鍍鋅工藝培訓(xùn).ppt

鍍鋅工藝培訓(xùn) 批量熱鍍鋅的發(fā)展過程 熱鍍鋅是剛才防腐蝕方法中最普遍最有效的工藝措施 發(fā)明于18世紀(jì)中葉 至今將近270年 1742年法國(guó)化學(xué)家碼羅英博士發(fā)明了濕法鍍鋅 1800年干法鍍鋅問世 1837年法國(guó)索里爾申請(qǐng)熱鍍鋅專利 1837年英國(guó)克勞福特申請(qǐng)了以氯化銨為溶劑的鍍鋅工藝 1935年波蘭森吉米爾發(fā)明了氧化還原法鍍鋅工藝1937年美國(guó)建立第一條連續(xù)熱鍍鋅帶鋼生產(chǎn)線 1972年美國(guó)伯利恒公司發(fā)明 Galvalume 熱浸鍍層鋼板55 AL 43 4 Zn 1 6 si 1984年國(guó)際鋁鋅組織申請(qǐng)專利Galfan合金Zn 5 Al RE 鍍鋅原理 140和 165鍍管工藝流程 原材料檢驗(yàn) 熱水洗 脫脂 水洗 酸洗 水洗 涂溶劑 烘干 熱鍍鋅 外吹 內(nèi)吹 導(dǎo)桿式 蒸汽 空冷 水冷 自檢 打印 鈍化 烘干 烘干 噴漆 包裝 檢驗(yàn)入庫鍍鋅護(hù)欄工藝流程 原材料檢驗(yàn) 酸洗 水洗 涂溶劑 烘干 熱鍍鋅 外吹 內(nèi)吹 空冷 水冷 鈍化 外吹 自檢 包裝打捆 檢驗(yàn)入庫 酸洗 作用 去除鋼鐵表面的雜質(zhì)和鐵銹成份 0 HCl 220g l 抑制劑 0 5 1kg m3原理 鐵銹的主要成分 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe2O3 6HCl 2FeCl3 3H2OFe3O4 8HCl 2FeCl3 FeCl2 4H2OFeO 2HCl FeCl2 H2OFe 2HCl FeCl2 H2酸洗后的工件應(yīng)呈暗灰色 應(yīng)嚴(yán)格控制酸洗液成份及酸洗時(shí)間防止出現(xiàn)欠酸洗和過酸洗 水洗 作用 去除鋼鐵表面的雜質(zhì) 鹽酸 鐵離子等 成份 常流水 自來水 涂溶劑 作用 經(jīng)除銹后的鋼鐵表面仍會(huì)殘留氧化鐵和酸洗殘留鹽 同時(shí)由于操作的不連續(xù)性 活化的鋼鐵表面在空氣中停留的時(shí)間較長(zhǎng) 會(huì)二次氧化 如果直接鍍鋅易產(chǎn)生漏鍍 必須進(jìn)行助鍍處理 成份 ZnCl2 300 500g l NH4Cl 150 350g l FeCl2 15g l1 溶劑處理工藝 干法和濕法干法鍍鋅工藝 工件經(jīng)酸洗后用清水去除表面的鐵鹽和殘留酸 再浸入氯化銨 氯化鋅或氯化鋅銨水溶液 經(jīng)烘干后 進(jìn)行鍍鋅 其優(yōu)點(diǎn) 產(chǎn)量高 鋅渣產(chǎn)生少 鋅液中可以添加鋁 其缺點(diǎn)是 清洗表面防漏度效果不如濕法 濕法鍍鋅工藝 在鋅液表面覆蓋一層厚度約150mm的熔融溶劑 工件經(jīng)過酸洗 水洗后穿過熔劑層浸入熔鋅槽中 其優(yōu)點(diǎn) 熔劑層可以預(yù)熱工件 減少飛濺 減少工件的變形 保溫 防止鋅液氧化 鋅灰少 其缺點(diǎn) 對(duì)鋅鍋有腐蝕 溶劑穩(wěn)定性差 需定期添加氯化銨或更換熔劑 熔劑消耗大 對(duì)環(huán)境影響大 產(chǎn)量低 鋅渣生成量大 不能用于加鋁操作 鍍層附著力不如干法鍍鋅 除干法和濕法外 有的鋼管鍍鋅還采用干濕法工藝 先干后濕 目前大多數(shù)企業(yè)采用干法鍍鋅工藝 2 溶劑的濃度 國(guó)外溶劑質(zhì)量濃度為 400 550g l 國(guó)內(nèi)大部分結(jié)構(gòu)件鍍鋅企業(yè)為200 350g l 我們企業(yè)為550 700g l 3 亞鐵離子 溶劑中的鐵離子被帶入鋅池后會(huì)產(chǎn)生鋅渣 每一公斤鐵至少會(huì)消耗25公斤鋅而形成鋅渣 溶劑中產(chǎn)生亞鐵離子的原因有三個(gè)方面 其一 