镀锌炉运行特征对连续热镀锌生产的影响

2020-12-08王锦波

世界有色金属 2020年11期

王锦波

（山东钢铁集团日照有限公司，山东日照 276800）

镀锌材料根据其生产工艺可分为电镀锌和热镀锌两种，其中热镀锌又可分为连续镀锌和分单张镀锌。两种不同热镀锌生产工艺相比，后者较为落后，且在生产的过程中存在成本高、产量低、质量差以及污染环境等问题。而连续镀锌具备生产成本低、操作简单、具备阳极保护作用等优势，且外表十分美观。

因此，连续热镀锌是镀锌材料中最受欢迎的工艺手段[1]。当前连续热镀锌材料被广泛应用于建筑施工行业中，少量应用于汽车生产领域。同时，由于连续热镀锌材料的生产工艺所处环境较为复杂和恶劣，因此为了更好的保证材料的防腐蚀性，通常采用镀锌炉作为连续热镀锌生产的主要场所。镀锌炉是铁锅法镀锌炉结构的优化和改进，可以有效解决传统镀锌工艺中加热火焰不稳定、砖砌保温层不易维护等问题，为工艺生产提供更加稳定的火焰。镀锌炉的炉体内部和外部分别安装了火道结构，整个炉体的外侧由钢板进行防护。作为影响连续热镀锌生产质量的重要设备，对镀锌炉的运行特征进行研究，并以此为基础对其在连续热镀锌生产的影响进行深入分析，具有十分重要的研究价值。

1 镀锌炉运行特征对连续热镀锌生产影响研究

镀锌炉与传统工频炉在连续热镀锌生产运行方式、生产工况等环节上都存在较大的差异，同时连续热镀锌在生产车间阶段存在间歇性、生产时期连续性特点，对连续热镀锌生产造成锌槽局部受热温差大、感应装置停止运行以及耐火混凝土热胀冷缩等不利的影响。对此，针对上述三个问题进行深入的分析研究。

1.1 锌槽局部受热温差大导致生产质量不均

由于镀锌生产厂在生产过程中连续热镀锌的规格通常是不统一的，因此连续热镀锌在作业时要想实现流水线的均衡生产较为困难。在设计镀锌炉时，镀锌生产厂通常会考虑到生产工艺应当具备的热能裕度，但在实际投入镀材时，镀锌炉的锌槽局部瞬间受热，造成镀锌炉内出现温差较大的情况无法避免[2]。在生产过程中，镀锌炉内的锌液是均匀分布的，但由于镀锌炉锌槽局部出现受热温差大的情况将造成锌槽结构内部的耐火砖内衬受到严重的损害。同时，在完成生产后，进入捞渣环节时，一次性向镀锌炉中添加450kg～1600kg的大量锌块，也会进一步造成镀锌炉锌槽结构内局部受热温差大的现象发生。长时间处于这样的炉内环境中，会造成处于熔融状态的锌液大量渗入到耐火材料当中，进一步增加耐火材料与锌液之间的化学反应。同时在热循环的过程中，耐火材料还会在镀锌炉中产生应力，随着应力的增加，镀锌炉会出现严重的变形，最终影响连续热镀锌生产质量及效果。

1.2 镀锌炉清洁度差易产生爆炸迫使感应装置停止运行

影响镀锌炉清洁度的主要因素包括：弱氧化挥发区域温度、带钢停留时间、过渡区域范围等。弱氧化挥发区域温度越高、带钢停留时间越短、过渡区域范围越大，则镀锌炉的清洁度越高，反之镀锌炉的清洁度越差。连续热镀锌生产工艺在向镀锌炉中投入镀锌材料前，首先需要将其投放在氯化铵（NH4Cl）助镀液中进行浸沾。若在这一过程中，氯化铵助镀液处于未完全干燥的状态，含有大量水分，则浸沾过程中镀件会与其发生剧烈的反应，产生炸裂，大量的水分还会发生更加严重的爆炸现象。同时，在爆炸的过程中，锌液还会随着爆炸四溅到各个地方，而由爆炸所引发的强烈热浪将会对镀锌炉的锌槽内壁造成严重冲击，并逐渐向锌槽内部深入扩散[3]。爆炸时产生的冲击力和振动还会传递到连续热镀锌生产的感应装置的熔沟结构当中。感应装置的耐火混凝土材料无法承受这样的应力作用，将会产生较多的裂纹，随着生产时间的不断增加，裂纹还会进一步扩大，直到镀锌炉中的锌液从裂纹中溢出，导致熔沟漏锌现象发生，感应装置被迫停止运行。同时，退火炉中的带钢表面残油脂类和氧化物若不进行及时的处理，当残留物总量超过连续热镀锌生产允许范围时，则会出现锌花变少，锌花均匀性差等质量问题，甚至造成镀层表面出现裂纹，导致锌层脱落，最终影响整个连续热镀锌的生产工艺顺利进行。

