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板带连续热镀锌生产的关键设备及技术应用介绍
1 前言
镀锌板是在普通冷、热轧板带材表面涂上一层金属锌加工而成的，由于其具有良好的防腐性能，实际应用中比普通冷、热板更具优势，范围更广。此外，镀锌板还作为彩色涂层板生产的原料，经彩涂后使用更加便利。在板带材总产量中，涂层板(含镀锌板)所占据的份量越来越重。表1为至2003年4月止，我国进口钢材与进口板材的统计对照，由表1可以看出，涂层板特别是镀锌板的进口增长速度高于同类产品的增长速度，这不仅说明我国钢铁市场的
良好发展形势，同时也说明，国内市场对涂层板的高度需求。
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热镀锌技术从19世纪出现以来，技术的更新从未停止，特别是近三十多年来，技术的发展更是层出不穷。连续板材热镀锌(Continuous GalvanizeLine，简称CGL)开辟了大规模生产涂层板的时代，是当今生产镀锌板的主要手段。在建设一条CGL生产线或生产组织时，应协调应用关键技术及设备，特别是在引进国外相关设备和相关生产技术时，必须对当前的有关技术和设备发展状况进行全面的了解，以便全面、协调应用和总体把握。
2 关键设备与技术
2．1 焊机与焊接技术
焊机的功能是将前、后两卷带材的尾、头进行对接，保证钢带(卷)连续投入到生产线中。目前在带钢焊接中常采用的焊机形式主要有两种：激光对接焊机与压轮搭接焊机。从造价和工艺要求的角度综合考虑，cGL线一般采用压轮式搭接焊机。连续热镀锌生产对焊接技术和焊机的主要要求有。
(1)焊接必须保证足够的强度，确保焊接区域的强度不低于母材，至少要确保带头在整个生产的过程中不发生断带，而一旦发生断带事故，将使整个生产线的生产陷于停顿。故对焊机的考察中，必须要注重该型机器的焊缝质量控制，一般焊接后的焊缝要进行在线的检查和视，如应配有在线焊接监视系统，实时检测焊接过程中的电流、电压和焊接温度，必要时还要进行离线焊缝强度试验，如进行杯突试验，焊缝的杯突试验结果应该是：破坏的裂纹与焊缝相垂直。
(2)焊缝的高度必须足够低，不能太高．最好和焊缝前后的钢板一样厚，其好处是：当焊缝经过后继线上的辊子时，可减少对辊面的冲击，提高在线辊子的使用寿命，降低生产线的声。特别是当高速运行的钢带经过光整机和矫直机时，压力辊不需要作减压或快速打开的操作，减少不光整的钢带长度，实现全光整，继而提高成材率和产品质量。焊缝的高度主要与焊接方式有关，对于激光焊机，基本可以实现焊缝的零高度，而搭接焊机的焊缝高度一般在板
厚的10％ 左右。
(3)焊接时间必须与活套长度(储带量)统畴考虑，焊接时间太短对焊机本身提出的要求太高，相应地焊机的造价将上升。加长焊接时间，焊机的造价可以下降，但活套的长度和造价将提高，一般焊接的时问按最宽和最厚的带材来考虑时可以满足生产节奏即可。
(4)焊机的对中性能，直接影响焊接前后两片钢板的中心线误差(平行误差和倾斜误差)。如果这种误差过大，对后继线上设备的正常运行不利，特别是纠偏辊的CPC操作以及张紧辊的运行。前者通过电气闭环控制以保证钢带中心线与设备中心线一致。后者通过与带钢之问的摩擦力传递，保证线上钢带适当的张力。由于焊接后的钢带(处于热态)和尚未焊接的钢带(处于冷态)之问要产生伸缩变形量，故焊机应具备消除和补偿这种温度差异造成的变形的能力。
2．2 活套配置技术
活套的作用相当于一个钢带“蓄水池”，起着调节和稳定工艺段生产的作用，为确保产品的质量，工艺段(即连续退火炉和镀锌池)必须要保持相对稳定的生产速度，一般的CGL线在工艺段的人口和出口各设一个活套(人口活套、出口活套)，特别是当人口焊机进行焊接(人口钢带处于停顿状态)、出口段进行换卷时(出口钢带处于停顿状态)，人、出口的活套可以保证工艺段的速度稳定而不受前后段停顿的影响，这也是保证钢带生产质量的一个必备条件。对于具体的生产线而言，活套长度及其形式需要全面综合考虑。
