劉燦紅，黃小旺，潘亞鵬，蔡慶鵬，紀(jì)任俊，曾俊杰

（鞍鋼冷軋鋼板（莆田）有限公司，福建 莆田 351158）

連續(xù)熱鍍鋅帶鋼一般用于汽車、家電等有表面質(zhì)量要求的產(chǎn)品，隨著生活水平的不斷提升，人們對(duì)熱鍍鋅鋼板表面質(zhì)量要求越來越高，家電用途的鍍鋅鋼板表面質(zhì)量要求達(dá)到FC級(jí)別,即單面不存在任何直視可見的缺陷，且對(duì)后續(xù)的涂裝性能與沖壓成型性能不產(chǎn)生影響，涂裝后的外觀質(zhì)量滿足用戶需求。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中往往由于原板的表面缺陷、設(shè)備工藝不當(dāng)或外來污染物等使得熱鍍鋅鋼板的鍍層表面產(chǎn)生如露鐵、鋅渣、表面夾雜、表面劃傷、輥印、沉沒輥印和色差等缺陷,嚴(yán)重影響表面質(zhì)量、加工性能和最終的涂裝質(zhì)量。鞍鋼冷軋鋼板（莆田）有限公司鍍鋅機(jī)組在生產(chǎn)過程出現(xiàn)的露鐵缺陷，嚴(yán)重影響鍍鋅帶鋼表面質(zhì)量，制約機(jī)組的產(chǎn)能釋放。

1 露鐵缺陷及形成原因

1.1 露鐵缺陷種類

在連續(xù)熱鍍鋅過程中，由于原料、爐區(qū)與鋅鍋等工藝設(shè)備不穩(wěn)定造成鋅層與鐵基結(jié)合不牢固，鍍鋅后帶鋼表面或邊部存在局部鋅層脫落現(xiàn)象，形成端面或板面露鐵缺陷，嚴(yán)重影響帶鋼的表面質(zhì)量，露鐵缺陷見圖1。

圖1 露鐵缺陷Fig.1 Uncoated Dot Defect

1.2 露鐵缺陷形貌及組成

1.2.1 端面露鐵缺陷形貌及組成

針對(duì)端面存在的露鐵缺陷，分別對(duì)黑點(diǎn)部位和正常部位形貌及成分含量進(jìn)行分析，端面露鐵EDS分析見圖2。從電子圖像看，缺陷樣品圖示區(qū)域呈點(diǎn)狀缺陷，表層主要以O(shè)、C、Fe原子存在，且Fe原子及C原子分布較為規(guī)律，C原子主要環(huán)繞在未被氧化部位，O原子則分布較為均勻，形成氧化物；正常樣品圖示區(qū)域，表層主要以Zn原子為主，鋅晶界結(jié)合較為疏松，晶界與晶界之間存在空隙，具體數(shù)據(jù)見表1。

圖2 端面露鐵EDS分析Fig.2 EDS Analysis on Uncoated Dot Defect on End

表1 樣品成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 Compositions in Sample（Mass Fraction） %

1.2.2 板面露鐵缺陷形貌及組成

采用Ф1 mm的準(zhǔn)直器進(jìn)行定性-半定量分析，板面露鐵EDS分析見圖3。從分析結(jié)果及譜圖疊加來看，異常點(diǎn)Fe明顯高，Zn明顯低，說明鋅鍍層較薄（未鍍上或部分脫落），板面露鐵缺陷與正常樣品成分見表2。

表2 樣品成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 2 Compositions in Sample（Mass Fraction） %

圖3 板面露鐵EDS分析Fig.3 EDS Analysis on Uncoated Dot Defect on Surface of Steel Sheet

1.3 形成原因

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，鍍鋅表面質(zhì)量主要與鍍層粘附性有關(guān)，造成鍍鋅層粘附性不好，主要原因如下：

（1）原材料工藝

① 鋼基體化學(xué)成分異常，特別是Si元素含量超標(biāo)，降低鋅鐵結(jié)合粘結(jié)力，容易造成帶鋼表面脫鋅。

②原料表面存在乳液殘留等雜物，鍍鋅機(jī)組清洗不干凈或清洗能力不足，容易造成鍍鋅不良。

（2） 爐區(qū)工藝

① 爐內(nèi)氣氛控制不好，露點(diǎn)高，帶鋼表面形成氧化物，影響鍍鋅過程鋅層粘附性，造成脫鋅露鐵。

②在鋼基表面殘留有未被還原的氧化物，從而干擾了正常鐵-鋅合金層的形成，因此導(dǎo)致鍍層粘附性不良。

（3） 鋅鍋工藝

①鋅鍋耐火材料剝落，耐火材料顆粒落在帶鋼表面，產(chǎn)生露鐵。

②添加的鋅錠成分異常，造成鋅鍋內(nèi)溶液成分波動(dòng)，容易造成帶鋼表面脫鋅。

2 缺陷原因排查

2.1 原料工藝

2.1.1 統(tǒng)計(jì)近期缺陷原料成分

針對(duì)出現(xiàn)缺陷的103卷原料，統(tǒng)計(jì)C、Si、Mn、P、S五種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其化學(xué)成分見表3。

