我国热镀锌钢板生产及镀锌技术的发展

我国热镀锌钢板生产概况 20世纪50～70年代，我国先后建设了约15套单张溶剂法热镀锌机组，总产能约10万t/a。这种工艺以热叠轧酸洗板为原料。因其产品质量差，成本高，污染环境，故于20世纪80年代先后被淘汰。1979年武钢从德国引进并建成了我国第1套产能为15万t/a的连续热镀锌机组。到20世纪90年代，我国连续镀锌生产获得较快发展，全国已有11套连续热镀锌机组，总产能已达182万t/a，镀锌板产量约占钢材总量的2%。 21世纪初，随着国民经济的快速发展，钢铁工业结构调整，扁平材比例增加，其中镀锌机组建设迅猛发展，攀钢、宝钢、鞍钢、武钢、马钢、本钢、邯钢、唐钢等都建设了热镀锌机组。这些国营特大型钢铁企业的经济实力雄厚，技术力量强，所建镀锌机组的生产技术均从国外引进，装备水平高，机组产能高(一般为35～50万t/a)，产品定位高。销售市场主要面向汽车、家电及优质建材。上述机组中有些机组为国营企业与外国公司合资，如宝钢与新日铁、阿塞勒合资建在宝钢四冷轧厂的45万t/a镀锌机组，鞍钢与德国蒂森-克虏伯合资建在大连开发区的产能40万t/a镀锌机组，广钢与JFE合资建在广东南沙的产能40万t/a镀锌机组，这些机组均以轿车面板为主打产品。 在此期间，民营企业也相继投资建设镀锌机组，投资者以钢材经销商为中坚力量，以建设单独镀锌机组为主。这些企业既熟悉原料卷采购，又有很多下游用户，对市场及经营都很有办法。也有一些资金更雄厚的民营企业家从全套冷轧厂建起，其建设的镀锌机组基本采用国内技术与设备，少数机组引进少量配件及单体关键设备，机组产能多在20万t/a以下，以10～15万t/a的机组居多，产品主要面向一般建材市场。其总体投资低，生产成本低，但也很有竞争力。 到2005年底，我国国营特大型钢铁企业(包括合资企业)可建成40余套高产能热镀锌机组，总产能将超过1500万t/a；民营企业将建成80余套热镀锌机组，总产能将近1500万t/a。在产能上，国营与民营企业几乎各占半壁江山；但从产品档次、质量、原料、能源供应，技术力量等方面综合来看，还是国营特大型钢铁企业实力更胜一筹。 根据中国钢铁工业协会统计，1999～2004年我国镀锌板产量分别为145、167、220、260、417万t，以平均每年23.5%的速率增长(该产量未包括民营企业生产的镀锌板)。1999～2003年镀锌板进口量以平均每年37 3%的速率递增，但2004年镀锌板进口量下降到435万t，比2003年下降102万t，这是空前的。1999～2003年间我国镀锌板出口量基本在10万t/a以下，年平均出口量为8.12万t，但2004年我国镀锌板出口量激增至52.2万t，是前5年平均出口量的6.4倍。2005年1季度比2004年1季度镀锌板生产量约增加40%；而镀锌板进口量锐减31%，出口量增加11.8%。 从上述数据可看出，我国钢铁结构调整到2004年已初见成效，深加工类镀锌板材的自给率提高，我国生产的热镀锌板开始走向国际市场。 热镀锌板生产技术发展趋势 热镀锌钢板生产技术发展趋势如下： (1)机组向高产能发展 20世纪90年代以来建设的热镀锌机组向高产能发展，全球产能在30万t/a以上的热镀锌机组约有60余套，总生产能力超过2800万t/a。 (2)机组专业化 生产汽车镀锌板与建材镀锌板采用不同类型的机组生产，机组工艺、单体设备配置及炉子选型更为合理，使投资效果明显，产品成本降低。 (3)强调基板表面清洁 近年来建成的汽车板镀锌机组基本选用碱液电解清洗及全辐射管加热炉的美钢联工艺，甚至在活套装置前后皆设置清洗段。为了降低投资，建材型镀锌机组多采用改良森吉米尔工艺，但机组多设置了清洗段，使基板表面更清洁，产品质量更好。 (4)采用塔式炉 采用塔式炉比卧式炉投资约高25%～30%，过去机组生产能力在30万t/a以上时，受炉长限制往往采用塔式炉，否则多选用卧式炉。20世纪90年代以后，生产厂更注重塔式炉的优点：炉子气密性好；炉辊数量少、寿命长；维护费用低；有利于改善板形；缩短炉长等。许多生产能力在25万t/a或更小的镀锌机组也选用了塔式炉。如法国索拉克钢铁公司1990年12月建成的产能25万t/a的热镀锌机组；卢森堡迪德朗日钢厂1991年9月建成的产能25万t/a热镀锌机组；美国加州的BHP镀铝锌机组等。我国也有数套新投产的热镀锌机组采用了塔式炉。 (5)不断提高加热炉的效能 利用加热废气预热带钢以节约能源，并可避免带钢变形；连续炉根据产品性能要求设置形式各异的冷却段；设置热张力调整辊，优化带钢的炉内张力；加热段设置高精度的防热翘曲辊，加热段增加感应加热器；采用鼓-抽式脉冲控制烧嘴、多级燃烧辐射管等加热技术，提高了烧嘴的调节范围和辐射管寿命，有利于加热的均匀性，并可降低NOx含量，利于环保；改进炉辊辊型设计及炉辊表面喷涂技术。 (6)不断改进镀锌设备 镀锌设备包括气刀，沉没辊、稳定辊及附属设备，锌锅及加锌设备等。多年来气刀制造商不断致力于改进气刀，方登、奥钢联、杜玛、柯勒等几家著名专业厂商生产的气刀各有特色，总的方向是使气刀能自动跟踪带钢，并与带钢保持稳定距离；使气刀能整体组装调整，有准确的定位机构；能实现对喷嘴区域压力稳定的动态控制；采用双唇回转气刀和更佳的刀唇间隙曲线，设置快速刀唇清理装置；设置气刀水平方向快、慢速打开及准确复位系统等，使气刀有了很大改进。沉没辊辊面流锌槽的形状、间距及轴承也都有所改进，提高了稳定性及寿命。锌锅多采用熔沟式陶瓷锌锅，锌锅容积趋向加大，以利于锌液稳定，现代大型机组通常沉没辊的下缘距锅底至少800mm，而生产汽车板的热镀锌机组锌锅容积应更大些。无芯锌锅的发展也较为成熟，SMS还开发了无沉没辊锌锅，根据电磁移动场形成磁流体动力学封闭原理设计出垂直型锌锅，带钢垂直从锌锅内的锌液中穿过，锌锅内无任何易腐蚀件。这种技术已完成工业试验阶段，并已获得韩国东部制钢的订单，引起业内人士的关注。 (7)性能更佳的平整效果 采用四辊光整机，设有干、湿2种平整工艺、大、小2种直径工作辊；并且工作辊辊面采用喷丸或电子束毛化处理，以满足对延伸与表面光洁度的不同要求。对于不同品种的产品，采用光整机与拉矫机不同的配合方式，可获得良好的效果。 (8)完善的后处理工艺 根据用户不同的需求，可采用钝化处理、磷化处理、合金化处理或涂敷有机涂层。目前正不断开发研制更好的钝化剂配方。