CN101709408B

CN101709408B - 一种锌锭

Info

Publication number: CN101709408B
Application number: CN2009102600358A
Authority: CN
Inventors: 刘春富; 周一林; 金永清; 刘俊文; 蒋英箴; 张妞妞
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: CN101709408A

Abstract

本发明公开了一种锌锭，该锌锭按重量百分比计由0.48％至0.52％的铝、不超过0.02％的杂质、余量为锌的组分而构成。利用本发明的锌锭，可以将锌液中的铝保持在适当的范围，同时能够防止或减少由于锌液中的铝含量的波动过大而导致的各种缺陷。

Description

一种锌锭

技术领域

本发明涉及一种锌锭，具体地说，涉及一种能够防止锌液中铝含量波动过大的用于带钢连续热镀锌的锌锭。

背景技术

连续镀锌钢板(简称GI)由于具有很好的表面质量、优异的抗腐蚀性能和成本较低，在工业生产特别是汽车工业中得到了广泛应用。随着我国汽车工业的发展，其用量将会越来越大。

在GI生产中，需要在锌液中添加适量的铝，使得铝与钢材表面的铁发生反应形成一层较薄的抑制层，避免或抑制在镀层与基板界面处形成Fe-Zn合金层。另外，锌液中的锌渣是影响镀锌表面质量的重要因素，锌渣的产生不仅增加了锌的消耗，而且降低了产品质量。锌渣的主要来源是钢材基体中的铁。根据Zn-Fe-Al三元相图，当铁处于过饱和时，锌锅中的铝可与铁、锌作用，形成Fe-Zn-Al金属间化合物，锌渣的成分主要为含铁化合物，分为Fe-Zn化合物和Al-Fe化合物。Al-Fe化合物(Fe₂Al₅Zn_x)密度比锌小成为面渣，Fe-Zn化合物(FeZn₁₃或FeZn₇)密度比锌大成为底渣。对GI而言控制锌液中的有效铝含量可以将锌液中底渣转化成面渣便于清除。

参照460℃时Zn-Al-Fe三元系富Zn角的相图，当镀锌中铝含量小于0.10％时，该阶段的液相平衡相是ζ-相(FeZn₁₃)；铝含量在0.10％到0.135％时，其液相平衡相是δ-相(FeZn₇)；铝含量超过0.135％时的液相平衡相是η-相(Fe₂Al₅Zn_x)。因此，在GI生产中锌液中需要将铝含量控制为大于0.135％，才能避免底渣的产生。

此外，近年来关于铝对镀层的作用和机理的研究越来越多。发现溶解于锌液中的铁含量总是大于镀层中的铁含量，这些多余的铁将形成锌渣。锌液的铝含量与锌渣控制密切相关，铝含量太低或太高对镀层均有不良影响。当铝含量太低时，不能形成致密的铁铝化合物抑制层，并且会出现铁锌化合物，使得镀层厚度过大，产品的成形性能降低，锌量的消耗增加，此外还会在锌液中形成底渣，使得生产线需经常停产除渣。当铝含量过高时，将会导致镀层不完整，抑制层过厚，镀层中的铝含量偏高，影响镀锌产品的后续退火工艺和可焊性。

锌液中的铝有两种存在方式，一种形式是溶解于锌液中，它的主要作用是与钢材表面的铁发生反应形成一层较薄的抑制层，避免或抑制在镀层与基板界面处形成Fe-Zn合金层，我们称之为有效铝。另一种形式是溶于合金化合物中，当铁处于过饱和时，锌锅中的铝可与铁、锌作用，形成Fe-Zn-Al金属间化合物，成为底渣或浮渣。准确测量锌液中的有效铝是非常困难的，目前常用的方法是化学分析的方法，而化学分析方法测得的实际上包含了溶解在化合物中的铝含量，我们称之为总铝量。总铝值大于有效铝值。

带钢连续热镀锌生产过程中，镀层表面常产生锌渣缺陷，其主要原因是受到镀锌工艺参数的影响，而镀锌工艺中锌锅铝含量的控制是提高镀层表面质量、减少锌渣缺陷、降低生产成本的技术关键。在GI生产中总铝含量的控制值为0.16％-0.22％，铝含量过高，将影响产品的焊接性及涂装性，当铝含量过低时，可能导致界面形成铁-锌合金层，影响产品的成型性，降低表面质量。

锌液中铝含量的稳定对镀层产品的性能、质量和成本起着非常重要的作用，因此如何实现锌液中铝含量的稳定控制是非常关键的工作。要实现锌液中铝含量的稳定，必须做到锌液消耗铝的量同锌液中补充铝的量基本相同。锌液消耗铝的量为镀层带走铝的量和锌渣消耗铝的量之和，而镀层带走的铝的量受到镀层厚度、基板厚度，机组速度等因素的影响，这些因素在实际生产过程中是经常变化的，这就造成了镀层中带走的铝含量是变化的，这种变化直接影响锌液中的铝含量的稳定。同时锌液中的铝含量还受到基板的清洁度、基板入锌液温度、基板材质等因素的影响。所有这些都会引起锌液中铝含量的波动。

