技术讲座
第五讲 热镀锌钢板生产工艺简介
朱 立
鞍钢技术中心)
摘要 钢板热镀锌自实现工业化生产以来，由单张钢板热镀锌、线外退火的钢板热镀
锌到在线退火连续热镀锌，其生产工艺及设备经历了不断的革新和进步，介绍了各种镀锌
方法的工艺特点及应用情况。
关键词 钢板热镀锌 工艺
B rief In troducti on of P roducti on of Ho t Galvan ized Steel Sheet
L ectu re5B rief In troducti on of P rocess of Ho t Galvan ized Steel Sheet
Zhu L i
ei硅钢片(A ISC Techology Certre)
Abstract T he p rocess and equ i pm en ts have be steadily i m p roved since ho t galvan ized steel sheets are indu strialized,from individual ho t galvan ized,annealed ou t line
to annealed on line,con tinuou s ho t galvan ized steel sheet.T he techn ical characteristics of
vari ou s galvan izati on and tho se app licati on s are described.
Key W ords steel sheel ho t galvainzati on p rocess
钢板热镀锌自1936年就实现了工业化生产，多年来随着技术的发展，热镀锌钢板的生产发展已超出了原有的范畴，出现了热镀锌合金钢板等分枝产品，从工艺和设备来讲，也经过了不断的改进和发展。但是，由于技术和经济发展的不平衡，在生产技术和工艺设备上至今还是一种新老并存的局面。
朱立 高级工程师 鞍钢技术中心
邮编 1140011 单张热镀锌钢板的生产
单张钢板的热镀锌生产，始自于热叠轧钢板的热镀锌。但经过多年的发展也采用了一些新的技术设备。例如：以冷轧切板代替热轧板为基板；以玻璃钢槽体代替花岗岩衬里的酸洗槽；在锌液中加铝；由燃煤加热发展为使用燃气加热或电热；利用辊镀来控制锌层的厚度；增加了废气处理的工艺和设备等。所以直至今日仍有单张板热镀锌机组在生产。 鞍钢在50年代建立两条生产线，后发展到四条，又经淘汰，但其设备经易地后仍在使用。
单张钢板热镀锌的生产，是将单张钢板装入耐酸青铜制作的支架上，浸入酸洗槽中酸洗，然后放入含1%左右盐酸的水槽中备用。镀锌时将钢板通过挤水辊后，浸涂由氯化锌和氯化铵组成的溶剂再进入烘干炉烘干(烘干温度在150～250℃)。经烘干预热除水后的钢板进入锌锅，在450±5℃左右镀锌。出锌锅后经风冷，再经过19～22辊矫直机，矫直后的镀锌板再根据需要进行钝化处理或涂油。
单张钢板热镀锌机组，由于投资少，可以很容易地变换规格和厚度，停开容易，易接受小额合同，并吸收了一些新技术，所以至今尚有这种机组存在。
2 线外退火的钢板连续热镀锌
2.1 惠林(W heeline)法
惠林法是一种使用已退火成卷带钢，以溶剂法进行热镀锌生产的一种方法。由于它是美国惠林钢铁公 司工程师柯克2诺尔特曼于1953年设计的，所以此方法也叫柯克2诺尔特曼法。
用此种方法生产镀锌板除了作为卷钢生产运行所必须的设备之外，其工艺流程与单张溶剂法基本相同。
此种方法的优点是设备投资、占用场地都较少。生产效率高，速度最高可达100m m in，是单张板的10倍。
用这种方法生产镀锌板，依然使用溶剂，浸涂溶剂的钢板经过烘烤，温度可以达到250℃，带钢在进入锌液时仍要吸收大量的热才能达到镀锌温度，所以锌锅的加热能力必须满足生产速度的要求，需要采用感应加热式的锌锅。
