冷轧热镀锌线的工艺技术探讨

康华伟

（山钢集团日照有限公司科技质量中心，山东日照276827）

专论综述

冷轧热镀锌线的工艺技术探讨

康华伟

（山钢集团日照有限公司科技质量中心，山东日照276827）

介绍了当前先进的冷轧带钢热镀锌生产工艺，详述了热镀锌线的关键设备技术特点及其对热镀锌产品质量的影响分析，对高端的冷轧热镀锌带钢生产控制具有指导与借鉴意义。

冷轧带钢；热镀锌；工艺；装备

1　前言

随着工业的快速发展，冷轧热镀锌带钢凭借着耐腐蚀性强、力学性能好、表面质量优、尺寸精度高、生产成本较低等诸多优点，在建筑、汽车、家电等行业得到了广泛应用。尤其是近年来热镀锌在技术和装备上都取得了较大发展，生产成本和质量上的优越性，使其需求越来越大，同时对热镀锌的工艺水平也提出了更高的要求。

冷轧热镀锌工艺主要包括美钢联法、（改良）森吉米尔法、赛拉斯法及萨伦法。其中塞拉斯法和萨伦法由于工艺复杂以及对设备腐蚀严重而较少使用；（改良）森吉米尔法是通过氧化炉中燃气加热带钢去除表面残油等，但对带钢表面质量影响较大；美钢联法则是采用脱脂清洗取代了森吉米尔法中的氧化炉，可获得高表面质量的镀锌带钢，是目前应用最广泛的镀锌工艺。因此，本研究重点讨论美钢联法热镀锌工艺。

2　主要工艺流程

连续热镀锌机组工艺包括镀前处理（脱脂和退火热处理）、热镀锌、精整和表面处理4个主要工序。冷轧后的带钢通过脱脂清洗去除表面残油、残铁等，经过再结晶退火，进入约460℃的锌锅热镀（或再合金化处理），再经过平整拉矫进行矫正，之后进行钝化或耐指纹、涂油等表面处理。主要工艺流程为：开卷→焊接→脱脂清洗→退火炉（预热→加热→均热→冷却→均衡）→热浸镀锌→（合金化炉）→镀后冷却→光整→拉矫→表面处理（钝化/耐指纹）→切边→在线质量检测→涂油→卷取。其流程示意图如图1所示。

图1　连续热镀锌生产线流程示意图

3　工艺技术特点

3.1入口段

1）开卷机。一般设置双开卷设备，缩短入口停机时间，确保全线连续生产。

2）焊机。采用激光焊机或全自动窄搭接焊机，适应高强钢与软钢的生产要求，可自动设定焊接参数，带有焊缝质量自动监视系统，配套有冲孔与切月牙装置。

3）入口活套。最大活套量一般＞450 m，以满足上卷与焊接期间全线的连续生产。

4）脱脂清洗。采用多级强化清洗工艺，包括碱喷淋、碱刷洗、电解清洗、热水刷洗、热水漂洗及热风干燥，清洗强度大且效果好，有效去除油污和铁屑，利于提高镀层附着力。在碱洗、电解循环系统中设置高效磁过滤器及碱液浓度自动控制，降低碱液中杂质含量。

3.2退火炉

1）预热段。从加热及均热段的烟气中回收热量，通过喷吹保护气氛可将带钢加热到130～160℃，主要作用，一是在加热至此温度区间，带钢在停止状态下也不会氧化腐蚀，二是通过预热段可以使加热炉节省约10%的能源。

2）加热段与均热段。加热段的主要作用是把带钢表面的氧化铁皮还原为适合热镀锌的活性海绵状纯铁层，并加热带钢完成再结晶退火；均热段的作用是将带钢保持在规定的退火温度一段时间，保证带钢再结晶退火完全。通常采用W型或双P型辐射管间接加热，可使带钢表面保持清洁，且加热能力大、温度控制精度高，可降低辐射管表面温差。加热的控制方式有空气/燃气比例调节和ON/ OFF烧嘴的脉冲式两种，目前一般都使用ON/OFF烧嘴的脉冲式燃烧控制系统，具有调节灵活、精度高、管路布局简单等优点［1］；加热段与均热段“共处一室”，其交接处有一部分道次可共用，有利于温度调节控制且缩短了炉长；辐射管设计温度可达980℃，退火炉操作温度可达920℃，可满足超深冲钢与超高强钢的生产要求。目前有一种“带钢预氧化”新技术，即在退火炉加热初期，对带钢表面进行预先氧化形成非常薄的氧化膜，并在随后的再加热还原气氛中使之还原，从而改变带钢表面的反应过程，有利于提高热镀锌附着性。

