薛為林

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司 上海：201900)

隨著鋼板應(yīng)用的拓展，下游用戶不斷對鋼板的耐蝕性提出了更高要求，傳統(tǒng)純鍍鋅層的熱鍍鋅鋼板已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶的應(yīng)用要求，高耐蝕性鍍層的鋼板成為國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)及鋼廠的研發(fā)重點(diǎn)。目前開發(fā)應(yīng)用較成功的高耐蝕性鍍層是鋅鋁鎂合金鍍層。

鋅鋁鎂鍍層鋼板的一個優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕性能強(qiáng)。其耐蝕性實(shí)驗(yàn)結(jié)果因?qū)嶒?yàn)條件的不同而有較大的變化，綜合大氣曝曬實(shí)驗(yàn)、鹽霧實(shí)驗(yàn)、鹽水浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)等各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，總體上，鋅鋁鎂合金鍍層鋼板比GI鋼板耐腐蝕性能提高數(shù)倍[1]。耐腐蝕性提高的主要原因是Mg的添加形成了致密性腐蝕產(chǎn)物，降低了溶解氧的擴(kuò)散速度，從而降低陰極區(qū)氧還原反應(yīng)速度。

鋅鋁鎂鍍層鋼板的另一主要優(yōu)點(diǎn)是具有一定的自愈性，在切口或者鍍層破損處，鎂腐蝕后會遷移至鍍層破損部位，形成富鎂有序、致密的腐蝕產(chǎn)物覆蓋到破損處或切口表面，使破損處自愈。鋅鋁鎂鍍層鋼板優(yōu)異的耐腐蝕性和自愈性，使得其應(yīng)用較為廣泛。作為耐蝕性輕型鋼結(jié)構(gòu)，可廣泛用于高速公路護(hù)欄、光伏支架、倉儲建筑結(jié)構(gòu)、港口設(shè)施等，也可應(yīng)用在各種家電、尤其是空調(diào)室外機(jī)及各類電氣柜。另外，鋅鋁鎂鍍層鋼板在汽車板及汽車零件領(lǐng)域的應(yīng)用也在積極推廣中。

1 國內(nèi)外鋅鋁鎂投產(chǎn)現(xiàn)狀

鑒于鋅鋁鎂鍍層鋼板的性能優(yōu)勢及廣闊應(yīng)用前景，國外各大鋼廠均開展了鋅鋁鎂鍍層鋼板商業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的主要國外公司見表1[2]，其中蒂森克虜伯、奧鋼聯(lián)、塔塔、薩爾茨吉特等公司以鋁含量<5%的低鋁鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品為主，日新制鋼、新日鐵住金的鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)線以中鋁成分為主，博思格的以高鋁成分為主。

表1 國外鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)線商業(yè)化生產(chǎn)線匯總[2]

國內(nèi)山東科瑞鋼板于2014年率先推出中鋁鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品，主要用于建筑領(lǐng)域。隨后酒鋼于2016年、大連蒂森和首鋼京唐于2017年分別投產(chǎn)鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)線，推出了以低鋁成分為主的產(chǎn)品體系，用于汽車、家電及建筑領(lǐng)域。酒鋼鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)線由該廠1#冷軋線改造成，該線2010年投產(chǎn)，年產(chǎn)40萬噸GL、GI鋼板。2016年改造為鋅鋁鎂產(chǎn)線，產(chǎn)品板材成分為wAl%=11%,wMg%=3%，厚度0.3～3.0mm，寬度850～1660mm。首鋼京唐現(xiàn)有6#鍍鋅、7#鍍鋅產(chǎn)線均已生產(chǎn)鋅鋁鎂產(chǎn)品為主，其中6#鍍鋅線年產(chǎn)能15.5萬噸，產(chǎn)品厚度0.2～1.2mm，寬度700～1500mm，7#鍍鋅線年產(chǎn)能38萬噸，產(chǎn)品厚度0.3～2.0mm，寬度750～1550mm。寶鋼對鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品的研發(fā)始于2008年，涵蓋了低鋁、中鋁、高鋁三種成分。2016年低鋁產(chǎn)品(BaoZM?) 在寶山基地首次工業(yè)試制[3]，量產(chǎn)第一卷2018年7月在湛江鋼鐵順利下線；2019年11月中鋁產(chǎn)品(BaoXM?)在梅山基地108機(jī)組首次工業(yè)試制，量產(chǎn)第一卷2021年12月在湛江鋼鐵順利下線；2016年8月高鋁產(chǎn)品(BaoAM?) 在寶山基地首次工業(yè)試制，2020年5月量產(chǎn)第一卷BaoAM?在湛江鋼鐵順利下線。

