熱鍍鋅鋅渣形成因素分析及工藝優(yōu)化

1、熱鍍鋅鋅渣形成因素分析及工藝優(yōu)化【摘要】本文通過對(duì)熱鍍鋅鋅渣生成原因的分析，合理優(yōu)化唐鋼鍍鋅工藝，有效的減少鋅渣的生成量，節(jié)約原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。【關(guān)鍵詞】熱鍍鋅鋅渣工藝優(yōu)化1 .前言帶鋼連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鋅渣主要包括浮渣和底渣，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每噸鋅錠會(huì)產(chǎn)生3%-10啕勺鋅渣，不但降低了鋅的利用率，而且產(chǎn)生的鋅渣也會(huì)由于黏附在鍍層表面而影響鍍鋅層的質(zhì)量，降低產(chǎn)品的合格率，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。唐鋼在鍍車轉(zhuǎn)fe產(chǎn)初期，鋅渣的產(chǎn)生率約為20%,嚴(yán)重超出平均水平。在此情況下，研究熱鍍鋅鋅鍋中鋅渣的生長機(jī)制、形成原因，降低其生成量，提高鋅的利用率，對(duì)降低唐鋼熱鍍鋅生

2、產(chǎn)成本，提高鍍層表面質(zhì)量是非常必要的。2 .研究主要內(nèi)容2.1 鋅渣的形成原因2.1.1 鋅渣形成的機(jī)理分析鋅渣是一種鋅鐵相合金，主要成分是Zn、Feo鋅渣的形成可視為是鐵在鋅液中的溶解或者說是熔融鋅對(duì)鐵的腐蝕作用，鐵與鋅擴(kuò)散反應(yīng)形成多孔、疏松的低熔點(diǎn)合金飄移到液鋅中，逐漸使金屬鐵“溶解”于鋅液的過程。腐蝕機(jī)制完全遵循Fe-Zn狀態(tài)圖（如圖1所示）。液態(tài)金屬鋅對(duì)固態(tài)金屬鐵等元素產(chǎn)生的腐蝕主要是固態(tài)金屬材料在鋅液中的溶解度起決定性作用，但也不排除在鋅液中存在著類似水介質(zhì)的電化學(xué)腐蝕作用。液態(tài)金屬鋅的腐蝕主要是物理溶解，當(dāng)液態(tài)金屬鋅和固態(tài)金屬鐵相遇時(shí)，在界面處產(chǎn)生熱力學(xué)不平衡而導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生。因此

3、，在鋅液中液態(tài)金屬鋅對(duì)固態(tài)金屬鐵的腐蝕機(jī)制一般存在溶解機(jī)制、化學(xué)反應(yīng)機(jī)制以及反應(yīng)擴(kuò)散機(jī)制。圖1Fe-Zn合金相圖帶鋼表面固態(tài)金屬元素的溶解是與帶鋼表面金屬合金元素在液態(tài)鋅中的溶解度、溶解速度以及溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度有關(guān)；并受液態(tài)鋅中的鋅及添加元素鋁及其他雜質(zhì)元素的影響，并且?guī)т摫砻娴墓虘B(tài)金屬元素的溶解速度一般隨溫度的升高而增大。特別是帶鋼在清洗段漂洗不完全時(shí)會(huì)帶入鋅鍋中少量的非金屬雜質(zhì)，如氧、碳、氯等，當(dāng)鋅液中的非金屬元素雜質(zhì)達(dá)到一定濃度時(shí)，則在固態(tài)金屬表面生成氧化物、碳化物、氯化物等。因?yàn)樯傻倪@些化合物在液態(tài)金屬鋅的沖蝕作用下容易被剝離，也會(huì)使加速帶鋼表面固態(tài)金屬元素的溶解。帶鋼在鋅液中的溶

