降低鋅耗的鋼絲熱鍍鋅優(yōu)化工藝

苗瀛，苗立賢

（1.河南科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.鞏義市恒星金屬制品有限公司，河南 鄭州 451251）

【熱浸鍍】

降低鋅耗的鋼絲熱鍍鋅優(yōu)化工藝

苗瀛1，苗立賢2,*

（1.河南科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.鞏義市恒星金屬制品有限公司，河南 鄭州 451251）

采用電解脫脂，復(fù)合酸洗除銹，非離子活性劑的助鍍劑配方，無鋅渣內(nèi)加熱熔鋅和電磁抹拭等工藝，降低了生產(chǎn)過程中鋅損耗(5% ～ 7%)，節(jié)約了能源，提高了鋼絲鍍層質(zhì)量。

鋼絲；熱鍍鋅；脫脂；除銹；內(nèi)加熱熔鋅；電磁抹拭

1 前言

突如其來的國際金融危機給我國實體經(jīng)濟帶來的影響日益顯現(xiàn)，對盈利水平相當(dāng)?shù)偷匿摻z熱鍍鋅生產(chǎn)企業(yè)的沖擊更是不可估量。鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)一直按照傳統(tǒng)工藝進行，能耗高、生產(chǎn)環(huán)境較差，尤其是鋼絲鍍鋅層經(jīng)常出現(xiàn)的漏鍍、不均勻等問題，導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下。因此，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)經(jīng)營成本，是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的重點。本文結(jié)合實際，從技術(shù)角度分析了造成能耗、鋅耗高的原因，重點介紹了降低能耗、鋅耗，提高熱鍍鋅鋼絲鍍層品質(zhì)的部分改進工藝和措施。

2 傳統(tǒng)的鋼絲熱鍍鋅能耗、鋅耗高的原因分析

傳統(tǒng)的鋼絲熱鍍鋅工藝的預(yù)處理清潔化生產(chǎn)程度低，導(dǎo)致鍍鋅層質(zhì)量不穩(wěn)定和鋅錠消耗高，其缺陷有以下6個方面：

(1) 經(jīng)拉拔后，鋼絲表面磷化膜厚，而且拉拔用的皂化潤滑劑濃度和雜質(zhì)含量高，影響脫脂、酸洗效果。

(2) 脫脂工序仍采用 NaOH、Na2CO3和 Na3PO4的混合溶液，80 °C以上高溫脫脂。因濃度和溫度過高，鋼絲表面會出現(xiàn)輕微的腐蝕，水清洗時不易去除，導(dǎo)致鋼絲鍍鋅時出現(xiàn)露鐵現(xiàn)象。

(3) 采用鹽酸作為除銹劑，鹽酸濃度高時，鋼絲表面易發(fā)生過腐蝕，鋅耗增大；且鹽酸易揮發(fā)，污染環(huán)境，生產(chǎn)成本高。

(4) 助鍍?nèi)軇┏煞譃閱我坏腘H4Cl水溶液，NH4Cl附著能力差，易脫落，導(dǎo)致鍍層出現(xiàn)露鐵、不均勻和附著力差等缺陷。當(dāng)溶液含有一定量的鐵離子時，鐵離子會隨鋼絲進入鋅液中，最終產(chǎn)生鋅渣(FeZn13)，使鋅耗增大。

(5) 采用鐵質(zhì)熔鋅鍋側(cè)加熱會產(chǎn)生大量鋅渣，占總鋅耗的15% ～ 25%；采用陶瓷鋅鍋上加熱會使鋅燃燒，將有10% ～ 15%的氧化鋅和鋅灰生成。

(6) 鋼絲離開鋅液面時，油木炭抹拭會造成鍍層不均勻并產(chǎn)生鋅瘤，外觀粗糙、不光滑，上鋅量高。

3 降低能耗、鋅耗的優(yōu)化措施

為提高鍍鋅層表面質(zhì)量，減少不合格品，降低生產(chǎn)成本，目標(biāo)應(yīng)重點放在鋼絲鍍鋅前的表面清潔程度，以及降低占總生產(chǎn)成本 80%的純鋅消耗這兩個方面。優(yōu)化工藝流程為：

