热镀锌退火炉热工工艺分析

热镀锌退火炉热工工艺分析贾丽娣1　吕春风1　李锋1　李静2　林斌2　白世宏2(1.鞍钢集团技术中心　2.鞍钢集团新轧钢股份有限公司) 摘要　介绍了热镀锌退火炉的组成及退火工艺过程,从退火炉各段的温度、气氛对镀锌层粘附性的影响方面对退火炉热工工艺进行了分析。

关键词　热镀锌　退火炉　温度　气氛A nalysis on T herm al T echno logy of A nnealing Fu rnace fo r Ho t Galvan izingJ i a L id i 1　L u Chunfeng 1　L i Feng 1　L i J i ng 2　L i n B i n 2　Ba i Sh ihong2(1.A ngang T echno logy Cen ter 2.A ngang N ew Steel Co .,L td .) Abstract T h is paper introduces the component of annealing furnace fo r ho t galvanizingand the annealing p rocess ,analyzes the ther m al techno logy of annealing furnace from the i 2nfluence of the temperature and atmo sphere of each secti on of the annealing furnace on the visco sity of zinc coating .Key W ords ho t galvanizing annealing furnace temperature atmo sphere0　概述改良森吉米尔法热镀锌退火炉由无氧化段、还原段、缓冷段、喷流冷却段四部分组成。

无氧化段的作用是将基板表面残油挥发,并快速提高带钢温度;还原段的作用是将带钢温度进一步提高到再结晶温度,并还原表面氧化膜;缓冷段的作用是在再结晶温度下保温、缓慢冷却,并还原带钢表面氧化膜;喷流冷却段则用于将带钢快速冷却到镀锌温度,并保证带钢表面以光亮状态进入锌锅。

因此,退火炉各段的温度工艺直接影响镀锌板表面镀层的质量和性能。

鞍钢冷轧厂1#、3#热镀锌机组均采用改良森吉米尔法,退火炉部分为立式结构,其示意图见图1。

图1　退火炉示意图 贾丽娣,高级工程师,1989年毕业于东北大学热能工程专业,现在鞍钢技术中心冶金工艺研究所从事冶金热工技术研究(114009)。

・42・AN GAN G T ECHNOLO GY 2005年第2期总第332期1　退火炉各段温度特点1.1　无氧化段无氧化段实际由两部分组成:无烧嘴预热区和有烧嘴燃烧区。

带钢由密封辊入口处在室温状态下进入预热区,由于该机组没有清洗处理,因此带钢表面残留的轧制油需通过无氧化加热工艺去除。

轧制油的主要化学成分是碳氢化合物,其裂解温度通常在400～420℃左右(油脂种类不同,裂解温度不同)[1]。

从无氧化段炉形结构分析,预热区内热量来自烧嘴区焦炉煤气燃烧后废气的热量,温度相对较低。

该段温度控制的重点是使带钢表面油脂完全挥发,若控制不当,剩余的油脂进入烧嘴燃烧区,油脂就会被碳化,使带钢表面出现较多的结晶点,镀层表面锌花小、均匀性差,并伴有脱锌现象,影响热镀锌表面质量。

目前,退火炉预热区在厚料生产时能够满足温度要求,但在薄料生产时温度通常达不到要求,因此应研究如何提高薄料生产时预热区的温度。

具体操作工艺可通过调节烟闸开启度,改变烧嘴燃烧区(一～四区)的热量分配制度来实现。

烧嘴燃烧区采用焦炉煤气为燃料,高温燃烧产物直接加热带钢,带钢升温速度快,但同时要考虑带钢宽度方向温度的均匀性,以避免影响锌花尺寸(带钢表面温度低则锌花小,温度高则锌花大)。

