连续热基镀锌产品厚边问题的分析与解决

程 霖，王 单，张妹英

（河钢集团邯钢冷轧厂新酸镀车间，河北 石家庄 050000）

连续热镀锌是一种经济有效的金属防腐措施，热基镀锌带钢产品以其良好的防腐性能、表面质量以及可加工性能在机械制造、家电面板等领域得到了极为广泛的应用。在热基连续热镀锌产品生产中，表面镀层厚度的均匀性是衡量热镀锌产品质量的关键性指标，但是由于生产工艺和操作等方面的原因，热镀锌产品有时会出现镀层厚度不均匀的情况，主要表现为边厚缺陷。边厚是厚规格热镀锌产品常见的缺陷问题之一，存在厚边缺陷的产品，其边部镀层厚度要明显大于中间部位，镀层表面呈现出中间低两侧高的不规则形态，严重影响镀层的均匀性，对于产品后续的卷曲、光整等加工环节也有着很大的影响。本文结合邯钢热基镀锌生产实际，分析了镀锌产品边厚问题的原因，并提出了相关的解决措施。

1 连续热基镀锌产品镀层厚度的控制原理

1.1 连续热基热镀锌机组简介

邯钢2#连续热基热镀锌生产线于2014年12月份建成投产，设计生产规模35万吨。机组以热轧酸洗带钢为生产原料，采用改良森吉米尔法，主要生产市场上需求的0.8～4.0×1000～1500mm规格的热基镀锌板。本机组主要以热轧带钢为基板，经过酸洗后由吊车将钢卷吊至机组入口步进梁上，进入镀锌工段。机组工艺流程主要包括:开卷→矫直→窄搭接焊接→入口活套→退火→镀锌→冷却→矫直→钝化处理→剪切→卷曲入库。

1.2 锌层厚度的控制原理

目前对于镀锌层厚度的控制主要采用气刀喷吹法，由气刀控制来实现。该方法具有控制精度高、锌耗低、生产连续性好的特点。本机组气刀系统采用FOEN气刀设备，主要由气刀控制系统、提升机构、定位测量装置和压力空气供给系统等几部分组成，通过闭环控制系统控制气刀装置各机构运行。

经过加热炉升温后的带钢进入到锌锅内，与熔融状态下的锌液相接触，经过一段时间后，逐渐在带钢表面形成致密的锌铁合金，从而完成对带钢的镀锌。对于锌层厚度的控制则是在带钢刚出锌锅，表层锌液还未完全凝固，尚处在半流体状态时，此时带钢表面锌液层具有一定的可塑性。气刀调厚装置正是利用了锌液的这一特性，采用形状准确的气缝，朝向镀锌带钢喷射出一定压力的空气流，通过调节气体压力来控制锌层厚度。在气刀喷吹的过程中，气刀高度、运行速度、空气压力、刀唇与带钢间距是影响锌层厚度调节的几个关键性因素。生产时可根据产品规格和锌层厚度要求，在气刀控制系统内建立模糊控制模型，对上述几个变量进行自动化精确调节，从而实现了对锌层厚度的高精度控制。

2 镀锌层边厚原因的分析

边厚缺陷是指带钢镀锌层边部大于中部的情况，其特点是粗大凝固组织形成的粗糙表面。根据产生时生产线速度可分为高速后边和低速后边两种情况。根据气刀控制原理，边厚的原因可分为以下。

2.1 气刀间隙设置不当

气刀刮锌主要是利用了流体冲击技术，由喷吹气流冲击带钢表面，并在其表面形成高压区域，从而将带钢表面的多余的锌液刮掉。气流冲击量的大小决定了被吹刮的锌量，而气流冲击量则主要与喷吹气流压力和气刀缝隙有关。刀形气流喷吹模型试验证明，宽向气流压力呈抛物线状由中部向边部递减。因此，在气流压力一定的情况下，如果气刀缝隙设置完全均等，则带钢中部气流冲击量是要大于两边的，由此也造成了中部刮锌量较大而两边刮锌量较小的情况。由气刀缝隙设置不当造成的压力分布和宽向气流冲击量不均是边部锌层增厚的主要原因。

