带钢连续热镀锌工艺技术.doc

1带钢连续热镀锌工艺技术热镀纯锌(ＧＩ，ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ)产品及其合金化(ＧＡ，ｇａｌｖａｎｎｅａｌｅｄ)产品具有优良的耐蚀性能，成本也相对较低，而且随着热镀锌技术的进步，其产品表面质量几乎可以与电镀锌产品相媲美，因而在汽车上得到了广泛地应用目前，日系轿车基本上全部采用ＧＡ板做外板，欧美国家的汽车制造业也在不断地提高热镀锌钢板的使用量汽车板，特别是汽车外板在需求量不断增加的同时，对热镀锌产品的表面质量和成型性等方面也提出了越来越高的要求，正是这种市场要求的不断提高大大地促进了带钢连续热镀锌工艺技术的进步带钢连续热镀锌工艺及其改进1　热镀锌工艺带钢连续热镀锌工艺有森吉米尔法、改良森吉米尔法和美钢联法 3 种森吉米尔法和改良森吉米尔法工艺简单，产品成本低，但由于采用火焰直接加热，虽然能烧掉钢板表面的轧制油，但影响带钢表面质量，也不利于生产薄规格产品美钢联法在退火炉前设置清洗段，采用电解脱脂，可将钢带表面油污完全除掉，另外，该工艺采用全辐射管还原炉加热带钢，因而镀锌层的表面质量较好该工艺虽然相对复杂，热效率低，但它可以生产表面质量更好、厚度更薄的热镀锌钢板，而且可以降低炉内的Ｈ2 含量，提高安全性，因而新建的热镀锌机组大部分采用美钢联法。

现代冷轧钢带连续热镀锌的典型工艺流程为：上料→开卷→夹送、矫直→焊接→清洗→入口活套→退火→镀锌→(合金化)→冷却→中间活套→平整→拉矫→后处理→出口活套→检查卷取使用中间活套可以使平整机更换工作辊时机组工艺段能够正常运行，这样机组速度快，不仅能提高产量，而且工艺段恒定的机组速度有利于控制镀层厚度的均匀性另外，生产表面粗糙度要求严格的镀锌产品时，需要经常更换平整机工作辊，也有必要使用中间活套近年来，热轧钢带连续热镀锌发展迅猛，日本已有多条热轧钢带连续热镀锌生产线，我国邯钢也建成一条类似生产线热轧钢带连续热镀锌的典型工艺流程为：热轧酸洗来料→焊接→清洗→入口活套→退火→镀锌→平整→拉矫→钝化→出口活套→卷取可以看出，针对热轧基板的特点和热轧带钢镀锌产品的用途，这种工艺在冷轧带钢热镀锌工艺基础上作了简化，这不仅节约了投资，而且大大降低了运营成本其发展趋势是朝短流程、低能2耗、高效益方向发展，另外酸洗也是 1 个发展的方向德国ＳｔａｈｌｗｅｒｋｅＢｒｅｍｅｎ厂在其热轧酸洗板热镀锌线上分别在热轧带钢焊接后和镀锌带钢平整后各设 1 个拉伸矫直系统，在焊机后设拉伸矫直系统是为了疏松氧化铁皮，提高酸洗效率；平整后的拉伸矫直系统能进一步改善最终产品的平坦度，而且通过调整拉矫延伸率可以在一定范围内调整热镀锌板的力学性能。

为了解决热轧带钢连续热镀锌过程中因原板中含Ｓｉ而导致的漏镀点多、镀层附着性差和表面光滑度欠佳等问题，韩国浦项钢铁公司开发了一种称为无酸洗热轧钢带连续热镀锌的工艺，即热轧钢带不经过酸洗直接进入还原炉，并将还原炉温度提高到 650～750℃，保温时间增长至 120～400ｓ，保护气体氢气含量提高至 10%以上在此条件下，热轧钢带由于氧化铁皮的膨胀而产生裂纹和孔隙，氢气可通过这些裂纹和孔隙进入，使氧化皮变成由纯Ｆｅ和ＦｅＯ构成的多孔质层，在热浸镀锌时，这种多孔质层可促进锌和铝的扩散而形成质地较软的Ｆｅ-Ａｌ-Ｚｎ合金层，从而提高镀层的附着性，并消除漏镀点2　清洗工艺清洗通常包括碱液刷洗和电解脱脂，它可清除冷轧钢板表面上的铁屑和油污等杂质，对生产高表面质量和镀层结合力要求高的镀锌产品至关重要某厂新建热镀锌机组清洗段包括碱液浸洗、碱液刷洗、电解清洗、热水刷洗、热水漂洗、清洗挤干和清洗干燥，可以把带钢表面的残油和残碳总量控制在 20ｍｇ/ｍ2(单面)以下，达到热镀锌汽车外板对清洗质量的要求，另外采用带ＳｉＯ2 磨粒刷辊，清洗时对带钢表面进行研磨，可提高ＧＡ产品镀层的附着力也有人提出将来清洗段的发展方向应该是开发利用其它领域广泛使用的超声波清洗或高压清洗。

