冷軋帶鋼表面污染物及其對(duì)熱鍍鋅的影響

1、冷軋帶鋼表面污染物及其對(duì)熱鍍鋅的影響李 九 嶺，汪曉林(武漢市吉瑞化工科技有限公司，湖北，武漢， 430074 )摘 要 ：在 冷 軋 過(guò) 程 中 ，由 于 軋 制 油 性 能 差 ，乳 化 液 參 數(shù) 選 擇 不 當(dāng) ，乳 化 液 脫 鐵 凈 化 效率低，軋制參數(shù)優(yōu)化不佳，軋機(jī)出口吹掃不力等原因，都會(huì)使冷硬板表面油脂和鐵粉 污染物的含量增加，在熱鍍鋅時(shí)不僅產(chǎn)生大量的鋅渣增加生產(chǎn)成本，還會(huì)污染退火爐和 鋅鍋，在帶鋼表面產(chǎn)生壓痕和鋅粒缺陷，降低表面質(zhì)量。關(guān)鍵詞：鐵粉；油脂；污染物；脫脂Infufence of cold rolled strip surface contaminants onho

2、t dip galvanization1 2 3LI jiu ling ZHENG Hong dao WANG Xiao lin(1.The Cold rolling mill of WISCO,Wuhan 430083,China; 2.The Technology of WISCO,Wuhan430080,China; 3.The Wuhan Jirui Seicnce and Technology Group Company)Abstract: Surface contaminants of cold rolling strip such as oil and iron dust wil

3、l increase in cold rolling 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 ineffectivelyon outgoing side ofrolls, etc. So prod

4、uction cost will increase for large amount of zinc dross forming in hot dip galvanization, and surface quality will decline for press mark and zinc particle defect comingout on strip surface.Key words : iron dust , oil, contaminant, degreasing丄、八 1 前 言從 1965 年 美 國(guó) 阿 姆 柯 公 司 發(fā) 明 改 良 森 吉 米 爾 法 ， 到 上 世

5、 紀(jì) 末 的 30 年 間 ， 是 熱 鍍 鋅 的 快速發(fā)展時(shí)期。因NOF爐的爐溫可達(dá)1250 C ,對(duì)鋼板表面污染物有一定的凈化能力，所 以， 在早 期 建設(shè) 的 熱 鍍鋅機(jī) 組中就 不設(shè)脫 脂段 。 隨著 熱鍍鋅 應(yīng)用領(lǐng)域的 擴(kuò)展 ， 人們對(duì) 其表面質(zhì)量要求愈來(lái)愈高，目前建設(shè)的熱鍍鋅線全部設(shè)置有脫脂段。由于脫脂段也只能清除冷 硬板表面80 90%的污染物，所以最根本的措施應(yīng)該是優(yōu)化冷軋工藝，減少冷硬板表面的污染物。2 冷硬板表面的污染物2.1污染物的組成收稿日期：作者簡(jiǎn)介：李九嶺（1937-），男，河南濮陽(yáng)市人，教授級(jí)工程師熱軋板通過(guò)冷軋工序軋成薄規(guī)格的冷軋板，因加工硬化，其抗拉強(qiáng)度Ob可

6、達(dá) 700800MPa ，故稱之為冷硬板。如果用白紙擦拭冷硬板的表面，就會(huì)發(fā)現(xiàn)鋼板表面覆蓋一 層“黑色油泥”污染物。經(jīng)檢驗(yàn)附著的污染物一般為8001200mg/m2 （雙面），最多可達(dá)2000mg/m 2。污染物是由油脂和鐵粉等固體物顆粒混合組成的，其中鐵粉和非金屬固 體物約占30 50%。2.2污染物的來(lái)源熱軋帶鋼在高速冷軋過(guò)程中，當(dāng)壓下量達(dá)到一定程度時(shí)，在軋制變形區(qū)因變形功增大 產(chǎn)生大量的熱能，雖然有大流量的乳化液進(jìn)行冷卻，并且輥縫區(qū)形成油膜進(jìn)行潤(rùn)滑，但是 帶鋼變形的前滑區(qū)和后滑區(qū)在極大的摩擦力作用下仍有鐵粉從軋輥表面和帶鋼表面脫落。 一部分鐵粉進(jìn)入乳化液中，污染了乳化液；而另一部分鐵粉滯

