热轧板锌铝镁机组的设计要点

杨柏松

(重庆赛迪热工环保工程技术有限公司，重庆 401122)

锌铝镁技术在近年来突飞猛进，锌铝镁产品的配方也多有不同，根据用途的不同出现了两种极端的发展方向，包括畜牧用锌铝镁和环境用锌铝镁，尤其是环境用锌铝镁的未来发展缺口较大，以高速路护栏为例，现有的高速路护栏，多采用热轧板先成型后浸镀的方法进行，除镀层在使用过程找会污染环境外，镀层的防腐性能、抗剥落性都存在不少问题；而热镀锌铝镁钢板的合金镀层是由锌(Zn)、铝(Al)、镁(Mg)高温固化形成，其显微结构由Zn、Al和MgZn2的致密三元共晶组织构成，从而使钢板表面形成一层致密的、有效防止腐蚀因子穿透的屏障，具有良好的抗腐蚀性能。

通常在较恶劣的环境下使用，如光伏支架、太阳能模组支架、大型变电站、配电箱、开关柜、电气柜、电缆桥架、蒸发式冷凝器(塔)、中央空调通风管道、建筑领域、汽车领域等，因此环境用锌铝镁兼顾了建材、海洋用钢以及少量家电用途。

针对环境锌铝镁对耐环境腐蚀性、抗剐蹭能力、成型性能、防静电、耐高温、涂层性能等诸多要求外，最明显的特征就是板厚，板厚多集中在3～5 mm，这一厚度是绝大多数机组无法满足的，因此亟待开发这种板厚超过3 mm的锌铝镁专用机组。

1 热轧板生产锌铝镁的生产工艺选择

热轧板锌铝镁机组首先定义为环境用锌铝镁，因此配方也是遵循5%～11%Al、3%Mg、其余为Zn的配方，需要仔细研究其镀后冷却的过程，其冷却过程如图1所示。

图1 环境用锌铝镁的镀后冷却过程

根据图1所述，正是由于MgZn2的产生提高了传统的锌铝镁产品的抗石击性和抗腐蚀性，同Mg2Zn11的包晶组织破坏了传统的锌花尺寸，也是防腐性能恶化的源泉，因此整个镀后冷却的工艺过程都是围绕图1进行的。冷却过程分为形核和出花两个阶段，需要仔细计算冷却速度，对上述过程分别控制冷却速度。

2 热轧板生产锌铝镁的机组配置选择

热轧板锌铝镁机组的选择，首先是热轧板涂镀的生产工艺，这一设计一开始就存在2种不同的生产要求。

1)传统的热轧板锌铝镁生产工艺

传统的生产工艺是将热轧板的酸洗和涂镀分开的，这样的机组，会出现酸洗后的热轧板在库房短暂存放的可能，在上机组时，有可能需要对钢板进行表面还原，因此除了涂镀要求的温度以外，还需要达到金属还原温度，达到传统涂镀温度后需要继续提温，以满足钢板表面还原的要求。也就是说这条机组最明显的特征就是炉子板面具有较强的还原能力。该涂镀层机组设计可适应冷轧板、热轧板兼顾的机组。

2)专用的热轧板锌铝镁生产工艺

主要设备包括开卷机、焊机、酸洗、平整拉矫(卷取)、加热炉、锌锅、冷却段、光整拉矫、辊涂、卷取、涂油等，这一生产工艺因为钢板不存在停放的问题，对炉子的板面还原能力的要求就低多了。但涂镀层机组设计不能适应冷轧板，但可以成为热轧板涂镀的专用机组。

3)热轧板锌铝镁镀层本身的选择

包括配方为5%～11%Al、3%Mg、其余为Zn的配方，根据图1的镀后冷却过程，首先是形核的过程及MgZn2的生成过程，然后是出花及可能形成Mg2Zn11的生成过程，同时板厚对整个上行冷却器的设计提出来较高的要求，使其达到满意的冷却速度。因此冷却分为2个阶段，为尽可能早的确立形核过程，第一阶段的冷却需要尽可能地靠近液面，必要时根据板厚可以调整冷却器的高度；同时第二阶段形成包晶组织Mg2Zn11是需要时间的，这样最大限度提高冷速就成为防止生产Mg2Zn11的有效手段，第二阶段的冷却应该最大限度提高冷却器的冷却能力。

4)热轧板超厚对耐指纹涂层的要求

热轧板锌铝镁专用耐指纹涂机如图2所示。在无法保证板面平整度和整体强度的条件下，对耐指纹滚涂部分的要求和薄板线发生完全不同的变化，首先辊涂机的设计采用立式上行的设计不再合适了，单水平布置也需要涂机完全适用板性的变化，涂辊和钢板之间的控制完全采用压力传感器闭环控制才能满足要求。

图2 热轧板锌铝镁专用耐指纹涂机

5)传统生产工艺的热轧板锌铝镁机组炉区的设计要求

传统的机组混合了热轧板和冷轧板的生产，最大的特征就是针对冷轧板设计清洗段，炉区功能可以将热轧板带加热到670 ℃，以实现表面还原；同时也适应冷轧板，可以将冷轧板带进入到750 ℃或者780 ℃，然后通过炉内保护气体冷却器冷却到锌铝镁要求的涂镀温度。

6)酸洗+涂镀的热轧板锌铝镁机组炉区的设计要求

酸洗+涂镀的热轧板锌铝镁机组最大特征是酸洗段和炉区、涂镀工艺区结合在一起，炉炉区功能将热轧板带加热到600 ℃，不需要表面还原，因此也无法适应冷轧板，但炉内冷却段的设计需要保证涂镀层的温度均匀性。

因此在炉区的供热方式上就有了不同的选择，在钢板没有超过居里点前，感应加热被认为是高效的，同时根据电耗的指标，电费低于0.54元/度时同传统的燃气加热相比就是合算的，因此很多状况下更推荐用感应加热。

但感应加热的设计带来了沿带钢宽度方向的断面温差，因此为消除这一弱点，感应加热采用了横磁、纵磁等方法，但都不如加热到略高于涂镀温度通过冷却器降温的调整方式；同时增加足够长的均衡段同样也是解决温度均匀性的有效手段。

7)全线辊道和水淬槽的处理

根据热轧板的性能，6 mm理论计算最小的辊径采用1 200 mm、塔顶辊辊径为1 800～2 000 mm、冷却塔后辊径采用1 500 mm的设计；而沉没辊辊径因为包角小，采用1 000～1 200 mm较合适。

同时沉没辊的质量必须考虑锌锅内镀液容重的影响。

该机组无疑会产生较多锌皮，对水淬槽的影响较大，因此在进入水槽前的设计优化采用转向辊的设计，这样下行通道躲开了水淬槽，便于在水淬槽外部清理锌皮；第二种设计是设计145°的转向辊设计，将水淬槽出口部分敞开，便于锌皮的清理。

3 结 论

感应加热完全适用于热轧板镀锌、镀锌铝镁机组的要求，前提是电费低于0.54元/度，在节约燃料费的基础上大幅度节约机组占地。

酸洗+锌铝镁涂镀的联合机组在生产工艺上不同于传统的热轧板镀锌、镀锌铝镁机组，但应该重点解决沿带钢宽度方向的温度均匀性。

热轧板热镀锌非常适合环境用锌铝镁，必将取代传统的浸入式镀锌产品。

最核心的是镀后上行冷却器，严格满足镀层形核和出花的不同阶段对冷却速度的要求。