58L83.热镀锌机组厚规格产品生产中的质量控制－本钢张安涛

2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳325热镀锌机组厚规格产品生产中的质量控制张安涛（本溪钢铁(集团)有限责任公司冷轧薄板厂，辽宁本溪117000）摘要：通过合理调整炉温及NOF各区空燃比的方式来控制厚规格产品的锌层附着性和表面锌花状态，从而提高厚规格产品的质量。关键词：锌层粘附机理；表面光泽度；锌层附着力ThecontrolduringproductionofthethickmaterialbyCGLZHANGAntao(ThecoldrollingmillofBISC)Abstract:ThequalityforthickproductcanbeimprovedthroughcontrollingthezincattachingpropertyandsurfacespanglestatusofthickmaterialbymeansofproperadjustmentfurnacetemperatureandratioineachzonetoNOFsection.Keywords:zincstickinessproperty；surfacecleaninessproperty；zincattachingability1引言本钢镀锌机组在生产厚规格产品时，经常发生锌层附着性不如薄规格产品，而且在锌花表面光泽度上看，存在着表面发灰暗状的问题。在近几年的生产中，本钢冷轧厂的工艺人员经过长期实践摸索，已经能够在生产中通过调整炉温、各区空燃比的办法来控制厚规格产品的锌层附着性和表面锌花状态。2锌层粘附机理、表面光泽度及其影响因素2.1锌层粘附机理正常镀锌温度应控制在450～460℃，首先形成的是含铁最少的ζ相（FeZn13）,在温度较低时ζ相结晶的形成速度大于长大速度，所以结晶细小致密而连续。由于ζ相的形成增加了铁分子向外扩散的阻力，使ζ相下边铁分子浓度迅速增加，达到7%时从量变到质变，晶格发生变化，形成δ1相，（FeZn7）。δ1相是六方体晶格，组织细密，对分子扩散阻力更大，当铁分子浓度升高到20.5%时，γ相（Fe5Zn10或Fe5Zn21）开始形成。γ相结晶是体心立方晶格，组织特别细密，对铁的扩散阻力更大，所以γ相形成后，铁锌反应十分缓慢，镀锌层最外层几乎是有纯锌组织的含有微量铁的固溶体η相，因此热镀锌时所产生的相层为由铁开始后γ相、δ1相、ζ相和η相，这四种相的相应性质见表，其中η、δ1相塑性较好，γ、ζ相脆性较大。表１Fe—Zn金属间化合物的性质相化学式Fe%晶格形式比重熔点ηZn最大0.003稠密六方7.14419ζFeZn136～6.2单斜7.15495δ1FeZn77～11.5六方7.24620～640γFe5Zn10或Fe5Zn2120.5～28体心立方7.36668～780一般热镀锌的锌液中加有0.15～0.24%的铝，一方面Fe-Al反应的自由焓大于Fe-Zn反应的自由2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳326焓，浸入锌锅的带钢可以大量吸取锌液中的Al,并优先在钢基表面形成Fe2Al5中间层，另一方面由于锌的熔点接近锌液温度，锌液中锌的扩散能力强，使钢板与锌液也有形成Fe-Zn化合物的倾向。只有当锌在Fe2Al5中间层的溶解不饱和而形成贫锌固溶体时，此中间层才起到粘附作用，并能有效的阻止Fe-Zn进一步扩散，同时形成薄的铁-锌合金层。锌液中加入Pb一方面是为了形成美丽的锌花；另外Pb能使锌液的粘度和表面张力降低，从而缩短了浸锌时间，有利于锌在钢基表面的扩散，从而加快了Fe-Zn反应速度。由此我们知道，保证锌层附着性的充分必要条件是带钢浸入锌液后，在钢板表面首先形成含铝多、含锌少的Fe2Al5中间粘附层，然后形成更薄的铁锌合金层，此时较薄的均质的Fe2Al5才起到粘附作用，并阻止Fe-Zn原子扩散，从而改善锌层附着性。2.2锌层附着力的影响因素影响锌层附着性的因素很多，但对本钢镀锌线而言，对锌层粘附性主要的影响因素可归结为：2.2.1原料影响a.原料表面清洁度镀锌原板表面残留物主要有轧制油、设备漏液压油、润滑脂以及铁粉等，这些油脂在NOF内反应如下：(1)受热后油脂在表面张力作用下，会聚集在带钢边部和粗糙度大的区域。(2)部分低分子油脂化合物在高温下分解，发生炭化现象，形成去不掉黑斑并与铁粉混合而残留在带钢表面。正是这种黑斑浸入锌锅后使钢基与锌液分开，破坏Fe2Al5中间层形成并使Fe-Zn合金层增厚，降低锌层附着性，另外有时在带钢两侧边缘有麻点，也是造成边部脱锌的原因。b.