编者按：控制热镀锌钢板表面的“锌粒”缺陷，使其满足冲压和涂漆的使用要求，是热镀锌钢板替代电镀锌钢板、表面质量控制的关键之一。本文在综合国内外热镀锌理论研究成果的基础上，对热镀锌钢板表面“锌粒”缺陷的形成机理进行了分析。结合武汉钢铁股份有限公司冷轧总厂二分厂热镀锌机组投产三年多的生产实践，从原料条件、清洗段工艺和设备、锌锅段工艺和设备、镀后段工艺和设备等方面，系统全面地分析了造成高表面等级（O5表面或C级表面）热镀锌钢板表面“锌粒”缺陷的原因。提出了针对性的控制措施，包括合理的生产计划排程，钢种的设计和选择，原料要求，清洗效果的保证措施与评价标准，锌锅工艺控制，对锌锭中的铁含量的限制，对锌锅辊系设备的技术要求，气刀和镀后冷却风机的控制。与2008年相比，武钢冷轧总厂二分厂2009年“锌粒”缺陷造成的降级率下降了80%。高表面等级热镀锌钢板的合同量占全部热镀锌钢板的合同量从2008年的5%提高到了2009年的10%。
1前言
热镀锌钢板由于具有高的耐蚀性、优良的成形性、良好的焊接性和涂漆装饰性，被广泛用于汽车、家电、建筑等各个行业。在轿车外板、家电面板等对表面质量要求高的应用领域，如何控制热镀锌钢板表面的锌粒缺陷，使其满足冲压和涂漆的使用要求，是热镀锌钢板替代电镀锌钢板、表面质量控制的关键之一。
在DIN标准中，高表面等级热镀锌板为“O5表面”；在EN标准中，高表面等级热镀锌板为“C级表面”。例如EN10327标准中对于热镀锌板C级表面的定义为“C级表面通过光整获得，受控的一面必须可以用于均匀的高级涂漆表面，另一面至少为B级表面”。实际使用中，用户对O5表面或C级表面的要求几乎为“零缺陷”。
本文所讨论的“锌粒”缺陷为，德国钢铁协会出版的第二版《热浸镀钢板表面缺陷》中的“Dross pimples”和“Dross sugar”，其定义为“嵌在锌层中尺寸为0.5mm～2.0 mm和小于0.5mm的渣粒”，其成因为“表渣、悬浮渣或底渣沉积在带钢上”。
武汉钢铁股份有限公司冷轧总厂二分厂热镀锌机组采用的是美钢联法工艺，产品定位于高档轿车板和家电板。为了解决热镀锌板表面“锌渣”缺陷对高表面等级热镀锌钢板产品质量所造成的影响，下面对其产生原因进行全面系统地分析，提出控制措施。
2锌粒缺陷的产生机理及其影响因素
2.1 锌粒缺陷的产生机理
锌粒缺陷产生的原因是由于锌液表面、底部和悬浮在锌液中的金属化合物颗粒附着在带钢表面。
相关研究表明，锌液表面的金属化合物颗粒主要为Fe2Al5和氧化物，悬浮在锌液中的金属化合物颗粒为Fe2Al5和FeZn7的混合物，锌液底部的金属化合物颗粒主要为FeZn7。其产生机理为：带钢中的铁不断向锌液中溶解，铁在锌液中的溶解有一定的饱和度，例如锌液温度460℃、锌液Al含量0.20%时，锌液中铁的饱和度为0.007%。当锌液中铁的浓度超过其饱和度时，就析出形成金属化合物。锌液处于一种铁溶解、锌渣析出的动态平衡过程，铁溶解和锌渣析出都是不可逆的。
相关研究表明，锌液中的铁析出后，首先与锌发生反应，形成锌铁金属化合物，其反应式为：Fe+7Zn→FeZn7，FeZn7的比重为7.25g/cm3，大于锌液的比重6.9g/cm3，会沉到锌锅底部。其次，当锌液中有效铝的含量大于0.14%时，锌液中的铝会和锌铁金属化合物反应，形成铝铁金属化合物，其反应式为：2FeZn7 +5Al→Fe2Al5 +14Zn，Fe2Al5的比重为4.2g/cm3，小于锌液的比重6.9g/cm3，会浮到锌液表面。如图1所示。
