第四次课 热浸镀

熔剂法单张板热镀锌工艺流程为： 原板→脱脂→水洗→酸洗→水洗→挤干→涂熔剂→烘干→镀锌 →风冷→平整→涂防锈油→成品 在浸涂熔剂时，湿法对此要求不甚严格，而干法要求十分严格。 必须使熔剂层在钢板表面完全连续、均匀、厚度适当，且不含 有污物及杂质。酸洗后形成的铁盐（硫酸铁、氯化铁）等要在 浸涂熔剂前充分清除。通常在稀盐酸处理后，还需用高压水喷 淋冲洗和热水水洗。 熔剂层的烘干是取得良好镀层的重要环节。由于氯化锌含有结 晶水，烘干温度过低（板温低于150℃），结晶水难以排除， 使熔剂层不干而在镀锌时产生粘辊现象。但烘干温度过高（板 温高于220℃），钢板表面熔剂层挥发与分解，引起钢板氧化， 俗称“烤糊”。为将熔剂层彻底烘干，必须及时移走其产生的 水汽。因此改善炉内的通风条件也是十分重要的。 在烘干后的钢板浸入锌液前，应及时清除锌液表面上的浮渣， 露出新鲜的锌液。每进入一张钢板后，应立即扒走锌液面上的 熔剂渣，以免粘附于下一张钢板的表面。
锌液表面覆盖的熔剂是用氯化铵直接撒放在锌液表面，或 用氯化铵与氯化锌混合物撒放在锌液表面。随即发生反 应形成氯化锌铵，并有氯化氢和氨气放出。为防止熔剂过 快地消耗和老化，在熔剂中加入量（1%~2%）甘油或其 他有机物，它可使熔剂呈泡沫状。因而具有隔热作用，并 可使熔剂层维持在300~350℃较好的温度范围。
熔剂法多用于钢丝及钢制零部件的镀层。在钢件浸入镀 锅之前，先在经过净化的钢件表面形成一层熔剂层，它可 防止已净化的钢件重新氧化，并可进一步除去酸洗后残余 的铁盐和酸洗反应产物的残渣以及未被清洗掉的氧化膜。 在浸镀时，此熔剂层受热挥发，从而使新鲜的钢表面与熔 融金属直接接触，并发生反应和扩散而形成镀层。
还原后的钢管由链条送入冷却段，冷却到480~500℃后在 隔绝空气条件下落入锌锅中镀锌。以后的过程与前述熔剂 法相同。
5、锌锅及加热热源
（1）锌锅 锌锅是钢材热镀锌用的关键设备。对锌锅的选择应注意几个 主要问题，例如锌锅的尺寸、形状、壁厚、材质、热源及附 属设备等。 ①锌锅尺寸与形状：锌锅的尺寸与形状决定于被镀钢材尺寸 与形状。锅体应有足够大的尺寸，以便有充足的热量补偿由 于钢材进入锌液吸热造成的热消耗。装入锌锅中的锌量通常 按被镀钢材小时产量的15~20倍考虑。对于镀锌作业繁重的 锌锅，锌的装入量甚至按小时产量的40倍考虑。 锌锅的形状取决于钢材外形。但在设计锌锅时，应考虑使锌 液的暴露面积最小。如需增大尺寸，则以增大锅的深度为宜， 以减少锌液的氧化损失和热量散失。另外，应避免直角过渡 而采用圆滑过渡，以减小锅壁对热应力的敏感性。
热镀铝产生较晚，到20世纪30年代才出现于美国，50年代 随着汽车工业的发展获得较快的发展。镀铝层不仅抗工业 大气和海洋大气腐蚀性能优异，其Fe-Al合金层还具有良 好的耐热性。
热镀锡是最早发展的热镀层。早在16世纪，欧洲一些国家 就用原始的简单方法生产热镀锡板。由于锡资源短缺，目 前薄钢板的镀锡均采用电镀，而热镀锡仅少量用于电器元 件和丝材上。
第三节 热浸镀
一、前言 热浸镀简称热镀（Hot Dip），是将被镀金属材料浸于熔 点较低的其他液体金属或合金中进行镀层的方法。形成热 镀层的基本前提是被镀金属与熔融金属之间能发生溶解、 化学反应和扩散等过程。其基本特征是在基体金属与镀 层金属之间有合金层形成。因此，热浸镀层是由合金金 属和镀层金属构成的。被镀金属材料一般为钢、铸铁及 不锈钢等。用于热镀的低熔点金属有锌、铝、铅、锡及 其合金等。 热镀锌早在1742年出现于法国，约在1836年开始工业生 产。热镀锌层是价廉而耐蚀性良好的镀层，由于锌的电化 学特性，使它对钢基体具有牺牲性保护作用。因而被大量 用于保护钢材以防止大气腐蚀。