为了进一步保证带钢表面清洁，韩国浦项钢铁公司 4 号热镀锌机组采用了双清洗系统，除了正常的入口活套前预清洗以外，钢带出入口活套后，再进行电解清洗清洗段通常布置在入口活套前，也可以放在入口活套后，以实现恒速清洗3　退火工艺带钢连续热镀锌采用连续退火退火工艺是双相钢等高强钢热镀锌产品生产的关键，对Ｍｎ、Ｓｉ等元素在钢板表面的富集有很大影响，进而会影响到高强钢的可镀性及其表面质量镀锌钢板的退火过程通常包括预热、加热、均热和冷却过程利用加热废气预热带钢不仅能够节约燃料，而且可以避免因带钢升温速度太快而引起带钢变形，对薄规格产品的板形非常有利一些机组的冷却过程采用先缓冷后快冷的分段冷却方式，既可以避免冷却速度过快造成板形不良，又可以满足双相钢等高强钢的冷却速度要求有些厂家在冷却段之后还设置了均衡段，目的是在镀锌与冷却段之间提供一个缓冲区域，从而使带3钢具有更佳的板形和更均匀的温度进入锌锅镀锌，提高镀锌质量另外，退火炉炉辊辊型设计、炉内退火气氛和露点控制、炉内张力控制和退火炉炉辊表面喷涂也是热镀锌退火工艺研究的重点，薄带钢的板形和高强钢的通板稳定性也需要深入研究4　合金化工艺合金化是指把热浸镀得到的纯锌镀层立即在 450～550℃下进行镀层扩散退火，获得铁含量在 7%～15%之间的锌铁合金镀层的过程。

影响合金化的因素主要有锌液有效铝含量、锌锅温度、带钢入锌锅温度、合金化温度、带钢速度、基板化学成分及镀层厚度等高品质合金化产品的镀层往往希望钢板和镀层之间不含齿状 Г 相(Ｆ3Ｚｎ10)，镀层表面不含大量柱状 ζ 相(ＦｅＺｎ13)这需要选择合适的合金化镀层退火工艺，对加热速率、均热时间和冷却速率进行严格控制我国合金化技术相对较弱，镀层在冲压时易出现粉化或剥落缺陷，迫切需要对合金化技术进行系统地研究，尤其是对镀层的相结构及其影响进行研究5　平整工艺为消除带钢的屈服平台，获得良好的带钢平直度和合适的带钢表面粗糙度，要对热镀锌板进行平整平整工艺参数主要包括轧制力、弯辊力、平整入口张力和平整出口张力在改善板形和提高带钢表面质量方面四辊平整机明显优于二辊平整机目前，日本已开发出工作辊可换成不同辊径的四辊平整机，可更好地控制不同规格和钢种热镀锌产品的板形和表面粗糙度镀锌板表面粗糙度控制是高品质镀锌产品生产的关键技术之一，目前主要是对平整辊辊面毛化方式及其参数和平整工艺参数等进行研究，另外平整机工作辊辊径大小以及辊面粗糙度等也对产品表面粗糙度有影响其中，在辊面毛化方面，喷丸毛化和电火花毛化应用最广，激光毛化由于周期长、成本高，很少用，而镀铬毛化和电子束毛化近年来研究较多，发展较快，但还未普及。

另外，平整辊粘锌问题一直是困扰高表面质量镀锌产品生产的难题，需要对平整机设备进行必要的改进，也可在平整脱盐水中添加清洗剂6　后处理工艺后处理包括钝化、预磷化和涂油通过钝化处理，可以改善镀锌层的表面结构和光泽，提高镀锌层的耐蚀性能及使用寿命，并能改善涂层与基体金属的结合力目前钝化处理主要采用铬酸盐钝化在钝化液中添加一些活化剂，如氟化物、磷酸或硫酸等，使得钝化后得到较厚的铬酸盐膜当钝化液中有氟化物时可降低钢带表面张力，加速成膜反应，并能4增加化学抛光作用，使钝化膜细致光亮对建筑用热镀锌钢板，日本ＮＫＫ公司开发了具有极佳耐蚀性和耐黑锈性的特殊铬酸盐钝化涂层多年来，学者们对无毒或低毒的无机缓蚀剂作为钝化剂进行了大量的研究钼酸盐是其中的一种，其毒性低于铬酸盐，但钝化后的耐蚀性只与低Ｃｒ钝化相当在无毒的水溶性丙烯酸树脂(简称ＡＣ)中加入少量的钼酸盐、磷酸盐(简称Ｍ)得到一种钝化液(简称ＡＣＭ)，代替有毒的铬酸盐进行钝化处理，结果表明，热浸镀锌层采用该无毒钝化液进行钝化，可以推迟镀锌层出现白锈的时间，其抗蚀性已接近铬酸盐钝化水平尽管文献报道了各种不同的无铬钝化工艺，但目前还没有一种无铬钝化工艺能够完全代替铬酸盐钝化工艺。

