符新涛

(新疆八一钢铁股份有限公司轧钢厂)

前言

八钢冷轧镀锌机组设计产能15万吨/年。热镀锌工艺采用美钢联法,热镀锌退火炉采用全辐射管加热,其中加热区共9段,1个均热段,1个快冷段及热张力辊室。热镀锌退火炉有效长度120米,生产规格0.25～1.6mm,宽度800～1250mm,其中辐射管分两种,U型辐射管及W型辐射管,设计热功率分别为50kW及75kW。

近年来,随着连续多年高负荷运行,对辐射管的管理提出了更高的要求,辐射管的工作状态直接影响着热镀锌产品的质量,也是保证热镀锌产量质量的关键。

笔者针对冷轧热镀锌生产过程中发生的锌层脱落缺陷进行分析,通过开展质量分析及相关措施的固化,在保证产品质量方面取得了显著效果。

1 关于锌层脱落事件概述

2021年10月1日镀锌机组生产0.33×1250(mm)(DC51D+Z),线速度115m/min,锌层10J球冲及折弯性能均合格。当产品规格为0.38×1253(mm)时,线速度调整为90m/min时,在对试样做10J球冲试验时,发现带钢的正面沿宽度方向传动侧约0～500mm处出现锌层点、片状脱落,同时180°折弯试验也发生锌层脱落现象,见图1。

图1 10J球冲试验冷轧带钢锌层点、片状脱落形貌

机组降速至60m/min,依次对以下部位检查:检查原料表面;镀锌前处理循环槽温度、碱点;对退火炉炉体排查泄漏点(依据打压检漏作业标准依次对退火炉下斜槽法兰连接处、下斜槽锌液消落带区域、4#张力辊室、快冷风机负压部位实施检查); 退火炉炉辊润滑检查;辐射管密封检查。

检查结果:原料符合接收标准;镀锌入口带钢清洗效果良好,未见异常;退火炉炉体无泄漏;炉辊润滑正常;对辐射管逐个密封检查,排查过程中发现37# 辐射管氧含量为 4%,明显异常,采取关闭烧嘴及助燃空气后,锌层脱落缺陷消除。

2 锌层脱落原因分析

热镀锌过程中,当钢基与铁-锌合金层中间无法形成具有粘附介质的均匀Fe2Al5中间层时,镀层的附着力下降即可造成锌层试验过程中锌层脱落现象。

2.1 退火炉入炉前钢板表面污染的影响

2.1.1 热镀锌原料影响

受生产计划排产的影响,镀锌前轧机原料可能在库存储时间过长,带钢表面形成乳化液锈蚀斑迹,镀锌前处理工序及镀锌退火炉无法消除时,在斑迹部位锌层附着力降低,发生锌层点状脱落现象。

2.1.2 镀锌前处理异常原因

镀锌机组前处理采用碱喷淋-碱刷洗-电解脱脂-热刷-热漂工艺,如若电解电流、碱液温度及碱液温度等工艺参数超标时,会造成表面黑斑,退火无法消除时在黑斑部位锌层附着力降低,锌层出现点状脱落。

2.2 镀锌退火炉泄漏发生钢基板氧化造成锌层脱落2.2.1 退火炉下斜槽泄漏

退火炉下斜槽采用纯氮气密封方式,下斜槽与锌锅锌液接触的消落带区域,由于受到锌液铁腐蚀影响,会形成孔洞,当锌液位低于孔洞高度时,外部空气进入下斜槽对即将入锌锅带钢发生局部氧化,热镀锌中间附着层无法形成发生锌层脱落;退火炉下斜槽采取三段式法兰连接,检修时的温度骤然升降及加锌过程中的碰撞,会导致法兰密封漏气或法兰根部焊缝开裂,造成外部空气进入下斜槽,带钢发生氧化,热镀锌中间附着层无法形成发生锌层脱落。

2.2.2 退火炉快冷风机换热器泄漏

换热器水冷管焊接部分发生水泄漏时,水蒸汽迅速氧化带钢,造成锌层脱落。漏水严重时,甚至板面无法镀锌,最直接的外部表现方式为退火炉4#张力辊室露点急剧升高。

退火炉快冷风机换热器焊缝质量不好及开裂时,快冷风机工作时为负压状态会将外部空气吸入退火炉炉内,导致带钢发生氧化,锌层脱落。外部表现:4#张力辊室露点波动,风机停用时露点即下降。锌层脱落缺陷消除。

