连续热镀锌锌层厚度的控制

摘 要：分析了连续热镀锌锌层厚度的影响因素，并结合生产实践提出了锌层厚度的控制方法。

关键词：锌层、厚度、气刀、锌液、板形

0 引言

热镀锌钢板广泛用作汽车板、家电板等。在连续热镀锌产品的生产过程当中，纯锌层厚度的控制极为重要。若锌层过厚，不仅是对锌锭等原材料的浪费，导致生产成本的提高，还会对镀层的附着性、产品的抗冲压性能等使用性能造成不良影响；而镀锌层太薄或者不均匀则会影响热镀锌带钢的抗腐蚀性能，同样无法满足客户的使用要求。因此，提高带钢表面镀锌层的控制精度和均匀性，以保证热镀锌带钢的使用性能，降低热镀锌产品的生产成本，是热镀锌机组的主要课题之一。本文介绍了带钢表面热镀纯锌层厚度的影响因素，并探讨了镀层厚度精度与均匀性控制的措施。

1 镀层厚度的影响因素

在连续热镀锌生产中，带钢表面的镀层厚度是指带钢从锌锅中带出的锌液量减去气刀从带钢表面刮去的锌液量，它是以带钢表面的锌层重量计量，单位为g/m2。镀锌层厚度与均匀性的影响因素主要有生产速率、锌液成分、气刀角度、气刀压力、气刀与带钢距离、气刀高度（即气刀喷嘴与锌液面的距离）等。

1.1 生产速率

连续热镀锌机组的生产速率是由生产的带钢规格、产品用途和机组的生产条件所决定的。实际生产当中，镀锌层厚度的控制通常不会通过生产速率的调整来实现。但生产速率对带钢表面的镀锌量的影响很大，当机组的生产速率变化时，必须通过调整其它工艺参数（如气刀压力、气刀与带钢距离等）来使镀层厚度达到控制要求。在其它条件不变的情况下，生产速率越大，带钢表面的镀锌量越大，其原因[1]为：生产速率越快，泵升作用越强，带钢带出的锌液越多；同时气刀气流对锌液的相对作用时间越短，刮去的锌液量也越少，这就使得带钢表面的镀锌量急剧增加。

1.2 锌液成分

Fe在锌液中的溶解度很低，过剩的Fe容易在锌液中形成锌渣。若锌渣大量存在于锌液中，会使锌液粘度增加、流动性降低，阻碍带钢提离锌液时锌的回流，令镀层厚度明显增厚，粘附性降低，并可能在带钢表面产生凸起的锌渣颗粒而影响产品质量[2]。锌液中Fe-Al的反应活性大于Fe-Zn的反应活性，从而减少锌液中锌渣的产生，因此适量添加Al能改善锌液的流动性，获得厚度适宜粘附性良好的镀层。

1.3 气刀与带钢距离

气刀与带钢距离对镀层厚度的影响的基本规律为距离越远镀层越厚，因为气刀喷嘴距带钢越远，喷出的气流压力越低，对带钢的冲量就越小，从而刮锌量越小，镀层越厚。此外，随着气刀与带钢距离的增加，带钢边部锌层有增厚的趋势[3]。

1.4 气刀压力

实践证明，在气刀喷嘴间距固定的情况下，镀层厚度主要取决于气刀压力。在气刀角度、气刀与带钢距离、气刀高度不变的情况下，随着气刀压力的增加，镀层厚度越小，且气刀压力每增加0.01MPa的情况下，单面锌层减薄40～60g/m2[3]。这是因为在其它参数不变的情况下，气刀压力越大，气刀喷吹的气流对带钢的冲量就越大，刮锌量也越大，从而带钢镀层越薄。

1.5 气刀高度

当带钢表面的锌在被喷吹时仍然处于液态时，气刀高度对镀层厚度是没有影响的。气刀高度的调节主要依据生产速率和气刀压力。在气刀压力大或生产速率高的情况下，要适当提高气刀高度，因为气刀高度过低容易引起锌液飞溅，导致气刀喷嘴堵塞，从而在带钢表面产生气刀条纹缺陷。若生产速率较低，镀层要求较厚，则应降低气刀高度，防止因带钢边部锌层过快凝固导致边部增厚缺陷。总之，为了节约喷吹介质，应尽可能降低气刀高度。

