章一樊，李志慶

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

隨著熱鍍鋅產(chǎn)品在建筑、家電、汽車等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用的廣度和深度越來(lái)越大，用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越苛刻，特別是汽車面板和高端家電面板，一個(gè)米粒大小的點(diǎn)狀缺陷都可能會(huì)給產(chǎn)品的后續(xù)沖壓或涂裝工藝產(chǎn)生影響，而使得用戶不能接受。在熱鍍鋅工藝中，由于鋅鍋中不可避免的存在著Zn、Al、Fe這三種主要元素，這三種金屬元素在一定溫度條件下，會(huì)發(fā)生不同化學(xué)反應(yīng)會(huì)生成不同的金屬化合物，就是我們通常所說(shuō)的“鋅渣”，根據(jù)其生成化合物密度不同，會(huì)在鋅鍋中形成三種不同形式的鋅渣：底渣、懸浮渣和浮渣。鋅渣帶到熱鍍鋅板表面形成各種大小不一形狀各異的鋅渣缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量和使用性能，此外鋅渣積聚在鋅鍋沉沒(méi)輥溝槽內(nèi)還會(huì)形成沉沒(méi)輥印缺陷。這三種元素中僅鐵是作為有害元素存在的，其在鋅液中含量越小，鋅渣生成的就越少。因此研究分析鋅液中鐵元素的來(lái)源、工藝控制對(duì)熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量的提升非常必要。

1 鋅液中鐵元來(lái)源

通常加鋁法熱鍍鋅工藝鋅液中的鐵元素主要來(lái)自三個(gè)方面。

（1）原料鋅錠中存在的鐵。通常要求鋅錠中的鐵含量要求≤0.003%，在與鋅錠供應(yīng)商簽訂技術(shù)協(xié)議時(shí)均已明確要求，這個(gè)鐵含量由鋅錠供應(yīng)商負(fù)責(zé)控制，不再贅述。

（2）冷軋基板表面殘余的鐵粉。熱基帶材在冷軋軋制時(shí)，軋制變形區(qū)內(nèi)由于變形功的增加而產(chǎn)生大量的熱能，加之強(qiáng)大摩擦力作用，會(huì)有鐵粉從軋輥表面和帶鋼表面脫離，一部分帶入乳化液中，一部分殘留在冷軋帶鋼表面帶入熱鍍鋅工序，如在鍍鋅清洗工藝沒(méi)有有效清洗干凈就會(huì)帶入到鋅鍋內(nèi)。

（3）熱浸鍍時(shí)，冷軋基板表面的鐵元素會(huì)擴(kuò)散溶解到液態(tài)鋅中。這個(gè)擴(kuò)散溶解的速度和數(shù)量和鋅液的溫度、浸鋅時(shí)間有關(guān)，鋅液溫度越高、浸鋅時(shí)間越長(zhǎng)，鐵的擴(kuò)散溶解速度越快，鋅液中的鐵含量就越高。

2 鋅液中鐵元素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

2.1 對(duì)鋅渣的影響

在熱鍍鋅時(shí)，由于鋅鍋中鋅、鋁、鐵等多個(gè)元素的存在，不可避免地會(huì)在鋅鍋內(nèi)形成大量的不同種類合金化合物，也就是我們通常說(shuō)是的“鋅渣”。不同的熱鍍鋅工藝條件下生成的鋅渣的成分和狀態(tài)也不同，根據(jù)鋅渣的密度以及其在鋅液內(nèi)所處的狀態(tài)不同，一般分為底渣、浮渣、懸浮渣。底渣主要成分為Fe 和Zn 的化合物如FeZn7，因其比重比純鋅大會(huì)下沉到鋅鍋底部，故稱為底渣，主要產(chǎn)生在合金化產(chǎn)品的鋅鍋中；浮渣主要是由Fe2Al5及鋁和鋅的氧化物組成，由于其主要成分Fe2Al5比重只有4.2 g/cm3，遠(yuǎn)小于鋅的比重7.1 g/cm3，故在熱鍍鋅時(shí)會(huì)浮在鋅液表面[1]，故稱為“浮渣”；懸浮渣是懸浮在鋅液內(nèi)部鋅渣，介于二者之間。無(wú)論是底渣還是浮渣其組成成分中，均含有鐵元素，所以鐵含量對(duì)鋅渣的影響巨大，在熱鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程中，需要盡可能地減少鋅液中的鐵含量，以減少鋅渣的生成。圖1為典型的鋅鍋內(nèi)撈出的底渣。圖2 和圖3 分別為帶到帶鋼表面形成的大鋅渣和小鋅渣缺陷。