7、留在帶鋼表面。在帶鋼的軋 制過(guò)程中，乳化液因高溫破乳形成的油膜除了起潤(rùn)滑作用外，還有少量的油脂殘留在帶鋼 表面與鐵粉混合構(gòu)成了污染物，牢固地粘在帶鋼表面，在軋機(jī)的出口很難被吹刷掉。所以2冷硬板表面存在污染物應(yīng)屬正?，F(xiàn)象，其合理的范圍應(yīng)為600800mg/m （雙面），若超出 最高值就屬不正常狀態(tài)。2.3減少污染物的措施2.3.1 選擇潤(rùn)滑性良好的軋制油應(yīng)選擇性能良好的軋制油來(lái)配制乳化液，這種乳化液應(yīng)具有良好的“離水展示性”， 即在一定的條件下具有排水析出油的功能。在冷軋過(guò)程中，乳化液受到高壓、剪切力、溫 度升高等因素的作用；同時(shí)在高溫作用下，由于水分氣化的帶熱蒸發(fā)，又起到了冷卻作用。 如果乳化

8、液不具備次性能，則在軋制輥縫區(qū)高溫破乳就不充分，形成的潤(rùn)滑膜也不完善， 就會(huì)增加摩擦力，使更多的鐵粉進(jìn)入乳化液，不僅污染了乳化液和鋼板表面，而且增加了 軋輥的消耗。2.3.2 規(guī)范乳化液參數(shù)2.3.2.1 乳化 液的濃 度乳化液 中含油 量的范圍為 24% 。軋制變 形量較 大時(shí)， 應(yīng)增 加含油 量。2.3.2.2 乳化 液的溫 度乳化液的使用溫度為4565 C。溫度過(guò)低不利于破乳油膜的形成，降低了乳化液的潤(rùn) 滑效果， 增加了 鋼板 的 鐵粉 污染程 度 。 溫 度 過(guò) 高使 乳 化液 顆 粒長(zhǎng)大， 因乳 化 液 不 穩(wěn)定 造成 油 耗上升 1,這樣 就使 過(guò) 多的 油 脂附集在鋼 板表面，

9、增加了 鋼 板的 油 脂污 染程度 。2.3.2.3 乳 化 液 的 凈 化乳 化 液 的 凈化 方 法 有 三 中。 第 一 為 磁 性 過(guò) 濾 ， 主要 作 用 是 清 除 鐵粉 ， 過(guò) 濾 精 度 為 0.2mm ；第 二 為 反 沖 洗 過(guò) 濾 ，主 要 是 清 除 非 金 屬 顆 粒 ，過(guò) 濾 精 度 為 0.15mm ；第 三 種 為 霍 夫 曼紙過(guò) 濾 ， 主 要清除 油 污和 細(xì)小鐵 粉， 過(guò) 濾精 度 為 0.06mm 。 經(jīng)過(guò) 凈化 處 理， 乳化 液 中的 鐵 粉含量 應(yīng)小于 200mg/L ， 灰份小 于 1500mg/L ， 鐵皂小于 0.3% ， 游 離脂肪 酸小于

10、 10% 。2.3.3 優(yōu)化 軋制參 數(shù)在軋制生 產(chǎn)過(guò) 程中， 選擇 適當(dāng)?shù)?軋制力 至關(guān) 重要。 如果壓 下量 過(guò)大， 就會(huì)使 輥縫 區(qū)潤(rùn) 滑 油 膜 發(fā) 生破 裂 ， 這 時(shí)在帶 鋼和軋 輥表面 會(huì)發(fā) 生局部 粘結(jié)式摩擦， 不 僅使 帶鋼 表面產(chǎn) 生熱 滑 痕、軋 機(jī)工作 輥產(chǎn) 生摩擦 輥印， 而且還 會(huì)產(chǎn) 生大量 的 鐵粉 污染 乳 化液 和鋼板 表面。2.3.4 加 強(qiáng) 冷 軋 機(jī) 出 口 的 吹 掃2.3.4.1 采用 高壓 風(fēng)吹掃， 將帶鋼上下 表面 殘留的 乳 化 液 及其其 它污染物清 除。2.3.4.2 采用 負(fù)壓 抽吸的 方式將帶鋼上 下表 面殘留的 乳化 液及其 其它污染

