供稿|宋青松，馬孟寧，馬幸江，侯耿杰，段曉溪

內(nèi)容導(dǎo)讀 結(jié)合國內(nèi)某冷軋鍍鋅現(xiàn)場實際情況，對熱鍍鋅機組帶鋼表面鋅渣產(chǎn)生的機理進行了分析，重點探討了鋅渣缺陷產(chǎn)生的主要影響因素，包括帶鋼表面清潔度、鋅鍋鋅液溫度、鋅鍋鋅液成分。介紹了生產(chǎn)現(xiàn)場采用的有效控制措施：嚴格控制原料表面質(zhì)量和清洗后帶鋼表面質(zhì)量；根據(jù)不同的產(chǎn)品規(guī)格（寬度、厚度）調(diào)整帶鋼入鍋溫度，保證鋅鍋鋅液的熱平衡；增加爐鼻子排渣系統(tǒng)；制定鍋輥輥系管理要求等。研究結(jié)果對鍍鋅板鋅渣缺陷控制相關(guān)的生產(chǎn)質(zhì)量管理工作有一定的借鑒意義。

隨著鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展和日趨激烈的市場環(huán)境，汽車、家電企業(yè)對鍍鋅板表面質(zhì)量的要求越來越高[1]。在鍍鋅板生產(chǎn)過程中，鋅渣缺陷的產(chǎn)生是不可避免的，如何有效地控制鋅渣缺陷，成為國內(nèi)外學(xué)者廣泛研究的課題。

郭芳芳[2]對模擬的鋅液流場、溫度場、A1 和Fe 濃度場進行分析，得出帶鋼入鍋溫度和鋅液溫度對鋅渣生成量的影響很大，鋅液溫度467 ℃ 且?guī)т撊脲仠囟?79 ℃ 時，對減少整個鋅鍋和帶鋼附近鋅渣生成量最為有利。陳剛等[3]采用掃描電子顯微鏡和能譜儀研究了熱鍍鋅板中5 種隱形鋅渣缺陷的微觀形貌和微區(qū)化學(xué)成分，在采用高鋁控制工藝、設(shè)備優(yōu)化和調(diào)節(jié)露點控制等方法后，熱鍍鋅板的表面質(zhì)量得到明顯提高。王艷強等[4]通過對排渣爐鼻子結(jié)構(gòu)及加鋅控制系統(tǒng)的研究，分析了液位波動的原因及原有液位控制策略的不足，提出了一種保持鋅鍋液位穩(wěn)定的控制方法，該方法減小了鋅鍋液位波動和帶鋼表面粘渣及擦劃傷缺陷。

本文描述了鋅渣的產(chǎn)生機理，列出了相應(yīng)的影響因素，并將某鋼廠熱鍍鋅機組對于帶鋼表面鋅渣缺陷的控制措施進行了介紹。希望對鍍鋅板鋅渣缺陷控制相關(guān)的生產(chǎn)質(zhì)量管理工作有一定的借鑒意義。

鋅渣的形成機理

鋅渣的主要成分是鐵鋅金屬化合物[5]。鋅渣形成的根本原因是：帶鋼進入鋅鍋的過程中，表面的鐵溶于鋅液。鋅鍋中的鋅液，由于帶鋼運動、鍋輥轉(zhuǎn)動、感應(yīng)加熱、熔鋅錠等因素，溫度、成分分布并不均勻。鋅渣便在Fe 濃度較高、鋅液溫度較低的地方形成[6]。

隨著鋅液中Al 含量變化，鋅渣形成的種類也有不同，分為浮渣、底渣、自由渣3 類[7]。最常見的底渣為FeZn7，密度大于鋅液，底渣在鋅液沒有攪動時會緩慢下沉。浮渣主要為Fe2A15，其密度約為4.2 g/cm3，小于鋅液密度，浮在鋅液表面。自由渣主要是Fe、Al、Zn 形成的三元金屬化合物，密度介于浮渣與底渣之間，懸浮于鋅液之間。

