热镀锌过程中锌渣的形成及其控制
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热镀锌过程中锌渣的形成及其控制
锌渣的大量产生,不仅会影响产品的表面质量,而且会造成资源浪费,降低锌锅使用寿命。
文章结合国内某大型钢铁厂镀锌线的生产实践,对热镀锌板锌渣缺陷形成机理进行了分析,重点探讨锌渣产生的原因,提出在实际生产中从工艺和设备上采取措施进行控制,减少锌渣的产生,提高镀锌板表面质量。
标签:热镀锌;锌渣;锌锅;底渣
1 前言
随着钢铁行业的快速发展,市场竞争日趋激烈,用户对镀锌板表面质量的要求也不断提高。
锌渣的产生不仅缩短了锌锅的使用寿命,而且影响产品的表面质量。
人们越来越注重对锌渣的抑制和改善办法的研究。
各大生产厂家应从生产流程和生产设施方面改进,从而减少镀锌过程里产生的锌渣量,并采取有效方法进行抑制,以减少原料消耗,改善带钢的板面及性能。
本文从热镀锌生产中锌渣的形成机理和减少锌渣的有效措施方面进行探讨。
2 镀锌生产过程锌渣生成的机理
无论采取何种措施进行产品的热浸镀锌,通过各种各样的反应、氧化以及腐蚀,锌锅中的液态锌中在所难免的会进入一定数量的铁元素,这一元素与Zn作用就会产出锌渣。
如果我们向锌锅中添加Al,这两种物质也会产生反应产出比重为4.2g/m2的Fe2Al5,由于这一物质的比重比锌液低,因此会浮在液体上部,曾经有人对这种情况进行过计算,镀锌过程中液态Zn中的Fe成分里,钢板溶解造成的损失约百分之七十点五,锌锅的腐蚀约百分之二点二。
铁进入锌液后,一般有83.7%形成底渣,6.1%形成了浮渣,10%附着于镀层。
我们通常所说的浮渣并不应该单单指分量较低的Fe2Al5,它还应该包括ZnO、Al2O3、ZnCl2及NH4Cl,通常进行溶剂法镀锌时会生成后面两种物质。
在连续热镀锌机组正常运转时,产生的浮渣通常由操作者手动通过捞渣勺进行打捞,主要目的就是防止由于锌渣过多而造成的产品表面缺陷等问题,很多大型机组在生产过程中还研制出了专门的捞渣设施及捞渣方法,从而有效提高了产品的表面质量。
生产过程中一定数量的Fe与Zn反应会产生FeZn7,它的熔点为640℃,高于锌液的温度,比重为7.25g/cm3,由于其比重比Zn大,因此会落入锌液底部形成我们通常所说的底渣,不但会造成大量的浪费而且会严重影响带钢的表面及性能。
除了上述之外,大面积的底渣还会造成锌锅辊子的磨损并产生由此引起的一系列问题,还会造成带钢表面的锌灰、锌粒等等各种缺陷,当锌锅中渣量较大时,一定要及时的进行捞取,必要时要进行停车处理,以减少经济损失。
3 锌渣的有效控制
3.1 改善镀锌锌锅的材质
由于常规的镀锌铁锅在生产过程中会与锌液发生反应,不仅会造成锌锅的腐蚀,降低锌锅的使用寿命,而且会大大的提高锌渣的产生量,而陶瓷材质的锅与液态的锌不产生化学反应,也不会受到液态锌的任何影响,而且长时间不需要检查更换,这种材质的锅一般可以用到11-14年左右。
而且由于锌与此材料不反应,故不会产生锌渣。
采用这种材料的锌锅,改善了常规的铁材质锅的侵蚀危害,在降低镀锌锌渣的生成量方面也起到了很大的作用。
3.2 原板表面质量的严格要求
操作工要对生产线入口的钢板表面质量进行严格的控制,严格检查原料表面的轧制油、灰尘、铁屑以及其他污物的含量,按要求检查钢板表面的反射率,严格控制原板表面的杂质,改善钢板表面的洁净度,要确保炉前清洗段的正常运行,使带钢在进行退火处理之前保持一个干净、光泽、无污渍的表面,使退火前的钢板表面反光性大于60 %,确保炉内温度及氧含量等各项参数正常,为产品在退火炉内的充分反应提供良好的条件,从而减少带钢出炉后表面氧化物与液态锌反应而产生的锌渣量。
3.3 调节退火炉炉内气体环境、降低钢板在退火过程中的氧化
