冷轧带钢表面污染物及其对热镀锌的影响.doc

冷轧带钢表面污染物及其对热镀锌的影响 李 九 岭，汪晓林 （武汉市吉瑞化工科技有限公司，湖北，武汉，430074）摘 要：在冷轧过程中，由于轧制油性能差，乳化液参数选择不当，乳化液脱铁净化效率低，轧制参数优化不佳，轧机出口吹扫不力等原因，都会使冷硬板表面油脂和铁粉污染物的含量增加，在热镀锌时不仅产生大量的锌渣增加生产成本，还会污染退火炉和锌锅，在带钢表面产生压痕和锌粒缺陷，降低表面质量。关键词：铁粉；油脂；污染物；脱脂Infufence of coldrolled strip surface contaminants on hotdip galvanizationLI jiuling1 ZHENG Hongdao2 WANG Xiaolin3(1.The Cold rolling mill of WISCO,Wuhan 430083,China; 2.The Technology of WISCO,Wuhan 430080,China; 3.The Wuhan Jirui Seicnce and Technology Group Company)Abstract: Surface contaminants of coldrolling strip such as oil and iron dust will increase in coldrolling process, which can be contributed to many reasons, including poor property of rolling oil, emulsion parameter selected improperly, emulsion degreasing and cleaning inefficiently, rolling parameter optimized badly, purging ineffectively on outgoing side of rolls, etc. So production cost will increase for large amount of zinc dross forming in hotdip galvanization, and surface quality will decline for press mark and zinc particle defect coming out on strip surface.Key words: iron dust , oil, contaminant, degreasing 1 前言从1965年美国阿姆柯公司发明改良森吉米尔法，到上世纪末的30年间，是热镀锌的快速发展时期。因NOF炉的炉温可达1250，对钢板表面污染物有一定的净化能力，所以，在早期建设的热镀锌机组中就不设脱脂段。随着热镀锌应用领域的扩展，人们对其表面质量要求愈来愈高，目前建设的热镀锌线全部设置有脱脂段。由于脱脂段也只能清除冷硬板表面8090%的污染物，所以最根本的措施应该是优化冷轧工艺，减少冷硬板表面的污染物。2 冷硬板表面的污染物2.1污染物的组成收稿日期：作者简介：李九岭（1937- ），男，河南濮阳市人，教授级工程师热轧板通过冷轧工序轧成薄规格的冷轧板，因加工硬化，其抗拉强度Ob可达700800MPa，故称之为冷硬板。如果用白纸擦拭冷硬板的表面，就会发现钢板表面覆盖一层“黑色油泥”污染物。经检验附着的污染物一般为8001200mg/m2（双面），最多可达2000mg/m2。