CN104862629A - 一种基于co还原的热轧薄带直接热镀锌方法 - Google Patents

Abstract

一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法：将薄板连铸坯热轧至产品厚度；将吹扫清洁后的热轧薄在纯N₂气氛下带加热；进行还原反应；吹入纯N₂使钢带冷却；浸入锌锅中镀锌；钢带经光整及卷取后采用通风冷却或强制吹风冷却至室温。本发明省去了酸洗和冷轧工序，减少废酸排放，消除由于酸洗带来的环境问题；与氢气还原热镀锌生产工艺相比，CO气体在冶金行业易于获取，成本较低；还原产物为CO₂气体，可以避免氢气还原反应所产生的水蒸气对铁的氧化作用，提高镀锌产品质量，并能降低生产成本。

Description

一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法

技术领域

本发明涉及一种钢带的镀锌方法，具体地属于一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法。

背景技术

镀锌是钢材最常见、最经济、最有效的防腐蚀方法，热镀锌板具有技术成熟、工艺稳定、镀层性能优、使用寿命长等优点，被广泛用于建筑业、家用电器业、机电工业、汽车制造业等国民经济基础产业。

传统的热镀锌板采用的是冷轧基板，热轧原料在进行热镀锌之前需要进行酸洗和冷轧。由于热带钢连轧技术的进步，特别是薄板坯连铸连轧工艺的出现，使热轧带钢的厚度逐渐减薄，最薄可以达到0.8mm，在厚度规格上可以部分覆盖冷轧产品，因此出现了直接以热轧产品为基板的热轧热镀锌产品，这样可以减少冷轧工序，缩短制造流程并显著降低生产成本。但是由于热轧带钢表面不可避免地带有一层氧化铁皮，其或由Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO构成，或由其中的一种或两种成分组成，厚度一般为几微米至几十微米之间。传统的热轧板热镀锌工艺在进行热镀锌前一般要采用酸洗工艺将带钢表面的氧化铁皮去除。如中国专利号为00811204.5的文献，其提供了一种热轧钢带热镀锌的方法及热轧钢带热镀锌的设备，其中在第一方法步骤中就是将钢带传送到一个酸洗站进行酸洗。酸洗的优点是带钢表面氧化铁皮的清除率几乎可以达到100%，且速度快，但存在易过酸洗、酸雾腐蚀、废酸污染等问题，尽管近年来在高效缓蚀抑雾剂、超声波酸洗等增强酸洗效率的技术方面取得了进步，对酸洗废液也进行了资源化处理和循环再利用，但在越来越重视环境的今天，开发清洁的氧化铁皮去除工艺以取代酸洗已成为迫切需要解决的问题。中国专利号为200610086831.0的文献，其公开了一种冷轧带钢无酸除鳞的工艺方法及生产装置，主要技术特征是将热轧带钢送入多辊带齿除鳞机中将带钢表面氧化铁皮破碎；由钢刷机将遗留的鳞皮清除掉；在除鳞箱中，高压水冲带含水量5％的湿砂来冲刷带钢，除鳞后用清水冲洗；带钢经过两架换向辊，将带钢扭转180度；经过另一除鳞箱，清除带钢反面残存的氧化铁皮。中国专利公开号为CN01124090.3的文献，其也公开了一种去除热轧钢带表面氧化皮的装置，同样是采用机械破碎除鳞的方法去除带钢表面的氧化铁皮。此类方法存在的问题是工艺、设备比较复杂。近年来，氢气还原氧化铁皮的技术也得到了越来越多的重视。如专利文献S6258186B1 U，其公开了一种热轧含Si碳钢的氢气还原热镀锌工艺方法，主要技术特征是通过热轧冷却和卷取工序控制热轧氧化铁皮的结构，使氧化铁皮中FeO含量超过20%，然后在20%以上的氢气中将带钢表面的氧化铁皮还原为纯铁，然后进行热浸镀锌；采用该方法可以实现无酸洗除鳞、连续热镀锌，但是在热轧冷却、卷取阶段控制氧化铁皮结构需要较快的冷却速度和较低的卷取温度，对冷却和卷取设备的能力有较高要求。基于此问题，专利申请号为201310714802.4的文献，进一步提供了一种基于氧化铁皮还原的热轧带钢免酸洗热镀锌方法，其主要技术特征在加热炉中将热轧带钢升温至600-900℃还原退火，然后在体积浓度为10-100%的氢气气氛中保温还原，其优点是热轧带钢表面的氧化铁皮经过氢气还原除去，吨钢可减少废酸排放20kg，并可消除酸洗带来的环境问题，避免对现有生产设备的改造。但是H2还原氧化铁皮后生成水蒸气，对铁具有强氧化作用，长时间生产容易影响还原效果，对产品的表面质量造成严重影响。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种在镀锌前无需进行酸洗及冷轧，采用CO还原带钢表面的氧化铁皮，消除由于酸洗带来的环境问题的基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法。