在实际生产过程中，进入锌液的带钢，其表面的铁不断溶于锌液，再加上锌液中铝含量和温度的波动，锌粒的形成是不可避免的，只能减少其数量和粒度，减少其附着在带钢上的机会。
2.2 影响锌粒缺陷产生的因素
影响锌粒数量和粒度的因素包括溶入锌液中的铁的数量、铁在锌液中的溶解饱和度。影响锌粒附着在带钢上的因素包括，带钢在锌锅中的抖动、表渣的清除、锌锅加热装置、气刀。
尽量减少溶入锌液中的铁的数量是减少锌粒数量和粒度的关键。溶入锌液中的铁的数量与原料带钢表面缺陷、原料带钢表面粗糙度、入锌锅带钢表面残铁、锌液铝含量、机组速度、入锌锅带钢温度、锌液温度、钢种化学成分、锌锭中的铁含量、锌锅设备带入锌锅中的铁有关。原料带钢表面缺陷，尤其是表面夹杂、氧化铁皮、欠酸洗会促进Fe-Zn反应，增加钢板的铁损，因此原料带钢表面夹杂、氧化铁皮、欠酸洗缺陷越少，溶入锌液中的铁就越少。原料带钢表面粗糙度越小，溶入锌液中的铁就越少。入锌锅带钢表面残铁越少，溶入锌液中的铁就越少。相关研究表明，锌液铝含量越多，溶入锌液中的铁越少；锌锅处机组速度越高，带钢在锌液中浸泡的时间越短，溶入锌液中的铁越少；当锌液中的铝含量≥0.18%时，入锌锅带钢温度越高，溶入锌液中的铁越少；锌液温度越高，溶入锌液中的铁越多，当锌液温度上升到480℃时，溶入锌液中的铁的数量随锌液温度的提高而迅速增大。钢中的C、Si含量越低，溶入锌液中的铁的数量就越少。锌锭中的铁含量越低，溶入锌液中的铁就越少。提高锌锅中设备的耐锌液腐蚀能力，溶入锌液中的铁就越少。
在锌液中溶解较低的和稳定的铁是减少锌粒数量和粒度的关键。铁在锌液中的溶解饱和度与锌液温度和锌液中铝含量有关。Kazuhiro Otsuka等人研究表明，当锌液中铝含量为0.10%～0.26%、锌液温度440℃～480℃时，锌液温度越低，锌液中铝含量越高，铁在锌液中的溶解饱和度越低。锌液温度和锌液中铝含量的波动，会造成铁在锌液中的溶解饱和度的波动，从而增加锌液中铁的溶解和析出。因此，要保持锌液温度和锌液中铝含量的稳定性，就要求稳定的机组速度、稳定的入锌锅板温、稳定的带钢规格、均匀的加锌锭速度。
带钢在锌锅中的抖动会使锌液面的锌渣更容易附着在带钢表面。尽量减少锌锅处带钢的抖动，有利于减少锌粒缺陷。造成带钢在锌锅中抖动的原因包括，出锌锅处带钢板形、锌锅辊系的抖动、锌锅处带钢张力的稳定性、镀后冷却风机气流对带钢的扰动。在带钢附近清理表渣时，也增加了锌液面的锌渣附着在带钢表面的机会。锌锅感应器熔沟产生的金属流的搅动作用，会增加悬浮锌渣附着在带钢表面的机会。气刀吹出气流对锌液面的扰动，会增加表渣附着在带钢表面的机会。同时，气刀吹出的空气会增加锌液的氧化。
研究表明，镀后冷却速率越大，锌粒的粒度和数量越少，当锌液铝含量≥0.15%、锌液铁含量≤0.01%时，镀后冷却速率≥10℃/s，可以有效抑制镀后冷却过程中锌渣的形成。
综上所述，影响锌粒缺陷的因素主要包括以下几个方面：
2.2.1 原料条件对锌粒的影响