二、热镀锌
1、热镀锌层的形成 在钢材热镀锌时，锌液与钢材之间发生一系列的复杂的物 理化学过程。诸如锌液对钢表面的浸润、铁的熔解、铁原 子与锌原子之间的化学反应以及铁原子与锌原子的相互扩 散等。由于上述的过程，在钢材表面便形成了由铁与锌结 合的Fe-Zn合金层。当热镀纯锌时，从钢基体起，按锌浓 度增大方向，形成的Fe-Zn合金相依次为Γ、δ1和ζ三个相， 其最外层为纯锌层。由于纯锌层中熔解少量铁，在相图中 也占有一定的区域，称为η相。 2、热镀锌钢板 （1）热镀锌工艺
②钢带连续热镀锌生产线
20世纪60~70年代，同时共存的钢带连续热镀锌生产线， 按其前处理方式的不同，可分为四种形式：改进的 Sendzimir生产线（无氧化炉生产线）、U.S.Steel生产线、 Wheeling生产线、Selas生产线。其中改进的Sendzimir生 产线生产效率高，无环境污染，在20世纪60、70年代中所 建镀锌生产线主要为此种工艺。但该生产线在长期的生产 运行中暴露出许多缺点：炉温过高，易烧断钢带；炉内气 氛不易控制，影响镀锌层的附着性；炉子的热效率低；炉 辊表面易结瘤，影响钢带表面质量，锌渣较多等。故20世 纪90年代后新建的镀锌线大部分改为美钢联法。（工艺流 程略） （2）镀锌钢板品种
干法热镀锌是在净化后的钢板表面涂以水熔剂，然后在烘 干炉内加热到180~220℃，除去熔剂层中的水分，再浸入 锌液中镀锌的方法。干法镀锌可在锌液中添加铝，以控制 合金层的生长，提高镀层的附着性。其水熔剂多采用氯化 锌-氯化铵复盐水溶液，在水溶液中的质量分数为 25%~30%。温度一般为70~75 ℃，浸涂时间为0.5~1min。
①熔剂法热镀锌工艺
钢板的热镀锌最早采用熔剂法，早期用于单张钢 板的热镀锌。到20世纪60年代出现了熔剂法的钢 带连续热镀锌生产线。熔剂法单张板热镀锌分为 干法和湿法两种。 湿法是钢板经脱脂、除锈净化后浸涂熔剂，不经 烘干直接浸入锌液中镀锌的方法。在锌液表面覆 盖一定厚度熔融熔剂层，钢板通过此熔融的熔剂 层进入锌液。钢板在锌液中经沉没辊、导板架和 镀层辊出锌锅，经风冷、多辊平整机及涂油机而 得产品。
3、热镀锌钢丝 热镀锌钢丝分一般用途的低碳钢丝和特殊用途的中高碳钢丝。 钢丝的热镀锌通常采用熔剂法，很少采用氢还原法。低碳和中 高碳钢丝的热镀锌工艺过程稍有不同。其工艺流程为： 低碳钢丝→退火→水洗→酸洗→水洗→熔剂处理→烘干→浸镀 锌→后处理→收线→成品 中高碳钢丝→脱脂→水洗→酸洗→…… 熔剂处理同样可分为干法和湿法两种，其作用与热镀锌钢板中 的一样。由于湿法不能在锌液中加铝，目前大部分被淘汰，而 采用干法。锌液中添加少量铝可以减薄合金层的厚度。锌液温 度控制在445~465℃。温度过低，则锌层粗糙且厚；过高，则 使合金层长厚，而缠绕性变坏。镀锌时间决定于钢丝的直径。 粗丝的浸镀时间可稍长一些。一般浸镀时间范围在0.5~1.5min。 在镀锌过程中，钢丝及锌锅的铁不断溶解于锌液，并形成FeZn合金颗粒，沉于锅底的称为底渣；锌液表面由于氧化作用 而形成氧化锌、氧化铝及熔剂残渣浮于锌液表面，称为面渣。 两者统称锌渣。锌锅中的底渣应定期捞出。
从20世纪70年代起开发出热镀锌铝合金镀层，其耐蚀性优 于单一的镀锌层，并取得了较快的发展。其中已经商品化 的有55%Al-Zn合金镀层和Zn-5%Al-Re合金镀层，90年代 又开发出耐蚀性更好的Zn-Ma及Zn-Al-Mg镀层，它们将逐 渐代替现有的镀锌层。