实现上述目的的措施：

一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法，其步骤：

1）将薄板连铸坯热轧至产品厚度；

2）将经吹扫清洁后的热轧薄带进行加热，并在纯N₂气氛下进行，加热温度控制为650~800℃，加热时间为30~100s；

3）进行还原反应，控制还原温度为710~800℃，还原气氛为CO+N₂，其中CO浓度为40~100%，其余为N₂，还原时间控制为100~200s；

4）吹入纯N₂使钢带冷却至470~500℃；

5）浸入锌锅中进行镀锌，控制锌液温度为440~460℃，浸锌时间控制为4~7s；

6）钢带经光整及卷取后采用通风冷却或强制吹风冷却至室温。

其在于：锌液中的Al百分比含量为0.15~0.20%，其余为Zn。

氧化铁皮基本存在三层结构，即包括Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO。在相同还原条件下，按可被还原的容易程度排序为FeO> Fe₃O₄> Fe₂O₃。

本发明的热轧薄带进行表面吹扫后先进行加热，加热过程采用纯N₂保护气氛，以避免带钢表面氧化铁皮进一步氧化，防止Fe₂O₃的产生，增加后续还原的难度。另外，由Fe-O相图可知，当加热温度高于570℃时， 可以实现Fe₃O₄+Fe→FeO的逆向相变，提高氧化铁皮中FeO相的比例，为保证逆向相变过程的发生，加热温度必须高于600℃，同时为满足现场的生产效率，缩短逆向相变所需要的时间，加热温度还应进一步提高。但与此同时，加热温度过高，一方面会增加燃料消耗；另一方面加热温度的选择还应考虑钢种的性能，一般需低于钢种的相变温度。根据实验，将加热温度设置为650-800℃。

带钢出加热后进行还原反应，以利用CO对带钢表面的氧化铁皮进行还原。根据实验，当温度高于710℃时，FeO才能被CO还原为金属铁，同时考虑到燃料消耗和产品性能，还原温度也不应过高，因此还原温度为710-800℃。

将带钢镀锌前的温度设置为470-500℃，略高于传统热镀锌工艺的温度，主要是考虑到通过提高温度，促使Fe₂Al₅中间层的形成，提高锌层的附着力。

钢卷下线后采用通风冷却或强制冷却，可在一定程度上减少FeO→Fe₃O₄+Fe共析反应的发生，提高原始热轧带钢表面氧化铁皮中FeO相的比例，从而缩短带钢在后续加热炉中所需要的发生逆相变的时间，提高生产效率。

本发明与现有技术相比，省去了酸洗和冷轧工序，减少废酸排放，消除由于酸洗带来的环境问题；与氢气还原热镀锌生产工艺相比， CO气体在冶金行业易于获取，成本较低；还原产物为CO₂气体，可以避免氢气还原反应所产生的水蒸气对铁的氧化作用，提高镀锌产品质量，并能降低生产成本。

附图说明

附图为本发明生产的产品经冷弯试验后的结果图片。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1

一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法，其步骤：

1）将薄板连铸坯热轧至产品厚度：1.2mm；

2）将经吹扫清洁后的热轧薄带进行加热，并在纯N₂气氛下进行，加热温度为800℃，加热时间为30s；

3）进行还原反应，还原温度为800℃，还原气氛为CO+N₂，其中CO浓度为40%，其余为N₂，还原时间控制为200s；

4）吹入纯N₂使钢带冷却至490℃；

5）浸入锌锅中进行镀锌，锌液温度为460℃，浸锌时间控制为4s；锌液中的Al百分比含量为0.16%，其余为Zn;

6）钢带经光整及卷取后采用通风冷却或强制吹风冷却至室温。

经进行180°冷弯试验，弯心直径≤3a（a为热镀锌板厚度）。测试结果锌层无脱落，表明镀层与热轧带钢基体之间具有良好的附着力。经统计，吨钢降低成本为150-200元。

实施例2

一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法，其步骤：

1）将薄板连铸坯热轧至产品厚度：1.4mm；

2）将经吹扫清洁后的热轧薄带进行加热，并在纯N₂气氛下进行，加热温度为650℃，加热时间为100s；

3）进行还原反应，还原温度为780℃，还原气氛为CO+N₂，其中CO浓度为50%，其余为N₂，还原时间控制为180s；

4）吹入纯N₂使钢带冷却至480℃；

5）浸入锌锅中进行镀锌，锌液温度为450℃，浸锌时间控制为4s；锌液中的Al百分比含量为0.15%，其余为Zn;

6）钢带经光整及卷取后采用通风冷却或强制吹风冷却至室温。

经进行180°冷弯试验，弯心直径≤3a（a为热镀锌板厚度）。测试结果锌层无脱落，表明镀层与热轧带钢基体之间具有良好的附着力。

实施例3

一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法，其步骤：

1）将薄板连铸坯热轧至产品厚度：1.0mm；

2）将经吹扫清洁后的热轧薄带进行加热，并在纯N₂气氛下进行，加热温度为700℃，加热时间为80s；

3）进行还原反应，还原温度为760℃，还原气氛为CO+N₂，其中CO浓度为60%，其余为N₂，还原时间控制为160s；

4）吹入纯N₂使钢带冷却至480℃；

5）浸入锌锅中进行镀锌，锌液温度为455℃，浸锌时间控制为5s；锌液中的Al百分比含量为0.17%，其余为Zn;