(1)活套长度：活套的储带量与生产线的停顿时间、前后设备配备的性能及前后段的钢带速度相关。较少的套量，可以减少活套长度、减少活套的设备投资，同时可减少厂房的长度，但是，前后段设备的运行速度可能要相对提高，停顿时间(如焊接时问)就要缩短，这样前段或后段的设备投资反而增加了。反之，较大的储带量，可能有利于前后段设备造价的降低。因此活套长度应与线上前后设备的性能综合考虑。
(2)活套形式：是采用水平活套还是立式活套，这是许多CGL线在进行工艺和设备配置时经常要考虑的问题，也是争论比较多的问题。通常认为，水平活套相对立式活套而言，造价较低，维护较方便，但从保证产品质量的角度上来讲，立式活套可以更好地保证带钢的质量(钢带受力合理，对表面清洁度的保护效果较好)，用厂房的高度投资替代厂房的长度投资，一般同样规模(储带量)的立式活套其造价是水平活套的1．5倍左右，引起造价上升的主要因
素在机械设备造价的提高，而厂房和基础的造价两者相当。
2．3 气刀与镀层控制技术
气刀是实现镀层厚度控制的设备，也是整个镀锌线的关键设备之一。其通过将高速气流吹向钢板表面的液态锌层来调整附着层的厚度。从镀锌板的生产要求来讲，锌层必须要有一定
的平整度，控制平整度一般通过控制出气量Q、气压P以及刀口与钢带距离d来实现。板带上镀层的平整度从两个方向来度量：横向锌层的均匀度和纵向锌层的均匀度。除调节气量、气压外，锌层两种平整度的控制还需要气刀设备具备对应的技术：锌层横向调节技术和纵向调节技术。横向调节是通过调整气刀刀唇的开El度或刀El到钢带表面的距离来实现；而纵向调节是靠后继的锌层测厚仪反馈锌层厚度信号给气刀来进行闭环控制。锌层测厚仪与气刀的距离比较重要，要测得真实的固化后的锌层厚度，则测厚仪不可离气刀太近，因锌层固化需要一定的时间，离气刀近距离的测量锌层得到的厚度显然不准确。但如果距离太远，则锌层变化信息反馈到气刀的时间过长，不利于闭环的快速响应。故一般的CGL线设一台测厚仪，其应设在锌层固化以后的位置。而有些CGL生产线配置两台测厚仪，其中一台用于测量热态的锌层，以实现闭环控制的快速响应，而另一台测厚仪测量固化锌层的厚度以求得厚度测量与控制的精确性气刀的另一个重要技术要求是能够实现差厚镀层，即钢板两面所镀的锌层厚度不同，锌层过厚有利于防护性能但钢板的可焊性能下降。而实际使用的镀锌板要在防护性能和可焊性能上求得两全，实行差厚镀层是实现上述两种性能的最好办法，也是目前大多数CGL线所采用的，一般差厚比在1：1到1：3之间。为防止钢带边部锌层的不均匀，气刀设备还应带有防止这种不均匀的设备和技术，如边部挡板、边部辅助喷嘴等，应该指出的是，边部挡板的控制应具有快速开闭功能，这种功能主要应用于当前后两卷带宽不同的焊缝经过气刀时。
2．4 光整机与光整技术
光整机的作用是：经退火处理的钢板需要进一步消除轧制过程中形成的屈服平台、锌层覆盖后的钢板表面需要一定的粗糙度和进一步改进锌花图案，还可改进板型。为保证产品的产量和质量，提高产品的光整率，可采用两台光整机轮流作业，一台机器在进行换辊操作时，另一台可进行正常光整作业。或者采用一台光整机再加一个中间活套，这样可以保持生产的高度连续和光整作业的高效率。另外也有采用两台光整机，第一次光整是采用四辊式光整机，主要进行轧制，消除表面凹凸不平的外貌和屈服平台。第二台光整机可采用二辊式光整机，主要实现表面粗糙度和光整锌花，无论何种设置都是围绕着确保光整表面质量和板型的前提下，尽可能提高产量和生产效率。光整机设备技术的发展与冷轧和热轧板带轧机的技术发展基本同步进行，板带轧机的设备技术发展主要在以下几个方面：