沉沒輥在帶鋼的作用力下，在鋅液中快速攪動，整個流場內(nèi)的鋅渣隨著鋅液的流動而流向帶鋼和沉沒輥、糾正輥表面，如圖1 所示[8]。鋼帶運動帶動后側(cè)遠離鋼帶的流體向鋼帶運動（線a1），后側(cè)區(qū)域鋼帶附近的流體隨著鋼帶向前側(cè)區(qū)域運動（線a2），前側(cè)區(qū)域鋼帶附近流體沿著鋼帶上升（線a3）。前側(cè)區(qū)域遠離鋼帶的一部分流體向下運動至鋅鍋底部（線b1），再從前側(cè)區(qū)域運動至后側(cè)區(qū)域（線b2），后側(cè)區(qū)域鋅鍋底部流體向上運動（線b3）；前側(cè)區(qū)域遠離鋼帶的另一部分流體向鋅鍋側(cè)壁運動（線c1、），再通過側(cè)壁運動由前側(cè)區(qū)域運動至后側(cè)區(qū)域（線c2、），最后后側(cè)區(qū)域側(cè)壁流體向鋼帶運動（線c3、）。前側(cè)區(qū)域沿鋼帶運動的流體運動至前穩(wěn)定輥與鋼帶結(jié)合處時，一部分流體上升并向前運動（線q1），另一部分向下運動（線q2）或斜向下運動（線qb2、）沖擊底渣。此外，中間區(qū)域的流體流向鋼帶兩側(cè)（線d1、），再向后側(cè)區(qū)域流動（線d2、），最后在后側(cè)區(qū)域向鋼帶運動（線d3、）。鋼帶不包圍部分的沉沒輥轉(zhuǎn)動形成的沖擊流mb、以及前穩(wěn)定輥與鋼帶結(jié)合處形成的向下沖擊流q2，qb2，沖擊底渣形成5 個深坑。

圖1 鋅鍋模擬流場[8]

在帶鋼表面的鋅渣經(jīng)過鍋輥輥系的作用形成鍍層中的渣核，渣核長大形成鍍鋅板表面的鋅渣缺陷。如圖2 所示，圖2（a）譜圖5 位置為鋅渣缺陷在掃描電子顯微鏡下的微觀形貌，圖2（b）為該鋅渣缺陷的能譜圖。

圖2 鋅渣缺陷：(a)微觀形貌；(b)能譜圖

鋅渣形成的影響因素

清洗段的清洗效果

熱鍍鋅原料采用經(jīng)酸洗、冷軋后的帶鋼，帶鋼表明有殘留的油脂和微小的鐵粉顆粒。帶鋼經(jīng)清洗段堿液預(yù)清洗、電解清洗、熱水漂洗、烘干后進入爐區(qū)退火，可最大程度的去除帶鋼表面的油脂和鐵粉粒[9]。如果清洗效果不好，會導(dǎo)致鐵粉顆粒有殘留，進入爐區(qū)后在爐輥表面形成鐵粉結(jié)瘤，如圖3所示，逐漸累積隨著帶鋼進入鋅鍋形成鋅渣缺陷。

圖3 爐輥表面鐵粉粒（黑色點狀異物）

鋅鍋鋅液溫度

純鋅的熔點是419.5 ℃，由于鋅液的黏度較高，必須適當提高溫度降低鋅液的黏度才能使鋅液在鋼帶均勻的附著，也才能使鋅渣順利上浮。但是如果鋅液溫度過高，又會導(dǎo)致帶鋼表面鐵鋅反應(yīng)激烈，使鐵的溶解量增加，鋅渣增多。在鍍鋅過程中有一個重要的概念——鐵損，指鋼材的質(zhì)量損失，圖4 為鋅液溫度與鐵損量的關(guān)系[10]。當鋅液溫度超過470 ℃ 時，鐵損量會急劇增加。

為了減小鋅液溫度波動，需要對鋅鍋內(nèi)的熱平衡進行控制[11]。鋅鍋的熱消耗主要有：鋅鍋四周散熱、融化鋅錠、帶鋼鍍鋅。鋅鍋的熱收入項主要有：感應(yīng)加熱器的熱量和帶鋼帶入鋅鍋的熱量。

鋅液中Al 含量

Al 比Fe 活潑，鋼帶進入鋅液后Al 首先與Fe 反應(yīng)形成一層致密的Fe2Al5薄膜，抑制Fe 的擴散，從而使鋅鐵化合物層的形成和增厚受到阻礙，提高鍍層的附著力，F(xiàn)e2Al5中間層可以使鋼基與鍍層緊密結(jié)合在一起。

Al 在渣相反應(yīng)中可以使初步形成的底渣轉(zhuǎn)化為浮渣浮到鋅鍋的表面，以利去除，反應(yīng)方程式如下[12]：2FeZn7+5Al=Fe2Al5+14Zn；但是當鋁含量過高時，又會影響鍍鋅的涂裝性和焊接性。如圖5[13]所示，鋅液中Al 質(zhì)量分數(shù)在0.2%以下時，F(xiàn)e 的溶解度隨Al 含量的增高而降低，當Al 質(zhì)量分數(shù)超過0.2%時，F(xiàn)e 的溶解度隨Al 含量的增加而迅速上升，隨著鐵溶解量的增加，鋅渣的數(shù)量也會增多。

