热镀锌

由于锌的标准电极电位负于铁，因此在水和潮湿的空气中镀锌层具有牺牲阳极保护钢基的作用，从而可以大大的延长钢材的使用寿命。在工业上常用的镀锌层有热浸镀锌、电镀锌、机械镀锌和热喷涂（镀）锌等，其中热镀锌约占镀锌总量的95%，热镀锌用锌量在世界范围内占锌产量的40%，在中国约占锌产量的30%左右。

热镀锌是将钢、不锈钢、铸铁等金属浸入熔融液态金属或合金中获得镀层的一种工艺技术。热镀锌是当今世界上应用最广泛、性能价格比最优的钢材表面处理方法。热镀锌产品对钢铁的减蚀延寿、节能节材起着不可估量和不可替代的作用，同时镀层钢材也是国家扶植和优先发展的高附加值短线产品。

随着西部大开发战略的实施，西电东送、西气东输、南水北调、三峡工程、农网及城市电网二网改造等项目的深入展开，我国热镀锌行业已进入新一轮的高速发展阶段。[1]

热镀锌也称热浸镀锌，是钢铁构件浸入熔融的锌液中获得金属覆盖层的一种方法。随高压输电、交通、通讯事业迅速发展，对钢铁件防护要求越来越高，热镀锌需求量也不断增加。[2]

通常电镀锌层厚度5～15μm，而热镀锌层一般在35μm以上，甚至高达200μm。热镀锌覆盖能力好，镀层致密，无有机物夹杂。众所周知，锌的抗大气腐蚀的机理有机械保护及电化学保护，在大气腐蚀条件下锌层表面有ZnO、Zn(OH)2及碱式碳酸锌保护膜，一定程度上减缓锌的腐蚀，这层保护膜(也称白锈)受到破坏又会形成新的膜层。当锌层破坏严重，危及到铁基体时，锌对基体产生电化学保护，锌的标准电位-0.76V，铁的标准电位-0.44V，锌与铁形成微电池时锌作为阳极被溶解，铁作为阴极受到保护。显然热镀锌对基体金属铁的抗大气腐蚀能力优于电镀锌。

热镀锌层形成过程是铁基体与最外面的纯锌层之间形成铁-锌合金的过程，工件表面在热浸镀时形成铁-锌合金层，才使得铁与纯锌层之间很好结合，其过程可简单地叙述为：当铁工件浸入熔融的锌液时，首先在界面上形成锌与α铁(体心)固熔体。这是基体金属铁在固体状态下溶有锌原子所形成一种晶体，两种金属原子之间是融合，原子之间引力比较小。因此，当锌在固熔体中达到饱和后，锌铁两种元素原子相互扩散，扩散到(或叫渗入)铁基体中的锌原子在基体晶格中迁移，逐渐与铁形成合金，而扩散到熔融的锌液中的铁就与锌形成金属间化合物FeZn13，沉入热镀锌锅底，即为锌渣。当工件从浸锌液中移出时表面形成纯锌层，为六方晶体。其含铁量不大于0.003%。

热镀锌抗腐蚀能力远远高于冷镀锌（又称电镀锌）。热镀锌在几年里都不会生锈，冷镀锌在半年里就会生锈。

冷镀锌工艺用于保护金属防止腐蚀，为此利用了锌填料的涂料，在利用任何一种涂敷的方法将其涂在被保护表面，干燥之后形成锌填料涂层，在干燥涂层中具有含量的锌（达到95%）。钢铁在冷却的条件下在表面镀锌，而热镀锌是钢管在热浸的条件下对表面镀锌，它的附着力很强，不容易脱落，热镀锌管虽然也出现锈蚀的现象，但在很长的周期可以满足技术、卫生要求.

