1 保護(hù)氣體的成分【鍍鋅帶鋼】【鍍鋅帶鋼廠家】蘇州銑優(yōu)金屬

帶鋼在加熱后直到進(jìn)入鋅液之前，為了使表面的氧化鐵還原并不再被氧化，需要處在還原性的保護(hù)氣氛之中?？刹捎玫谋Ｗo(hù)性氣體是氫氣。純正的氫氣有最強(qiáng)的保護(hù)性能，但是從生產(chǎn)上來(lái)講幾乎是不可能的。因此工業(yè)上采用的保護(hù)性氣氛是氮?dú)浠旌象w系，而且處于安全上的考慮，在確保其保護(hù)性能的前提下，采用的含氫量盡可能的低[1]。

氫氣具有很強(qiáng)的還原能力，在高溫下可從鐵的氧化物中奪取氧，使之還原為純鐵，而且氫的還原能力隨著溫度的升高而顯著加強(qiáng)。氮?dú)庑再|(zhì)很穩(wěn)定，不自燃也不助燃，通常不和其他元素化合，屬于中性、惰性氣體。保護(hù)氣體中的氮，實(shí)際起著加強(qiáng)氫與氧化物反應(yīng)的運(yùn)載工具的作用。

資料表明[2]，在爐中保護(hù)氣體中的氫含量絕對(duì)量高而百分含量低，或者保護(hù)氣體中氫氣絕對(duì)含量低而百分含量高兩種情況下，都能生產(chǎn)出質(zhì)量滿意的熱鍍鋅鋼帶。這是因?yàn)楫?dāng)保護(hù)氣體總量小時(shí)，氮?dú)夂恳采?，但氫氣百分含量高，氫分子仍然有更多機(jī)會(huì)運(yùn)動(dòng)到鋼帶表面與氧化鐵反應(yīng)，達(dá)到氧化鐵還原目的。當(dāng)保護(hù)氣體總量大時(shí)，氫氣百分含量雖然較低，但氮?dú)夂扛?。百分含量低的氫分子仍然有更多機(jī)會(huì)被氮分子碰撞到鋼帶與氧化鐵發(fā)生還原反應(yīng)，達(dá)到還原目的。為了降低成本考慮，應(yīng)該選擇保護(hù)氣體總量小、氫氣百分含量高的。

2 爐內(nèi)氣氛控制

鍍鋅退火爐的爐內(nèi)氣氛控制難點(diǎn)主要在于NOF段內(nèi)無(wú)氧化氣氛的控制，NOF未呈無(wú)氧化氣氛直接影響了鋅層的附著力[3]。

2.1 NOF段無(wú)氧化氣氛難以形成的原因分析

（1）NOF所采用的煤氣熱值低，波動(dòng)大。無(wú)氧化氣氛是通過(guò)調(diào)節(jié)空氣、煤氣的當(dāng)量比（即空氣過(guò)剩系數(shù)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在NOF，空氣過(guò)剩系數(shù)一般控制在0.94左右，即煤氣相對(duì)過(guò)剩。當(dāng)煤氣熱值波動(dòng)太大，尤其向下波動(dòng)時(shí)，單位體積內(nèi)可燃成分減少，所需的助燃空氣當(dāng)量也應(yīng)該減少，而助燃空氣流量的控制是根據(jù)煤氣流量控制的，這樣就造成了空氣相對(duì)過(guò)剩，產(chǎn)生了氧化性氣氛。

（2）NOF爐溫控制不當(dāng)。當(dāng)帶鋼表面油膜在NOF內(nèi)被除去后，燃燒氣體對(duì)帶鋼表面作用的大小主要取決于燃燒溫度，從鋼的氧化-還原平衡圖（見(jiàn)圖1）可以看出，當(dāng)爐氣溫度在1150℃以下時(shí)，爐內(nèi)為氧化性氣氛，即為確保爐內(nèi)為還原性氣氛，爐子出口處溫度必須在1100℃以上（即爐氣溫度應(yīng)在1200℃以上，通常爐溫比爐氣溫度低100~150℃）。

（3）NOF空氣、煤氣比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈，開(kāi)關(guān)空氣、煤氣的電磁閥失靈，空氣過(guò)剩系數(shù)的控制難以維持，爐內(nèi)呈氧化性氣氛。

（4）NOF爐口密封不嚴(yán)，一旦爐壓降低，空氣進(jìn)入爐內(nèi)，破壞了爐內(nèi)氣氛。

2.2 改進(jìn)及解決措施

（1）燃料選用精脫硫、高熱值的焦?fàn)t煤氣，熱值波動(dòng)范圍控制在±5 %。

（2）采用先進(jìn)的爐溫檢測(cè)及控制系統(tǒng)，連續(xù)燃燒采取分區(qū)控制，每段爐溫單獨(dú)控制和測(cè)量，每一區(qū)的燃料和燃燒空氣量單獨(dú)控制,使空燃比固定。

（3）定期對(duì)開(kāi)關(guān)空煤氣的電磁閥進(jìn)行檢查，當(dāng)某個(gè)電磁閥失靈時(shí)，在中央操作室的HMI上應(yīng)該有紅色報(bào)警顯示。

（4）在預(yù)熱段入口設(shè)置密封設(shè)備，并且密封門的位置手動(dòng)可調(diào)，密封氣體連續(xù)供應(yīng)；在廢氣風(fēng)機(jī)上游安裝有壓力控制擋板，以此控制預(yù)熱段的壓力；同時(shí)，用燒嘴負(fù)荷條件來(lái)控制廢氣風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高了爐子壓力的可控性；在PH/NOF段入口處安裝爐壓傳感器,實(shí)時(shí)對(duì)爐壓進(jìn)行監(jiān)控。