目前钝化处理主要采用铬酸盐，但添加了氟化物、磷酸等活化剂，从而可获得较厚的铬酸盐膜；当钝化液中有氟化物时，可加速钝化膜的形成，并使钝化膜细致光亮；在无毒或低毒的无机缓蚀剂作为钝化剂的研究中，无毒的水溶性丙烯酸树酯中加入了少量钼酸盐和磷酸盐得到了一种钝化液(即ACM)，用来代替有毒的铬酸盐进行钝化处理，可推迟镀锌层产生白锈的时间，其抗蚀性已接近铬酸盐钝化水平，虽然目前该技术还未十分成熟，但出于环保考虑，无铬钝化取代铬酸盐钝化已是大势所趋。采用经过磷化处理的热镀锌钢板可代替传统的电镀锌钢板用在家电外板上，其既可延长产品寿命，又能降低材料成本。热镀锌机组在线磷化处理很具有发展潜力。耐指纹处理及无机润滑膜、有机润滑膜的应用均为研究热点。 (9)发展锌合金镀层 锌合金镀层钢板比镀锌钢板具有更优越的性能，因此其生产比例逐年提高，其中发展较快的有铝锌合金镀层(Galvalume)、锌铝合金镀层(Galfan)及锌铁合金镀层(Galvanneal)。最近日新制钢又开发了镀锌铝镁合金镀层(ZAM)，其耐蚀性为传统镀锌板的10倍。 铝锌合金、锌铝合金镀层钢板比一般热镀锌板具有更好的耐蚀性、涂装性、成型性等，适用于建材、轻工等行业。锌铁合金镀层钢板比锌铝合金、铝锌合金镀层钢板具有更好的涂装性、涂后耐蚀性及焊接性，因而广泛用于汽车制造业。 为适应锌合金镀层钢板生产，镀锌机组多采用升降移动式双镀锅，以便能快速更换镀层种类。1998年美国应达公司研制的无芯锌锅投产，这种锌锅能耗低、投资少，很适于合金镀层生产。锌铁合金扩散炉趋向于加热段采用高频感应加热，均热段采用电阻加热，从而实现了按优化曲线退火，可更精确地控制镀锌层中的铁含量。 (10)发展无锌花钢板 用无铅镀锌可生产无锌花钢板，这种镀层可减少晶间腐蚀，因而其使用寿命长，有利于环保，适用于汽车制造业并适于作为彩涂基板。几年前欧洲就已停止生产普通锌花钢板，所以无锌花钢板生产具有明显的发展趋势。 (11)发展超深冲、高强度钢镀锌板 生产汽车用重深冲、超深冲级热镀锌板，皆采用IF钢，连续炉不设过时效段，简化了炉体结构及生产控制；生产企业着重开发高强度钢热镀锌板，通常高强度钢中Si、Mn含量较高，不利于锌层粘着，通过化学成分的调整，特别是添加Mo元素实现了低Si含量双相钢镀锌板及双相钢镀锌合金化板的成功生产；用Al替代Si得到的TRIP热镀锌钢板，与传统的CMnSi型TRIP钢相当，但Al元素的添加给炼钢与热轧工序带来一些问题，而该问题正在解决。 (12)生产超薄镀层板 近年来气刀等设备经不断改进，可生产出镀层为25～30g/m2双面热镀锌板，该板多用于电器行业，可取代部分电镀锌或部分电镀锡钢板。 (13)单面热镀锌板日趋减少 单面热镀锌工艺较烦琐，且生产成本高，因而趋向以单面电镀锌板或双面差厚热镀锌板取代。 (14)重视发展热轧热镀锌板 随着人们对节能经济材的重视及薄板坯连铸连轧生产的发展，可生产出更多薄规格的热轧带卷，热轧热镀锌板生产得到重视和发展，其产品主要应用于建筑领域，作为钢结构件、电缆架、通风管道、粮仓等。目前全世界热轧热镀锌板约占镀锌板总产量的8%～9%，我国邯钢、唐钢等企业均已建成热轧热镀锌机组。 (15)自动化控制水平愈来愈高 全线采用计算机控制，可实现对机组全线速度、张力、轧件对中，炉子各段温度、炉内气氛，锌锅温度最佳化及镀层厚度闭环控制等<