2 武鋼108機(jī)組產(chǎn)線進(jìn)行鋅鋁鎂鍍層改造背景

武鋼108機(jī)組是1979年從德國DEMAG引進(jìn)技術(shù)建成投產(chǎn)，2003年進(jìn)行全面改造，生產(chǎn)年產(chǎn)量提高至25萬噸，可以生產(chǎn)FH、CQ、DQ、DDQ鋼種，產(chǎn)品規(guī)格0.25-2.5mm，鍍層種類為GI、GA。該機(jī)組2003年改造至今已運(yùn)行多年，機(jī)組設(shè)備工藝技術(shù)落后，入口段人工點(diǎn)動上卷，焊機(jī)無法自動焊接，清洗段設(shè)備老化嚴(yán)重，高速生產(chǎn)時清洗段投入少，入口活套套量不夠?qū)е逻_(dá)不到設(shè)計(jì)生產(chǎn)速度且入口活套容易發(fā)生跑偏現(xiàn)象，出口無廢料輸出系統(tǒng)等。生產(chǎn)運(yùn)行情況和產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量均不理想，只能生產(chǎn)表面4000級別以下產(chǎn)品，品種結(jié)構(gòu)單一，導(dǎo)致產(chǎn)品盈利能力不足。

另外，隨著寶鋼全系列鋅鋁鎂鍍層研發(fā)成功和批量生產(chǎn)，彩涂產(chǎn)品耐蝕性得到全面升級，訂單迅速增加。武鋼109彩涂機(jī)組在2017年開展寶武協(xié)同后，產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量大幅提升，108機(jī)組改造成鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)線，可解決109機(jī)組彩涂基板的就地供應(yīng)問題，大幅減少運(yùn)費(fèi)成本和物流運(yùn)輸缺陷導(dǎo)致成品級別改判的損耗。因此，108機(jī)組改產(chǎn)鋅鋁鎂彩涂產(chǎn)品，可有效提升產(chǎn)品盈利能力。108機(jī)組現(xiàn)有裝備老化嚴(yán)重，很多備件已無供應(yīng)，且缺失鋅鋁鎂產(chǎn)線所需的立式出口活套、立式檢查站、水平檢查臺、擺動飛剪及廢板運(yùn)輸系統(tǒng)，因此改造勢在必行。

3 改造工藝技術(shù)方案

鑒于鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品耐腐蝕性能強(qiáng)和良好的切口自愈性，寶鋼股份根據(jù)鋅鋁鎂彩涂產(chǎn)品市場需求和公司規(guī)劃要求，在武鋼有限實(shí)施打造一條高端彩涂鋅鋁鎂鍍層基板專用生產(chǎn)線，以填補(bǔ)高端彩涂基板產(chǎn)能缺口，同時解決武鋼自供鋅鋁鎂彩涂基板和優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的需求。

3.1 產(chǎn)品規(guī)格

帶鋼厚度：0.35～1.2mm；

帶鋼寬度：700～1530mm；

帶鋼抗拉強(qiáng)度：最大560MPa

鋼卷內(nèi)徑：Ф508/610 mm

鋼卷外徑：Ф850～Ф2150mm

產(chǎn)品品種：CQ、DQ、CQ-HSS、FH

鍍層種類：高鋁鋅鋁鎂

3.2 工藝流程與裝備

本次升級改造要求改造后的機(jī)組達(dá)到智能化、低成本、高表面質(zhì)量先進(jìn)水平，并以此為綱確定工藝流程及各部分設(shè)備技術(shù)要求。