表3 原料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 3 Chemical Compositions in Raw Materials（Mass Fraction） %

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，五大元素的含量均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，未出現(xiàn)異常波動(dòng)。

2.1.2 原料表面質(zhì)量情況

統(tǒng)計(jì)同時(shí)期生產(chǎn)原料337卷，表面質(zhì)量合格率達(dá)到96.44%，存在問題主要是板形不良和厚薄不均的缺陷，不存在表面乳液殘留等缺陷，不影響后續(xù)鍍鋅鋅層質(zhì)量，原料表面質(zhì)量情況見表4。

表4 原料表面質(zhì)量情況Table 4 Surface Quality of Raw Materials

2.2 爐區(qū)工藝

2.2.1 排查清洗段工藝狀態(tài)

（1）檢查清洗段刷輥、擠干輥、噴嘴、電極板等設(shè)施，均未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

（2）檢查近期帶鋼表面反射率情況，清洗后帶鋼表面平均反射率91.9%，超過規(guī)程要求的90%，滿足工藝要求。

2.2.2 排查爐區(qū)工藝狀態(tài)

（1）對(duì)爐子進(jìn)行檢查和清理，打開爐蓋后發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)加熱段有類似氧化鐵皮的物質(zhì)，爐區(qū)異物圖片見圖4。之前未出現(xiàn)過類似的現(xiàn)象，初步懷疑產(chǎn)生露鐵是爐區(qū)工藝異常造成的。

圖4 爐區(qū)異物圖片F(xiàn)ig.4 Pictures of Foreign Substance in Furnace Area

（2）檢查爐輥、輻射管以及加濕器等設(shè)備，未發(fā)現(xiàn)異常。

（3）爐區(qū)異物化驗(yàn)

針對(duì)爐區(qū)發(fā)現(xiàn)的類似氧化鐵皮的異物，取樣進(jìn)行分析，具體見圖5。從電子圖像看，表層O原子主要以氧化物存在，分布在Fe原子周圍，與Fe原子結(jié)合形成FeO或FeO物質(zhì)，爐區(qū)工藝異常導(dǎo)致帶鋼在退火過程發(fā)生氧化，生成氧化鐵皮。

圖5 爐區(qū)異物分析Fig.5 Analysis on Foreign Substance in Furnace Area

2.3 鋅鍋工藝

帶鋼出現(xiàn)露鐵缺陷期間，鋅鍋溫度及鋅液成分均未發(fā)現(xiàn)異常，同時(shí)檢查購買的鋅錠質(zhì)量未發(fā)現(xiàn)問題，將鋅錠切開也未發(fā)現(xiàn)異常雜質(zhì)，鋅鍋工藝正常。

3 缺陷原因確定

通過分析鋼板露鐵缺陷及排查過程中發(fā)現(xiàn)的爐區(qū)異物，其成分主要為鐵和氧，說明帶鋼在爐區(qū)退火過程中存在氧化現(xiàn)象。爐區(qū)產(chǎn)生氧化有兩個(gè)影響因素，一個(gè)是爐區(qū)存在泄漏點(diǎn)，爐區(qū)外部的空氣進(jìn)入到爐區(qū)內(nèi)部，造成爐區(qū)氧含量或露點(diǎn)升高，從而使帶鋼發(fā)生氧化，這是產(chǎn)生氧化的根本原因；另外一個(gè)是爐區(qū)監(jiān)控測(cè)量設(shè)備存在異常，當(dāng)露點(diǎn)、氧含量等工藝控制點(diǎn)存在異常時(shí)，未能及時(shí)提示。針對(duì)爐區(qū)可能導(dǎo)致氧化的工藝點(diǎn)及監(jiān)控測(cè)量設(shè)備，開展地毯式排查，排查內(nèi)容如下：

3.1 工藝點(diǎn)泄漏排查

（1）用肥皂水檢查爐區(qū)預(yù)熱段-加熱段-緩、快冷段-均衡段出口段蓋板、人孔、膨脹節(jié)、端蓋法蘭等密封性情況；

（2）排查爐區(qū)攝像頭、高溫計(jì)冷卻水管道；

（3）檢查氮?dú)狻錃夤艿烂芊庑裕?/p>

（4）檢查壓縮空氣管道；

（5）檢查爐鼻子加濕器系統(tǒng)。

經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)，存在三處導(dǎo)致爐區(qū)氧含量異常的點(diǎn)：

