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熱鍍鋅在不同方面的進展創新

近年來,熱鍍鋅在工藝、裝備以及產品開發方面均取得明顯進展,在工藝上美鋼聯法已成為主流。帶鋼連續熱鍍鋅生產線正向著高速、高產以及寬厚規格方向發展。在產品方面,主要向高耐蝕鍍層板、高強度鍍鋅板以及環保型無鋅花鋼板方向發展。

    引入立式退火爐。美鋼聯法取代改良的森吉米爾法后引入了立式退火爐。立式退火爐的最大特點是:占地少,可大大縮短熱鍍鋅機組長度;溫控好,帶鋼在爐中運行距離長,退火溫度控制調節余量大,連續退火效果佳,可以生產特深沖、高強度的熱鍍鋅產品。

    立式退火爐由加熱段、均熱段、保溫段和冷卻段組成,預熱段不采用燃燒氣體直接預熱帶鋼的方式,而是利用加熱段燃燒廢氣通過熱交換器加熱保護氣體。再由循環風機抽出,通過帶有噴孔的氣體噴吹風箱,把熱保護氣體強制噴吹到帶鋼表面。溫度變低的保護氣體,通過風機從風箱的側縫中被抽出,再經過熱交換器加熱,對帶鋼進行循環噴吹,將帶鋼預熱到大約150℃—200℃。這種方式既能節約燃料大約7%—8%,又能減少對加熱段第一根轉向輥的熱沖擊,在延長輥子壽命的同時可以避免帶鋼升溫速度太快而引起的帶鋼變形,對薄規格產品的板形非常有利。加熱段主要采用W型輻射管間接加熱方式,有利于帶鋼表面清潔。輻射管交錯布置在帶鋼兩側,可保證帶鋼均勻受熱。輻射管主燒嘴為鼓-抽式,其燃燒控制精確,燃燒效率高,并帶有換熱器,可以把助燃空氣預熱到500℃左右。這種燒嘴不但可以減少燃料消耗,還可以減少NOx的排放。為了減少輻射管對爐輥的直接熱輻射,減少帶鋼的熱瓢曲,該段裝有隔熱板,有的廠家在該段前幾套爐頂輥處還裝有輥子凸度控制系統。該段最高爐溫約960℃。采用輻射管加熱時,通常加熱段和均熱段為一體,中間不再設置隔墻,加熱和均熱除輻射管設置數量不同外,其他沒有嚴格界限。冷卻段是一個快速冷卻室,為獲得更高的冷卻速率,可采用高濃度氫氣作為冷卻介質,再配合優化的高速噴氣冷卻,最大冷卻速度可達130—160℃/s。

    鍍鋅設備不斷完善。鍍鋅設備包括氣刀、沉沒輥、穩定輥及附屬設備、鋅鍋及加鋅設備等。氣刀制造商不斷改進氣刀,形成了方登、奧鋼聯、杜瑪、柯勒等著名專業廠商。每家氣刀各有特色,總的方向是能自動跟蹤帶鋼,使氣刀與帶鋼保持穩定距離;氣刀可整體組裝調整,有準確定位機構;噴嘴區域可實現壓力恒定的動態控制;雙唇回轉氣刀;更佳的刀唇間隙曲線;設置遙控氣動快速刀唇清理裝置;設置氣刀水平方向快、慢速打開及準確復位系統;采用氣刀吹氮氣技術生產汽車用熱鍍鋅板。鋅鍋多采用熔溝式陶瓷鋅鍋,鋅鍋容積趨向加大,有利于鋅液穩定,通常沉沒輥的下緣距鍋底至少1800mm,汽車板熱鍍鋅機組的鋅鍋容積要更大些,多在320—350噸,并設置兩套自動加鋅錠裝置,以確保鋅鍋鋅液面穩定。