热镀锌（钢管）生产工艺：

上料→酸洗、水洗→溶剂→烘干→热镀锌→内、外吹→滚标、标识→钝化→检验→包装。

上料工应检查原料情况：

1、钢管的外表面不得粘有油污（特别是沥青油调合漆等油污），否则会造成大批不合格品。

2、钢管在生产后一定要矫直，消除钢管的内应力。

3、钢管外表面出现凹凸不平的腐蚀不能镀锌，否则将浪费大量盐酸。

4、钢管在运输过程中不能出现人为弯管。

5、用于热镀锌的钢管，不允许把标识物贴在钢管的内、外壁上，以免造成漏镀。

1、钢管的酸洗：

1）酸洗工在工作前必须穿戴好劳动保护用品，在工作中认真检查工作现场有无障碍、吊带是否完好无损，确认完好后方可进行工作。

2）酸洗主要采用盐酸酸洗，采用水来配制盐酸，盐酸含量为18～20%比较合适。

3）酸洗工工作前首先了解酸的浓度、温度及本槽酸洗管的吨位。

4）吊管时两根吊带要离开端头1.3米左右，防止吊弯钢管，造成镀锌管内漏；在往酸槽下管时，钢管要倾斜15°，先下自己站立的一端，防止喷酸伤人。

5）钢管每次酸洗，重量在2～5吨为宜，时间5～15分钟。

6）钢管在酸洗时要经常振动，在振动过程中要把钢管平放在酸槽的横条石上，反复起动一侧吊带3次后再起动另一侧吊带3次，重复两次后再吊起；振动上升角度不大于15°。

7）酸槽加温时，先将蒸汽管固定牢固后再打开蒸汽阀门。

8）天车吊管进、出酸槽时，不得撞击槽壁，防止损坏酸槽。

9）钢管的欠酸洗的主要原因：

（1）钢管在进料时要严格检查，要做到不合格钢管不投入酸洗。。

（2）钢管在振动时不认真操作。

（3）酸洗时间及盐酸含量不足。

10）钢管过酸洗的主要原因：

（1）盐酸含量过高。

（2）酸洗时间过长。

11）酸洗后检查钢管外表面是否光滑、有无残留氧化铁皮、有无油垢污染钢管表面。

2、钢管的水洗：

1）钢管的水洗要在流动的清水槽中进行，水洗时要将钢管全部浸在水中，把酸洗吊带放松，起落三到四次。

2）水洗后，要将钢管内的水控净，尽快进行溶剂处理，以防止钢管氧化。

3）清洗水铁盐含量标准不得超标，无其他杂物，保持干净透明。

4）在洗管时，严禁操作人员跨越酸洗槽，防止滑倒或掉入酸槽伤人。

1、钢管进入溶剂槽内，把吊带放松到钢管全部浸入溶剂内，不允许钢管表面露出溶剂表面。等钢管两端不冒气泡为止，再吊起钢管的一侧上下振动，吊起钢管控净溶剂后进入烘干台架。

2、钢管在溶剂处理过程中钢管的倾斜角度不大于15°。

3、钢管在溶剂中浸泡时间为60～120秒，当班回镀管浸泡3～5分钟，接班回镀管浸泡5～10分钟。

4、溶剂温度:常温 保持溶剂干净。

5、溶剂处理后的钢管，不要粘上其它脏物，不要淋上水，放入烘干台架摆平；放到烘干台架上的钢管，不允许人到钢管上面去踏，如必须上去，双脚必须涂上氯化铵后再到管上去作业。

1、溶剂处理合格后的钢管放在烘干受料台架上，将钢管齐头一侧放在锌锅前侧和第二个磁力辊前侧成直角摆平；弯度较大的管放在后面或者矫直后放在受料架上。

2、烘干炕主要作用是把钢管表面的水份烘干，另一方面是提升钢管本身的温度，防止溅锌伤人，也不带走锌锅内的热能，促使锌铁合金层的加快生成。

3、烘干炕温度为80℃～180℃，钢管的干燥时间为3～7分钟，也可根据钢管的规格、壁厚不同掌握烘干温度；干燥工要随时检查钢管的干燥程度，防止时间不足进入锌液中溅锌伤人；烘干时不要超温，防止把溶剂烘焦。