3.2.1 生產(chǎn)工藝流程

武鋼108機(jī)組改造成鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程為：軋后冷硬卷→鋼卷運(yùn)輸鏈→開卷機(jī)→矯直機(jī)→雙切剪→焊機(jī)→清洗段→臥式入口活套→臥式退火爐→鋅鍋→氣刀→鍍后冷卻→光整機(jī)→拉矯機(jī)→立式出口活套→立式檢查站→水平檢查臺→靜電涂油機(jī)→飛剪→單卷取→卸卷小車→稱重、打捆、貼標(biāo)→成品卷。詳見圖1。

圖1 武鋼108機(jī)組改造工藝流程圖

3.2.2 主要工藝裝備

改造后的機(jī)組由入口段設(shè)備、清洗段設(shè)備、入口活套段設(shè)備、爐子段設(shè)備、鍍層段設(shè)備、鍍后冷卻段設(shè)備、光整和拉矯段設(shè)備、出口活套段設(shè)備、出口段設(shè)備及相關(guān)輔助設(shè)備組成。生產(chǎn)產(chǎn)品帶鋼厚度0.35～1.2mm，寬度700～1530mm，爐子工藝段速度高達(dá)150m/min，出口段速度200m/min。

新增設(shè)備主要有：窄搭接焊機(jī)1臺、鋅鍋系統(tǒng)1套、氣刀及輔助設(shè)備1套、鍍后冷卻系統(tǒng)1套、立式出口活套1套、立式檢查站1個、水平檢查臺1個、擺動飛剪及廢板運(yùn)輸系統(tǒng)1套、稱重裝置1套、自動打捆貼標(biāo)機(jī)1套、卷取機(jī)1臺等。

利舊改造設(shè)備主要有：入口操作自動化改造、清洗段循環(huán)系統(tǒng)功能恢復(fù)性改造、入口活套利舊改造、退火爐均熱段耐材修復(fù)改造、快冷段和熱張緊輥段保溫能力提升改造、爐鼻子配套改造、水平冷卻風(fēng)箱改造、光整機(jī)控制系統(tǒng)改造等。

3.2.3 關(guān)鍵設(shè)備

(1)焊機(jī)

焊機(jī)用于焊接前后帶卷連接帶鋼，滿足機(jī)組后續(xù)工藝生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行要求。

焊機(jī)型式： C型窄搭接焊機(jī)、機(jī)內(nèi)雙刃剪、全自動型。焊機(jī)主要設(shè)備組成如下：入口4點(diǎn)對中及挑套裝置、焊接主機(jī)(含廢料箱)、出口2點(diǎn)對中、月牙剪(含廢料箱)、出口2點(diǎn)對中及挑套裝置、焊機(jī)輔助系統(tǒng)，技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 焊機(jī)參數(shù)表

(2)退火爐

為節(jié)約投資，本次改造對原退火爐基本利舊，僅對輻射管加熱段、均熱段、冷卻段、熱張緊輥段及爐鼻子進(jìn)行相應(yīng)的改造。

輻射管加熱段和均熱段爐頂耐材(陶瓷纖維)脫落比較嚴(yán)重，為保證改造后的帶鋼表面質(zhì)量，需對爐頂及爐子側(cè)墻的耐材進(jìn)行更新，拆除原先的陶瓷纖維，在爐頂及爐子側(cè)墻鋼板上焊接錨固釘，安裝新的同等耐溫等級的陶瓷纖維耐材。

爐鼻子用于保持帶鋼進(jìn)入鋅鍋所需溫度。改造后的爐鼻子具有可以沿帶鋼前進(jìn)方向伸縮，可以將爐鼻尖提升至鋅液面上方(旋轉(zhuǎn)一定角度)，便于拆裝維護(hù)，節(jié)約操作維護(hù)時間。伸縮功能通過爐鼻子上的金屬膨脹節(jié)配合設(shè)置在爐鼻子外部的伸縮機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。爐鼻子伸縮行程約30～60mm，同時具有上下擺動功能，擺動角度約≤±2°,用以補(bǔ)償沉沒輥因磨損引起的輥徑變化。爐鼻尖采用耐高溫耐腐蝕不銹鋼材料，內(nèi)襯耐火材料。