4、解速度主要受溫度、時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。（1）鋅液溫度的影響隨著溫度的升高鐵在鋅液中的溶解度先增加后減?。ㄈ鐖D2所示）。主要是影響鐵在鋅液中的擴(kuò)散系數(shù)，還會(huì)改變?nèi)芙鈾C(jī)制。當(dāng)帶鋼經(jīng)歷了由鋅液溫度較高區(qū)域向鋅液溫度較低區(qū)域移動(dòng)的過程，都會(huì)導(dǎo)致鋅液中鋅渣產(chǎn)生量的增加。圖2鋅液對(duì)鐵的腐蝕溶解度曲線(2)帶鋼運(yùn)動(dòng)速度的影響主要表現(xiàn)在表面形成的黏附力不強(qiáng)的化合物、帶鋼附近的鐵在鋅液中的溶解梯度及帶鋼附近鋅液的流動(dòng)速度的影響，當(dāng)帶鋼的運(yùn)動(dòng)速度增加后，會(huì)導(dǎo)致黏附力不強(qiáng)的化合物優(yōu)先脫落形成鋅渣，也會(huì)導(dǎo)致鐵在鋅液中的溶劑量增大；但是隨著帶鋼速度的增加帶鋼在鋅液中的停留時(shí)間減少，會(huì)減少鐵的溶解。(3)鋅液流動(dòng)速度的

5、影響當(dāng)溶解機(jī)制是熔化或界面原子的擴(kuò)散控制的溶解機(jī)制時(shí)，由于傳熱或傳質(zhì)是過程的限制環(huán)節(jié)，鋅液的對(duì)流對(duì)溶解速度的影響很大，增大鋅液的對(duì)流將使鐵在鋅液中的溶解速度加快。而熱浸鍍鋅過程中，由于帶鋼連續(xù)不斷的運(yùn)行，必然會(huì)造成鋅液的不斷流動(dòng)，使對(duì)流加劇，這必然會(huì)增加鐵的溶解量。(4)固態(tài)金屬鐵表面狀態(tài)的影響如果鐵表面存在其他高熔點(diǎn)的物質(zhì)時(shí)，將阻礙鐵與鋅液之間的傳熱和傳質(zhì)，對(duì)鐵溶解的開始時(shí)間有很大的影響。但是當(dāng)鐵表面存在一層海綿狀的氧化鐵或單質(zhì)鐵時(shí)，由于與鋅液的接觸面積增大，使鐵的溶解速度大大增加。(5)鋅液中鋁含量的影響從圖3中可以看出，含鋁量對(duì)鐵元素在鋅液中的溶解量有一臨界點(diǎn)，當(dāng)鋁含量小于0.20%時(shí)，

6、隨著鋁含量的增加，鐵在鋅液中的溶解量逐漸減小，有利于減少鋅液中鐵元素溶解量，從而可減少鋅渣形成量。因而在帶鋼連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)過程中需要將鋅液中的鋁含量控制在0.20%一下有利于減少鋅液中鋅渣的產(chǎn)生量。00.10.20.30.40.50.60.7鋅液中的鋁含量圖3鋅液中的鋁含量與鐵元素在鋅液中的溶解量的關(guān)系2.1.2 鋅渣的生長機(jī)制鋅渣是由于發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)而形成的：13ZnFe=FeZni3由式可得：1.0kg的鐵將消耗掉15.1kg的鋅。并且因撈鋅渣時(shí)還會(huì)帶出部分鋅液，所以實(shí)際消耗的鋅要比上述計(jì)算得到的多得多。據(jù)檢測(cè)，每當(dāng)有1.0kg的鐵被鋅液浸蝕溶解形成鋅渣時(shí)，就要耗用大約25kg的金屬鋅。鋅

7、渣是多孔、疏松的低熔點(diǎn)合金，鋅渣顆粒的數(shù)量和形態(tài)與鋁含量、鋅液溫度的波動(dòng)等因素有關(guān)。隨著鋅液溫度的降低和鋁含量的增加，鋅渣顆粒的數(shù)量和尺寸會(huì)增加。鋅渣的生長機(jī)制是根據(jù)固溶擴(kuò)散的Ostwald理論而定的：生長驅(qū)動(dòng)力來自界面能、自由能的不斷降低，通過溶質(zhì)在溶劑中的擴(kuò)散，使鋅渣中的小顆粒趨向溶解，大顆粒相應(yīng)長大。（圖4為鋅渣的金相照片，圖5為純鋅的金相照片）。鋅渣各相生長速度按從大到小的順序排列依次是：、巴、Fe2A15、備。圖4鋅渣的金相照片X600圖5純鋅的金相照片2.2 鋅渣的危害不管何種原因形成鋅渣，只要鋅液中有鋅渣存在就會(huì)加速鋅液對(duì)鐵的浸蝕熔解。隨著鋅液中的含鐵量將逐漸增加，當(dāng)鋅液中的含鐵