黑鋼絲─溢流熱水洗─電解脫脂─溢流清水漂洗─復(fù)合除銹劑除銹─溢流清水漂洗─粘助鍍劑─烘干─熱浸鋅─電磁抹拭─風(fēng)冷─水冷卻─檢驗─包裝。

3. 1 鋼絲表面預(yù)處理的優(yōu)化措施

3. 1. 1 控制拉拔后鋼絲表面磷化膜的厚度

鋼絲拉拔前的磷化作用可改善鋼絲冷成型后的潤滑性，熱鍍鋅前其厚度應(yīng)控制在1 ～ 3 μm，對應(yīng)磷化膜的單位面積質(zhì)量為5 ～ 8 g/m2。磷化膜的厚度控制原則應(yīng)為：粗號鋼絲取下限，細號鋼絲取上限。水箱拉絲機中潤滑皂化劑的質(zhì)量濃度控制在1.011 ～ 1.018 g/cm3范圍內(nèi)，要定期清除拉絲機內(nèi)沉積的雜質(zhì)污垢，最好控制在0.25 g/L以下。

3. 1. 2 鍍鋅脫脂工藝前增加一道熱水洗

這樣可以軟化鋼絲拉拔后表面粘附的硬度高的皂化脂，以便在脫脂工序中較好地去除。熱水溫度為70 ～80 °C，采用階梯式漂洗，溢流排放，循環(huán)過濾使用。

3. 1. 3 將單一化學(xué)脫脂改為電解化學(xué)脫脂

電解脫脂的脫脂劑用量較常規(guī)化學(xué)脫脂減少了15% ～ 20%，同時脫脂速度更快，效果更佳。鋼絲脫脂后采取溢流水漂洗、毛刷或空氣噴吹等方式，可較好地將鋼絲表面殘存的皂化液脫除掉。

電解脫脂配方和工藝如下：

NaOH 30 ～ 35 g/L

Na2CO320 ～ 25 g/L

Na3PO410 ～ 15 g/L

θ 60 ～ 70 °C

J 5 ～ 15 A/dm2

t 5 ～ 10 s(陰、陽極互換)

電解脫脂效果隨電流密度增大有顯著提高；但當(dāng)電流密度大于50 A/dm2后，電流密度增加時清洗效果變化不明顯。故電流密度控制在10 ～ 30 A/dm2為宜。

直線逆流循環(huán)式不增加鋼絲的運行阻力，可保持鋼絲平穩(wěn)運行。逆流脫脂槽中的電極板使用一段時間后，其表面會逐漸沉積一定量的污垢，輸出電流受到屏蔽，電流密度將會逐漸減小，脫脂效果變差，甚至脫除不掉油脂。此時應(yīng)清除電極板表面的污垢，或定期對電極板輪換清理[1]。

3. 1. 4 鹽酸除銹優(yōu)化工藝

采用復(fù)合除銹劑除銹代替單一的鹽酸溶液除銹工藝，具有酸洗速度快，減少酸霧逸出揮發(fā)，節(jié)約鹽酸[2]等優(yōu)點。一般情況下，采用復(fù)合除銹劑后1 t鹽酸可清除80 t以上鋼絲的表面鐵銹，較直接使用鹽酸節(jié)省35%左右。常溫復(fù)合鹽酸酸洗液工藝配方如下：

鹽酸(ρ = 1.15 g/mL) 120 ～ 180 mL/L

磷酸(ρ = 1.71 g/mL) 10 ～ 15 mL/L

TX–10 2 ～ 4 g/L

若丁 1.5 ～ 3.0 g/L

磷酸可提高酸洗速度；TX–10具有活化潤濕和滲透復(fù)合作用，同時具有抑制酸霧作用；若丁為緩釋劑，可減少亞鐵鹽的產(chǎn)生。為了減少酸液的揮發(fā)，可在酸洗液表面覆蓋一層酸霧抑制劑或大小搭配的泡沫型PP空心球，以提高酸液的利用率。

3. 1. 5 酸洗后采用溫水洗

溫水洗能很好地去除粘附在鋼絲表面的鐵鹽，避免其帶入下道工序(助鍍)中。熱水溫度高于25 °C時，效果更佳。從節(jié)約能源考慮，可將鋼絲熱浸鋅后冷卻池中的水引入漂洗池，作為清洗水使用。

3. 1. 6 其他

工藝槽均采用高、低液位報警，人工補液、補水。布置方式為工作液槽在上，儲液槽在下，液體上下循環(huán)使用。為節(jié)約水資源，生產(chǎn)線上水清洗均采用二次清洗，末道水洗的水循環(huán)到第一道水清洗；酸洗后的水清洗循環(huán)到脫脂后的水清洗，并起到酸堿中和的作用，最后集中到廢水處理中心，經(jīng)處理后再循環(huán)到生產(chǎn)線上繼續(xù)使用。

