利用系統工程原理提高鍍鋅線產品質量

孫 寧

（唐山鋼鐵集團高強汽車板有限公司，河北 唐山 063000）

1 系統工程理論簡述

系統思想源遠流長，但作為一門科學的系統論，人們公認是美籍奧地利人、理論生物學家L.V.貝塔朗菲（L.Von.Bertalanffy）創立的。今天人們從各種角度上研究系統，對其下的定義不下幾十種。一般系統論則把系統定義為：由若干要素以一定結構形式聯結構成的具有某種功能的有機整體。

2 產品質量提高措施的制定與實施

提高鍍鋅線的合格率，是一個非常復雜的課題。基于對系統工程管理的認識和理解，運用其管理思想，并結合鍍鋅線生產情況，制定提高鍍鋅生產線合格率控制系統結構圖如下。

圖1 鍍鋅線生產環節圖

3 系統分析各工序的影響因素及控制

為提升檔次無鋅花鍍鋅板主要靠產品表面質量。據現有設備狀況進行工藝優化和功能完善，形成了鋅渣、鋅灰、鋅流紋等缺陷消除技術。通過以上工作，實現了帶鋼表面質量的提高穩定了產品力學性能，提高了冷軋鍍鋅產品的實物質量。

4 鋅渣缺陷消除技術

（1）鋅渣的成分。鋅渣是熱鍍鋅的副產品，形成于鋅液中、由含Fe顆粒構成，對鍍層質量產生破壞性作用。顆粒為Al-Fe-Zn(頂部鋅渣，或者η-Fe2Al5-xZnx，主要產生于鍍鋅過程中)或者Zn-Fe(底部鋅渣，或者δ-FeZn7，主要產生于鍍鋅合金化過程中)。

（2）鋅渣的產生原因。降低鋅渣產生的關鍵因素就是鋅液的溫度：鋅液溫度和Al含量都穩定。特別要注意的是，Al含量的突然增加將產生大量的頂部鋅渣。

（3）引入有效鋁和全鋁的概念實現鋅渣的控制。為了獲得良好的表面和鋅層粘附性能,逐步引入了全鋁和有效鋁的概念。全鋁：全鋁是指鋅液中的全部鋁含量，即鋅液中的溶解鋁以及所有金屬間化合物中(鋅渣)的鋁之和，通過對鋅液樣品進行化學成分分析得到。有效鋁：有效鋁是指溶解到鋅液中的Al，有效鋁是形成所需鍍層顯微組織的決定性因素，不包括形成鋅渣的金屬間化合物中的Al，因為這部分Al無法和帶鋼中的Fe反應。

AlEFF保持在0.17%～0.19% ，只有有效鋁保持在0.14%以上時,才可保證鋅層粘附性。當有效鋁低于0.14%時,將形成脆性的二元鋅鐵合金,破壞粘附性,而當有效鋁為0.14%或更高時,鍍鋅化學反應將在0.15s內完成,這時將在鋼帶表面形成三元合金,含45% Al, 35% Fe, 和20%Zn(Fe2Al5-XZnX)。考慮到鋁含量控制的重要性，取樣位置就十分重要：盡可能靠近帶鋼、在鋅液面以下大約0.5m。必須保證樣品不受上層鋅液的污染，因為上層的鋅液中鋅渣較多。加鋅錠的方式也很重要，最好在鋅鍋后部遠離帶鋼的位置，避免溫度和Al含量的波動。

圖2 通過Zn-Fe-Al相圖確定有效鋁

鍍鋅生產過程中(圖1中的η + L相區)，確定有效鋁可通過：首先在取樣溫度下的相圖基礎上繪制鋅液中Al、Fe成分圖(實際是一個坐標點)。

它和Fe/Al溶解度曲線的交點，即為AlEFF值。

在圖1的例子中通過0.20% Al/0.035%Fe點，作平行于η成分線的直線，與Fe/Al溶解度曲線的交點，該點的0.175%Al含量即為有效鋁值。如果鋅液溫度保持在460℃±5，使用下面的公式足以得到足夠近似的結果：

（1）AlEFF = AlTOT - 1.21 * Feleg

（2）Feleg = FeTOT - Fesol

目前通過函數公式的計算，較好的保證了鋅液成分的穩定性，鋅渣缺陷大大減少。

5 鋅流紋缺陷消除技術

鋅流紋缺陷主要體現為帶鋼經光整后表面并無明顯紋跡，但鋅流紋與板面存在一定色差，對帶鋼表面顏色有一定影響。

（1）形成機理研究。較多的鋅液在氣刀刮完后，在重力作用下從上往下流動，并很快凝固在表面，在空氣和氣刀風機吹出氣流的作用下堆積形成波紋形成“鋅流紋”。

（2）流紋形成的影響因素。①帶鋼抖動。此振動主要受來料的板型不良、上行冷卻風機和鋅鍋中沉沒輥、穩定輥、校正輥軸承的裝配精度以及生產中磨損程度。②低速、厚鋅層、低基板粗糙容易產生鋅流紋。通常帶鋼運行的最大速度是由爐子的加熱能力決定的。在爐子加熱能力允許的前提下，提高帶鋼的運行速度可大大減輕鋅流紋缺陷。③鋅液成分鋁的影響。由于鋁與鐵的親合力強，鋅液中的鋁優先在鋼基表面形成很致密的、薄且韌的Fe-Al金屬間化合物，并牢固地附在鋼基表面，起粘附鍍層的作用。④鋅液溫度的影響。鋅液溫度升高，能增加帶鋼本身的熱能，同時也加快了帶鋼出鋅液后進入氣刀前表面鋅液的流動，減少鋅流紋的形成。但鋅液或帶鋼入鋅鍋溫度過高都會導致Fe離子的增加，不僅鋅液流動性變差且鋅液表面鋅渣量大無法生產高等級表面鍍鋅板。

（3）鋅流紋缺陷的消除方法。①縮短氣刀的距離，合適的氣刀壓力和氣刀高度鋅流紋越不易出現。在生產時，防止鋅液反濺。氣刀的高度在170mm左右，生產線的最好控制在120m/min。②調整鋅液成分，鋅液中的鋁含量直接影響鋅層的附著性，一般鋅液中的鋁含量一般控制在0.18%～0.22%，目標值按照0.20控制較好。

6 結語

通過以上技術研究產品表面質量大幅提高FB級品率達到97%，具備了生產一批高端牌號能力。隨著系統工程工作不斷深入人心，熱軋熱鍍鋅產品質量的逐步提高，增強了成本意識，對拓展市場、提高冷軋品牌的知名度有一定的促進作用，使冷軋產品，面對市場的波動，有了立于不敗之地的資本。