氣密性檢測技術在鍍鋅板鍍層不良中的應用

劉 健，嚴思保

（馬鞍山馬鋼華陽設備診斷工程有限公司，安徽馬鞍山 243003）

0 引言

鍍鋅板作為高技術含量、高附加值產品，其表面質量尤其重要，由于種種原因，鍍鋅板表面質量問題一直困擾著生產現場，特別是由于退火爐爐內氣氛變差引起的質量缺陷，不僅影響著熱鍍鋅產品的外觀，還會影響到產品的使用。研究表明，加熱爐內氣氛是影響熱鍍鋅板表面質量的關鍵因素之一[1]。

馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋板廠（以下簡稱馬鋼冷軋）3#鍍鋅線引進美鋼聯法熱浸鍍鋅工藝，是馬鞍山鋼鐵股份有限公司汽車外板的重要生產線，可用于生產表面質量要求嚴格的高檔汽車板、家電板等產品。該生產線自2007年7月份投產以來，隨著退火爐老化、氣密性狀態不良，已經嚴重制約汽車外板、雙相鋼等高附加值產品生產。退火爐內由95%氮氣和5%氫氣組成的保護氣體，還有還原帶鋼表面和增加鍍鋅浸潤性的作用。在生產過程中，由于熱脹冷縮、密封件失效臨時檢修拆裝設備等均會導致退火爐發生一些局部泄漏問題，如果這些泄漏點沒有被及時發現和有效封堵，就會導致退火爐氣密性變差，使爐內的殘氧量升高，進而影響產品表面質量[2]。為保證爐內氣氛隨時處于理想狀態，需要把氣密性檢查常規化、制度化，制定符合生產線的氣密性檢查制度、檢測標準，并將其徹底落實尤為重要。

1 爐內氣氛變差的原因及改善措施

1.1 爐內氣氛變差原因及爐外氣體滲入機理分析

熱鍍鋅退火爐爐壓通常控制在150～300 Pa的微正壓，所以退火爐大部分區域是正壓部分，只有冷卻循環風機的入口處、軸封等為負壓。

在正常生產過程中，爐內充滿由氮氣和氫氣混合而成且氧含量低于5×10-6的保護氣體。但是實際生產運行中，爐內氣體含氧量一般比通入爐內之前高出很多，主要原因有4個[3]。

（1）泄漏點正好位于爐體的局部負壓區域，如循環風機的管道吸風口、風機軸封等處是容易產生負壓的。

（2）爐內外的氧氣濃度存在極大氧氣濃度差，如空氣中的氧含量為21%而爐內的殘氧量幾乎為零，這種巨大的濃度差也是爐外氧氣滲透進爐內的主要動力。

（3）當爐殼上的漏洞非常不規則時，給爐內氣體向外泄漏造成很大阻力，使向外泄漏的氣體流速減緩，為爐外氣體的滲透到爐內提供了有利條件（圖1）[4]。

圖1 爐外氣體滲透入爐機理

（4）帶鋼表面存在空氣粘附層隨帶鋼進入爐內，也是造成氧含量升高的一個原因。

1.2 爐內氣氛的改善措施

為保證退火爐內氣氛長周期穩定，需要建立專門的氣密性檢查制度，制定氣密性檢測標準和檢測方法。

連續退火爐氣密性檢查的難點主要在于爐體面積大，管道復雜，出現漏點的部位繁多，要徹底清查一次，需要投入大量的人力和時間。為保證爐內氣氛隨時處于理想狀態，需要把氣密性檢查常規化、制度化。馬鋼熱鍍鋅線立式退火爐氣密性檢測標準和檢測方法如下。

