钢结构热镀锌生产线

1.5万吨钢结构热镀锌生产线

工艺设备设计方案

1．总体说明

1.1产品大纲：

产品品种：铁塔及工民建用构件

产品规格：产品最大尺寸小于：长12.0m，宽5.0m，高5.0m；

单件产品最大重量为：10000kg。

生产规模：15，000 吨/年（可扩展至60，000吨/年）

1.2 技术标准：

镀锌标准执行： GB/T13912—2002和ISO1461-1999（E）标准

1.3 主要物料消耗：

1）锌耗：每吨钢结构约为：50 kg，包括：

A）锌灰：5 ~7kg/吨钢结构

B）锌渣：2~3 kg/吨钢结构

C) 吊具表面粘附

2）溶剂：每吨钢结构约为：2kg

3）盐酸：每吨钢结构约为：20kg

4）碱：每吨钢结构约为：2kg

5）钝化剂：每吨钢结构约为：1kg

7）水：每吨钢结构约为：5m3

8）电：每吨钢结构约为：36 KWH

2．钢结构热镀锌生产工艺流程

2.1热镀锌工艺流程

本方案的钢结构的热浸镀锌拟采用溶剂法热浸镀工艺，其生产工艺流程分为前处理、热浸镀及后出理三个工艺段，其生产工艺流程简图如下：

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2.2 生产工艺过程简述

经过加工（成型、焊接或机械加工等）的待镀工件运到预处理工段的原料堆放区暂存，根据客户加工要求、工件钢种材质、工件形状尺寸规格、工件表面状态（油污、锈蚀状态）等进行分类，然后按下列工序进行处理：

1）预清理：采用人工的方法将工件表面的局部严重锈斑、油漆及非水性记号笔的号记等清理干净。

2）吊装：对不同的工件选用不同的、专用的耐酸吊具进行吊装。3）碱洗脱脂：对于表面涂油或表面有油污污染的工件，须将工件进行碱洗脱脂。碱洗脱脂采用浸泡的方式，时间约为10~20分钟，碱洗脱脂液主要成分为NaOH、Na2CO3等，浓度为3~5%（wt），温度为60~80℃。

4）水清洗：将碱洗脱脂后的工件浸泡在清水中，洗去工件表面残留的碱液。

5）酸洗除锈：目的是去除工件表面的氧化铁皮和表面的铁锈。采用浓度为13~16%（wt）的盐酸溶液进行酸洗，温度为18~21℃。为了

防止过酸洗而影响镀锌质量，在酸洗液中加入适量的缓蚀剂，既可以防止侵蚀钢材基体，减少酸液中的铁离子，又可以延长酸洗槽的寿命。酸洗液须控制酸浓度/铁离子浓度，因为不只是酸的浓度会影响酸洗槽的效果，铁离子的含量也有影响，为了获得最佳的酸洗效率，酸洗液中必须含有一定数量的铁离子。

6）水清洗：将酸洗后的工件浸泡在清水中，洗去工件表面残留的酸液，其目的是防止过量的酸和铁离子带入助溶剂中。因为过量的酸带入助溶剂中会导致PH 降低，这将使在助溶剂处理时，增加铁离子分解到助溶剂中，铁离子的增加尽管不会降低助溶剂的效用，但会增加镀锌时的锌渣和锌灰的形成，造成锌耗的增加，使生产成本升高。7）溶剂助镀：溶剂助镀处理是为了活化工件表面，防止工件烘干时表面的重新氧化，分解熔融锌液附着在工件表面的氧化锌层，使钢基体与镀锌层之间能形成良好的结合。溶剂助镀剂的主要成分为氯化锌和氯化铵的混合物(如60%ZnCl2+40%NH4Cl),为了增加涂布的均匀性，可以加入适量的润湿剂。助镀剂的PH值约为3~3.5，波美度约为19~25Be，铁离子含量须控制10g/l以下。其处理温度以60~70℃为宜，温度太低助镀剂附着会不均匀且助镀效果不佳，温度太高，助镀剂附着膜太厚，增加消耗。处理时间为2~5分钟，延长浸泡時间，将增加在酸性助镀液中铁离子的含量，并且会在助镀剂附着膜层中产生氯化铁，它将吸收干燥时殘留的水分，导致热浸镀时，熔融锌液铁离子和水反应，增加氧化锌和锌灰的生成。

