降低锌锭消耗的生产实践

王 鑫

（天津鞍钢天铁冷轧薄板有限公司，天津 300000）

降低锌锭消耗的生产实践

王 鑫

（天津鞍钢天铁冷轧薄板有限公司，天津 300000）

基于锌液与带钢之间的反应机理，通过控制锌液中铝含量及锌液温度、规范锌锅捞渣方法、优化气刀设备与气刀参数等措施，在保证镀层质量的前提下，有效地控制了锌的消耗量。经过阶段性的生产实践，鞍钢天铁镀锌机组的月均锌锭消耗量较前期降低了14.8%，取得了良好的经济效益。

锌；温度；铝；钢板

1 引言

锌锭作为镀锌生产的重要辅料，价格大约是钢板的3～4倍，在连续热镀锌机组生产阶段，如何减少锌锭的消耗是节约生产成本的重要环节。

鞍钢天铁镀锌线是2009年开始生产的新企业，生产初期的重点一直是工艺设备调试及机组达产。在调试及达产完成后，我们发现产线实际耗锌比在1.35以上，耗锌比=∑实际消耗/∑（吨钢理论消耗×产量），机组锌渣产出率在14%以上，锌锭消耗高于其他企业镀锌产线的平均水平。镀锌生产工艺中，在保证镀层质量的前提下有效地控制锌的消耗量从而控制生产成本，可以使产品获得更大的利润。根据机组掌握的资料和国内厂家（鞍钢等）的经验，鞍钢天铁镀锌线成立降锌耗项目组，从带钢与锌液间的关系入手，制定了相关方案，以控制和降低热镀锌机组锌锭的使用消耗，取得了较好效果。

2 带钢与含铝锌液的反应机理

钢板表面的氧化铁皮经退火炉加热工艺被还原为海绵状纯铁，其表面已处于活化状态。再经退火炉冷却工艺把钢板冷却到所要求的入锌锅温度。

钢板浸入锌液中，有两个过程同时发生[2]：一是带钢的热量传递给锌液，同时导致自身温度下降，并基本与锌液温度保持平衡；二是化合物Fe2Al5中间层开始形成，并达到一定的厚度，有效抑制Fe的扩散。

图1 合金层中铝含量与反应时间的关系（锌液温度460℃，Al含量0.18%）

带钢离开锌锅，其表面带出的液态锌开始冷却，并一直冷却到锌的凝固点419℃。在锌液凝固前，由于液体锌的活性较大，可能会发生Fe-Zn反应，然而钢基与锌液间的Fe2Al5对Fe-Zn反应有抑制作用（Fe2Al5合金层又称抑制层），从而有效阻碍了铁锌化合物层的形成和增厚。

对含铝锌液与带钢间反应的研究基本可以得出较为统一的结论，即控制工艺参数在Zn-Al-Fe三元相图的l+η区，可以保证好的锌层粘附性，提高锌层附着力，如图2所示。

图2 Zn-Al-Fe二维相图富锌角

3 对降低锌锭消耗措施的探索

3.1 锌液中Al含量的控制措施

综合上述带钢与含铝锌液的反应过程可以看出：作为锌液中最有益的添加元素，较好的Al含量设定值在生产阶段可以有效抑制Fe与Zn的反应[4]，形成铁锌化合物，有利于锌渣的上浮去除。同时，Al的合理添加会在产品的镀层中形成铝铁合金层，控制镀层黏附性，使钢基与镀层紧密地结合在一起，提升锌层附着力。

结合设备及工艺条件，鞍钢天铁镀锌线在不同铝含量的锌液条件下进行镀锌板的生产测试，在测试后对成品样板进行了镀层的微观形貌分析，得出以下结论：当锌液中铝含量大于0.18%时，合金层薄且致密完整，锌层粘附性达到最佳。但锌液中铝含量大于0.22%时，合金层过厚，不仅锌层粘附性不佳，易出现脱锌现象，而且会随生产阶段产生大量的锌渣。因此，鞍钢天铁镀锌线将正常生产中的锌液铝含量控制在0.18%～0.22%之间，在保证镀锌效果的同时，最大限度地减少锌渣的产生。

3.2 锌液温度控制措施

根据目前掌握的热镀锌理论知识及国内厂家（鞍钢等）的经验[3]，带钢连续热镀锌过程的理论最佳工作温度为455～465℃。低的锌液温度可以减少超厚镀层现象的产生，减少锌灰和锌渣的形成。但过低的锌液温度（例如450℃以下）板面会呈现灰暗色差及锌流纹缺陷，这是因为在过低的温度下，锌液的流动性变差。当锌液温度从450℃提升到470℃，带钢的铁损量将呈抛物线急剧增加，钢材浸镀所产生的锌层厚度将增加一倍，这是因为锌液温度越高，合金层形成越快，易导致锌厚缺陷出现。继续提高热镀锌锌液温度至480℃以上时，锌渣的生成量会大幅度提升。所以在进行镀锌操作时，需避开不合理锌液温度区域进行生产作业，才能在保证成品表面质量的同时，有效防止锌渣的过多产生。将上述情况与设备工艺实际相结合同时，为尽可能地减少锌锅能源消耗，鞍钢天铁镀锌线将锌液温度设定为457～458℃，实际效果良好。

