鋼板鋅鋁鎂涂鍍層的新發(fā)展

(中冶賽迪工程技術(shù)有限公司，重慶 401122)

鋅鋁鎂技術(shù)的誕生就是涂鍍層的發(fā)展史，鍍鋅作為金屬防腐的先鋒，已經(jīng)發(fā)展了近200年，廣泛應(yīng)用于軍、民領(lǐng)域內(nèi)的眾多行業(yè)，全世界的鋅礦探明儲量為2.5億t，中國每年的鋅資源使用量占世界用量的46%～50%；而中國鋅資源探明儲量為4 400萬t，每年使用量為380萬t，且呈逐年遞增的趨勢，分布圖如圖1所示。因此如何節(jié)約使用鋅資源就成為保證我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須解決的難題。

圖1 中國鋅礦資源遠景分布圖

1 鍍鋅防腐工藝的發(fā)展

由于我國鋅資源的短缺，促進了可替代純鍍鋅防腐技術(shù)(鍍鋁鋅技術(shù))的研發(fā)。鍍鋁鋅技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代，研發(fā)過程如圖2所示。通過在鍍鋅工藝中添加少量鋁來取代純鍍鋅防腐技術(shù)，并隨著技術(shù)的發(fā)展鋁的添加量從5%增至11%，但卻會導(dǎo)致鍍層附著力等性能的惡化，這種在純鍍鋅基礎(chǔ)上添加5%～11%鋁的定型產(chǎn)品被命名為galvafan。

圖2 鋅鋁鎂研發(fā)路線圖

20世紀(jì)90年代，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)Si作為抑制劑可以很好地限制鋁鐵反應(yīng)，相關(guān)防腐技術(shù)通過添加1.6%的Si，將鋁的添加量由5%～11%提升至30%，并通過工藝的不斷改進優(yōu)化將鋁的添加量最終升至55%，從而將相關(guān)工藝的防腐水平與成本控制提升到新的高度，這一新配方(55%Al、1.6%Si、43.4%Zn)所生產(chǎn)的產(chǎn)品被定義為galvalume。

此后，隨著防腐鍍膜工藝路線的繼續(xù)發(fā)展，發(fā)現(xiàn)通過傳統(tǒng)鍍鋁鋅基礎(chǔ)上繼續(xù)添加鎂，可促進涂鍍表面的均勻化并具有超強的斷口保護功能，與純鍍鋅工藝相比，運行成本節(jié)約近50%以上。

2 鋅鋁鎂涂鍍的特點和技術(shù)優(yōu)勢

表1描述了不同類型防腐鍍層的硬度指標(biāo)，如表1所示，鋅鋁鎂鍍層的表面硬度較鋅鍍層增加了三倍。此外研究還發(fā)現(xiàn)鋅鋁鎂鍍層同時具有抗石擊、防大氣腐蝕、抗高溫、防靜電等優(yōu)點，同時在galvalume基礎(chǔ)上發(fā)展而來的鋅鋁鎂鍍層還具有防強酸強堿的特點，完全適合畜牧專用。

表1 不同種類鍍層的硬度

因此在鍍鋅基礎(chǔ)上加入1%Al、1%Mg，可以有效提高耐鹽腐蝕性、抗石擊性，節(jié)省鍍層。這一技術(shù)主要應(yīng)用于汽車板，增加焊接性能，同時達到節(jié)約用鋅的作用，涂鍍特點為薄鍍層，對上行冷卻器的穩(wěn)定性、流平性要求很高，最好達到氣墊穩(wěn)定的設(shè)計效果。

在galvalume基礎(chǔ)上增加2%的鎂，即55%Al、1.6%Si，2%Mg，可提高耐腐蝕性，耐強酸堿環(huán)境，這一類的鋅鋁鎂產(chǎn)品擁有較強的耐腐蝕性能，但針對不同環(huán)境會采用不同的輔助涂層，這一類型的鋅鋁鎂材料的深加工屬性被弱化了，取而代之的是強化了耐腐蝕性能，如該類鋅鋁鎂材料結(jié)合聚氨酯類涂層就形成了畜牧專用的類型，該類鋅鋁鎂材料結(jié)合氟碳類涂層就形成了目前最強防腐的面板。

在galvafan基礎(chǔ)上增加鎂含量，即5%～11%Al、3%Mg，可增強斷口保護性、耐酸堿性、野外腐蝕性。這一類的鋅鋁鎂產(chǎn)品其深加工性能仍然存在，因此尤其適合野外生存條件，如光伏支架、高速路護欄、海洋用板。

隨著鋅資源的短缺，鋅鋁鎂在環(huán)境防腐和畜牧防腐都有著不可替代的優(yōu)勢，而純鍍鋅工藝的最佳使用方向為汽車面板和電氣面板，該工藝添加鎂僅為實現(xiàn)節(jié)約用鋅的目的。

3 關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計方向

鍍鋅防腐工藝的主要結(jié)構(gòu)及其所使用的主要設(shè)備如下(具體按照工藝段的分布)：

(1)清洗段：磁過濾器。

(2)爐區(qū)技術(shù)：包括鋅鼻子鋅蒸氣處理系統(tǒng)、氣刀及控制、鋅鍋及控制，但最重要的是鍍后冷卻技術(shù)(見圖3)。完整的鍍后冷卻包括穩(wěn)定的點陣?yán)鋮s結(jié)構(gòu)、噴箱的升降、臺車及定位、溫度檢測和閉環(huán)控制。同時結(jié)合上部冷卻器滿足帶鋼抖動振幅低于10 mm。

圖3 鍍后冷卻裝置

(3)氣刀：滿足位置低、有溫控系統(tǒng)及邊部擋板等需要。

(4)鋅鍋：強化鋅鍋的攪拌功能，防止分層。

4 未來潛在的發(fā)展方向

隨著鋅資源的缺乏，純鍍鋁硅產(chǎn)品必將大范圍普及應(yīng)用。同時，隨著電加熱技術(shù)逐漸普及，尤其當(dāng)電費低于0.6元/度時，感應(yīng)加熱的應(yīng)用不可忽視，與之相配套的防腐鍍膜工藝的研發(fā)也需積極推進。

5 結(jié) 論

(1)鋅資源短缺導(dǎo)致了鋅鋁鎂技術(shù)的加速發(fā)展，而鋅鋁鎂技術(shù)也沿著專用化道路發(fā)展和進步，未來畜牧和環(huán)境用鋅鋁鎂是有專業(yè)分工的。

(2)同鍍鋅相比，鋅鋁鎂機組應(yīng)該重點關(guān)注鋅鍋、氣刀、鍍后冷卻器，這一點與鍍鋅是完全不同的。

(3)未來鍍后冷卻器的研發(fā)繼續(xù)朝著小鋅化、防止氧化的方向發(fā)展。