能源化工]冷轧板带生产技术基础知识五

能源化工]冷轧板带生产技术基础知识五内容摘要：

309 不锈钢金属盖的陶瓷纤维隔热材料进行隔热。 5)喷射冷却段 由 4台设备按 2个垂直通道布置的该喷射 冷却段的目的是快速地将带钢的温度降到规定的镀锅入口的温度上。 炉子边部布置的电幅射管加热器投入使用时，可以保证带钢宽度方向的温度均匀性。 在面对带钢的每一侧，每台喷射冷却设备有一系列的炉底风冷盘室，布置的交叉的喷射开口在移动带钢的两侧分配高速冷却的气体。 由带钢加热的气体连续地沿着室的一侧移动，到达一个风道，该风道直接通向位于室外的一个水冷翅片式盘管。 从盘管，冷却的气体进入到一个离心风机中，从风机在压力下通过风道返回到炉底风冷盘室，以在移动的带钢上循环。 每个喷射冷却段提供有 2 台循环风机和热交换器。 图 炉子简易图 1预热段； 2明火加热段； 3辐射管加热段； 4缓冷 /保温段； 5快冷段； 6下溜槽； 7上行风冷； 8水淬槽。 退火炉由预热段、明火加热段、辐射管加热段、缓冷 /保温段、快冷段和下溜槽组成，带钢出锌锅后，经两个上行风冷、一个水平风冷、二个下行风冷和一个水淬槽。 911 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 Fe相 (Fe3Ｚｎ 10)，镀层表面不含大量柱状 ζ 相 (ＦｅＺｎ 13)。 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。 合金化热镀锌板 (GAGalvaneal) 镀锌板从锌锅中出来之后，在一个特制的加热炉中进行加热，是纯锌层全部转化为 FeZn合金层。 这种产品除耐腐蚀性较镀锌板优越外，其焊接性能、涂漆后耐蚀性也优于普通热镀锌板。 但是其在腐蚀前期出红锈，因而限制了其用途，目前只在日本系的轿车行业等少量涂漆后使用的场合应用。 目前国内武钢、宝钢 2镀锌线、鞍钢 2镀锌线可生产该品种。 铝 锌镀层钢板（ GLGalvalume） 20世纪 70年代，美国伯利恒钢铁公司研制了锌 铝镀层钢板 ，镀液中含铝 55%，含锌 %，含硅 %。 这种新产品的性能介于镀锌板与镀铝板之间，耐腐蚀行为镀锌板的 5~10 倍，耐热性可比得上镀铝板，因此能够应用于耐热和耐高温腐蚀的领域，但牺牲阳极保护性能较镀锌板差。 该镀层品种约占世界镀锌总量的 5%左右，国内宝钢、攀钢、无锡新大洲具备生产该镀层品种的能力。 锌 铝镀层钢板（ GFGalfan） 20 世纪 80 年代，国际铅锌组织开发了 Galfan，含铝 5%，含锌 95%，和少量稀土元素。 Galfan板的优点是镀层塑性和附着性很好，变形前后的耐腐蚀性不变，耐大气腐蚀是常规 热镀锌板的2~3 倍，牺牲阳极性能与镀 锌板相当。 但该镀层的硬度低，易划伤，且腐蚀后变黑，限制了其应用。 该镀层品种约占世界镀锌总量的 5%左右，国内尚无该镀层的带钢生产能力。 锌铝镁镀层钢板（ ZAM） 912 20 世纪末 21 世纪初，日新制钢和新日铁相继开发了 ZAM，其化学成份分别为 Zn6%Al3%Mg、Zn11%Al3%%Si，耐蚀性是镀锌钢板的 10 倍以上，但镀层韧性较差，目前仅在日本少量生产。 其它合金化镀层 在炉前或锌锅上方，通过电镀或离子溅射的方法在带钢表面沉积一层其它金属，如镍、铝、镁等，即可以增加镀层 品种，又不需要增加锌锅装置，还可以获得传统热浸镀条件下难以获得的镀层成份。 这些工艺方法尚处在试试验阶段，未投入工业生产。 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913 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，机组在线预磷化还是非常具有发展潜力的。 我国在线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 图 锌锅 锌锅采用感应加热的方式，感应体分低功率、高功率两种加热方式。 当正常生产时，感应体处于低功率加热方式，锌锅的热平衡主要通过调节带钢的入锌锅温度与速度来维持。 在加锌锭等锌液温度降低 时，感应体切换到 高功率加热方式，维持锌锅温度稳定。 高功率分有更细档位，可根据 生产情况自行调整。 