有的无铬钝化工艺在某些方面已经与铬酸盐钝化法相当，但其市场前景、应用范围及用户环保效果还需进一步研究但无铬钝化取代铬酸盐钝化已是大势所趋目前，具有预磷化处理能力的热镀锌机组较少而家电外板采用经过磷化处理的热镀锌钢板代替传统的电镀锌钢板既可以延长产品寿命，又降低材料成本，因此可以预见，机组预磷化还是非常具有发展潜力的我国预磷化热镀锌产品处理技术尚需深入研究另外，为提高热镀锌产品冲压零件的成型性能，除对防锈油，包括固态、半固态防锈油进行研究外，热镀锌产品无机润滑膜和有机润滑膜也是研究热点之一锌锅技术1　锌渣研究锌渣是铁锌铝的金属间化合物，粘附到镀层表面就形成锌渣缺陷，它是热镀锌产品的主要缺陷之一锌锅中锌渣分为面渣、底渣和悬浮渣，可通过锌锅铝含量、铁含量控制，锌锅温度稳定控制以及锌锅温度场、浓度场的稳定控制来减少锌渣缺陷同时生产高表面质量纯锌和合金化热镀锌产品的新建热镀锌机组通常采用双锌锅系统，分别生产纯锌产品和合金化热镀锌产品，以减少采用单个锌锅系统在进行产品切换时产生的大量锌渣缺陷，提高产品表面质量，同时也有利于锌锅温度和铝含量的稳定控制我国在锌渣的生成量控制方面较为薄弱，应对锌渣的生成机理及其控制进行深入研究。

2　锌锅流场的研究锌锅内锌液的流动规律会直接影响锌渣、锌灰嵌入镀层的行为，从而影响最终产品的表面质量一般采用实体或数值模拟方法来模拟锌锅内锌液的流动，实体模拟主要是用水进行模拟Ｓ Ｊ Ｌｅｅ等利用带有感应加热器、刮刀和折流板的 1：5 透明水模拟器模拟锌锅流场，研究了锌液的流动特性和沉没辊对流场的影响但水模拟只能观察到模拟器内5水流动的二维流场，有其不足之处，而采用数值模拟的方法，可得到任何截面的速度场，有助于理解不同区域的锌液流动国内应加强对锌锅流场的研究，改进锌锅的加热方式和锌锭的加入位置3　锌液成分及其对镀层的影响锌液成分对镀层的影响主要指铝含量和铁含量的影响，其直接影响镀层的附着力和锌渣的生成量，需精确控制热镀纯锌时，在锌液中加入 0.005%～0.020%的Ａｌ，可显著提高热镀锌层的光亮性，减少锌液表面氧化而当锌液中加入超过 0.15%的Ａｌ时，可抑制Ｆｅ-Ｚｎ合金相的形成并获得厚度适宜、粘附性良好的镀层在带钢连续热镀锌时，锌锅中铝含量通常控制在 0.10%～0.20%生产合金化热镀锌产品时可以适当降低铝含量，以减少镀锌和合金化时间，提高机组速度，降低成本但锌锅铝含量的稳定控制一直是生产中的难点，需对锌锅内有效铝含量的检测及控制、锌锅物流平衡进行深入的研究。

4　锌锅设备研究锌锅设备主要包括沉没辊、稳定辊及其附属设备现有的先进热镀锌生产线多采用熔沟式陶瓷锌锅，内置 1 个沉没辊和 2 个稳定辊(或称矫正辊)为了保证带钢稳定运行和提高镀锌产品表面质量，有必要对沉没辊辊面流锌槽的形状和间距等进行研究另外，沉没辊及其轴承寿命短一直是热镀锌生产的难题，应从沉没辊辊面喷涂和封孔剂等方面进行研究针对沉没辊和稳定辊辊印缺陷，锌锅刮刀技术也发展得较为成熟另外，无芯锌锅和预熔锌锅也已发展得较为成熟无沉没辊锌锅也是目前研究的热点根据电磁移动场形成磁流体动力学封闭(ＭＨＤ)的原理而设计出垂直型锌锅，可使钢带直接从锌锅内的锌液中穿过，不会造成磨损，锌锅内也无任何易腐蚀部件，而且可以实现高速镀锌，节约能源但要实现商业应用，还需要对封流稳定和走带稳定等问题进行深入研究高强钢热镀锌技术高强钢的可镀性一直是研究的重点高强钢往往含有较多的Ｓｉ、Ｍｎ等元素，这些元素易在基板表面富集，使得热镀锌时出现多种表面缺陷日本通过化学成分的调整，特别是Ｍｏ元素的添加，实现了双相钢合金化热镀锌的商业生产低Ｓｉ含量双相钢已在传统热镀锌生产线上进行商业生产，例如：ＤＰ600：0.07%～0.10%Ｃ，1.0%～1.8%Ｍｎ，0.4%Ｓｉ，0.6%～1.2%(Ｃｒ+Ｍｏ)，<0.01%Ｓ，<0.06%Ｐ，0.02%～0.06%Ａｌ，<0.03%(Ｔｉ+Ｎｂ)，其屈服强度和抗拉强度分别达到了 320ＭＰａ和 630。