熱鍍鋅鋼板鋅層脫落缺陷分析及改進措施

符新濤

(新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠)

前言

八鋼冷軋鍍鋅機組設計產能15萬噸/年。熱鍍鋅工藝采用美鋼聯法,熱鍍鋅退火爐采用全輻射管加熱,其中加熱區共9段,1個均熱段,1個快冷段及熱張力輥室。熱鍍鋅退火爐有效長度120米,生產規格0.25～1.6mm,寬度800～1250mm,其中輻射管分兩種,U型輻射管及W型輻射管,設計熱功率分別為50kW及75kW。

近年來,隨著連續多年高負荷運行,對輻射管的管理提出了更高的要求,輻射管的工作狀態直接影響著熱鍍鋅產品的質量,也是保證熱鍍鋅產量質量的關鍵。

筆者針對冷軋熱鍍鋅生產過程中發生的鋅層脫落缺陷進行分析,通過開展質量分析及相關措施的固化,在保證產品質量方面取得了顯著效果。

1 關于鋅層脫落事件概述

2021年10月1日鍍鋅機組生產0.33×1250(mm)(DC51D+Z),線速度115m/min,鋅層10J球沖及折彎性能均合格。當產品規格為0.38×1253(mm)時,線速度調整為90m/min時,在對試樣做10J球沖試驗時,發現帶鋼的正面沿寬度方向傳動側約0～500mm處出現鋅層點、片狀脫落,同時180°折彎試驗也發生鋅層脫落現象,見圖1。

圖1 10J球沖試驗冷軋帶鋼鋅層點、片狀脫落形貌

機組降速至60m/min,依次對以下部位檢查:檢查原料表面;鍍鋅前處理循環槽溫度、堿點;對退火爐爐體排查泄漏點(依據打壓檢漏作業標準依次對退火爐下斜槽法蘭連接處、下斜槽鋅液消落帶區域、4#張力輥室、快冷風機負壓部位實施檢查); 退火爐爐輥潤滑檢查;輻射管密封檢查。

檢查結果:原料符合接收標準;鍍鋅入口帶鋼清洗效果良好,未見異常;退火爐爐體無泄漏;爐輥潤滑正常;對輻射管逐個密封檢查,排查過程中發現37# 輻射管氧含量為 4%,明顯異常,采取關閉燒嘴及助燃空氣后,鋅層脫落缺陷消除。

2 鋅層脫落原因分析

熱鍍鋅過程中,當鋼基與鐵-鋅合金層中間無法形成具有粘附介質的均勻Fe2Al5中間層時,鍍層的附著力下降即可造成鋅層試驗過程中鋅層脫落現象。

2.1 退火爐入爐前鋼板表面污染的影響

2.1.1 熱鍍鋅原料影響

受生產計劃排產的影響,鍍鋅前軋機原料可能在庫存儲時間過長,帶鋼表面形成乳化液銹蝕斑跡,鍍鋅前處理工序及鍍鋅退火爐無法消除時,在斑跡部位鋅層附著力降低,發生鋅層點狀脫落現象。

2.1.2 鍍鋅前處理異常原因

鍍鋅機組前處理采用堿噴淋-堿刷洗-電解脫脂-熱刷-熱漂工藝,如若電解電流、堿液溫度及堿液溫度等工藝參數超標時,會造成表面黑斑,退火無法消除時在黑斑部位鋅層附著力降低,鋅層出現點狀脫落。

2.2 鍍鋅退火爐泄漏發生鋼基板氧化造成鋅層脫落2.2.1 退火爐下斜槽泄漏

退火爐下斜槽采用純氮氣密封方式,下斜槽與鋅鍋鋅液接觸的消落帶區域,由于受到鋅液鐵腐蝕影響,會形成孔洞,當鋅液位低于孔洞高度時,外部空氣進入下斜槽對即將入鋅鍋帶鋼發生局部氧化,熱鍍鋅中間附著層無法形成發生鋅層脫落;退火爐下斜槽采取三段式法蘭連接,檢修時的溫度驟然升降及加鋅過程中的碰撞,會導致法蘭密封漏氣或法蘭根部焊縫開裂,造成外部空氣進入下斜槽,帶鋼發生氧化,熱鍍鋅中間附著層無法形成發生鋅層脫落。

2.2.2 退火爐快冷風機換熱器泄漏

換熱器水冷管焊接部分發生水泄漏時,水蒸汽迅速氧化帶鋼,造成鋅層脫落。漏水嚴重時,甚至板面無法鍍鋅,最直接的外部表現方式為退火爐4#張力輥室露點急劇升高。

退火爐快冷風機換熱器焊縫質量不好及開裂時,快冷風機工作時為負壓狀態會將外部空氣吸入退火爐爐內,導致帶鋼發生氧化,鋅層脫落。外部表現:4#張力輥室露點波動,風機停用時露點即下降。鋅層脫落缺陷消除。