圖1 底渣

圖2 小鋅渣

圖3 大鋅渣

2.2 對(duì)沉沒(méi)輥印的影響

熱鍍鋅鋅鍋內(nèi)沉沒(méi)輥為被動(dòng)輥，靠帶鋼與輥面間的摩擦力帶動(dòng)輥?zhàn)有D(zhuǎn)，為了防止沉沒(méi)輥停轉(zhuǎn)或與帶鋼之間發(fā)生滑動(dòng)摩擦，需增加鋼帶與輥?zhàn)娱g的摩擦力，通常沉沒(méi)輥表面都刻有深淺寬窄不一的溝槽。但如果鋅液內(nèi)的鋅渣很多，就會(huì)大量聚集在沉沒(méi)輥溝槽內(nèi)而不能從溝槽排掉，填滿鋅渣的溝槽就會(huì)在鍍鋅板表面印上對(duì)應(yīng)的輥印，稱為沉沒(méi)輥印缺陷，這種缺陷通常普通家電板和建筑板客戶也不能接受。鋅液中的鐵含量越高，溝槽內(nèi)積渣越多帶鋼表面越容易形成沉沒(méi)輥印缺陷。圖4為某條熱鍍鋅機(jī)組由于鋅鍋中鐵含量高導(dǎo)致沉沒(méi)輥溝槽積渣嚴(yán)重，圖5為典型的沉沒(méi)輥印缺陷。

圖4 沉沒(méi)輥溝槽內(nèi)積渣

圖5 沉沒(méi)輥印缺陷

3 鐵元素的控制

綜上分析，降低鋅液中的鐵含量對(duì)熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量控制非常重要，結(jié)合鋅液中鐵含量的來(lái)源及其受熱鍍鋅工藝的影響因素，從以下幾個(gè)方面簡(jiǎn)要闡述如何通過(guò)工藝控制以降低鋅液中的鐵含量，從而達(dá)到改善相關(guān)產(chǎn)品缺陷的目的。

3.1 基板表面殘鐵控制

熱鍍鋅冷軋基料由于冷軋軋制工藝因素，表面不可避免地存在殘余軋制油和殘余鐵粉，一般熱鍍鋅生產(chǎn)線在鍍前都配置有清洗工藝以清除冷軋板表面殘油殘鐵，但畢竟脫脂工藝能力有限，所以通常鍍鋅線對(duì)上游工序表面殘油殘鐵都有明確的要求，通常對(duì)于殘鐵含量要求≤150 mg/m2（單面）。在冷軋工藝控制時(shí)為了更直觀地監(jiān)控表面殘鐵，通常對(duì)乳化液做常規(guī)全分析，對(duì)乳化液內(nèi)鐵粉含量標(biāo)量進(jìn)行控制，通常要求鐵含量≤0.04%。此外冷軋卷下線后做表面反射率檢測(cè)也可以直觀地反應(yīng)表面殘油殘鐵狀況，帶鋼厚度不同鋼種不同都會(huì)影響板面清潔度，所以一般對(duì)不同鋼種不同厚度的帶鋼表面反射率標(biāo)準(zhǔn)要求也要求不一樣。

3.2 鍍前清洗工藝控制

鍍鋅線鍍前清洗工藝經(jīng)典布置為：堿液噴洗+堿液刷洗+電解清洗+刷洗+熱水漂洗+熱風(fēng)干燥。但鍍前清洗工藝中，對(duì)除去表面殘鐵影響最大的是刷洗工藝和循環(huán)槽回路上的磁過(guò)濾器。刷輥的壓下量越大、刷輥的轉(zhuǎn)速越高，除鐵效果越好，但會(huì)影響刷毛的磨損，對(duì)此需要綜合考慮成本和產(chǎn)品質(zhì)量。通常對(duì)于生產(chǎn)汽車外板這種高表面質(zhì)量要求的產(chǎn)品，刷毛壓下控制在2～3 mm，普通產(chǎn)品刷毛壓下控制在1 mm。此外刷毛的材質(zhì)、致密度也會(huì)對(duì)清洗效果產(chǎn)生影響。

清洗下來(lái)的鐵粉進(jìn)入循環(huán)溶液內(nèi)，如果不能有效清除掉，就會(huì)在循環(huán)液里越積越多，循環(huán)后還是會(huì)帶到帶鋼表面，所以清洗工藝循環(huán)管路上通常都配置有磁性過(guò)濾器，通過(guò)磁性過(guò)濾器將循環(huán)溶液中的鐵粉吸附下來(lái)，再通過(guò)機(jī)械方式處理到污泥斗。同時(shí)要定期監(jiān)控磁過(guò)濾器的工作狀況，并需要定期對(duì)磁過(guò)濾器進(jìn)行清洗，以提高其除鐵能力。

由于鍍鋅線清洗工藝通常都布置在入口活套后面，處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，所以帶鋼表面清洗效果很難做到在線量化評(píng)估，為監(jiān)控鍍前清洗效果，除了在清洗后用干凈的白紙直觀非量化擦拭檢查評(píng)估外，還可以取循環(huán)槽內(nèi)的溶液檢測(cè)油、鐵含量，當(dāng)溶液內(nèi)油、鐵含量超過(guò)一定量后，就要加大槽體內(nèi)溶液排放量，通常鐵含量超過(guò)0.1%就要加大溶液排放。此外，為保證清洗效果，清洗循環(huán)槽內(nèi)的溶液在正常工作狀態(tài)下和定修時(shí)都需要進(jìn)行部分排放和全部排放?？筛鶕?jù)不同產(chǎn)線原料清潔度以及清洗工藝能力和不同產(chǎn)品，設(shè)定不同的在線定量排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 鋅鍋溫度控制

