涂镀层钢板技术的发展（上）
2002-09-05 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
1、前言
为防止钢材腐蚀，对钢材表面涂镀是使用得最悠久、最广泛、最有效的方式，其中对薄钢板(主要是冷轧薄板)涂镀应用得最普遍。生产量较大的涂镀层钢板有热镀锌板、电镀锌板、镀锡板、彩涂板、热镀铝板、热镀铅板等品种。
这些涂镀层钢板能增强耐腐蚀能力，美化产品外观，减轻产品自重，有利后部工序加工，降低制造成本，减少环境污染等，深受用户的喜爱与欢迎。涂镀层钢板已发展成非常重要的钢材品种。
本文仅就生产量最大的几种涂镀层板生产概况及技术发展进行探讨。
2、涂镀层板生产概况
2.1 世界涂镀层钢板的生产概况
20世纪90年代末镀锌板年产量约8000万t，镀锡板年产量约1500万t，彩涂板年产量约1000万t，加上其他少量涂镀层板，总生产量已超过10000万t，占世界钢材总产量的13％左右。
目前世界主要产钢国家涂镀层商品板卷产量已超过冷轧商品板卷的产量，并稳定在一个较高的比例上，以钢材总产量仅次于中国的美国、日本的冷轧板、涂镀层板为例，1995-1998年美国冷轧商品板卷占钢板总量的13.7％-14.9％，同期涂镀层商品板卷占钢材总量的20.7％-22.5％；1995-1998年日本冷轧商品板卷占钢材总量的6.3％-9.5％，同期涂镀层商品板卷产量占钢材总量的15.7％-16.8％。详见表1、表2。
表1 美国冷轧板、涂镀层板的比例
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项目 |
1995年 | 1996年 | 1997年 | 1998年 | ||||
| 万t | % | 万t | % | 万t | % | 万t | % | |
| 钢材总量 | 8844.5 | 100.0 | 9151.5 | 100.0 | 9603.3 | 100.0 | 9291.4 | 100.0 |
| 其中：冷轧板 | 1209.8 | 13.7 | 1365.2 | 14.9 | 1300.1 | 13.5 | 1358.4 | 14.6 |
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镀锡板 |
357.6 | 4.0 | 372.7 | 4.1 | 368.0 | 3.8 | 339.6 | 3.7 |
|
镀锌板 |
1321.5 | 14.9 | 1373.9 | 15.0 | 1474.2 | 15.5 | 1559.9 | 16.8 |
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其他涂镀层板1) |
157.1 | 1.8 | 160.0 | 1.7 | 185.9 | 1.9 | 195.6 | 2.1 |
| 涂镀层板合计 | 1836.2 | 20.7 | 1906.6 | 20.8 | 2032.1 | 21.2 | 2095.1 | 22.5 |
表2 日本冷轧板、涂镀层板的比例
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项目 |
1995年 | 1996年 | 1997年 | 1998年 | ||||
| 万t | % | 万t | % | 万t | % | 万t | % | |
| 钢材总量 | 9335.9 | 100.0 | 9211.2 | 100.0 | 9611.9 | 100.0 | 8717.0 | 100.0 |
| 其中：冷轧板 | 886.9 | 9.5 | 780.0 | 8.5 | 752.6 | 7.8 | 549.8 | 6.3 |
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镀锡板 |
170.8 | 1.8 | 159.5 | 1.7 | 155.5 | 1.6 | 148.9 | 1.7 |
|
镀锌板 |
1120.0 | 12.0 | 1091.2 | 11.8 | 1199.0 | 12.5 | 1088.3 | 12.5 |
