气密性检测技术在镀锌板镀层不良中的应用

刘 健，严思保

（马鞍山马钢华阳设备诊断工程有限公司，安徽马鞍山 243003）

0 引言

镀锌板作为高技术含量、高附加值产品，其表面质量尤其重要，由于种种原因，镀锌板表面质量问题一直困扰着生产现场，特别是由于退火炉炉内气氛变差引起的质量缺陷，不仅影响着热镀锌产品的外观，还会影响到产品的使用。研究表明，加热炉内气氛是影响热镀锌板表面质量的关键因素之一[1]。

马鞍山钢铁股份有限公司冷轧板厂（以下简称马钢冷轧）3#镀锌线引进美钢联法热浸镀锌工艺，是马鞍山钢铁股份有限公司汽车外板的重要生产线，可用于生产表面质量要求严格的高档汽车板、家电板等产品。该生产线自2007年7月份投产以来，随着退火炉老化、气密性状态不良，已经严重制约汽车外板、双相钢等高附加值产品生产。退火炉内由95%氮气和5%氢气组成的保护气体，还有还原带钢表面和增加镀锌浸润性的作用。在生产过程中，由于热胀冷缩、密封件失效临时检修拆装设备等均会导致退火炉发生一些局部泄漏问题，如果这些泄漏点没有被及时发现和有效封堵，就会导致退火炉气密性变差，使炉内的残氧量升高，进而影响产品表面质量[2]。为保证炉内气氛随时处于理想状态，需要把气密性检查常规化、制度化，制定符合生产线的气密性检查制度、检测标准，并将其彻底落实尤为重要。

1 炉内气氛变差的原因及改善措施

1.1 炉内气氛变差原因及炉外气体渗入机理分析

热镀锌退火炉炉压通常控制在150～300 Pa的微正压，所以退火炉大部分区域是正压部分，只有冷却循环风机的入口处、轴封等为负压。

在正常生产过程中，炉内充满由氮气和氢气混合而成且氧含量低于5×10-6的保护气体。但是实际生产运行中，炉内气体含氧量一般比通入炉内之前高出很多，主要原因有4个[3]。

（1）泄漏点正好位于炉体的局部负压区域，如循环风机的管道吸风口、风机轴封等处是容易产生负压的。

（2）炉内外的氧气浓度存在极大氧气浓度差，如空气中的氧含量为21%而炉内的残氧量几乎为零，这种巨大的浓度差也是炉外氧气渗透进炉内的主要动力。

（3）当炉壳上的漏洞非常不规则时，给炉内气体向外泄漏造成很大阻力，使向外泄漏的气体流速减缓，为炉外气体的渗透到炉内提供了有利条件（图1）[4]。

图1 炉外气体渗透入炉机理

（4）带钢表面存在空气粘附层随带钢进入炉内，也是造成氧含量升高的一个原因。

1.2 炉内气氛的改善措施

为保证退火炉内气氛长周期稳定，需要建立专门的气密性检查制度，制定气密性检测标准和检测方法。

连续退火炉气密性检查的难点主要在于炉体面积大，管道复杂，出现漏点的部位繁多，要彻底清查一次，需要投入大量的人力和时间。为保证炉内气氛随时处于理想状态，需要把气密性检查常规化、制度化。马钢热镀锌线立式退火炉气密性检测标准和检测方法如下。

