二冷轧镀锌机组锌锅辊系，气刀问题分析研究

李金钟

摘 要：锌锅辊系，气刀是冷轧热镀锌生产线的核心设备，它们性能的好坏直接影响到镀锌板的表面质量及热镀锌线的产品成材率。二冷轧热镀锌生产线的锌锅辊系，气刀设备由德国FOEN公司提供，武汉立通公司负责辊系修复工作，通过学习德国FONE公司提供的资料和武汉立通公司所提供的修复数据，以及在现场设备维护的过程中所遇到的问题，看见的现象，对锌锅辊系，气刀设备从性能原理、工艺参数、常见故障以及处理方法等方面进行了分析研究。

关键词：锌锅辊系；气刀 轴瓦； 耐磨轴套； 气动系统

一、锌锅辊系，气刀简介

二冷轧三条热镀锌线的锌锅辊系，气刀设备均由德国FOEN公司提供，是世界上最为先进的镀锌设备之一，它在整个热镀锌线上有着举足轻重的作用。

在热镀锌生产线工艺流程中，带钢是通过加热炉的热处理后，由炉鼻子进入锌锅，经过沉没辊的转向，在稳定辊和校正辊的共同作用下，最后由气刀进行吹扫，完成带钢热镀锌过程。其工作示意图如下：

二、气刀刮锌原理分析

从气刀喷出的气体形成一个扁平形的气流，如果不考虑边缘效应的影响，在气流内部某一点气体的流速在气刀的长度方向上是没有分量的，只有垂直方向和向前方向的两个分量，因而是一种二维喷射。

气流从气刀内喷出后按其流动特性可分为三个区域：从气刀距离钢带1/3距离的区域，气流主要是向前喷射，并向外扩散，叫二维自由喷射区。当气流接近钢带，受到钢带的作用就分成两种情况，气流中心部分的气体对钢带产生撞击作用，在钢带反作用力的作用下，改变原来的方向，沿着钢带表面向下流动，叫二维壁面冲击喷射区。而在气流上下外侧的气体，在自由喷射过程中受到外围气体的阻力作用较强，速度衰减很快，到达钢带附近时相对速度很低，再加上壁面冲击喷射区在钢带表面形成的气垫的作用，这部分气体无法撞击钢带表面，只受到气垫的反作用就发生速度方向变化，返回周围环境中，这个区域叫做二维冲击喷射区。由于气刀大多带有一定的负角度，即气流是向下倾斜冲击钢带的，因而二维壁面冲击喷射区主要分布在向下的方向，而向上的气流完全沿着钢带表面流动的较少，主要形成的是冲击喷射区。

其实，对钢带表面的锌液起到刮离作用的主要是二维壁面冲击喷射区的气流，它们对随着钢带表面上升的锌液产生一定的压力，这个压力是由其所具有的速度决定的，正是这个压力的作用，使钢带表面锌液的速度由原来向上接近于钢带的速度，来了一个根本性的转变，改为向下的速度，在重力的共同作用下流回锌锅。这样在气刀与锌锅这一段范围内钢带表面的锌液就分成了内外两层，内层在钢带的泵升作用下向上流动，外层在气刀气流作用下向下流回锌锅。

三、气刀常见故障及分析

3.1 常见故障：

3.1.1 气刀距离不能够调节

3.1.2 气刀快开无动作

3.1.2气刀边部挡板无动作

3.1.4 气刀鼓包现象

3.1.5 由于气刀原因产生的带钢锌流纹缺陷

3.2故障分析

气刀的距离不能调节、快开没有动作，边部挡板没有动作的主要原因有机械，电气两个方面。

带钢锌流纹缺陷实物图如下：

一般来说，热镀锌工艺是采用气刀通过喷吹空气或氮气来控制锌的附着量，无锌花产品，由于锌花表面没有锌花晶界的限制，带钢出锌锅后，在完全凝固前，由于重力作用和气刀影响，锌液继续向下淌，造成锌层的厚度不均匀，然后完成凝固，从而从视觉上来看便形成水纹状锌纹，俗称锌流纹。从产生机理上分析，可以将该种缺陷的产生原因分为气刀前产生和气刀后产生两种。气刀前产生的锌流纹是由于在经过气刀前就已经在带钢表面产生凝固（带钢表面锌液变稠），在经过气刀后多余的锌液被气流刮掉，在带钢表面留下流淌的痕迹。气刀后产生的锌流纹则是由于在经过气刀后带钢表面带锌液量太大（厚镀层容易出现），由于重力的作用锌液继续向下流淌，凝固后出现锌液流淌的痕迹，导致产生锌流纹。

气刀的作用便是气刀作用力（带钢黏性力）和反作用力（重力和气刀吹力）的作用结果。从上图可以明显地看出气刀的控制与锌流纹缺陷的密切关系，一般来说，影响锌流纹的主要因素是气刀喷嘴与带钢间的距离和气刀的风量。气刀喷嘴与带钢的距离越远，镀层就越厚。若气刀到带钢的距离发生波动，就会导致镀层厚度波动，从而造成锌层纵向厚度的不均，产生水纹状锌流层。气刀吹风量越大，对锌层的冷却作用越明显，反之冷却作用越差。过大的风量、过快冷却速度，带来的将是锌液快速冷却和锌液流动性的降低，而锌液流动性降低，跟着带来的将是需要更大的风量才能达到要求锌层厚度。所以，从气刀控制参数来减少锌纹缺陷的根本宗旨就是利用尽可能小的风量来得到要求的镀层厚度。