钢中的C、Si含量越低，越有利于减少锌粒缺陷。原料带钢表面夹杂、氧化铁皮、欠酸洗缺陷越少，越有利于减少锌粒缺陷。原料带钢表面粗糙度越小，越有利于减少锌粒缺陷。由于立式退火炉对板形有一定的矫正作用，较小的对称的双边浪或中间浪原料板形，有利于减少锌粒缺陷。
2.2.2清洗段对锌粒的影响
清洗段适当的清洗液温度、清洗液中自由碱浓度，功能完好的电解清洗、刷洗、磁性过滤器，定期更新清洗液，保持清洗液的活性，可以降低入锌锅带钢表面的残铁，有利于减少锌粒缺陷。
2.2.3 锌锅段对锌粒的影响
较高且稳定的锌液铝含量、较低且稳定的锌液温度，有利于减少锌粒缺陷。较高且稳定的机组速度，有利于减少锌粒缺陷。较高的入锌锅带钢温度，有利于减少锌粒缺陷。保持较低的锌锅感应器的功率，有利于减少锌粒缺陷。尽量减少锌锅辊系抖动，减少表渣对锌液面的搅动，有利于减少锌粒缺陷。锌锅辊系采用耐锌液腐蚀的材料和涂层，有利于减少锌粒缺陷。较大的且稳定的锌锅处带钢张力，有利于减少锌粒缺陷。尽量减少锌锭中的铁含量，有利于减少锌粒缺陷。
2.2.4 镀后段对锌粒的影响
适当的气刀高度、气刀角度0°或微负角、较近的气刀距带钢距离，有利于减少锌粒缺陷。气刀吹出的空气会增加锌液的氧化。较高的镀后冷却速度，有利于减少锌粒缺陷。减小镀后冷却风机气流对带钢的扰动，有利于减少锌粒缺陷。
3锌粒缺陷的控制措施
综上所述，结合机组实际情况，采取以下措施减少锌粒缺陷。
3.1 合理的生产计划排程
按照工艺和对设备状态的要求，制定从炼钢至镀锌的各工序生产计划，保证生产高表面等级热镀锌板时，各项措施可以得到执行，设备状态处于最佳状态。
3.2 原料条件
在进行高表面等级热镀锌板的钢种设计和选择时，其C≤0.1%、 Si≤0.1%。原料带钢表面残铁≤100mg/m2。原料带钢表面粗糙度Ra≤1.5μm。原料带钢板形为对称的双边浪或中间浪，波浪度≤30IU。
3.3 清洗段
一般情况下，清洗段可以去除90%以上的原料带钢表面残铁。保证清洗效果的关键要点是清洗段的清洗液温度、清洗液中自由碱浓度，以及功能完好的电解清洗、刷洗、挤干、磁性过滤器，确保清洗后带钢表面残铁≤10mg/m2。另外，清洗液中的油含量和铁含量超标，会降低清洗液的活性，从而降低清洗液去除带钢表面残铁的能力，因此应根据清洗剂制定相应的清洗液中的油含量和铁含量上限标准，结合生产实际，制定清洗液更新周期，实现定时排放旧清洗液、加清洗剂。同时，结合生产实际，定期清理清洗段槽罐也是非常必要的。
3.4 锌锅段
锌液铝含量≥0.18%，且尽量保持稳定。锌液温度≤465℃，且尽量保持稳定。入锌锅带钢温度应高于锌液温度且≤500℃。保持较低的锌锅感应器的功率。为了保证稳定的锌液铝含量和锌液温度，就必须根据生产带钢的规格和锌层厚度，均匀地向锌锅中加入含不同铝含量的锌锭，同时保持稳定的机组速度。锌锅段机组速度≥80m/min，在带钢抖动较小的情况下，尽量提高锌锅段机组速度。尽量避免生产高表面等级热镀锌板时，搅动锌锅带钢周围的锌液，捞表渣动作尽量轻。采取大张力，锌锅处带钢张力是机组一般部位张力的2倍以上，减轻锌锅处带钢抖动。锌锅辊系采用耐锌液腐蚀的材料和涂层，保证涂层附着力和封孔质量，例如316L不锈钢基体加WC涂层。采用耐磨损的锌锅辊系轴承系统，减轻由于锌锅辊系晃动所造成的带钢抖动。锌锭中的铁含量应≤0.003%。
3.5 镀后段