱鍍鋅板和鋅鋁鎂板中性鹽霧試驗(yàn)對(duì)比

        2.4 涂裝性能

        攀鋼開發(fā)的鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品在海爾、長(zhǎng)虹、美的、格力等家電廠進(jìn)行了涂裝測(cè)試,經(jīng)外觀、百格試驗(yàn)和色差等檢測(cè),攀鋼鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品的涂裝性能良好。同時(shí),攀鋼鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品還在多條彩涂線上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn),彩涂產(chǎn)品的T彎、沖擊、色差等性能均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,質(zhì)量和性能穩(wěn)定。

        3 關(guān)鍵工藝及控制探討

        攀鋼低鋁型鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品開發(fā)初期,產(chǎn)品表面頻繁出現(xiàn)條鋅、鋅流紋、馬蹄印等缺陷,影響產(chǎn)品質(zhì)量。上述缺陷主要與鍍液中鎂元素易氧化特性相關(guān),帶鋼表面鍍液氧化后流動(dòng)性下降,導(dǎo)致產(chǎn)生上述鍍層缺陷。為解決上述鍍層缺陷,攀鋼對(duì)清洗、帶鋼入鋅鍋溫度、鍍液成分、鍍液溫度和氣刀參數(shù)等關(guān)鍵工藝進(jìn)行了研究和優(yōu)化。

        3.1 清洗工藝

        對(duì)于合金鍍層鋼板而言,鋼板入鋅鍋前的表面清潔度問題不僅影響著鍍層附著性,還可能產(chǎn)生表面質(zhì)量問題,如漏鍍、鋅粒、鋅疤等。鋅鋁鎂鍍層鋼板的生產(chǎn)更因鍍液中含鎂對(duì)板面清潔度有更嚴(yán)格的要求。攀鋼2號(hào)熱鍍鋅機(jī)組采用“浸泡+刷洗+電解脫脂等”多級(jí)復(fù)合式清洗工藝,在鋅鋁鎂鍍層鋼板的生產(chǎn)中對(duì)清洗劑濃度和清洗溫度進(jìn)行了優(yōu)化,提高了清洗效率,使清洗后表面殘余物小于15 mg/m2。保證帶鋼以清潔的狀態(tài)進(jìn)入退火爐和鋅鍋,防止出現(xiàn)鋅層附著力和條鋅等表面質(zhì)量不佳等問題。

        3.2 鍍液成分、鋅鍋溫度及帶鋼入鍋溫度

        攀鋼熱鍍產(chǎn)品主要定位于家電產(chǎn)品,低鋁型鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品不僅具有優(yōu)良的耐蝕性、涂裝性和焊接性,同時(shí)鎂元素還起到細(xì)化晶粒并減薄合金層厚度的作用,有利于提高鍍層加工成型性能,是家電板最佳的升級(jí)換代產(chǎn)品。因此,攀鋼鋅鋁鎂鍍層采用鋁含量1%~3%,鎂含量1%~2%為主要元素的鍍液配方。

        鋅鍋工作溫度通常比合金熔點(diǎn)溫度高50 ℃左右,鋅鍋溫度過高,容易造成爐鼻子內(nèi)鋅灰量增加,產(chǎn)生漏鍍、條鋅等缺陷,同時(shí)還會(huì)使合金鍍層變厚導(dǎo)致其加工性能下降;鋅鍋溫度過低,會(huì)影響鍍液流動(dòng)性,導(dǎo)致鍍鋅不良而產(chǎn)生鋅流紋、馬蹄印等缺陷。鋅鋁鎂鍍層實(shí)際生產(chǎn)中為解決鎂氧化后鍍液流動(dòng)性不足問題,宜將鋅鍋溫度控制在430~440 ℃。

        適當(dāng)提高帶鋼的入鋅鍋溫度有利于Al - Fe中間層形成,抑制脆性合金層厚度[8],提高鍍層加工性能;同時(shí)還可維持鍍液溫度和流動(dòng)性,提高產(chǎn)品產(chǎn)量,降低鋅鍋感應(yīng)器功率,節(jié)約成本等。因此,根據(jù)帶鋼厚度不同選擇入鋅鍋溫度高于鍍液溫度10~30 ℃。

        3.3 氣刀控制

        氣刀是鍍層重量和表面質(zhì)量的重要控制環(huán)節(jié)。氣刀噴吹的氣體起著刮鋅和均勻鍍層的作用,但同時(shí)不可避免地對(duì)鍍液起著氧化和冷卻作用,從而使鍍液黏度增大,流動(dòng)性降低,導(dǎo)致鋅流紋、馬蹄印等鍍層缺陷。鋅鋁鎂鍍層生產(chǎn)中采取減小氣刀唇隙和距離、降低氣刀高度、提高機(jī)組速度、采用氮?dú)鈿庠吹却胧?,都有利于減小氣刀吹氣量和鍍液氧化,提升產(chǎn)品質(zhì)量。

        4 結(jié) 論

        (1)通過合理控制清洗工藝、帶鋼入鋅鍋溫度、鋅鍋溫度、鍍液成分、氣刀等工藝,攀鋼成功開發(fā)出表面質(zhì)量良好的鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品,并在家電制造和彩涂中得到成功應(yīng)用。

        (2)中性鹽霧對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明,攀鋼生產(chǎn)的低鋁鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品耐腐蝕性能遠(yuǎn)高于普通熱鍍鋅產(chǎn)品。鋅鋁鎂產(chǎn)品的開發(fā)對(duì)于提高鋼板耐腐蝕性能具有重要意義。

        (3)鋅鋁鎂鍍層鋼板生產(chǎn)的難點(diǎn)在于表面易產(chǎn)生條鋅、鋅流紋、馬蹄印等缺陷,通過提高清洗效率、優(yōu)化帶鋼入鋅鍋溫度、鋅鍋溫度和減少氣刀對(duì)鍍液的氧化和冷卻,有利于提升產(chǎn)品表面質(zhì)量。

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