(1)辊缝控制技术(AGC)。板带轧机的辊缝技术可谓不断地推陈出新，但在光整机中应用最多的还是工作辊弯辊技术，应用中多采用液压弯辊，这主要基于以下两点事实：一是光整机的轧制压力相对不大；二是该技术相当成熟，完全可满足光整机的应用。
(2)快速换辊技术。由于CGL线生产的连续性和巨大的生产惯性(加热炉处在连续工作状态不能在短时间内停下来)，快速换辊特别是快速的工作辊换辊具有特别重要的意义。在配有中间活套的情况下，配有工作辊快速换辊系统的轧机，其光整率可达i00 9／5。
(3)主传动技术。由于镀锌板对表面质量要求特别高，故要求上、下两工作辊必须保证严格的同步，一种解决的办法采用单辊传动技术，另一种办法即采用矢量控制的变速电机传动。
光整机可以看作是普通板带轧机在CGL线的特殊应用，在以下几方面需特别关注：(1)工作辊的表面粗糙控制，普通的轧机工作辊的主要作用在于实现钢带的延伸，而对光整机的工作辊而言，延伸率的实现不是其主要功用，调节带材的表面粗糙度才是其重要的作用。因此，辊子表面的质量(粗糙度)是控制的重要指标，而辊形等变为相对次要的指标。(2)辊子表面的清洁，由于镀锌板的表面质量(物理的和光学的)极为重要，故与钢带直接接触的工作辊表面质量必须严格控制，要防止各种杂物的粘结，同时要防止光整液在钢带表面的粘滴。一般可采用以下两种方法，一是带自动控制系统的清洁辊直接清洁工作辊的表面，二是用高压纯水连续对辊表面进行清洁。
3 结语
由于我国薄板镀锌工程的建设与应用与发达国家相比较晚，目前除宝钢、武钢、本钢已建成投产大型的CGL生产线外，鞍钢、攀钢、邯钢和马钢等正在进行板带材CGL生产线的建设，一些地方企业和民营企业也陆续建成一批中小规模的CGL线，可以相信，重点钢铁生产企业在未来的企业发展规划中，提高板带材的产量和规模是极为重要的选择。镀锌板作为极有应用前景的产品，其无论是在建筑工程还是汽车工业中必将得到越来越多的应用。
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镀锌板是在普通冷、热轧板带材表面涂上一层金属锌加工而成的，由于其具有良好的防腐性能，实际应用中比普通冷、热板更具优势，范围更广。此外，镀锌板还作为彩色涂层板生产的原料，经彩涂后使用更加便利。在板带材总产量中，涂层板(含镀锌板)所占据的份量越来越重。表1为至2003年4月止，我国进口钢材与进口板材的统计对照，由表1可以看出，涂层板特别是镀锌板的进口增长速度高于同类产品的增长速度，这不仅说明我国钢铁市场的
良好发展形势，同时也说明，国内市场对涂层板的高度需求。
热镀锌技术从19世纪出现以来，技术的更新从未停止，特别是近三十多年来，技术的发展更是层出不穷。连续板材热镀锌(Continuous GalvanizeLine，简称CGL)开辟了大规模生产涂层板的时代，是当今生产镀锌板的主要手段。在建设一条CGL生产线或生产组织时，应协调应用关键技术及设备，特别是在引进国外相关设备和相关生产技术时，必须对当前的有关技术和设备发展状况进行全面的了解，以便全面、协调应用和总体把握。
2 关键设备与技术
2．1 焊机与焊接技术
焊机的功能是将前、后两卷带材的尾、头进行对接，保证钢带(卷)连续投入到生产线中。目前在带钢焊接中常采用的焊机形式主要有两种：激光对接焊机与压轮搭接焊机。从造价和工艺要求的角度综合考虑，cGL线一般采用压轮式搭接焊机。连续热镀锌生产对焊接技术和焊机的主要要求有。
(1)焊接必须保证足够的强度，确保焊接区域的强度不低于母材，至少要确保带头在整个生产的过程中不发生断带，而一旦发生断带事故，将使整个生产线的生产陷于停顿。故对焊机的考察中，必须要注重该型机器的焊缝质量控制，一般焊接后的焊缝要进行在线的检查和视，如应配有在线焊接监视系统，实时检测焊接过程中的电流、电压和焊接温度，必要时还要进行离线焊缝强度试验，如进行杯突试验，焊缝的杯突试验结果应该是：破坏的裂纹与焊缝相垂直。