因此，在目前的GI生产中，通常通过所添加主锌锭和辅助锌锭来调节锌液中铝含量的，其中，辅助锌锭的铝含量高于主锌锭的铝含量。例如，众多使用的主锌锭铝含量控制在0.35％-0.42％，辅助锌锭铝含量为4.0％-4.6％，有些机组还采用两种以上不同铝含量的辅助锌锭。这种设计是基于镀层带走的铝的含量通常为0.4％左右，辅助锌锭添加的铝某种程度上用来抵消锌渣带走的铝的量。然而，由于在这些工艺中采用的辅助锌锭中铝的含量比较高，所以在锌液铝含量调整调整中均存在铝含量波动大的问题。

然而，在GI生产中，锌液铝含量控制的稳定性对产品质量尤为重要。这是因为在一定温度状态下，有效铝和游离铁的含量是沿铁-铝平衡线一一对应的，若铝含量波动过大，会导致铁的溶解度变化，从而造成锌液频繁造渣反应，产生大量游离渣。游离渣在锌液中飘浮，易与钢材表面粘附形成锌粒缺陷，或附着于沉没辊辊面形成结瘤，影响产品质量。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用于带钢连续热镀锌的锌锭，该锌锭能够防止锌液中铝含量波动过大，所述锌锭按重量百分比计由0.48％至0.52％的铝、不超过0.02％的杂质、余量为锌的组分而构成。优选地，锌锭中铝的含量为0.48％至0.49％。

另外，所述杂质中的锑的含量不大于0.01％。优选地，杂质中的锑的含量不大于0.001％。此外，杂质中的铅的含量不大于0.01％，锡的含量不大于0.01％。优选地，杂质中的铅的含量不大于0.003％，锡的含量不大于0.001％。

利用本发明的锌锭，可以使带钢连续热镀锌的锌液中的铝含量保持为合适的范围内，同时可以防止随着生产的进行或添加锌锭过程中铝的含量出现大的波动，从而防止产品出现缺陷。

具体实施方式

锌液中的铝的存在方式有多种，其中有溶解于锌液中呈游离状态的铝元素，对锌液理化性能和铁锌反应起有效调节作用，我们称这部分铝为有效铝，有效铝是热镀锌工艺中锌液成份的主要控制对象。

除溶解铝外，锌液中的铝还以游离渣中的Fe₂AL₅，表渣中的Fe₂AL₅、AL₂O₃等化合物的形式存在，它们本身对热镀锌反应机理不起直接影响，通常称之为无效铝。

由于铝以上述多种形式存在，化学法检测的铝既包括有效铝，也包括部分无效铝成份，通常称为总铝量。通常，总铝量大于有效铝的含量。

热镀锌中对锌液性能和热镀锌反应影响较大的主要是有效铝，而通常在热镀锌生产中对铝的控制是通过化学法测量出的总铝。这是由于在现有的技术条件下，对有效铝的含量是很难准确测量的，而通过对总铝的检测，可以间接地反应出有效铝的含量。在下文中，如无特殊说明，描述中提到的含量、百分比等均表示重量百分比。

钢板在热镀锌过程中，钢板表面的铁会溶解在锌液中，在正常热镀锌温度450℃～460℃下锌液的铁的溶解度为0.025％～0.03％。铁在锌液中的溶解度与锌液温度和铝含量有关。具体地说，随着锌液温度的升高，铁的溶解度增大，在铝含量小于0.2％时，随着铝含量的增加，铁的溶解度减小，但当铝含量超过0.2％后，铁的溶解度随着铝含量的增加而变大。

在正常情况下，锌锅中的铁含量都是饱和的。日常生产中，随着锌液温度和铝含量的波动，导致铁在锌液中的溶解度发生变化。当锌液中的铁含量大于其溶解度时，多余部分的铁就会和铝或锌反应生成锌渣，另外，有效铝与底渣反应生成游离渣。从而消耗锌液中的有效铝。

此外，游离渣在锌液中飘浮，易与钢材表面粘附形成锌粒缺陷，或附着于沉没辊辊面形成结瘤，影响产品质量。因此，需要对锌液中的铝含量进行控制。以防止由于铝含量的波动而导致频繁地发生造渣反应，从而防止对产品质量的影响。因此，锌液铝含量的稳定控制就是对锌液中铝的消耗和加入的平衡控制。

