热镀锌炉鼻加湿装置应用及设备改造

盛群泉

（湖南华菱涟钢薄板有限公司冷轧板厂，湖南娄底417009）

0 引言

热镀锌板具有良好的耐蚀性、冷作加工成型和涂装性能，广泛应用于建筑、汽车、家电等行业。随着生活质量及审美标准的提升，人们对产品质量、表面镀层质量的要求越来越高。冷轧板厂热镀锌线以生产家电板为主，锌锅中锌蒸气进入退火炉内产生的锌灰会影响镀层产品的表面质量和耐蚀性，甚至造成局部漏镀、露钢的缺陷。

1 锌灰产生的原因及危害

1.1 产生原因

带钢连续热镀锌，炉鼻插入锌锅中，锌锅中锌液温度达460℃，锌液蒸发的锌蒸气进入炉鼻后，由于退火炉的烟囱效应，会沿着带钢运行的相反方向，进入退火炉的保温段、喷气冷却段。锌蒸气与炉鼻中的水在高温作用下发生置换反应，与微量的氧发生氧化反应，生成氧化锌颗粒。这些氧化锌及纯锌颗粒在炉鼻内壁和炉腔内积聚，与炉内杂质等形成了锌灰。锌灰形成原理如图1所示。

Zn+H2O=ZnO+H2

2Zn+O2=2ZnO

1.2 危害

（1）影响镀锌板表面质量：锌灰粘到带钢表面，产生不同形状的锌灰缺陷。

（2）影响生产设备使用：带钢带入锌锅的锌灰，粘附在沉没辊辊面，会造成沉没辊辊印；带入滑动轴承副中，会影响辊系转动、轴承副使用寿命。

（3）锌灰掉落在带钢上，严重时会造成带钢漏镀。

图1 锌灰形成示意图

2 炉鼻加湿装置

在靠近锌液面的炉鼻内喷吹加湿的保护气体，由于高温的作用，可以在锌液面产生非常薄的ZnO薄膜，从面上抑制锌液的进一步蒸发，有效减轻挥发的锌灰对炉内的污染及其在炉内、液面的积聚。

2.1 加湿保护气体露点

在向炉鼻内锌液面喷吹加湿保护气体时，露点控制要求高。当露点高于-13℃时，因为水的氧化作用会造成带钢漏镀或脱锌等缺陷；而当露点低于-28℃时，其加湿效果不明显。同时，充入的加湿保护气体流量应合理、稳定，如波动大，则会形成水流纹痕迹，影响带钢镀层表面质量。

2.2 加湿保护气体成分及流量

为保证炉内正压力和还原带钢氧化表面，充入炉内的氮氢保护气体量最大900 Nm3/h，N2、H2露点均约为-60℃。

加湿装置设计充入加湿保护气体最大流量为50 Nm3/h，露点-20℃。

2.3 加湿装置设计原理

根据工程经验总结而得的安托因（Antoine）方程进行计算，如何得到50 Nm3/h、露点-20℃的保护气体。露点40℃和露点-60℃气体按一定比例混和，可得到适当露点的加湿保护气体。

2.4 加湿装置结构

根据炉鼻结构和加湿气体量要求，设计最大5 Nm3/h的N2充入40℃水温的水箱进行充分加湿达到露点40℃，和最大50 Nm3/h的保护气体（N2+H2）进行混和后得到所需露点的保护气体充入炉鼻锌液上部。

加湿装置原理图如图2所示。

图2 加湿装置原理图

加湿N2：由炉鼻处密封氮气（压力30 kPa）管提供DN20接口，氮气管中安装流量计、流量控制调节阀、手动球阀，充入加湿水箱底部，充分加湿。

加湿水箱：容量大于0.125 m3，底部安装3 kW电加热器、液位计、测温电阻、氮气进出管。加湿氮气压力10 kPa，加湿氮气出口管道安装有单向阀，只允许加湿氮气流出。

保护气体（N2+H2）：压力7 kPa，由现炉鼻保护气体配管上接供DN40接口。为精确调节流量，安装有流量计、流量控制调节阀等。

水：从锌锅循环水配管处提供脱盐水DN20接口，为保证安全，配管上安装有两个切断阀，在低液位补水时，两个切断阀均是打开状态，一个保证水箱正常高液位时切断，如果该切断阀切断失灵，另一个在超高液位时切断，保证安全。

每小时充入4 m3的N2，在0.1 MPa，饱和水蒸气含量为：

q=kq0=0.38×51.19≈19.45 g/m3

式中，q0为空气在40 ℃时的含水量，q0=51.19 g/m3；k为0.1 MPa时修正系数，k=0.38。

Q=qVhr1/r2=19.45×4×24×28/29≈1 802.8 g

式中，r1、r2分别为氮气和空气的分子量，r1=28，r2=29；h为时间，每天24 h。

高低液位设置一天给水箱补水1次、2次。

2.5 加湿炉鼻

炉鼻在现有炉鼻基础上进行改制，在炉鼻两侧开窗，安装一排与中心线倾斜成一定角度的喷嘴，喷嘴的喷射角度在锌液面上方合适位置，使喷出的加湿气体喷在锌液面上方100 mm左右的位置。改进后炉鼻结构如图3所示。

图3 加湿用炉鼻

3 结语

设计的炉鼻加湿装置投入生产线后，炉鼻及炉内锌灰明显减少。热张力辊、JCF换热上的定期清理比过去减少一半，未再发生内炉鼻锌灰造成带钢漏镀现象。

增大加湿气体流量和提高加湿气体温度，有利于减少锌灰，但过大的流量或温度，又可能造成表面缺陷，因此应根据检测的炉鼻露点，调整氮气和保护气体的流量；稳定的氮气流量、加湿水箱水温及水箱液面，对加湿后的保护气体露点影响较大，应严格控制。

减少炉内锌灰，精确控制锌液温度、带钢入锅温度、炉鼻内温度是前提，减少带钢在锅内及炉鼻内的振动也十分有利于减少锌灰掉落和保障锌锅液面保护膜的稳定。

由于加湿炉鼻的使用，炉鼻锌灰主要集中在锌液面炉鼻内腔四周，如用抽锌灰泵及时排出锌灰，将更有利于提高镀层产品表面质量，提升产品档次。