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沉没辊的使用

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【摘要】:
带钢热镀锌新技术的应用:炉鼻,三辊六臂,气刀及铝锌硅板出锌锅后带钢的冷却

带钢热镀锌新技术的应用

一、炉鼻

1.阻隔锌蒸气上升新技术
    (1)机械密封
    (2)加湿器
    锌液中含铝量0.16~0.20%,铝最易氧化,生成A12O3薄膜,锌氧化生成ZnO薄膜,此膜覆盖液态锌表面,能保护锌液不受进一步氧化,并且也能阻隔锌蒸气向锌液面外逸出。
    炉鼻插入锌液中,其内腔和炉体相通,通过锌封使炉鼻内腔和炉体内腔具有良好的密封性。保护气体和精氮主要是从炉鼻区通入,通入前露点为-60~-80℃,残氧含量一般<1ppm。所以可以认为炉鼻腔内锌液面因缺氧不受氧化,则因锌液没有A12O3和ZnO膜的保护层,故使锌蒸气向外逸出的速度加快。锌蒸气顺着炉鼻通道上升进入炉腔,遇到较冷的炉壁、炉辊、特别是快装置的换热器散热片上,锌粉大部分是在这里凝聚。
    带钢通过脱脂,板面仍然会粘附残余油和残余铁粉。油的浑发点仅为180—200℃,所以油进炉浑发后大部分被残余保护气体带走排出炉外。一部分残油分解,残碳小颗粒吸附在炉壁上,所以炉子的内壁上往往是锌粉小颗粒和残碳颗粒的混合物。在这些污染物聚集增多,炉体发生振动时,这些小颗粒就会落在运行的带钢表面,这些疏锌性的小颗粒污染物表面张力较大,对锌液都有很强的不浸润性,它占据了镀锌层的一个位置,又不能和锌液固熔,所以带钢一出锌锅,残C粒就立即和氧激烈化合冒出火星,冒一个火星就是一个露钢黑点。所以看镀锌板是否有露镀,不用拿上放大镜瞪上大眼睛看成品,你只需晚上锌锅区光线暗淡时,毫不费力的看带钢出锌液面时是否冒火星子就行了,保管冒一个火星出一个带尾巴的露钢黑点。
    露点为-60~-80℃的精氮气穿过水槽,控制氮气的露点,经调查攀钢加湿氮气露点为-20℃,武钢二冷轧为-15℃,与美国DREVER炉子公司技术交流时,他们提出应控制0℃。主要是提高氮气中水份含量,让其有一定氧化能力,把炉鼻子中的锌液面微氧化,使其生成一层A12O3和ZnO薄膜,减慢锌蒸气向炉腔的逸出速度,可在一定程度上控制锌蒸气的逸出量,这是从源头抓起治标又治本的好办法。
    化学反应式:
    锌粉颗粒:Zn+O2→ZnO   不冒火星
    碳颗粒:  C+O2    →CO2    冒火星
    锌粉碳粒混合颗粒:Zn·C+O2→ZnO+C O2   冒火星
    加湿器是引进机组普遍采用的设备,是阻隔锌蒸气上升的好方法,但是露点控制要准确,锌液面氧化过度也会引进露镀。
    2.阻隔锌灰和氧化铁皮进入锌锅新技术
    (1)在入锅转向辊下方设置挡板
    特别是N.O.F法在停机时因空气从炉门吸入造成高温氧化,有大量铁皮被运送到炉子尾部,在转向辊下方设置挡板或挡墙,可防止铁皮顺炉鼻滑入锌锅。
    (2)在炉鼻的锌液面上方大约300mm处设收灰斗
    收灰斗设置炉鼻的下方,铁皮、锌粉顺炉鼻下表面下滑落入收灰斗中,收灰斗外表面设置法兰,停机检修时,可打开法兰把灰取出。为了穿带时穿带球能顺利通过,可每隔50mm纵向焊一排Φ10铁棍,使铁棍上表面和炉鼻内腔下表面保持一个平面。
    3.炉鼻内锌液面除渣设施
    (1)渣的来源
    ①Fe2A15上浮进入炉鼻内锌液面
    被H2还原的海棉铁;脱脂残留铁;设备被腐蚀的铁;热镀锌时钢基内铁向外扩散,锌向钢基扩散的化学反应扩散铁等都进入了锌液中,锌液中又有0.16~0.20%的铝,故发生下列反应:
    Fe+Zn→FeZn7
    2FeZn7+5A1→Fe2A15+14Zn
    比重7.3         比重4.2  比重6.8 
    ②锌粉、铁皮被带钢运至炉鼻内腔落入锌液面
    ③锌粉、铁皮顺炉鼻内腔下表面滑入锌液面。
    (2)除渣设施
    ①采用传统特制捞渣勺
    用这种工具,从炉鼻子后方操作,停机和生产均可进行,使用方便有一定效果。
    ②从锌液面之上200mm在炉鼻两侧各开一个长方形法兰孔,法兰尺寸250×300mm。停机检修时,首先使用大锤敲击振动炉鼻,使凝结在炉鼻内腔的锌粉落入锌液面,然后打开两侧法兰孔,人工捞取表渣。
    ③采用抽渣泵自动排渣
    引进的高水平机组,一般均配置有这种抽渣泵,它是启动抽渣泵利用一个吸管抽入炉鼻内腔锌液面处,把表渣抽吸出来。
    4.炉鼻收缩和上扬新技术
    (1)一线双锅,采用水平移动式更换锅时,则炉鼻应采用收缩或上扬方法让锌锅通过。
    (2)可以通过炉鼻收缩和上扬清除内部积渣。
    (3)检修停机时可以通过收缩或上扬使炉鼻下端离开锌液,可以延长炉鼻使用寿命又可减少锌液铁含量。
    (4)炉鼻收缩技术。
    5.规范炉鼻总体设计
    (1)炉鼻子倾角
    ①热镀锌28~32o
    ②热镀铝锌硅25~29o
    (2)炉鼻子插入锌液面内的深度
    插入深度为300mm。
    (3)最下端法兰距锌液面高度
    最下端法兰距锌面为100mm。
    (4)炉鼻子材料选择
    ①热镀锌时上部500℃耐热钢,下部316L。
    ②热镀铝锌硅上部600℃耐热钢,下部耐GL液专用钢和三辊六臂同材质。
    (5)钢板厚度选择
    ①上部厚10mm
    ②下部插入锌液部40~50mm
    (6)制作方法
    ①上部冷弯成型气密性焊接。
    ②下部整浇注成型,法兰面机加工钻孔。
    (7)法兰连接密封措施
    内外两道Φ8mm石棉绳压紧,压紧时为了保证石棉绳的位置,必须使用胶带预先固定。
    (8)炉鼻防振定位结构
    炉鼻子是个悬垂式不稳定结构,必须设置支撑或吊拉结构,使炉鼻子位置固定并在生产时不产生振动,因炉鼻子的热胀冷缩问题,所以要求吊拉结构的长度应具备可调性。
 