3.3 锌锅捞渣作业方面

由于锌液会与空气中的氧气发生氧化反应，形成锌铝的氧化物（锌渣主要由氧化锌和氧化铝组成）。为了有效避免板面锌粒、锌疤、漏镀等镀锌成品缺陷发生，要及时清理锌锅中的表渣，避免其影响镀锌效果。

锌渣的产出量越多，日平均要添加的锌锭量就越多，每吨产品的成本也就相应地提高[1]。因此，在日常生产中我们要尽量少捞渣、勤扒渣，以节约锌的耗损。为了减少机组锌渣产出量，降锌耗项目组对捞渣作业提出要求：规定了气刀区域下方的锌液面必须保持无渣状态。炉鼻子区域后部的锌渣严禁块状凝结，区域两侧锌渣的清理周期为每小时一次，以保证日常生产中的锌液面浮渣状态，节约锌的耗损。捞渣工使用大眼（勺眼由∮6改为∮8）捞渣工具。捞渣时要将漏勺在锅沿处停留5～10s，以保证流动的锌液最大限度地回流到锌锅内。经过上述捞渣控制措施，锌渣产出率由前期的14%降到10.9%，在同行业对标中处于先进水平。

3.4 气刀设备调整及参数控制措施

机组调试阶段的锌层控制设定值比较宽泛，人员操作水平较薄弱。同时，气刀设备存在喷吹压力较低，限制机组产能的问题。

借鉴同行企业经验，鞍钢天铁镀锌机组对气刀设备进行了改造，封堵刀唇的部分区域，解决了气刀工作区域外气量空耗的问题，优化了气刀的喷吹压力及防氧化功能。同时，随着镀锌工艺理论的积淀与操作工技术能力的提高，从人员操作方面基本实现了对气刀实行精确控制，基本锌层控制数值见表1。

表1 鞍钢天铁镀锌线锌层控制表

通过对气刀设备的调整与精确控制，以规格为0.8 mm×1 250mm带钢、单面锌层重量40g/m2为例：锌层重量集中在40～41 g/m2（检化验实测数据显示），对比2011年同规格产品的单面锌层重量（均值42～43 g/m2），平均单面锌层重量降低2 g/m2，镀层重量满足国家和企业标准，锌锭消耗明显降低。

4 降低锌锭消耗措施的成效

以上措施自2012年开始在鞍钢天铁镀锌线实施，以2011—2012年的数据作对比：机组锌渣产出率由前期的14%降至10.9%，机组整体锌耗比由前期的1.35降至1.15左右，耗锌降低了14.8%。在月产量相同的条件下，锌锭消耗量由月均约255 t降低至约217 t，每天节约锌锭914 kg左右（约一块标准锌锭重量），按目前市场价格计算，每天可节约锌锭成本1.5万元左右。

5 结语

降低锌锭消耗是一个较为复杂的课题，更是一项长期的工作。因此，结合现阶段的设备工艺条件，从锌液铝含量及锌液温度控制、锌锅捞渣作业、气刀参数调整方面等一系列环节入手，是取得良好效果的关键。

[1] 潘勋平.热镀锌带钢镀层锌渣缺陷形成分析及改进技术[J].宝钢技术，2004（3）：24-27.

[2]陈剑华.热镀锌工艺中锌渣的形成及其控制 [J].电镀与精饰，1990（1）：41-42.

[3] 宋加.热镀锌板生产技术发展及相关问题讨论[J].轧钢，2009，26（4）:39-43.

[4] 李建英，齐长发，姚连胜.热镀锌用锌锅的发展及镀锌工艺控制[J].河北冶金，2006（3）：11-13.

Production Practice of Reducing Zinc Ingot Consumption

WANG Xin

(Tianjin Angang Tiantie Cold Rolling Sheet Company Limited,Tianjin 300000,China)

Under the prerequisite of ensuring coating quality,zinc consumption was effectively controlled through measures of controlling the aluminum content and temperature of liquid zinc,standardizing zinc bath deslagging method and optimizing pneumatic blade and its parameters,based on the reaction mechanism between liquid zinc and steel strip.Periodical production practice showed 14.8%monthly average zinc slab consumption reduction at Angang Tiantie galvanizing unit.Good economic benefit was achieved.

zinc;temperature;aluminum;steel plate

2013-02-09

2013-03-06

王鑫（1984—），男，天津人，主要从事连续退火机组工艺技术管理工作，E-mail：pqhoty51@163.com。

（编辑 潘娜）