根據(jù)熱鍍鋅經(jīng)典理論，鋅液溫度越高，鋅鐵擴(kuò)散得越快。在鋅液溫度低于480 ℃時(shí)，鐵損是按照低拋物線規(guī)律隨著浸鋅時(shí)間的變化而變化，圖6 為低碳鋼在不同鋅液溫度下的鐵損曲線圖[1]。從圖6中可以看出，相同條件下隨著鋅液溫度的升高，鐵損明顯上升。圖7為某條熱鍍鋅機(jī)組在相同鋁含量情況下兩種不同鋅液溫度體系實(shí)際檢測(cè)到的鐵含量，從圖7 中可以看出相同條件下，當(dāng)鋅液溫度在475 ℃時(shí)，鋅鍋中的鐵含量比460 ℃高了近一倍。鐵在不同鋅液溫度下有不同的飽和濃度，當(dāng)鐵含量超過(guò)這一飽和濃度時(shí)，鐵就會(huì)從鋅液中析出和Zn、Al發(fā)生反應(yīng)，生成鋅渣。

圖6 低碳鋼不同鋅液溫度鐵損曲線

圖7 某鍍鋅線兩種不同鋅液溫度下鐵含量實(shí)際檢測(cè)對(duì)比

為了減少因鋅液溫度給鐵的擴(kuò)散帶來(lái)的影響，通常熱鍍鋅鋅液溫度控制在460±5 ℃，鋅液溫度過(guò)高鐵含量增加，鋅液溫度過(guò)低一方面不能滿足中間粘附層形成要求，另外溫度越低鐵的飽和濃度越低，鐵容易析出，同樣會(huì)造成鋅渣缺陷的增加。此外鋅液溫度的波動(dòng)也會(huì)造成鐵從飽和溶液中析出，所以一般鋅鍋溫度設(shè)定后，要盡可能減少鋅液溫度的大幅波動(dòng)，通常鋅液溫度波動(dòng)控制±1～2 ℃。

3.4 鋅液中鋁元素控制

眾所周知為了提高鍍鋅層粘附性通常熱鍍鋅鋅液中都要添加一定量的鋁元素，對(duì)于純鋅鍍層產(chǎn)品鋅液中的鋁含量一般控制0.17%～0.23%。鋅液中的鋁和鐵發(fā)生反應(yīng)生成Fe2Al5(浮渣的主要成分)，此外Al 還會(huì)和鋅鐵合金（底渣主要成分）發(fā)生置換反應(yīng)（5Al+2FeZn7→14Zn+Fe2Al5）。在460 ℃時(shí)鋅液中的鐵的飽和濃度為0.03%，當(dāng)鋁處于上述范圍時(shí)，鐵元素處于析出的邊界狀態(tài)，所以鋅液的純凈度不夠，容易產(chǎn)生一些細(xì)小的游離渣，帶到帶鋼表面或在沉沒(méi)輥溝槽聚集。為此要降低鋅液中的鐵含量，特別是對(duì)于表面質(zhì)量要求高的汽車面板，就要在生產(chǎn)之前適當(dāng)提高鋅液中的鋁到0.25%～0.3%，使得鋅液中的鐵含量控制在0.01%以下，遠(yuǎn)離析出點(diǎn)，使得帶鋼穿過(guò)純凈的鋅液，減少表面細(xì)小鋅渣缺陷的生成[2]。圖8 為典型鋅鍋內(nèi)不同鋁含量鋅渣生成趨勢(shì)示意圖，從圖8 可以看出控制鋅液中的鋁含量可以抑制鋅渣的生成狀態(tài)。

圖8 鋅鍋內(nèi)鋅渣生成趨勢(shì)圖

4 結(jié)論

（1）鋅液中鐵含量的多少對(duì)熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量影響非常大，所以熱鍍鋅時(shí)，鋅鍋中的鐵含量要作為重要的工藝控制點(diǎn)重點(diǎn)監(jiān)控。

（2）影響鋅液中的鐵含量的因素是多方面的而且比較復(fù)雜，有原料因素、熱鍍鋅鍍前脫脂工藝、熱浸鍍工藝等，在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鐵含量長(zhǎng)時(shí)間偏高要從各個(gè)方面排查原因。

（3）因鐵含量的影響而產(chǎn)生的產(chǎn)品缺陷較多，部分缺陷容易與其他缺陷混淆，所以當(dāng)界定不清楚時(shí)需要取樣對(duì)缺陷部位進(jìn)行電鏡掃描和能譜分析，以確定缺陷主要組成元素和微觀形貌。