11、物 清除。2.4 污染 物的 檢驗(yàn)2.4.1 粘 貼 法用 一種專 門測(cè) 量冷硬 板表 面污染 物的 膠 帶貼 在被測(cè) 的 帶鋼 表面 ， 利 用 膠帶表 面附 著的 膠 狀物將 冷硬板 表面 的污染 物粘到 膠帶上 ， 然 后再用 反射率檢測(cè)儀 測(cè)量 膠帶的 反射率 ， 將 被 測(cè)樣與 標(biāo)樣對(duì) 比即 可。 這種方法簡(jiǎn)單、快速 、方便 ， 其缺點(diǎn)是僅 能測(cè)量 污染 物重量 的定 性 值 2 ，且 誤 差 較 大 。嚴(yán)格說(shuō) ，反 射率與清 潔度 不 存在正比關(guān) 系，根 據(jù)實(shí)際 測(cè)量發(fā) 現(xiàn)，當(dāng) 反射率 大于 45%時(shí) ， 反 射率與 清潔度 才近 似正比 關(guān)系。 因?yàn)?冷 硬板污染嚴(yán)重時(shí)， 其污染

12、 物厚 度 增加 ， 膠帶 第一 次 粘貼只 能粘下 表面 一層污 染物， 還有大 量的 污染物 未被膠帶粘下 ， 這時(shí) 應(yīng)該 在同一 部位 多 次粘貼 ， 最后 計(jì)算 其疊加 值。2.4.2 重 量 法242.1 取樣從被測(cè)冷硬板上沖6塊直徑為80mm ,面積為50cm 2的園片作為檢測(cè)試樣。2.422污染物總量的測(cè)定取兩片試樣置于天平上稱量，記下質(zhì)量m1o然后將試樣放入燒杯中加入50ml丙酮， 加熱至微沸，再用帶乳膠頭的玻璃棒擦洗試樣表面。洗凈后夾出試樣并用20ml丙酮沖洗 試樣表面，用吸水紙擦拭并用電吹風(fēng)吹干，放入干燥器中，兩片試樣用同樣的方法分別處 理。待試樣冷卻至室溫后，在天平上稱量

13、，記下質(zhì)量m2。以上操作為一組試樣，共三組六 片試樣取其平均值。以每平方米雙面上的毫克數(shù)來(lái)計(jì)算冷硬板表面污染物的總量，計(jì)算公 式為：3(mi-m 2) x 10污染物總量=(mi-m 2) x 105 ( mg/m 2)NS式中：m1清洗前的試樣質(zhì)量，克；m2清洗后的試樣質(zhì)量，克；N試樣數(shù)量，2片；2S單片試樣面積，0.005m固體顆粒含量的測(cè)定將試樣置于天平上稱量，用有機(jī)試劑清洗試樣，將板面清洗干凈，然后將洗滌進(jìn)行真 空抽濾，再將殘留物全部移至坩堝中，放入105 2 C的烘箱中干燥一小時(shí)，取出放入干燥 器中冷卻至室溫稱重，以上操作六片為一組。以每平方米雙面上的毫克數(shù)來(lái)計(jì)算冷硬板表面固體顆粒物

