热轧带钢无酸洗还原退火热镀锌技术的发展现状

引言
进入 21 世纪后，从钢铁产量到产品质量都取得 了巨大的进步，然而伴随着行业的快速发展，出现了 高能耗、重污染、低效益等问题。为此，钢铁工业亟 需进行工艺技术创新和生产流程优化，降低能源和 资源消耗、保护生态环境，实现绿色制造。酸洗作为 传统热镀锌板生产流程中的高污染环节，增加成本 的同时带来一系列质量问题: 一方面酸洗工序本身 增加成本，同时酸液挥发和废酸排放还严重地污染 环境; 另一方面酸洗还会造成酸洗板表面出现“欠 酸洗”和“过酸洗”等缺陷。此外，在含 M n、Si、Cr 等 合金元素的高强热镀锌板的生产工艺中，由于合金 元素的选择性氧化，容易出现漏镀、凸点等缺陷。为 了解决这一问题，通常需要增设预氧化、预镀等工 序，这无疑将增加生产成本，降低生产效率。因此， 热镀锌板工艺面临着节能减排、降本增效、高表面质 量等方面的压力和需求，迫切需要进行技术革新和 流程优化。鉴于此，开发出了一种以氢还原代替传 统酸洗工艺去除氧化铁皮的热轧带钢无酸洗还原退 火热镀锌技术。即利用热轧过程中产生的氧化铁 皮，在还原性气氛中将氧化铁皮还原为纯铁，再依托 还原纯铁的良好润湿性进行在线连续热镀锌。既可 消除酸洗的不足，也可解决由于 M n、Si、Cr 等合金 元素选择性氧化造成的漏镀问题。该技术省去酸洗 工序，以 18% 盐酸酸洗为例，吨钢减少废酸排放 20 kg，环保效果明显，并且节约酸洗成本 150 元/t。对 于先进高强钢、超高强钢，由于取消了退火前的预氧 化工序，吨钢成本可节约 30 ～ 50 元/t，北京中惠普同时由于取 消酸洗工艺和连续退火中的预氧化工序，可使整个 生产线生产效率提高 20% 以上。利用热轧带钢无 酸洗还原退火热镀锌技术进行产业化批量生产热镀 锌板，不仅可大大降低热镀锌板生产成本，提高产品 竞争力，为企业创造巨大的经济效益，同时降低能耗，减少对环境的污染。

热轧带钢无酸洗还原退火热镀锌技术研究现状
针对在常规热轧镀锌板生产流程中存在的问 题，国外的钢铁企业已经在积极地开发新型无酸洗 除鳞技术和无酸洗涂镀新工艺。热轧钢材的气体还 原除鳞技术主要工艺过程是在特定还原温度下，可 燃气体( H2 或 CO) 做还原剂，将氧化物还原得到粗 金属或合金。热轧钢材氧化铁皮的气体还原过程与 气体还原铁矿石相似，在连续退火炉中，通入还原性 气体，将热轧带钢表面氧化铁皮还原成纯 Fe，从而 替代酸洗法。该工艺具有清洁、高效和优质的特点， 一经提出就受到了钢铁行业的广泛关注。然而，氧 化铁皮是复相结构，在升温过程中共析组织还会发 生逆相变( Fe3O4 + α － Fe→FeO) ，还原过程极为复 杂，短时间内将氧化铁皮完全还原为纯铁极为困难。 因此，如何大幅度提高热轧氧化铁皮氢还原效率，一 直是推广该项技术的关键所在。针对这一问题， DANIELI 研发部的 Primavera 开展了还原温度、氢 气浓度和露点等工艺参数对热轧低碳钢氧化铁皮还 原动力学的影响规律研，明确了实验钢种表面 氧化铁皮的最佳还原工艺，为 DANIELI 开发无酸洗 中试产线提供了理论支持。DANIELI 设计的适用于热轧板卷的无酸洗气体还原除鳞试验线。该生产线的产品表面洁净度比普通方法 清洗带钢要高，并保证带钢的力学性能不受影响。 根据客户的使用需要，可以在生产线后段加入冷轧 工序，实现热轧卷板的无酸洗直接冷轧。

目前该技术在国内尚处于研发阶段，国内的宝 钢研究院、上海交通大学、东北大学、北京科技大学和北京中惠普分析技术研究所等科研院所为了能使其尽快得到工业化 推广与应用，对该技术的核心工艺开展了大量的研 究。该技术的研究重点分为几个方面: 一是热轧带 钢氧化铁皮控制工艺; 二是高效氢还原控制工艺; 三 是基于还原后纯铁层表面状态的热镀锌控制工艺和 锌液成分设计。下面将围绕国内外在上述几个方面 取得的研究成果进行介绍和评述。

2 热轧带钢氧化铁皮控制工艺
带钢在热轧过程中发生高温氧化，在带钢表面 形成一层氧化铁皮，影响着带钢的表面质量和后续 的酸洗过程，同时由于热轧氧化铁皮内部共析组织 的形成和相转变受到合金元素、热变形过程、热履 历、氧化气氛及冷却制度等诸多工艺参数的交互影 响，控制起来难度较大，所以碳钢表面氧化铁皮在热 轧过程中生长、热变形行为及组织变化一直是研究 的热点。加拿大麦吉尔大学的 Basabe 团队在研究 中发现了温度对氧化铁皮中 F2O3、Fe3O4 和 FeO 等 相比例变化的影响规律，并结合氧化物的高温力学 性能，明确了生产过程中最佳的热变形温度制度，显 著降低了工作辊的磨损和钢材表面缺陷发生率。 澳大利亚博思格钢铁研究院的 Chen 和 Yuen 对热 轧带钢表面的氧化铁皮进行较系统的研究，在 轧制过程中，带钢表面氧化铁皮生长的同时进行轧 制变形，结合带钢的温度场和轧制工艺，对热轧过程 及热轧后的冷却过程中氧化铁皮的厚度变化进行了 预测。

结语
热轧带钢无酸洗还原退火热镀锌技术在环境保 护、节能降本等方面具有独特的优势和竞争力，但是 距离产业化批量生产尚有一段距离。相信随着该项 技术中各项核心环节的逐步精细化和成熟，配套设 备的不断完善，最终将取代经过酸洗工序生产热轧 镀锌板的传统方式。届时，这项技术的成功应用会 是钢铁企业的一次重大革新，也会对钢铁企业的绿 色化可持续发展起到重要的引领作用。