工件經(jīng)酸洗后 表面還殘留鐵離子 其二 工件在溶劑中的時(shí)間過長(zhǎng) 溶劑對(duì)工件的侵蝕也會(huì)增加鐵離子 其三 有些單位使用鐵槽 或使用鋼管加熱管 亞鐵離子含量應(yīng)越低越好 歐洲一般控制在0 5 3g l 我國(guó)企業(yè)一般控制在10g l 4 溶劑PH值溶劑適宜的PH值范圍為 4 5當(dāng)PH值低于4時(shí) 溶劑容易腐蝕工件 增加鐵離子 超過5 5時(shí) 還可能使ZnCl2水解生成Zn OH 2析出 5 溶劑溫度室溫 60 對(duì)于涂溶劑后無烘干 或烘干能力不足情況 應(yīng)盡量提高溶劑的溫度 如果溫度過高 會(huì)使水分蒸發(fā) 從而增加濃度 有時(shí)可通過調(diào)節(jié)溶劑溫度 來保持溶劑的濃度 6 溶劑再生 溶劑除鐵 氧化沉淀法 化學(xué)氧化和電解氧化化學(xué)氧化 可利用空氣 臭氧 化學(xué)強(qiáng)氧化劑將溶劑中的Fe2 氧化為Fe3 并調(diào)整PH值 形成Fe OH 3沉淀 過濾Fe OH 3可將鐵離子去除 以雙氧水H2O2為例 H2O2 2FeCl2 4NHOH 2Fe OH 3 4NH4Cl電解氧化 通過雙室電解槽 在陽極區(qū)Fe2 失去電子氧化為Fe3 并以Fe OH 3析出 在陰極區(qū)H離子得到電子形成氫氣 烘干 作用 將涂有溶劑的工件進(jìn)行干燥 去除水分 防止工件進(jìn)入鋅液時(shí)出現(xiàn)爆鋅現(xiàn)象 溫度 80 180 時(shí)間 7 15min各國(guó)對(duì)烘干溫度缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí) 對(duì)鋼管鍍鋅 有的認(rèn)為鋼管表面溫度超過230 會(huì)使溶劑分解 我們公司的三條線是將鍍鋅爐的煙道廢棄的余熱 經(jīng)熱交換器加熱空氣后對(duì)工件進(jìn)行烘干 溶劑烘干后原材料的表面呈暗灰色 如果出現(xiàn)綠色或黃色應(yīng)對(duì)溶劑成份或操作工藝作調(diào)整 呈綠色說明原材料又被氧化 應(yīng)檢查溶劑成份或減短在空中的時(shí)間 呈黃色說明烘干溫度過高 應(yīng)降低烘干溫度 熱鍍鋅 作用 此工序是鍍鋅生產(chǎn)的最重要的 工件浸入鋅液后 將會(huì)鍍上一層鋅層 工藝參數(shù) 鋅液溫度 鍍管440 460 鍍板445 470 浸鋅時(shí)間 不要鋅層厚度產(chǎn)品 30 80秒要求鋅層厚度產(chǎn)品 80 180秒鍍鋅原理 1 鋅的基本性質(zhì) 鋅的原子序數(shù)為30 元素周期表中2副族 原子量為65 4 線膨脹系數(shù)25 0 10 6 熔點(diǎn)419 5 沸點(diǎn)906 8 密度 20 7 133 450 6 53 鋅在常溫下與干燥空氣作用很小 鍍鋅鋼材在大氣中先形成氧化鋅 在水氣作用下會(huì)形成氫氧化鋅 在自由流動(dòng)的濕空氣的二氧化碳的存在下會(huì)形成薄的 致密的有粘附性不溶于水的堿式碳酸鹽 可以起到隔離保護(hù)作用 當(dāng)鍍層有局部破壞時(shí) 由于鋅的電極電位比鐵低 在電化學(xué)腐蝕中 鋅為陽極 鐵為陰極因此鍍鋅層具有電化學(xué)保護(hù)作用 在潮濕的水氣作用下會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕 生成相對(duì)易溶的氫氧化鋅 形成白銹 2 熱鍍鋅層的形成 熱鍍鋅層由鋅 鐵合金層和純鋅層組成 熱鍍鋅過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程 固態(tài)鐵和液態(tài)鋅接觸時(shí) 發(fā)生鐵和鋅原子的界面反應(yīng) 同時(shí)伴隨鋅 鐵原子的擴(kuò)散 合金層的形成和成長(zhǎng)需要能量 