熱軋板鋅鋁鎂機組的設(shè)計要點

楊柏松

(重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司，重慶 401122)

鋅鋁鎂技術(shù)在近年來突飛猛進，鋅鋁鎂產(chǎn)品的配方也多有不同，根據(jù)用途的不同出現(xiàn)了兩種極端的發(fā)展方向，包括畜牧用鋅鋁鎂和環(huán)境用鋅鋁鎂，尤其是環(huán)境用鋅鋁鎂的未來發(fā)展缺口較大，以高速路護欄為例，現(xiàn)有的高速路護欄，多采用熱軋板先成型后浸鍍的方法進行，除鍍層在使用過程找會污染環(huán)境外，鍍層的防腐性能、抗剝落性都存在不少問題；而熱鍍鋅鋁鎂鋼板的合金鍍層是由鋅(Zn)、鋁(Al)、鎂(Mg)高溫固化形成，其顯微結(jié)構(gòu)由Zn、Al和MgZn2的致密三元共晶組織構(gòu)成，從而使鋼板表面形成一層致密的、有效防止腐蝕因子穿透的屏障，具有良好的抗腐蝕性能。

通常在較惡劣的環(huán)境下使用，如光伏支架、太陽能模組支架、大型變電站、配電箱、開關(guān)柜、電氣柜、電纜橋架、蒸發(fā)式冷凝器(塔)、中央空調(diào)通風(fēng)管道、建筑領(lǐng)域、汽車領(lǐng)域等，因此環(huán)境用鋅鋁鎂兼顧了建材、海洋用鋼以及少量家電用途。

針對環(huán)境鋅鋁鎂對耐環(huán)境腐蝕性、抗剮蹭能力、成型性能、防靜電、耐高溫、涂層性能等諸多要求外，最明顯的特征就是板厚，板厚多集中在3～5 mm，這一厚度是絕大多數(shù)機組無法滿足的，因此亟待開發(fā)這種板厚超過3 mm的鋅鋁鎂專用機組。

1 熱軋板生產(chǎn)鋅鋁鎂的生產(chǎn)工藝選擇

熱軋板鋅鋁鎂機組首先定義為環(huán)境用鋅鋁鎂，因此配方也是遵循5%～11%Al、3%Mg、其余為Zn的配方，需要仔細研究其鍍后冷卻的過程，其冷卻過程如圖1所示。

圖1 環(huán)境用鋅鋁鎂的鍍后冷卻過程

根據(jù)圖1所述，正是由于MgZn2的產(chǎn)生提高了傳統(tǒng)的鋅鋁鎂產(chǎn)品的抗石擊性和抗腐蝕性，同Mg2Zn11的包晶組織破壞了傳統(tǒng)的鋅花尺寸，也是防腐性能惡化的源泉，因此整個鍍后冷卻的工藝過程都是圍繞圖1進行的。冷卻過程分為形核和出花兩個階段，需要仔細計算冷卻速度，對上述過程分別控制冷卻速度。

2 熱軋板生產(chǎn)鋅鋁鎂的機組配置選擇

熱軋板鋅鋁鎂機組的選擇，首先是熱軋板涂鍍的生產(chǎn)工藝，這一設(shè)計一開始就存在2種不同的生產(chǎn)要求。

1)傳統(tǒng)的熱軋板鋅鋁鎂生產(chǎn)工藝

傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝是將熱軋板的酸洗和涂鍍分開的，這樣的機組，會出現(xiàn)酸洗后的熱軋板在庫房短暫存放的可能，在上機組時，有可能需要對鋼板進行表面還原，因此除了涂鍍要求的溫度以外，還需要達到金屬還原溫度，達到傳統(tǒng)涂鍍溫度后需要繼續(xù)提溫，以滿足鋼板表面還原的要求。也就是說這條機組最明顯的特征就是爐子板面具有較強的還原能力。該涂鍍層機組設(shè)計可適應(yīng)冷軋板、熱軋板兼顧的機組。

2)專用的熱軋板鋅鋁鎂生產(chǎn)工藝

主要設(shè)備包括開卷機、焊機、酸洗、平整拉矯(卷取)、加熱爐、鋅鍋、冷卻段、光整拉矯、輥涂、卷取、涂油等，這一生產(chǎn)工藝因為鋼板不存在停放的問題，對爐子的板面還原能力的要求就低多了。但涂鍍層機組設(shè)計不能適應(yīng)冷軋板，但可以成為熱軋板涂鍍的專用機組。

