热轧板直接镀锌工艺探讨

热轧酸洗带钢直接热镀锌工艺问题探讨

李九岭，汪晓林

（武汉市吉瑞化工科技有限公司，湖北，武汉，430074）

1 带钢连续热轧酸洗板直接热镀锌生产的背景

（1）传统的热轧板热镀锌是单张钢板溶剂法热镀锌。我国在20世纪50年代～70年代建设有13条线，总产量约10万t。因为污染环境、产量低、质量差，这种工艺已经被淘汰；

（2）由于热带钢连轧技术进步，出现了薄板坯连铸连轧工艺(CSP)，使热轧带钢的厚度逐渐减薄，目前最薄可达到0.8mm，所以在一定领域热轧板可以取代冷轧板的功能；

（3）热轧板经酸洗之后表面干净并且内部组织结构为等轴晶粒，热镀锌时不用脱脂、不用再退火，并且原板少了一道冷轧工序，所以生产成本较低，有市场竞争力；

（4）过去热轧板一直是采用涂油漆防锈，耐腐蚀性较差。随着用户对其防腐蚀能力要求的提高，实施热镀锌是最好的解决途径；

（5）建设一条热轧板专用机组，可不设脱脂段、退火炉也较短，所以投资成本较低；

（6）目前热轧料镀锌板的主要用途见表1。

表1 热轧酸洗料热镀锌板主要用途

过去用户对表1中的镀件需求是采用先热轧板成型，然后再用溶剂法热镀锌，这种工艺生产成本高、质量差、污染环境，迫切要求先进的热轧带钢连续热镀锌工艺所取代。

2 工艺特点

2.1 采用NOF法工艺

（1）钢板厚，要求加热速度快，所以一定选取无氧化加热炉明火加热；

（2）NOF炉的理想炉温控制是1250℃，因钢板厚不会被烧变形或被烧断，对热轧板较适应；

（3）NOF炉明火加热虽然对炉子有一定污染，但是热轧板镀锌后，一般是应用于建材领域，对表面要求不是很高，可以满足质量需求；

2.2 采用卧式炉[1]

（1）钢板厚度大，运行速度低，退火炉长度一般为70m～100m，所以卧式炉就可满足要求；

（2）钢板厚度大，运行传输要求动力较大，要机组稳定运行就要降低重心，卧式炉较为适应；

（3）卧式炉投资成本低，操作维护方便。

2.3 不设脱脂段

热轧带钢经酸洗后表面干净不含铁粉油污。如果酸洗后需要长途运输，这时就必须涂一层防锈油，这层防锈油进入热镀锌退火炉，特别是经第一段NOF炉明火加热，在1250℃的高温之下，可以完全挥发掉，所以不用设脱脂段进行脱脂。

2.4 加热制度

热轧带钢没有经过冷轧加工硬化，所以本身就是等轴晶粒的组织结构，不需要退火软化处理，热轧带钢在退火炉内只要表面存在的薄层氧化铁皮能够被氢气还原就达到了热处理的要求。而且氧化铁在还原炉中被氢气还原的温度，只要高于500℃即可。所以，带钢在炉中被加热到550℃就可

以满足工艺要求。

在热轧板镀锌时，带钢入锅温度一般控制在470℃～480℃，这样带钢在冷却段只降低70℃～80℃就可以满足入锌锅温度需求，所以冷却段的冷却能力比冷轧板时要低很多，这样就可以少设置快冷风机，由此可降低投资成本。

2.5 锌层厚度控制

热轧镀锌板一般是用于室外并且不进一步涂层保护，让镀锌层直接暴露大气中，所以常常是要求厚镀层，一般为200g/m2～400g/m2（双面），最大厚度可以达到600g/m2（双面）。但是因规格越厚则带钢运行速度就越低，要想增加镀锌层厚度就非常困难，只有通过合理调节气刀参数来满足镀层厚度的要求。

（1）气刀缝隙调节见表2。

（2）气刀高度为150mm。

（3）气刀角度为直角，前后气刀高度相差8mm。

（4）气刀距离带钢为20mm。

（5）气刀压力为0.015～0.035MPa。

3 生产难点及对策

3.1 露钢

3.1.1 原板露钢[2]

为了降低成本和增加钢质强度，常常向钢基中添加较高的硅元素，例如含硅量一般为0.10%～0.55%。硅元素的过量加入会增加表面张力，降低钢板对锌液的润湿能力，所以就会增加露镀的可能性。