8）烘干：涂好助镀剂的工件，重新更换耐热吊具后，进入烘干炉烘

干以除去助镀剂层中的水分。适合的烘干温度为110~140℃，温度过低不足以使助镀剂层中的水分的完全蒸发，温度过高，如超过150℃，将使膜中的氯化锌的结晶水失去，不利于热浸镀时气体对锌液表面氧化锌的驱赶。

9）热浸镀锌：工件热镀锌是最主要的工序，锌液温度控制在450~460℃，时间1~2min。锌液温度的控制采用自动控温，通过连锁控制天然气燃烧炉的燃烧来控制锌液温度，时间通过操作工人控制。为了控制镀层质量和镀层附着量，可以在锌液中加入适量的铝（小于0.01%）或镍（小于0.08%）。

10）水冷：从锌锅出来的工件温度很高，为了将工件尽快冷却到室温，工件从锌锅提出来后人工清理工件表面的锌灰和多余的锌，然后浸入水冷槽水冷。对于紧固件等小五金等，则出锌锅后，先在高速离心机中去除表面多余的锌，以保证五金紧固件的配合公差，再进行水冷。为了防止厚度较薄的工件水冷产生变形，必须空冷一段时间后，再慢速的进入水冷槽水冷。水冷槽水温为40~50℃，冷却水经冷却塔冷后循环使用。

11）钝化处理：钝化处理是为了在工件表面形成一层钝化膜，以保护镀锌后的工件在储存和运输过程中不产生白锈。钝化液为三价铬钝化，温度为40~50℃。

12）水清洗：目的为除去工件表面的钝化残液。

13）后清理及检验：水洗后工件，经人工检验，清理表面的锌结瘤等，对于少量漏镀部分可以采用99%的锌粉漆喷涂修整。

14）包装入库：对于合格产品，根据客户要求包装入库。

2.3平面布置

3．钢结构热镀锌生产线主要设备及其参数

3.1 前处理段

3.1.1前处理槽

前处理槽共8个，规格及技术要求见下表：

槽体结构为10mm低碳钢钢板焊接而成，外面型钢加固，内衬6mm橡胶，外侧采用耐酸、耐碱涂料防护。所有处理槽都设在地平面以上，操作平台标高为+900mm。

3.1.2 加热系统

处理槽内加热系统都为蒸汽管间接加热，加热管为奥氏体不锈钢蛇形管。

3.2 热浸镀段

3.2.1 烘干炉

烘干炉主要用于工件涂溶剂后的烘干，本设计方案的烘干炉采用固定顶开式加热炉，加热方式为间接辐射加热，即炉底设置电阻加热

带，耐热钢板为炉底衬，通过炉底耐热钢板辐射传递工件。

主要技术参数：1）炉膛最大尺寸：13m×5.0m×5.0m;

2) 最大小时产量：10吨/h；

3）烘干温度：110~140℃

4）供热方式：电阻带底部加热，功率200KW

5）控制方式：显示、记录、报警

3.2.2 热镀锌炉及锌锅系统

采用感应陶瓷锌锅系统，其特点及主要参数如下：

3.2.2.1 感应陶瓷锌锅优点简介：

感应陶瓷锌锅与铁制镀锌锅比较，其优点有以下几个方面:

1.可降低锌的单耗和渣率。在热浸镀过程中，锌与铁接触生成铁锌合金是不可避免的，铁锌合金--锌渣悬浮于镀锌液中或沉于锅底形成底渣，使锌耗增加且影响镀件质量。铁锌合金生成量的多少，与铁与锌的接触面积、镀锌温度、浸镀时间等因素有关，采用感应电炉作镀锌锅，由于锅的内衬为耐火材料，这就避免了锌与铁之间的大面积长时间的接触，加之感应电炉是直接加热锌液，传热快而效率高，可避免局部过热现象，据国内数家使用陶瓷锌锅的生产情况来看，锌渣生成量大大降低，一般都没有底渣。统计数据表明：每镀一吨钢板，感应锌锅生成锌渣2公斤左右，而铁锅产渣都在4公斤以上。

