熱鍍鋅鋅渣形成原因分析及控制研究

張富明，張學斌，胡 碩，楊洪凱，張秋生

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063000）

隨著光伏及電力等行業的發展，熱鍍鋅產品越來越受到消費者的青睞和認可。某冷軋廠的連續熱鍍鋅產線，具有耐腐蝕性、高強度等一系列的優點。但隨著市場的進一步發展，客戶對產品質量的要求越來越高，制約某冷軋廠熱鍍鋅的主要缺陷之一鋅渣缺陷，為了解決的鋅渣缺陷問題，本文從其形成的機理，來分析產生鋅渣的原因，并進一步采取改善措施，控制鋅渣的形成，提高帶鋼表面質量。

1 鋅渣缺陷產生的機理及原因

在熱鍍鋅的生產過程中，鋅渣很容易吸附在帶鋼表面，從而造成鋅渣缺陷，嚴重影響帶鋼表面質量[1]，形貌如圖1所示。在某熱鍍鋅產線，由于鋅渣缺陷造成大量的降級品率。通過相關的研宄可以得知，熱鍍鋅渣的化學成分主要是鋅、鋁與鐵反應生成的氧化物和金屬化合物。鋅渣缺陷主要是由于鋅灰鋅渣缺陷導致，鋅渣產生的機理本質上是鐵原子與鋅、鋁反應生成FeZn7和Fe2Al5Znx，其成分大部分是鐵，少部分是鐵鋅或鐵鋁化合物。

圖1 鋅渣缺陷形貌圖

1.1 鐵含量的影響

鐵在鋅液中的飽和溶解度0.03%，當鋅液中的鐵含量超過0.03%時，鐵就會在鋅液中析出，鐵與鋅發生化學反應生成FeZn7，懸浮在鋅液中或者沉入鍋底，帶鋼經過鋅液時，就會吸附在帶鋼表面上形成鋅渣[2]。

1.2 鋁含量的影響

鋅液中鋁含量的多少也會影響鋅渣的產生量，當鋁含量低于0.16%時，鋅鍋中渣子會增多，伴隨著帶鋼液面的波動，鋅渣就會吸附在鍍鋅板的板面上形成鋅渣，鋁含量和鋅渣的生成量如表1所示[3]。

表1 鋅液中鋁含量和鋅渣的生成量關系

圖2 鐵的溶解度與鋁含量的關系

如圖2所示鐵的溶解度與鋁含量的關系，在常見的鋅液溫度450℃時，鐵的溶解度隨著鋁含量的增加而下降。從理論上講，鋁含量高于0.135%時，鐵在鋅液中的溶解度大幅度下降。根據生產的實際經驗，鋁含量的含量必須要高于0.16%,在能減少鐵的溶解，這樣就會生成浮在鋅液表面的浮渣Fe2Al5Znx，表面的浮渣，通過制定撈渣規范可以減少浮渣。 如圖3所示為鋅渣的分布圖。

圖3 鋅渣分布圖

1.3 鋅液溫度因素影響

影響鋅渣形成的一個重要的原因就是鋅液溫度，一般熱鍍鋅的鋅液溫度控制在445℃~465℃，當溫度過高時，帶鋼表面的鐵原子會出現急劇融入鋅鍋，當溫度達到500℃，鐵原子的損失消耗最大[4]。在保證鍍鋅表面質量的前提下，盡量的降低鋅液的溫度，所以在生產的過程中，將鋅液的溫度控制在445℃~455℃。具體曲線如下圖4所示。

圖4 鋅液溫度與鐵原子損失量

1.4 爐鼻子加濕的影響

鋅Zn熔點419℃，沸點907℃，鋅液在419℃-上907℃之間，那么隨著鋅液溫度的升高，鋅的蒸發量越大。為了防止鋅液持續蒸發，產生鋅灰，某熱鍍鋅退火爐向爐鼻子通入加濕后的NHx氣體，來使水蒸氣與鋅發生反應，在爐鼻子液面形成一層薄薄的氧化膜，化學方程式如下，但是這層氧化膜也必須定時清除，防止表面生成大面積的鋅渣顆粒[5]。鋅蒸汽在液面上方懸浮在爐鼻子腔體內，隨著生成氧化鋅等顆粒，最后落在爐鼻子的內壁上，同樣掉落到帶鋼上生產鋅渣。

所以有效的控制露點能夠一直爐鼻子液面和腔體中鋅灰鋅渣的生成，用于加濕的保護氣時NHx，在爐鼻子氣氛中含有一定量的H2，抑制住水蒸氣對鋼帶的氧化傾向，防止鋼帶表面發生二次氧化。

1.5 鋅液液面不穩定因素

某熱鍍鋅產線鋅鍋加鋅采用自動加鋅系統，根據鋅鍋液位計檢測值，來保證恒定的加鋅速度。如果鋅鍋液位波動，會導致表面浮渣的流動方向被改變，從而影響帶鋼表面質量。

1.6 鋅灰泵的影響

鋅灰泵是在熱鍍鋅生產過程中，是清除鋅渣的有效方法，并且在某冷軋廠的其他產線得到了很好的實踐應用。鋅灰泵利用的是在離心力的作用下，將液體在出口處被葉輪甩出的原理，將鋅灰液通過爐鼻子內的溢流槽抽到爐鼻子外。通過該原理，源源不斷的去除帶鋼周圍的漂浮浮渣顆粒，能減少帶鋼表面鋅渣缺陷，提高產品質量。

