钢制件热镀锌降低锌耗优化工艺介绍.docx

钢制件热镀锌降低锌耗优化工艺介绍来源:金汇期货 发布时间：2006-05-29 09:26:09［摘要］针对目前锌锭价格居高不下的现状，给企业热镀锌生产、销售带来一定影响的问题，企业如 何节能、降低锌的消耗，分析指出了传统的热镀锌工艺造成锌耗高的影响因素指出从优化热镀锌工艺管 理着手，重点介绍了酸性脱脂、复合酸洗、以ZnCl2： NH4Cl = 1： 1.2〜1.6双盐为主要成分、辅以缓蚀活 性剂的助镀剂配方、工艺条件，以及先进的热镀锌无锌渣、低锌耗的工艺技术等通过工艺优化，采用先 进的热镀锌技术措施，生产实际表明，钢制件热镀锌吨耗锌可以降低10〜15%左右［关键词］热镀锌;钢制件；工艺优化；降低锌耗0. 前言钢铁制件热镀锌是目前应用最广泛和最有效的防锈蚀方法之一，主要应用于塔桅类、钢结构工程、钢格板、 交通设施和其他等五个方面截至目前不完全统计，我国结构钢（型钢及构造物）热镀锌企业已经超过800 家，年产量估计为500〜550万吨进入2004年以来，全球锌市场由供应过剩转为短缺，对锌的需求量快 速增长，加之其它因素影响，年需求平均递增12.3%；国内锌消耗持续快速增长7.6% ［1］。

锌锭价格由年 初的14，000元/吨持续、猛涨到发稿时的36，000元/吨，热镀锌消耗锌约在60〜65Kg/t，仅锌消耗成本 一项由840元/ t增加到2, 400元/t，而热镀锌加工销售价格增长幅度不大，企业如何适应市场的变化， 降低钢铁件热镀锌的锌锭的消耗是热镀锌企业迫在眉睫、急需要解决的问题本文拟从优化热镀锌工艺管 理，降低锌锭的消耗等方面作简要介绍，并提出一些行之有效的技术措施，以供参考1. 传统的热镀锌工艺1.1传统的热镀锌工艺流程为：钢制件一脱脂（除油）一水洗一除锈一水洗一助镀一烘干一热浸锌一水冷却一钝化一水洗一检验一包装1.2 传统的热镀锌工艺流程的缺陷传统的热镀锌工艺流程的缺陷在于以下五个方面：⑴、清洗水没有充分利用，存在较大的浪费；⑵、脱 脂工序仍采用强碱NaOH、帆叫、Na’Pq和冷以混合水溶液，大于"C的高温脱脂方法用此方 法进行脱脂，工作环境因碱性挥发气味较大；因过高的浓度、制件在碱性溶液中放置的时间太长、温度太 高的因素容易引起工件表面过清洗，同样会出现表面轻微的腐蚀，从而使水清洗不能去掉（由于腐蚀留下 的）残留产物，这些化学产物实际上可以被金属细孔吸附，可能出现制件表面漏铁现象和粗燥不平；⑶、 除锈剂一般采用单一成分，如：盐酸或硫酸。

盐酸浓度高时酸液易挥发，给制作环境带来损害，硫酸浓度 高时，稍微不注意易使制件表面出现过腐蚀和析氢现象;⑷、助镀溶剂成分单一使用NH4C1或NH4C1和ZnCL 混合水溶液，但配方配比不合理，都会使镀层质量出现缺陷和锌耗的增加；⑸、铁质熔锌锅外加热产生大量锌渣的问题，约占总锌耗的15%〜25% ；紧固件高温热镀锌用的铸铁锅锌渣 约占总锌耗的50%〜60%，锌的无效消耗较大；（6）、在热浸锌时，极不科学的直接向熔融的锌液中添加 纯铝、电缆铝丝、镍粉、稀土粉等，均可造成锌液粘稠流动性差，锌液表面出现浮渣等问题2 热镀锌优化工艺2.1热镀锌优化工艺流程为：I助镀剂除铁钢制件一酸性脱脂剂脱脂（除油）一复合除锈剂除锈一温水洗一清水漂洗一助镀一烘干一f热浸锌一水冷却一钝化一检验一包装2.2 热镀锌优化工艺，是指使工艺更加合理、趋于科学，其目的在于提高镀锌层表面质量，减少不合 格产品的发生；降低生产成本，主要是为降低占总生产成本80%的纯锌的消耗以批量热镀锌生产为例， 具体有以下几个方面2.2.1进入热镀锌生产线的制件，包括待热镀锌制件和预制件，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脱脂、酸洗。