2.锌锅温度易于控制。对于热浸镀锌，锌液温度会直接影响产品的质量、锌耗、渣率、锅寿命等，是一个关键的控制条件。采用感应电炉就可通过任意调节输入功率，达到均匀稳定地控制温度。

3.有利于产品质量的提高。由于陶瓷锌锅锌液中含铁量少，故镀层表

面质量好，而且温度可以控制，使锌液的粘度，镀层中铁锌合金层的厚度能满足镀件耗锌少，耐腐蚀性和挠性好的要求。

4.寿命长，维护方便。锌锅内衬的寿命超过二十年，感应器内衬寿命一般三～五年，即至少三年才更换一次感应器，由于感应器为可拆式，且可以热对接，所以更换所需的时间远较更换铁锅少，维护相当方便。

5.运行成本低，减少了一年至少两个铁锅的费用及因更换铁锅而造成的停产损失，更换一次感应器的费用仅2～3万元。

6.改善操作人员的劳动条件和减轻对环境的污染。

3.2.2.2主要技术参数

1.额定容量2000 t

2.锌锅内尺寸(长x宽x深) 12000×5000×5000mm3

3.额定电压380 V

4.额定功率10×400=4000 kW

5.调压器容量10×500=5000 kV A

6.保温功率(开盖时) < 1500 kW

7.额定温度460～500 ℃

8.每小时化锌～0.25 t

9.每小时镀工件～15.0 t

10.锌锅外形尺寸(长×宽×深) 13300×6300×5200mm3

3.2.2.3机械部分结构特点

感应锌锅机械部分主要由锅体、感应器等组成。炉体含锅壳和内

衬，锅壳为钢板制成的箱形焊接体；炉衬是按上限热平衡工作条件设计的"耐火绝热"二单元组合体，其面层为重质高铝砖砌筑的耐火层，内层为轻质砖和石棉板组成的绝热层，并兼作炉体各部分胀缩的补偿装置。选用优质的耐火材料，配以精心的砌筑施工，炉衬寿命相当长，一般在20年以上。感应器是感应镀锌锅的核心部件，大功率喷流型感应体结构先进，喷流型熔沟使熔沟内的锌液和锅内的锌液能实现充分的热交换，锅内温度均匀性好，感应体寿命长；可热态拆装的性能，使更换感应体的工作只需数小时，大大缩短了停产时间。喷流型感应体主要由钢壳、铁心、感应线圈、水冷套和耐火材料组成。耐火材料在感应器中行成了特殊形状的熔沟，熔沟内的液态锌就是感应加热器的二次线圈，当给感应器线圈通电时，熔沟内的液态锌产生强大的感应电流而被加热，同时熔沟内的锌液受电动力和电磁力的双重作用，产生运动，通过传导和对流的方式，感应器熔沟内锌液的热带入锅内，熔化和加热锌。

本方案采用八台400kW的喷流型垂直双熔沟感应体上倾30°角，以对角线为对称布置在锅体两侧面。这样的布置能保证锅内锌液的最大温差小于±5℃。

3.2.2.4 电气部分方案介绍

电气设备采用的喷流型感应体为单相负载，通过将电抗器、电容器和感应体接成三角形负载来达到三相平衡。本锌锅配置两台400kW 喷流型感应体，每台感应体都配备单独的电气系统，形成独立的单元，

