熱鍍鋅工藝及設(shè)備機械性能分析

王茂法

(溫州泰昌鐵塔制造有限公司，浙江 溫州 325000)

1 原理概述

鋅是一種以銀白色為略帶淺藍(lán)色的金屬材料。和一般金屬不同，在常溫空氣中，鋅氧化在表面形成一層具有良好的耐蝕性和致密的結(jié)構(gòu)堿性碳酸鋅膜[1]。在極少量的堿性氧化作用下，也能有效地起到防腐蝕的作用。熱浸鍍鋅工藝是利用其耐腐蝕作用，使鋅層在較高溫度下均勻、完整、緊密地結(jié)合在鋼材外表面。其防氧化腐蝕保護作用的機理就是最外層保護膜受到外界破壞時，在破壞處又形成新的碳酸鋅膜，保護鋼材基體的防氧化腐蝕[2]。

一般情況下，鍍鋅鋼件的腐蝕并不是從外輪廓全部位置開始，而是在鍍鋅層和鋼材本體之間某些結(jié)合性能較差，也就是附著力較弱的地方局部腐蝕，由此逐步蔓延形成整體表面的大面積腐蝕。表面鋅材的掉落意味著鋅在鋼材的表面附著力不夠，而不是厚度的問題，由此可見，鍍鋅層的附著力，特別是整體的附著力的好壞也尤為重要[3]。鍍鋅層的制造工藝起著關(guān)鍵的作用。

熱鍍鋅是指鋼表面在高溫下通過浸入鋼液進行熱鍍鋅的方法，稱為熱鍍鋅，熱鍍鋅工藝具有良好的性能。當(dāng)鋼材浸在約500℃鋅液中時，內(nèi)外鋅層與鐵基體相互混合的過程，部分Zn原子在鐵基熔體中溶解，在Zn與Fe的界面形成固態(tài)晶體熔體，同時由于鋅原子與鐵之間的重力作用，這些Zn、Fe原子相互擴散時，Zn原子逐漸滲入鐵基合金，在鋅液中擴散的鐵具有更穩(wěn)定的性能，形成穩(wěn)定的鋅鐵合金鍍層。多余的Fe原子則將成為鋅渣。

2 工藝研究

經(jīng)過百年的發(fā)展，熱鍍鋅生產(chǎn)工藝形成了以下幾種生產(chǎn)方法：賽拉斯法(SELAS)、莎倫法(SHARON)、森吉米爾法(SENDZIMIR) 、全輻射美鋼聯(lián)法(U.S.S)和改良森吉米爾法(NOF)[4]。

近些年國內(nèi)外支撐熱鍍鋅工藝的流水化設(shè)備也發(fā)展迅速，大部分工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備采用的是全輻射美鋼聯(lián)法(U.S.S)和改良森吉米爾法(NOF)工藝。

以鞍山鋼鐵企業(yè)的熱鍍鋅生產(chǎn)線為例，其主要生產(chǎn)工序包括：原料準(zhǔn)備、鍍前處理、熱浸鍍、鍍后處理。

1-開卷機；2-入口剪；3-焊機；4-清洗段；5-入口活套；6-脫脂裝置；7-連續(xù)退火爐；8-鋅鍋；9-氣刀；10-合金化爐；11-冷卻塔；12 -水淬槽；14-光整機；15-拉矯機；16-鈍化裝置；17-出口活套；18-涂油機；19-出口剪；20-卷取機

圖1熱鍍鋅工藝設(shè)備流程圖

圖1中熱鍍鋅工藝設(shè)備流程為：上料→夾送→矯正→焊接→清潔(水、酸)→入口活套→退火→鍍鋅→冷卻→中間活套→平整→拉矯→后處理→出口活套→檢驗。

2.1 原料準(zhǔn)備：上料、夾送、矯正、切邊、焊接

在流水線熱鍍鋅生產(chǎn)工藝過程中，首先進行鋼材毛料準(zhǔn)備工作。鋼材由吊車吊至機組入口處的接收平臺上，導(dǎo)入矯直機，進行矯直，然后機頭進入入口剪進行切割操作，結(jié)束后將尾部定位到入口剪，進行尾部切斷。

2.2 鍍前處理：鋼材的清洗和退火

首先，鋼的表面雜質(zhì)通過清洗槽高壓沖刷清洗，然后鋼材進入入口回路等待后續(xù)流程。

傳統(tǒng)工藝的主要缺點是：清洗水未得到充分利用，浪費較大；脫脂工藝仍采用強堿NaOH、Na2CO3、Na2P04和Na2S4混合水溶液[5]，處理環(huán)境溫度大于90℃，因為零件被置于高濃度堿性溶液中，較易發(fā)燒漏鍍，鍍層表面粗糙。除銹劑一般使用單一的氯化銨溶液或氯化鋅與氯化銨的復(fù)合水溶液，這種方式容易造成鋼構(gòu)件的過度酸洗和氫脆，但由于兩者比例不合理，鍍鋅后易造成鋼構(gòu)件表面漏鍍，同時增加鋅灰，導(dǎo)致鋅耗增加。并且鐵鋅鍋手動調(diào)溫控制，溫度波動大，鋅渣增加，鋅無效消耗高。

