涂镀层板生产与发展研究之三 ——热镀锌板

我国热镀锌板生产发展概况

　　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年武钢从德国引进建成了我国第1套产能15万t／a的连续热镀锌机组，此后20年间我国宽带热镀锌发展缓慢，80年代宽带热镀锌板年产量很低，到了上个世纪90年代，陆续建设了10余套连续镀锌机组，连续镀锌生产获得较快发展。全国共有11套连续热镀锌机组，总产能已达182万t／a。

　　到了本世纪初，随着国民经济快速发展，钢铁工业结构调整，扁平材的比例增加，其中热镀锌机组的建设获得突飞猛进的发展。在国营特大型钢铁企业，如宝钢、鞍钢、武钢、马钢、本钢、邯钢、唐钢等都建设了热镀锌机组，他们经济实力雄厚，技术力量强，所建镀锌机组技术从国外引进，装备水平高，机组产能高，产品定位高，销售市场主要面向汽车、家电及优质建材。其中有些机组为国营企业与国外合资，如宝钢与新日铁、阿塞洛合资建在宝钢四冷轧的45万t／a的镀锌机组，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。

　　这期间民营企业也相继投资建设热镀锌机组，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，他们熟悉原料卷采购，有很多下游用户，对市场及经营都很有办法。资金更雄厚的民营企业家也有将全套冷轧厂建起。这些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。总体投资低，生产成本低，也很具有竞争力。

　　2005年我国国营特大型钢铁企业(包括合资企业)拥有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。从镀锌板产能看，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、技术力量等各方面来看，当然还是国营特大型钢铁企业实力更胜一筹。

　　我国热镀锌板生产存在的问题

　　低产能机组过多： 我国近年建设的产能20万t／a以下的热镀锌机组过多，有的机组设计产能只有10万t／a或更小。这些机组也要配套全部公辅设施，占用土地多；造成环保问题分散处理，难题较多；产品质量不高；对国家资源造成浪费。

　　汽车型镀锌机组产能过剩： 近年宝钢、鞍钢－蒂森克虏伯、武钢、本钢、马钢、广钢—JFE等都建设了汽车型镀锌机组，加上拟建中的机组，总产能超过500万t／a，假设机组产能的60％生产轿车面板，则可生产360万t／a。2005年我国计划生产轿车228万辆，需板材134万t，其中镀锌板仅有50万t；到2010年我国计划生产400万辆轿车，需板材226万t，其中镀锌板仅有86万t。而目前建设(包括拟建)这么多汽车型镀锌机组，若过剩的汽车镀锌板不能出口，只好生产建材板，一套汽车型镀锌机组的投资是同样产能建材型的4~5倍，只用来生产一些建材镀锌板很不经济。

　　缺少建材锌合金镀层板： 这些年建成的汽车型镀锌机组基本都配置了锌铁合金化炉，锌铁合金镀层板产能已不缺乏；宝钢、攀钢、新大中等均建设了铝锌(galvalume)或兼镀铝锌机组，但产量不多；而建材用锌铝(galfan)合金镀层板在国内还不能生产，这些建材锌合金镀层板具有很优越的性能，在国外已有不小的生产份额，我国缺少这类建材锌合金镀层板。

　　使用外购原料机组多： 国内已建成的许多单独镀锌机组几乎都需使用外购镀锌基板，外购基板还消耗了大量包装材及运费。

　　布局不均衡： 我国近年虽然建设了百余套镀锌机组，但基本建在我国东部，集中在上海，江苏、河北，辽宁、湖北、山东、浙江、四川、福建等省市，约占总产能的90％以上，还有一多半的省市没有一套宽带热镀锌机组，分布极不均衡。

　　产品质量不尽人意： 现在镀锌板市场不够规范，不少企业标准意识淡薄，为了降低生产成本，一再降低镀锌层厚度，锌层厚度又决定了其使用寿命。通常建材室外用锌层重量为275g/m2，镀层厚度20um，寿命为20年，但目前市场上的镀锌板锌层多为150～200g/m2，甚至80～100g/m2，这使室外用镀锌板建筑物的寿命大打折扣，给用户带来了重大损失；家电用非铬钝化镀锌板尚处于开发阶段，未形成商业化生产能力。　
　　热镀锌板生产技术发展趋势

　　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）趋向采用塔式炉

　　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）炉子有多项改进

　　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）选用性能更佳的平整机

　　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）不断完善后处理

　　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）发展锌合金镀层板

　　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