钢管的热镀锌采用齿盘全浸式半自动镀锌方式拨入、压下、螺旋、拔出、提升的机械原理，完成热镀锌过程。

1、工艺参数控制：锌液温度应控制在440-460℃之间；浸锌时间应控制在30-60秒之间；加铝量（锌液面含铝量0.01-0.02%）

2、锌锭使用应为国标Zn0-3锌锭。

3、要经常维护控制好拔入压下螺旋、拔出提升装置的可靠性能，加强气缸的润滑，调整好镀锌管分配器的高度、角度，将设备调整到最佳状态。

4、接近开关的摆放位置要准确无误；热电偶线和表要统一型号使用，否则，温度误差大，热电偶的保护套管，要经常检查更换。

5、操作台操作人员要根据炉前设备运行情况及手势指挥，手动调整速度防止卡管现象。

6、炉前工使用工具要先预热再使用，以防止溅锌伤人；经常检查有无钢管掉入锅内，如有要及时清出；要及时调整设备别卡管，以保障设备的安全。

7、向锌锅内加锌时，锌锭要先预热，加锌时决不允许一捆捆加锌，加锌每次最多不多于五块，应将锌锭纵向贴向锌锅壁面缓缓划下，以免冲击损坏锌锅和溅出大量锌伤人；锌液内严禁铁类物质掉入，以防产生大量锌渣。

8、熔锌时应缓慢加热，不可烧急火，否则会有损镀锌锅的寿命，而且有大量的锌蒸汽挥发出来。这种有害气体被人体吸入过量后，会患一种“铸工热”的病症。在熔锌过程中，一旦锌已具有较高温度切不可用手去拨动锌块，以免灼伤，应采用适当的工具去拨动它。

9、要定时清出锌液表面的锌灰。刮灰时应轻轻在锌液表面上用刮灰板刮拭，不能搅动得太厉害，以免锌灰扬起，刮灰板不应与正在浸锌或出管时的钢管相碰，以免轧住出现人身事故或设备事故。

