热镀锌工艺技术创新

来源:实用热处理手册作者:那顺桑

  近年来,热镀锌在工艺、装备以及产品开发方面均取得明显进展,在工艺上美钢联法已成为主流。带钢连续热镀锌生产线正向着高速、高产以及宽厚规格方向发展。在产品方面,主要向高耐蚀镀层板、高强度镀锌板以及环保型无锌花钢板方向发展。

  热镀锌装备技术的创新之路

  引入立式退火炉。美钢联法取代改良的森吉米尔法后引入了立式退火炉。立式退火炉的最大特点是:占地少,可大大缩短热镀锌机组长度;温控好,带钢在炉中运行距离长,退火温度控制调节余量大,连续退火效果佳,可以生产特深冲、高强度的热镀锌产品。

  立式退火炉由加热段、均热段、保温段和冷却段组成,预热段不采用燃烧气体直接预热带钢的方式,而是利用加热段燃烧废气通过热交换器加热保护气体。再由循环风机抽出,通过带有喷孔的气体喷吹风箱,把热保护气体强制喷吹到带钢表面。温度变低的保护气体,通过风机从风箱的侧缝中被抽出,再经过热交换器加热,对带钢进行循环喷吹,将带钢预热到大约150℃—200℃。这种方式既能节约燃料大约7%—8%,又能减少对加热段第一根转向辊的热冲击,在延长辊子寿命的同时可以避免带钢升温速度太快而引起的带钢变形,对薄规格产品的板形非常有利。加热段主要采用W型辐射管间接加热方式,有利于带钢表面清洁。辐射管交错布置在带钢两侧,可保证带钢均匀受热。辐射管主烧嘴为鼓-抽式,其燃烧控制精确,燃烧效率高,并带有换热器,可以把助燃空气预热到500℃左右。这种烧嘴不但可以减少燃料消耗,还可以减少NOx的排放。为了减少辐射管对炉辊的直接热辐射,减少带钢的热瓢曲,该段装有隔热板,有的厂家在该段前几套炉顶辊处还装有辊子凸度控制系统。该段最高炉温约960℃。采用辐射管加热时,通常加热段和均热段为一体,中间不再设置隔墙,加热和均热除辐射管设置数量不同外,其他没有严格界限。冷却段是一个快速冷却室,为获得更高的冷却速率,可采用高浓度氢气作为冷却介质,再配合优化的高速喷气冷却,最大冷却速度可达130—160℃/s。

  镀锌设备不断完善。镀锌设备包括气刀、沉没辊、稳定辊及附属设备、锌锅及加锌设备等。气刀制造商不断改进气刀,形成了方登、奥钢联、杜玛、柯勒等著名专业厂商。每家气刀各有特色,总的方向是能自动跟踪带钢,使气刀与带钢保持稳定距离;气刀可整体组装调整,有准确定位机构;喷嘴区域可实现压力恒定的动态控制;双唇回转气刀;更佳的刀唇间隙曲线;设置遥控气动快速刀唇清理装置;设置气刀水平方向快、慢速打开及准确复位系统;采用气刀吹氮气技术生产汽车用热镀锌板。锌锅多采用熔沟式陶瓷锌锅,锌锅容积趋向加大,有利于锌液稳定,通常沉没辊的下缘距锅底至少1800mm,汽车板热镀锌机组的锌锅容积要更大些,多在320—350吨,并设置两套自动加锌锭装置,以确保锌锅锌液面稳定。

  锌层退火炉加热方式。锌层退火使带钢表面锌层含有8%—10%的锌-铁加厚合金层。在锌锅的上方配备锌层合金化装置锌层退火炉。在退火炉内有加热段、保温段、冷却段。为使带钢镀锌中的铁元素合金化,必须将带钢加热到500—600℃,保温一段时间,以获得较好的合金化效果。从锌层退火工艺上看,加热时间越短对合金化过程越有利。燃气直接加热受设备本身结构的限制,加热时间不可能很短,同时火焰直接喷吹带钢表面,对镀层表面质量不利。感应加热方式可以在1秒甚至更短时间内完成加热过程,不仅对锌层退火工艺有利,同时也可降低整体设备乃至车间厂房的高度,而且感应加热控制方便,反应快速。因此加热方式已从燃气直接加热发展为感应加热。

  性能优良的光整机与拉矫机。光整机通过控制轧制力或者延伸率来获得良好的带钢平直度。光整机已从两辊发展到四辊,而且设干、湿两种光整工艺,对带钢进行湿式光整有利于提高表面质量和工作辊寿命。为防止光整机区域辊子粘锌问题,光整机设置高压水清洗系统,用于工作辊、支撑辊的清洗,清洗水最高压力140bar。湿光整采用脱盐水和光整液两种湿光整剂,在生产合金化产品时,湿平整通常采用脱盐水。而生产高粗糙度且要求纯锌板时则采用专门的光整液作为湿光整的介质。光整机采用大、小两种直径工作辊,分别适应于软钢和硬钢的特殊需要。工作辊辊面采取毛化处理,以满足汽车板或者高档家电板对带钢表面的粗糙度要求。生产800MPa高强度热镀锌板,光整机可选择最大轧制力为1000吨,最大延伸率为2%。  

  无铬钝化后处理技术。根据用户不同需求采用多种后处理方式,2006年以前应用最多的是用六价铬酸盐钝化处理,但因其为剧毒物质,2003年欧盟议会及理事会发出ROHS指令,从2006年7月1日起禁止在新投放市场的电气电子设备产品中使用。为满足对环境友好型热镀锌表面处理钢板的需求,无铬热镀锌钝化涂层钢板的开发和生产逐渐得到重视。在寻找铬酸盐的替代物过程中,国外研究较多的有钼酸盐、钨酸盐、硅酸盐、钛盐、含锆溶液、含钴溶液、稀土金属盐溶液、Cr3+溶液、磷酸盐钝化等无机盐类钝化,也有采用单宁酸、植酸、丙烯酸、环氧树脂、有机硅烷等有机类钝化。

  先进的冷却技术。为了使热镀锌机组生产烘烤硬化钢、双相钢等产品,机组需要具备高速冷却的能力,冷却速度要求达到50℃/s或更高。热镀锌退火炉上使用的冷却技术主要为喷气冷却和高速喷气冷却。高速喷气冷却是把炉内保护气体高速喷射到带钢表面,以达到在冷却段快速冷却带钢和减少带钢表面温差的目的。由于喷气冷却具有收敛的自稳定特点,即如果带钢温度不均匀,温度高的部位与气体的温差大,冷却快;反之,带钢温度低的部位与气体的温差小,冷却慢,从而最终达到整个板面温度均匀的目的。日本新日铁住金开发的高速喷气冷却在带钢宽度方向上分5个区段,设置5个挡板,与出口侧的扫描温度计配合,控制带钢横向板温使之均匀。JFE开发的高速喷气冷却与辊冷技术结合形成高速喷气冷却加辊冷复合技术(RGCC)。新日铁住金的高速喷气冷却技术与JFE的主要差别是喷嘴不同。新日铁采用圆柱状喷嘴,JFE采用窄缝喷嘴,并采取了如喷嘴横向移动等能有效减轻气体回流的对策措施,以保证带钢宽度方向的均匀冷却。与JFE的窄缝喷嘴相比,圆柱状喷嘴达到相同的冷却能力,所需的能量更小。与其他冷却方式相比,高速喷气冷却技术生产的产品缺陷少,板形控制能力更强,冷却的起始温度可以较高,约675℃,有利于提高钢板性能,更适合薄板高速稳定运行。

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