    鋅層退火爐加熱方式。鋅層退火使帶鋼表面鋅層含有8%—10%的鋅-鐵加厚合金層。在鋅鍋的上方配備鋅層合金化裝置鋅層退火爐。在退火爐內有加熱段、保溫段、冷卻段。為使帶鋼鍍鋅中的鐵元素合金化,必須將帶鋼加熱到500—600℃,保溫一段時間,以獲得較好的合金化效果。從鋅層退火工藝上看,加熱時間越短對合金化過程越有利。燃氣直接加熱受設備本身結構的限制,加熱時間不可能很短,同時火焰直接噴吹帶鋼表面,對鍍層表面質量不利。感應加熱方式可以在1秒甚至更短時間內完成加熱過程,不僅對鋅層退火工藝有利,同時也可降低整體設備乃至車間廠房的高度,而且感應加熱控制方便,反應快速。因此加熱方式已從燃氣直接加熱發展為感應加熱。

    性能優良的光整機與拉矯機。光整機通過控制軋制力或者延伸率來獲得良好的帶鋼平直度。光整機已從兩輥發展到四輥,而且設干、濕兩種光整工藝,對帶鋼進行濕式光整有利于提高表面質量和工作輥壽命。為防止光整機區域輥子粘鋅問題,光整機設置高壓水清洗系統,用于工作輥、支撐輥的清洗,清洗水最高壓力140bar。濕光整采用脫鹽水和光整液兩種濕光整劑,在生產合金化產品時,濕平整通常采用脫鹽水。而生產高粗糙度且要求純鋅板時則采用專門的光整液作為濕光整的介質。光整機采用大、小兩種直徑工作輥,分別適應于軟鋼和硬鋼的特殊需要。工作輥輥面采取毛化處理,以滿足汽車板或者高檔家電板對帶鋼表面的粗糙度要求。生產800MPa高強度熱鍍鋅板,光整機可選擇最大軋制力為1000噸,最大延伸率為2%。

    無鉻鈍化后處理技術。根據用戶不同需求采用多種后處理方式,2006年以前應用最多的是用六價鉻酸鹽鈍化處理,但因其為劇毒物質,2003年歐盟議會及理事會發出ROHS指令,從2006年7月1日起禁止在新投放市場的電氣電子設備產品中使用。為滿足對環境友好型熱鍍鋅表面處理鋼板的需求,無鉻熱鍍鋅鈍化涂層鋼板的開發和生產逐漸得到重視。在尋找鉻酸鹽的替代物過程中,國外研究較多的有鉬酸鹽、鎢酸鹽、硅酸鹽、鈦鹽、含鋯溶液、含鈷溶液、稀土金屬鹽溶液、Cr3+溶液、磷酸鹽鈍化等無機鹽類鈍化,也有采用單寧酸、植酸、丙烯酸、環氧樹脂、有機硅烷等有機類鈍化。

    先進的冷卻技術。為了使熱鍍鋅機組生產烘烤硬化鋼、雙相鋼等產品,機組需要具備高速冷卻的能力,冷卻速度要求達到50℃/s或更高。熱鍍鋅退火爐上使用的冷卻技術主要為噴氣冷卻和高速噴氣冷卻。高速噴氣冷卻是把爐內保護氣體高速噴射到帶鋼表面,以達到在冷卻段快速冷卻帶鋼和減少帶鋼表面溫差的目的。由于噴氣冷卻具有收斂的自穩定特點,即如果帶鋼溫度不均勻,溫度高的部位與氣體的溫差大,冷卻快;反之,帶鋼溫度低的部位與氣體的溫差小,冷卻慢,從而最終達到整個板面溫度均勻的目的。日本新日鐵住金開發的高速噴氣冷卻在帶鋼寬度方向上分5個區段,設置5個擋板,與出口側的掃描溫度計配合,控制帶鋼橫向板溫使之均勻。JFE開發的高速噴氣冷卻與輥冷技術結合形成高速噴氣冷卻加輥冷復合技術(RGCC)。新日鐵住金的高速噴氣冷卻技術與JFE的主要差別是噴嘴不同。新日鐵采用圓柱狀噴嘴,JFE采用窄縫噴嘴,并采取了如噴嘴橫向移動等能有效減輕氣體回流的對策措施,以保證帶鋼寬度方向的均勻冷卻。與JFE的窄縫噴嘴相比,圓柱狀噴嘴達到相同的冷卻能力,所需的能量更小。與其他冷卻方式相比,高速噴氣冷卻技術生產的產品缺陷少,板形控制能力更強,冷卻的起始溫度可以較高,約675℃,有利于提高鋼板性能,更適合薄板高速穩定運行。


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