熱鍍鋅鋼帶鋅渣的形成機理及改進措施的探究

王鯤鵬，盧秉仲，劉 洋，孫 鵬

（本鋼板材有限公司技術(shù)研究院，遼寧 本溪 117000）

熱鍍鋅板以其良好的耐腐蝕性、可加工性以及較低的成本，越來越受到市場的青睞，并且正在逐步取代電鍍鋅及冷軋板在汽車外板和家電板獲得廣泛的應用[1,2]。這樣對熱鍍鋅板的表面質(zhì)量提出了更高的要求，受熱鍍鋅生產(chǎn)工藝的影響，鋅渣成為影響熱鍍鋅產(chǎn)品表面質(zhì)量的主要缺陷之一，對本鋼冷軋廠熱鍍鋅生產(chǎn)線進行統(tǒng)計，因鋅渣降級的產(chǎn)品占總降級量的20%以上，并且鋅渣除了危害產(chǎn)品質(zhì)量外，還會在鋅鍋底部沉積，隔絕熱量，導致鋅液升溫困難，燃料消耗增加。因此如何改善鋅渣缺陷是提升熱鍍鋅產(chǎn)品表面質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本的首要任務[3]。

1 鋅渣的形成機制

鋅渣是由鋼帶進入鋅鍋時，帶鋼表面殘存的一些鐵粉被帶入鋅鍋，鐵粉粒子與鋅液發(fā)生反應，形成由鋅鐵化物、鐵鋁化物及氧化物組成的聚合物就是鋅渣[4]。利用掃描電鏡對鋅渣的形貌及成分進行分析如圖1、表1所示，可以看出鋅渣的主要成分為Al、Fe、Zn、O元素，且鋅渣和正常鋅層之間沒有明顯界限。

表1 鋅渣組成成分

圖1 鋅渣形貌照片

鋅渣按形態(tài)可分為浮渣和底渣兩類。主要由鋅渣的密度決定，密度大于鋅液的鋅渣沉于鋅鍋底部，主要由六面晶體性的δ相（FeZn7）顆粒和鋅液構(gòu)成。浮渣主要由Fe2Al5、氧化物及鋅液構(gòu)成，有時也會夾帶少量δ顆粒，由于懸浮渣中鋁含量相對較多，其密度小于鋅液，因此浮渣懸浮在鋅液中或者漂浮在鋅液面上[5]。可見，無論是低渣還是懸浮渣Fe都是重要的組成元素，因此控制鋅液中鐵的含量是控制鋅渣的關(guān)鍵。

在現(xiàn)代生產(chǎn)中，鋅液中的鐵主要有3個來源：清洗后帶鋼表面的殘鐵、帶鋼表面鐵的溶解、鋅錠中所含的鐵。其中，帶鋼進入鋅鍋后鐵的溶解是鋅液中鐵的主要來源。反應方程式為。

2 影響鋅渣產(chǎn)生的主要因素

2.1 鋅液含鋁量對鋅渣的影響

在熱鍍鋅生產(chǎn)中，鋁是鋅液中重要的添加元素，它可以增加基板與鋅層之間的附著力，提高鋅層的光潔度，防止鋅鐵合金過度生長，在465℃下鋅液中鋅渣量隨鋅液中鋁含量的變化而變化。鋅液中有效鋁含量小于0.13%時，鐵的溶解隨鋅液鋁含量的升高而降低，當鋅液有效鋁含量大于0.13%時鐵的溶解隨鋅液鋁含量的升高而升高，鋅渣的尺寸和數(shù)量也會大幅提高，并且當鋅液中有效鋁含量在0.04%～0.09%時，δ相與Fe2Al5相顆粒并存，當鋁含量升高時，F(xiàn)e2Al5增大，到鋁含量達到0.13%時，δ相消失。這說明隨著鋅液有效鋁含量的增加，底渣向浮渣轉(zhuǎn)變，化學方程式為。

2.2 鋅液溫度對鋅渣的影響

鐵在鋅液中的溶解度隨鋅液溫度的變化而變化，因此鋅鍋中鋅液溫度的變化是影響如鋅鍋鋼帶鐵損量的主要因素。當鋅鍋內(nèi)鋅液溫度處于500℃左右時，鐵損量隨時間的延長極具增加，當鋅液溫度低于500℃時，鐵損量隨時間的延長緩慢增長。當溫度達到650℃以上時，鋅液對鋼帶的侵蝕是破壞性的，無法完成正常的鍍鋅作業(yè)。長期的生產(chǎn)經(jīng)驗表明，熱鍍鋅時鋅鍋的最適宜溫度為450℃～465℃。在此溫度范圍鐵損鋼帶的鐵損量隨時間的延長上升幅度緩慢，且鐵損增加量短時間內(nèi)趨于平緩。且鋅液溫度適當降低可以減輕鋅液表明因被氧化而產(chǎn)生鋅渣，但鋅液溫度過低會導致鋅液流動性變成，影響氣刀吹掃效果。