另外在使用这种方法生产时，由于使用溶剂和在锌中加铝的矛盾而往往出现镀层有表面缺陷或镀层附着力较差的问题，这限制了惠林法的发展。
但是，由于这种方法比单张法效率高，也可以采用气刀法来控制锌耗，所以仍有使用这种方法的机组。
2.2 川铁松户方法
于1966年投产的日本川铁钢板松户工厂热镀锌生产线，是采用线外退火的冷轧板卷生产热镀锌板的生产线。
该机组长度为130m，生产速度为120m m in。专门生产较薄规格(0.11～0.16mm×500～1000mm)的镀锌板。机组的年生产能力为6万t。
生产线的碱洗槽有3个，为立式浸渍型。水洗槽为立式喷淋型，酸洗槽3个均为立式浸渍型。
光碟制作二次酸洗后的带钢立即进入长度为12m 的预热炉，对带钢的加热是由通过带钢的电流和电阻式电炉共同完成的。加热炉内的保护气氛为1∶1的氮气和氢气，用以防止钢板的氧化。带钢加热到500℃以后进入锌锅。
采用钝化处理，利用辊涂机将含铬溶剂涂敷于带钢表面，再经烘干后测厚并经针孔探测器检查是否漏铁，合格的产品经涂油后卷取。
3 在线退火连续热镀锌生产线
3.1 赛拉斯(Selas)法生产线
赛拉斯法连续热镀锌生产工艺及装备，是一种既可以进行线内退火，又可以使用罩式炉退火后的冷轧
板进行连续热镀锌的机组和工艺。它是美国赛拉斯公司于1947年制造并投入生产的。由于其特点是采用煤气火焰直接加热钢板进行退火(使用已退火板卷时只预热钢板)，所以又称作火焰直接加热法。
剥离力测试方法在生产作业时，带钢首先经过脱脂槽碱
洗去脂，然后用盐酸清洗表面的氧化铁皮，再经过水洗和烘干后进入退火炉。带钢在退火炉内被煤气火焰直接加热。加热时，严格控制煤气与助燃空气的比例，在不完全燃烧的状态下，其目的是保持炉内气氛处于还原状态，使钢板不再氧化。若使用未退火的冷轧板为原板时，炉温最高可达1000～1300℃，从而使带钢被加热到再结晶温度。此后带钢在含氢15%以下的保护气氛下冷却到接近镀锌温度，经过与环境空气隔离的通道进入锌液。当使用已经退火的冷轧板卷镀锌时，退火炉只起预热钢板的作用。在炉内只需加热到510℃左右。
这种生产方式采用的机组设备布置紧凑，加热炉投资费用较低，生产速度较快，产量可达50t h，但是生产工艺比较复杂，特别是炉内温度较高，停车时容易出现烧断带钢的现象，所以应用并不普遍。
3.2 莎伦(Sharon)法
莎伦法热镀锌是指1939年美国莎伦钢铁公司建成的一条热镀锌钢板生产线所采用的方法。莎伦法的特点是在退火炉内向已被加热的钢板喷射HC l气体，因此它也被称作气体酸洗法。这种方法在退火炉内
既可除去钢板表面的油脂，又可以同时除去钢板表面的氧化铁。钢板表面的氧化铁与喷射的HC l 反应生成FeC l3。生成的FeC l3在达到300℃的温度后开始升华，从而可以获得洁净的表面。净化后的带钢在密封的条件下进入锌液镀锌，钢板表面在用HC l清除氧化铁的同时，基体也受到HC l的浸蚀，从而变得比原来粗糙，所以镀锌层附着力特别好。
但是，由于在较高温度下使用HC l气体，所以容易造成设备的腐蚀，需要经常维修和更换设备，费用较高。因此，这种方法很少采用，难以推广。水泥灌浆料
3.3 森吉米尔法
波兰人森吉米尔成功地把带钢连续退火工艺和带钢热镀锌工艺联合起来进行生产，并于1931年在波兰投入生产。机组的产品由板宽0.3m发展到1.0m。机组的生产速度也由初始时的3m m in发展到90m m in。
森吉米尔法的线内退火炉主要包括氧化炉、还原炉两个组成部分。在氧化炉中，带钢由煤气加热至450℃以去除带钢表面的油脂。然后带钢进入还原炉继续加热升温至700～800℃，炉中由氮和氢(氨分解)组成的75%H2、25%N2保护性气氛来防止带钢的进一步氧化，并把带钢表面在氧化炉中产生的氧化铁还原为海绵状铁粉。带钢在700～800℃完成了再结晶退火之后，经过冷却段被强制通风冷却，使带钢温度降到480℃左右。然后带钢进入锌液镀锌。镀锌后的钢经冷却后进行矫直、卷取或横剪。