在正常生产过程中，由于铝与钢材表面的铁发生反应形成一层较薄的抑制层，所以随着生产的进行，锌液中的铝会不断地被消耗。此外，一般热镀锌的最佳工作温度为455℃至465℃，如果锌液温度超过480℃，钢材的铁损量将呈抛物线急剧增加。因此，由于热镀锌的最佳工作温度低于纯铝的熔点，所以锌液中铝元素的加入和控制是通过添加预先熔化有铝的锌锭完成的，锌锭不仅为锌锅补充镀锌生产中消耗的锌，锌液中的大部分铝也是由它提供的，为保证锌液中铝的消耗和加入平衡，普通锌锭中必须保持基本的铝的加入。

由于除了镀锌层带走的铝量之外，锌液中产生的锌渣也会消耗一部分铝。具体地说，通常由镀锌层带走的铝包括有效铝以及游离渣中的一部分铝，这部分由镀锌层带走的铝通常在0.36％至0.42％的范围内或在该范围附近波动。同时，在捞渣过程中，以渣中的化合物的形式存在的铝会随着捞渣过程而消耗。因此，为了补充锌液中消耗的铝，在本发明的锌锭中，将铝的含量控制为0.48％至0.52％。此外，经过对铝含量在上述范围内的各种锌锭进行的实际使用可以发现，当锌锭中铝的含量为0.48％至0.49％时，能够更好地防止锌液中的铝含量出现波动。

锌锭的有效成分为锌和铝，然而，由于在生产锌锭过程中会不可避免地使锌锭中存在各种杂质，而这些杂质往往会对带钢连续热镀锌的工艺或产品产生不良的影响。因此，为了将由杂质产生的影响最小化，应该将锌锭中的杂质含量限定得尽可能低，具体地说，考虑到现有工艺水平以及去除杂质的综合成本，在本发明的锌锭中，杂质的含量不大于0.02％。

例如，在GI生产中，若锌液中含有锑(Sb)，会引起Fe-Zn合金层增厚，使镀层变脆，塑性下降，此外，锑(Sb)还能增大铁在锌液中的溶解度，使得铁损和锌耗增加，并会使镀锌层的外观变暗。所以需要将锌液中的锑限定到尽可能低，因此锌锭中锑的含量也应该尽可能地低。具体地说，在锌锭中的锑的含量不大于0.01％。优选地，锌锭中锑的含量不大于0.001％。此外，当锌浴中同时含铅(Pb)和锡(Sn)或同时含锑和锡时，不利于镀层的防腐蚀性能。因此，本发明的锌锭中的铅的含量不大于0.01％，锡的含量不大于0.01％。优选地，本发明的锌锭中铅的含量不大于0.003％，锡的含量不大于0.001％。

下面将参照本发明的一些实施例来详细说明本发明的锌锭。

实施例1

制备一种锌锭，其成分包含：Al，0.48％；Zn，99.50％；Pb，0.002％；Sb，0.001％；Sn，0.001％；其它杂质，0.016％。将该锌锭配合现有技术的锌锭(其Al含量为0.36％至0.40％，余量为锌和不可避免的不大于0.02％的杂质)应用于带钢连续热镀锌机组，该锌锅中锌液重量约为176吨，采用化学分析法检测锌液中的总铝含量为0.175％，机组在连续生产过程中通过添加本发明的锌锭和现有技术的锌锭来保持液面，其中，每块锌锭的重量为1000Kg。随着生产的进行，逐步添加锌锭来保持液面，每隔2小时进行取样并测量锌液中的总铝含量，结果见表2。

表2添加根据实施例1的锌锭时锌液中总铝含量

取样序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											总铝含量(％)	0.180	0.178	0.182	0.185	0.183	0.184	0.186	0.187	0.188	0.186

由表2可知，当在锌液中添加本发明的锌锭时，锌液中铝的含量变化范围较小，由于铝含量的波动小，因此避免了频繁地发生造渣反应，从而避免了对产品质量产生影响。此外，添加本发明的锌锭可以保证锌液中的有效铝含量保持在0.135％以上，因此有效地防止了底渣的产生。同时，锌液中铝的含量通常不会超过0.22％，从而防止对产品的焊接性及涂装性产生影响。

实施例2

制备一种锌锭，其成分包含：Al，0.49％；Zn，99.49％；Pb，0.003％；Sb，0.002％；Sn，0.001％；其它杂质，0.014％。将该锌锭配合现有技术的锌锭(其Al含量为0.36％至0.40％，余量为锌和不可避免的不大于0.02％的杂质)应用于带钢连续热镀锌机组，该锌锅中锌液重量约为176吨，采用化学分析法检测锌液中的总铝含量为0.192％，机组在连续生产过程中通过添加本发明的锌锭和现有技术的锌锭来保持液面，其中，每块锌锭的重量为1000Kg。随着生产的进行，逐步添加锌锭来保持液面，每隔2小时进行取样并测量锌液中的总铝含量，结果见表3。