能量的強(qiáng)度因素是溫度 能量的數(shù)量因素是浸鋅時(shí)間 最佳的熱鍍鋅工藝應(yīng)當(dāng)是在保證鍍層品質(zhì)的前提下能量最少的過程 因此我們的鍍鋅工藝也是把溫度和浸鋅時(shí)間作為重要參數(shù)進(jìn)行控制 純鋅層厚度取決于鋅液的粘度 提抽 引出 的速度和角度 與空冷速度也有關(guān)系 3 鋅液中元素對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)和厚度的影響鋅液中其他元素的來源是鋅錠中不可避免的雜質(zhì) Pb Fe Sn Cu等 鍍鋅過程中鋅液對(duì)鍍件和鍍槽的侵蝕而帶入 Fe Si Mn等 為改善鍍層結(jié)構(gòu) 耐蝕性能 外觀厚度 附著力等性能而添加的合金元素 Al鋁 Ni鎳 Sn錫 Mg鎂 Pb鉛 Bi鉍 Sb銻 RE稀土等 3 1 鐵的影響 鐵在熔鋅中的溶解度非常低 450 時(shí)為0 054 超出溶解度的過量的鐵會(huì)與鋅結(jié)合成比重大于鋅液的鋅鐵合金 通常稱為鋅渣 鋅渣中的鐵含量與溫度有關(guān) 溫度越高 鐵含量也越高 一般為3 5 4 鋅槽中的鋅渣應(yīng)定期清除 以免影響鍍層的塑性和耐蝕性 一般情況下 鋅鍋中的鐵含量對(duì)鋅鐵反應(yīng)沒有影響 鐵是鍍鋅過程中有害無益的元素 因此工件在酸洗后必須很好的清洗 溶劑中的鐵含量越低越好 工件在鋅液中停留的時(shí)間也應(yīng)盡量縮短 3 2 鎳的影響 鎳的熔點(diǎn)為1453 在450 時(shí)鎳在鋅液中的溶解度為0 5 研究表明在鋅液中 當(dāng)鎳含量為0 04 0 12 時(shí) 可以有效降低硅含量為0 04 0 25 的活性鋼在熱鍍鋅時(shí)的鋅鐵反應(yīng)速率 抑制圣德林效應(yīng)而導(dǎo)致的鍍層增厚 附著力差 鍍層灰暗等問題 鋅液中添加鎳 對(duì)鍍層的耐腐蝕性沒有明顯變化 但可以改善鋅液的流動(dòng)性 使鍍層更加均勻 光滑 3 3鉛的影響 在粗鋅中鉛是不可避免的雜質(zhì) 在450 460 時(shí) 鉛在鋅液中的溶解度約為1 2 1 4 鉛可以降低鋅液的表面張力和粘度 改善鋅液對(duì)工件表面的浸潤(rùn)能力 彌補(bǔ)鍍鋅前處理的不足 減少漏鍍 研究表明 鉛對(duì)鋅鐵反應(yīng)無明顯影響 在使用金屬鋅鍋時(shí) 為了便于撈取鋅渣 減少底部鋅渣的生成和保護(hù)鋅鍋底部免受鋅的侵蝕 常在鋅鍋底部保留100mm的鉛層 由于鉛是重金屬 對(duì)人體有害 污染環(huán)境 因此不宜采取 3 4 鋁的影響 鋁是熱鍍鋅中最常見的添加元素 在鋅液中添加微量鋁有許多優(yōu)點(diǎn) 1 可以減少生產(chǎn)過程中鋅液的氧化 由于鋁與氧的親合力大而首先被氧化 在鋅液表面生成AI2O3保護(hù)薄膜 從而可以有效地防止鋅液的氧化 2 可以減薄鍍鋅層的厚度 提高鍍層的粘附性 在保證鋼管鍍鋅層均勻性和鍍層重量的前提下 鍍層越薄越好 也越經(jīng)濟(jì) 鍍鋅過程中 鋅液和鋼基首先反應(yīng)形成Zn Fe合金 如果鋅液中不添加徽量鋁 不僅合金層生長(zhǎng)較厚 而且硬和脆 因而使鍍鋅管在冷彎試驗(yàn)時(shí)鋅層較易脫落 如鋅渡中添加少量的鋁 則由于它和鐵的親合力強(qiáng) 在鐵的表面便形成極薄的Fe2A15層 抑制了Zn Fe合金的增長(zhǎng) 使鍍層減薄 3 能夠抑制鋼中的硅對(duì)鍍鋅的不良影響 4 可以減小鋅花 改善鍍層的均勻性以及提高表面的光亮與光滑程度 4 鋼基化學(xué)成分對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)和厚度的影響鋼材的課鍍性主要取決于鋼材的化學(xué)成分 此外鋼件的表面狀態(tài)也有一定影響 在低碳鋼中碳 硅 錳 磷 硫五大元素 