采用森吉米尔法热镀锌，有以下优点:
永磁接触器(1)把钢板的连续退火和带钢的连续热镀锌缩合为一个机组，不仅简化了带钢热镀锌生产工艺而且节约了投资和能源。
(2)采用氧化—还原处理，省略了化学脱脂、酸洗、溶剂处理等化学处理工序及节省了化工原料。改善了劳动环境，减少了污染。
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(3)带钢在自身温度高于镀锌锌液温度的状态下进入锌锅，使带钢镀锌成为一个基本不吸热的过程，这样既减轻了锌锅的热负荷，又节约了能源。
(4)采用森吉米尔法镀锌，锌中的铝含量易于控制，这样有利于改善镀层的性能，降低锌渣，减少锌耗量。
由于采用森吉米尔法进行带钢连续热镀锌有以上优点，所以此方法推广较快，使用厂家较多。
森吉米尔法也有不足之处，例如:
(1)在同一条生产线上的氧化炉与还原炉的能力存在着相互的矛盾，如果氧化炉温度稍高，能力稍强，则出现氧化过度。就必须增强后序的还原炉的还原能力来保证钢板表
面氧化铁的充分还原，这就要采取相应的措施，如延长还原炉的长度，降低带钢的速度(降低产量)，增加炉中氢的含量。这样又会导致设备投资的增加，降低产量，增加操作的复杂性和危险性等。如果降低氧化炉的温度，减小氧化强度，则会使还原炉的热负荷增加，这样也导致投资的增加和加热元件的损耗。
(2)生产中对炉温和气氛的调节控制难度较大，在生产线建成之后，即氧化炉与还原炉的长度固定之后，只有调节生产工艺参数才能保证镀层质量和降低锌耗量以及减少备件的损耗，这样增加了调节控制的难度。3.4 美钢联法
1948年美国钢铁公司设计并投产了一条有一定特的热镀锌带钢生产线。这条生产线所采用的方法被称为美钢联法。
美钢联法的主要特点是:
(1)在线内退火的镀锌生产线上，以电化学方法进行脱脂处理。
(2)退火阶段只由还原炉与冷却部分组成，加热部分全部采用辐射加热。
美钢联法与森吉米尔法相比，在提高产品表面质量、减少氧化铁粉的生成、降低锌耗、降低调控难度、提高速度方面都有了进步。
与森吉米尔法不同，带钢表面在预清理阶段通过电化学法清洗除去了油脂及氧化物。在退火炉的还原气氛中，带钢可以保持表面的洁净与活化状态，这样就避免了在氧化去脂时产生氧化铁，进而消除了由氧化铁粉造成的结瘤现象。
采用美钢联法时，由于带钢表面没有氧化铁，在退火炉中则不需要很强的还原气氛，因此可以降低炉内氢气的含量，减少了爆炸的可能性。另外使用全辐射管加热，其控制调节也比直接用燃气烧嘴加热的控制容易得多。
3.5 改进的森吉米尔法
由于森吉米尔法镀锌本身存在的不足之处和其它相应技术的发展，美国的阿姆柯钢铁公司于1965年在赛拉斯法热镀锌的基础上发展了森吉米尔法，同时采用了无氧化加热炉和气刀与拉伸矫直技术。
改进的森吉米尔法将原来的预热氧化炉、还原炉组成了一个结构整体。在原来预热氧化的炉段改为在还原气氛中加热的无氧化预热炉。其基本原理是控制炉内的空气过剩系数小于1，使燃气不完全燃烧而保持无氧化状态。在生产中，根据机组的具体情况，适当地控制加热时间、炉温、燃烧气氛，充分利用CO和H2的还原能力。这样在去除带钢表面的油脂的同时，可以极度地降低带钢表面的氧化。但是在实际生产中，当温度在500～1000℃的范围内，再加上燃烧时产生相当数量的H2O，所以，在实际生产中不可能实现无氧化加热，炉内气氛具有微弱的氧化性。
改进的森吉米尔法采用了气刀来控制镀层厚度，替代了辊镀法中使用的镀辊。另外气刀技术也不断改进，如：以压缩空气代替水蒸气，采用不均匀缝形喷嘴，用计算机系统控制空气流量等，从而改善了镀层的均匀性并大幅度地降低了锌耗。