（1）爐區(qū)5號(hào)高溫計(jì)的冷卻水管道存在輕微泄漏；

（2）壓縮空氣混入到氮?dú)夤艿肋M(jìn)入爐區(qū)，導(dǎo)致爐區(qū)氧含量異常；

（3）爐鼻子加濕器露點(diǎn)控制較高。

3.2 監(jiān)控測(cè)量設(shè)備排查

（1）檢查氧含量分析儀標(biāo)定是否存在測(cè)量誤差；

（2）檢查露點(diǎn)分析儀標(biāo)定是否存在測(cè)量誤差；

（3）檢查氫含量分析儀標(biāo)定是否存在測(cè)量誤差；

（4）檢查各個(gè)分析柜是否存在異常；

（5）檢查各個(gè)管道流量壓力是否存在異常情況；

（6）檢查各個(gè)放散閥及控制系統(tǒng)是否存在異常情況。

經(jīng)過檢查確認(rèn)，爐區(qū)露點(diǎn)分析儀存在偏差，導(dǎo)致爐內(nèi)露點(diǎn)與實(shí)際露點(diǎn)存在較大偏差，當(dāng)爐區(qū)露點(diǎn)超出工藝點(diǎn)控制范圍（要求≤-20℃）時(shí)，儀表顯示還在正常范圍之內(nèi)。

4 改進(jìn)措施

4.1 工藝設(shè)備功能恢復(fù)

（1）立即采取措施，修復(fù)爐區(qū)高溫計(jì)冷卻水管道，恢復(fù)爐區(qū)氧含量到正常水平。同時(shí)優(yōu)化高溫計(jì)冷卻水管壓力與流量控制，延長(zhǎng)管道的使用壽命，細(xì)化點(diǎn)檢項(xiàng)目方法與周期，建立更換臺(tái)賬，及時(shí)跟蹤使用情況。

（2）將聯(lián)合機(jī)組焊機(jī)使用的氮?dú)夤艿琅c壓縮空氣管道進(jìn)行分離，增加截止閥，確保兩種氣體不會(huì)混入爐區(qū)，確保爐區(qū)氧含量受控。

（3）隨著設(shè)備使用年限的增加，爐區(qū)氧含量等在線測(cè)量精密儀器存在一定的老化，標(biāo)定與點(diǎn)檢周期需要?jiǎng)討B(tài)維護(hù)，根據(jù)使用情況及環(huán)境等因素，及時(shí)調(diào)整此類測(cè)量的點(diǎn)檢與標(biāo)定周期，確保設(shè)備的測(cè)量精度受控。

4.2 工藝參數(shù)優(yōu)化

（1）制定爐鼻子露點(diǎn)與保護(hù)氣體流量控制標(biāo)準(zhǔn)，流量控制在15～20 m/h，露點(diǎn)控制范圍為-20～-10℃，其他區(qū)域露點(diǎn)≤-20℃，同時(shí)要求爐區(qū)氧含量≤35×10，將工藝參數(shù)固化到工藝規(guī)程中。

（2）細(xì)化爐區(qū)保護(hù)氣體壓力控制要求，增加出口段氮?dú)饬髁浚s小爐頂放散閥開口度，避免爐區(qū)壓力出現(xiàn)異常波動(dòng)。

5 實(shí)施效果

通過修復(fù)爐區(qū)高溫計(jì)冷卻水管道，將聯(lián)合機(jī)組氮?dú)夤艿琅c壓縮空氣管道分離，標(biāo)定爐區(qū)在線測(cè)量精密儀器，制定定期維護(hù)制度以及調(diào)整爐鼻子工藝參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整后進(jìn)行小批量試驗(yàn)生產(chǎn)，檢查帶鋼表面和邊部質(zhì)量，未再出現(xiàn)脫鋅情況，調(diào)整后的帶鋼質(zhì)量見圖6，質(zhì)量良好，達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及用戶的要求。

圖6 調(diào)整后帶鋼質(zhì)量Fig.6 Quality of Steel Strip after Adjustment

6 結(jié)語

通過對(duì)熱鍍鋅線的工藝設(shè)備分析與排查，導(dǎo)致露鐵原因是爐區(qū)高溫計(jì)存在輕微泄露、部分工藝監(jiān)控設(shè)備存在老化現(xiàn)象以及爐鼻子工藝制度不完善。通過修復(fù)高溫計(jì)泄露點(diǎn)，動(dòng)態(tài)維護(hù)爐區(qū)工藝設(shè)備點(diǎn)檢與標(biāo)定周期，特別是加熱段攝像頭、高溫計(jì)以及爐區(qū)測(cè)量監(jiān)控等關(guān)鍵儀器儀表，規(guī)范爐區(qū)氧含量要求，使?fàn)t區(qū)氧含量≤35×10；此外，制定爐鼻子工藝管理制度，規(guī)范爐鼻子區(qū)域管理，使一般氮?dú)饬髁靠刂圃?5～20 m/h，露點(diǎn)控制范圍為-20～-10℃。采取上述措施后，爐區(qū)氧化問題得到解決，恢復(fù)了鍍層與鐵基表面的結(jié)合力，徹底解決鍍鋅表面露鐵問題，表面質(zhì)量得到提升。