6）钢带经光整及卷取后采用通风冷却或强制吹风冷却至室温。

经进行180°冷弯试验，弯心直径≤3a（a为热镀锌板厚度）。测试结果锌层无脱落，表明镀层与热轧带钢基体之间具有良好的附着力。

实施例4

一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法，其步骤：

1）将薄板连铸坯热轧至产品厚度：1.3mm；

2）将经吹扫清洁后的热轧薄带进行加热，并在纯N₂气氛下进行，加热温度为730℃，加热时间为70s；

3）进行还原反应，还原温度为750℃，还原气氛为CO+N₂，其中CO浓度为70%，其余为N₂，还原时间控制为150s；

4）吹入纯N₂使钢带冷却至475℃；

5）浸入锌锅中进行镀锌，锌液温度为445℃，浸锌时间控制为5s；锌液中的Al百分比含量为0.18%，其余为Zn;

6）钢带经光整及卷取后采用通风冷却或强制吹风冷却至室温。

经进行180°冷弯试验，弯心直径≤3a（a为热镀锌板厚度）。测试结果锌层无脱落，表明镀层与热轧带钢基体之间具有良好的附着力。

实施例5

一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法，其步骤：

1）将薄板连铸坯热轧至产品厚度：1.35mm；

2）将经吹扫清洁后的热轧薄带进行加热，并在纯N₂气氛下进行，加热温度为750℃，加热时间为60s；

3）进行还原反应，还原温度为740℃，还原气氛为CO+N₂，其中CO浓度为80%，其余为N₂，还原时间控制为130s；

4）吹入纯N₂使钢带冷却至475℃；

5）浸入锌锅中进行镀锌，锌液温度为450℃，浸锌时间控制为5s；锌液中的Al百分比含量为0.17%，其余为Zn;

6）钢带经光整及卷取后采用通风冷却或强制吹风冷却至室温。

经进行180°冷弯试验，弯心直径≤3a（a为热镀锌板厚度）。测试结果锌层无脱落，表明镀层与热轧带钢基体之间具有良好的附着力。

实施例6

一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法，其步骤：

1）将薄板连铸坯热轧至产品厚度：1. 50mm；

2）将经吹扫清洁后的热轧薄带进行加热，并在纯N₂气氛下进行，加热温度为770℃，加热时间为50s；

3）进行还原反应，还原温度为730℃，还原气氛为CO+N₂，其中CO浓度为90%，其余为N₂，还原时间控制为110s；

4）吹入纯N₂使钢带冷却至470℃；

5）浸入锌锅中进行镀锌，锌液温度为445℃，浸锌时间控制为5s；锌液中的Al百分比含量为0.19%，其余为Zn;

6）钢带经光整及卷取后采用通风冷却或强制吹风冷却至室温。

经进行180°冷弯试验，弯心直径≤3a（a为热镀锌板厚度）。测试结果锌层无脱落，表明镀层与热轧带钢基体之间具有良好的附着力。

实施例7

一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法，其步骤：

1）将薄板连铸坯热轧至产品厚度：1.60mm；

2）将经吹扫清洁后的热轧薄带进行加热，并在纯N₂气氛下进行，加热温度为800℃，加热时间为30s；

3）进行还原反应，还原温度为710℃，还原气氛为CO+N₂，其中CO浓度为100%，其余为N₂，还原时间控制为100s；

4）吹入纯N₂使钢带冷却至470℃；

5）浸入锌锅中进行镀锌，锌液温度为440℃，浸锌时间控制为4s；锌液中的Al百分比含量为0.20%，其余为Zn;

6）钢带经光整及卷取后采用通风冷却或强制吹风冷却至室温。

经进行180°冷弯试验，弯心直径≤3a（a为热镀锌板厚度）。测试结果锌层无脱落，表明镀层与热轧带钢基体之间具有良好的附着力。

     本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (2)

1.一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法，其步骤：

1）将薄板连铸坯热轧至产品厚度；

2）将经吹扫清洁后的热轧薄带进行加热，并在纯N₂气氛下进行，加热温度控制为650~800℃，加热时间为30~100s；

3）进行还原反应，控制还原温度为710~800℃，还原气氛为CO+N₂，其中CO浓度为40~100%，其余为N₂，还原时间控制为100~200s；

4）吹入纯N₂使钢带冷却至470~500℃；

5）浸入锌锅中进行镀锌，控制锌液温度为440~460℃，浸锌时间控制为4~7s；

6）钢带经光整及卷取后采用通风冷却或强制吹风冷却至室温。

2.如权利要求1所述的一种基于CO还原的热轧薄带直接热镀锌方法，其特征在于：锌液中的Al百分比含量为0.15~0.20%，其余为Zn。