二、三辊六臂

    1.支臂
    (1)支臂强度计算
    必须根据每条机的带钢规格即横断面大小及带钢运行速度设计支臂的断面,目前千篇一律的支臂断面不能满足生产需求。例如山东冠州1#线设计速度为150米/分,现已发现本机组支臂变形比80米/分机组变形严重得多,可引起卡辊事故。
    (2)支臂材质
    采用高碳型:C 0.20%,Cr22,Ni14,M02
    (3)支臂制造
    铸造机加工成型,并进行退火消除内应力。
    2、轴套、轴瓦
    锌锅中三辊均为被动辊,带钢和辊子的有效接触面的摩擦力是辊子转动的唯一动力。沉没辊在运行时受到重力W,带钢的拉力T1、T2,锌液浮力G,轴的支撑力N,以及轴套及轴瓦的磨擦阻力M的作用。只有T1—T2的拉力差和磨擦系数综合形成的动力矩大于轴套和轴瓦形成的磨擦阻力矩时,辊子才能正常运转。因此要想使沉没辊与带钢同步运转就必须生办法增大动力矩,减小磨擦阻力矩。要想减小磨擦阻力矩,轴套、轴瓦的材质和设计是两大关键问题。
    (1)材质
    ①耐蚀性好,耐摩性好的钴基合金,每公斤价格为1200元/公斤,太贵应用较少。
    ②耐热耐摩陶瓷轴承,是全部引进产品,价格太贵,还没有在国内机组采用。
    ③316L,使用一个周期更换,目前多半选取此材质。
    ④316L喷涂CW,使用寿命增加了3-5倍,价格不高增加成本不多,可以选用。
    (2)设计技术
    为了减小磨擦阻力,可变化设计方法。
    ①轴瓦长度由A减短为B,缩小磨擦有效接触面,从而减小磨擦力。
    ②轴套设计为凸面轴套,外表面的规迹可为圆弧形、V形、和陛梯形,初始接触时可以认为把面接触变更为线接触,随着运转腐蚀和摩损,接触面逐渐增大,但还会比整体接触大大减小了磨擦力。
    ③全轴瓦设计为内六方形,如图15所示,减小了磨擦面,降低了磨擦阻力。
    ④轴瓦采用半瓦
    沉没辊是始终磨擦上半瓦,所以可以设计为半瓦,半瓦比全瓦一方面节约材料另一方面可减少卡辊。
    ⑤轴套和轴瓦的间隙调节
    Φ1-Φ2=10mm
    式中:Φ1为轴瓦内径,mm
    Φ2为轴套外径,mm
    ⑥在强度允许的条件下,尽可能减小沉没辊的轴直径和轴套直径。
    ⑦沉没辊的轴向定位装置
    由图16可以看出,轴向定位装置可把A面和B面的面接触面磨擦改变成C点的理论点接触和点磨擦,可大大降低磨擦阻力。
    3.沉没辊
    (1)沉没辊规范设计
    ①直径
    取决带钢厚度,带钢厚度为1~3mm时沉没辊的直径范围是Φ500~Φ800mm
    ②辊子工作面长度
    沉没辊的辊面长度应等于退火炉的炉体内腔宽度。
    ③制作方法
    辊筒采用离心浇注,内外面机加工,再退火消除内应力。
    ④辊筒部厚度
    辊筒部分厚度为40~50mm
    ⑤材质
    采用低碳型:C 0.08%、Cr17、Ni12、M02。
    ⑥辊面加工要求
    ·平辊无凸度;
    ·辊面排锌沟槽加工成双螺纹,由辊子中心向两边分开;
    ·沟槽间距40mm,深3mm,宽3mm,沟槽的辊面拐弯处有倒角为R2mm。
    ·加工程序:辊面车光→车沟槽→车倒角→磨光。
    (2)沉没辊粘渣问题
    ①粘渣原理
    热镀锌和热镀铝锌硅合金都是热扩散原理,带钢进入锌锅后,其表面被还原的海绵状纯铁和表面污染物残铁都会进入锌液,生成铁锌合金和铝铁合金。