3. 2 采用活化助鍍劑優(yōu)化工藝

鋼絲熱鍍鋅前浸粘助鍍劑可保證鋼絲在熱浸鍍鋅時，其表面的鐵在短時間內(nèi)與鋅液起正常反應(yīng)，生成一層鐵–鋅合金層。其作用有：(1)清潔鋼絲表面，去除酸洗后鋼絲表面的亞鐵鹽及其他雜質(zhì)；(2)凈化鋼絲浸入鋅液處的液相鋅，使鋼絲與液態(tài)鋅快速浸潤并反應(yīng)；(3)在鋼絲表面沉積一層鹽膜，可以將鋼絲表面與空氣隔絕開來，防止其二次氧化；(4)溶劑受熱分解時使鋼絲表面具有活性及潤濕能力(即降低表面張力)，使鋅液能很好地附著于鋼絲上，并順利地完成合金化過程；(5)涂上溶劑的鋼絲在遇到鋅液時，溶劑氣化而產(chǎn)生的氣浪可以清除鋅液上的氧化鋅、氫氧化鋁及碳黑顆粒[3]。

該助鍍劑工藝條件[4]如下：

氯化鋅 15 ～ 20 g/L

氯化銨 45 ～ 50 g/L

添加劑 0.8 ～ 1.0 g/L

pH 5 ～ 6

θ 65 ～ 70 °C

此助鍍劑的氯化銨含量比常規(guī)助鍍劑降低了10% ～20%，不用添加氯化鋅，克服了因鋼絲不斷將酸液帶進助鍍劑槽中使助鍍劑酸性過強的弊端，助鍍劑 pH 始終保持在5 ～ 6之間。溶液中Fe2+離子在此條件下會被空氣中的氧逐漸氧化為Fe(OH)3，并從助鍍?nèi)芤褐谐廖龀鰜?，有利于提高助鍍前鋼絲的清洗質(zhì)量。

同時，助鍍劑中的氯化鋅和氯化銨依靠非離子活性劑的分散、濕潤作用，能降低表面張力，克服了溫度較低時鋼絲基體與鋅液接觸而出現(xiàn)的微爆濺現(xiàn)象，避免了因爆鋅而產(chǎn)生的漏鍍和鋅的非正常消耗。

助鍍劑中的鐵離子不僅增大了助鍍劑的黏度，提高了鋼絲與鋅液接觸反應(yīng)的難度，還延長了助鍍劑在工件表面結(jié)晶所需要的時間，導(dǎo)致鋅渣量的增高，造成無效的鋅耗。

參照專利《一種防止鋼絲熱鍍鋅漏鍍的助鍍劑制備方法》[4]，可以去除助鍍劑中的鐵離子。結(jié)果表明，當(dāng)Fe2+從10 ～ 20 g/L降低到0.6 g/L以下時，每噸鋼絲鍍鋅消耗純鋅的量降低0.2% ～ 0.5%。

3. 3 采用無鋅渣內(nèi)加熱熔鋅、鍍鋅工藝

采用無鋅渣內(nèi)加熱器熔鋅、鍍鋅工藝避免了傳統(tǒng)的上加熱過程對鋅液表面的輻射導(dǎo)熱熔鋅，極大地減少了鋅液表面的高溫氧化，與傳統(tǒng)的鋼板鋅鍋相比，具有無鋅渣、鋅灰生成量少的特點，有效降低了鋅耗。加熱體與鋅液接觸，將熱量直接傳給鋅液，熱能利用率可達 90%以上。鋅液溫度可以精確控制在±2 °C以內(nèi)。為減少鋅液面熱量的輻射、對流損失，在鋼絲進入鋅液面之前，覆蓋一層含有氧化鋅還原劑的保溫材料，可減少熱量損失，同時抑制鋅粉灰的飄浮。在正常鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)中，生產(chǎn)1 t鋼絲的平均耗鋅量在50 kg 左右──與上加熱鋼絲鍍鋅相比，綜合節(jié)約純鋅5% ～ 7%；與采用鐵質(zhì)鋅鍋相比，節(jié)約純鋅15% ～ 27%。

3. 4 添加鋅–鋁–混合稀土合金(w (Al) = 5%)

鋅液中含有0.002% ～ 0.005%的鋁，可明顯增加鍍鋅層的光亮度，還可阻止鋅液面的氧化，避免出現(xiàn)過多的鋅灰。同時，混合稀土和鋁元素可細化鋅晶粒，增大鋅液的流動性，明顯提高鍍鋅層的均勻性，有利于降低鋅耗。但應(yīng)避免直接向鋅液中添加單組分的金屬鋁和稀土，以合金的形式添加為宜。

