冷轧工艺特征在连续热镀锌生产中的应用

王锦波

（山东钢铁集团日照有限公司，山东 日照 276800）

镀锌工艺分为热镀与电镀两种，热镀锌生产又分为独立锌层镀膜与连续锌层镀膜。早期由于生产设备较落后，通常使用单张锌层镀膜的方式，采用叠轧将多种锌片作为生产原材料，将其使用火法炼制后转移到生产车间。使用盐酸对其进行清洗，去除金属表层氧化金属镀层，再使用涂料溶剂将其风干持续对其进行热镀操作。此种镀锌生产模式由于具有产出量少、生产成本高、样本质量差、对环境造成的污染大等特点，正在生产中逐渐的被淘汰[1]。为了满足市场对于镀锌的需求，引入大型连续热镀锌生产工艺。在材料生产中，整合其具有的生产流程操作简单、生产线成本低等优势，已得到了广泛的认可，且连续热镀锌工艺对金属存在阳极保护的功效。当产出镀层相对完整时，镀层可对中间层锌金属起到隔绝作用，避免与外界空气接触发生氧化。当镀层不完整具有破口时，可利用连续生产技术中的电化学作用，直接侵蚀外表镀层，同样可以保证内层金属不受到侵蚀。尤其近年来伴随着冷轧设备的应用，连续热镀锌生产机组数量开始增多，为镀层锌的发展提出了新工艺的同时，也为其生产线可持续运转带来了一定的挑战。总之，为了满足市场对工艺发展的需求，必要加大冷轧工艺在生产线中的应用，以此实现热镀锌在市场的广泛应用。

1 基于冷轧工艺特征的连续热镀锌生产方法设计

1.1 计算锌线浇口位置

热镀锌在连续生产过程中，确定锌线的浇口位是生产的前提条件，需要在选型合理生产设备的前提下，满足锌板的拉伸控制需求。并且要求在对热镀锌的生产投入与切边中，同样保持相同的原材料张力。同时生产中需要光整机对多层锌片施加连续向下的压力，且保持压力施加中的持续稳定，以此使金属产生形变[2]。此外使用测厚装置检测入口侧切与出口侧切两端的金属层厚度差值，根据两端的厚度差，计算热镀锌原材料在受压中锌线的形变量。位置计算可用下述公式（1）表达。

公式（1）中：δ表示为金属在受压中产生的浇口位置发生的形变； 表示为经过压力作用后热镀锌长度；V 表示为浇口位移变化速度；t 表示为变化时间。根据上述计算公式，可知在热镀锌浇口在挤压作用下的基础形变量，假定忽略不计投入原材料前后测速辊自身的直径偏差，计算热镀锌原材料的浇口位置。如下公式（2）所示：

公式（2）中：L 表示为热镀锌原材料在生产中的浇口位置；δ1表示为位置压力前延伸力；δ0表示为位置压力后延伸力。根据上述计算公式，在热镀锌实际生产中，可采用直接检测生产辊转速的方式，获取热镀锌原材料的浇口位置[3]。考虑到原材料投入前后的受到磨损不同，因此可在光滑处理原材料平面的基础上，分析辊缝的荷载能力。并使生产设备与操作台上保持一个相对水平的角度，将经过测速辊输出的热镀锌控制在一个相对固定的平衡值上，以此实现对热镀锌浇口位置的控制。

1.2 基于冷轧工艺特征去除锌板表层杂质

在完成上述热镀锌浇口位置的控制后，将经过生产辊的轧后冷硬卷投入无氧加热生产炉，对其进行去杂质操作。如下图1所示。

如上述图1所示，根据上述提出的生产炉，将冷轧金属卷作为生产原材料，使用盐酸溶液清洗表面氧化层，同步进行材料冷连轧。经过冷连轧的成品为轧硬卷，受冷发生形变引起镀锌硬化，使轧硬卷的强度直线上升，整体塑性指标呈现下降。通常情况下轧硬卷重在5.6～12.5吨左右，镀锌卷在常温状态下，对冷轧酸洗卷进行不间断轧制，基于冷轧工艺特征去除连续热镀锌杂质步骤如下。

将镀锌导入炉内后，经过钢带开卷，并经过连接层自动焊，避免冷轧后镀锌表层残留液化体及相关油脂。同时将清洗后的镀锌卷用冷轧碱水清洗，在用洗涤刷清洗至少2～3次[4]。之后用清水过滤，放置在通风处风干，此时将预清洗设备按照生产标准安装在距离水平地面5m高的平台架上，将清洗所需的水循环工具放置在水平地面上。当清洗后排出的碱油废水中包含悬浮物小于150mg/L时，证明镀锌卷清洗干净，可进入下一生产环节。并将沉淀物除油去渣换过滤后继续投入生产炉，以此减少生产中对水环境造成的污染。