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其他涂镀层板1) |
203.8 | 2.2 | 205.1 | 2.2 | 221.7 | 2.3 | 225.5 | 2.6 |
| 涂镀层板合计 | 1494.6 | 16.0 | 1455.8 | 15.7 | 1576.2 | 16.4 | 1462.7 | 16.8 |
2.2 我国涂镀层板生产概况
我国涂镀层钢板生产起步晚，20世纪90年代以来发展速度很快，但涂镀层产品总体水平不高，产品多为档次不高的大路货，产量也不大，2000年涂镀层钢板仅占钢材总量的2.4％，详见表3。
表3 我国冷轧板、涂镀层板的比例
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项目 |
钢材总量 |
冷轧板 |
镀锡板 |
镀锌版 |
其他涂镀层板 |
涂镀层板合计 |
| 产量/万t | 12800 | 630 | 101 | 167 | 40 | 308 |
| 比例/% | 100 | 4.9 | 0.8 | 1.3 | 0.3 | 2.4 |
涂镀层钢板生产分布很不均衡，集中在华东、中南、东北地区；华北、西南生产数量很少，幅原辽阔的西北地区涂镀层钢板生产还是空白。
3、涂镀层钢板技术发展总趋势
(1)强调前工序。若想获得高品质的涂镀层钢板，必须有品质良好的基板，采用铁水预处理，大型转炉及炉外精炼(多采用RH-KTB)，精确控制钢水成分、夹杂物及脱气，生产出纯净钢无缺陷连铸坯，尺寸公差小、板形好的热轧原料卷。
(2)专业化冷轧生产。针对不同的涂镀层钢板，配备不同的专用冷轧设备，如生产镀锡板采用辊面1200-l400 mm冷连轧机，镀锡板型连续退火，双机架平整或二次冷轧机等设备；生产汽车用电镀锌板，则选择辊面2000mm左右的冷连轧机讧配备适于生产高强度及重深冲型板的连续退火等设备。
(3)涂镀设备高产能。无论生产哪种涂棱层板，机组均向高产能发展，高产能机组具有吨材投资低，占地面积小，有利于解决环保问题等优点。
(4)注重高品质多品种。涂镀层生产注重产品品质的提高，品种多样化。一些钢铁强国特别致力于开发生产技术含量高的产品，使产品品种多样化，满足市场需求。
4、几种涂镀层钢板生产技术的发展
4.1 镀锡板
4.1.1 镀锡板生产工艺
不同的电镀锡工艺区别主要在工艺段，采用成分不同的电镀液，并由此引起镀槽结构及电流密度等不同。
电镀锡工艺有碱性法、卤素法（也称哈罗根法）与酸性法3种，其中酸性法又分为弗洛斯坦法与拉塞斯泰茵法。
由于碱性工艺效率低，因此遭淘汰，新建镀锡机组多采用弗洛斯坦法，全世界有百余套这种工艺的机组在生产，卤素法次之，约有30套机组在生产。目前我国有3套卤素法镀锡机组，1套拉塞斯坦茵法镀锡机组，基余均为弗洛斯坦法镀锡机组。
4.1.2镀锡板生产的总趋势
（1）合理的工艺选型。新建镀锡机多采用弗洛斯坦法，全世界已建有百余套，该工艺防腐要求不高，工艺成熟稳定，易于掌握，哈罗根法次之。
(2)镀锡板厚度减薄。厚度0.1-0.12 mm的镀锡板在旋入式密封盖与深冲扁形罐盒方面已实用化，饮料罐采用拉伸工艺后，镀锡板厚度可减至0.08mm。
(3)镀层厚度减薄。近年来很少使用100号、75号镀锡板，大量使用25号镀锡板，而且许多镀锡板生产厂家都在致力研究超薄镀层镀锡板。我国宝钢生产的DI镀锡板镀锡层厚度仅为2.8-1.8g/m2。
(4)无锡钢板比例增加。无锡钢板即镀铬钢板，其工艺与镀锡板相似，用途与镀锡板相近，但成本明显低于镀锡板，这是由于世界锡资源短缺而开发出来的镀锡板代用品。
这些年无锡钢板产量逐年增加，以镀锡板第二大生产国日本为例，1996年无锡板占镀锡板总产量的49.5％，1997年的产量超过镀锡板产量，占镀锡板总产量的51.7％。
(5)高速高精度剪切。配有高速定尺剪切机组，剪切速度达300m/min以上，并配有与制罐厂布料相吻合的花样模具剪切花边板，以节约用料，剪切精度高，长度公差可达0.15-0.18mm，宽度剪切精度为0％-0.12％，直角精度偏差<1°。剪切机组还配有测厚仪及针孔检测仪。
(6)致力DI罐的生产，增加啤酒、饮料罐市场份额。
4.1.3 镀锡生产新技术
(1)采用高密度电流清洗。根据机组速度选用不同类型的高密度电流电解清洗段，对采用二次冷轧板做原料的机组采用两段电解清洗，中间设有喷洗段来代替刷洗段，减少维修量。
