帶鋼熱鍍鋅超薄鍍層研究

袁思勝 李九嶺 汪曉林

（1.重慶四鋼 重慶： 401431；2.武鋼冷軋總廠 湖北 武漢： 430083；3.武漢吉瑞化工科技 湖北 武漢：430070）

1 實現超薄鍍層的意義

熱鍍鋅薄鋼板有室外和室內兩大使用領域：在室外使用時遭受風吹雨打，腐蝕環境十分惡劣，要求厚鋅層；在室內使用時，例如家具及家用電器等，為了提高裝飾性，常常是鋅層和非金屬涂層聯合使用，形成雙層保護體系，這時就要求薄鋅層。我國帶鋼連續熱鍍鋅國標中規定，最薄鋅層為80g／m2（雙面），人們常常把標準之外40g／m2～80g／m2（雙面）的帶鋼熱鍍鋅鋅層厚度稱為超薄鍍層。現代化帶鋼連續熱鍍鋅的發展趨勢是向高速化大型化發展，而速度越高鋅層越厚，無法滿足用戶薄鍍層的需求，被迫使用鍍層較薄的電鍍鋅薄鋼板，而使用電鍍鋅板時其價格上升20%，這是長期困惑薄鋅層使用領域的難題。本文研究了帶鋼連續熱鍍鋅超薄鍍層的生產方法。

2 影響鋅層厚度的因素

2.1 速度的影響

帶鋼離開鋅鍋時，速度越高帶鋅越多，則相應鋅層就越厚，見圖1。

帶鋼運行速度越高，要想獲得薄鍍層，就必須增加氣刀噴吹外力，根據機組工藝段最高速度來選擇氣刀風機排風量和馬達的功率，見表1。

圖1 帶鋼速度與鋅層重量的關系

表1 帶鋼速度與氣刀風機和馬達功率的關系

2.2 壓力的影響

要加強外力即氣刀對未凝固鋅層的刮持力，這個刮持力由沖量大小來決定，見（1）式：

式中：I—氣刀噴吹氣流的沖量；

P—噴氣壓力；

b—氣刀縫隙寬度。

由（1）式可以看出要想減薄鍍層就必須增大氣刀壓力，氣刀壓力與鋅層厚度關系見圖2。

圖2 氣刀壓力與鋅層厚度的關系

2.3 鋅液流動性的影響

實踐證明，提高鋅液流動性可以減薄鋅層厚度。長期以來，人們對提高鋅液流動性產生一個誤區，總是錯誤的認為鋅液溫度越高鋅液流動性越好，這是結構件熱鍍鋅行業一直追求的目標。帶鋼熱鍍鋅可以用氣刀噴吹減薄鋅層，而結構件熱鍍鋅主要依靠鋅液流動性來減薄鋅層。所以過去結構件熱鍍鋅都在550℃～600℃的溫度下進行熱鍍鋅，這樣適得其反，溫度越高反而鋅層越厚。研究證明，鋅液流動性和溫度幾乎沒有關系，從固體鋅塊熔化后它就具備一定的流動性，進一步提高溫度，鋅液的流動性幾乎保持不變。實際上鋅液的流動性主要取決于鋅液中的鐵含量，即鐵含量越高鋅液流動性就越差。鐵在鋅液中的飽和濃度隨鋅液溫度增高而上升，例如450℃鐵在鋅液中飽和濃度為0.03%，500℃時為0.15%，600℃為0.45%。由此可見，高溫鍍鋅時，因為鋅液中含鐵多，鋅液流動性就差，這樣就得不到薄的鍍鋅層。在這一理論指導下目前鋼結構件熱鍍鋅全部采用了低溫鍍鋅，熱鍍鋅溫度控制在435℃～440℃，獲得了薄鋅層，使噸鍍件鋅耗由100kg下降到50kg，取得了好的經濟效益。

由此可見，要想減薄鍍層厚度必須從外力內力兩個方面著手，即要加強外力即氣刀對未凝固鋅層的刮持力，還要增加鋅液自身流動性，減小鋅液被刮除時的對斥力，見（2）式：

式中：G—鍍鋅層重量；

R1—系數；

ν—鋅液運動粘度，厘泊；

u—帶鋼運行速度，m／min；

dz—鋅液比重，kg／cm3；

g—重力加速度，980cm／s2；

由（2）式可知，鋅液粘度越大，帶鋼運行速度越高，則鍍鋅層就越厚。相反鋅液的粘度越小，帶鋼運行速度越低，則鍍鋅層就可減薄。根據這一理論，要減薄鍍層就必須增加鋅液自身流動性，要增加鍋中鋅液的流動性，就得減少鋅液中鐵含量，目前廣泛采用的除鐵方法是向鋅液中加鋁，提高鋅液中的有效鋁含量，用鋁除鐵來凈化鋅液中鐵雜質，見（3）式：

由上述（3）式可知，鋁與鐵鋅合金的反應生成物Fe2A15其密度只有4.2kg／cm3，故可上浮鋅液表面形成表渣，由此凈化了鋅液。鋅液中的有效鋁含量與鋅層厚度的關系，見表2。

表2 鋅液中鋁含量與鋅層厚度的關系

研究表明，向鋅液中加入0.01%鈰與鑭的混合稀土元素，可進一步改善鋅液流動性，對減薄鋅層能取得明顯效果。

2.4 實際使用效果討論

（1）帶鋼運行速度最高為120 m／min 時，外力采用如下參數：

①風機排風量：100Nm3／min；（傳統方法為：70 Nm3／min）

②馬達功率：160kW；（傳統方法為：90kW）

③風壓：0.07 MPa；（傳統方法為：0.05 MPa）

④氣刀開口度：中0.6mm，邊1.2mm。（傳統方法為：中1.5mm，邊2.5mm）

（2）提高鋅液流動性，減小鋅液被刮除時的對斥力，采用如下參數：

①鋅錠中鋁含量：1.2±0.2%（傳統方法鋁含量為：0.46%～0.66%）

②鋅液中鋁含量：0.70%～0.90%；（傳統方法鋁含量為：0.16%～0.20%）

③鋅液中鐵含量：＜0.008%（傳統方法為：0.02%～0.03%）

④混合稀土元素含量（RE）：鋅錠中0.1%；鋅液中0.01%（傳統方法無混合稀釷元素）

3 結果與討論

在采用合適的氣刀壓力和鋅合金成份的情況下，可以有效降低鋅層厚度。鋅層厚度控制目標值，見表3。

表3 鋅層厚度控制目標值

由表3可知，本方法比傳統帶鋼熱鍍鋅可減薄鍍層厚度30%～40%。

［1］李九嶺.帶鋼連續熱鍍鋅［M］.第三版.北京：冶金工業出版社，2010.

［2］李九嶺，許秀飛，李守華.帶鋼連續熱鍍鋅生產問答［M］.北京：冶金工業出版社，2011.

［3］李九嶺.寬帶鋼熱鍍鋅的發展［J］.武鋼技術，1999，（1）：37.

［4］李九嶺，汪曉林，鄭洪道.帶鋼熱鍍鋅線生產成本的控制［J］.軋鋼，2007，（6）：24.