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，降低生產成本，改善產品質量，提高經(jīng)濟效益?！娟P鍵詞】熱鍍鋅鋅渣工藝優(yōu)化1. 前言帶鋼連續(xù)熱鍍鋅生產過程中產生的鋅渣主要包括浮渣和底渣，據(jù)統(tǒng)計，每噸鋅錠會產生3%- 10%1勺鋅渣，不但降低了鋅的利用率，而且產生的鋅渣也會由于黏附在鍍層表面而影響鍍鋅層的質量，降低產品的 合格率，增加企業(yè)的生產成本。唐鋼在鍍鋅生產初期，鋅渣的產生率約為20%嚴重超出平均水平。在此情況下，研究熱鍍鋅鋅鍋中鋅渣的生長機制、形成原因，降低其生成量，提高鋅的利用率，對降低唐鋼熱

2、鍍鋅生產成本，提高鍍層表面質量是非常必要的。2. 研究主要內容2.1鋅渣的形成原因2.1.1鋅渣形成的機理分析鋅渣是一種鋅鐵相合金，主要成分是Zn、Fe。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鐵的腐蝕作用，鐵與鋅擴散反應形成多孔、疏松的低熔點合金飄移到液鋅中，逐漸使金屬鐵“溶解”于 鋅液的過程。腐蝕機制完全遵循Fe-Z n狀態(tài)圖（如圖1所示）。液態(tài)金屬鋅對固態(tài)金屬鐵等元素產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的電化學腐蝕作用。液態(tài)金屬鋅的腐蝕主要是物理溶解，當液態(tài)金屬 鋅和固態(tài)金屬鐵相遇時，在界面處產生熱力學不平衡而導致腐蝕的

3、發(fā)生。因此，在鋅液中液態(tài)金屬鋅對固圖1 Fe-Z n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、溶解速度以及溶質原 子的擴散速度有關；并受液態(tài)鋅中的鋅及添加元素鋁及其他雜質元素的影響，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會帶入鋅鍋中少量的非金屬雜 質，如氧、碳、氯等，當鋅液中的非金屬元素雜質達到一定濃度時，貝恠固態(tài)金屬表面生成氧化物、碳化 物、氯化物等。因為生成的這些化合物在液態(tài)金屬鋅的沖蝕作用下容易被剝離，也會使加速帶鋼表面固態(tài) 金屬元素的溶解。帶鋼在鋅液中的溶解速度主要受溫度、時間和運動狀態(tài)的影響。（

4、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小（如圖2所示）。主要是影響鐵在鋅液中的擴散系數(shù)，還會改變溶解機制。當帶鋼經(jīng)歷了由鋅液溫度較高區(qū)域向鋅液溫度較低區(qū)域移動的過程，都會導致鋅 液中鋅渣產生量的增加。圖2鋅液對鐵的腐蝕溶解度曲線(2) 帶鋼運動速度的影響主要表現(xiàn)在表面形成的黏附力不強的化合物、帶鋼附近的鐵在鋅液中的溶解梯度及帶鋼附近鋅液的流 動速度的影響，當帶鋼的運動速度增加后，會導致黏附力不強的化合物優(yōu)先脫落形成鋅渣，也會導致鐵在 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間減少，會減少鐵的溶解。(3) 鋅液流動速度的影響當溶解機制是熔化或界面原子的

5、擴散控制的溶解機制時，由于傳熱或傳質是過程的限制環(huán)節(jié)，鋅液的 對流對溶解速度的影響很大，增大鋅液的對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)不斷的運行，必然會造成鋅液的不斷流動，使對流加劇，這必然會增加鐵的溶解量。(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的物質時，將阻礙鐵與鋅液之間的傳熱和傳質，對鐵溶解的開始時間有很 大的影響。但是當鐵表面存在一層海綿狀的氧化鐵或單質鐵時，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，含鋁量對鐵元素在鋅液中的溶解量有一臨界點，當鋁含量小于0.20%時，隨著鋁含量的增加，鐵