14、的總量，計(jì)算公式為：3 (G1-G2) x 1032污染物總量=(mg/m )NS式中：G1空坩堝重量，克；G2有固體顆粒殘留物的坩堝重量，克；N試樣數(shù)量，6片；2S單片試樣面積，0.005m2.4.2.4 鐵粉含量的測(cè)定使用有機(jī)試劑清洗試樣，用鹽酸和過(guò)氧化氫溶解洗滌液中的鐵粉，然后加熱揮發(fā)去除 有機(jī)試劑，將處理液定容。以上操作三片試樣為一組，用原子吸收分關(guān)光度計(jì)測(cè)定鐵含量。以每平方米雙面上的毫克數(shù)來(lái)計(jì)算冷硬表面鐵粉的含量，計(jì)算公式為：C Vi V2污染物總量=x 103 ( mg/m 2)Vo S式中：C-工作曲線上查到測(cè)定鐵元素含量，mg/ml ;Vo分取試液體積，ml ；V1 -處理液第

15、一次定容體積，ml ;V2 -分取液定容的體積，ml ;S3單片試樣面積，0.015m通過(guò)上述測(cè)定可以得知，冷硬板表面污染物的總量可用下式表示。Q 總=Q1+Q2+Q3式中：Q總一2污染物總量,mg/mQ1 -油脂含量，mg/m 2Q2-鐵粉含量，mg/m 2Q3非金屬固體顆粒物含量，mg/m由此又可得知，上述測(cè)得的固體顆粒物含量可由下式表示。 固體顆粒物含量=Q2+Q3冷硬板表面的油脂含量可由下式表示。Q1=Q 總一（Q2+Q 3）在熱鍍鋅機(jī)組中，采用重量法測(cè)定冷硬板表面的污染物應(yīng)每周進(jìn)行一次，并將測(cè)試 結(jié)果反饋到前工序，以便改善鋼板表面質(zhì)量。3污染物對(duì)熱鍍鋅的影響3.1 油脂在氫氣還原法帶

16、鋼連續(xù)熱鍍鋅作業(yè)線中都帶有連續(xù)退火爐。若作業(yè)線采用改良森吉 米爾法，其NOF爐的最高爐溫可達(dá)1250 C 3；若作業(yè)線采用全輻射美鋼聯(lián)法，其退火爐 最高爐溫也有950 C,軋制油的氣化溫度約為180 C左右，所以冷硬板進(jìn)入退火爐后，在 很短的時(shí)間內(nèi)其表面油脂即可全部揮發(fā)，歲廢氣排出爐外，從理論上講，單純的油類污染物對(duì)線內(nèi)退火的帶鋼熱鍍鋅機(jī)組不產(chǎn)生影響。冷硬板表面的油脂雖然對(duì)熱鍍鋅沒(méi)有直接影響，但是可以產(chǎn)生間接不利影響。因?yàn)楸?面的污染物是由油脂、鐵粉、非金屬固體顆粒物三部分組成。它們相互滲透混合在一起， 牢牢地粘附在鋼板表面，所以要想去除鐵粉等固體顆粒物必需首先脫脂，只有去除油脂才 能去除固體

17、顆粒物，由此可見(jiàn)脫脂的重要意義。3.2 能使 爐 底 輥表 面 產(chǎn) 生結(jié) 瘤帶鋼進(jìn)入退火爐后，隨著溫度升高油脂污染物首先被揮發(fā)清除，但是鐵粉仍然會(huì)粘附 在鋼板表面，當(dāng)帶鋼與爐底輥接觸時(shí)就會(huì)使鐵粉粘附于爐底輥表面，形成爐底輥結(jié)瘤。在 臥式退火爐中，理論上帶鋼與爐底輥的接觸是線接觸，但是因?yàn)闇囟群蛷埩Φ脑?，?shí)際 上 在 接 觸 區(qū) 存 在 一 個(gè) 包 角 而 形 成 面 接 觸 。在 帶 鋼 速 度 與 爐 底 輥 線 速 度 很 難 保 持 同 步 的 情 況 下，被加熱到700850 C很軟的帶鋼與爐底輥產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，爐底輥的結(jié)瘤就會(huì)使帶鋼表 面 形成 劃 傷或 壓 痕 缺 陷。這 些 缺