1.2.1 確定退火爐氣密性關鍵檢查部位

（1）負壓區域，如循環風機負壓管道及管道上面人孔、焊縫、螺栓連接處，循環風機軸封處的氮氣密封處，無論檢修與否，都要作為關鍵部位重點檢查。

（2）開啟過的頂蓋、底蓋、穿帶孔、檢修門及爐輥喇叭口法蘭連接處、爐殼焊接部位。

（3）爐殼和循環管道上的膨脹節，爐輥法蘭、換熱器法蘭、各儀表法蘭和焊縫。

（5）高溫輻射計、攝像頭和水冷換熱器等部位。

（6）分析儀取樣管接頭等。

（7）鋅鼻子法蘭連接處、攝像頭、各種連接管道接頭處。（8）輻射管安裝焊接焊縫處。

1.2.2 根據部位的重要程度和現場經驗確定各部位檢查頻次

（1）每年對立式退火爐進行一次打壓檢測試驗。

（2）每次開爐大修前按照標準檢測項目對退火爐進行全面的氣密性檢測，不符合標準的泄漏點制訂處理方案，大修期間徹底進行處理。

（3）每次開爐檢修恢復生產后24 h內對退火爐再次進行全面的氣密性檢測，不符合標準的泄漏點打膠進行封堵處理。

（4）每次開爐大修對退火爐內氧氣分析儀、氫氣分析儀和露點分析儀進行一次校準和標定。

（5）每次更換鋅鼻子裙邊恢復生產后12 h內，對鋅鼻子裙邊法蘭連接處、攝像頭、各種連接管道接頭處進行檢測，不符合標準的泄漏點打膠進行封堵處理。

1.2.3 建立專人檢查及確認工作機制，落實氣密性檢查制度

（1）正常生產過程中爐內各區域氧含量、氫氣含量和露點控制標準如表1所示，生產分廠負責每4 h對退火爐氣氛狀態進行跟蹤并記錄。當氣氛顯示異常時，通知點檢分廠對檢測儀表及退火爐氣密性進行檢查、確認和消缺。

表1 爐內各區域氧含量、氫氣含量和露點控制標準

（2）建立退火爐氣密性檢查臺賬、明確檢查責任人和檢查確認人。氣密性檢查具體操作由爐子操作工負責，檢查確認工作由退火爐專業工程師負責。

2 氣密性檢測儀器及檢測方法

2.1 正壓部分的檢查

使用專業的便攜式氫氣檢測儀INFICON ISH2000能夠快速檢查泄漏點，方法是保證爐內氫氣在3%以上，將便探測儀探頭對可能漏氣的區域進行掃描排查，儀器能夠實時顯示漏點的泄漏率，并根據泄漏程度發出不同顏色、聲音報警。

2.2 負壓部分的檢查

（1）將負壓變成正壓，然后使用正壓法檢查，即在不影響生產的情況下，可以采取風機輪換降低轉速或停轉的方法，采用正壓檢測法檢測逐臺檢查泄漏點。

（2）使用專門用于負壓檢漏的設備氦氣檢漏儀INFICON UL-1000，使用噴槍在負壓段周圍逐段噴射氦氣，重點是風機軸封、負壓管道。在風機的正壓管道段打開一個取樣孔作為檢測口，通過檢測這個檢測口排出的氣體是否含有氦氣來判斷噴射氦氣的部位是否有泄漏點。

3 案例分析

2019年3—4月份，3#鍍鋅線在生產DP800雙相鋼等高強度汽車板時，由于鋼中合金元素較高，表面質量難以控制，經常遇到各種表面質量問題，如表面漏鍍、鋅層不均、表面山水畫等缺陷。馬鋼華陽設備診斷工程有限公司對3#鍍鋅線退火爐可能存在泄漏的地方進行了全面、徹底的氣密性排查測試。通過測試共發現泄漏點121個，除了常規測試經常發現的一些重點泄漏區域外，本次測試通過仔細排查發現了大量的輻射與爐殼焊縫泄漏超過70處。由于這些漏點較隱蔽，平時很難發現。

2019年5月22—27日，冷軋點檢二分廠依據馬鋼華陽設備診斷工程有限公司出具的泄漏測試報告對3#鍍鋅線進行了補漏消缺工作。檢修后對其3#鍍鋅線退火爐進行了復測，表明大部分漏點得到了有效封堵。之后根據復測情況現場進行了多次消漏處理，現場中控儀表顯示氧含量狀態良好，均在5×10-6以下。后期，對3#鍍鋅線生產情況進行了跟蹤統計（圖2～圖4）。由統計數據可見，3#鍍鋅線在生產汽車外板、雙相鋼時，出現鍍層不良、露鐵等問題明顯大幅下降。

圖2 3#鍍鋅線年修前后露鐵分布對比（3—6月份）

圖3 3#鍍鋅線鍍層不良量統計表

圖4 3#鍍鋅線雙相鋼產量兌現率趨勢

4 結論

通過3#鍍鋅線退火爐氣密性檢測及消漏，解決了一直困擾其在生產高強合金化鍍鋅板面時鍍層不良等問題，為馬鞍山鋼鐵股份有限公司后續生產提供有力支撐。隨著氣密性檢測工作的深入開展，其在連續熱鍍鋅、連退、硅鋼等生產線保產工作中的作用也日漸凸顯，因此制定符合各條生產線的氣密性檢查制度、檢測標準并徹底落實尤為重要。