8、量超過0.05%時(shí)，鋅液的粘度就增加，使鋅液的流動(dòng)性、潤濕性、導(dǎo)熱性變差。另外，鋅渣粘附在鋼板形成產(chǎn)品缺陷（如圖6、7所示）。鋅渣不僅降低鋅鍍層美觀度，還易使帶鋼在加工和運(yùn)輸過程中由于摩擦、震動(dòng)等不可避免的原因產(chǎn)生黑斑、麻疹狀缺陷等問題（見圖8、9）而導(dǎo)致鍍層腐蝕。因此鋅渣缺陷的存在對(duì)產(chǎn)品的后序加工工序和帶鋼的存儲(chǔ)以及運(yùn)輸有著極大的負(fù)面影響，是鍍鋅生產(chǎn)必須解決的問題。圖6鋅渣缺陷照片圖7鋅渣缺陷照片圖8鋅渣脫落形成麻疹缺陷圖9鋅渣脫落2.3 降低鋅渣產(chǎn)生量的優(yōu)化措施針對(duì)唐鋼熱鍍鋅渣產(chǎn)生量較大的現(xiàn)狀結(jié)合上述分析的熱鍍鋅渣的形成原因、生長機(jī)制、鐵的主要來源等方面，結(jié)合唐鋼熱鍍鋅生產(chǎn)線的特點(diǎn)，對(duì)唐鋼

9、熱鍍鋅生產(chǎn)線降低熱鍍鋅渣的產(chǎn)生量提出以下幾點(diǎn)優(yōu)化措施：2.3.1 鋅渣是由鐵鋅反應(yīng)而生成的，而鋅液中的鐵的最大來源是帶鋼表面的鐵粉，所以唐鋼熱鍍鋅生產(chǎn)線需最大限度地提高前處理的清洗效果，徹底清除帶鋼表面的油污、鐵粉、灰土等雜質(zhì)；2.3.2 帶鋼表面的鐵銹雖然會(huì)在還原爐中被還原成為海綿狀的鐵，但是這種海綿狀的鐵與帶鋼的黏附能力極弱，因而會(huì)與鐵粉一起溶入鋅液之中，使鋅液中的鐵濃度上升。所以要防止原材料在貯存運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的氧化現(xiàn)象，也要防止帶鋼在爐內(nèi)發(fā)生氧化；2.3.3 要嚴(yán)格控制鋅鍋的溫度，不要超過743K,嚴(yán)禁超過753K,同時(shí)更重要的是要將鋅液溫度的波動(dòng)范圍控制的越小越好。特別是向鋅液中加鋅

10、錠一定要及時(shí)，鋅鍋液面下降以后就要隨時(shí)加鋅，不要待到鋅液面下降很多以后再一次性加入很多鋅錠，以最大限度地控制鋅液的液位和鋅液溫度的波動(dòng)。同時(shí)加鋅一定緩慢，以便鋅錠充分熔化，浮渣充分分離，鋁、睇等元素成分充分混合。2.3.4 要嚴(yán)格控制帶鋼入鋅鍋溫度，防止帶鋼進(jìn)出鋅鍋時(shí)導(dǎo)致鋅液溫度發(fā)生變化，影響帶鋼表面固態(tài)元素的溶解量；2.3.5 嚴(yán)格控制鋅液中的鋁含量，鋁含量過低，會(huì)導(dǎo)致帶鋼表面溶入鋅液中的鐵元素增多，鋅渣總量增多,也會(huì)使底渣生成量增加；鋁含量過高，會(huì)降低鐵在鋅液中的溶解度，促進(jìn)鋅渣析出，同時(shí)鋁本身也易氧化，形成大量浮渣。2.3.6 減少鋅液中鋁含量的波動(dòng)；鋁含量的波動(dòng)也會(huì)促進(jìn)鋅渣的形成，建議采用鋁和睇等合金元素熔煉成組元鋅錠，高鋁鋅錠只用作調(diào)節(jié)成分使用。3