10、炉前地面上的锌块、碎锌、镀锌时带出的锌、钢管流到外面的锌要随时回收回锅，以减少锌锅的热损失。

11、锌液表面加铝锭时，一定要前后活动几次保证锌液表面铝含量均匀。

12、为了便于涝渣及抽锌，锌锅内部要放入20吨铅。

13、捞渣时要把捞渣机先预热，锌渣要分大小块存放，涝渣温度应控制在455℃以上进行，摆动抓渣机时必须使用专用工具，离开锌锅1米处，脚要站成丁字形。

14、热镀锌工艺要求比较严密，所以在热镀锌生产过程中，一定要干足工位，也就是说在单位时间内的根数或吨位越多，成本越低，反之越高。

1、镀锌管提出后，采用磁力辊道把镀锌管引出，引出机的转数不要太快，让锌在内吹前流净。

2、外吹环角度要与磁辊成平行直角，纵向、横向位置要正，保证镀锌管在风环中间通过。

3、安装磁力辊时，五个磁力辊上下左右必须在一条中心线上，保证外吹的后的镀锌管锌层均匀。

4、外吹采用压缩空气进行外吹，最好采用70℃以上，压力在0.2-0.4Mpa状况下进行。

5、在下列情况下应调整风压：

（1）、镀锌管外表面锌层太厚。

（2）、外吹后锌层表面发暗。

（3）、外吹后锌层表面粘附着杂物和条状不干净物应调节风量。

6、根据镀锌钢管规格更换同规格的风环，风环不能用其它规格代替。

7、外吹风环在无风条件下禁止镀锌管通过，以免造成风孔堵塞，影响外吹的质量。

8、要经常检查外吹环内是否清洁,是否有挂锌,镀锌管外表面是否光滑,有无划伤；磁辊表面、链条是否挂锌，如有挂锌要及时清理。

9、引上辊道由于无磁力辊，锌层又没有固牢，锌层表面最容易划伤，引上辊速度要和磁力辊速度匹配好。

1、热镀锌管通过引上装置送到内吹机旁通过接近开关完成横移，压下内吹，压头抬起，横移，完成内吹及下管动作把热镀锌管移进冷却水槽。

2、热镀管在引上辊道上是最容易被划伤的，主要是钢管在运行中锌还没有完全凝固。

3、内吹采用蒸汽进行吹扫，内吹压力为0.4-1.0Mpa；内吹后的镀锌管内表面必须光滑。

4、镀锌管在链条上要保持一定倾斜角度，让冷却水流净。

5、内吹工作业场所地势较陡，作业空间较小，一定要认真操作，防止滑倒摔伤，以及弯管伤人；严禁身体的任一部位，直接接触高温镀锌管，以免伤人。

6、在水槽作业时要注意脚下是否站稳，有无其它障碍物，防止掉入水槽中；水槽上链条运行，很容易别管，要防止飞管伤人。

含义：当制件需要较长时间的贮运时，应对之间进行钝化处理，以防止在储运过程中产生腐蚀。其腐蚀产物通常称为白锈。常用钝化方法有铬酸盐和磷酸盐法。

1、钝化方式采用热镀锌管在跑道上面直接喷淋钝化液，在距离喷淋位置一米的地方经汽刀抹拭吹净附液，注意一定要吹净。

2、采用压缩冷气抹拭，吹掉钢管表面的附液并使涂层均匀。通过调整气压大小调整涂层的厚度，决不能有多余液珠附在锌管表面上。

1、滚标、滚杠：

1）滚标机工作时，严禁用手触摸滚标辊，防止压手；严禁双管通过滚标机，防止压辊损坏。

2）镀锌管在输送辊道运行中滚标，滚标机要根据不同规格，更换字条，更换一次规格要调整一次压轮高度，要经常添油。

3）滚标机的胶圈要经常检查，发现有裂纹要及时更换。

4）胶轮应压在钢管的中心线上，要调整好压角的上下固定螺栓。

5）在打印标志环时，二人要同时滚动，滚钢管用毛毡要经常加油墨，但油墨不易过多。

2、包装：

1）打包机使用空气压缩机气体，压力为0.4-0.8Mpa。在打包机工作状态下禁止用手去摸打包机动作部位以免伤手。

2）打包时先把卡扣穿在包装带上，再把包装带绕过钢管，把另一端插入卡扣内，把打包机压在打包带上，打开打包机风阀进行打包压扣。打包带厚部为1.0—1.2mm，包装带要求离端头一道100mm，二道300mm，兰杠标志应离端头400mm。

3）包装时相同规格的镀锌管选择同一规格的包装架，把镀锌管摆成六角型，并达到一头齐。

4）包装后的钢管外表面一旦造成污染要用干净的棉沙抹干净后方可上垛，如有条件小管要把管内水控净；不允许任何人用脚踩管，要保持镀锌管外表质量。

热镀锌板的生产工序主要包括：原板准备→镀前处理→热浸镀→镀后处理→成品检验等。按照习惯往往根据镀前处理方法的不同把热镀锌工艺分为线外退火和线内退火两大类。

就是热轧或冷轧钢板进入热镀锌作业线之前，首先在抽底式退火炉或罩式退火炉中进行再结晶退火，这样，镀锌线就不存在退火工序了。钢板在热镀锌之前必须保持一个无氧化物和其他脏物存在的洁净的纯铁活性表面。这种方法是先由酸洗的方法把经退火的表面氧化铁皮清除，然后涂上一层由氯化锌或由氯化铵和氯化锌混合组成的溶剂进行保护，从而防止钢板再被氧化。属于这个类别的热镀锌方法包括 ：湿法热镀锌法、单张钢板法和惠林热法。

钢板表面的溶剂不经烘干（即表面还是湿的）就进入起表面覆盖有熔融态溶剂的锌液进行热镀锌。此方法的缺点是：

这种方法一般是采用热轧叠轧板作为原料，首先

把经过退火的钢板送入酸洗车间,用硫酸或盐酸清除钢板表面的氧热镀锌法化铁皮。酸洗之后的钢板立即进入水箱中浸泡等待镀锌,这样可以防止钢板再氧化。后经过酸洗、水清洗、挤干、烘干、进入锌锅（温度一直保持在445—465℃）热镀锌，再进行涂油和铬化处理。这种方法生产的热镀锌板比湿法镀锌成品质量有显著提高，只对小规模生产有一定价值。