針對專業(yè)鐵塔構(gòu)件自生工作環(huán)境油污染少，行架結(jié)構(gòu)相對簡單的特點。先采用低鉻鈍化，取消了除油、除油水洗、干燥工序。為了提高速度，配以一定量的TX-10磷酸酯，其本身就具有活化滲透作用，再配合SIS激發(fā)劑具有潤濕滲透的復(fù)合作用，能抑制酸霧產(chǎn)生[6]；同時添加一種含有羧酸的有機物，能與Fe3+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，降低鹽酸酸洗液中的鐵離子含量，減少鋅渣的產(chǎn)出[7]。不同的銹蝕程度需要不同程度的酸洗配比和時間把控，因此在清洗之前要進行分類，特別嚴(yán)重的銹蝕還必須先進行噴砂等機械除銹方式。進過優(yōu)化后的工藝既有利于提高鋼結(jié)構(gòu)件的表面質(zhì)量，又會降低鍍鋅成本。同時，減少鐵和其它影響鋅耗的雜質(zhì)產(chǎn)生。

在酸洗時，酸洗槽設(shè)備極為關(guān)鍵，不但要具有耐酸腐的優(yōu)點，而且要有一定的機械性能，避免鋼材進入酸洗槽中時，破壞槽體內(nèi)壁。

2.3 熱浸鍍過程

鋼材流水線熱鍍鋅，鋅層厚度控制主要工藝設(shè)備有鋅鍋裝置包括沉沒輥、穩(wěn)定輥、氣刀以及其結(jié)構(gòu)部件[8]。

浸漬液主要采用鋅鎳合金，按浸漬液總量的0.06%、0.10Ni含量配比。含硅量高的Q235鋼鍍層厚度隨浸泡時間的延長呈線性增加，當(dāng)Ni含量為0.06%和0.10%時，鍍層厚度呈拋物線狀增長。因此，在含鎳量為0.06%的鋅溶液中，對含硅量較高的鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼的鍍層有明顯的降低作用，對含硅量在0.06%的鋅溶液中的鍍層，尤其是對含硅量較高的鋼件。鍍液溫度與常規(guī)熱鍍鋅相同，鎳合金的鍍液溫度為445～450℃。因為純鋅液的熔點介于純鋅的熔點和亞共晶點之間，比含2%鎳的鋅合金的熔點略低，生產(chǎn)實踐表明，添加0.06%和0.10%鎳后，鋅液流動性明顯得到改善，呈鏡光亮鏡面狀。鋅液在工件表面和附著在工件表面的少量鋅液迅速回流到工件表面。試驗結(jié)果表明，鋅的消耗量由原來的14%～18%降低到鋅鎳合金的10%和11%，達(dá)到了節(jié)約鋅的目的[9]。

在一定溫度下，通過調(diào)整浸鋅時間，可以獲得合適的過渡層厚度。用鋅鎳合金浸漬鋼塔零件時，注意時間和溫度的把控，很多情形下都是因為時間溫度計算和時間太短，造成厚度太薄，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 熱鍍鋅鍍后處理

鍍后的處理包括：鋅層的合金化處理、鍍鋅板的光整、矯直及表面涂油、銳邊鈍化。首先對鋼材進行快速冷卻，保證鋼材到上輥時溫度降到300℃以內(nèi)，然后經(jīng)過后續(xù)冷段繼續(xù)冷卻，水淬槽前溫度降至160℃內(nèi)，直至進入水冷罐冷卻，基本為大約45℃。水冷有利于減少色差，同時冷卻水溫度應(yīng)保持在60℃以內(nèi)，保持循環(huán)流動，中性水質(zhì)。冷卻后，精整機開始工作進行精整加工，有利于提高平整度和鍍層附著力[10]。然后進行鈍化處理，最后進行表面涂油，保證可靠地延長鍍鋅鋼板在儲存和儲存使用中的實際壽命。

3 結(jié)語

我國的鋼材流水線熱鍍鋅技術(shù)還處于一個不斷進步，不斷突破創(chuàng)新的持續(xù)發(fā)展階段。企業(yè)在生產(chǎn)中，應(yīng)該更加努力，不斷加強研究和摸索，對熱鍍鋅工藝技術(shù)和參數(shù)性能進行優(yōu)化調(diào)整，總結(jié)出一套保質(zhì)保量，具有競爭力的方案。