此外，由于含硅较高的热轧板，在热轧时，硅会造成深层氧化，并且SiO2又是酸性氧化物，所以在酸洗时很难被清除，进入热镀锌退火炉中也难以被氢气还原，从而易在SiO2聚集区形成露钢缺陷。

为解决此问题，开发了一种称为无酸洗热轧钢带连续热镀锌的工艺，即热轧带钢不经酸洗直接进入还原炉，并将带钢在还原炉温度提高到650℃～750℃，保温时间增长至120s～400s。保护气体氢气含量提高至20%以上。在此条件下，热轧带钢由于氧化皮的体积膨胀产生裂纹和孔隙，氢气可通过这些裂纹和孔隙进入，使氧化皮变成由纯Fe和FeO构成的多孔质层。在热浸镀锌时，这种多孔质层可促进锌和铝的扩散并形成质地较软的Fe-A1-Zn合金层，从而可提高镀层的附着性，并能够消除漏钢缺陷。

另外，提高锌液中的A1含量也是取得镀层良好附着性的重要方法。试验指出，如果不提高还原炉中带钢的温度，如仍保持为550℃，就需要提高锌液中A1含量，试验表明，这时的A1含量应提高到3%以上，才能获得同样的效果。

3.1.2 炉中气氛锌层脱落[3]

热轧板常采用NOF炉，必须保证燃烧气氛始终为燃气过剩、空气不足的状态。但是在实际生产时常常会因为燃气的发热值偏低、压力产生波动等原因而使NOF炉内出现氧化气氛,从而会造成

锌层脱落，缺陷形貌见图1。

图1 锌层脱落形貌图

就是炉子整体控制为燃气过剩、氧气不足的非氧化气氛时，因燃气烧嘴结构不良或操作调节不佳，也会由于空气、燃气局部混合不均而造成带钢氧化，使镀锌层的韧性变坏。这时，第一就是要选择燃烧性能良好的燃气烧嘴：若选择短火焰涡流旋风烧嘴，火焰长度在400mm之内必须要把氧气烧尽，不使燃烧火焰直接接触带钢；选择长火焰烧嘴时，必须要加强操作，适当控制燃气的压力、流量，提高火焰燃烧的刚度，缩小火焰燃烧直径，使之在燃烧过程中的火焰也不能直接接触带钢，以便避免带钢接触到正在燃烧过程中的助燃空气而发生氧化。一旦燃烧中的火焰飘入带钢运行区，就有可能造成带钢高温氧化，在后部的还原炉中就很难充分还原，会导致锌层粘附力下降或产生露钢缺陷。为此，应采取如下对策。

(1)选择燃烧性能优良的燃气烧嘴；使空气、燃气的压力保持在规定范围内；

(2)燃气发热值波动范围≤±5%；

(3)明火加热段炉温≥1000℃；

(4)无烧嘴预热段炉温≥800℃；

(5)带钢出NOF炉温度≥650℃。

3.2 厚边[4]

热轧板规格较厚，带钢运行速度低，所以常常会产生厚边缺陷，见图2。

图2 热轧带钢镀锌厚边缺陷

当热镀锌带钢边沿的锌层比中部的锌层厚时，就是厚边缺陷。这种缺陷对带钢的卷取特别有害，轻微边厚不影响使用，若卷取时出现喇叭口卷，则打开卷后就会使带钢产生严重浪边影响使用。因为在张力卷取时，边部厚,卷成卷之后带卷的边部直经就会大于中部直经, 边部直经大就产生拉力大，所以易把边部拉长，进而形成浪边缺陷。

根据经验[5]，厚边既可在高速下（带钢速度高于120m/min）形成，称为高速厚边；也可在低速下（带钢速度低于30m/min）形成，称为低速厚边。高速厚边主要是由于气刀的角度调整不佳，造成对吹，形成扰流而产生的。适当调整气刀角度即可排除此缺陷。带钢运行速度低于30m/min时，最容易产生厚边缺陷。特别是当带钢速度降到20m/min以下时，由于速度低边部散热量大；再者喷嘴两端的气流向外散失一部分，这样即减小了边部气流的冲量，造成边部刮锌量比中部小，所以形

成厚边缺陷。这时，镀锌板每面边部的锌层重量往往比中部的锌层重量多15g/m2左右。为了消除厚边缺陷，可在带钢边部装设附加喷嘴来增加带钢边部的喷气压力，根据经验，当附加喷嘴喷增加的气压力超过0.015MPa时，可以消除低速厚边缺陷。但是当气刀没有装设附加喷嘴不能提高喷气压力时，可采取另外一种措施：即在带钢两侧使用移动式档板来消除低速厚边缺陷。目前现代化气刀全部增设了自动挡板装置，见图3。