3 露點(diǎn)

露點(diǎn)是指空氣中水蒸氣飽和時(shí)的空氣溫度。退火爐內(nèi)氣氛的露點(diǎn)是爐內(nèi)保護(hù)氣體中含水量的標(biāo)志，露點(diǎn)的高低可影響鋼帶表面氧化鐵的還原。通過(guò)爐內(nèi)露點(diǎn)的測(cè)量與分析可間接地推斷爐內(nèi)保護(hù)氣體成分變化和鋼帶表面被氫氣還原的狀態(tài)。

保護(hù)氣體中的氫還原氧化鐵生成水，保護(hù)氣體露點(diǎn)逐漸變高。保護(hù)氣體是逆著鋼帶運(yùn)行方向，所以從冷卻段末端保護(hù)氣體入口到退火爐鋼帶的入口端，保護(hù)氣體露點(diǎn)是遞增變化的，如圖2。

在還原爐中鋼帶表面氧化鐵被氫還原時(shí)，露點(diǎn)溫度不應(yīng)是發(fā)生還原反應(yīng)的控制因素。在一定溫度下，只要供給氫氣充足，即氫氣的分壓大于水蒸氣的分壓，鋼帶還原反應(yīng)即可徹底進(jìn)行[2]，即在生產(chǎn)中，只要符合平衡曲線，還原反應(yīng)就可以進(jìn)行徹底，并獲得良好的鍍鋅層附著性。

4氣氛和露點(diǎn)對(duì)選擇性氧化的影響

一般工業(yè)中退火氣氛是N2+5%H2，露點(diǎn)為-30℃，稱之為鍍鋅氣氛。該氣氛下能夠減少氧化鐵皮，但是不能阻止合金元素的氧化，因?yàn)闅夥罩羞€存在少量的水蒸氣和氧氣，這就是選擇性氧化[3, 4]。

退火氣氛是影響合金元素的選擇性氧化物顆粒形態(tài)的最主要因素。連續(xù)熱浸鍍鋅線上再結(jié)晶退火爐中保護(hù)氣體一般為純N2氣氛和N2+H2的混合氣氛兩種。而在N2+H2的混合氣氛中的H2只[3]能還原帶鋼表面鐵的氧化物,并不能阻止帶鋼內(nèi)部合金元素的表面氧化。所以說(shuō)無(wú)論使用哪種保護(hù)氣體，帶鋼內(nèi)部合金元素的表面氧化都是不可避免的。而大多數(shù)帶鋼表面氧化的實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在純N2氣氛中，一般帶鋼表面非常容易形成有棱角的富錳氧化物顆粒；而在N2 + 10%H2的氣氛中則容易形成扁平的富硅氧化物微粒。這意味著，在退火處理過(guò)程中，退火氣氛嚴(yán)重影響了選擇性氧化物的化學(xué)組成和原子結(jié)構(gòu)[5]。

帶鋼的熱鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程中，露點(diǎn)是影響帶鋼表面合金元素的選擇性氧化和帶鋼鍍鋅性能的重要因素之一。隨著露點(diǎn)的變化，帶鋼表面合金元素的選擇性氧化物形態(tài)和成分也隨之變化，不同的鋼種形成的氧化物成分也不盡相同。不同的選擇性氧化物成分，導(dǎo)致帶鋼的鍍鋅性能也好壞不一，隨著露點(diǎn)溫度的增加，氧氣或氧化性元素的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，導(dǎo)致帶鋼的內(nèi)部氧化層深度增加。隨著露點(diǎn)的升高，氧分壓逐漸增加，氣氛中氧化性也增強(qiáng)。當(dāng)氧化性足夠強(qiáng)時(shí)，氧往帶鋼內(nèi)部擴(kuò)散的貢獻(xiàn)大于合金元素向外擴(kuò)散的貢獻(xiàn)，存在著外部氧化向內(nèi)部氧化轉(zhuǎn)變的問(wèn)題。所以合金元素的表面氧化轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部氧化，合金元素表面氧化物的含量降低，內(nèi)部氧化物層變厚，從而改善了帶鋼的鍍鋅性能[5]。

Liu H[6]等研究發(fā)現(xiàn)，如果水蒸氣分壓足夠高，提高退火氣氛中氫氣的含量將不起作用；提高氫氣的含量，會(huì)提高開(kāi)始析出氧化物的露點(diǎn)；如果露點(diǎn)為一定值，提高氫氣含量可以避免有些氧化物的形成。Cvijovic I等[7]發(fā)現(xiàn)，H2含量提高時(shí)，氧分壓減小，因此表面氧化物較少。同時(shí)氧的滲透能力下降，轉(zhuǎn)變成內(nèi)部氧化。Lamberigts M[8]認(rèn)為在一定露點(diǎn)的保護(hù)氣氛下，選擇性氧化通常是主要的現(xiàn)象。隨著露點(diǎn)的提高，氧化逐漸從表層往內(nèi)部發(fā)展。

影響合金元素選擇性氧化的因素多而復(fù)雜，某些因素之間又是相互聯(lián)系的。所以在研究各種影響因素時(shí)，不能片面的考慮單一因素對(duì)合金元素選擇性氧化的影響關(guān)系，這樣得到的結(jié)論有可能不準(zhǔn)確，甚至是錯(cuò)誤的。只有綜合考慮所有因素對(duì)合金元素選擇性氧化的影響關(guān)系，才能使帶鋼獲得較好的鍍鋅粘附性和鍍鋅性能。

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