第24卷第1期1997有色金属设计NONFERR OUS M ETALS DESIGN Vol.24No.11997连续热镀锌生产工艺及现状分析*纪　凤　玲(昆明有色冶金设计研究院) 摘　要　阐述了热镀锌技术的原理及其发展过程。

系统介绍了热镀锌生产中的工艺和设备配置情况。

关键词　热镀锌　生产工艺　设备配置*收稿日期:1996-10-141　概述镀锌可分为电镀锌和热镀锌,热镀锌又分单张镀锌和连续镀锌。

落后的单张钢板熔剂法热镀锌机组,采用叠轧热轧薄板做原料,经退火后进入镀锌车间,利用酸洗的方法去掉表面的氧化铁皮,涂溶剂后经烘干送入锌锅进行热镀锌。

这种生产方法因产量低、成本高、质量差、环境污染严重、经济效益低等缺陷,正处于被淘汰的境地。

取而代之的是具有优质高产、低耗、经济效益显著的现代化大型连续热镀锌作业线。

它具有生产成本低、方法易行、有阳极保护作用(当镀层完整时,起隔绝作用,如果镀层发生不太大的破损时,由于电化学作用,镀层自身被侵蚀,从而保护了钢材不受腐蚀)、镀层牢固、外表美观等优点。

特别是近年来随着冷轧机的发展,连续热镀锌也得以迅速发展,各种连续热镀锌机组不断出现。

但无论是卧式还是立式机组,都必须完成以下5项工作。

(1)以原料(冷轧带钢)为钢卷,配备开卷、剪切、焊接等设备,以满足带钢连续供给热镀锌机组。

(2)进行镀层的准备工作,做表面准备和组织准备,如去油、清洗、退火等。

(3)进行热浸镀锌,控制镀层厚度和锌层表面状态。

有的采用辊镀,有的采用吹气法。

目前镀层表面处理,除了控制锌花大小之外,还要作锌层合金化处理。

(4)镀锌带钢的冷却、精整、及钝化处理。

(5)将带钢卷取或送入剪切线,得到卷材或板材以供货。

热镀锌生产的产品热镀锌板用途很广,现已被普遍应用于许多领域中。

如建筑业、车辆制造业、容器制造业、机电工业、家用电器业等。

故分析和研究热镀锌生产的工艺、技术原理、功能等特点十分重要。

2　热镀锌生产工艺受云南省昆明呈贡银乐集团总公司委托,我所承接了昆明呈贡洛羊钢厂的设计任务。

该工程选用了具有90年代世界先进水平的工艺设备,热镀锌生产线就是其中之一。

该生产线配备有最先进的单机设备,例如美国专利锌层合金化炉、英国专利感应加热锌锅、德国专利双嘴气刀,所以该热镀锌机组是一条现代化大型宽带钢连续热镀锌作业线。

2.1　连续热镀锌机组的选择据有关资料报道,1990年以前,世界上已投入运行的热镀锌作业线共有218条,生产能力为3214万t/a,其中包括中国的武钢热镀锌生产线和宝钢热镀锌生产线。

武钢热镀锌生产线,从机组设备到生产技术全部由西德引进,设计能力为15万t/a。

它采用的是具有70年代先进水平的改良森吉米尔法,与传统的森吉米尔法相比,具有优势、高产、低耗、安全等一系列优点。

该机组自投产以来,已为国家提供大批急需的优质热镀锌板,产品质量也在不断提高,其主要质量指标在超过设计水平之后,现已接近西德水平。

武钢通过多年的生产实践,已摸索获得一些可靠、成熟的技术数据,可供本设计参考。

经我所和武汉钢铁设计研究院的专家及外商商谈,进行了充分的技术分析,最后确定选用德国施罗曼西马克公司的热镀锌生产线,设计能力为15万t/a。

热镀锌生产工艺采用改进后的森吉米尔法。

配备有先进的单机设备、预清洗系统、立式活套贮存器(也称活套塔)、无氧化加热炉(NOF炉)、改进型气刀设施、感应加热式锌层退火炉、改进型四辊平整机及单独的铬酸盐处理系统。