3）缓冷段。目的是将带钢冷却到Ar3以下温度，进入下一步冷却前去除奥氏体化，一般冷却速度不能高于30℃/s。

4）快冷段。退火工序中最关键的工艺段，其冷速的大小直接决定带钢强度级别。目前已开发使用的冷却方法有：气体喷射冷却（GJC）、高速气体喷射冷却（HGJC）、水冷却（WQ）、辊式冷却（RC）、气-水冷却（ACC）、热水冷却（HOWAC）、高速氢气喷射冷却（H2-HGJC）、水冷+辊冷（WQ+RC）、辊冷+气体喷射冷却（RC+GJC）等。其中高速气体（H2）喷射冷却是对高速气体喷射冷却技术的又一发展，该冷却技术就是利用H2的高导热性来提高带钢的冷却速度，H2的导热系数是空气的1.58倍。H2-HGJC冷却中H2含量从HGJC的5%提高到50%，带钢的冷却速度提高一倍，可达30～160℃/s。由于该冷却方式属于干式冷却，具备干式冷却的一切优点，且因含氢量的增加，带钢表面更加洁净，既保证了带钢的表面质量、板形和良好的操作稳定性，又具有较高的冷却速度，生产软钢的同时生产高强钢［1］。一般快冷后将带钢冷却低至440～470℃，以满足约460℃的热镀锌温度；而生产DP高强钢时要求快冷至300℃以下，后续再通过均衡段加热至镀锌温度。

5）均衡段。均衡段的设置主要是3个方面［2］：一是为了保证出快冷段后厚规格带钢横向温度均匀；二是对薄规格产品进行补充加热以保障其入锌锅温度（或DP高强钢的补热）；三是生产热镀铝锌硅产品时，如不设均衡段，炉鼻内锌灰被快冷段风机扰动，吸入炉膛内落至钢板表面，引起漏镀。均衡段出口温度一般在460℃左右再进入镀锌段，以保持锌液温度的不变。

6）热张紧辊。位于退火炉出口与镀锌段入口之间，用于对带钢张力的调节。因为退火炉内温度高，以防止带钢变形和断带，一般要求＜10 kN的小张力；而在镀锌及之后的冷却段，为防止带钢抖动保证镀层厚度的精确和均匀，一般要求＞20 kN的大张力。

3.3热镀锌

1）炉鼻子。炉鼻子是连接退火炉与镀锌区域的通道。由于锌液以及锌渣的污染作用，往往会使带钢表面产生缺陷，所以炉鼻子区域的控制对带钢质量有重要影响。主要控制技术有内设置密封挡板、可伸缩和摆动技术、炉内气氛控制。其中炉鼻子内的气氛控制尤为重要，露点高会造成带钢氧化，露点低则锌液会蒸发，冷凝后会粘附在炉鼻子内或滴落在带钢表面，影响带钢质量［3］。

2）锌锅。为防止锌渣对镀层影响，一般采用加大加深的熔沟式感应加热陶瓷锌锅，锌锅带有锌液温度控制和锌锅液面探测系统，可根据液位信号向锌锅自动喂入锌锭，并采用在线铝含量分析仪，监测锌液成分变化。锌花种类分无锌花、小锌花和普通锌花等。锌锅内沉没辊喷镀WC并设刮刀，以满足高速下生产均匀、高质量镀层的要求。影响镀锌层的主要因素是温度、浸锌时间和铝含量，如果温度超过500℃或浸锌时间过长，镀锌层就会增厚且显得比较脆；如果加入过多的铝，会导致热镀锌板合金层减薄和纯锌层加厚，且会产生更多的锌渣［4］。

3）锌层吹扫系统。控制镀层厚度采用“气刀法”，即在锌锅出口采用可控的喷嘴沿一定角度向带钢喷吹压缩空气（采用高纯氮气更佳），以除去多余的锌液，调节带钢表面的熔锌厚度［5］。镀锌层重量一般双面为60～450 g/m2，并配置冷态锌层测厚仪，与气刀形成镀层厚度闭环自动控制，在线及时调整气刀参数，采用电磁稳定系统降低带钢的摆动幅度，获得均匀镀层厚度。

4）合金化炉。对于镀锌铁合金（GA）产品必须进行合金化处理，对于镀纯锌（GI）产品则不需要合金化炉。生产GA产品时，为使原板表面形成一层锌铁合金，使它具有良好的延伸性，镀锌后的钢板应通过镀层退火炉再加热，加热温度约为550℃。合金化炉已由过去的煤气加热改为中频感应加热，其加热速度快而且温度容易调节，采用高频加热更佳，它具有温度均匀、带钢振动小、感应圈短和热效率高等优点。通常合金化炉分为感应加热段、电阻保温段及喷雾冷却段［5］。