改进后的森吉米尔法采用了拉伸矫直技术代替反复弯曲矫直。这可以使钢板在纵向和横向同时产生变形，从而改善了镀锌板的性能和平直度，消除了板面的浪边、瓢曲及轻度的镰刀弯。另外还减少了钢板冲压加工时在纵向和横向性能上的差异。在变形较小的情况下能够达到消除屈服平台，阻止滑移线的形成。
改进后的森吉米尔法与传统的森吉米尔法镀锌相比较，有着以下的优点:
(1)预热炉的长度增加，使带钢预热的时间相对加长，这样可以降低炉温，从而可以延长炉体结构和部件的使用寿命。
(2)预热炉气氛为无氧化或微氧化气
氛，这样就减少了带钢的氧化，从而使还原炉的还原负荷降低，不必采用较高浓度的氢气，提高了操作安全性。另外氧化铁的减少也就减少了还原铁粉的数量。这样既可以提高镀层的粘附性、降低锌渣的生成量，又可以防止铁粉对炉辊的粘连和污染。
(3)由于采用微氧化加热，去脂时生成的氧化铁极少，这样减少了还原炉的负荷，从而可以提高生产速度。
(4)对带钢的加热主要集中于预热段，不必担心过度氧化，从而使热量的消耗分配比较合理。
(5)由于减轻了还原能力的负荷，炉内的氢含量可以降低，既提高了安全性又降低了成本。
(6)由于采用了气刀和拉伸矫直技术，在镀层均匀性和加工性能上有了提高，并降低了锌耗。
经过改进的森吉米尔法有着优质、高产、低耗、安全方面的优越性，所以在它问世后得到了广泛的推广和应用。在新建的带钢热镀锌生产机组中占了多数，旧式的机组也都按此工艺进行了改造。
3.7 美钢联法与改进森吉米尔法的比较
镀锌方法自产生以来不断地发展和进步，并采用了一些先进的技术，因此，即使是相同的方式，不同的生产线也往往在技术装备上有自己的特点。近几十年来发展比较快的带钢热镀锌方法是改进的森吉米尔法和美钢联法。两者的主要区别在于镀锌前的钢板表面预处理方法不同而导致的技术及装备方面的不同。
美钢联法是靠化学方法或电化学方法来清除钢板表面的油脂和氧化膜，在之后的加热退火过程中只需
防止钢板表面氧化即可。改进的森吉米尔法的带钢表面预处理是通过高温下的氧化和还原反应来焚烧和裂解表面的油脂。靠保护气氛中的H2和CO的还原作用来消除表面的氧化铁。由于工艺的不同而产生了以下的区别:
(1)美钢联法炉子只有加热退火和冷却段，改进的森吉米尔法炉子有微氧化段、加热退火段和冷却段来构成。
(2)美钢联法的炉内保护气氛中氢含量只需要达到保护表面的要求，所以氢含量较低(一般5%左右)。而改进的森吉米尔法炉内的氢含量需达到还原钢板表面氧化铁的要求，所以氢含量较高(一般在≥15%左右)。这样其操作安全性和成本上就有差别。
(3)美钢联法机组生产速度受表面化学或电化学处理速度控制，受退火炉和冷却炉长度控制。改进的森吉米尔法生产线速度受炉长及加热能力的双重控制
(4)采用美钢联法生产镀锌板时，在镀锌前带钢表面无还原氧化铁所产生的铁粉，而采用改进的森吉米尔法生产镀锌板时，带钢表面不可避免的带有氧化铁被还原而生成的铁粉(或海绵状还原铁)。而铁粉的存在将会使镀层附着力降低，炉底辊结瘤(采用卧式时)，以及锌渣增加(年产20万t生产线每天可增加1t锌渣)。
(5)改进的森吉米尔法加热炉温高(1300℃)，在出现非计划安排停车时，容易造成断带。对加热用燃气的热值的稳定性要求较高，对炉内无(微)氧化气氛较难控制，容易出现在氧化气氛下运行的情况。而美钢联法是用辐射管加热，不会出现此类问题。
(6)改进的森吉米尔法中无氧化炉采用的是燃气直接加热，产生的废气温度较高(一般在950℃)，能源浪费较大，需建立热交换系统对余热加以利用。
参考文献(略)
(编辑 李玉荣)
收稿日期:1999年2月25日
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