该热镀锌机组的主要技术性能:带钢宽度700～1250mm,厚度为0.25～2.5mm,钢卷内径5610/5508mm,钢卷外径最大52150mm,钢卷重量32t;机组入口段速度150m/min,热镀锌段速度120m/min,出口段速度150m/min;带钢材料为CQ、DQ等,镀层最大厚度达200g/m2(两面),整条机组长度为140m。

2.2　工艺流程及设备布置热镀锌所需原料为冷轧带钢,带钢经酸洗——冷轧联合机组后,直接进入热镀锌机组,生产工艺流程见附图。

附图　连续热镀锌机组生产工艺流程图1—开卷　2—矫直　3—剪切　4—焊接5—预热段　6—加热段　7—冷却段　8—锌锅9—锌层退火炉　10—气刀　11—平整　12—拉伸矫直13—化学处理　14—卷取 整条生产线根据工艺流程、生产的顺序和作用,布置在长292m,宽192m的车间内(包括产品库房面积)。

车间可分为4个主要区段,即入口段、加热炉区、处理区和出口段。

入口段包括开卷、穿带、剪切、焊接、清洗、干燥等设备。

加热炉区包括入口立式活套塔、辊式张紧装置、卧式连续退火炉设备。

处理区包括镀锌系统、锌层退火炉、四辊平整机、张力矫直机、铬酸盐处理系统、带钢输送和张力控制所需的张紧辊组。

出口段立式活套塔位于处理区和出口段之间,它是带钢的贮存装置。

另外,在出口段内依次还有带钢检查台、打印机、包装机和用于重新卷取带钢的张力卷取机。

2.3　功能特点2.3.1　清洗段带钢经开卷、自动焊接后进入清洗段,在此去除残留在带钢表面上的液化液、油脂51第1期　纪凤玲:连续热镀锌生产工艺及现状分析　和氧化铁皮。

这样可减少退火炉辊道的污染,也为获得良好的带钢表面质量提供了基本保证。

本清洗段先用碱浸洗,后用洗涤刷洗机刷洗,再用清水冲洗两遍,之后进行干燥。

预清洗设备安装在一个高架平台上,有关的水循环系统安装在地平面之下。

经清洗排出的水为碱油废水(悬浮物100～500mg/L,油70～150mg/L),经沉淀净化除油去渣后,进入水循环系统。

废水不外排,可减少环境污染。

2.3.2　卧式退火炉连续热镀锌机组按退火炉形式分为两种:卧式和立式。

在卧式炉内,带钢和炉底辊之间的接触最少,造成炉底辊表面和带钢速度不相同,这样会缩短炉底辊寿命,影响带钢质量。

所以在工艺段入口采用张力控制装置,在出口采用张紧装置,并对张力控制进行自动调节,从而保证卧式炉内加热区和冷却区的各段张力和镀层区的张力基本相等。

卧式退火炉共分3段:预热段、加热段、冷却段。

预热段为无氧化加热,用煤气对带钢表面进行加热,使油质蒸发。

还可以用加速加热来提高带钢的预热温度。

加热段炉温约1250℃,在加热过程中,所有杂质的蒸发和燃烧不会造成钢板表面氧化,带钢表面的轧制油污不是通过燃烧去除,而是靠弱还原性气氛高温挥发去除,保持了原板的光洁表面。