(2)焊缝的高度必须足够低，不能太高．最好和焊缝前后的钢板一样厚，其好处是：当焊缝经过后继线上的辊子时，可减少对辊面的冲击，提高在线辊子的使用寿命，降低生产线的声。特别是当高速运行的钢带经过光整机和矫直机时，压力辊不需要作减压或快速打开的操作，减少不光整的钢带长度，实现全光整，继而提高成材率和产品质量。焊缝的高度主要与焊接方式有关，对于激光焊机，基本可以实现焊缝的零高度，而搭接焊机的焊缝高度一般在板
厚的10％ 左右。
(3)焊接时间必须与活套长度(储带量)统畴考虑，焊接时间太短对焊机本身提出的要求太高，相应地焊机的造价将上升。加长焊接时间，焊机的造价可以下降，但活套的长度和造价将提高，一般焊接的时问按最宽和最厚的带材来考虑时可以满足生产节奏即可。
(4)焊机的对中性能，直接影响焊接前后两片钢板的中心线误差(平行误差和倾斜误差)。如果这种误差过大，对后继线上设备的正常运行不利，特别是纠偏辊的CPC操作以及张紧辊的运行。前者通过电气闭环控制以保证钢带中心线与设备中心线一致。后者通过与带钢之问的摩擦力传递，保证线上钢带适当的张力。由于焊接后的钢带(处于热态)和尚未焊接的钢带(处于冷态)之问要产生伸缩变形量，故焊机应具备消除和补偿这种温度差异造成的变形的能力。
2．2 活套配置技术
活套的作用相当于一个钢带“蓄水池”，起着调节和稳定工艺段生产的作用，为确保产品的质量，工艺段(即连续退火炉和镀锌池)必须要保持相对稳定的生产速度，一般的CGL线在工艺段的人口和出口各设一个活套(人口活套、出口活套)，特别是当人口焊机进行焊接(人口钢带处于停顿状态)、出口段进行换卷时(出口钢带处于停顿状态)，人、出口的活套可以保证工艺段的速度稳定而不受前后段停顿的影响，这也是保证钢带生产质量的一个必备条件。对于具体的生产线而言，活套长度及其形式需要全面综合考虑。
(1)活套长度：活套的储带量与生产线的停顿时间、前后设备配备的性能及前后段的钢带速度相关。较少的套量，可以减少活套长度、减少活套的设备投资，同时可减少厂房的长度，但是，前后段设备的运行速度可能要相对提高，停顿时间(如焊接时问)就要缩短，这样前段或后段的设备投资反而增加了。反之，较大的储带量，可能有利于前后段设备造价的降低。因此活套长度应与线上前后设备的性能综合考虑。
(2)活套形式：是采用水平活套还是立式活套，这是许多CGL线在进行工艺和设备配置时经常要考虑的问题，也是争论比较多的问题。通常认为，水平活套相对立式活套而言，造价较低，维护较方便，但从保证产品质量的角度上来讲，立式活套可以更好地保证带钢的质量(钢带受力合理，对表面清洁度的保护效果较好)，用厂房的高度投资替代厂房的长度投资，一般同样规模(储带量)的立式活套其造价是水平活套的1．5倍左右，引起造价上升的主要因
素在机械设备造价的提高，而厂房和基础的造价两者相当。
2．3 气刀与镀层控制技术
气刀是实现镀层厚度控制的设备，也是整个镀锌线的关键设备之一。其通过将高速气流吹向钢板表面的液态锌层来调整附着层的厚度。从镀锌板的生产要求来讲，锌层必须要有一定
的平整度，控制平整度一般通过控制出气量Q、气压P以及刀口与钢带距离d来实现。板带上镀层的平整度从两个方向来度量：横向锌层的均匀度和纵向锌层的均匀度。除调节气量、气压外，锌层两种平整度的控制还需要气刀设备具备对应的技术：锌层横向调节技术和纵向调节技术。横向调节是通过调整气刀刀唇的开El度或刀El到钢带表面的距离来实现；而纵向调节是靠后继的锌层测厚仪反馈锌层厚度信号给气刀来进行闭环控制。锌层测厚仪与气刀的距离比较重要，要测得真实的固化后的锌层厚度，则测厚仪不可离气刀太近，因锌层固化需要一定的时间，离气刀近距离的测量锌层得到的厚度显然不准确。