(3)鋅鍋

鋅鍋區(qū)域共有2個鋅鍋，一個是在線的主鋅鍋，一個是離線的預(yù)熔鍋。每臺鋅鍋包括鍋本體、電源系統(tǒng)、電路保護(hù)系統(tǒng)、接地/鋅液泄露檢測器、控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等。主要參數(shù)見表3。

表3 鋅鍋參數(shù)表

(4)氣刀

帶鋼由爐鼻子進(jìn)入鋅鍋，經(jīng)過沉沒輥的轉(zhuǎn)向，在穩(wěn)定輥和校正輥的共同作用下，最后由氣刀進(jìn)行吹掃，完成帶鋼熱鍍鋅過程。通過氣刀噴出的氣流，從帶鋼表面上刮掉多余的鋅，以獲得均勻厚度的鍍鋅層。本項(xiàng)目氣刀設(shè)備包括氣刀裝置、帶穩(wěn)定輥的沉沒輥、校正輥，以及空氣供給裝置、輥?zhàn)泳S修設(shè)備等。主要設(shè)備參數(shù)如下：

a)氣刀

有效噴吹寬度: 1600mm

氣刀高度調(diào)整:從鋅液面75～700mm

氣刀角度調(diào)整:+10°～-10° (手工調(diào)節(jié))

氣刀到帶鋼距離調(diào)節(jié):+5～+100mm (行程95mm)

b)氣刀風(fēng)機(jī)

數(shù)量：2臺(1臺備用)

能力：每臺84 Nm3/min (最大)

壓力: 2013 mbar (風(fēng)機(jī)出口)

3.2.4 改造后的機(jī)組技術(shù)特點(diǎn)

機(jī)組實(shí)現(xiàn)入口自動化，即自動上卷，自動開卷，自動剪切；新增窄搭接焊機(jī)，提升焊接能力；清洗段設(shè)備及循環(huán)系統(tǒng)恢復(fù)了堿霧排放系統(tǒng)功能，增加堿液凈化系統(tǒng)、磁性過濾器，提高清洗及環(huán)保能力；入口活套利舊改造，增加套量，改善帶鋼跑偏現(xiàn)象，減少表面擦傷；

鍍后冷卻塔設(shè)計(jì)成雙塔頂輥，上、下行段分別設(shè)置冷卻風(fēng)箱；采用立式出口活套，滿足單卷取生產(chǎn)要求；配置立式檢查站和水平檢查臺，提供在線檢查能力；設(shè)置出口飛剪及廢料運(yùn)輸系統(tǒng)；單卷取機(jī)具備上下卷取功能；新增全自動打捆貼標(biāo)機(jī)等無人化裝備；預(yù)留入口拆捆機(jī)、自動加鋅裝置、表面缺陷檢測儀、取樣機(jī)器人等相關(guān)接口及空間位置，提升了智能化水平。

4 改造效果

通過改造，實(shí)現(xiàn)108機(jī)組建成后具備年生產(chǎn)23萬噸高鋁鋅鋁鎂彩涂基板的生產(chǎn)能力。投產(chǎn)運(yùn)行后在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，機(jī)組速度可穩(wěn)定在137m/min，較改造前(實(shí)際最大工藝速度90m/min)大幅度提升。108機(jī)組改造后于2021年3月投產(chǎn)，全年產(chǎn)量達(dá)到14.8萬噸，超原計(jì)劃1.3萬噸，滿足自供彩涂基材的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。改造后通過增加自動化設(shè)備，勞動定員由每班9人減為每班7人。

5 結(jié)束語

通過武鋼108機(jī)組的鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)線生產(chǎn)能力改造，優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，有力地提升了產(chǎn)品的毛利率，為提升寶武高端鋅鋁鎂彩涂產(chǎn)品市場占有率做出了貢獻(xiàn)。同時，老舊鍍鋅機(jī)組全面升級改造為高端鋅鋁鎂產(chǎn)線，在全國范圍內(nèi)尚不多見，本次改造的成功實(shí)施，為老舊機(jī)組的改造提供了參照，具有較好的行業(yè)內(nèi)參考價值。