该连续镀锌生产线包括碱液脱脂、盐酸酸洗、水冲洗、涂溶剂、烘干等一系列前处理工序，而且原板进入镀锌线镀锌前还需要进行罩式炉退火。这种方法生产工艺复杂，生产成本高，更为主要的是此方法生产的产品常常带有溶剂缺陷，影响镀层的耐蚀性。并且锌锅中的AL常常和钢板表面的溶剂发生作用生成三氯化铝而耗掉，镀层的粘附性变坏。因而此方法虽然已问世近三十年，但在世界热镀锌行业中并未得到发展。

就是由冷轧或热轧车间直接提供带卷作为热镀锌的原板，在热镀锌作业线内进行气体保护再结晶退火。属于这个类行业的热镀锌方法包括：森吉米尔法、改良森吉米尔法、美钢联法（同日本川崎法）；赛拉斯法；莎伦法。

它是把退火工艺和热镀锌工艺联合起来，其线内退火主要包括氧化炉，还原炉两部份组成。带钢在氧化炉中煤气火焰直接加热到450度左右，把带钢表面残存的轧制油烧掉，净化表面。后再把带钢加热到700-800度完成再结晶退火，经冷却段控制进锌锅前温度在480度左右，最后在不接触空气的情况下进入锌锅镀锌，因此，森吉米尔法产量高、镀锌质量较好，此法曾得到广泛应用。

它是森吉米尔法的一个变种，它仅仅是利用一个碱性电解脱脂槽取代了氧化炉的脱脂作用，其余工序与森吉米尔法基本相同。在原板进入作业线后，首先进行电解脱脂，而后水洗、烘干，再通过有保护气体的还原炉进行再结晶退火，最后在密封情况下进入锌锅热镀锌。这种方法因带钢不经过氧化炉加热，所以表面的氧化膜较薄，可适当降低还原炉中保护气体的氢含量。这样，对炉安全和降低生产成本有利。但是，由于带钢得不到预加热就进入还原炉中，这样无疑提高了还原炉的热负荷，影响炉子的寿命。因此这种方法并未得广泛应用。

又称火焰直接加热法；首先带钢经碱洗脱脂，而后用盐酸清除表面的氧化皮，并经水洗、烘干后再进入由煤气火焰直接加热的立式线内退火炉，通过严格控制炉内煤气和空气的焰烧比例，使之在煤气过剩和氧气不足的情况下进行不完全焰烧，从而使炉内造成还原气氛。使其快速加热达到再结晶温度并在低氢保护气氛下冷却带钢，最后在密闭情况下浸入锌液，进行热镀锌。该法设备紧凑，投资费用低，产量高（最高可达50/小时）。但生产工艺复杂，特别是在机组停止运转时，为了避免烧断带钢，需要采用炉子横移离开钢带的方法，这样操作问题很多，所以，热镀锌工业采用此法很少。[3]

1939年美国莎伦公司投产一台新型的热镀锌机组，所以也叫莎伦法。该法是在退火炉内向带钢喷射氯化氢气体并使带钢达到再结晶温度，所以也称为气体酸洗法。采用氯化氢气体酸洗，不但能去除带钢表面的氧化皮，而且同时去除了带钢表面的油脂，由于带钢表面被氧化气体腐蚀，形成麻面，所以使用莎伦法所得到的镀层粘附性特别好。但是由于设备腐蚀严重，由此造成很高的设备维修和更新费用。因而此种方法很少被采用。

它是一种更优越的热镀锌工艺方法；它把森吉米尔法中各自独立的氧化炉和还原炉由一个截面积较小的过道连接起来，这样包括预热炉、还原炉和冷却段在内的整个退火炉构成一个有机整体。实践证明，该法具有许多优点：优质、高产、低耗、安全等优点已逐渐被人们所认识。其发展速度非常快，1965年以来新建的作业线几乎全部采用了这种方法，森吉米尔机组也大都按照此方法进行了改造。

