2026冶金科学技术奖二等奖丨基于含镁镀层氧化抑制和组织调控的热浸镀带钢成套技术与装备

来源：市场资讯

（来源：中国冶金报社）

项目名称：基于含镁镀层氧化抑制和组织调控的热浸镀带钢成套技术与装备

完成单位：重庆赛迪热工环保工程技术有限公司等

完成人：杨柏松 等

PART 01

项目背景

随着国民经济的高速发展，在光伏、5G基站、高速路护栏、机场高铁屋面等领域对钢材提出了更高的防腐蚀性能要求。钢材需要更加坚韧的镀层保护，锌铝镁镀层以其优异的平面防腐能力和独一无二的断口保护和修复功能，很好的满足了市场需求，具有广阔的应用场景。

2019年以前，国内锌铝镁机组长期以进口为主，国外企业实行严格的技术封锁，阻碍了锌铝镁技术提升和国产装备发展，限制了我国锌铝镁材料的广泛应用。钢铁企业侧重于锌铝镁镀层配方和生产工艺研究，基于工艺机理的核心装备开发能力不足，缺少通过核心装备实现产品质量提升的控制技术。

PART 02

技术路线

本项目针对热浸镀机理不明、关键工艺设备缺失、集约控制系统技术落后等难题，以冶金机理与工艺研究为基础，系统突破了核心设备、智能控制等关键技术，生产的锌铝镁产品性能实现了大厚度、高强度、厚镀层目标，成套技术与装备整体达到国际领先水平。

图1 技术路线图

PART 03

创新点与关键技术

创新点 1

首次提出了含镁三元合金镀层“氧化抑制”和“组织调控”原理，揭示了液态时“氧化的选择性和持续性”和分段控温凝固时“组织的多样性和可调性”的机理和规律，据此设计了热浸镀工艺和镀后冷却工艺，开发了成套工艺装备和智能控制系统。

针对含镁三元合金镀层因为镁的活性带来的液态合金极易氧化，提出了含镁三元合金热浸镀过程中 “氧化抑制”的新原理，通过研究揭示了含镁镀层合金液态时“氧化的选择性和持续性”的机理和规律，提出了通过合理的镀层成分选择和惰性气体保护方法，抑制了热浸镀过程中液态合金和镀层氧化倾向，确保了含镁镀层合金的可镀性。

针对含镁三元合金镀层成分复杂、组织多样的新课题，不同组织对产品性能影响甚大的特点，发现了含镁三元镀层合金凝固时“组织调控”原理，通过研究揭示了含镁镀层合金凝固时“组织的多样性和可调性”的机理和规律，提出了镀层组织不但取决于镀层成分，更取决于凝固路线的新观点，确定了凝固路线与镀层组织之间的关系，从而创造性设计了三类含镁三元合金镀层科学合理的冷却凝固工艺流程。

创新点2

开发了面向含镁三元合金镀层氧化抑制与组织调控原理要求和大厚度、高强度、厚镀层产品特征，基于“三流”（射流-对流-溢流）协调原则设计的炉内高氢冷却器和镀后移动冷却器、基于气刀间隙控制厚镀层均匀性的氮气加热气刀、非加湿型锌渣及锌灰处理系统等含镁镀层专用成套装备。

（1）炉内高氢冷却器的开发

针对产品规格厚，炉内冷却困难的难题，创造了“溢流—射流—对流” 三流协调的设计原则，采用无负压区的吸气结构。全氢循环风机的设计，采用较高的氢气浓度，提高了还原度，降低了设备投运功率的同时温控精度提升到±3.4℃以内。

图2 新型炉内高氢冷却器

（2）镀后冷却器的开发

采用专利技术的密集喷缝实现了高冷却强度、喷嘴的角度和回气设计确保带钢运行的稳定性、精确的分区冷却严控镀层组织的稳定性，克服了“黑点”顽固、边部斜纹等缺陷，其中反向排气是该装备的核心科技；在解决了高冷却强度的同时、带来了带钢运行的稳定性、控温的准确性，有效抑制氧化和偏析的发生，成为控制锌铝镁涂层凝固过程的利器。

图3 含镁镀层专用镀后冷却器

（3）含镁镀层专用气刀的开发

针对镀层易氧化、流动性差、镀层厚，易出现“边部斜纹”等问题；首次发现气刀间隙与厚镀层均匀性之间的关系，采用在线调整气刀间隙、低纯度氮气供应系统等新结构，其中粗氮降压、风机升压、氮气加热是完全不同于其他厂家的创新装备，是有效提升锌铝镁抗氧化性、增加流动性、以及实现边部吹渣的利器。采用该设备后的含镁三元合金镀层，控制精度在275g/㎡±4.1g/㎡以内。