圖5 鋅液中的鋁含量和鐵在鋅液中的溶解量的關(guān)系

鋅渣的控制措施

清洗段清洗質(zhì)量嚴格把關(guān)

嚴格加強原料的質(zhì)量檢查，每12 h 一次，取酸洗、冷軋后的帶鋼檢測帶鋼表面殘油殘鐵，要求殘油小于200 mg/m2，殘鐵小于50 mg/m2。

嚴格控制清洗后帶鋼表面質(zhì)量，保證帶鋼進入爐區(qū)前表面無臟污和油脂等雜質(zhì)，清洗后帶鋼用濾紙擦拭，濾紙灰度值與灰度尺對比：≤10%為一級，清洗質(zhì)量良好；15%～30%為二級，清洗質(zhì)量合格；35%～50%為三級，清洗質(zhì)量欠佳，需檢查調(diào)整；≥50%為四級，清洗質(zhì)量嚴重不合格，需檢查調(diào)整并通知班長及工程師。

檢修期間鋅鍋造渣撈渣

停機檢修期間，鋅鍋鋅液內(nèi)添加高鋁成分（Al 質(zhì)量分數(shù)0.8%）鋅錠提升鋅鍋鋅液內(nèi)Al 質(zhì)量分數(shù)到0.3%。向鋅鍋內(nèi)注入N2，對鋅液進行機械攪拌，促進Al 與Fe 的置換反應(yīng)，將底渣和自由渣轉(zhuǎn)化為浮渣撈出。

工藝參數(shù)控制——保證熱平衡

保證鋅鍋鋅液的熱平衡：嚴格控制帶鋼入鍋溫度、鋅鍋溫度，保證鋅鍋感應(yīng)器在一定范圍內(nèi)波動（100～150 kW）。根據(jù)不同的產(chǎn)品規(guī)格（寬度、厚度）調(diào)整帶鋼入鍋溫度，使鋅液溫度在455±3 ℃ 范圍內(nèi)。

爐鼻子改造——增加排渣系統(tǒng)

爐鼻子內(nèi)的鋅渣無法通過扒渣撈渣的方式排出，因此給爐鼻子增加了排渣系統(tǒng)。爐鼻子排渣系統(tǒng)包括：收集鋅渣的溢流槽和鋅灰泵。溢流槽頂部開口，底部封閉。鋅灰泵吸入口與溢流槽底部相貫通，排出口浸沒在鋅鍋液位以下[14]。爐鼻子內(nèi)的鋅渣先通過溢流方式收集在溢流槽內(nèi)，再通過鋅灰泵排入鋅鍋，鋅鍋內(nèi)的鋅渣被人工或者撈渣機器人定期撈走。

鍋輥輥系管理

合理設(shè)計沉沒輥上的排渣槽，以順利將輥面與鋼帶包住的鋅液和鋅渣排出，不致在輥面產(chǎn)生粘渣。鋅鍋輥系的表面噴涂一層陶瓷涂層，可有效地減少輥面粘渣。同時鍋輥入鍋之前需要提前預(yù)熱到400 ℃ 以上，可以防止鍋輥進入鋅鍋時導(dǎo)致的鋅液溫度下降。

結(jié)束語

影響熱鍍鋅鋅渣缺陷形成的因素主要有：帶鋼表面清潔度、鋅鍋鋅液溫度、鋅鍋鋅液成分等，在實際生產(chǎn)過程中，從以下幾點進行改進：

（1）嚴格控制原料表面質(zhì)量和清洗后帶鋼表面質(zhì)量，確保帶鋼退火前的表面清潔度。

（2）根據(jù)不同的產(chǎn)品規(guī)格（寬度、厚度）調(diào)整帶鋼入鍋溫度，使鋅液溫度在455±3 ℃ 范圍內(nèi)。保證鋅鍋鋅液的熱平衡。

（3）給爐鼻子增加溢流槽與鋅灰泵。有效地排出爐鼻子內(nèi)的鋅灰鋅渣。

（4）制定鍋輥輥系管理要求，包括沉沒輥排渣槽，鍋輥表面噴涂陶瓷涂層，鍋輥預(yù)熱等。