影响带钢表面温度均匀性的因素有:烧嘴结构、烧嘴布置方式、烧嘴燃烧状况、炉温控制方式。

该炉烧嘴结构为直火焰结构,每一对烧嘴在带钢宽度方向两侧交错布置,平行于带钢表面两侧进行加热。

从烧嘴结构和布置方式分析,烧嘴火焰长度必须达到带钢宽度的大小且温度均匀,才能保证带钢加热温度的均匀性。

目前,炉温控制方式是以区为控制单位,通过调节每个区的空煤气流量,实现目标温度闭环控制。

但随着空煤气流量的调节,气体喷出速度改变,火焰长度会发生变化,有可能造成温度不均。

因此减少热负荷时,应按一区、二区、三区、四区的顺序关闭部分烧嘴以降温,同时保证开启烧嘴在最佳额定状态下工作,以避免因调节炉温而出现的横向温度不均问题。

另外,在调节一种温度制度后,对每个烧嘴的燃烧状态应进行微调,尽可能保证各区烧嘴燃烧状态接近,提高区内温度均匀性的控制精度。

连续热镀锌机组所用的原料主要为冷轧板卷。

在冷轧过程中会发生塑性变形,晶粒延长、扭曲或破碎,产生加工硬化,所以必须通过再结晶退火形成无应变的新晶粒[2],以改善带钢的性能。

还原段的作用就是使带钢达到其再结晶退火温度,同时对带钢表面的氧化膜进行还原。

该段在保护气氛下采用辐射管间接加热,带钢升温速度较慢。

目前主要生产CQ、DQ、DDQ三种级别的镀锌板,由于还原段设计能力略显不足及炉温调节缓慢,不同产品退火温度的调节需要在与无氧化段配合的同时进行调节。

通过调节无氧化段带钢出炉温度和还原段出炉温度来保证所需的退火温度。

1.3　缓冷保温段带钢在还原炉出口达到再结晶温度,再结晶开始,通过缓冷保温段保温一段时间保证再结晶完全,再进行缓慢冷却。

该段采用电加热保温,空气辐射管缓慢冷却,以保证带钢表面氧化膜彻底还原。

1.4　喷流冷却段带钢出缓冷保温段时温度为680℃左右,进入喷流冷却段后,快速冷却到入锌锅所要求的475℃。

带钢入锌锅温度的高低影响热镀锌板镀层的粘附性,温度高时会造成镀层粘附性及韧性恶化,同时易形成锌粒缺陷,影响镀锌板的表面质量,因此该段温度调节非常重要。

喷流缓冷采用循环风机将炉内气体抽到水冷换热器中,冷却后再进入炉内,通过喷流装置的许多小孔直接喷到带钢表面。

由于气流流速高,对流传热快,带钢能够快速冷却。

冷却段共有8台循环风机,通过调节循环气体流量来控制一～四区的温度。

2　退火炉炉内气氛2.1　氧化段炉内气氛控制根据现代热镀锌理论,带钢进入锌液后,表面应呈活性海绵铁状态,同时在锌液中加入适量的铝,可以使钢基和铁2锌镀层之间形成阻止扩散的中间层Fe2A l5化合物,使镀层能够牢固地附着在钢基表面[3]。

带钢经明火氧化炉去除表面油脂时,同时在表面形成一层很薄的氧化膜,所以必须在还原段、缓冷段完全去除,使基板表面以活性海绵铁状态进入锌液镀锌,以免出现脱锌、露铁等现象。

・52・贾丽娣吕春风李锋李静林斌白世宏　热镀锌退火炉热工工艺分析无氧化炉主要通过烧嘴空气过剩系数的调节来控制炉内气氛。

一般炉气成分含有CO 2、H 2O 、H 2、CO 、O 2,其中O 2、CO 2、H 2O 为氧化性气体,H 2、CO 为还原性气体。

由于O 2的氧化性最强,为避免自由O 2对钢的强氧化作用,烧嘴空气过剩系数必须小于1。

CO 2、H 2O 与钢板的氧化反应是可逆的,反应方向与H 2、CO 的浓度及温度有关。

Fe +CO 2[FeO +CO Fe +H 2O [FeO +H 2无氧化炉烧嘴区炉温一般为1200℃左右,炉内若要控制为还原性气氛,必须保证H 2O H 2≤0179、CO 2 CO ≤01317,空气过剩系数控制在016以下[4]。

空气过剩系数这样低,燃烧起来很困难,而且浪费燃料,因此实际操作中烧嘴的空气过剩系数一般为0185～0196,炉内控制为微氧化性气氛,这样在无氧化段带钢表面实际仍形成很薄的氧化膜,再通过退火炉后面几段进行还原处理。

但是,由于鞍钢焦炉煤气成分经常波动,影响理论空气量,进而影响烧嘴实际空气过剩系数,所以目前生产中烧嘴空气过剩系数控制在0196～0198左右,有时大于1。

因此,为保证炉内气氛,可以在煤气管道加设热值仪,参与烧嘴空气过剩系数调节,以进一步稳定炉内气氛。

另外,还原段保护气体中剩余的H 2进入无氧化段,对形成还原性气氛有利。

带钢表面氧化程度还与带钢在炉内的加热时间有关。

随着加热时间延长,氧化加剧。

因此,在保证带钢退火温度条件下,应适当提高机组生产率,缩短带钢在炉内的停留时间,以减小氧化铁皮厚度,改善锌层粘附性。

2.2　还原段气氛控制无氧化段以后的还原段、缓冷段、快冷段炉内气氛均控制为还原性气氛,目的是将带钢表面在无氧化段形成的氧化铁薄膜还原,使带钢表面以活性海绵铁状态进入锌液。

炉内通入H 2+N 2保护气体,利用H 2将氧化铁还原为纯铁,同时生成H 2O 。

由于还原段带钢温度较高,带钢表面还原反应激烈,氧化铁皮主要在该段去除。

缓冷段、快冷段进一步还原并保护带钢表面还原性。

因此从带钢入锌锅之前、锌鼻子处到还原段入口,炉内H 2含量逐渐减少。

正常情况下,退火炉严密没有漏气,退火炉内H 2消耗量取决于带钢表面氧化铁皮厚度,保护气体中H 2含量必须大于其实际消耗量,才能保证带钢还原彻底。

还原段的气氛通过调节保护气体H 2的比例来进行控制。

由于机组生产率随带钢规格变化而变化,而带钢表面氧化铁皮厚度很难估计。

因此实际生产中,通过对炉内各段露点的检测,确定炉内实际的H 2O 分压,再根据带钢温度查取H 22H 2O 分压的平衡常数,确定合适的H 2分压和流量。

但从生产实际看,随着机组生产率的变化,炉内剩余的H 2含量也产生波动,这关系到生产工艺的调节。

经济合理的使用H 2,随时了解该参数,及时调节通入的保护气体H 2的比例参数,会使炉内气氛控制更可靠。

因此,还可考虑在还原炉出口处或第一区设置H 2含量检测仪或取样孔,在线检测或定时进行取样分析H 2含量,以便及时了解炉内气氛情况,稳定工艺。

参考文献1　吕军等.无氧化工艺对连续热镀锌钢板锌层附着性的影响.钢铁,2001,72　胡赓祥,钱苗根.金属学.上海:上海交通大学.19853　李九岭.带钢连续热镀锌(第二版).冶金工业出版社,20014　陆钟武,宁宝林等.工业炉热工及构造.沈阳:东北大学,1983(编辑　袁晓青)收稿日期:2004—08—12・62・《鞍钢技术》2005年第2期总第332期。