18、陷 經(jīng) 過(guò) 光 整 和 拉 矯 無(wú) 法 消 除 時(shí) ， 就 被 迫 停 機(jī)換 輥 ， 這 樣 不 僅 影響 了 產(chǎn)品 的 表 面 質(zhì)量 ， 增加 了 爐 輥的 消 耗 ， 也降 低 了機(jī) 組 的 作 業(yè)率 。3.2.2 能使 鋅 耗 增加 和 使 鍍鋅 板 表 面質(zhì) 量 下 降帶 鋼 表 面的 鐵 粉 進(jìn) 入 鋅 鍋 后也 金 屬鋅 發(fā) 生 反 應(yīng)全 部 生 成 鋅 渣 。 其反 應(yīng) 可用 下 式 表 示 。Fe+7Zn FeZn 7又上 式 可 以 看 出 ， 若將 一公斤 鐵 粉 帶入 鋅 鍋 ， 則 可 生成八 公 斤 鋅渣。生成的 鐵 鋅 合金顆 粒初 始 期是 懸 浮 于 鋅液 中

19、，當(dāng) 帶 鋼 出鋅鍋 時(shí) ， 這些 鋅 鐵合金 顆 粒 就 會(huì)粘附在帶 鋼 表 面 ，呈 小 米 粒 狀， 通 常 稱 為 鋅粒 缺陷。 這些 鋅粒 凸 起， 在 運(yùn) 輸中又 會(huì) 因 相 互摩擦而發(fā) 展 成 摩擦黑 點(diǎn) 缺 陷 。由 此 可 見(jiàn) 冷 硬板 表面的 鐵 粉 污染物 不 僅大 大 增加了 鋅 耗 而且降低了熱 鍍 鋅 板的表 面質(zhì) 量 。3.2.3 污 染 鋅 鍋450460 C時(shí)，鐵在鋅液中的飽和濃度為0.03%。若鐵含量超過(guò)0.03%就會(huì)析出生成鐵 鋅 合金 ， 一部 分 和 鋁 發(fā)生 反 映生 成 表 渣。 其 反 應(yīng) 可用 下 式表 示 。2FeZn 7+5Al f Fe3

20、Al 5+14Zn在 上 式中 ， Fe2Al 3 的 比 重 為 4.2 ， 所 以上 浮 鋅 液 面 成 為 表 渣 。 而 另一 部 分 則沉 入 鍋 底 成 為 底 渣 ， 底 渣 也 常 被稱 為 硬鋅 。在 使 用鐵 制 鋅 鍋 時(shí) ，每 710 天 撈 一 次 底 渣，撈 渣工 具 使 用 鐵 爪 或 鐵 鏟 ，一 次 可 撈取 底 渣 1015 噸 。如 果 使 用 工 頻感 應(yīng) 加 熱 鋅 鍋 ， 鍋 體 由 耐火 材 料 砌 筑， 這 樣 鍋 原 則上 不 準(zhǔn) 使 用 鐵 器撈 底渣。否則有可能損壞鍋體，縮短鋅鍋使用壽命。3.2.4 污 染 沉 沒(méi) 輥鋅鍋中的鐵鋅合金小顆粒

21、因比重較鋅液大，在下沉過(guò)程中，無(wú)任何阻擋時(shí)會(huì)沉積于鍋 底成為底渣。若是落在沉沒(méi)輥輥面上，受帶鋼的反復(fù)擠壓并經(jīng)多次重疊加厚，就形楊高低 不同的凸起點(diǎn)，當(dāng)帶鋼經(jīng)過(guò)沉沒(méi)輥時(shí)，就會(huì)在帶鋼上產(chǎn)生壓痕缺陷。這些缺陷經(jīng)過(guò)光整和 拉矯無(wú)法消除時(shí)，就被迫停機(jī)更換沉沒(méi)輥，這樣不僅影響了產(chǎn)品質(zhì)量、增加了沉沒(méi)輥的消 耗，也降低了機(jī)組的作業(yè)率。3.2. 5 污染退火 爐帶鋼表面的鐵粉對(duì)退火爐十分有害，鐵粉落入退火爐底就會(huì)結(jié)成硬塊，清除時(shí)易損壞 爐底：鐵粉落入冷卻段電阻帶上，送電時(shí)易發(fā)生短路事故；鐵粉若被抽入快冷熱交換器， 則易發(fā)生堵塞風(fēng)道影響熱效換效率。3.3 非 金 屬 固 體 顆 粒 物被通稱為灰塵的非金屬固體顆粒