但如果距离太远，则锌层变化信息反馈到气刀的时间过长，不利于闭环的快速响应。故一般的CGL线设一台测厚仪，其应设在锌层固化以后的位置。而有些CGL生产线配置两台测厚仪，其中一台用于测量热态的锌层，以实现闭环控制的快速响应，而另一台测厚仪测量固化锌层的厚度以求得厚度测量与控制的精确性气刀的另一个重要技术要求是能够实现差厚镀层，即钢板两面所镀的锌层厚度不同，锌层过厚有利于防护性能但钢板的可焊性能下降。而实际使用的镀锌板要在防护性能和可焊性能上求得两全，实行差厚镀层是实现上述两种性能的最好办法，也是目前大多数CGL线所采用的，一般差厚比在1：1到1：3之间。为防止钢带边部锌层的不均匀，气刀设备还应带有防止这种不均匀的设备和技术，如边部挡板、边部辅助喷嘴等，应该指出的是，边部挡板的控制应具有快速开闭功能，这种功能主要应用于当前后两卷带宽不同的焊缝经过气刀时。
2．4 光整机与光整技术
光整机的作用是：经退火处理的钢板需要进一步消除轧制过程中形成的屈服平台、锌层覆盖后的钢板表面需要一定的粗糙度和进一步改进锌花图案，还可改进板型。为保证产品的产量和质量，提高产品的光整率，可采用两台光整机轮流作业，一台机器在进行换辊操作时，另一台可进行正常光整作业。或者采用一台光整机再加一个中间活套，这样可以保持生产的高度连续和光整作业的高效率。另外也有采用两台光整机，第一次光整是采用四辊式光整机，主要进行轧制，消除表面凹凸不平的外貌和屈服平台。第二台光整机可采用二辊式光整机，主要实现表面粗糙度和光整锌花，无论何种设置都是围绕着确保光整表面质量和板型的前提下，尽可能提高产量和生产效率。光整机设备技术的发展与冷轧和热轧板带轧机的技术发展基本同步进行，板带轧机的设备技术发展主要在以下几个方面：
(1)辊缝控制技术(AGC)。板带轧机的辊缝技术可谓不断地推陈出新，但在光整机中应用最多的还是工作辊弯辊技术，应用中多采用液压弯辊，这主要基于以下两点事实：一是光整机的轧制压力相对不大；二是该技术相当成熟，完全可满足光整机的应用。
(2)快速换辊技术。由于CGL线生产的连续性和巨大的生产惯性(加热炉处在连续工作状态不能在短时间内停下来)，快速换辊特别是快速的工作辊换辊具有特别重要的意义。在配有中间活套的情况下，配有工作辊快速换辊系统的轧机，其光整率可达i00 9／5。
(3)主传动技术。由于镀锌板对表面质量要求特别高，故要求上、下两工作辊必须保证严格的同步，一种解决的办法采用单辊传动技术，另一种办法即采用矢量控制的变速电机传动。
光整机可以看作是普通板带轧机在CGL线的特殊应用，在以下几方面需特别关注：(1)工作辊的表面粗糙控制，普通的轧机工作辊的主要作用在于实现钢带的延伸，而对光整机的工作辊而言，延伸率的实现不是其主要功用，调节带材的表面粗糙度才是其重要的作用。因此，辊子表面的质量(粗糙度)是控制的重要指标，而辊形等变为相对次要的指标。(2)辊子表面的清洁，由于镀锌板的表面质量(物理的和光学的)极为重要，故与钢带直接接触的工作辊表面质量必须严格控制，要防止各种杂物的粘结，同时要防止光整液在钢带表面的粘滴。一般可采用以下两种方法，一是带自动控制系统的清洁辊直接清洁工作辊的表面，二是用高压纯水连续对辊表面进行清洁。
3 结语
由于我国薄板镀锌工程的建设与应用与发达国家相比较晚，目前除宝钢、武钢、本钢已建成投产大型的CGL生产线外，鞍钢、攀钢、邯钢和马钢等正在进行板带材CGL生产线的建设，一些地方企业和民营企业也陆续建成一批中小规模的CGL线，可以相信，重点钢铁生产企业在未来的企业发展规划中，提高板带材的产量和规模是极为重要的选择。镀锌板作为极有应用前景的产品，其无论是在建筑工程还是汽车工业中必将得到越来越多的应用。
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