表3添加根据实施例2的锌锭时锌液中总铝含量

取样序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											总铝含量(％)	0.192	0.190	0.187	0.188	0.189	0.187	0.190	0.192	0.190	0.191

由表3可知，当在锌液中添加本发明的锌锭时，锌液中铝的含量变化范围较小，由于铝含量的波动小，因此避免了频繁地发生造渣反应，从而避免了对产品质量产生影响。此外，添加本发明的锌锭可以保证锌液中的有效铝含量保持在0.135％以上，因此有效地防止了底渣的产生。同时，锌液中铝的含量通常不会超过0.22％，从而防止对产品的焊接性及涂装性产生影响。

实施例3

制备一种锌锭，其成分包含：Al，0.52％；Zn，99.46％；Pb，0.001％；Sb，0.001％；Sn，0.001％；其它杂质，0.017％。将该锌锭配合现有技术的锌锭(其Al含量为0.36％至0.40％，余量为锌和不可避免的不大于0.02％的杂质)应用于带钢连续热镀锌机组，该锌锅中锌液重量约为176吨，采用化学分析法检测锌液中的总铝含量为0.193％，机组在连续生产过程中通过添加本发明的锌锭和现有技术的锌锭来保持液面，其中，每块锌锭的重量为1000Kg。随着生产的进行，逐步添加锌锭来保持液面，每隔2小时进行取样并测量锌液中的总铝含量，结果见表4。

表4添加根据实施例3的锌锭时锌液中总铝含量

取样序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											总铝含量(％)	0.193	0.192	0.193	0.195	0.194	0.196	0.195	0.197	0.198	0.196

由表4可知，当在锌液中添加本发明的锌锭时，锌液中铝的含量变化范围较小，由于铝含量的波动小，因此避免了频繁地发生造渣反应，从而避免了对产品质量产生影响。此外，添加本发明的锌锭可以保证锌液中的有效铝含量保持在0.135％以上，因此有效地防止了底渣的产生。同时，锌液中铝的含量通常不会超过0.22％，从而防止对产品的焊接性及涂装性产生影响。

对比示例1

采用现有技术中的主锌锭及辅助锌锭来保持锌液的液面，其中，主锌锭中含有铝0.35％至0.43％，辅助锌锭中含有铝4.0％至4.6％，主锌锭的重量为1000Kg，辅助锌锭重量为10Kg。将这些锌锭应用于带钢连续热镀锌机组，该锌锅中锌液重量约为176吨，采用化学分析法检测锌液中的总铝含量为0.193％。随着生产的进行，逐步添加锌锭来保持液面，并每隔2小时进行取样并测量锌液中的总铝含量，当总铝含量低于特定值时，则添加辅助锌锭来提高锌液中的铝含量，测量结果见表5。

表5添加根据对比示例1的锌锭时锌液中总铝含量

取样序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											总铝含量(％)	0.186	0.176	0.168	0.192	0.223	0.212	0.170	0.202	0.168	0.156

参照表5，为了将锌液中的铝含量控制为0.16％至0.22％的最佳范围，需要两种锌锭进行配合使用，在添加锌锭的过程中，铝的含量出现了较大的波动，导致在添加锌锭过程中出现了较多的面渣和游离渣，从而容易出现产品缺陷。

因此，通过上述实施例及对比示例可知，使用本发明的锌锭，可以将锌液中铝的含量保持在合适的范围内，同时，还可以使得锌液中铝的含量波动降低，从而防止或减少由于铝的含量波动大而导致的各种问题。

此外，通过观察利用本发明的锌锭制备的镀锌带钢可以发现，利用本发明的锌锭制备的镀锌带钢，因铝含量波动引起的镀层缺陷如：锌粒、锌疤缺陷大幅降低，镀层性能更加均匀稳定，沉没辊结瘤现象明显改善。因此，利用本发明的锌锭可以有效地防止由于铝含量波动而产生的各种缺陷，同时也可以防止由于现有技术中的其它不足而产生的其它缺陷。

虽然已经结合示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该明白，在不脱离由权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行修改和改变。

Claims

1.一种锌锭，其特征在于按重量百分比计由0.48％至0.49％的铝、不超过0.02％的杂质、余量为锌的组分而构成，其中，所述的杂质中的铅的含量不大于0.01％，锡的含量不大于0.01％，锑的含量不大于0.01％。

2.如权利要求1所述的锌锭，其特征在于所述的杂质中的锑的含量不大于0.001％。

3.如权利要求1所述的锌锭，其特征在于杂质中的铅的含量不大于0.003％，锡的含量不大于0.001％。