   热镀锌时,锌液比重6.8,铁锌合金比重7.3,故下沉成为底渣;铝铁合金比重4.2,故上浮成为表渣。当铁锌合金颗粒很小,浮力大于其下沉重力时,它就在锌液中漂游,随镀层被锌液带走;当铁锌合金颗粒增大,其下沉重力大于锌液的浮力时就会下沉,迂到沉没辊就会粘附在沉没辊面上,受到带钢的挤后会越积越厚,因沉降的不均匀性,所以会在沉没辊面造成局部凸起,当生产小于0.5mm厚的薄规格,带钢通过沉没辊时,就会在表面留下压痕。这种压痕会在更换沉没辊后的第3—5天出现,此后几天会使压痕数量逐渐增多,压痕深度逐渐加深。这时必须经常检查拉矫后带钢表面质量,如果在经过拉矫之后,其压痕还不能完全消除,这时就到了沉没辊更换周期,一般为12—15天。其使用周期长短主要取决冷硬板表面铁污染物的多少和作业线中脱脂刷铁功能的优劣,即冷硬板表面带铁越多,其沉没辊在锌锅中使用周期越短。所以说沉没辊积渣是热镀锌的故有规律,任何情况下、任何人、任何地点、任何方法都无法改变这个科学规律。
       热镀铝锌硅合金时,合金镀液的比重为3.6,铁锌合金比重7.3,铝铁合金的比重为4.2,所以这两种渣的主要化合物都会下沉生成底渣,由此可见从理论上讲,热镀铝锌硅合金时,沉没辊粘渣的机会更多。实践也完全证明,热镀铝锌硅合金时,更换沉没辊后,带钢表面出现压痕的时间比热镀锌时大大提前了;沉没辊的使用周期比热镀锌也大大缩短了。据统计,更换新沉没辊后1—2天就会在板面出现压痕,沉没辊使用周期一般为7—10天。
    ②粘渣后的清除
    ·人工手动刮渣,每隔2小时人工刮渣一次。
    ·自动刮渣,目前国内只有两条从日本引进的作业线原设计就配备有自动刮渣器,就是宝钢3#线和联合铁钢2#线。此刮渣器安装沉没辊上方,在锌液面之上采用丝杆传动在导槽中作往复运动,需要时点动1个或几个往复行程。刮刀和沉没辊的间隙在沉没辊检修时一次安装调好,在线不可调节间隙。
    ③减少粘渣办法
    ·减少冷硬板表面污染物,每平方米小于700毫克;
    ·增强脱脂能力,脱脂后污染物小于20毫克/米2;
    ·锌锅中铝含量>0.16%;
    ·辊面喷涂碳化钨陶瓷
    采用超音速火焰喷涂技术在辊面形成一层CW陶瓷面,见图21。此面是疏锌型物质,不和Zn、A1生成金属间化合物,故不易粘渣。其价格为:耐温600℃以上时1.9万元/米2,耐温在600℃以下时1.3万元/米2,可以把辊子使用寿命由8-12天提高到50-80天,效果良好,可以选用。
    4.运行稳定性
    (1)稳定性不良的危害
    ①容易卡辊不转;
    ②造成带钢抖动,影响锌层控制的均匀性;
    ③上板面产生周期性压痕和划伤;
    ④易引起带钢跑偏。
    (2)改善稳定性办法
    ①加大支臂设计断面增加抗振强度;
    ②沉没辊支臂增设横梁
    ③加大沉没辊大梁支撑强度
    ·山力设计的沉没辊大梁支撑座为大脑袋小细脖。生产运行时沉没辊大梁支座不堪重压,总是摇摇晃晃产生严重周期性振动,由于振动带来的是板面周期性压痕和划伤。引进机组的沉没辊大梁支座强壮有力,支撑作用稳如泰山。
    5.三辊六臂的装配
    (1)进行辊子的静平衡试验
    把辊子放在一个可旋转的水平架上,转动辊子,要求辊子每次静止的下垂点不是同一位置;
    (2)每对支撑臂测量双平行的对角线应相等。
    6.三辊六臂的预加热
    (1)烘烤的重要意义
    ①消除机械加工的内应力,下锅后不易变形;
    ②预热后下锅,可避免冷件急热变形;
    ③锌锅温度不下降,有利于快投产;
    ④烘干水份,下锅时不爆炸,保证了安全。
    (2)每条机组设计时,三辊六臂的烘干炉不作可选项目,列为必备设备中报价。
    (3)烘烤温度控制在400℃。