(2)采用拉伸矫直机。设置拉伸矫直机，改善带钢板形，使浪形高度不超过1.5 mm，急峻度不大于0.6％。
(3)使用不溶性阳极。使用镀铂钛阳极，由于阳极为不溶性材料，消除了由于极板溶解引起阴阳极间距变化而造成锡层分布不均匀；阳极寿命至少10个月，这省去了频繁更换与铸造锡阳极；带钢与阳极的距离相应减少，可降低电耗；并便于设置镀槽废气收集系统。
(4)采用边缘罩。采用可调的边缘罩，与带钢宽度相配合，防止边部镀层增厚，保证镀层更均匀。
(5)电镀液浓度控制。配合不溶性阳极技术，使用X荧光分析仪，将实际含量与给定含量比较得出浓度补充量，控制氧气吹入量，达到控制锡的溶解速度，使电镀液浓度稳定。
(6)高频感应加热软熔。采用高频感应(频率达100-200kHz)加热软熔。
(7)在线微小缺陷检测。采用激光表面检测和漏磁微小夹杂检测，可测出90％的表面缺陷；能在带钢高速运行时检查出5X10-4mm3内部微小夹杂。
(8)发展极薄合金锡镀层板。目前世界许多国家都在发展极薄合金锡镀层钢板，镀层厚度为0.5-0.8g/m2，甚至更薄，这种极薄镀层板具有良好的焊接性，高的耐蚀性，并对漆有很好的附着性。最有代表性的有几种：①铁镍锡合金镀层板；②铁锡合金镀锡钢板；③锌锡合金镀层板。
4.1.4我国镀锡板生产概况
20世纪90年代以来我国镀锡板生产发展很快，目前生产能力已达150万t/a，生产量逐年提高，2000年镀锡板总产量已突破100万t。镀锡板生产厂家中以宝钢1420冷轧厂实力最强，该厂1998年3月投产，是镀锡板专业生产厂，建有酸洗-冷轧联合机组，专门生产薄规格的冷轧卷，镀锡基板专用连续退火机组，准备机组，2套设计能力各20万t/a的镀锡机组及高精度镀锡板剪切机组。
宝钢1420冷轧厂具有生产DI罐镀锅板能力，年产约2万t，由宝翼制罐厂制成二片罐，质量不错，投放市场受到用户好评。此外，该厂还能生产薄规格宽镀锡板0.28mmXll62mm，这标志着我国镀锡板生产迈上了新台阶。
虽然我国镀锡板生产发展很快，镀锡板的自给率约为80％，但镀锡板生产仍存在如下问题：
(1)缺少镀锡基板。能自供镀锡基板的企业不多，大部分要依靠进口，不但使生产成本高，还要受进口配额限制，削弱了竞争能力。目前国内有的企业生产的镀锡基板质量不尽人意；
(2)产品质量还需提高。有些企业产品质量不稳定，包括厚度公差、平直度、镀层均匀度、剪切精度、表面光洁度、硬度等与进口板有差距；
(3)缺乏高品质镀锡板。仅宝钢能生产DI罐镀锡板，其他厂均不能生产；
(4)缺少镀铬钢板生产。镀铬钢板也称无锡钢板，其工艺与镀锡板相似，镀铬钢板成本约低10％，镀层附着力强，印刷性好，无毒，耐硫化性好；其加工成型性及机械强度与镀锡板大致相同，但焊接性能差，可替代无焊接要求的镀锡板。一般使用无锡板制鱼、肉罐头，二片罐罐顶，杂罐及瓶盖等，很有市场竞争力。目前仅广东中山中粤马口铁公司有镀铬板生产。
4.2 热镀锌板
4.2.1 热镀锌生产工艺
目前世界上应用最普遍的热镀锌工艺有如下两种。
(1)改良森吉米尔工艺。该工艺使用冷轧未退火钢卷做原料，带钢通过燃气直火加热的预热炉(也称NOF炉)，控制炉内空气过剩系数小于1，达到无氧化。控制炉温在1250℃左右，靠火焰去除带钢表面残留轧制油。接着带钢进入退火炉，该段炉气含H225％，N2 75％，仍为还原气氛，带钢退火后进入冷却调温段，使带钢温度达到500℃左右，在保护气中进入锌锅热镀。采用改良森吉米尔工艺，机组产量高、产品质量好、能耗低、安全，该工艺问世后发展很快。
(2)美钢联工艺。其在线采用电解清洗方法进行前处理，冷轧后带钢经电解清洗、漂洗、干燥一系列工序取代了无氧化炉的脱脂作用，其余工序与改良森吉米尔工艺基本相同。由于这种工艺可最大程度地清洁冷轧后的带钢表面，其退火炉内气氛含氢量可进一步降低到5％-15％。这种镀锌工艺产品质量最好，操作易掌握，但设备投资略高。
在多种热镀锌工艺中，改良森吉米尔法及美钢联法镀锌机组数量最多。最近20年来，世界上很少建设其他工艺热镀锌机组。
20世纪90年代以来，一般建材型热镀锌机组有采用在NOF炉前增设碱清洗段的改良森吉米尔工艺；而汽车型热镀锌机组基本采用美钢联工艺，机组设有电解清洗段及全辐射管连续炉，以满足汽车工业对镀锌板质量的严格要求。