3)熱軋板鋅鋁鎂鍍層本身的選擇

包括配方為5%～11%Al、3%Mg、其余為Zn的配方，根據(jù)圖1的鍍后冷卻過程，首先是形核的過程及MgZn2的生成過程，然后是出花及可能形成Mg2Zn11的生成過程，同時板厚對整個上行冷卻器的設(shè)計提出來較高的要求，使其達到滿意的冷卻速度。因此冷卻分為2個階段，為盡可能早的確立形核過程，第一階段的冷卻需要盡可能地靠近液面，必要時根據(jù)板厚可以調(diào)整冷卻器的高度；同時第二階段形成包晶組織Mg2Zn11是需要時間的，這樣最大限度提高冷速就成為防止生產(chǎn)Mg2Zn11的有效手段，第二階段的冷卻應(yīng)該最大限度提高冷卻器的冷卻能力。

4)熱軋板超厚對耐指紋涂層的要求

熱軋板鋅鋁鎂專用耐指紋涂機如圖2所示。在無法保證板面平整度和整體強度的條件下，對耐指紋滾涂部分的要求和薄板線發(fā)生完全不同的變化，首先輥涂機的設(shè)計采用立式上行的設(shè)計不再合適了，單水平布置也需要涂機完全適用板性的變化，涂輥和鋼板之間的控制完全采用壓力傳感器閉環(huán)控制才能滿足要求。

圖2 熱軋板鋅鋁鎂專用耐指紋涂機

5)傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的熱軋板鋅鋁鎂機組爐區(qū)的設(shè)計要求

傳統(tǒng)的機組混合了熱軋板和冷軋板的生產(chǎn)，最大的特征就是針對冷軋板設(shè)計清洗段，爐區(qū)功能可以將熱軋板帶加熱到670 ℃，以實現(xiàn)表面還原；同時也適應(yīng)冷軋板，可以將冷軋板帶進入到750 ℃或者780 ℃，然后通過爐內(nèi)保護氣體冷卻器冷卻到鋅鋁鎂要求的涂鍍溫度。

6)酸洗+涂鍍的熱軋板鋅鋁鎂機組爐區(qū)的設(shè)計要求

酸洗+涂鍍的熱軋板鋅鋁鎂機組最大特征是酸洗段和爐區(qū)、涂鍍工藝區(qū)結(jié)合在一起，爐爐區(qū)功能將熱軋板帶加熱到600 ℃，不需要表面還原，因此也無法適應(yīng)冷軋板，但爐內(nèi)冷卻段的設(shè)計需要保證涂鍍層的溫度均勻性。

因此在爐區(qū)的供熱方式上就有了不同的選擇，在鋼板沒有超過居里點前，感應(yīng)加熱被認為是高效的，同時根據(jù)電耗的指標，電費低于0.54元/度時同傳統(tǒng)的燃氣加熱相比就是合算的，因此很多狀況下更推薦用感應(yīng)加熱。

但感應(yīng)加熱的設(shè)計帶來了沿帶鋼寬度方向的斷面溫差，因此為消除這一弱點，感應(yīng)加熱采用了橫磁、縱磁等方法，但都不如加熱到略高于涂鍍溫度通過冷卻器降溫的調(diào)整方式；同時增加足夠長的均衡段同樣也是解決溫度均勻性的有效手段。

7)全線輥道和水淬槽的處理

根據(jù)熱軋板的性能，6 mm理論計算最小的輥徑采用1 200 mm、塔頂輥輥徑為1 800～2 000 mm、冷卻塔后輥徑采用1 500 mm的設(shè)計；而沉沒輥輥徑因為包角小，采用1 000～1 200 mm較合適。

同時沉沒輥的質(zhì)量必須考慮鋅鍋內(nèi)鍍液容重的影響。

該機組無疑會產(chǎn)生較多鋅皮，對水淬槽的影響較大，因此在進入水槽前的設(shè)計優(yōu)化采用轉(zhuǎn)向輥的設(shè)計，這樣下行通道躲開了水淬槽，便于在水淬槽外部清理鋅皮；第二種設(shè)計是設(shè)計145°的轉(zhuǎn)向輥設(shè)計，將水淬槽出口部分敞開，便于鋅皮的清理。

3 結(jié) 論

感應(yīng)加熱完全適用于熱軋板鍍鋅、鍍鋅鋁鎂機組的要求，前提是電費低于0.54元/度，在節(jié)約燃料費的基礎(chǔ)上大幅度節(jié)約機組占地。

酸洗+鋅鋁鎂涂鍍的聯(lián)合機組在生產(chǎn)工藝上不同于傳統(tǒng)的熱軋板鍍鋅、鍍鋅鋁鎂機組，但應(yīng)該重點解決沿帶鋼寬度方向的溫度均勻性。

熱軋板熱鍍鋅非常適合環(huán)境用鋅鋁鎂，必將取代傳統(tǒng)的浸入式鍍鋅產(chǎn)品。

最核心的是鍍后上行冷卻器，嚴格滿足鍍層形核和出花的不同階段對冷卻速度的要求。