2 提高镀锌层厚度控制精度与均匀性的方法

2.1 控制锌液成分

往锌液中加入适量的Al可降低Fe的含量。锌液中的Al与Fe反应生成Fe2Al5形成浮渣，消耗锌液中的Fe。实践表明，锌液中Al的质量分数在0.16～0.25%之间较为适宜，Fe的质量分数最好控制在0.01%以下。实际生产中，要求对锌液的化学成分进行取样分析，根据分析结果来添加不同Al含量的锌锭以达到控制锌液成分的目的。另有研究[4]表明，在锌液中添加质量分数为0.01～0.1%的稀土元素能改善锌液流动性，细化镀层晶粒，减薄镀层厚度，净化锌液，减少锌瘤、锌灰的产生和锌的无效损耗，同时提高镀锌层的耐蚀性和表面光泽度。

2.2 控制气刀参数

气刀参数的调整往往和合同锌层厚度、机组的生产速率等有关。气刀角度和气刀刀唇的开口度因为调整难度大，精度要求高，需专业人员进行调整，一般在安装前即已调好，正常生产时不再进行调整。在实际生产中主要调整气刀高度、气刀与带钢距离和气刀压力三个参数。气刀高度的调整视机组生产速率和气刀压力的大小进行调整。当生产速率高，气刀压力大时，气刀高度应调高些以防止锌液飞溅堵塞气刀刀唇；反之则调低些，以避免镀层边部增厚。在生产镀层较薄的产品时，为避免气刀压力过大造成锌液飞溅，一般首先将气刀与带钢距离调小，但应注意不能调得过小（一般不能小于8 mm），否则也容易发生气刀刀唇堵塞。生产每一组镀层厚度要求的产品，都对应有一组最佳气刀参数，可存入气刀设备的数据库系统，以便今后生产相同镀层要求的产品时调出使用。

2.3 改善带钢的板形

带钢的板形不好，容易发生抖动，从而导致带钢表面镀层厚薄不均。因此，要使带钢表面镀层厚度均匀一致，就必须控制好带钢的板形。锌锅段带钢板形的控制主要通过张力的控制和校正辊位置的调整来实现。带钢张力与带钢的材质与规格、机组速率相匹配，其调整范围存在局限性。实际生产中，校正辊位置的调节也是调整带钢板形时经常使用的方法。

图1为两种典型的带钢板形及其镀层厚度显示，这种板形通常是由锌锅段过大的张力或稳定辊位置不匹配造成的。图1（a）中带钢中部向机组出口方向凸出，得到的镀层"上凸下凹"（带钢面向机组入口方向一面为上表面，面向出口方向一面为下表面）；图1（b）中的带钢中部向机组入口方向凸出，得到的镀层则"上凹下凸"。在图1（a）中，带钢上表面中部到两边受到的气刀气流冲量逐渐增大，被吹刮掉的锌液逐渐增多，反映在镀层厚度上便是中间厚两边薄，下表面的情况则刚好相反，图1（b）中的情况也是相同原理。为改善带钢板形，对于图1（a）的情况，可以将校正辊往远离带钢的方向调整；对于图1（b）的情况，则可将校正辊往靠近带钢的方向推入。

3 结语

连续热镀锌纯锌镀层厚度受到工艺、设备等多种因素的影响，在生产当中要保证锌液成分符合要求，关注沉没辊、锌层测厚仪的工作状态，同时要加强气刀参数和带钢板形的控制，这样才能获得镀层均匀一致、厚度符合合同要求，让客户满意的产品。

参考文献：

[1]郑永春，岑耀东，田荣彬.带钢连续热镀锌层厚度控制技术的研究[J].电镀与环保，2012，32（6）： 18～20

[2]孔纲，卢锦堂，陈锦虹等.锌浴中元素对钢结构件热镀锌的影响[J].表面技术，2003，32（4）：7～11

[3]朱立. 钢材热镀锌[M]. 北京： 化学工业出版社，2006

[4]王少龙，康立伟，田惟惟等.稀土元素在热镀锌中的应用及研究进展[J]. 新技术新工艺，2010，（6）：69～72