退火爐快冷風機外殼與減速機軸承箱采用波紋管連接方式密閉,當波紋管發生孔洞,快冷風機工作時的負壓將外部空氣帶入,通過上下風箱噴嘴噴向帶鋼,帶鋼發生氧化,造成鋅層脫落。鋅層脫落表現方式:上下表面同時發生片狀鋅層脫落。外部表現:4#張力輥室露點波動,風機停用時露點即下降。鋅層脫落缺陷消除。

2.3 退火爐爐輥漏油發生鋅層脫落

退火爐爐輥軸承采用集中潤滑方式,爐輥與爐墻采用耐火纖維密封。當潤滑油量較大且耐火纖維發生疏松時,多余液態油脂進入爐內發生燃燒,對帶鋼氧化造成鋅層脫落。鋅層酸洗去鍍鋅基板表面呈現暗黃色油斑。外部表現特征:板溫儀會發生急劇波動。爐墻內襯板表面片狀油斑印記。

2.4 退火爐輻射管泄漏發生鋅層脫落

八鋼冷軋退火爐共有142支輻射管,其中21支為W型(75kW),121支U型(50kW),輻射管材質Cr28Ni48W5,管體離心鑄造工藝,耐溫1 100℃,新品壽命大于5年,返修件大于3年。

輻射管日常管理要求:在線檢漏周期為6月/次,年修時進入爐內對輻射管表面檢查有無變形嚴重和燒穿跡象。退火爐采用輻射管間接式加熱附加氮氫保護氣體,爐內微正壓控制。當輻射管發生燒穿孔洞,輻射管內壓力大于爐壓時,助燃空氣進入爐內氧化帶鋼,造成片狀鋅層脫落。當泄漏輻射管發生在退火爐后段時,露點會呈現一定異常變化,出鋅鍋鍍鋅帶鋼表面呈現不規則發白絮狀形狀。如采取輻射管停用(需關閉助燃空氣)、提高爐壓及增大排煙壓力時,鋅層脫落缺陷會消除。

3 鋅層脫落處理措施

發生鋅層脫落后的處理措施:

(1)檢查帶鋼在入口活套的表面清潔狀況;

(2)退火爐下斜槽檢漏作業,如泄漏采取降低爐壓使用高溫密封膠補漏處理。

(3)逐一關閉在用快冷風機,檢查快冷風機負壓部位是否存在泄漏,如泄漏采取降低爐壓使用高溫密封膠補漏處理。

(4)取缺陷樣板酸洗除表面鋅層后,根據板面情況排查是否由于潤滑油脂泄漏導致。

(5)對退火爐輻射管逐個排查檢漏:將爐壓提高至250Pa、排煙風機45Hz運行。

(6)關閉燒嘴末端煤氣閥門及助燃空氣閥門。使用煙氣分析儀逐個檢測煙氣管道中含氧量,氧含量低于15%以下停用。

4 預防措施

為消除鋅層脫落的質量問題,制定了預防措施:

(1)生產過程中,每卷不少于3次,目測檢查原料表面無銹蝕斑跡;鍍鋅前處理循環槽槽液控制在60～75℃,游離堿點16～21。

(2)檢修完成至開機前,爐壓>250Pa的情況下,對退火爐爐體及快冷風機換熱器檢漏。

(3)爐輥集中潤滑過程中,每支爐輥加油量控制在20～30g。

(4)固化輻射管檢漏周期為2月/次,建立退火爐輻射管檢查臺賬,對泄漏輻射管采取更換。對輻射管內換熱器進行設計改型,消除換熱器原因導致輻射管燒穿現象的發生;優化及固化退火爐富氧摻燒工藝,助燃空氣中氧氣含量控制在23%～27%;定修前對輻射管使用情況檢查記錄,定修期間更換泄漏輻射管內換熱器;建立返修輻射管上線前檢查臺賬。

5 實施效果

相關措施執行后,連續跟蹤20卷冷軋帶鋼進行了性能檢測,經檢測均符合標準,見表1。

表1 改進措施實施前后冷軋卷鋅層的對比

6 結語

通過對鋅層脫落質量缺陷的調查分析,找到了鋅層脫落的根本原因,并制定了解決方案。經現場實施及驗證,效果良好,對同類熱鍍鋅機組鋅層脫落缺陷原因分析,具備一定的指導作用。