4.2.2 热镀锌板生产技术趋势
热镀锌板生产技术趋势如下：
(1)机组向高产能力发展。20世纪90年代以来建设的热镀锌机组趋向高产能力，产能在30万t/a以上的热镀锌机组有40余套，总生产能力超过1800万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机组生产，机组工艺、单体设备及炉子选型都更为合理，充分发挥投资效果。
汽车板镀锌机组焊机处设置焊缝检测系统；采用热态及冷态2套镀层测厚仪及镀层厚度自动控制系统，使镀层厚度更精确；镀后采用测宽、切边装置，严格控制产品宽度；全线采用碳化钨一类高档耐磨材质的张力辊组，保证产品表面质量，出口分段采用飞剪；炉子的功能也更齐全。
(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，一些建材型镀锌机组采用改良森吉米尔工艺，但机组多设置了清洗段，早建的这类机组也陆续改造，增设清洗段，使得基板清洁，产品质量更好。
镀锌机组的NOF炉趋向使用天然气或LPG做燃料，若使用煤气，则要经过处理，使其S等有害物含量降低，达到天然气标准，以保证基板表面清洁。
(4)趋向采用塔式炉。进入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。
(5)炉子有多项改进。连续炉设置鼓-抽式辐射管，采用多级燃烧烧嘴，降低了烟气中的NOx含量；设置热张力调整辊，优化带钢张力；设置热纠偏辊，保证炉内带钢稳定运行；加热段增加感应加热器，适应快速更改加热温度制度；设置高效快冷段，能适应多种热处理工艺，可直接生产DDQ(IF)、DP、BH等级别镀锌板。满足汽车工业需求。
(6)采用新型气刀。新型气刀能自动跟踪带钢，使气刀与带钢保持恒定距离；气刀整体组装调整，有准确定位机构；沉没辊采用陶瓷轴承，提高了稳定性及寿命；设置气刀水平方向快、慢速打开及准确复位系统；采用更合理的刀唇间隙曲线，使镀层更均匀。
(7)性能更佳的平整性。采用4辊子整机，设有干、湿两种子整工艺，大、小两种直径工作辊，并且工作辊辊面采取激光或电子束毛化处理，以满足延伸与表面光洁度不同的要求，对不同品种平整机与拉矫机配合使用，可获得多种良好效果。
(8)不断完善后处理。根据用户不同需求，采用钝化处理、磷化处理、铁化处理或涂敷有机涂层。采用静电涂油可使油膜薄而匀，防止涂油过厚或欠涂。
(9)发展锌合金镀层。锌合金镀层钢板具有更优越的性能，其生产比例逐年提高。发展比较快的有铝锌合金镀层(Galvalume)，锌铝合金镀层(Galian)及锌铁合金镀层(Galvanneal)。最近新日铁又开发了镀锌铝镁合金镀层(ZAM)，其耐蚀性为传统镀锌板的15倍，已引起业内人士的兴趣。
铝锌合金镀层钢板与锌铝合金镀层铝扳都具有更好的耐蚀性，涂装性，成型性等，适用建材、轻工等行业。锌铁合金镀层钢板具有更好的涂装性、涂后耐蚀性及焊接性，广泛用于汽车制造业。
为适应锌合金镀层钢板生产，机组多采用升降移动式双镀锅，以适应快速更换镀层种类。1998年美国应达公司研制的无芯锌锅投产，这种锌锅能耗及投资均低，也很适于铝锌合金镀层生产，引起同业人土普遍关注。锌铁合金扩散炉趋向加热段采用高频感应加热，均热段采用电阻加热，实现按优化曲线退火，更精确地控制镀锌层中的铁含量。
(10)发展无铅镀锌。采用无铅镀锌可生产无锌花钢板，这种镀层不易产生晶间腐蚀，使用寿命长，适用汽车、家电等行业。在欧洲、北美生产份额很大，有明显发展趋势。
(11)趋向生产超薄镀层板。近年来由于气刀等设备性能改进，可以生产25-30g/m2热镀锌板，多用在电器行业，取代部分价格较高的电镀锌或电镀钨钢板。这也是20世纪90年代以来世界很少建设新的电镀锌机组，而大量建设热镀锌机组的原因。
(12)单面镀锌日趋减少。单面热镀锌工艺比较麻烦，生产成本高，趋向以单面电镀锌板或双面差厚热镀锌板代之。
(13)热轧板热镀锌生产得到发展。由于热轧板厚度减薄，因此采用热轧板热镀锌代替冷轧板热镀锌产品取得很好的经济效益，热轧板热镀锌生产发展很快，约占热镀锌板总产量的10％左右。其工艺及设备也相应改进，以适应热轧带厚度较大的特点，并出现了在线酸洗，感应加热的热轧板镀锌生产技术。
(14)趋向全线交流调速电机传动，高水平自动化控制。