热浸镀工艺分为熔剂法和氢还原法两大类。其中氢还原 法多用于钢带连续热镀层，典型的Sendzimir法属于此类 工艺。钢带先通过氧化炉，被直接火焰加热并烧掉其表面 上的轧制油，同时被氧化形成薄的氧化铁膜，再进入其后 的还原炉，在此被加热到再结晶退火温度，同时其表面上 的氧化铁膜被通入炉中的含氢保护气体还原成纯铁，然后 在隔绝空气条件下冷却到一定温度后进入镀锅中浸镀。目 前，Sendzimir法已有很大改进，将氧化炉改为无氧化炉， 从而大大提高了钢带的运行速度和镀层钢带的质量。
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O FeO + H2 → Fe + H2O
还原反应后产生大量水蒸气。由于在高温下此还原反应均 为可逆反应，必须及时排除这些水汽，才能使氧化铁皮彻 底还原。为此，应尽量降低保护气体的露点（-40℃以 下），同时氧含量也应控制在5×10-6以下。
③差厚镀锌钢板：钢带出锌锅时，调节钢带两侧气刀的操作 条件，使其两面的锌层厚度不同，可获得差厚镀锌钢板。此 种镀锌钢板是涂漆与焊接的需要，而使一面的锌层很薄，另 一面的锌层仍保持必要的厚度。 ④单面镀锌钢板：为了解决汽车用面板，曾研究使用单面镀 锌钢板。其不镀锌的一面用以涂装，镀锌的一面作为内壁， 以解决防锈问题。由于单面热镀锌技术问题较多，且不镀锌 的一面存在腐蚀问题，而未获得发展。目前汽车用面板正逐 步采用合金化镀锌钢板。 ⑤合金化镀锌钢板：近十余年来，由于汽车行业及家电行业 大量使用了镀锌钢板，并对镀锌钢板的性能提出了更高的要 求，即除了应具有好的耐蚀性外，还应具有好的冲压成形性、 焊接性和涂装性。为此，于20世纪70年代开发出IF钢（无间 隙原子钢）。它具有极好的冲压成形性。经热镀锌并合金化 处理后，具有更好的焊接性、耐蚀性及涂装性，而适用于作 汽车及家电的面板。
4、热镀锌钢管
钢管热镀锌工艺大多采用熔剂法。近年来，开发出氢还原 法，它是在Sendzimir钢带连续热镀锌的基础上发展的一 种新工艺。但由于一些技术问题，至今未获得推广。 （1）熔剂法钢管热镀锌工艺
熔剂法钢管热镀锌工艺流程与单张钢板熔剂法热镀锌大体 相同。由于原管一般无油污存在而不需脱脂工序，直接进 入酸洗工序。 （2）氢还原法钢管热镀锌工艺 氢还原法钢管热镀锌原理与Sendzimir法钢带热镀锌相同。 钢管通过链条送入氧化炉内，在此被煤气火焰及从还原炉 过来的残余氢燃烧加热，炉膛温度达800~1000℃，烧去 钢管表面油污并被加热到550~650℃，随即被链条送入还 原炉内，在此被间接加热到退火温度以下，同时其表面氧 化膜被通入的保护气体还原。其反应如下：
①大锌花镀锌钢板：这是最原始生产的镀锌板的镀层外观。 因为在锌锭中常伴有少量铅，故在镀锌后，由于铅使锌液的 凝固点下降，延长了其凝固时间，而形成大的结晶。这种镀 锌层的外观美丽，被人们习惯称为“雪花板”。然而，后来 人们发现，其中的铅在冷却时在锌花的晶界析出，在使用过 程中易产生晶间腐蚀，而影响其耐蚀性。 ②小锌花镀锌钢板：由于大锌花在锌花结晶的边缘的锌层较 厚，其核心部位较薄，故存在凹凸不平现象，而不适于涂装 或涂覆。为生产小锌花镀锌层，在钢带从锌锅中引出时，改 变锌层的凝固条件，以调节锌层的结晶状态，从而获得小锌 花镀锌层。一般采用向锌层表面喷吹水-水蒸气或水-空气混 合物的方法。当水雾的微小液滴落于锌层液面时，使晶核增 多，并加速锌层的凝固，缩短结晶长大的时间，从而获得细 小的锌花结晶。另外，还可将此小锌花镀锌钢带再进行光整 处理，可完全消除锌花，获得光滑平整的锌层。此种镀锌钢 带常用作涂装钢板的基板。