污染物是由油脂和铁粉等固体物颗粒混合组成的，其中铁粉和非金属固体物约占3050%。2.2 污染物的来源热轧带钢在高速冷轧过程中，当压下量达到一定程度时，在轧制变形区因变形功增大产生大量的热能，虽然有大流量的乳化液进行冷却，并且辊缝区形成油膜进行润滑，但是带钢变形的前滑区和后滑区在极大的摩擦力作用下仍有铁粉从轧辊表面和带钢表面脱落。一部分铁粉进入乳化液中，污染了乳化液；而另一部分铁粉滞留在带钢表面。在带钢的轧制过程中，乳化液因高温破乳形成的油膜除了起润滑作用外，还有少量的油脂残留在带钢表面与铁粉混合构成了污染物，牢固地粘在带钢表面，在轧机的出口很难被吹刷掉。所以冷硬板表面存在污染物应属正常现象，其合理的范围应为600800mg/m2（双面），若超出最高值就属不正常状态。2.3 减少污染物的措施2.3.1 选择润滑性良好的轧制油应选择性能良好的轧制油来配制乳化液，这种乳化液应具有良好的“离水展示性”，即在一定的条件下具有排水析出油的功能。在冷轧过程中，乳化液受到高压、剪切力、温度升高等因素的作用；同时在高温作用下，由于水分气化的带热蒸发，又起到了冷却作用。如果乳化液不具备次性能，则在轧制辊缝区高温破乳就不充分，形成的润滑膜也不完善，就会增加摩擦力，使更多的铁粉进入乳化液，不仅污染了乳化液和钢板表面，而且增加了轧辊的消耗。2.3.2 规范乳化液参数2.3.2.1 乳化液的浓度 乳化液中含油量的范围为24%。轧制变形量较大时，应增加含油量。2.3.2.2 乳化液的温度 乳化液的使用温度为4565。温度过低不利于破乳油膜的形成，降低了乳化液的润滑效果，增加了钢板的铁粉污染程度。温度过高使乳化液颗粒长大，因乳化液不稳定造成油耗上升 1,这样就使过多的油脂附集在钢板表面，增加了钢板的油脂污染程度。2.3.2.3 乳化液的净化乳化液的净化方法有三中。第一为磁性过滤，主要作用是清除铁粉，过滤精度为0.2mm；第二为反冲洗过滤，主要是清除非金属颗粒，过滤精度为0.15mm；第三种为霍夫曼纸过滤，主要清除油污和细小铁粉，过滤精度为0.06mm。经过净化处理，乳化液中的铁粉含量应小于200mg/L，灰份小于1500mg/L，铁皂小于0.3%，游离脂肪酸小于10%。2.3.3 优化轧制参数在轧制生产过程中，选择适当的轧制力至关重要。如果压下量过大，就会使辊缝区润滑油膜发生破裂，这时在带钢和轧辊表面会发生局部粘结式摩擦，不仅使带钢表面产生热滑痕、轧机工作辊产生摩擦辊印，而且还会产生大量的铁粉污染乳化液和钢板表面。2.3.4 加强冷轧机出口的吹扫2.3.4.1 采用高压风吹扫，将带钢上下表面残留的乳化液及其其它污染物清除。2.3.4.2 采用负压抽吸的方式将带钢上下表面残留的乳化液及其其它污染物清除。2.4 污染物的检验2.4.1粘贴法用一种专门测量冷硬板表面污染物的胶带贴在被测的带钢表面，利用胶带表面附着的胶状物将冷硬板表面的污染物粘到胶带上，然后再用反射率检测仪测量胶带的反射率，将被测样与标样对比即可。这种方法简单、快速、方便，其缺点是仅能测量污染物重量的定性值 2 ，且误差较大。 严格说，反射率与清洁度不存在正比关系，根据实际测量发现，当反射率大于45%时，反射率与清洁度才近似正比关系。因为冷硬板污染严重时，其污染物厚度增加，胶带第一次粘贴只能粘下表面一层污染物，还有大量的污染物未被胶带粘下，这时应该在同一部位多次粘贴，最后计算其叠加值。2.4.2 重量法2.4.2.1 取样从被测冷硬板上冲6块直径为80mm，面积为50cm2的园片作为检测试样。2.4.2.2 污染物总量的测定取两片试样置于天平上称量，记下质量m1。