钢材热镀锌工艺技术优化方案的研究论文

钢材热镀锌工艺技术优化方案的研究论文

论文摘要：热浸镀锌是目前国内应用最多的一种镀锌方式，本文提出了热镀锌优化工艺及降低锌耗途经，采用优化后的热镀锌技术，能有效实现降低热镀锌成本及锌锌耗是镀锌企业所面临的重要问题。

论文关键词：热镀锌,钢构件,优化工艺,降低锌耗

1．引言

　　表面镀锌作为一种钢铁制品表面处理的最常用方式之一，自它诞生起就一直被广泛的应用于各行各业之中。热浸镀锌是目前国内应用最多的一种镀锌方式，它能使工件获得较厚的镀锌层，一般锌层平均厚度可达到50微米以上，并具有镀层均匀、附着力强、使用寿命长等优点。其传统工艺流程主要是先去除工件表面油污，再将工件酸洗除锈，水洗后放入溶剂中清洗（溶剂有氯化铵、氯化锌或是氯化铵和氯化锌的混合液等），然后将工件放入镀锌槽中镀锌，最后甩干整修后完成。

　　国外发展了多种热镀锌技术。包括在锌浴中添加合金元素的多元合金、锌锰合金、锌镁合金和锌镍合金热镀锌以及高温镀锌。在热镀锌过程中，由于一般国内热镀锌厂普遍采用浓硫酸、浓盐酸等强腐蚀性溶液作为酸洗溶剂，使得工件在经过热镀锌后，工件也会发生氢脆现象，个别还会有工件表面被过度腐蚀，形成表面缺陷。另外由于加工工艺以及工件的几何形状，有时会产生锌料黏结的现象。如螺栓热镀锌时，螺栓的螺纹处常会产生锌料黏结的情况，影响螺栓的正常使用。

　　针对以上情况，也相应的产生了一些新的工艺。如嘉兴平湖某热镀锌厂在酸洗这个环节上就采用了不同于传统的溶液配方进行工件的除锈，其所用溶液腐蚀性大大降低，但却仍能达到除锈的目的。

2．热镀锌优化工艺

　　2．1工艺流程

　　优化后的工艺流程如下：钢构件→复合除锈剂除锈→温水水洗→复合助镀剂(除铁)→热镀锌→水冷却→低铬钝化→检验→包装。

　　2．2热镀锌优化工艺

　　热镀锌优化工艺是指使工艺更加合理、趋于科学，其目的在于提高钢构件表面质量，减少影响锌耗的铁及其它杂质的产生量及控制不合格产品的发生，降低镀锌成本。以批量热镀锌生产为例，具体有以下方面优化。

　　2．2．1酸洗、水洗工序的优化

　　酸洗工序主要是除去钢构件表面的铁锈，镀锌时融熔的锌才能与钢基体反应生成镀锌层。若酸洗不干净表面还残留锈斑未被除掉，工件进入融熔的锌液时锈斑阻碍钢基体表面与锌反应生成锌铁合金层，从而产生漏镀点(块)，导致返工重镀；单一酸溶液在新酸或浸泡时间长会导致构件表面出现过腐蚀和析氢现象，过酸洗时产生了粘附性很强的泥渣，在钢表面很难冲洗掉，就无法镀上溶剂，析氢现象在钢基体内贮存的氢气在锌液中受热释放破坏了镀锌层的结晶而产生灰斑，导致工件漏镀返工重镀甚至报废。水洗工序主要是洗掉工件表面的铁盐及杂质，减少锌灰、锌渣的生成。

　　（1）区别工件锈蚀程度分开酸洗

　　进入热镀锌生产线的工件，包括待热镀锌工件和预制件，在存放期间要防止严重锈蚀。对于已经出现严重锈蚀的钢制件和一般轻微锈蚀的钢制件要分开进行酸洗。腐蚀程度不同，酸洗时间亦应不同，以防止轻微腐蚀的钢制件在酸洗时出现过酸洗，避免析氢现象和钢制件表面出现麻坑。对严重锈蚀的工件采取方法：①物理机械除锈法，酸洗一定时间后针对部分未脱锈层用小铁铲铲除；②酸洗浸湿工件后再吊出放置10~24小时让工件生成新锈，这样除锈效果好；③在中等浓度酸中浸泡一定时间用抽酸电机抽酸使酸液产生波动，冲刷掉附着的锈皮。为避免工件重叠酸洗不干净，在工件酸洗前进行装筐，对角钢工件隔开叠放或装入特制的筐具中，对钢板工件进行挂笼酸洗，这样酸洗速度又快又好。

　　（2）使用复合除锈剂代替单一的'盐酸或硫酸水溶液除锈

　　单一盐酸溶液易挥发，易过酸洗，少量油污不能很好清除，本厂除锈主要采用盐酸再加复合溶剂，复合溶剂中有乌洛托品、SLS活性剂、TX-10、添加剂，其优点在于酸洗速度快而不过酸洗，减少酸雾的逸出挥发，节约盐酸。一般情况下1t盐酸可清除40t以上钢构件表面的铁锈，较直接使用盐酸节省33%左右。常温复合盐酸酸洗液配方中的盐酸是主要成分，乌洛托品是一种缓蚀剂，TX-10具有活化渗透作用，SLS活性剂能起到润湿和渗透复合作用，同时具有抑制酸雾的作用；添加剂是一种含羧酸的有机物，可与Fe、Fe起络合作用，降低盐酸酸洗液中的铁离子含量，有利于减少锌液中锌铁合金(锌渣)的产生和提高钢制件表面镀锌层的延展性。

　　（3）酸洗后采用温水洗

　　采用温水洗，主要是考虑能很好的冲洗、溶解掉粘附在钢件表面的铁盐，减少带入下道工序(助镀)中的铁盐。因为要达到一定温度(大于25℃)才能起到快速清除铁盐的效果，从节约能源角度考虑，本厂将钢构件热浸镀锌后水冷却池中的70℃热水不断引进到清洗池中，起到温水清洗和维持清洗水的洁净作用。

　　2．2．2助镀剂工序的优化

　　（1）助镀剂的有效成分和最佳工件条件

　　钢构件在热镀锌前浸粘助镀剂的目的，是为了保证钢件在热浸镀锌时，使其表面的铁基体在短时间内与锌液起正常的反应而生成一层铁-锌合金层。其作用机理为：

　　(a)清洁钢铁表面，去除掉酸洗后钢件表面上的一些铁盐、氧化物及其它脏物。

　　(b)净化钢件浸入锌液处的液相锌，使钢件与液态锌快速浸润并反应。

　　(c)在钢件表面沉积一层盐膜，可将钢件表面与空气隔绝，防止进一步微氧化。(e)涂上溶剂的钢件在遇到锌液时，溶剂气化而产生的气浪起到了清除锌液上的氧化锌、氢氧化铝及碳黑颗粒等的作用。通常选用的助镀剂为ZnCl·2NHCl，当工件在浸入锌液时，助镀剂盐受热后首先发生分解：

　　ZnCl·2NHCl→ZnCl(NH)+NH↑+2HCl↑

　　分解释放出的氨气和氯化氢气体与工件表面残留的氧化物及锌液表面形成的氧化锌发生反应：

　　FeO+NH+2HCl→FeCl(NH)+H0↑