带钢热镀锌超薄镀层研究

袁思胜 李九岭 汪晓林

（1.重庆四钢 重庆： 401431；2.武钢冷轧总厂 湖北 武汉： 430083；3.武汉吉瑞化工科技 湖北 武汉：430070）

1 实现超薄镀层的意义

热镀锌薄钢板有室外和室内两大使用领域：在室外使用时遭受风吹雨打，腐蚀环境十分恶劣，要求厚锌层；在室内使用时，例如家具及家用电器等，为了提高装饰性，常常是锌层和非金属涂层联合使用，形成双层保护体系，这时就要求薄锌层。我国带钢连续热镀锌国标中规定，最薄锌层为80g／m2（双面），人们常常把标准之外40g／m2～80g／m2（双面）的带钢热镀锌锌层厚度称为超薄镀层。现代化带钢连续热镀锌的发展趋势是向高速化大型化发展，而速度越高锌层越厚，无法满足用户薄镀层的需求，被迫使用镀层较薄的电镀锌薄钢板，而使用电镀锌板时其价格上升20%，这是长期困惑薄锌层使用领域的难题。本文研究了带钢连续热镀锌超薄镀层的生产方法。

2 影响锌层厚度的因素

2.1 速度的影响

带钢离开锌锅时，速度越高带锌越多，则相应锌层就越厚，见图1。

带钢运行速度越高，要想获得薄镀层，就必须增加气刀喷吹外力，根据机组工艺段最高速度来选择气刀风机排风量和马达的功率，见表1。

图1 带钢速度与锌层重量的关系

表1 带钢速度与气刀风机和马达功率的关系

2.2 压力的影响

要加强外力即气刀对未凝固锌层的刮持力，这个刮持力由冲量大小来决定，见（1）式：

式中：I—气刀喷吹气流的冲量；

P—喷气压力；

b—气刀缝隙宽度。

由（1）式可以看出要想减薄镀层就必须增大气刀压力，气刀压力与锌层厚度关系见图2。

图2 气刀压力与锌层厚度的关系

2.3 锌液流动性的影响

实践证明，提高锌液流动性可以减薄锌层厚度。长期以来，人们对提高锌液流动性产生一个误区，总是错误的认为锌液温度越高锌液流动性越好，这是结构件热镀锌行业一直追求的目标。带钢热镀锌可以用气刀喷吹减薄锌层，而结构件热镀锌主要依靠锌液流动性来减薄锌层。所以过去结构件热镀锌都在550℃～600℃的温度下进行热镀锌，这样适得其反，温度越高反而锌层越厚。研究证明，锌液流动性和温度几乎没有关系，从固体锌块熔化后它就具备一定的流动性，进一步提高温度，锌液的流动性几乎保持不变。实际上锌液的流动性主要取决于锌液中的铁含量，即铁含量越高锌液流动性就越差。铁在锌液中的饱和浓度随锌液温度增高而上升，例如450℃铁在锌液中饱和浓度为0.03%，500℃时为0.15%，600℃为0.45%。由此可见，高温镀锌时，因为锌液中含铁多，锌液流动性就差，这样就得不到薄的镀锌层。在这一理论指导下目前钢结构件热镀锌全部采用了低温镀锌，热镀锌温度控制在435℃～440℃，获得了薄锌层，使吨镀件锌耗由100kg下降到50kg，取得了好的经济效益。

由此可见，要想减薄镀层厚度必须从外力内力两个方面着手，即要加强外力即气刀对未凝固锌层的刮持力，还要增加锌液自身流动性，减小锌液被刮除时的对斥力，见（2）式：

式中：G—镀锌层重量；

R1—系数；

ν—锌液运动粘度，厘泊；

u—带钢运行速度，m／min；

dz—锌液比重，kg／cm3；

g—重力加速度，980cm／s2；

由（2）式可知，锌液粘度越大，带钢运行速度越高，则镀锌层就越厚。相反锌液的粘度越小，带钢运行速度越低，则镀锌层就可减薄。根据这一理论，要减薄镀层就必须增加锌液自身流动性，要增加锅中锌液的流动性，就得减少锌液中铁含量，目前广泛采用的除铁方法是向锌液中加铝，提高锌液中的有效铝含量，用铝除铁来净化锌液中铁杂质，见（3）式：

由上述（3）式可知，铝与铁锌合金的反应生成物Fe2A15其密度只有4.2kg／cm3，故可上浮锌液表面形成表渣，由此净化了锌液。锌液中的有效铝含量与锌层厚度的关系，见表2。

表2 锌液中铝含量与锌层厚度的关系

研究表明，向锌液中加入0.01%铈与镧的混合稀土元素，可进一步改善锌液流动性，对减薄锌层能取得明显效果。

2.4 实际使用效果讨论

（1）带钢运行速度最高为120 m／min 时，外力采用如下参数：

①风机排风量：100Nm3／min；（传统方法为：70 Nm3／min）

②马达功率：160kW；（传统方法为：90kW）

③风压：0.07 MPa；（传统方法为：0.05 MPa）

④气刀开口度：中0.6mm，边1.2mm。（传统方法为：中1.5mm，边2.5mm）

（2）提高锌液流动性，减小锌液被刮除时的对斥力，采用如下参数：

①锌锭中铝含量：1.2±0.2%（传统方法铝含量为：0.46%～0.66%）

②锌液中铝含量：0.70%～0.90%；（传统方法铝含量为：0.16%～0.20%）

③锌液中铁含量：＜0.008%（传统方法为：0.02%～0.03%）

④混合稀土元素含量（RE）：锌锭中0.1%；锌液中0.01%（传统方法无混合稀钍元素）

3 结果与讨论

在采用合适的气刀压力和锌合金成份的情况下，可以有效降低锌层厚度。锌层厚度控制目标值，见表3。

表3 锌层厚度控制目标值

由表3可知，本方法比传统带钢热镀锌可减薄镀层厚度30%～40%。

［1］李九岭.带钢连续热镀锌［M］.第三版.北京：冶金工业出版社，2010.

［2］李九岭，许秀飞，李守华.带钢连续热镀锌生产问答［M］.北京：冶金工业出版社，2011.

［3］李九岭.宽带钢热镀锌的发展［J］.武钢技术，1999，（1）：37.

［4］李九岭，汪晓林，郑洪道.带钢热镀锌线生产成本的控制［J］.轧钢，2007，（6）：24.