主要是区别因腐蚀程度不同，酸洗 时间亦应不同，防止轻微腐蚀的钢制件在酸洗时的过酸洗，避免析氢现象和钢制件表面出现麻坑2.2.2采用酸性脱脂剂代替强碱溶液去油脂的方法酸性脱脂剂已有许多报道，酸性脱脂后可以省掉一道 清水洗工序，可以节约水资源及对其含脱脂剂处理的费用同时该脱脂剂溶液中含有活性剂和缓蚀剂，不 会因脱脂时间太长对钢制件表面产生过清洗现象其主要配方及工艺条件如下：A.用于表面附有氧化皮及少量油污的钢铁制件：⑴ 硫酸（H2SO4），d=1.84, 256ml/L ；⑵ OP-10 9.2g/L；⑶若丁 5g/L；⑷温度 60-65°C；B.用于表面附有疏松锈蚀产物及少量油污的钢铁制件:⑴盐酸 （d=1.19）⑵十二烷基硫酸钠⑶六次甲基四胺缓蚀剂⑷温度C.用于表面兼有氧化皮、⑴盐酸 （d=1.19）⑵硫酸 （d=1.84）⑶ 六次甲基四胺缓蚀剂⑷ OP-10⑸温度450-600g/L ，45-50g/L ，3-4g/L ,15--25°C；锈蚀产物和少量油污的钢铁制件170-185g/L ,35-45ml/L,3-4g/L ，5-7g/L ，80-85C； 2.2.3使用复合除锈剂除锈代替单一的盐酸或硫酸水溶液除锈。

其优点在于酸洗速度快、减少酸雾的逸出 挥发，节约盐酸一般情况下一吨盐酸可清除40吨以上钢制件表面的铁锈，较直接使用盐酸节省33%左右 其常温复合盐酸酸洗液工艺配方（1000ml溶液中含量）如下：⑴盐酸（d=1.19）450〜500ml ；⑵磷酸（d=1.71）14〜20 ml ；⑶TX-104〜6g ；⑷S L S活性剂4〜6g ；⑸若丁4〜8g ；（6）添加剂5 〜10g ；常温复合盐酸酸洗液配方中的盐酸是主要成分，磷酸的加入可提高酸洗速度，TX-10具有活化渗透作用， S L S活性剂能起到润湿和渗透复合作用，同时具有抑制酸雾作用；添加剂是一种含羧酸的有机物，可与 Fe2+、Fe3+离子起络合作用，降低盐酸酸洗液中铁离子含量，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⑵2.2.4酸洗后采用温水洗采用温水洗，主要是考虑能很好的冲洗、溶解掉粘附在钢制件表面的铁盐，减 少带入下到工序（助镀）中的铁盐考虑到需要对清水加热到一定温度（＞25C），才能起到快速清除铁 盐的效果从节约能源考虑，可以将钢制件热浸锌后水冷却池中水引进到酸洗后的漂洗池，起到温水清洗 的作用2.2.5助镀剂有效成分和最佳工作条件。

钢制件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，而生成一层的铁-锌合金层其作用机理为：（1） 清洁钢铁表面，去除掉酸洗后钢件表面上的一些铁盐、氧化物及其他脏物2） 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；（3） 在钢件表面沉积一层盐膜，可以将钢件表面与空气隔绝开来，防止进一步微氧化；（4） 溶剂受热分解时（指干法）使钢件表面具有活性作用及润湿能力（即降低表面张力），使锌液能很好 地附着于钢件基体上，并顺利的进行合金化过程；（5） 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 颗粒等作用因此，通常选用的助镀剂为：ZnCl2 • 2NH4C1.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 f + 2HC1 f2 4 2 3 3分解释放出的氨气和氯化氢气体与工件表面残留的氧化铁及锌液表面形成的氧化锌发生反应：FeO + NH + 2HC1 — FeCl（NH） + HO f3 2 3 2ZnO +NH + 2HC1 — ZnCl（NH） + HO f3 2 3 2为此，助镀剂的正常成分和最佳工作条件见下表：表助镀剂的正常成分和最佳工作条件：组份氯化锌氯化铵总盐份含量可能性20 〜30 %30 〜 60 %350 〜450 g/l作用范围适合性10 〜20 %20 〜 60 %300 〜400 g/l助镀剂温度〜7 0 °C助镀剂pH值3.5 〜 4.5以氯化锌和氯化铵混合组成的助镀液，ZnCl? . 2NH4C1是有稳定成分的化工双盐，易结晶在钢制件表面上。