三、气刀

    1.要保证横向锌层均匀必须采取多点进气,最初为一头进气,后发展为两头进气,三点进气效果更佳。目前已经出现9点和12点进气的气刀。
    2.要保证纵向锌层均匀必须采用多腔气刀来稳定气流。
    3.气刀喷吹角以直角最佳
    (1)为了防止对吹,两气刀高度差为3~5mm;
    (2)两侧气刀采取单独升降;
    (3)预先把其中一个气刀垫高3~5mm。
    4.消除厚边措施
    (1)预防措施是:锯齿边、氧化边、小浪边、毛刺边不允许进入镀锌生产线,改去向卖冷轧板;
    (2)设备措施
    ①边沿挡板
    边部挡板。相当于处长了板宽,把带钢边部外移到实际板宽之处,所以就可消除厚边缺陷;
    ②边沿罩
    增加边沿挡罩之后,是在带钢边部形成一个上升气流通道,在带钢上升同时,也带动边部气流一同上升,从而就消除了气流相撞形成的旋涡,因边部气流由紊流变成了层流,所以就可消除厚边缺陷
    ③边部发散板
    有此机组在气刀中间的两侧边部设置了发散板装置。
    没有此装置时,在带钢边部之外由于两气流相撞,形成旋涡变成紊流,使边部吹锌力下降易产生边厚缺陷。加了发散板后,带钢宽度之外的气流通过L3板向两侧分流,带钢宽度之内的气流通过L2向前分流,使三股气流分别导向互不相撞,没有紊流发生,就不会产生厚边缺陷。
    5.消除气刀条痕措施
    (1)改善板形
    (2)控制好气刀距离
    (3)清理气刀缝隙中堵塞物
    ①在焊缝到来时清除。
    ②刮气刀工具。
    6.铝锌硅板气刀的适应性
    (1)气刀系统的动力选择
    锌液比重6.8,GL时为3.69,把多余的锌液吹回锌锅,吹A1.Zn.Si比吹Zn的力量几乎要小一半。例如临清机组把镀层吹到30克/米2(双面),气刀前表压只有0.015Mpa,由此可推想,建设120米/分的GL机组,风机风量选60米3/分,马达功率先50KW行不行?
    (2)GL线最低速度问题
    由上述问题可以进一步推论,目前普遍认为GL线的最低速度必须大于50米/分是没有道理的。
    如果把气刀缝隙调小到中间0.5mm,边部0.8mm,我认为GL线最低速度30米/分没有问题,有待实践验证。

四、铝锌硅板出锌锅后带钢的冷却

    (1)锌液面上方3米开始冷却;
    (2)冷却速度15-30℃/秒;
    (3)带钢两侧风量必须进行平衡设计。
    ①两侧风量相等;
    ②风嘴对称布置;
    ③两侧各设风阀调节风量;
    ④室外取风;
    ⑤选择变频调速。