宝钢高品质热镀铝锌板生产工艺技术研究模板.doc
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1、 目 录2 技术要求及生产难点22.1 关键技术要求22.2 技术难点43 关键设备技术研究43.1 退火炉43.2 锌锅53.3 预熔锅63.4 镀后冷却设备64 关键工艺技术研究74.1 脱脂清洗工艺74.2 连续退火工艺94.3 热浸镀104.4 镀后冷却控制134.5 拉矫工艺145专题研究155.1热浸镀工艺155.2 锌渣控制165.3 锌流纹缺点195.4 淹没辊瘤印缺点205.5 气刀亮点缺点216 工业试制226.1工艺控制226.2 产品质量237产品应用328经济及社会效益338.1直接经济效益338.2社会效益339结论33 1序言热镀铝锌板(55%Al- 43.4%Z
2、n -1.6%Si)兼顾了热镀锌和热镀铝板优点,含有优良耐蚀性、耐热性、外观装饰性等质量性能特点,是冷轧薄板产品中附加值较高品种之一。从节省材料、降低资源浪费,和有利于环境保护等方面考虑,热镀铝锌板在国外建筑、家电、机械、化工、交通运输等行业取得了广泛应用。热镀铝锌板现在在中国市场关键应用于电气柜制造及建筑(彩涂基板)等行业。其中,电气柜制造业用户对热镀铝锌产品质量要求较高,且因其要求厚度规格绝大多数在1.82.0mm,生产技术难度较大(尤其是表面质量控制)。为满足市场需求,宝钢于建成投产热镀锌及热镀铝锌两用机组(2#CGL),并于成功开发出热镀铝锌产品。凭借机组装备优势(含有厚规格产品生产能
3、力),宝钢热镀铝锌产品在中国电气柜制造业市场拥有率曾一度达成30%左右,打破了韩国东部、台湾烨辉等垄断供给局面。多年来,伴随市场需求形势改变,和市场竞争加剧,宝钢热镀铝锌产品在品种、规格及质量上不足之处逐步得以显现,市场拥有率也呈下降趋势。为了拓展产品品种、规格,提升产品质量,和改善生产工艺布局,降低生产成本,实现“专题产品、专线生产”,宝钢于计划将上海板材热镀锌机组改造为热镀铝锌专用生产线。同时,为满足市场对产品质量要求,宝钢立项进行高品质热镀铝锌板生产工艺技术研究。项目组针对电气柜制造业用户对热镀铝锌板品质要求,经过对热镀铝锌关键设备(退火炉、镀锅、预熔锅等)和关键工艺(脱脂清洗、连续退火
4、、热浸镀等)研究,在中国首次成功将热镀锌机组改造成热镀铝锌专用生产线,含有了高品质热镀铝锌板生产条件,并实现了电控柜、彩涂用高品质热镀铝锌产品批量生产。截至现在,宝钢热镀铝锌专用生产线累计生产了27万吨热镀铝锌产品,I组品率稳定在92%以上,产品实物质量处于中国领先水平,电控柜用热镀铝锌产品中国市场拥有率超出50%,满足了中国电控柜制造业用户需求,含有较为显著经济效益和社会效益。2 技术要求及生产难点2.1 关键技术要求专用热镀铝锌机组产品定位为高品质热镀铝锌产品,关键应用于家电、电控柜、建筑和彩涂基板等行业,产品在基板性能、镀层性能和表面质量方面应满足以下技术要求。2.1.1基板力学性能热镀
5、铝锌产品基板力学性能应符合表1要求。表1 力学性能和工艺性能牌号拉伸试验锌层180弯曲试验屈服强度Rel或Rp0.2/N/mm2抗拉强度Rm/ N/mm2断后伸长率A80/%弯心直径(a=板厚)DX51D+AZ-2705000002.1.2 镀层性能及均匀性铝锌产品绝大部分直接以裸板形式使用,对产品镀层耐蚀性要求较高。部分产品还存在折弯、冲压等,产品要求在折弯、冲压后不能产生脱落及显著裂纹,对镀层成型性及附着力要求较高。GB/T 14978-连续热镀铝锌合金镀层钢板及钢带7.7.3条要求,镀层重量三点试验平均值应大于公称镀层重量;单点镀层重量试验值应大于镀层公称重量85%。上述要求结合镀层厚度