随着工业的发展，热镀锌产品已经运用到很多领域，热镀锌的优点在于防腐年限长久，适应环境广泛一直是很受欢迎的防腐处理方法。被广泛运用与电力铁塔、通信铁塔、铁路、公路防护、路灯杆、船用构件、建筑钢结构构件、变电站附属设施、轻工业等。

热镀锌的防腐年限久远，但是在不同的环境中防腐年限不一样：重工业区13年，海洋50年，郊外104年，城市30年。

热镀锌原理：将铁件清洗干净，然后溶剂处理，烘干后浸入锌液中，铁与熔融锌反应生成一合金化的锌层，其流程为：脱脂–水洗–酸洗–助镀–烘干–热浸镀锌–分离–冷却钝化。

热镀锌的合金层的厚度主要取决于钢材的硅含量等化学成份，钢材的横截面积大小，钢材表面的粗糙程度，锌锅温度，浸锌时间，冷却快慢，冷轧变形等。

热镀锌的优点

1、处理费用低：热浸镀锌防锈的费用要比其他漆料涂层的费用低；

2、持久耐用：在郊区环境下，标准的热镀锌防锈厚度可保持50年以上而不必修补；在市区或近海区域，标准的热镀锌防锈层则可保持20年而不必修补；

3、可靠性好：镀锌层与钢材间是冶金结合，成为钢表面的一部份，因此镀层的持久性较为可靠；

4、镀层的韧性强：镀锌层形成一种特别的冶金结构，这种结构能承受在运送及使用时受到机械损伤；

5、全面性保护：镀件的每一部分都能镀上锌，即使在凹陷处、尖角及隐藏处都能受到全面保护；

6、省时省力：镀锌过程要比其他的涂层施工法更快捷，并且可避免安装后在工地上涂刷所需的时间。

7、初期成本低：一般情况下，热浸锌的成本比施加其他保护涂层要低，原因很简单，其他保护涂层如打砂油漆是劳力密集的工序，反之热浸锌的工序为高机械化，紧密控制的厂内施工。

8、检验简单方便：热浸锌层可以目视及简单的非破坏性涂层厚度表作测试

9、可靠性：热浸锌的规格一般按照BS EN ISO 1461执行，规限其最低的锌层厚度，所以其防锈年期及表现是可靠及可预计的。[4]

目前国内通行的热镀锌合金工艺十分简单，锌冶炼厂要生产锌合金，只需增设一台中频无芯感应炉制备中间合金，将原来用于熔化锌片的大功率感应电炉进行改造，在炉顶中央开设一个孔，增加一套搅拌装置，经过计量配入中间合金，搅拌混合，浇铸即可。

这种生产模式的特点是工艺简单，利用现有铸锭熔化炉进行改造容易，为锌冶炼厂广泛采用，但是该工艺有几个方面的不足：

根据有芯感应电炉的加热特性，要有启熔体电炉才能工作。即炉内金属液面的最低高度，必须保证能够浸没感应体的感应沟槽。因此，每次配好一炉锌合金，只能浇铸1/3左右(即剩余金属液面保证在启熔高度以上) ，就必须加入锌片熔化，重新配制下一炉间歇式熔化。当进行合金配制、搅拌和炉前分析时，只能停止加热或保温，大功率感应炉的连续熔化优势发挥不出来，搅拌器的吊出吊进操作麻烦。

由于搅拌叶片的直径受到顶上所开孔径的制约(影响热效) ，小范围的搅拌对于矩形炉膛的影响是有限的，因此搅拌的不充分和叶片的增铁效应，对成分的均匀性及和铁含量的要求都带来负面的影响。

需要更换合金品种时，对大容量有芯感应炉洗炉是一项耗时费事的工作，改变合金元素时，洗炉需要长时间的连续作业才能完成。

对电器和炉龄的都有影响当放出合金液加入大量锌片时，温度最低，需要大功率升温；配入中间合金时，温度需要升到最高，在能耗和金属烧损方面都不利于控制。