锌锅 PCU 电加热系统是整个锌锅的灵魂。 它主要包括两部分，其一是感应体，其二是 PCU控制柜。 锌锅需要一天 24 小时不间断工作，并且供电系统停电时间原则上不得超过 20 分钟，否则感应体内的锌液会冷却凝固，进而整个锅体的锌液也随之冷却，危害极大。 锅感应体 :锌锅感应体由冷却风机、二次电感线圈、耐火材料、隔热铜套四部分组成。 （ 1）感应体风机用于保持感应体内二次线圈的冷却。 永久保持感应体内耐火材料温差的倾斜度，防止耐火材料由 于高温破裂。 必须时刻保持感应体风机不间断运行。 914 （ 2）二次电感线圈相当于变压器的一次测，而在感应体通道内流动的锌液相当于变压器的二次测。 PCU将变化的电流传给二次电感线圈，产生变化的磁场，使感应体通道内流动的锌液产生巨大的加热电流， 1700A 左右，同时锌液的电压变得非常小，只有几伏。 （ 3）耐火材料的作用是保护电感线圈，防止其受高温侵蚀，并给锌液流动提供通道。 它是感应体的硬件骨骼。 （ 4）铜套也是保护电感线圈并提供测量电感线圈温度的工具。 锅平台升降及锅体移行系统 : 锌锅平台升降及锅体移行系统主要采用 GE PLC 控制。 检测元件主要使用各种类型的接近开关。 （ 1）平台升降 平台升降是靠大电机带动四个来提升、降落载有 500 多吨锌液的平台。 螺旋千斤顶的每个螺帽上有四个检测螺帽旋转的接近开关。 其主要作用是检测千斤顶旋转是否同步。 另外还安装了温度、磨损接近开关。 平台的下面还安装了四个支撑柱，在平台到达工作位后，所有的力都卸载到了支撑柱上。 对螺旋千斤顶起到了保护的作用。 平台的底部和顶部装有检测平台位置的接近开关，及检测支撑柱位置的接近开关。 （ 2）平台移行 平台移行比较简单，主要靠接近开关来检测锌锅所到达的的位置：平台 位置、存储位置，并由锁销电机来锁定锌锅。 移行的动力主要来自锌锅本身的移行电机。 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。 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，915 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。 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 %～ %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 %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 %～ %。 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在线检测及控制、锌锅物流平衡进行深入的研究。 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：ＤＰ 600： %～ %Ｃ， %～ %Ｍｎ， %Ｓｉ， %～%(Ｃｒ +Ｍｏ )， %Ｓ， %Ｐ， %～ %Ａｌ， %(Ｔｉ +Ｎｂ )，其屈服强度和抗拉强度分别达到了 320ＭＰａ和 630ＭＰａ，总延伸率为 26%，ｎ值为。 高Ｓｉ含量的高强钢依然是目前研究的主要方向之一，这需要对退火炉炉内气氛和炉内露点控制进行研究，对基板进行预处理也可解决Ｓｉ等元素的 表面富集问题。 在合金化热镀锌双相钢的基础上，916 日本川崎钢铁公司开发了点焊性良好的 590～ 980ＭＰａ级低碳当量型合金化热镀锌钢板。 最近日本ＪＦＥ钢铁公司又成功开发出了更高强度级别合金化热镀锌双相钢。 ＴＲＩＰ钢 (即相变诱发塑性钢 )具有优良的成型性、强度和耐冲击性，是汽车减重、节能的理想用钢。 但传统的高Ｓｉ含量ＴＲＩＰ钢不适合在现有的热镀锌生产线上生产，这同样是由于Ｓｉ的富集易导致镀层出现漏镀缺陷。 虽然通过控制退火炉内的露点能够改变带钢表面化学成分，从而改善镀层质量，但是并不能完全消除漏镀区域。 另外，其等温转变 温度由于受到锌锅温度的限制而太高，从而无法得到足量的残余奥氏体。 研究发现用Ａｌ替代Ｓｉ所得到的ＴＲＩＰ钢可以和传统ＣＭｎＳｉ型ＴＲＩＰ钢性能相当，而且它适合于现有的热镀工艺，具有很好的可镀性。 但由于Ａｌ元素的。