6、转化如表2。表2 镀层厚度要求 锌层代号(g/m2)三点双面试验平均值(g/m2)单点双面试验最低值(g/m2)606051808068100100851201201021501501282.1.3 表面质量热镀铝锌产品表面要求以下。1)FC表面质量要求: 带钢上表面从不一样角度观察其整体外观无显著缺点造成色差。 不许可存在:侧光可见锌流纹;淹没辊瘤印、顶辊辊印、镀层横纹、气刀亮点、气刀条痕、擦划伤、钝化斑、锌起伏、露钢(含端部)、条锌、折印、凸包、块状锌粒锌疤等;影响卷取质量边厚。 许可存在:无显著同板锌花不均;两边部10mm范围内连续钝化不良;偶发轻微、无手感用户可接收其它缺点。2)FB表
7、面质量要求: 不许可存在以下缺点:锌起伏、钝化斑、划伤、凸包和影响卷取质量边厚。 许可存在:轻微锌花不均;轻微反光(侧光)可见锌流纹;2米长度范围内大小不超出20度范围内大,且数量不超出2处无显著手感周期性瘤印;2米范围内轻微手感、数量不超出2处且宽度小于20mm条(块)状锌花不均;两边部20mm范围内连续钝化不良;轻微无手感拉矫纹;无手感辊印和压印,且数量不超出2处;轻微镀层横纹、气刀亮点、擦划伤、折印、气刀条痕、端部点状露钢、顶辊辊印、锌粒、锌疤。2.2 技术难点2.2.1 表面质量控制 宝钢铝锌产品关键用于电控柜行业,直接裸用于产品外表面,对产品表面质量要求极高。 宝钢铝锌产品常见且难以
8、处理质量缺点关键有锌流纹、气刀亮点、边厚和瘤印等缺点。2.2.2 锌花大小及均匀性控制 铝锌产品锌花大小和均匀性受带钢表面形貌、入锌锅温度、锌锅工艺和镀后冷却工艺等影响,影响原因多,锌花改变受工艺改变敏感,极难控制。2.2.3 镀层均匀性控制 镀层厚度控制受机组速度和气刀工艺控制,机组速度和气流波动等均会造成镀层厚度发生改变,所以控制气刀开口度和确保气流稳定性极为关键。2.2.4 镀层成型性 铝锌层较脆,加工过程中极易造成镀层开裂,且铝锌层较同重量镀锌层较厚,更易产生开裂。3 关键设备技术研究为满足生产铝锌产品设备功效需求,对退火炉、锌锅和镀后冷却设备进行改造。3.1 退火炉3.1.1 炉鼻子
9、加热装置铝锌产品和镀锌产品对退火炉功效需求关键差异在于出口段(带钢入锌锅)温度不一样,带钢入锌锅温度关键依据镀液温度设计,铝锌产品镀液温度(600)远高于镀锌产品镀液温度(460)。原有退火炉出口段没有任何加热装置,薄带钢经过冷却段后抵达出口段温度远低于锌锅镀液温度,为实现工艺要求带钢入锌锅温度,在退火炉炉鼻子上增设电加热器及控制区域温度热电偶,以确保高入锅温度要求(工艺要求为590火炉出)。3.1.2 新增加湿器加湿器关键作用是控制退火炉出口段露点,预防麻点缺点产生。因为铝锌镀液温度(600)较高,生产中有大量锌蒸汽经过炉鼻子进入到退火炉,锌蒸汽和带钢接触粘附于带钢表面,经过锌锅后,在产品表
10、面形成麻点缺点。为预防该缺点产生,增加加湿器,其原理为:让进入退火炉出口段一小部分氮气经过加湿器,使氮气水含量增加(露点升高),然后进入退火炉出口段,使得退火炉出口段水含量增加。锌蒸汽进入退火炉出口段时碰到水蒸汽则冷凝,冷凝后锌蒸汽停止前进停留在退火炉出口段,预防进入退火炉粘附于带钢表面形成麻点缺点。经过加湿器氮气流量越大,则退火炉出口段露点升高越多,露点太高时则影响炉内气氛还原性,影响镀层附着力,轻易产生露钢缺点,所以必需合理控制进入加湿器氮气流量,当出口段露点控制在-40-50时为最好,如表3所表示,当露点不在以上范围时产品全部有缺点产生。表3 露点控制及产品缺点 露点样本数麻点缺点数露钢
11、缺点数缺点百分比-35250624%-4540000%-55309030%3.2 锌锅伴随锌锅成份及工作温度改变(55%Al-43.5%Zn-1.5%Si,锌液温度:Max.620),镀铝锌锌锅利用现有镀锌锌锅进行改造。镀铝锌锌锅新增供电负荷由热风烘干用变压器kVA富余能力,和原锌锅变压器1600kVA确保,改造后主锌锅功率为2证,改造后主锌锅功率为1900kW。因为镀铝锌锌锅和镀锌锌锅使用温度相差较大且耐腐蚀性要求也较高,原有耐火材料完全不能适应,拆除原有耐火材料,重新砌筑新耐火材料。在原锅体前后两侧各增加一个对接法兰,用于安装新增2套加热器。镀铝锌锌锅结构特点: 底部为圆弧形, 垂直炉壁,
