钢板连续热镀铝硅机组及其生产工艺

钢板连续热镀铝硅机组及其生产工艺

肖兵

华菱安赛乐米塔尔汽车板有限公司

摘要：镀铝钢板具有良好的耐热性、抗氧化性、耐腐蚀性、热反射性等优点,广泛应用于汽车、家用电器、新能源等领域。优异的耐腐蚀性,优异的耐热性(耐高温氧化性),汽车,家用电器,新能源等许多领域的反射性。对热镀铝硅机组生产过程中的处理及相应措施进行了分析。

关键词：钢板；连续热镀铝；铝硅镀层；生产工艺技术

热镀铝硅钢板具有良好的耐热性,可在500℃下长期使用,在工业含硫气,海洋大气和潮湿环境中具有良好的耐腐蚀性。热反射良好,可达500℃反射80%的辐射能,在相同的照明条件下,表面温度比不锈钢低90℃。因此,它广泛应用于汽车工业、建筑、家用电器、热镀铝硅钢板能源领域,我国对镀铝板需求是巨大的,汽车工业的快速发展,年产量超过2300万辆,汽车排气管和消音器工业的发展,为了保证安全、轻便、节能,需要大量的高强度和超强度钢,22MnB5 1500MPa热成型钢是发展最快和应用最广泛的。

一、钢板连续热镀铝生产工艺过程简介

从生产技术的角度来看,钢板连续与传统热浸镀锌相同。由于铝硅和锌的物理和化学性质,钢板与普通镀锌相比面临以下问题。首先,将硅合金的熔化温度设定在600℃左右,以保证涂层在温度控制和温度过程一致性方面的连续流动性。一般温度在680℃左右,钢板温度越高,相应的钢板温度和镀覆后温度越高。

1.铝是一种非常活跃的元素,熔融铝很容易被氧化。即使在含有大量氢气并受到氮气受热性气氛中,液态铝也会与O2和H2O反应成受保护的大气分子,氢氧化铝被水解成少量液态铝。在表面上,这些可疑的粉末和颗粒迅速粘附在连接到钢带的铝孔表面,镀锌溶液与钢基板反应,防止零件与铝不匹配。这些因素是影响表面和涂层缺陷的主要因素。此外,高温,低挥发性镀液和铝涂层可以很容易地形成高质量的涂层。

2.高温铝对钢板具有很强的腐蚀性,浸入钢板,长期使用熔融铝和炉鼻有高度腐蚀性。铝溶液不仅延长了铸件表面的使用寿命,而且在短时间内增加了铝溶液中铁质量的百分比。铁是涂层液中与铝发生反应的危险元素,铝消耗量的增加会影响涂层的表面质量。上述分析有助于识别连续生产工艺还原退火、热浸镀、镀层后冷却的重要性。

二、钢板连续热浸镀铝的关键工艺技术

1.气氛控制还原退火炉。是带钢连热浸镀铝生产线的主要设备,其主要任务一是完成带钢的退火再结晶,其次是还原带钢的表面氧化膜,炉内保护气体具有高纯度(N2+H2)。在高温带钢中,表面氧化铁层由海棉状纯铁层充分还原,然后通过物理化学过程冷却到略高于涂层的温度,如液态铝渗入纯铁表面，连续热镀铝的困难在于涂层容易形针孔漏镀成。之所以针孔漏镀与液态铝的物理性能有关,首先,如果液态铝在680~720°C时,其表面张力为840~865ｍＮ／ｍ,高于液态铝的表面张力(780ｍＮ／ｍ),那么液态铝和钢的活性非常强,在680℃时,即使空气质量受到氧气的保护,液态铝也会被氧化反应、氧化物形成、浮在液态铝的表面。如果带钢在铝锅中,物质颗粒漂浮在带钢上,则可以防止与带钢接触液态铝,从而防止铝与铁反应和扩散,镀不上铝会出现针孔漏镀。

2.气氛控制退火炉内。其氧和氢点的体积质量，及氧和氢点的体积质量主要取决于氧气的质量和直接进入退火炉子的气流,炉中的气密性以及不锈钢的热状态。控制氧气量和露点、氧气量和熔点是彻底减少钢表面的关键,特别是高强度钢,由于其成分含有锰和硅等合金元素,合金元素与氧气紧密结合,氧平衡压力低。即使没有大体积或少量的有机氢、氧或其他水气进入大气,大量的纯化有机水,也会直接导致这些有机合金元素大量氧化。炉鼻子内气氛控制技术应保证此处先前还原的钢表面不被再氧化,液态铝表面不产生尽可能多的表面氧化物;另一方面,应尽量减少大气中氢的体积分数,以减少氢对熔融铝表面张力的影响;换句话说,炉内大气中的露点、氧的体积分数和氢的体积分数应尽可能小。基于上述考虑,在制造铝板时,必须向炉鼻子内注入高纯氮。