2 鋅渣缺陷的控制措施

針對某熱鍍鋅產線在生產過程中，產生大量的鋅渣缺陷，并且因該缺陷導致表面質量不合格而停車，本文從產生原因入手，多措并舉、綜合整治，在以下方面進行控制。

2.1 調整清洗段清洗參數

鋅渣的主要成分時鐵粉造成的，在直燃爐由于是明火加熱，對清洗的要求更高。清洗如果不干凈，就會在帶入鋅鍋中，生成鋅渣，污染鋅液。如果帶鋼表面的軋制油沒有清洗掉，在明火加熱階段會生成碳化物，侵入帶鋼表面，形成殘炭，在鍍鋅的過程中，形成鋅渣[6]。所以在生產必須保證清洗效果，必須投入磁性過濾器，把鐵粉分離出來，并且每月清理一次磁過濾裝置[7]。另一方面為了保證清洗效果提高電解液溫度和堿液溫度至75℃~85℃，提高電導率60~70 ms/cm。如果發現清洗效果不好，可適當提高溫度、堿液濃度。使得溶液中的油含量和鐵含量維持在一個較低的水平，保持其較高的活性。

2.2 控制爐爐鼻子露點

在某冷軋熱鍍鋅爐箅子加濕系統，在露點控制過程中，總是出現露點突變，浮動范圍±10℃，難以穩定控制。為了有效控制露點的穩定性，通過優化加濕系統的控制程序，對加濕系統管路進行改造，使得露點能夠穩定的控制在設定值±1℃。并且通過露點的摸索試驗，將露點控制-20℃至-40℃范圍內，爐鼻子腔體內及液面的鋅渣鋅灰得到有效的控制。

2.3 制定鋅渣聚集區及撈渣規范

在鋁含量高于0.16%時，會產生大量的表面浮渣Fe2Al5Znx漂浮在鋅鍋液面上，需要制作鋅渣聚集區，及時扒渣撈渣[8]。并且生產經驗和表面質量的經驗，制定撈渣規范。設置鋅渣聚集區。用耐火材料制成矩形框，將鋅渣扒到框內。

圖5 撈渣鋅渣聚集區

制定規范。每卷前后擺動爐鼻子，定時用力敲擊爐鼻子下表面數下，每卷扒渣一次，每卷撈渣一次，并且在扒渣和撈渣的過程中，實行“慢、穩、準”的方針，避免暴力扒渣，引起液面的波動，按此規定執行，帶鋼表面的鋅渣得到了有效的控制。

2.4 控制鋅液和入鍋溫度

由于鋅液的溫度太高會加劇鋅渣的形成，所示在生產中應適當降低鋅液溫度。由于熱鍍鋅產線，鋅液的成分不同于其他產線，所以在生產過程中，通過試驗摸索，優化鋅液溫度控制，控制合理的入鍋溫度，并且將鋅液溫度控制在設定值±1℃，帶鋼表面質量有所改善。

2.5 鋁含量的控制

由于Al與Zn相比，Al的活潑型更強，在生產過程中會帶走更多的鋁，鍍到帶鋼表面。所以在生產過程中為了保證Al含量的穩定，要及時加鋅錠。為控制鋅液中的鋅渣，根據生產經驗，將鋁含量控制在最優的范圍內，表面質量浮渣減少。

2.6 穩定鋅鍋液位

某熱鍍鋅產線，鋅鍋液位計的檢測裝置，安裝在爐區的二層平臺上，由于設備的運轉，平臺振動，導致液位檢測裝置振動，測量的液位上下波動±4mm，會干擾自動加鋅系統的控制，從而導致加鋅電葫蘆升降波動，從而引發鋅液液面的波動。為了解決該問題，將液位檢測裝置移至地面，減少振動；制作液面檢測區，防止加鋅錠速度不穩，液面波動，提高了檢測的準確性和穩定性，使液位檢測控制穩定，從而保證自動化加鋅的穩定精確控制，解決了液面波動問題。

2.7 改造加裝排渣爐鼻子

某熱鍍鋅產線，由于在起初定位于低端產品。但隨著市場對表面質量的要求不斷提高，帶鋼表面產生的鋅渣缺陷解決迫在眉睫。為了減少爐鼻子帶鋼附近的鋅渣，對爐鼻子C段進行改造，在C段內部加裝溢流槽和接灰渣槽，在外部安裝鋅灰泵，通過液位差，產生溢流，除去鋅灰鋅渣。鋅灰泵的安裝，可以大大減少帶鋼表面鋅渣的缺陷。

3 結語

通過對某熱基鍍鋅產線鋅渣缺陷機理的研究，分析出生成該缺陷的影響因素。從影響因素作為切入點，通過提高帶鋼表面清洗質量、優化爐鼻子加濕系統、摸索最優露點、控制和穩定鋅鍋溫度、穩定鋅鍋液位、制定撈渣規范、對爐鼻子C段進行改造，加裝排渣裝置等一系列的控制措施，使得帶鋼表面的鋅渣缺陷大大減少，提高了產品質量。