12、 感应器上倾30器角部署; 喉部距底部高度大;本锅新增二台500kW,利旧二台450kW共1900kW功率大功率喷流型可拆式感应体,感应体对称部署于陶瓷锅四个侧面。本锅机械部分关键由锅体、感应体组成。锅体含炉壳和炉衬,炉壳为钢板制成筋板在外箱形焊接体,是配有筋板和角撑板刚性结构件。炉衬面层为高铝砖砌筑耐火层,内层为轻质砖和石棉板(或无石棉硅钙板)组成绝热层并兼作炉体各部分胀缩赔偿装置。感应体是陶瓷锅关键部件,风冷大功率喷流型感应体结构优异, 喷流型熔沟使熔沟内锌液和炉内锌液能实现充足热交换,为适应铝锌镀液需要,对原有喷流型感应体进行了改善,使其喷流性能愈加好。3.3 预熔锅将铝锌锭直接加入锌锅
13、,会引发镀液温度和成份波动,因为铝锌产品表面质量对锌锅温度很敏感,轻微镀液温度改变会造成锌花大小改变,同时温度改变还会造成锌渣量增加,进而造成淹没辊使用效果和其它锌花不均等缺点产生,成份波动也会引发镀层质量改变,影响产品质量。新增预熔锅,利用预熔锅先将铝锌锭熔化,预熔锅温度按640控制,则经过溜槽流入锌锅镀液温度和锌锅温度基础一致,预防了锌锅内镀液温度和成份波动。关键设备参数以下:容量:6吨。功率:700KW。熔锌速度:1.7t/h。3.4 镀后冷却设备铝锌产品出锌锅后温度较镀锌产品高,要求冷却速度快,原有冷却能力已不足。新增出锌锅上行移动风箱:满足生产铝锌产品带钢出锅后快速冷却段需要;经过控
14、制冷却风量大小控制产品锌花大小。关键设备参数以下:移动风箱:高度8100mm。喷管:23对,159mm4.5mm刀唇。风机:型号4-73 12D,流量68956m3/h,全压3780Pa。该移动风箱关键优点在于采取刀唇喷射气流,改善了采取孔状形式喷射气流缺点(关键缺点为带钢边部自下而上冷却过程中和带钢中部冷却不均,关键表现为产品锌花大小不一致),采取刀唇喷射气流冷却带钢,则带钢在冷却过程中边部和中部冷却速率一致,有利于锌花均匀性控制。4 关键工艺技术研究铝锌产品质量关键在力学性能、镀层质量和表面质量。力学性能在铝锌工序关键经过退火工艺控制;镀层质量关键经过原板表面清洁度、退火炉气氛、带钢入锌锅
15、温度、锌锅工艺和镀后冷却工艺控制;表面质量关键经过带钢入锌锅温度、锌锅工艺和镀后冷却工艺控制。4.1 脱脂清洗工艺 清洗作用是去除带钢表面残余物,为带钢进入锌锅提供洁净表面。清洗不净易造成镀层附着力不好或漏镀缺点,从而造成不合格产品产生。4#镀锌线采取美钢联法生产工艺,对带钢表面清洁度要求十分苛刻,所以,采取合理清洗工艺,提升带钢表面清洁度是生产合格热镀铝锌合金产品第一步。热镀铝锌专用生产线采取优异“化学清洗+机械刷洗电解脱脂”相结合清洗技术。其清洗效率关键影响原因和工艺控制手段为清洗液浓度、清洗温度、电解电流等。4.1.1 清洗液浓度提升清洗液浓度,有利于带钢表面清洗,但浓度高过一定范围后,
16、清洗能力提升有限,不仅造成清洗剂浪费,还会对水洗带来负担,并污染循环罐内软水。电解清洗浓度低会使电流密度值下降,影响清洗效果。不一样浓度对清洗效果影响如表4所表示(其它工艺不变)。表4 清洗液浓度对清洗效果影响 浓度(FA/Pt.)405060708090清洗效果注:“”数量越多,代表清洗效果越好。如表4所表示,当浓度达成70Pt时,清洗效果良好,再增加浓度后,清洗效果改变不显著,且当浓度达成80Pt以上后,槽内泡沫严重,造成液体冒漏严重。4.1.2 电解电流电解槽电流越大,则电流密度越大,有利于清除带钢表面微观孔隙中油污。依据4#热镀铝锌机组清洗额定电流1A设计水平,在40009000进行试
17、验,结果如表5所表示(其它工艺不变)。表5 清洗液浓度对清洗效果影响 电解电流(A)400050006000700080009000清洗效果注:“”数量越多,代表清洗效果越好。如上表所表示,将电解清洗电流值达成为6000A时清洗效果良好,再增加电解电流清洗效果改变不显著。4.1.3 清洗温度清洗温度升高,有利于充足发挥清洗剂中多种添加剂作用,降低带钢表面油污和皂化物粘度,提升清洗效率。但过高温度易造成清洗液中表面活性剂浮起及活性下降,和清洗剂供给商进行技术交流,将清洗各段温度控制为7080清左右时清洗液活性最好,清洗效果最好。4.1.4 刷辊压力刷辊压力控制是依据其压下量和压下电机电流值综合控