其中NHC1在助镀剂中的作用是最根本的，但NHC1易挥发，所以不能太高以避免工件在浸锌过程中形成过 4 4多的烟雾ZnC12起到涂层作用，尽可能减少工件在酸洗之后和浸锌之前的氧化同时，以ZnC12 . 2NH4C1 为氯化锌和氯化铵混合组成基础的助镀剂有很好的自（动）干（燥）效果，据研究报道：在欧洲氯化锌和 氯化铵混合比约为0.8［可；在美国及日本通常采用三盐ZnC12 . 3NH4C1或四盐ZnC12 . 4NH4C1溶液，铵锌比约 为1.2〜1.6国内热镀锌通常不烘干或烘干效果不佳，同时考虑使用成本，推荐采用1.2〜1.6铵锌比［4］2.2.6 助镀剂中铁离子含量的控制与去除方法助镀剂中的铁离子，不仅增加助镀盐残余物的黏度而增加了清除的难度，而且由于铁离子的存在，还增加 了助镀盐在工件表面的结晶所需要的时间；更重要的是，助镀剂中的铁离子含量高会导致锌渣量的增高， 造成无效的纯锌耗据报道：1份铁与锌液结合可以形成25份的锌渣最近的一项研究表明，随助镀剂结 晶双盐而被带入锌液中的铁盐将会与锌锅中的锌发生反应，大约20%会进入镀锌层中，剩下的80%将会直接 形成锌渣⑸就助镀剂而言，减少铁离子的措施，需要添加以乌洛托品和FHX-1为主要成分的缓蚀、有 机活性剂⑹。

加入一定的有机活性剂后可以使助镀剂分散、浸润能力，干燥速度增强，避免工件与锌液接 触发生爆锌现象的出现连续去除助镀剂中的铁离子的工艺技术已经成熟⑺，现在已有连续清除助镀剂中铁离子的GD--PIRE设备 为大多企业使用通过连续清除助镀剂中亚铁离子可从10〜20 g/L降低到0.6g/L以下时，结构件热镀锌 吨耗纯锌降低0.466%〜1.007%，平均降低0.737%如果年产按20，000t镀锌件计算，每年最少可节约锌 20，000tX0.737% =147.4t;锌锭按36，000元/ t计算，每年可节约530.64万元2.2.7助镀剂pH值的控制范围助镀剂酸性过强，所有的铁盐处于溶解状态因此将有更多的Fe2+会随工件被带入锌液中，这将导致更多 的细锌渣的产生特别是当助镀剂pH >5.5时，Fe （OH） 2和Zn （OH） 2在工件表面沉析，这将阻碍锌液 与钢基体的接触，妨碍锌一铁反应的进行，造成镀锌层表面质量缺陷当助镀剂pH 3.5〜4.5之间时，溶 解状态的Fe2+离子会被空气中的氧离子逐渐氧化形成在这个pH值条件下不能溶解的Fe3+离子，并以Fe（OH） 3的形式从助镀溶液中沉析出来。

有利于用清除设备将铁离子和杂质从助镀剂中排出综上所述，改善或提高助镀前工件的清洗质量，严格助镀剂的管理，对降低锌耗，改善镀锌层质量是行之 有效的2.2.7 降低锌渣的产生、节锌措施降低锌渣的产生、节锌应从以下六个方面解决：1）、采用耐锌蚀金属内加热器［8］和纤维复合增强内加热器二种陶瓷锌锅热镀锌，镀锌温度可以根据不同的钢构件、 紧固件、玛钢件和球墨铸铁件在450〜650°C范围内任意调节，将无锌渣产生，国内已有几十家企业采用该 项技术；2）、采用435〜445C低温镀锌，并保持在这个温度下长时间工作，防止锌液温度忽高忽低，先 决条件应是锌锅的熔锌量较大，锌锅深而锅口窄热镀锌炉供热系统需要采用自动控温装置，锅体外壁需 要安装稳热构件；同时需要按要求向锌液中添加锌镍。