然后将试样放入烧杯中加入50ml丙酮，加热至微沸，再用带乳胶头的玻璃棒擦洗试样表面。洗净后夹出试样并用20ml丙酮冲洗试样表面，用吸水纸擦拭并用电吹风吹干，放入干燥器中，两片试样用同样的方法分别处理。待试样冷却至室温后，在天平上称量，记下质量m2。以上操作为一组试样，共三组六片试样取其平均值。以每平方米双面上的毫克数来计算冷硬板表面污染物的总量，计算公式为：（m1-m2）103污染物总量= =（m1-m2）105（mg/m2）NS式中： m1清洗前的试样质量，克；m2清洗后的试样质量，克；N试样数量，2片；S单片试样面积，0.005m22.4.2.3 固体颗粒含量的测定将试样置于天平上称量，用有机试剂清洗试样，将板面清洗干净，然后将洗涤进行真空抽滤，再将残留物全部移至坩埚中，放入1052的烘箱中干燥一小时，取出放入干燥器中冷却至室温称重，以上操作六片为一组。以每平方米双面上的毫克数来计算冷硬板表面固体颗粒物的总量，计算公式为：（G1-G2）103污染物总量= （mg/m2） NS 式中： G1空坩埚重量，克； G2有固体颗粒残留物的坩埚重量，克； N试样数量，6片； S单片试样面积，0.005m22.4.2.4 铁粉含量的测定使用有机试剂清洗试样，用盐酸和过氧化氢溶解洗涤液中的铁粉，然后加热挥发去除有机试剂，将处理液定容。以上操作三片试样为一组，用原子吸收分关光度计测定铁含量。以每平方米双面上的毫克数来计算冷硬表面铁粉的含量，计算公式为： CV1V2污染物总量= 103（mg/m2） V0S式中： C工作曲线上查到测定铁元素含量，mg/ml； V0分取试液体积，ml； V1处理液第一次定容体积，ml； V2分取液定容的体积，ml； S单片试样面积，0.015m3通过上述测定可以得知，冷硬板表面污染物的总量可用下式表示。 Q总=Q1+Q2+Q3 式中： Q总污染物总量,mg/m2 Q1油脂含量，mg/m2 Q2铁粉含量，mg/m2 Q3非金属固体颗粒物含量，mg/m2由此又可得知，上述测得的固体颗粒物含量可由下式表示。 固体颗粒物含量=Q2+Q3冷硬板表面的油脂含量可由下式表示。 Q1=Q总（Q2+Q3）在热镀锌机组中，采用重量法测定冷硬板表面的污染物应每周进行一次，并将测试结果反馈到前工序，以便改善钢板表面质量。3 污染物对热镀锌的影响3.1 油脂在氢气还原法带钢连续热镀锌作业线中都带有连续退火炉。若作业线采用改良森吉米尔法，其NOF炉的最高炉温可达1250 3 ；若作业线采用全辐射美钢联法，其退火炉最高炉温也有950，轧制油的气化温度约为180左右，所以冷硬板进入退火炉后，在很短的时间内其表面油脂即可全部挥发，岁废气排出炉外，从理论上讲，单纯的油类污染物对线内退火的带钢热镀锌机组不产生影响。冷硬板表面的油脂虽然对热镀锌没有直接影响，但是可以产生间接不利影响。因为表面的污染物是由油脂、铁粉、非金属固体颗粒物三部分组成。它们相互渗透混合在一起，牢牢地粘附在钢板表面，所以要想去除铁粉等固体颗粒物必需首先脱脂，只有去除油脂才能去除固体颗粒物，由此可见脱脂的重要意义。 3.2 能使炉底辊表面产生结瘤 带钢进入退火炉后，随着温度升高油脂污染物首先被挥发清除，但是铁粉仍然会粘附在钢板表面，当带钢与炉底辊接触时就会使铁粉粘附于炉底辊表面，形成炉底辊结瘤。在卧式退火炉中，理论上带钢与炉底辊的接触是线接触，但是因为温度和张力的原因，实际上在接触区存在一个包角而形成面接触。在带钢速度与炉底辊线速度很难保持同步的情况下，被加热到700850很软的带钢与炉底辊产生相对运动，炉底辊的结瘤就会使带钢表面形成划伤或压痕缺陷。