18、制,刷辊压力合适增加,有利于清除带钢表面油脂,但刷辊磨损较大。依据生产实际情况,刷辊压下量确定为1316mm,电流值在空转基础上加35A,可达成很好效果。4.1.5 循环罐放散制度为了确保清洗液洁净度,对101和301循环罐液体进行定时排放和补充,在生产期间,每二十四小时排放101和301循环罐中液体10%。4.1.6 原料带钢表面清洁度经过对轧机来料表面清洁度情况进行测量,进行以上清洗工艺设计,并在生产中不停进行工艺参数优化,大大提升了清洗效率。由表6可见,在原板表面残余物较多情况下,清洗后带钢表面残余物小于20mg/m2,满足热镀铝锌合金产品生产要求。表6 清洗前后残余物对比编号清洗前(m
19、g/m2)清洗后(mg/m2)总量残铁残油总量残铁残油1453.5179.527411.07.33.62357.5129.3227.713.510.13.43376.9118.5258.410.98.22.74366.797.5269.210.77.63.15334.588.6255.911.27.93.34.2 连续退火工艺退火作用为:一是对带钢表面进行还原处理,使其以海绵状活性表面进入锌锅,提升镀层附着力;二是对带钢进行再结晶退火处理,使带钢力学性能达成相关要求。上述功效是经过控制退火炉炉内气氛和带钢温度来实现。4.2.1 带温控制依据冷硬卷再结晶退火温度和材质(低碳铝镇静钢),带钢退火温
20、度按690730控制,PHF段温度为确保带钢经过预热到加热段整个过程中受热均匀,且烧掉经过清洗后残留在带钢表面微量轧制油等,PHF段温度按温度按控制。在ES段带温设计中,带钢入锅温度控制较镀液温度低510温,其关键目标是:降低锌锅内底渣;减小合金层厚度,提升镀层性能;降低锌蒸汽流动性,预防产生漏镀和麻点缺点。总而言之,退火炉带过温度按表7进行控制。表7 带温控制表区 域PHFRTFES温度()230690-73059094.2.2气氛控制热镀铝锌合金产品生产中对基板表面状态要求十分苛刻,所以退火炉气氛控制十分关键。退火炉气氛控制目标是完全去除带钢表面氧化物,为带钢热镀时取得附着力良好镀层奠定基
21、础。4#热镀锌机组采取美钢联法生产工艺,燃烧气体在辐射管内,和带钢接触为N2、H2混合保护气体。炉内气氛控制原因关键考虑以下原因:1)保护气体质量保护气体质量好坏直接影响退火炉气氛,为确保退火炉内良好还原气氛,对保护气体(N2、H2混合气体)相关指标提出要求,见表8。表8 保护气体关键指标纯度(%)99.999氧含量(ppm)52)保护气体氢气含量炉内保护气体作用有二,其一是保护带钢不被氧化,其二是对带钢表面氧化层进行还原。保护气体是逆着带钢运行方向由后向前流动。因为采取美钢联法立式退火工艺,炉内没有氧化介质,加之带钢在立式退火炉内运行时间较长,所以,炉内仅需用含5%H2保护气体就能满足带钢表
22、面还原。在炉鼻处出口段,为减缓锌蒸汽流动性,需对露点进行合适提升,并将此处氢气浓度合适提升以免带钢氧化,在向其它段逆行过程中使用纯氮将其稀释至5%,确保退火炉安全。机组退火炉保护气体有两个混合站,其中一混合站向退火炉各段注入5%氢气,向退火炉PHF、RTF、SF、JCS输送保护气体;二混合站H2浓度最高可达30%,在热镀铝锌合金产品生产时提供高浓度保护气体至ES段。3)露点控制露点是反应退火炉内水蒸汽含量指标。露点高时炉内还原气氛下降,影响带钢表面还原能力,恶化镀层附着力。依据热镀铝锌合金产品生产实际,退火炉各段露点指标如表9。表9 退火炉露点炉 段PHFRTFJCSES露点值()-35-40
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