即每台感应体都可单独供电及控制，运行可靠、控制方便。电气设备由电源柜、平衡柜、补偿柜、控制柜等组成。三相平衡装置和补偿装置都是在试车阶段通过投切可调部分的电容器调整好，正常运行过程中无须再调。检测系统包括原边电压、原边电流、设备总电能、副边电压、副边电流、补偿后功率因数、感应器电流以及锌锅温度等指示仪表。保护系统包括短路、过电流、原边欠电压、副边过电压和接地的保护。当上述故障发生时，自动开关立即跳闸，达到保护之目的。信号报警系统包括灯光和音响信号。主电路合闸、电炉通电、控制电源合闸以及补偿电容器投切，均有灯光显示。而发生原边欠电压、副边过电流、副边过电压及接地故障时，将有灯光报警。当锌锅中锌液温度超出整定范围及原边欠电压、副边过电流、副边过电压和接地故障时，将会有警铃报警。温度可用手动或自动控制。锌锅温度及温度控制的偏差值在温控仪上设定。为了减少占地面积，使接线合理，分别将每套主回路各自集成为三个柜子。将电源柜和调压器装在一起组成动力柜，将平衡电抗器和平衡电容器组架装在一起组成平衡柜，将补偿用电容器、连接铜母线等组装成补偿电容器柜。三个柜子各自组装成一体。全套控制部分则集中于一个控制柜上，便于操作。

自动控制时，两套功率单元的功率控制采用同一控制信号，控制信号由热电偶和温度控制器构成，温度控制回路采用双工系统，一用一备。为避免高功率冲击，其中一台增设延时启动电路。

3.3后处理段

后处理槽共3个，见下表：

槽体结构同前处理，为10mm低碳钢钢板焊接而成，外面型钢加固，内衬6mm橡胶，外侧采用耐酸、耐碱涂料防护。所有处理槽都设在地平面以下，操作平台标高为+0mm。

3.4 传动及车间内运输

工件在各工序之间的流动都是用天车进行操作，天车和车间内运输由卖方提出技术要求，设备由买方采购完成。

4 环境保护及设备

4.1 碱雾排除及净化

碱洗工段共设有1个碱洗槽，碱洗液为三碱水溶液，浓度为3~5%（wt）。由于清洗的温度较高，有一定的碱雾挥发，本设计方案中在碱洗槽两边设有抽风口吸抽碱雾，经管道收集后汇入酸雾废气进入酸雾净化塔进行净化处理。

4.2酸雾排除及净化

酸洗工段共设有3个酸洗槽，酸洗液为盐酸水溶液，浓度为13~16%（wt）。由于盐酸的挥发性较大，本设计方案中所有酸洗槽都

设有活动盖板，生产过程中工件进入酸洗槽中马上盖好盖板。在酸洗槽两边设有抽风口吸抽酸雾，经管道收集后酸雾废气进入酸雾净化塔进行净化处理。净化后的废气排放大气中。本设计的净化效率：≥96%，排放浓度：＜40mg/Nm3。

主要设备：1）酸雾净化塔系统：1套

2）抽吸风及管道系统

3）离心风机三台，功率5.5kw

4）排放系统

主要技术参数：总处理风量为30000 Nm3/h

4.3 锌锅排烟除尘及净化

热镀锌过程中会产生大量的溶剂烟尘，本设计采用干法回收的方法进行除尘处理。

除尘方案：在锌锅一侧设立吹吸式抽风，将烟雾抽出镀锌车间进行处理。由于锌液温度为450℃，烟雾温度为40~50℃，为防止烟尘潮解，克服粘性带来的“糊袋”现象，在除尘过程中，对风管进行保温处理，除尘器加热本保温，保持烟雾温度，使得锌尘的一回收。本设计的除尘效率：≥96%，烟气排放浓度：＜100mg/Nm3。

主要设备：1）脉冲布袋式除尘器，1套（过滤面积：315m2,滤袋数量：420只）

2）离心风机两台，一台35kw, 一台7.5kw

3) 抽吸风及管道系统

主要技术参数：1）吹风量：12500Nm3/h

2）吸风量：75600 Nm3/h

3）布袋过滤风速：2m/s

4.4 废水处理

镀锌车间的所有废水集中到工厂的废水处理系统，集中进行处理。废液的成分及排放量如下：

5．附件说明

5.1 公辅要求

全线电功率装机容量约：5000Kw；（不包括吊车功率）

蒸汽最大接点流量：0.5T/H；

用水量：3T/H；

详细数据以设计后为准。