由于镀锌炉清洁度差，生产原料表面的残留固体颗粒部分会粘到镀锌炉的炉辊结构上，另一部分又会落入到镀锌炉中。粘到镀锌炉中炉辊结构上的固体颗粒不断堆积将会造成炉辊结瘤，而结瘤的炉辊又会进一步造成带钢表面形成压印。其中较轻的压印在后续加工时不会对最终的热镀锌材料造成影响，但压印严重时将会遭横带钢表面划伤。同时，若固体颗粒物落入到快速冷却段中，细小的颗粒物将被抽入水冷换热装置中；若颗粒物粘附在换热装置的散热片上，将直接影响换热效率，最终影响生产质量。

在连续热镀锌生产过程中，残留的固体颗粒物被带入到镀锌炉中时，残留固体颗粒物中主要成分为铁粉和碳颗粒，这两种成分又会进一步与锌形成金属间化合物。由于金属间化合物的质量较小，因此会在镀锌炉中漂浮，当渣量增加时还会吸附在带钢表面，形成锌渣缺陷。这种锌渣缺陷在锌层表面呈现出米粒大小的突起，在经过包装和运输后，突起会呈现出明显的黑色，严重影响镀锌生产产品的质量。

1.3 镀锌炉间歇生产方式易造成耐火混凝土热胀冷缩

绝大多数镀锌生产厂的镀锌炉均未有专用的供电线路，因此镀锌炉更容易受到意外停电的威胁，造成运行不稳定的问题发生。当供电恢复后，镀锌炉重新投入到生产进程中，此时感应装置中的熔沟结构以及周围的耐火混凝土材料会发生明显的热胀冷缩变化。在镀锌炉熔沟结构中的固体形态锌（在停止供电后的30分钟左右，熔沟结构中的锌开始转变为固态）与耐火混凝土材料的膨胀和缩小存在较大的差别。在其相互之间的作用下，熔沟结构会产生大量的裂纹，进而造成漏锌事故发生。图1为某热镀锌生产厂在临时停电时产生的漏锌事故数据记录。

热镀锌生产厂临时停电时间为上午6：00左右，在发生停电事故后，由图1可以看出，随着时间的推移漏锌熔沟量呈现出逐渐递增的趋势，且漏锌速度逐渐加快。除此之外，镀锌炉在正常运行过程中停止，当再次进行起熔运行时，熔沟漏锌情况还会同时发生。由于耐火混凝土材料是一种非均匀质地的脆性材料，因此其韧性和抗热振性较差。在镀锌炉以间歇性的生产方式生产连续热镀锌时，感应装置中的耐火混凝土材料将会受到周期性的温度变化趋势，造成严重的热剥落和结构剥落问题。同时，由于在温度快速变化的过程中，熔沟锌环与耐火混凝土材料之间的热胀冷缩系数相差较大，因此还会造成应力挤压现象。在频繁的热胀冷缩过程中，镀锌炉中的裂纹还会不断扩大，最终同样导致漏锌现象发生。

镀锌炉间歇生产方式除意外停电外，也与线圈冷却水管道的结垢有着密切的联系，由于冷却水管道结垢造成连续热镀锌制备材料添加不顺畅或断流也会造成十分严重的问题发生。当冷凝水断流后，镀锌炉内部线圈的温度会持续上升，造成绝缘体快速老化。同时在特殊条件下，还会进一步引起接触板结构出现发红、起火等现象发生，造成线圈短路而无法正常工作。镀锌炉中的铜套和感应装置中的冷却水断流时，同样会造成温度的快速升高，装置中的耐火混凝土材料由于无法承受高温环境，造成裂纹形成，导致熔沟漏锌。