在生产过程中要严格的按照工艺要求进行操作,在合理范围内调节空气和氧气的比例以及NHX的百分比,调节退火炉内环境中的氧气百分比,尽量减少钢板表层在炉内气氛中与氧发生化学反应,减少由于炉内生成物质进入锌锅与液态的锌和铝反应而生成的锌渣。
3.4 严格调节锌锅内的锌液温度以及产品进行镀锌前的表面温度
正常生产时要保证液态锌的温度在460±5℃范围内,因为铁在这个范围内的溶解相对很少,产出的锌渣量也相对较低,当液态锌的温度达到480℃,铁的消耗会以抛物线的状态变大,超过500℃范围时铁的消耗将会最大,此时将出现大范围的锌渣,由于锌渣的出现,带钢表面就会产生各种缺陷;相反,锌液的流动性又会随着温度的降低而降低,此时锌层量的控制会变得越来越难,生产薄镀层的家电板时的表面质量很难控制。
合理控制带钢入锌锅温度可以避免过高的带钢温度造成的铁损量以及锌渣量的增加。
3.5 严格规范加锌锭操作规程,提高锌锭表面的光洁度,减少加锭过程造成的锌液污染
操作者要严格以工艺要求和锌液化验结果为依据,尽量避免锌锅中各物质含量的上下浮动。
在进行加锭操作前,要清除表面的包装物,清扫锌锭表面的雨雪、
污渍、尘土及其他杂质,生产时要均匀添加、减少锌液面及锌液温度的变化。
4 无底渣操作
正常生产时大量的底渣散落在液体下面,很难在线捞取。
人们通过不断的探索发现了通过无底渣操作来改善这种状态,并获得了一定的成效。
当锌液中存在铁和铝时,有下列反应:
Fe+7Zn→FeZn7 (1)
2Fe+5Al→Fe2Al5 (2)
式2是首先反应的,生产中存在FeZn7时,会与过多的Al连续进行如下反应。
2FeZn7+5Al→Fe2Al5+14Zn (3)
通过上述反应,大量的底渣将会转化为浮渣而漂到锌锅表面以便于打捞。
通过这一反应原理,人们研制出了无底渣生产及相应的锌锅。
下面通过图1介绍一下日本某大型钢铁企业在无底渣生产方面的优秀案例。
图中项1采用电感应进行温度控制,其中分为镀锌和反应两个部分,两部分通过下部联接。
如图7区域内,不断生成底渣落到底部并通过通道涌入如图8区域中。
生产过程中,依据生产需求及工艺的要求不断向如图8区域内添加含Al的锭,就会不断的发生上述的无底渣反应,从而使底渣逐渐转化为浮渣以便于捞取。
我们所说的无底渣作业就是通过严格精确的调节锌液中各成分的百分比,使锌锅中的底渣不断的通过反应而转换为浮渣,从而达到消除底渣的目的。
我国很多大企业的热镀锌机组采用这种方法都取得了很大的成效,既简化了日常的作业过程,又提高了车间工人的劳动效率,而且明显的改善了产品的表面及各项性能。
除了上述优点以外,进行无底渣操作在节能降耗方面也起到了很大作用。
按照下述化学式:2FeZn7+5Al→Fe2Al5+14Zn
完成反應所消耗的铝的重量WA1与生成的锌的重量WZn之比为:
这就是说,每投入1千克的Al就会从底渣中转化出6.74千克的Zn。
换言之,如果铝与锌的单价比低于5时,上述操作是行之有效的。
5 结束语
结合上述所讲,为了改善钢板镀锌时的表面状态,降低生产过程中的锌渣量,减少操作过程中的费用消耗,应进行如下操作:
5.1 改善锌锅材质。
5.2 保证原料表面的清洁。
5.3 控制炉内气氛、减少带钢氧化。
5.4 合理控制锌液和带钢入锌锅温度。
5.5 制定合理的锌锭添加制度、控制锌锭杂质的含量和表面杂质。
5.6 采用无底渣操作。
参考文献
[1]潘勋平.热镀锌带钢镀层锌渣缺陷形成分析及改进技术[J].
宝钢技术,2004,(3).
[2]李九龄.带钢连续热镀锌[R].武汉钢铁集团公司.
[3]李林,高毅.镀锌板表面锌渣缺陷的控制[J].上海金属,2007(5).
作者简介:王志壮(1983-),男,河北省秦皇岛人,2005年毕业于燕山大学机械设计制造及其自动化专业,本科学历,助理工程师职务,现就职于河北省秦皇岛秦冶重工有限公司工艺技术部。