图3 气刀档板装置

1—挡板装置；2—固定螺栓；3—挡板固定架；4—轨道；5—滑动轮；6—滑动小车；

7—管接头；8—软管；9—压力调节阀；10—距离调节螺栓；11—接触辊；12—辅助喷嘴

在相同的条件下窄带钢比宽带钢更易形成厚边缺陷。这是由于气刀的刀形曲线为中间窄两头宽，而窄带钢只在中部运行，没有利用到边部缝隙宽气流冲击力大，刮锌能力强的优势，故易形成厚边缺陷，最好的解决办法是把窄带钢和宽带钢分批生产，应按照窄带钢的宽度专门调节一个刀形曲线。

3.3 镀前划伤

3.3.1传动系统划伤

热轧板的板形较差，经常带有较大的浪边和瓢曲缺陷，当浪边和瓢曲高度大于通行空间时，由于产生相对运动就容易产生镀前划伤，这时应采用加大张力，或扩大通道空间办法来解决这一问题。

3.3.2炉鼻子内结渣划伤

由于锌液面上下波动，就扩大了炉鼻子内锌液面处的结渣范围，缩小了带钢穿过的空间，当升速减速造成带钢张力不稳定时就增加了带钢摆幅，摆幅过大碰到结渣时就会产生镀前划伤。

3.4 锌粒和锌疤

在热镀锌板面上分布有类似米粒的小颗粒，习惯上称为锌粒。它造成表面粗糙不平，不仅妨碍美观，而且对使用也有害。通过X射线显微组织分析和电子探针分析都确定锌粒实际是铁锌化合物，其组成为FeZn10，近似ζ相的结构，和锌锅底渣有相同结构，故也有人称之为锌渣缺陷。如果这些微小的铁锌合金颗粒聚集在一起形成大块锌渣，粘附于带钢表面，习惯上又称为锌疤。

3.4.1形成锌粒和锌疤的主要原因

（1）锌液中铁含量超过0.03%，由于铁达到超饱和状态，析出的铁粒便弥散在锌液中，带钢穿过锌液时，吸附在板面上就形成锌粒缺陷；

（2）当锌液中铝含量低于0.16%时就会产生锌锅底渣，底渣过多被沉没辊机械搅动而浮起，从而伴随锌液粘附在镀锌板面上；

（3）锌锅中的锌液温度过高，例如超过480℃时，铁被锌液腐蚀的速度呈抛物线关系增长，使

锌液中铁的含量迅速增多；

（4）原板表面过度粗糙,例如热轧板的轧制麻面或过酸洗麻面易造成锌粒缺陷。

3.4.2 消除锌粒和锌疤缺陷的措施

（1）采用铁锌锅时,由于控制铝含量偏低,往往会产生大量底渣。这时就必须按时捞取底渣，使底渣与沉没辊之间的距离不小于300mm。根据经验，用铁锌锅时，每生产5000t镀锌板，必须要捞取一次底渣,最好是适当提高铝含量,减少底渣生成量；

（2）使用陶瓷锌锅时，提高锌液中铝含量,最低也要超过0.16%,必须杜绝锌锅底渣产生；

（3）降低锌液温度，使其保持在455℃～465℃；

（4）缩短镀锌原板的库存时间，减轻带钢表面的氧化；

（5）降低带钢入锌锅温度，使锌液温度不超过465℃。

4 结语

采用热轧带钢酸洗板直接进行热镀锌，可以节约能源降低生产成本。选择合理的工艺方法，同样能生产出优质热镀锌板满足市场需求，并在部分领域可以取代冷轧板热镀锌的功能。目前热轧带钢酸洗板直接热镀锌产品，主要应用于建材C型钢，随着我国工业化的发展，使农村城市化的建设不断加快，此品种将有广阔的应用前景。

[参考文献]

[1] 张红艳，李庆敏，崔丙宇．邯钢热轧薄板镀锌线机组选型特点[J]，河北冶金，2002,(4)50.

[2] 张启富，刘邦津．热轧带钢连续热镀锌[J]，轧钢，2002,(1)19.

[3] 李九岭. 带钢连续热镀锌[M].冶金工业出版社，2009：28～29.

[4] 江社明.热轧钢板镀锌的质量控制，中国2008年带钢连续热镀锌发展论坛论文集，2008.

[5] 许秀飞，钢带热镀锌技术问答[M].北京：化学工业出版社，2007：95～113.