2.2 刀形气流喷吹角度原因

气刀刀唇长度要远长于带钢横向宽度，所以气流宽度也总是超出带钢边缘。如果两侧气刀角度设置完全一致的话，两股喷吹气流则会角度吻合而相互撞击，使气流流向发生偏转，强度降低；并在带钢边缘部位形成涡流状气流，从而降低了气流对于带钢边部锌层冲击力，使得边部刮锌不彻底。由此也减弱了边部气流的刮锌能力，使带钢边部出现厚度增加和粘黏锌粒等缺陷问题。

2.3 带钢散热不均和本身的质量问题

根据锌层厚度控制的原理可知，镀锌层的半流体可塑性是气刀喷吹法使用的前提。由于带钢本身热量较低，而且边部更易于散热，在气刀气流的强力冷却作用下，导致带钢边部温度低于中部，锌液粘性增强。此时，气刀喷吹气流的冷却作用要大于刮锌作用，边部锌液会较快的出现冷却凝固，从而形成边厚。还有一种边厚情况是由于带钢本身的质量缺陷所致，由于带钢表面不平整，致使气流无法对带钢表面形成均匀的喷吹作用，气流压力无法在带钢表面均匀分布，因而造成锌层厚度的不一致。对于该原因造成的边厚问题则应从提高带钢轧制质量，减少表面缺陷入手。

3 连续热基镀锌产品厚边问题的解决措施

3.1 气刀唇缝的优化设计

由于宽向气流压力由中部向边部的递减效应，因此完全规则的气刀刀唇间隙是难以适应生产需要的，常常会出现中间与两边厚度不均匀的情况。这就需要对刀唇间隙进行调整，通过不均匀的唇缝设计，来优化喷吹气流的分布，使气流冲击力能够均匀的作用于带钢表面。基于以上原因，各钢铁企业普遍都采用了中部窄缝隙，边部宽缝隙不均等刀锋缝气刀，从而使气流压力呈现出由中部向两边递增分布形态，使气刀宽度方向上的气流冲量趋于均匀。生产实践也证明了刀唇缝隙调整的重要性，只有以合适缝隙喷吹时，才能得到宽向相等的刮锌量，以解决因此而产生的边厚问题。刀唇缝隙的设计并非越宽越好，吹气量和气流冲击力过大的话，则容易造成锌液的飞溅，增加堵塞喷嘴的可能性。因此气刀唇缝曲线的优化设计应在保证刮锌量需要和锌层厚度的前提下，尽可能地缩小刀唇缝隙，合理设置气刀与带钢之间的距离，找到两者之间设计的最优方式，以喷吹出均匀而精确的气流来平稳刮锌。

实际生产中，刀唇曲线形状是与设备和生产工艺的具体情况相适应的，我们根据带钢规格和锌层厚度要求，设计了通用的曲线模型，满足了不同规格带钢镀锌产品的生产需求。而实用的最佳缝隙值还要视具体情况而调整，这需要通过长时间的经验积累才能获得。

3.2 精确定位气刀边部挡板位置

设置气刀边部挡板是强化边部气流分布，进一步降低边部增厚程度的有效措施，生产中需要对挡板位置优化调整，才能达到最为理想的控制效果。挡板与运行带钢边部的距离量越小越有利于边部气流控制，但同时也应避免挡板与带钢边部的摩擦和撞击。通过不断的生产摸索，我们将挡板定位于距离带钢边部2mm处，通过信号控制气缸保持对距离的精确控制，防止撞击和摩擦；同时要求底部圆弧角起始位置与刀唇缝隙保持平齐，两者始终处于同一平面内，达到了较为理想的边部气流强化效果。

3.3 喷吹角度的调整

合理调整喷吹角度主要是为了避免两股气流撞击在一起，相互抵消气流的冲击力。因此最为理想的设计方式是使两股气流错开一定的角度，使上、下气刀喷吹角度有一个差值，从而避免两股气流冲量的相互抵消，保证气流良好的冲击力效果。此外，在生产厚规格镀层产品时，应尽量采用负角度，减弱气流喷吹的冷却效果。

3.4 优化带钢温度

带钢温度过低的话，进入锌锅后会带低锌液的温度，不利于对锌层的喷吹调整。经过多年生产经验的积累，我们将带钢入锌锅的温度设定在470℃左右，略高于锌锅温度。如此，既保证了锌液良好的流动性，也使得其具有较好的黏附性，从而保证产品镀层的均匀性，也利于降低能耗。