3.镀锅管理。控制镀铝液组成,在铝溶液中添加硅的主要任务是抑制铁和铝的反应,当将硅添加到铝溶液中,然后将钢板浸入铝溶液中时,首先形成固体Fe-Si溶液,防止铝扩散到铁基体中,从而减少铝的扩散。铁是熔融铝的污染元素,在热镀过程中,钢板和水中的银体系被熔融铝腐蚀,并继续溶解在熔融铝中。因此,铝溶液中的铁质量分数可以在生产阶段后饱和。控制镀锅温度,铝合金溶液对金属涂层结构质量的抗温度变化能力强。温度升高过快会直接加速铁和铝对金属基材的热扩散,有利于形成更厚的优质铝合金层,温度越高,冶炼过程中铁和铝的热饱和度和溶解度越高,优质和上层钢板耐热腐蚀可能越强。因此,镀敷容器的温度必须保证熔融铝具有足够的流动性和最小温度,以便有效控制涂层厚度,浸入Al-Si合金时的热浸镀敷最佳温度为680°C左右。稳定性镀铝镀液的温度非常重要,以前的分析已经知道,在生产周期之后,电镀容器铁质量分数已经饱和,并且熔融铝中的铁饱和度与温度密切相关。当熔融铝中铁的质量分数增加时,铁的溶解度降低,所以当温度下降时,熔融铝中多余的铁会形成大量的铁。铝合金颗粒:即使电解槽的温度升高,Fe-Al合金也不会再溶解,从而增加了铝废料的形成。此外,可以根据温度值在短时间内自动形成大量的Fe-Al合金塑料颗粒,这些颗粒不会粘附在不锈钢板的表面上,涂层后表面会变粗，铝锅温度范围越小越好。从上面的讨论中我们知道,铝渣是溶解铝的固体质量超过其固体饱和度中氧化铁的一小部分,所以它在铁铝中间的液体颗粒中的铜合金中进行分析,然后在铁铝锅底部沉入,从而形成新的铝渣。化学成分为Fe-Al。底渣质量形成主要是由于液态铝容器中的铁进入铝,其质量分数中的铁超过了饱和度和溶解度,从而有效地降低了溶液带入和渗出铁的质量,保持了铝液中铁的饱和度和溶解度的稳定性,对于有效降低溶液铝渣质量形成至关重要。

4.控制镀层技术。目前带钢国内外连续热浸镀锌设备吹气法一般采用工艺控制涂层厚度。它采用喷射流原理,喷嘴在带钢的整个宽度上不断向涂层表面喷射气流,以消除钢带表面的多余涂层。与传统涂层相比,铝硅合金具有较高的温度,低密度和相对较低的流动性。根据相关研究,铝硅合金涂层最好用热风作喷雾支撑,空气预热温度应在250～300°C以上。在室温下使用空气介质时,需要两种方法来改善涂层的表面流动性质。一是控制钢带的最小转速,提高锅内钢带的温度。增加天然铝带的数量和去除的数量。其次,调整空气表的喷嘴形状,缩短空气表与液体铝表面的距离,以增加注射压力,降低注射空气的速度,降低室温下钢板在风速下的冷却,平流时间增加。

5.控制镀后冷却技术。在冷却阶段开始后来自铝锅,镀覆后冷却系统的作用是将涂层钢板冷却到室温。在此过程中,将附着在钢板表面的液体涂层弯曲并成为最终涂层。涂层后的冷却过程对涂层表面的晶体结构有很大的影响,并且由于铝液中存在铁,涂层在收缩和结晶时形成分支结构。涂层后,冷却速度缓慢,分支晶体生长,表面形成涂层晶体花。

镀铝溶液熔点高,涂层性能差,钢板和扩散件腐蚀严重,钢板的连续热处理面临着连续稳定生产的诸多挑战。其生产技术的核心是对涂层、浸镀、镀后冷却等多个加工点的技术控制。

参考文献：

[1]吕锋刚.连续热浸镀铝硅钢板镀层微观结构研究[C].中国钢铁年会，2021.

[2]谢欢.一种连续热浸镀铝硅合金钢板的工艺：CN108441800A[P].无锡银荣板业有限公司，2021.