鋼板鋅鋁鎂涂鍍層的新發展

(中冶賽迪工程技術有限公司，重慶 401122)

鋅鋁鎂技術的誕生就是涂鍍層的發展史，鍍鋅作為金屬防腐的先鋒，已經發展了近200年，廣泛應用于軍、民領域內的眾多行業，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。因此如何節約使用鋅資源就成為保證我國實現可持續發展必須解決的難題。

圖1 中國鋅礦資源遠景分布圖

1 鍍鋅防腐工藝的發展

由于我國鋅資源的短缺，促進了可替代純鍍鋅防腐技術(鍍鋁鋅技術)的研發。鍍鋁鋅技術誕生于20世紀80年代，研發過程如圖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，并隨著技術的發展鋁的添加量從5%增至11%，但卻會導致鍍層附著力等性能的惡化，這種在純鍍鋅基礎上添加5%～11%鋁的定型產品被命名為galvafan。

圖2 鋅鋁鎂研發路線圖

20世紀90年代，相關研究發現Si作為抑制劑可以很好地限制鋁鐵反應，相關防腐技術通過添加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化將鋁的添加量最終升至55%，從而將相關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)所生產的產品被定義為galvalume。

此后，隨著防腐鍍膜工藝路線的繼續發展，發現通過傳統鍍鋁鋅基礎上繼續添加鎂，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，運行成本節約近50%以上。

2 鋅鋁鎂涂鍍的特點和技術優勢

表1描述了不同類型防腐鍍層的硬度指標，如表1所示，鋅鋁鎂鍍層的表面硬度較鋅鍍層增加了三倍。此外研究還發現鋅鋁鎂鍍層同時具有抗石擊、防大氣腐蝕、抗高溫、防靜電等優點，同時在galvalume基礎上發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

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

在galvalume基礎上增加2%的鎂，即55%Al、1.6%Si，2%Mg，可提高耐腐蝕性，耐強酸堿環境，這一類的鋅鋁鎂產品擁有較強的耐腐蝕性能，但針對不同環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，該類鋅鋁鎂材料結合氟碳類涂層就形成了目前最強防腐的面板。

在galvafan基礎上增加鎂含量，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，鋅鋁鎂在環境防腐和畜牧防腐都有著不可替代的優勢，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節約用鋅的目的。

3 關鍵設備的設計方向

鍍鋅防腐工藝的主要結構及其所使用的主要設備如下(具體按照工藝段的分布)：

(1)清洗段：磁過濾器。

(2)爐區技術：包括鋅鼻子鋅蒸氣處理系統、氣刀及控制、鋅鍋及控制，但最重要的是鍍后冷卻技術(見圖3)。完整的鍍后冷卻包括穩定的點陣冷卻結構、噴箱的升降、臺車及定位、溫度檢測和閉環控制。同時結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 未來潛在的發展方向

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

5 結 論

(1)鋅資源短缺導致了鋅鋁鎂技術的加速發展，而鋅鋁鎂技術也沿著專用化道路發展和進步，未來畜牧和環境用鋅鋁鎂是有專業分工的。

(2)同鍍鋅相比，鋅鋁鎂機組應該重點關注鋅鍋、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繼續朝著小鋅化、防止氧化的方向發展。