2.3 表面清洗質(zhì)量的影響

熱鍍鋅的原料為經(jīng)過酸洗、冷軋后的冷硬鋼卷，帶鋼表面會存在一些殘留物，主要為未油脂、鐵粉顆粒和周圍環(huán)境的灰塵等，這些殘留物一旦進入鋅鍋中就會影響鋅液的清潔度、增加鋅液的鐵含量，使鋅渣增多。因此，熱鍍鋅前部的清洗段的清洗效果越好，帶鋼入鋅鍋時表面殘留物就越少，生產(chǎn)鋅渣的量也就越少。

3 鋅渣控制攻關(guān)

本鋼熱鍍鋅生產(chǎn)線在實際生產(chǎn)過程中，帶鋼表面時常出現(xiàn)許多大小不規(guī)則的鋅渣，為提高產(chǎn)品表面質(zhì)量，對鋅渣缺陷控制進行攻關(guān)，結(jié)合實際生產(chǎn)對鋅鍋工序工藝制度進行對比試驗。為減輕清洗效果對對比試驗的干擾，對清洗段進行優(yōu)化。對清洗段帶鋼軋制線進行標定與調(diào)整、對清洗段存在水平偏差的各支撐輥進行新標定與調(diào)整、優(yōu)化循環(huán)系統(tǒng)及噴梁清洗周期、噴梁角度的調(diào)整等。經(jīng)過調(diào)整清洗效果有明顯改善，清洗后帶鋼反射率達到90%以上。

控制鋅渣的關(guān)鍵是控制鋅液中的鐵含量，而鋅液中鋁含量和鋅鋅液溫度是影響鋅液鐵含量的主要因素。通過文獻可知，鋅液中有效鋁含量在0.11%～0.13%時，鐵在鋅液中的溶解量最低，鋁含量過高或者過低都有可能造成鋅液鋁含量的增加。但在實際生產(chǎn)中，受鋅液成分不均、鋅渣含鋁量等因素的影響，鋅液有效鋁含量幾乎不可能測得，因此實際生產(chǎn)一般將鋅液中全鋁含量控制在0.18～0.24之間。綜合考慮鐵損、鋅液流動性和工藝控制的可行性，鋅液溫度應控制在450～460之間。

結(jié)合本鋼熱鍍鋅產(chǎn)線的實際生產(chǎn)進行對比試驗，試驗鋼種為DC54D+Z,規(guī)格為0.7mm*1500mm，對比試驗工藝設(shè)計如表2所示。

表2 對比試驗工藝設(shè)計

生產(chǎn)過程工藝控制穩(wěn)定，設(shè)備運行良好，過渡料充足，生產(chǎn)結(jié)束后取樣對性能進行檢驗如表3所示，檢驗結(jié)合表明鋅液溫度變化對鋼帶性能無影響。取300mm×300mm試樣就行鋅渣分析如表3所示。

表3 三組對比試驗力學性能

通過表3分析得出，經(jīng)測量編號a鋅渣數(shù)量相對較多，其中大于4mm的鋅渣約15個；編號b大于0.3mm鋅渣11個，大于0.4mm鋅渣1個；編號c鋅渣數(shù)小于20個，其中尺寸大于4mm的鋅渣4個。

4 結(jié)論

①鋅液溫度對鋼帶力學性能幾乎無影響。②3組工藝中編號b對鋅渣的控制效果較好，由于編號a工藝鋅液溫度較高、鋅液鋁含量較低，不利于鋅液中鐵含量的控制，造成鋼帶表面鋅渣較低；編號c工藝對鋅渣控制效果有所改善，但是不如編號b，主要原因在于鋅液鋁含量超過控制鋅液鐵溶解度的最佳值，導致鋅液鐵含量隨著鋅液鋁含量的升高而升高，造成鋼帶表面鋅渣量增多，并且編號c工藝中鋅液溫度較低，不利于鋅液流動性，不利于后續(xù)氣刀吹掃效果。綜合考慮應選編號b組工藝生產(chǎn)。