邯钢改良森吉米尔法热镀锌机组脱锌原因分析及对策

范春磊，王 静

（邯郸钢铁集团有限公司，河北056000）

0 引言

邯钢改良森吉米尔法热镀锌机组核心设备从意大利达涅利公司引进，控制程序和控制软件从西门子公司引进，为全国大陆范围内首条具有明火加热的连续热镀锌机组。该机组设计厚度规格范围为0.8～4.0 mm，宽度规格范围为850～1 500 mm，工艺流程主要为开卷-焊接-入口活套-加热炉-锌锅-气刀-冷却-拉矫-光整-钝化-出口活套-涂油-分切-卷取。加热炉以焦炉煤气为燃料。该生产线自2003年7 月份投产以来，取得了良好的经济效益。但实际生产中也暴露一些问题，脱锌就是其中致命问题之一。

1 脱锌的危害及原因

脱锌是指在连续热镀锌生产过程中，由于原料基板表面附着氧化层或其它异物层，使得锌铁合金层不能正常形成[1]，导致锌层的粘附性较差，其实质是锌合金层未能有效与原料铁基层结合，因此在进行冷加工折弯时，在折弯处出现锌层与原料钢基分离情况。锌合金层剖面结构如图1。

1.1 脱锌的危害

图1 锌合金层剖面结构

脱锌会造成钢基直接暴露于空气中，使得钢材被空气腐蚀，减少钢材使用寿命，长期腐蚀造成钢材强度降低，发生安全事故。如果发生在厂内检验时，将直接判废，影响成材率，如果发生在用户加工使用过程中，会造成用户无法使用。用户实际折弯加工时发生的脱锌情况如图2。

图2 折弯加工时的实物脱锌

1.2 脱锌的原因

脱锌的原因有很多方面，包括原料制备，机械设备及工艺原因，下面从这三个方面进行分析。

1.2.1 原料制备对脱锌的影响

邯钢引进的改良森吉米尔法热镀锌生产线，在设计上无清洗段，对于冷硬原料表面乳化液、铁屑等残留物质无清洁能力。热镀锌原料来自邯钢1 680 mm 酸轧机组，原料表面残留物质过多主要有以下两个方面：一是乳化液的润滑性差导致轧辊磨损较多，产生大量的铁粉，板带表面会有大量的残油残铁；二是润滑油等杂油的渗入，会破坏轧制油的润滑性和皂化性。

1.2.2 机械设备对脱锌的影响

加热炉冷却段炉壳漏气，外界含有氧气和水分的空气会通过漏气处进入到冷却段内，致使炉内氧含量和露点升高[2]，导致镀锌前的产品表面被氧气氧化，直接进入锌锅镀锌，没有足够的时间进行还原，产生脱锌情况。典型的冷却段漏气为焊缝接口处焊缝开焊，裂开，如图3 所示。

1.2.3 工艺条件造成的脱锌

（1）煤气热值的影响

图3 炉壳焊缝开焊

改良森吉米尔法热镀锌的加热炉为无氧化加热炉，带钢经过时基本上不被氧化，这样就需要控制空燃比例系数λ≤1，此时炉内燃料进行着缺氧的不完全燃烧，其废气成分为CO2、H2O、CO、H2、CH4、N2等，理论上属于还原气氛。但是，因废气中存在一定数量的水分及二氧化碳，还是有氧化气氛的存在。但水分及二氧化碳属较弱的氧化物，并且机组速度快，带钢在直焰段停留时间短，而且直焰段空燃比例系数λ 值控制范围为0.8～0.97，因此带钢在弱氧化气氛中加热所产生的极薄氧化膜，完全可以在后续的还原炉中得到充分还原[3]。

但是当燃烧所需要的煤气热值发生较大波动时，预先设定好的空燃比例系数λ 将不再适合对于炉内气氛的控制，炉内具有较强氧化作用的氧气含量增加，导致炉内为强氧化气氛，原料进行加热时表面发生强烈氧化，这在后续的还原炉中无法被完全还原。煤气热值发生较大幅度波动如图4。