冷却段,用电加热调整出炉温度为460℃。

带钢经退火后可清除冷轧引起的加工硬化,使带钢有良好的可塑性,同时也可提高带钢的深冲性能,该性能对汽车用的热镀锌板是非常有利的。

2.3.3　镀锌区按照传统的镀锌工艺,由于锌锅采用铁制锌锅,导致锌锅的维修和面渣的处理成了一大难题。

武钢热镀锌机组采用感应加热锌锅,这种锌锅的特点是锅体采用耐火材料砌筑,不生成锌渣感应加热,可使锌液在磁场作用下,按一定方向不停运动。

这样,即使偶尔发生锌液中铁含量超饱和现象,也会由于锌液的持续搅动,使析出的铁来不及聚集成大颗粒,就被带钢带走了。

所以武钢感应加热锌锅现已生产40万t热镀锌板,从未捞过底渣。

据武钢检测,锌锅的带钢入口处锅底已聚集150～250mm厚的底渣(锌锅深度2m),带钢出口较少。

所以在热镀锌时,带钢从这样的锌液中穿过,就生产出了表面光滑、无锌粒缺陷的优质热镀锌板。

本工程的热镀锌机组也采用了感应加热锌锅。

锌锅温度一般控制在440～460℃范围内,使之和450℃左右的锌液温度基本上保持平衡。

锌锅采用气刀来控制镀层厚度及锌层的均匀性,气刀系统是安装在带钢两边,采用双嘴回转式气刀,此气刀装置噪音低,动力消耗少。

气刀采用压缩空气吹除带钢由锌液出来时带出的多余锌液。

锌层表面状态——锌花采用锌花控制装置,用1%～1.5%磷酸锌,通过压缩空气喷到带钢上,带钢表面上锌液均匀地迅速结晶,增多晶核数,并控制晶粒长大即成了小锌花板面。

喷射气体的压力0.3～0.4MPa,磷酸锌压力0.2～0. 25MPa。

2.3.4　锌层退火炉锌层退火的目的是使带钢表面锌层含有8%～10%的锌-铁加厚合金层。

在锌锅的上方配备锌层合金化装置——锌层退火炉,退火温度为400～450℃。

在退火炉内有加热带、保温带、冷却带。

为使带钢镀锌中的铁元素合金化,必须将带钢加热到500～600℃,并保温一段时间,经过适当的保温时间,可获得较好的合金化效果。

本工程锌层退火炉采用了先进的电感应加热。

2.3.5　平整与钝化平整机用于平整不同板材的表面,以提高机械性能。

如清除屈服应力,生产中须备有不同粗糙度的带钢。

本工程机组采用四辊52　有色金属设计　第24卷平整机和拉伸弯曲矫直机,都设有快速换辊装置,可在不中断带钢运行的情况下,同时更换上下辊,给操作带来极大的方便,也减少了一些中间环节。

经平整后要进行化学钝化处理,将稀释为1%的铬酸喷到带钢上,用挤干辊将多余的铬酸挤掉,接着烘干。

之后,带钢进入出口立式活套塔贮存,还可在其尾部进行钢卷分切,或更换平整机工作辊以保证带钢的连续运行。

热镀锌生产线全线操作由过程计算机控制,以确保生产的最佳化。

2.4　热镀锌机组的技术参数热镀锌机组的消耗指标见表1。

表1　热镀锌机组消耗指标表名　称单 位数 值金　属t/t 1.10电　力kWh/t120煤　气GJ/t0.796蒸　汽t/t0.762压缩空气m3/t70.973氮　气m3/t10锌　锭kg/t35循环水m3/t49.454脱盐水(软水)m3/t0.814净化水m3/t8.768新　水m3/t43　热镀锌现状目前,热镀锌生产线几乎均是从国外引进,其生产线状况见表2。

表2　我国宽带钢连续热镀锌生产线厂 家带钢规格厚度宽度(mm)(mm)工艺速度(m/min)生产方法采用炉型供货厂家投产年代武汉钢铁公司冷轧厂0.25～2.50700～1530150改　良卧式NOF德　国森吉米尔法炉德马克全套引进1979上海宝山钢铁公司冷轧厂0.30～3.00900～1850183改　良立式NOF美国美钢森吉米尔法炉联全套引进1990广东三水西南钢铁厂0.25～2.25457～121990美钢联法电解脱脂+美钢联卧式还原炉旧设备1994辽宁本溪钢铁公司冷轧厂0.5～2.50700～1500150改　良卧式NOF德国德马克部分森吉米尔法炉引进合作制造1996攀枝花钢铁公司冷轧厂0.25～2.50720～1120120改　良卧式NOF日本三菱部分森吉米尔法炉引进合作制造1996 据有关部门预计,至2000年,我国热镀锌板的需求量在130～150万t/a,其中汽车用板26～30万t/a,家电用板33万t/a,包装用板15～20万t/a,建筑用板30万t/a,其它用板18万t/a左右。

可见供需矛盾十分突出,同时也说明在今后相当长的一个时期内,我国热镀锌板的主要市场仍然是民用市场,其中薄规格钢板又最受人们青睐。