1.2.1 确定退火炉气密性关键检查部位

（1）负压区域，如循环风机负压管道及管道上面人孔、焊缝、螺栓连接处，循环风机轴封处的氮气密封处，无论检修与否，都要作为关键部位重点检查。

（2）开启过的顶盖、底盖、穿带孔、检修门及炉辊喇叭口法兰连接处、炉壳焊接部位。

（3）炉壳和循环管道上的膨胀节，炉辊法兰、换热器法兰、各仪表法兰和焊缝。

（5）高温辐射计、摄像头和水冷换热器等部位。

（6）分析仪取样管接头等。

（7）锌鼻子法兰连接处、摄像头、各种连接管道接头处。（8）辐射管安装焊接焊缝处。

1.2.2 根据部位的重要程度和现场经验确定各部位检查频次

（1）每年对立式退火炉进行一次打压检测试验。

（2）每次开炉大修前按照标准检测项目对退火炉进行全面的气密性检测，不符合标准的泄漏点制订处理方案，大修期间彻底进行处理。

（3）每次开炉检修恢复生产后24 h内对退火炉再次进行全面的气密性检测，不符合标准的泄漏点打胶进行封堵处理。

（4）每次开炉大修对退火炉内氧气分析仪、氢气分析仪和露点分析仪进行一次校准和标定。

（5）每次更换锌鼻子裙边恢复生产后12 h内，对锌鼻子裙边法兰连接处、摄像头、各种连接管道接头处进行检测，不符合标准的泄漏点打胶进行封堵处理。

1.2.3 建立专人检查及确认工作机制，落实气密性检查制度

（1）正常生产过程中炉内各区域氧含量、氢气含量和露点控制标准如表1所示，生产分厂负责每4 h对退火炉气氛状态进行跟踪并记录。当气氛显示异常时，通知点检分厂对检测仪表及退火炉气密性进行检查、确认和消缺。

表1 炉内各区域氧含量、氢气含量和露点控制标准

（2）建立退火炉气密性检查台账、明确检查责任人和检查确认人。气密性检查具体操作由炉子操作工负责，检查确认工作由退火炉专业工程师负责。

2 气密性检测仪器及检测方法

2.1 正压部分的检查

使用专业的便携式氢气检测仪INFICON ISH2000能够快速检查泄漏点，方法是保证炉内氢气在3%以上，将便探测仪探头对可能漏气的区域进行扫描排查，仪器能够实时显示漏点的泄漏率，并根据泄漏程度发出不同颜色、声音报警。

2.2 负压部分的检查

（1）将负压变成正压，然后使用正压法检查，即在不影响生产的情况下，可以采取风机轮换降低转速或停转的方法，采用正压检测法检测逐台检查泄漏点。

（2）使用专门用于负压检漏的设备氦气检漏仪INFICON UL-1000，使用喷枪在负压段周围逐段喷射氦气，重点是风机轴封、负压管道。在风机的正压管道段打开一个取样孔作为检测口，通过检测这个检测口排出的气体是否含有氦气来判断喷射氦气的部位是否有泄漏点。

3 案例分析

2019年3—4月份，3#镀锌线在生产DP800双相钢等高强度汽车板时，由于钢中合金元素较高，表面质量难以控制，经常遇到各种表面质量问题，如表面漏镀、锌层不均、表面山水画等缺陷。马钢华阳设备诊断工程有限公司对3#镀锌线退火炉可能存在泄漏的地方进行了全面、彻底的气密性排查测试。通过测试共发现泄漏点121个，除了常规测试经常发现的一些重点泄漏区域外，本次测试通过仔细排查发现了大量的辐射与炉壳焊缝泄漏超过70处。由于这些漏点较隐蔽，平时很难发现。

2019年5月22—27日，冷轧点检二分厂依据马钢华阳设备诊断工程有限公司出具的泄漏测试报告对3#镀锌线进行了补漏消缺工作。检修后对其3#镀锌线退火炉进行了复测，表明大部分漏点得到了有效封堵。之后根据复测情况现场进行了多次消漏处理，现场中控仪表显示氧含量状态良好，均在5×10-6以下。后期，对3#镀锌线生产情况进行了跟踪统计（图2～图4）。由统计数据可见，3#镀锌线在生产汽车外板、双相钢时，出现镀层不良、露铁等问题明显大幅下降。

图2 3#镀锌线年修前后露铁分布对比（3—6月份）

图3 3#镀锌线镀层不良量统计表

图4 3#镀锌线双相钢产量兑现率趋势

4 结论

通过3#镀锌线退火炉气密性检测及消漏，解决了一直困扰其在生产高强合金化镀锌板面时镀层不良等问题，为马鞍山钢铁股份有限公司后续生产提供有力支撑。随着气密性检测工作的深入开展，其在连续热镀锌、连退、硅钢等生产线保产工作中的作用也日渐凸显，因此制定符合各条生产线的气密性检查制度、检测标准并彻底落实尤为重要。