熱鍍鋅爐鼻加濕裝置應用及設備改造

盛群泉

（湖南華菱漣鋼薄板有限公司冷軋板廠，湖南婁底417009）

0 引言

熱鍍鋅板具有良好的耐蝕性、冷作加工成型和涂裝性能，廣泛應用于建筑、汽車、家電等行業。隨著生活質量及審美標準的提升，人們對產品質量、表面鍍層質量的要求越來越高。冷軋板廠熱鍍鋅線以生產家電板為主，鋅鍋中鋅蒸氣進入退火爐內產生的鋅灰會影響鍍層產品的表面質量和耐蝕性，甚至造成局部漏鍍、露鋼的缺陷。

1 鋅灰產生的原因及危害

1.1 產生原因

帶鋼連續熱鍍鋅，爐鼻插入鋅鍋中，鋅鍋中鋅液溫度達460℃，鋅液蒸發的鋅蒸氣進入爐鼻后，由于退火爐的煙囪效應，會沿著帶鋼運行的相反方向，進入退火爐的保溫段、噴氣冷卻段。鋅蒸氣與爐鼻中的水在高溫作用下發生置換反應，與微量的氧發生氧化反應，生成氧化鋅顆粒。這些氧化鋅及純鋅顆粒在爐鼻內壁和爐腔內積聚，與爐內雜質等形成了鋅灰。鋅灰形成原理如圖1所示。

Zn+H2O=ZnO+H2

2Zn+O2=2ZnO

1.2 危害

（1）影響鍍鋅板表面質量：鋅灰粘到帶鋼表面，產生不同形狀的鋅灰缺陷。

（2）影響生產設備使用：帶鋼帶入鋅鍋的鋅灰，粘附在沉沒輥輥面，會造成沉沒輥輥印；帶入滑動軸承副中，會影響輥系轉動、軸承副使用壽命。

（3）鋅灰掉落在帶鋼上，嚴重時會造成帶鋼漏鍍。

圖1 鋅灰形成示意圖

2 爐鼻加濕裝置

在靠近鋅液面的爐鼻內噴吹加濕的保護氣體，由于高溫的作用，可以在鋅液面產生非常薄的ZnO薄膜，從面上抑制鋅液的進一步蒸發，有效減輕揮發的鋅灰對爐內的污染及其在爐內、液面的積聚。

2.1 加濕保護氣體露點

在向爐鼻內鋅液面噴吹加濕保護氣體時，露點控制要求高。當露點高于-13℃時，因為水的氧化作用會造成帶鋼漏鍍或脫鋅等缺陷；而當露點低于-28℃時，其加濕效果不明顯。同時，充入的加濕保護氣體流量應合理、穩定，如波動大，則會形成水流紋痕跡，影響帶鋼鍍層表面質量。

2.2 加濕保護氣體成分及流量

為保證爐內正壓力和還原帶鋼氧化表面，充入爐內的氮氫保護氣體量最大900 Nm3/h，N2、H2露點均約為-60℃。

加濕裝置設計充入加濕保護氣體最大流量為50 Nm3/h，露點-20℃。

2.3 加濕裝置設計原理

根據工程經驗總結而得的安托因（Antoine）方程進行計算，如何得到50 Nm3/h、露點-20℃的保護氣體。露點40℃和露點-60℃氣體按一定比例混和，可得到適當露點的加濕保護氣體。

2.4 加濕裝置結構

根據爐鼻結構和加濕氣體量要求，設計最大5 Nm3/h的N2充入40℃水溫的水箱進行充分加濕達到露點40℃，和最大50 Nm3/h的保護氣體（N2+H2）進行混和后得到所需露點的保護氣體充入爐鼻鋅液上部。

加濕裝置原理圖如圖2所示。

圖2 加濕裝置原理圖

加濕N2：由爐鼻處密封氮氣（壓力30 kPa）管提供DN20接口，氮氣管中安裝流量計、流量控制調節閥、手動球閥，充入加濕水箱底部，充分加濕。

加濕水箱：容量大于0.125 m3，底部安裝3 kW電加熱器、液位計、測溫電阻、氮氣進出管。加濕氮氣壓力10 kPa，加濕氮氣出口管道安裝有單向閥，只允許加濕氮氣流出。

保護氣體（N2+H2）：壓力7 kPa，由現爐鼻保護氣體配管上接供DN40接口。為精確調節流量，安裝有流量計、流量控制調節閥等。

水：從鋅鍋循環水配管處提供脫鹽水DN20接口，為保證安全，配管上安裝有兩個切斷閥，在低液位補水時，兩個切斷閥均是打開狀態，一個保證水箱正常高液位時切斷，如果該切斷閥切斷失靈，另一個在超高液位時切斷，保證安全。

每小時充入4 m3的N2，在0.1 MPa，飽和水蒸氣含量為：

q=kq0=0.38×51.19≈19.45 g/m3

式中，q0為空氣在40 ℃時的含水量，q0=51.19 g/m3；k為0.1 MPa時修正系數，k=0.38。

Q=qVhr1/r2=19.45×4×24×28/29≈1 802.8 g

式中，r1、r2分別為氮氣和空氣的分子量，r1=28，r2=29；h為時間，每天24 h。

高低液位設置一天給水箱補水1次、2次。

2.5 加濕爐鼻

爐鼻在現有爐鼻基礎上進行改制，在爐鼻兩側開窗，安裝一排與中心線傾斜成一定角度的噴嘴，噴嘴的噴射角度在鋅液面上方合適位置，使噴出的加濕氣體噴在鋅液面上方100 mm左右的位置。改進后爐鼻結構如圖3所示。

圖3 加濕用爐鼻

3 結語

設計的爐鼻加濕裝置投入生產線后，爐鼻及爐內鋅灰明顯減少。熱張力輥、JCF換熱上的定期清理比過去減少一半，未再發生內爐鼻鋅灰造成帶鋼漏鍍現象。

增大加濕氣體流量和提高加濕氣體溫度，有利于減少鋅灰，但過大的流量或溫度，又可能造成表面缺陷，因此應根據檢測的爐鼻露點，調整氮氣和保護氣體的流量；穩定的氮氣流量、加濕水箱水溫及水箱液面，對加濕后的保護氣體露點影響較大，應嚴格控制。

減少爐內鋅灰，精確控制鋅液溫度、帶鋼入鍋溫度、爐鼻內溫度是前提，減少帶鋼在鍋內及爐鼻內的振動也十分有利于減少鋅灰掉落和保障鋅鍋液面保護膜的穩定。

由于加濕爐鼻的使用，爐鼻鋅灰主要集中在鋅液面爐鼻內腔四周，如用抽鋅灰泵及時排出鋅灰，將更有利于提高鍍層產品表面質量，提升產品檔次。