退火炉快冷风机外壳与减速机轴承箱采用波纹管连接方式密闭,当波纹管发生孔洞,快冷风机工作时的负压将外部空气带入,通过上下风箱喷嘴喷向带钢,带钢发生氧化,造成锌层脱落。锌层脱落表现方式:上下表面同时发生片状锌层脱落。外部表现:4#张力辊室露点波动,风机停用时露点即下降。锌层脱落缺陷消除。

2.3 退火炉炉辊漏油发生锌层脱落

退火炉炉辊轴承采用集中润滑方式,炉辊与炉墙采用耐火纤维密封。当润滑油量较大且耐火纤维发生疏松时,多余液态油脂进入炉内发生燃烧,对带钢氧化造成锌层脱落。锌层酸洗去镀锌基板表面呈现暗黄色油斑。外部表现特征:板温仪会发生急剧波动。炉墙内衬板表面片状油斑印记。

2.4 退火炉辐射管泄漏发生锌层脱落

八钢冷轧退火炉共有142支辐射管,其中21支为W型(75kW),121支U型(50kW),辐射管材质Cr28Ni48W5,管体离心铸造工艺,耐温1 100℃,新品寿命大于5年,返修件大于3年。

辐射管日常管理要求:在线检漏周期为6月/次,年修时进入炉内对辐射管表面检查有无变形严重和烧穿迹象。退火炉采用辐射管间接式加热附加氮氢保护气体,炉内微正压控制。当辐射管发生烧穿孔洞,辐射管内压力大于炉压时,助燃空气进入炉内氧化带钢,造成片状锌层脱落。当泄漏辐射管发生在退火炉后段时,露点会呈现一定异常变化,出锌锅镀锌带钢表面呈现不规则发白絮状形状。如采取辐射管停用(需关闭助燃空气)、提高炉压及增大排烟压力时,锌层脱落缺陷会消除。

3 锌层脱落处理措施

发生锌层脱落后的处理措施:

(1)检查带钢在入口活套的表面清洁状况;

(2)退火炉下斜槽检漏作业,如泄漏采取降低炉压使用高温密封胶补漏处理。

(3)逐一关闭在用快冷风机,检查快冷风机负压部位是否存在泄漏,如泄漏采取降低炉压使用高温密封胶补漏处理。

(4)取缺陷样板酸洗除表面锌层后,根据板面情况排查是否由于润滑油脂泄漏导致。

(5)对退火炉辐射管逐个排查检漏:将炉压提高至250Pa、排烟风机45Hz运行。

(6)关闭烧嘴末端煤气阀门及助燃空气阀门。使用烟气分析仪逐个检测烟气管道中含氧量,氧含量低于15%以下停用。

4 预防措施

为消除锌层脱落的质量问题,制定了预防措施:

(1)生产过程中,每卷不少于3次,目测检查原料表面无锈蚀斑迹;镀锌前处理循环槽槽液控制在60～75℃,游离碱点16～21。

(2)检修完成至开机前,炉压>250Pa的情况下,对退火炉炉体及快冷风机换热器检漏。

(3)炉辊集中润滑过程中,每支炉辊加油量控制在20～30g。

(4)固化辐射管检漏周期为2月/次,建立退火炉辐射管检查台账,对泄漏辐射管采取更换。对辐射管内换热器进行设计改型,消除换热器原因导致辐射管烧穿现象的发生;优化及固化退火炉富氧掺烧工艺,助燃空气中氧气含量控制在23%～27%;定修前对辐射管使用情况检查记录,定修期间更换泄漏辐射管内换热器;建立返修辐射管上线前检查台账。

5 实施效果

相关措施执行后,连续跟踪20卷冷轧带钢进行了性能检测,经检测均符合标准,见表1。

表1 改进措施实施前后冷轧卷锌层的对比

6 结语

通过对锌层脱落质量缺陷的调查分析,找到了锌层脱落的根本原因,并制定了解决方案。经现场实施及验证,效果良好,对同类热镀锌机组锌层脱落缺陷原因分析,具备一定的指导作用。