22、物在退火爐中不燃燒、不揮發(fā)、也不和氫氣發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)，它們牢牢地粘附在鋼板表面，直到進(jìn)鋅液出鋅液也不易脫落。但是在鋅液凝固時(shí)， 它們就會(huì)起到晶核的作用，一個(gè)灰塵顆粒形成一個(gè)結(jié)晶核心生成一個(gè)結(jié)晶體。在灰塵分布 密度大的區(qū)域，結(jié)晶核心多生成的鋅花數(shù)量多，鋅花長(zhǎng)大受到抑制，就形成了小鋅花。在 灰塵分布密度小的區(qū)域，結(jié)晶核心少生成的鋅花數(shù)量少，鋅花可充分長(zhǎng)大，就形成了大鋅 花。由此可見(jiàn)灰塵可影響熱鍍鋅板的鋅花均勻性。冷 硬 板 表 面 的 灰 塵 污 染 物 不 僅 影 響 鋅 花 大 小 分 布 ，也 會(huì) 影 響 鍍 層 粘 附 隆 ，輕 則 彎 曲 時(shí) 鍍層出現(xiàn)裂紋，重則造成鍍層脫落。4 脫脂的

23、發(fā)展4.1 由不 脫脂到 脫脂從 1965 年 美 國(guó) 阿 姆 柯 公 司 把 森 吉 米 爾 法 的 氧 化 爐 和 還 原 爐 連 在 一 起 ， 并 且 把 氧 化 爐 中 的 氧 化 性 氣 氛 改 為 無(wú) 氧 化 性 氣 氛 ， 發(fā) 明 了 舉 世 聞 名 的 改 良 森 吉 米 爾 法 ， 也 稱 為 NOF 法 ， 直 到 上 世 紀(jì) 90 年 代 的 30 年 間 ， 是 NOF 法 的 大 發(fā) 展 時(shí) 期 。 這 種 方 法 明 火 加 熱 段 的 理 論 爐 溫是1250 C ,因?yàn)闋t溫高、廢氣排放量大對(duì)鋼板表面油脂的揮發(fā)清除能力較強(qiáng)，所以過(guò)去 NOF 法 鍍鋅線不設(shè)脫 脂

24、段 。全輻射鋼聯(lián)法退火爐加熱段的最高爐溫為950 C, 一般認(rèn)為爐溫較低，并且沒(méi)有如同NOF 法明火加熱段那樣強(qiáng)大的燃燒廢氣排放能力， 僅僅只有少量保護(hù)氣體（其量只為爐子 容 積的 1：1）排出，所 以攜帶 能力 較弱。 故美鋼 聯(lián)法 從問(wèn)世 訓(xùn)在作線的入 口區(qū) 設(shè)置了脫脂 段。隨 著 社 會(huì) 進(jìn) 步 ，熱 鍍 鋅 板 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 不 斷 擴(kuò) 展 和 市 場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng) 日 趨 激 烈 ，對(duì) 熱 鍍 鋅 板 生 產(chǎn) 成本要求越來(lái)越低，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高。實(shí)踐證明在熱鍍鋅線中增設(shè)脫脂工序是 提 高 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 和 降 低 生 產(chǎn) 成 本 的 有 效 途 徑 。 所 以 從 上 世 紀(jì) 90 年 代 中 期 以 后 建 設(shè) 的 熱 鍍 鋅 線，無(wú)論其采用什么工藝方法都設(shè)置了脫脂段。對(duì)沒(méi)有設(shè)置脫脂段的老機(jī)組也全部實(shí)施了 改造，增設(shè)了脫