1.3 锌锅超厚层涂镀

搭建连续热镀锌生产边界剪切设备，投入上述去除杂质后的镀锌卷，按照立式与卧式两种焊接机标准设备类型，设计生产主要技术参数与设备配置。

使用应用感应加热的方式，对出炉的锌板实施全方位均匀预热。由于不同锌板对镀层的要求不同，为此可选择锌锅对其进行镀层，并使用耐火砌体构筑可不生成多余锌渣。锌锅选型如下表2所示。

表2 镀层锌锅选型

采用控制焊接机张力的方式，对热镀锌生产流程进行控制，以此保证装置内加热区与冷却区内的均匀受热。此外，控制焊接机生产炉内预热速度，将即热温度上升的时间控制在50s～80s之间，以此确保焊接生产设备中镀锌层的均匀受热。最终将恒温生产炉内温度控制在1360摄氏度左右，所有杂质便可蒸发，同时不会造成锌板表层的氧化。

此外，根据生产线对热镀锌的不同需求，选择不同类型的锌锅。将待镀层锌投放至锅内后，按照顺时针方向不停搅拌，即便出现饱和现象也需要持续搅拌，以此使析出的金属屑不至于凝结成大块，影响热镀锌质量[6]。当完成充分搅拌后，取出镀层锌片，待其降温后风干，完成冷轧工艺特征在连续热镀锌生产应用中的研究。

2 连续热镀锌机组的工艺特点

①自动测量钢卷的外径和宽度，以进行钢卷在开卷机上的自动对中。②双切剪切除带钢头尾超差或变形部分。③采用设备电机的窄搭接焊机对带钢进行焊接。④月牙切除焊接缝处的边部以防止带钢在运行过程中断带和对设备或辊子的损伤。⑤入口处的清洗段出去带钢表面的轧制油、金属粉末等，保证产品质量。⑥采用预热段的NOF水平连续退火炉对带钢进行继续退火。⑦所有炉辊分别由带自动速度调节的交流矢量马达驱动，是炉辊速度与生产速度保持一致性，这样可以有效防止炉辊对带钢表面的划伤。⑧转向段安装有热张紧辊可分别控制带钢在炉段与冷却塔内的张力，热张紧辊具有适应的原始凸度从而具有自动对中功能。⑨两台带有液位传感器的感应器的感应加热陶瓷锌锅炉可以在线进行产品更换。⑩采用新日金属自行开发设计的锐角气刀，控制灵活，控制精度较高。镀层控制系统实现闭环控制。采用四辊湿式光整机和六辊湿式拉伸轿直机，可改善带钢机械性能、板形和表面质量。设有锌铝合金镀层防黑化和纯锌镀层表面钝化处理装置。没有立式和水平带钢检查站用与成品带钢质量检查。采用静电涂油机对带钢进行涂油。

3 实验论证分析

提出仿真实验，选择市场内某镀锌生产厂作为此次实验的试点场所。搭建仿真实验操作台，设计以下仿真实验，随机抽选100t锌板作为此次实验的生产原材料，将其分为两组，每组50t锌板，先使用本文设计的基于冷轧工艺特征的连续热镀锌生产方法，对其中一组锌板进行连续热镀锌的生产，计算产出成品量，并将该组定义为实验组。再使用传统的连续热镀锌生产方法进行相同步骤的实验，记录连续热镀锌生产量，定义该组为对照组。对比两组生产方法最终的热镀锌成品生产量，并以此作为连续热镀锌生产方法实用性的标准。整理实验数据，将其绘制成表格，对数据进行分析。如下表2所示。

表2 热镀锌生产量对比/t

根据上述表2中数据可知：在原材料量固定的情况下，本文设计的基于冷轧工艺特征的连续热镀锌生产方法生产所需时间较短，为此可得出结论：在相同用户条件下，相比传统的生产方法，本文设计的连续热镀锌生产方法，在实际应用中可有效的缩短生产所需时间，以此起到提高生产效率的作用。

4 结束语

基于冷轧工艺在市场内应用的逐步广泛，本文从3个方面开展了连续热镀锌生产的研究，为镀锌在金属市场的广泛应用提供了良好的技术支撑。且经过本文工艺设计的镀锌具有较好耐热性与耐腐蚀性，可满足不同生产行业对其应用提出的要求。本文所引进的这条连续热镀锌线采用了国内外比较成熟、可靠、完整、经济实用的工艺与装备，所生产的产品在各项技术当中，应用指标可以达到较高的水平，同时具有较强的市场竞争力。尽管本文提出的生产流程已相对规范并具备了一定可持续生产能力，但在后期的研究中，仍需要从多个方面开展更加深入的研究。例如镀锌在炉内加热是否需要隔绝氧气；冷却中是否有空气杂质吸附在表层，影响镀锌质量，上述提出几点均为镀锌在生产中需要持续关注的问题。