图4 煤气热值较大幅度波动

（2）直焰段炉膛温度的影响

改良森吉米尔法加热炉直焰段炉膛内发生如下化学反应：

CO+²⅟O2=CO2

H2+²⅟O2=H2O

CnHm+（n+⁴⅟m)O2=nCO2+²⅟mH2O

以上三个反应方程式均为可逆反应，炉膛温度越高，其炉内还原气氛越强；反之炉内氧化气氛越强。

（3）带钢温度的影响

带钢在有氧气存在的气氛下发生氧化反应：2Fe+O2→2FeO（＞570 ℃）（不可逆）。并且氧化的带钢生成氧化亚铁后会继续和炉内气氛发生反应，如图5。

带钢温度高，一是会造成铁元素氧化成氧化亚铁，二是不利于氧化亚铁在一氧化碳的还原作用下分解成铁元素，氧化层的存在导致锌合金层无法与铁基形成锌铁合金层，产生脱锌情况。

图5 氧化亚铁与一氧化碳、二氧化碳反应

2 解决脱锌的对策

2.1 原料制备造成脱锌的对策

邯钢1 680 mm 酸轧机组1#罐为S1～S4 机架提供乳化液，浓度控制＞4%，3#罐为S5 机架提供乳化液，浓度控制为0.5～2.5%[4]，生产热镀锌备料时，可适当降低乳化液浓度；S5 机架采用光辊轧制，减少残铁，反射率60%以上。日常点检要重点维护机架高、低压液压系统、齿轮系统等管道，防止漏油污染乳化液；乳化液定期排放，每周排放一次，1#罐不小于15 m3，3#罐不小于10 m3；做好定期的乳化液喷嘴和吹扫的检查和清理工作，提高吹扫效果，减少残留。

2.2 机械设备造成脱锌的对策

生产过程中加热炉冷却段出现漏气情况，马上降低产线速度；降低冷却段冷却风机转速，降低负荷；通入大量氮气增加冷却段压力；减少调节冷却风机频次。检修时对漏气点进行修复；对冷却段使用氢气报警器进行点检，点检频次每8 小时2 次为宜；点检位置覆盖冷却段风机轴承密封处及炉壳设备法兰连接，焊缝焊口处，形成点检记录，便于后期进行追溯。

2.3 工艺条件造成脱锌的对策

2.3.1 根据煤气热值波动情况调整空燃比例系数λ

生产过程中操作者应时刻关注煤气热值显示数值，煤气热值发生较大波动时，应及时调整空燃比例系数λ，以适应即时的煤气热值，达到炉内气氛稳定目标。邯钢热镀锌煤气热值范围为3 705～4 095 Kcal，空燃比例系数λ 调整范围以0.85～0.93 为宜。遵循原则为煤气热值高，则空燃比例系数λ 设定高；反之则低的原则。

2.3.2 合理控制炉膛温度及带钢加热温度

改良森吉米尔法热镀锌加热炉明火段氧化-还原平衡图如图6 所示。从图6 可以看出，为保证带钢在明火段不被氧化，炉膛温度与带钢温度需要控制在3-还原表面区域。因此实际炉膛温度与带钢温度控制应遵循“高炉温，低带温”原则，既炉温≥1 200 ℃，带温控制在650 ℃左右，这种温度制度能够使炉内气氛始终工作在稳定的还原区域内。

图6

2.3.3 编排合理的生产计划

在编排生产计划时，应遵循各牌号产品带钢加热温度逐渐过渡原则，避免带钢加热温度出现幅度很大的波动，一般情况下各牌号带钢温度转换时波动幅度以小于5%为宜。

3 结语

自2010 年9 月采用上述措施后，产品脱锌问题得到有效改善，无论从生产制造成本、工序成材率方面，还是发生的用户产品质量异议方面都取得显著效果。总之，改良森吉米尔法热镀锌工艺运行比较复杂，要想找出真正造成脱锌的原因，需要一定的理论基础及较深的实践经验。邯钢经过多年的摸索，对于脱锌问题来说形成以下经验：带钢表面质量良好，但产品脱锌，主要问题应该发生在加热炉直焰段；带钢表面质量不好，产品锌花结构不明显，主要问题应该发生在加热炉冷却段。当然具体问题具体分析，还是要根据当时的具体情况找出影响因素。