6、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生0 0.10.20.30.40.50.60.7鋅液中的鋁含量量解溶的中液鋅在鐵圖3鋅液中的鋁含量與鐵元素在鋅液中的溶解量的關系2.1.2 鋅渣的生長機制鋅渣是由于發(fā)生的化學反應而形成的：13Zn Fe = FeZni3 J由式可得：1.0kg的鐵將消耗掉15.1kg的鋅。并且因撈鋅渣時還會帶出部分鋅液，所以實際消耗的 鋅要比上述計算得到的多得多。據(jù)檢測，每當有1.0kg的鐵被鋅液浸蝕溶解形成鋅渣時，就要耗用大約25kg的

7、金屬鋅。鋅渣是多孔、疏松的低熔點合金，鋅渣顆粒的數(shù)量和形態(tài)與鋁含量、鋅液溫度的波動等因素有關。隨 著鋅液溫度的降低和鋁含量的增加，鋅渣顆粒的數(shù)量和尺寸會增加。鋅渣的生長機制是根據(jù)固溶擴散的 Ostwald理論而定的：生長驅動力來自界面能、自由能的不斷降低，通過溶質在溶劑中的擴散，使鋅渣中 的小顆粒趨向溶解，大顆粒相應長大。（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：】、：-Fe2Al5、。圖4鋅渣的金相照片X 600圖5純鋅的金相照片459#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加速鋅液對鐵的浸蝕熔解。隨著鋅液中的含鐵量

8、將逐漸增加，當鋅液中的含鐵量超過0.05%時，鋅液的粘度就增加，使鋅液的流動性、潤濕性、導熱性變差。另外，鋅渣粘附在鋼板形成產品缺陷（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輸過程中由于摩擦、震動等不可避免的原因產生黑斑、麻疹狀缺陷等問題（見圖8、9）而導致鍍層腐蝕。因此鋅渣缺陷的存在對產品的后序加工工序和帶鋼的存儲以及運輸有著極大的負面影響，是鍍 鋅生產必須解決的問題。圖7鋅渣缺陷照片圖6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降低鋅渣產生量的優(yōu)化措施#針對唐鋼熱鍍鋅渣產生量較大的現(xiàn)狀結合上述分析的熱鍍鋅渣的形成原因、生長機制、鐵的主要來源 等方面，結

9、合唐鋼熱鍍鋅生產線的特點，對唐鋼熱鍍鋅生產線降低熱鍍鋅渣的產生量提出以下幾點優(yōu)化措 施：2.3.1 鋅渣是由鐵鋅反應而生成的，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；2.3.2 帶鋼表面的鐵銹雖然會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輸過程中產 生的氧化現(xiàn)象，也要防止帶鋼在爐內發(fā)生氧化；2.3.3 要嚴格控制鋅鍋的溫度，不要超過 743 K ，嚴禁超過 753K ，同時更重要的是要將鋅

10、液溫度的波動 范圍控制的越小越好。特別是向鋅液中加鋅錠一定要及時，鋅鍋液面下降以后就要隨時加鋅，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。同時加鋅一 定緩慢，以便鋅錠充分熔化，浮渣充分分離，鋁、銻等元素成分充分混合。2.3.4 要嚴格控制帶鋼入鋅鍋溫度，防止帶鋼進出鋅鍋時導致鋅液溫度發(fā)生變化，影響帶鋼表面固態(tài)元素 的溶解量；2.3.5 嚴格控制鋅液中的鋁含量， 鋁含量過低， 會導致帶鋼表面溶入鋅液中的鐵元素增多， 鋅渣總量增多， 也會使底渣生成量增加； 鋁含量過高， 會降低鐵在鋅液中的溶解度， 促進鋅渣析出， 同時鋁本身也易氧化， 形成大量浮渣。2.3.6 減少鋅液中鋁含量的波動；鋁含量的波動也會促進鋅渣的形成，建議采用鋁和銻等合金元素熔煉成 組元鋅錠，高鋁鋅錠只用作調節(jié)成分使用。3. 結語 通