3. 5 采用電磁抹拭替代油木炭抹拭工藝

鋼絲熱鍍鋅時，當(dāng)鋼絲垂直離開鋅液面時，表面會粘附一層純鋅液，在沒有凝固之前這層鋅液一方面在重力的作用下順著鋼絲向下流動，另一方面隨鋼絲向上移動，最終導(dǎo)致在鋼絲表面出現(xiàn)斷續(xù)的鋅瘤。傳統(tǒng)方法是用油木炭覆蓋層抹拭掉鋅瘤，得到光滑的鍍鋅層。但油木炭質(zhì)地疏松，不能很好地抹拭掉鋼絲表面形成竹節(jié)狀的鋅瘤，而且其在高溫下易遇熱燃燒，燃燒過程中散發(fā)出大量黑煙，危害人體健康和生產(chǎn)安全，另外還會在鍍鋅層表面殘留一些木炭灰等雜質(zhì)而影響鍍層表面質(zhì)量和耐腐蝕性能。

電磁抹拭可解決上述問題。利用電磁場瞬間發(fā)熱的原理，使未完全凝固的鋅液熔化而回落到鋅鍋的鋅液中去，通過調(diào)節(jié)電流的大小來改變電磁場的強弱，控制鍍鋅層厚度和光滑度，提高了鋅液在鋼絲上的流平性，使鍍鋅層均勻、平整。使用時，在工作腔中通入一定壓力和溫度的氮氣，以保護鋼絲離開鋅液面出口處的潔凈。

4 結(jié)論

(1) 控制熱鍍鋅前鋼絲表面磷化膜厚度在1 ～ 3 μm以及水箱拉絲機中皂化潤滑劑的質(zhì)量濃度在 1.011 ～1.018 g/cm3范圍內(nèi)，定期清除拉絲機內(nèi)沉積的雜質(zhì)污垢，使雜質(zhì)污垢在0.25 g/L以下，可有效改善鋼絲脫脂清洗和酸洗除銹的質(zhì)量。

(2) 電解脫脂較常規(guī)化學(xué)脫脂減少脫脂劑用量15% ～ 20%，復(fù)合酸洗劑較單一使用鹽酸節(jié)省鹽酸35%左右，活化助鍍劑的氯化銨含量比常規(guī)助鍍劑降低10% ～ 20%，如此不但節(jié)約了能源，而且避免了因鋼絲表面不清潔而引起的漏鍍、鍍鋅層不均勻等缺陷。

(3) 向鋅液中添加含鋁 5%(質(zhì)量分數(shù))的鋅–鋁–混合稀土合金，有利于細化鋅晶粒，增大鋅液的流動性，提高鍍鋅層的均勻性，降低鋅耗。

(4) 采用內(nèi)加熱陶瓷鋅鍋熔鋅、鍍鋅工藝，大大減少了鋅渣的產(chǎn)生，綜合節(jié)約純鋅5% ～ 7%。采用電磁抹拭代替油木炭抹拭，改善了鋅液在鋼絲上的流平性，使鍍鋅層光滑均勻、無鋅瘤，工作環(huán)境清潔。

[1] 焦耀中, 苗立賢, 焦宗寶, 等. 安全環(huán)保型鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)工藝[C] // 2009金屬制品行業(yè)技術(shù)交流會論文集. 寧波: 中國金屬學(xué)會, 2009: 70-74.

[2] 苗立賢, 張慧君, 劉海, 等. 復(fù)合鹽酸酸洗液在鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 電鍍與涂飾, 2006, 25 (7): 8-9.

[3] 苗立賢, 焦宗保, 張保湖, 等. 鋼絲熱鍍鋅清潔化生產(chǎn)[J]. 電鍍與涂飾, 2009, 28 (1): 27-29.

[4] 鞏義市恒星金屬制品有限公司. 一種防止鋼絲熱鍍鋅漏鍍的助鍍劑的制備方法: CN, 101338407 [P]. 2009–01–07.

[5] TAO L. 批量熱鍍鋅技術(shù)[C] // 第八屆中國熱浸鍍鋅會議論文集. 青島: 中國腐蝕與防護學(xué)會熱浸鍍專業(yè)委員會, 2009: 12-15.

[ 編輯：吳定彥 ]

Optimized process for reducing zinc consumption in steel wire hot-dip galvanizing //

MIAO Ying, MIAO Li-xian*

Some advanced technologies including electrolytic degreasing, derusting by composite derusting agent, using non-ionic surfactant plating assistant agent, zinc slag-free inner heating zinc melting and electromagnetic wiping were introduced. The process has the features of decreased loss of zinc (5%-7%), reduced energy consumption and good deposit quality.

steel wire; hot-dip galvanizing; degreasing; derusting; inner heating zinc melting; electromagnetic wiping

Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453000, China

TQ153.15

B

1004 – 227X (2010) 01 – 0030 – 03

2009–06–22

2009–07–24

苗瀛（1988–），男，河南駐馬店人，本科，主要從事金屬表面處理工作。

苗立賢，教授級高級工程師，(E-mail) lixian-163@163.com。