對(duì)熱鍍鋅層結(jié)構(gòu)影響最大的是硅和磷 其次是碳 錳和硫影響較小 4 1 碳的影響碳對(duì)熱鍍鋅的影響主要取決于鋼中碳的存在形式 其次是碳的含量 鋼中碳通常以碳化物 Fe3C 狀態(tài)和溶解態(tài)存在 同一含量的鋼 因其組織不同 鋅鐵反應(yīng)速度也不同 一般情況下 碳化鐵細(xì)小 組織均勻的鋼鋅鐵反應(yīng)速度慢 反之則快 一般情況下 鋼中含碳量愈高 鋅鐵反應(yīng)愈劇烈 4 2 硅的影響 鋼中硅是影響鋅鐵反應(yīng)最強(qiáng)烈的元素 上世紀(jì)四十年代 圣德林研究發(fā)現(xiàn)鍍層隨鋼中硅含量影響呈現(xiàn)駝峰曲線 見圖3 11 此曲線被稱為圣德林曲線 鋼中硅含量在0 07 0 1 處 鍍層厚度最大 硅含量在0 15 0 2 處時(shí) 鍍層厚度有降到谷底 硅含量在0 4 0 5 處時(shí) 鍍層有急劇增加 人們將鋼中硅對(duì)鋅鐵反應(yīng)的影響成為圣德林效應(yīng) 4 3 錳的影響 錳含量在1 2 時(shí)對(duì)鋅鐵反應(yīng)無明顯影響 3 5 時(shí)鋅鐵反應(yīng)區(qū)消失 6 時(shí)又出現(xiàn)線性區(qū) 8 時(shí)鋅鐵反應(yīng)與實(shí)踐成線性關(guān)系 4 4 磷的影響 磷的存在能促進(jìn)和加速不穩(wěn)定合金層的生長(zhǎng) 磷 0 025 時(shí) 磷對(duì)鋅鐵反應(yīng)影響不大 但當(dāng)含量超過0 03 時(shí) 影響十分強(qiáng)烈 超過0 04 時(shí) 外觀出現(xiàn) 樹皮裝 鍍層容易脫落 鋼中磷與硅有相似的影響 磷與硅對(duì)鋅鐵反應(yīng)的影響具有協(xié)同效應(yīng) 磷會(huì)促進(jìn)鋅鐵反應(yīng)速率 其作用是硅的2 5倍 4 5 硫的影響 硫含量在0 1 以下時(shí) 對(duì)鋅鐵反應(yīng)沒有影響 硫含量的增加會(huì)加快鋅鐵反應(yīng) 5 鍍鋅形式 目前我們公司有三條鍍鋅生產(chǎn)線 140 165 和鍍鋅護(hù)欄 140是 螺旋浸入式 165是 花盤浸入式 鍍鋅護(hù)欄是 吊鍍式 6 鋅鍋 鋅鍋是熱鍍鋅的基本設(shè)備 鋅鍋的壽命直接影響到產(chǎn)量和成本 鋅鍋的腐蝕會(huì)增加鋅耗 生產(chǎn)過程中一旦出現(xiàn)跑鋅 漏鋅 將對(duì)生產(chǎn)造成重大影響 因此正確設(shè)計(jì)鍍鋅爐和正確使用鋅鍋對(duì)鍍鋅企業(yè)十分重要 鋅鍋一般使用厚度為40 60mm的低硅 低硫 低磷 低碳的優(yōu)質(zhì)鋼板焊接而成 鋅鍋的一般壽命大約是3 5年 7 鍍鋅爐 鍍鋅爐的設(shè)計(jì)應(yīng)保證鋅鍋受熱面積的最大化 同時(shí)要盡量保證鋅鍋受熱均勻 避免局部高溫 由于鋅鍋的底部難免要聚集鋅渣 鋅渣的導(dǎo)熱很差 一般的鍍鋅爐的設(shè)計(jì)都是加熱鋅鍋的側(cè)面 燃燒介質(zhì) 一般有煤氣 重油 渣油 天然氣 煤等 140線使用渣油 165線和鍍鋅護(hù)欄線使用煤氣 外吹 作用 抹去工件提出時(shí)帶出的多余鋅 將工件的外表面液態(tài)鋅吹抹平整 使工件鍍鋅后表面平滑光亮 工藝參數(shù) 鋼管0 1 0 36MPa W板0 36 0 4MPa 外吹原理 內(nèi)吹 作用 抹去工件提出時(shí)帶出的多余鋅 對(duì)鍍鋅后的工件進(jìn)行冷卻 此工序只適合鋼管類產(chǎn)品 原理 蒸汽內(nèi)吹 導(dǎo)桿式內(nèi)吹 空冷 作用 將粘附在工件表面的鋅冷卻 有液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài) 避免工件進(jìn)入水冷時(shí)出現(xiàn)炸鋅現(xiàn)象 方式 空氣中自然冷卻 也可用風(fēng)