四、锌锅辊系常见故障及分析

4.1 常见故障

4.1.1 沉没辊表面锌渣导致带钢点状缺陷

4.1.2辊系在线使用时，抖动严重，有时伴随沉没辊周期性响声

4.1.3 辊系不转动，出现划伤

4.1.4沉没辊辊印无法消除

4.1.5 耐磨轴套磨损严重，灌锌，导致轴头磨损

4.2 故障分析

4.2.1 沉没辊表面锌渣转移到带钢上面的。

鋅渣颗粒在沉没辊辊面上积累，当带钢在锌锅中经过沉没辊时，积累在沉没辊及稳定辊上面的锌渣就压入锌层转移到带钢表面，从而形成点状缺陷，当规格过渡时，带钢由窄料过渡到宽料时，这种缺陷在带钢的边部由为明显；而聚集在沉没辊沟槽中的锌渣达到一定程度，进入锌锅中的带钢温度和锌锅锌液温度控制不合理，厚带钢经过沉没辊时速度较低时，锌渣会粘附在带钢镀层表面，从而形成等距线点状印，即所谓的“流星槽印”，因此，为了避免这些缺陷的形成，要及时为辊系表面清渣，为辊系安装自动清渣刮刀是有必要的，当然，沉没辊的沟槽的工艺设计参数要合理，符合生产要求。目前从3#线开始已经陆续装备沉没辊刮刀。

4.2.2 辊系抖动，辊系不转的主要原因是：辊系的加工不符合工艺要求；辊系受热膨胀不均匀，这个是辊系本身的制造材料问题；辊系的安装不符合要求；轴套与轴瓦磨损严重且不均匀、破裂、制造不符合要求；此外带钢的张力波动，速度不均匀也是产生辊系抖动、不转的原因。

为了避免辊系事故的发生，辊系的安装要严格按照维护标准来，基本标准有以下几点：

1、每次安装要清理干净辊架上的锌，灰尘。所安装辊子表面上的灰尘、油脂等要清理干净

2、装配轴套前确认辊轴没有损伤和残留的锌，检查沉没辊轴颈处R8倒角，稳定辊、校正辊为R5

3、轴套总是使用新的焊接环，用装配工具压紧，沉没辊压紧力矩为100Nm，稳定辊、校正辊为紧固力矩60Nm，请使用力矩扳手。并且確定每根棍子都是用相同直径正确的轴套

4、沉没辊不锈钢螺栓、螺母、垫片用340Nm的力矩紧固，稳定辊、校正辊的用195Nm的力矩紧固

5、陶瓷套要按照要求安装，确保每根棍子都使用直径正确的陶瓷套，陶瓷套如果磨损严重或是工作表面炸裂影响工作的，必须更换。沉没辊耐磨轴套最小直径达到105mm，稳定辊、校正辊耐磨轴套最小直径达到60mm时，必须更换

6、辊架每侧调节螺栓的调整量不能超过5mm， 否则将会损坏陶瓷衬套。检查辊子的平行度和辊臂是否很好的固定在辊架上

4.2.3 沉没辊辊印与沉没辊的沟槽设计参数，沉没辊表面处理所使用的封闭材料有关系，在二冷轧1CGL使用的辊系就出现过辊系封闭材料不合格导致沉没辊辊印无法消除，从而停机换辊系的事故。因此，沉没辊、稳定辊、校正辊经喷涂后加工，应采用具有耐锌侵蚀和抗粘锌能力的专用封孔剂对涂层进行封闭处理。即在常温状态下，按FOEN规定的工艺要求和规范对已喷涂辊面均匀涂敷专用封孔剂，随后进行高温烧制。在连续热镀锌生产线熔融锌液中工作过的沉没辊、稳定辊、校正辊在修复回用前必须进行退锌处理。采用的退锌方法不应损伤涂层、影响涂层和基体的结合力、损伤基体材料及基体的焊缝。退锌处理时间一般要求限制在3天以内，特殊情况下允许达到5天。通常可以采用加热或化学方法进行退锌处理（加热的目的是清除腔内残留的锌块，加热温度不宜过高，以能熔化锌块即可，加热温度通常不大于480℃。化学方法是将沉没辊、稳定辊、校正辊浸没于一定pH值的酸性溶液中，或者以一定pH值的酸性溶液喷淋辊子，去除固结于沉没辊、稳定辊、校正辊外表面的浮锌。所使用的溶液对基体和涂层没有侵蚀。处理时间一般不超过3天。严禁使用盐酸退锌的方法）

4.2.4耐磨轴套进锌的分析：安装的过程存在问题，石墨垫密封作用在使用的过程没有起到作用；在安装的过程中，耐磨轴套与轴头不完全配套；焊接不规范；耐磨轴套有小裂缝。

五、总结

提高镀锌产品表面质量是冷轧厂高级汽车板与家电板生产基地应该追求的，锌锅辊系，气刀设备作为热镀锌生产线的核心设备，它们的使用好坏直接影响到镀锌板的表面质量及热镀锌线的产品成材率。所以，我们还必须继续好好的研究分析锌锅辊系，气刀设备技术在使用过程所产生的问题，总结经验教训，尽量减少事故的发生，保证锌锅辊系，气刀设备的正常运行。

参考文献：

[1] 德国FOEN公司锌锅辊系、气刀维护手册

[2] 华尔锌锅辊系维护报告