图4 含镁镀层专用气刀

（4）非加湿型锌渣及锌灰处理系统的开发

突破现有技术采用炉鼻加湿的设计的局限性；采取了鼓抽式炉鼻子，炉鼻锌灰冷凝净化系统，彻底消除了氧化物对镀层表面的影响，该设计的亮点是进入炉鼻子的新鲜镀液液位始终高于排出液位，氧化物及渣点没有附着在钢板表面的机会。

图5 非加湿型锌渣及锌灰处理系统

创新点3

构建了以数据模型和机理模型互促驱动的炉内冷却过程数值模拟系统、镀层附着量前馈及自学习控制系统、具有自主知识产权的换带策略模型，集成设计了覆盖“低铝、中铝、高铝”全部三类含镁三元合金镀层生产线，实现了设备性能的最佳化以及产品性能和质量的最优化。

（1）建立了高氢冷却器换热过程三维仿真模型，将传热机理作为冷却过程控制系统的基础架构，采用现场生产实测数据匹配机理模型优化控制参数，实现更高的调节精度与工况适配效果。

（2）创新采用了前馈数学模型控制与神经网络反馈控制结合的自学习系统，配合含镁镀层专用气刀，镀层最高附着量和控制精度均达到了国际领先水平。

（3）首创分类控制方法，并引入瓢曲危险因素判别，创新性地发明了根据可能发生瓢曲缺陷和不可能发生瓢曲缺陷两类情形，采用不同步骤的换带策略模型，兼顾了效率和生产稳定性。

根据客户提供的指标数据，经冶金工业信息标准研究院查新，本项目成果应用到的典型工程项目所达到的产品性能指标和设备性能指标对比国内外同类产线，达到了国际领先水平。

PART 04

推广应用情况

基于本项目全部或部分研究成果，先后开拓了首钢京唐、鞍钢冷轧、攀钢冷轧、新疆八钢、天津新宇、河南联强、酒钢、河北敬业、河北宝亨、扬州恒润等多个客户，并出口至越南莲花等“一带一路”国外重点钢铁企业。

图6 产线示意图

典型案例1：鞍钢股份-冷轧厂3#镀锌线连续退火炉改造项目

本项目在保持3#镀锌机组原设计产能不变的情况下，将机组改造为一条镀锌铝镁/铝硅生产线。自2022年12月投产以来，机组运行稳定，综合效益良好。

典型案例2：首钢集团京唐公司1#镀锌机组镀铝锌镁改造工程

本项目将1#镀锌机组为改造一条处理能力为35万吨/年的镀锌铝镁生产线，自2022年03月投产以来，机组运行稳定，完全满足如结构件、光伏支架的产品要求。

典型案例3：酒钢碳钢薄板厂2#镀锌机组改造项目

机组年产10万吨的大锌花产能置换为一条年产10万吨以上，带钢厚度为0.3mm-1.6mm的镀铝锌/锌铝镁生产线。自2022年03月投产以来，机组运行稳定，综合效益良好

典型案例4：海外项目-越南莲花东和1#镀锌铝镁机组

本成果建设的“一带一路”重点工程，带钢厚度为0.5mm-2.5mm，镀层厚度为275g/m2-350g/m2,产品为11%Al3%Mg。本项目成为越南国庆重点献礼工程。

对行业的进步作用

本项目提出了含镁三元合金镀层“氧化抑制”和“组织调控”原理，开发了含镁镀层专用核心装备，解决了系列生产难题，提升了涂镀行业整体技术水平，推动了锌铝镁核心技术装备升级，实现了钢铁工业绿色生产；涂镀技术输出海外，提升了产品国际竞争力，推动了上下游产业发展。

2021年-2025年国内锌铝镁累计新增产能1600万吨，中冶赛迪承建产能约830万吨，整体市场贡献占超过50%；中冶赛迪依托多元合金配方、加厚镀层、厚基板成套防腐工艺，在风光项目专用高端锌铝镁产线建设中长期占据主导，有效保障沙漠、海上风电光伏耐腐蚀钢材产能供给。

本项目出版了专著3部，主编国家标准2项，行业标准2项，并在国内外推广应用，得到了同行业的充分肯定和广泛认可，引领了全行业上下游的整体发展。

经济社会效益

本项目研究成果已在20余个国内外项目上应用，为中冶赛迪贡献合同20多亿，产线年产值超500亿，对行业的经济贡献显著。项目取得显著的直接经济效益的同时，也带来良好的社会效益。钢材支持了基础产业的发展，钢材使用寿命提升5~6倍，在产品全生周期内实现减碳60%以上。