5）镀后冷却。包括锌锅后冷却（使表面锌固化不粘附顶辊）、终冷段（冷却至150℃以下）、水淬（冷却至40℃左右）及后干燥冷却。在镀层区，带钢出锌锅到冷却塔顶的高度一般达40 m以上，对于有合金化炉的机组，甚至高达70 m［3］。

3.4精整段

1）中间活套。最大活套量一般＞45 m，以保证光整机换辊时工艺段的连续稳定运行。一般在此区域安装锌层测厚仪，对冷态下的镀锌厚度进行测量与反馈。

2）光整机。通过小压下率（＜3%）改善镀后带钢的机械性能和板型，通过毛化轧辊改变带钢表面状态，提高带钢表面的均匀性。一般采用四辊双辊系配置，并且配有工作辊正负弯辊、快速换辊、湿平整和高压水清洁系统。通常准备2套不同辊径的工作辊，小辊径用于平整高强钢，大辊径用于平整深冲钢。

3）拉矫机。用于改善镀后带钢的板形。一般采用两弯一矫或两弯两辊的六重式拉矫机，分为干或湿拉矫模式。主要是通过大张力（＞200 kN）和小延伸率（＜2%）的控制模式。

4）表面处理。通过双头2辊或3辊式辊涂机（可移动式）对带钢表面涂镀铬（Cr3+）钝化液或耐指纹液进行钝化处理，以提高镀锌钢板的防腐性能。一般单面铬钝化量为10～50 mg/m2，最高处理温度为80℃；耐指纹剂量单面为500～2 000 mg/m2，最高处理温度为110℃。

3.5出口段

1）出口活套。最大活套量一般＞450 m，以保证出口段降速分卷时工艺段的连续稳定运行。

2）圆盘剪。主要通过调节重叠量和侧间隙两个因子参数，对镀锌成品带钢的宽度进行切边精度控制。采用转塔式双头圆盘剪，切边精度高且可实现刀头的快速更换，并配套碎边剪或废边卷取机等设备。

3）涂油机。对带钢单面或双面进行高压静电涂油，提高成品钢卷的防锈能力，一般单面涂油量为200～3 000 mg/m2，对于高端汽车用带钢，要求对带钢表面的油膜厚度进行监测。

4）在线自动检查仪器。主要有自动表面缺陷检查装置、机械性能检测装置和粗糙度检测装置等自动质检设备，以及成品带钢的测宽测厚仪等，对通条带钢的连续性质量进行监控。

5）卷取机。一般设置双卷取设备，缩短出口停机时间，确保全线连续生产。为保证钢卷内芯质量，卷筒上均设有橡胶套筒。

6）对于高端汽车板或家电板，在退火炉后设置机组封闭及必要的防蚊设施，从而保证周边环境洁净度。

4　结语

随着我国冶金技术和装备制造水平的不断进步，由国内自主研发设计的一些创新型有特色的退火炉与热镀锌技术装备不断取得进步，有力促进了行业技术进步和国民经济发展。通过对先进的热镀锌工艺技术进行研究与探讨，希望能更好地促进国内连续热镀锌的发展，提高冷轧热镀锌带钢的质量和生产效率。

［1］王俊刚，张广盛.立式退火炉核心工艺技术介绍及分析［J］.工业炉，2013（1）：26-28.

［2］仲海峰，张启富，王永亮，等.国内外钢带连续热镀锌退火炉与合金化炉的技术发展［J］.工业炉，2011（5）：19-24.

［3］刘朴，李庆胜.热镀锌退火炉技术在汽车板生产中的应用［J］.上海金属，2004（5）：44-47.

［4］李熠，陈光宇.热镀锌工艺及连续退火炉的相关设备［J］.热处理技术与装备，2010（6）：45-47.

［5］吴光治.带钢连续热镀锌及其退火炉的技术进步［J］.国外金属热处理，2005（5）：1-4.

Abstrraacctt：The current advanced cold rolling strip hot dip galvanizing production process was mainly introduced.The galvanizing line of key equipment and technology characteristics was detailed and the influence on the quality of hot dip galvanized products was analyzed.It has guidance and reference significance for production control of high-end cold rolling hot galvanized strip.

Key worrddss：cold rolled strip；hot dip galvanizing；process；equipment

Discussion on the Technology for Cold Rolled Hot Dip Galvanizing Line

KANG Huawei
（The Quality Center of Science and Technology of Rizhao Company of Shandong Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Rizhao 276827，China）

TG335.22

A

1004-4620（2016）03-0008-03

2016-01-29

康华伟，男，1984年生，2007年毕业于江西理工大学金属材料工程专业。现为山钢集团日照有限公司科技质量中心工程师，从事冷轧汽车和家电用钢的技术研发工作。