这些缺陷经过光整和拉矫无法消除时，就被迫停机换辊，这样不仅影响了产品的表面质量，增加了炉辊的消耗，也降低了机组的作业率。 3.2.2 能使锌耗增加和使镀锌板表面质量下降 带钢表面的铁粉进入锌锅后也金属锌发生反应全部生成锌渣。其反应可用下式表示。Fe+7ZnFeZn7 又上式可以看出，若将一公斤铁粉带入锌锅，则可生成八公斤锌渣。生成的铁锌合金颗粒初始期是悬浮于锌液中，当带钢出锌锅时，这些锌铁合金颗粒就会粘附在带钢表面，呈小米粒状，通常称为锌粒缺陷。这些锌粒凸起，在运输中又会因相互摩擦而发展成摩擦黑点缺陷。由此可见冷硬板表面的铁粉污染物不仅大大增加了锌耗而且降低了热镀锌板的表面质量。3.2.3 污染锌锅450460时，铁在锌液中的饱和浓度为0.03%。若铁含量超过0.03%就会析出生成铁锌合金，一部分和铝发生反映生成表渣。其反应可用下式表示。 2FeZn7+5AlFe3Al5+14Zn在上式中，Fe2Al3的比重为4.2，所以上浮锌液面成为表渣。而另一部分则沉入锅底成为底渣，底渣也常被称为硬锌。 在使用铁制锌锅时，每710天捞一次底渣，捞渣工具使用铁爪或铁铲，一次可捞取底渣1015吨。 如果使用工频感应加热锌锅，锅体由耐火材料砌筑，这样锅原则上不准使用铁器捞底渣。否则有可能损坏锅体，缩短锌锅使用寿命。3.2.4 污染沉没辊锌锅中的铁锌合金小颗粒因比重较锌液大，在下沉过程中，无任何阻挡时会沉积于锅底成为底渣。若是落在沉没辊辊面上，受带钢的反复挤压并经多次重叠加厚，就形杨高低不同的凸起点，当带钢经过沉没辊时，就会在带钢上产生压痕缺陷。这些缺陷经过光整和拉矫无法消除时，就被迫停机更换沉没辊，这样不仅影响了产品质量、增加了沉没辊的消耗，也降低了机组的作业率。3.2. 5 污染退火炉带钢表面的铁粉对退火炉十分有害，铁粉落入退火炉底就会结成硬块，清除时易损坏炉底：铁粉落入冷却段电阻带上，送电时易发生短路事故；铁粉若被抽入快冷热交换器，则易发生堵塞风道影响热效换效率。3.3 非金属固体颗粒物被通称为灰尘的非金属固体颗粒物在退火炉中不燃烧、不挥发、也不和氢气发生化学反应，它们牢牢地粘附在钢板表面，直到进锌液出锌液也不易脱落。但是在锌液凝固时，它们就会起到晶核的作用，一个灰尘颗粒形成一个结晶核心生成一个结晶体。在灰尘分布密度大的区域，结晶核心多生成的锌花数量多，锌花长大受到抑制，就形成了小锌花。在灰尘分布密度小的区域，结晶核心少生成的锌花数量少，锌花可充分长大，就形成了大锌花。由此可见灰尘可影响热镀锌板的锌花均匀性。冷硬板表面的灰尘污染物不仅影响锌花大小分布，也会影响镀层粘附隆，轻则弯曲时镀层出现裂纹，重则造成镀层脱落。4 脱脂的发展4.1 由不脱脂到脱脂从1965年美国阿姆柯公司把森吉米尔法的氧化炉和还原炉连在一起，并且把氧化炉中的氧化性气氛改为无氧化性气氛，发明了举世闻名的改良森吉米尔法，也称为NOF法，直到上世纪90年代的30年间，是NOF法的大发展时期。这种方法明火加热段的理论炉温是1250，因为炉温高、废气排放量大对钢板表面油脂的挥发清除能力较强，所以过去NOF法镀锌线不设脱脂段。全辐射钢联法退火炉加热段的最高炉温为950，一般认为炉温较低，并且没有如同NOF法明火加热段那样强大的燃烧废气排放能力，仅仅只有少量保护气体(其量只为炉子容积的1：1)排出，所以携带能力较弱。故美钢联法从问世训在作线的入口区设置了脱脂段。随着社会进步，热镀锌板的应用领域不断扩展和市场竞争日趋激烈，对热镀锌板生产成本要求越来越低，对产品的质量要求越来越高。实践证明在热镀锌线中增设脱脂工序是提高产品质量和降低生产成本的有效途径。所以从上世纪90年代中期以后建设的热