原板表面氧化轧制后钢卷在中间库存放时间长，或轧制过程乳化液吹扫不净，都有可能使带钢表面形成氧化物，虽然前者可通过炉内H2进行还原，但后者较困难，只能降低机组速度以延长在炉内的停留时间。2.2.2退火炉影响a.炉内气氛镀锌机组的炉内气氛可分为两段，一段是NOF炉内的弱氧化气氛，另一段是RTF、SF和JCF炉内的还原气氛，这两部分气氛被NOF炉后的通道隔开，并靠压差保证炉气平衡，带钢在RTF炉内将带钢表面氧化铁皮还原成适合于镀锌的海棉状纯铁层，并产生水，反应如下：3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2OFe3O4+H2=3FeO+H2OFeO+H2=Fe+H2OFe3O4+4H2=5Fe+4H2O生产中当PH2＞PH2O时发生还原反应，当PH2＜PH2O为氧化反应，因此必须将炉内露点控制在一定范围内，当破坏炉内平衡状态（炉压波动），造成RTF炉露点升高，带钢表面氧化铁皮还原不充分，使锌层附着力下降。b.炉温控制炉温控制好坏直接影响退火质量，其波动还对炉压和气氛产生影响。由于本钢焦炉煤气杂质多，，热值波动大，对点火枪影响较大，导致炉温控制不稳定，有时要靠NOF炉带钢高温加热来弥补RTF加热能力，其后果是NOF炉后燃烧室温度过高，稀释空气大量进入炉内氧化带钢，同时炉压产生波动，从而严重影响锌层附着性。2.2.3带钢入锌锅温度的影响带钢入锌锅温度增加，锌层附着力增加，因为热镀锌在反应界面上大量供热可加速Fe2Al5中间层形成，但温度过高将引起锌液超温和锌粒缺陷产生，同时带钢出锅后，铁锌继续向含铝的中间层扩散，形成富锌固溶体，粘附介质被破坏。同时由于合金层的增厚，锌层表变为暗灰色。2007年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会2007年5月沈阳3273采取的相应措施3.1清洁原板表面对轧钢生产中的润滑冷却系统进行改进，合理地配制浓度，并对吹扫系统进行调整，使轧制过程保证良好的润滑条件，降低轧制中铁粉的产生量。同时定期对轧机机架进行清洗，防止各类机油对钢板表面的污染。在镀锌退火炉前增设清洗段是生产高质量镀锌板所必须具备的条件，本钢镀锌线增设清洗段设备组成为碱洗、刷洗、电解清洗、刷洗、漂洗、清洗、烘干，通过碱洗和刷洗可处理掉部分带钢表面油脂和铁粉，而电解清洗和刷洗则可将凹坑内残留物进行清理，因此通过清洗段和退火炉双重处理则为提高产品质量奠定良好的基础。3.2调整NOF炉工艺适当增加NOF炉各区空燃比，使NOF炉温升高，这是生产厚规格带钢常用的方法。其主要目的是为了机组生产能力使带钢尽快进退火温度区。但在实际生产中增加空燃比使得炉内的氧化性气氛浓度升高，厚带钢在炉内停留时间比薄带钢在炉内停留时间要长得很多，这样极易造成带钢表面二次氧化层增厚，不易被还原，使得锌层附着力降低，另外由于加热速度过快，带钢退火后由于机组速度的增加使得在浸锌后核心热的作用带钢表面的锌铁继续扩散形成较厚的合金相，降低了锌层的附着性和表面光泽度。通过对实际生产中的分析，NOF炉前19米的无烧嘴区实际上是一个完全氧化区，由于稀释空气的通入量与该区的温度有关，即当该区温度高于730℃时，随着温度的升高，空气量同时加大，势必造成厚带钢氧化程度比薄带钢增大。在本钢实际生产中，通过合理调整NOF四个区的热需求来控制无烧嘴区的温度，以便降低厚带钢在该区的氧化程度。如果降低NOF各区空燃比，就会使炉内的CO含量增加，炉内的氧化挡墙前移，使得还原时间增加，缩短了带钢被氧化的机率，同时配合较低炉压和较低带钢出NOF温度的控制，这样既可以控制好带钢二次氧化层的厚度又提高了炉子的还原能力，由于在NOF炉内被加热的温度较低，带钢进入RTF后需要提高RTF辐射加热能力才能满足带钢再结晶退火的要求。本钢热镀锌机组由于RTF加热能力不是很高，在实际的生产摸索中我们发现当厚规格带钢出NOF比正常工艺温度降低３０－４０℃时，RTF可以满足生产能力的要求。3.3控制效果本钢热镀锌机组生产厚规格产品通过采用调整炉温、NOF各区空燃比的控制方式后；经实践证明，产品的上下表面锌花大小均匀，表面光洁度提高，杜绝了因表面状态不佳造成的产品降级。在产量方面，通过上述控制实现了优质高产，改变以往本钢热镀锌机组必须低速生产厚规格产品的历史。4结束语为提高厚规格镀锌产品质量，获得良好的锌层附着性和表面光泽度，首先必须具备良好的原板条件，使其经过合理的调整退火炉的工艺调整，真正得到适合镀锌的海棉状纯铁层同时又不会产生带钢入锌锅温度过高和核心热的影响，以保证中间粘附层的充分形成，，并抑制脆性合金层的生长，从而获得良好附着性、延展性和光泽度高的镀层。经过生产实践证明上述措施是提高厚规格镀锌产品锌层附着性和光泽度的有效方法。