镀锌基础知识

向锌锅中加铝的方法

为了使锌液中保持0.15～0.2％的铝，必须向锌锅中加入一定量的铝，概括起来， 向锌锅中加铝的方法有如下三种： 1、加纯铝：采用一定的形状把铝锭(切成1～2公斤)压入锌液面以下的方法， 使之受锌液的侵蚀慢慢熔化，这种方法可以省去炼合金的工序，还可减少成品 的锌粒缺陷，避免铝的过多氧化而节约铝。 2、加锌－铝二元合金：在专门的合金炉中，炼成含铝7～15％的锌铝合金并 铸成约8Kg的合金锭。一般来讲，含铝8％的锌－铝合金锭最适合，因为含铝高 时，比重较轻，则合金浮于锌液面熔化较慢，易造成铝的过多氧化，而加速铝 的消耗，在生产过程中，锌铝合金锭和锌锭按比例地加入锌锅。 3、加含铝的锌锭：在热镀锌时，锌锅中除了含0.10～0.15％的铝之外，还含 有0.24％的铅，为简化锌锅的操作程序和减少加铝时的氧化浪费，目前已已发 展为使用铝、铅含量较高的锌锭，这种锌锭中一般含Al0.16～0.2％、 Pb0.22～0.24％、Fe<0.01％。生产时直接把这种锌锭投入锌锅即可，但在实 际生产中，由于铝的实际消耗量比锌液中铝含量高出一倍，所以尽管具备了和 锌液中铝含量大至相同的含铝锌锭，还必须准备含铝量为8％的Zn-Al二元合金 锭，以便必要时加入锌锅，来维持锅中恒定的铝含量。
锌液温度对锌层的影响


如果锌液温度过高，会加剧铁的重量损 失，使镀锌层的Fe-Zn合金层增厚。 如果锌液温度过低，则锌液的流动性差， 粘度增加，而粘度大的锌液从带钢表面 流下来就比较困难，从而导致纯锌层增 厚。
合理地控制带钢速度

带钢速度应按照预先制定的生产率表或退火工 艺曲线来给定，带钢速度是决定带钢退火时间 和浸锌时间的重要工艺参数，在现代化的带钢 连续热镀锌机组中，当镀层粘附性不良时，在 没有搞清楚其真实原因的情况下，首先降低机 组运行速度是最有效的办法。其次，每卷带钢 规格发生变化时，带钢速度必须作相应调整， 改变带钢运行速度，其它参数也要作相应的调 调整，总之，调整各项工艺参数时必须注意前 后生产程序的连续性。

锌的熔点是419.4℃，这时锌的流动性不好，遇到冷的原料易凝固，因 此锌液温度太低，不适于热镀锌生产，另一方面，锌液温度不能过高， 锌液温度过高有很多坏处： 1、锌液温度过高，生成了较厚的合金层，使镀层的附着力变坏，在 加工时易出现锌层脱落。 2、锌液温度高，加速了锌液对镀锌设备的腐蚀，如炉鼻子浸入锌液 部分、沉没辊、稳定辊等设备长期在锌液中工作，温度过高时，它们 很快就会被腐蚀掉。 3、锌液温度过高，加剧了铁的重量损失，从而增加了锌液中的铁含 量，使镀层表面光泽降低，缺陷（如锌粒）增多。 4、浪费了大量锌锭，因为温度高，则锌液中含Fe增多，生成的锌渣 多，而锌渣的主要成份是ξ相（FeZn13），ξ相中只含有6.0～6.20％ 的铁，其余93％的都是锌。

Fe2Al5或FeAl3中间相层的形成因素

铝―铁中间相层的形成与锌液中的铝浓度、镀锌时间及带钢入 锌锅温度有关，分述其影响如下： 1、受锌液中铝的浓度影响：镀层中合金层的铝含量是随锌液 中铝含量的增加而增加的，如果锌液中不含铝，则不具备反应 的物质基础，就不能形成Fe―Al中间相层了。 2、受镀锌时间的影响：一般而言，镀层中的铝含量随镀锌时 间的延长而增长，因为镀锌时间的延长，等于增加了锌液中的 铝向镀层中的扩散机会。 3、受带钢温度的影响：用美钢联法热镀锌时，带钢进入锌锅 的温度对铝铁化合物的形成速度有很大影响，如果带钢进入锌 锅温度适当高于锌锅的操作温度，可以增加合金层中的铝浓度， 提高锌层附着力。
为什么向锌锅加铝的含量要比锌液中 的实际铝含量高一倍以上？



根据测定，镀锌层中的铝含量一般比锌 锅中的铝含量高出30％。 浮渣中含铝较高，平均为1.4％。 底渣中含铝较高，平均为0.7％。 所以，必须向锌液中多加0.11～0.17％ 的铝，如果锌锭Leabharlann Baidu含铝达0.355％,就用 不着再向锌锅中加锌铝合金锭了。
感应锌锅的优越性
1、由于锌液的循环移动，可使已生成的悬浮 于锌液中的铁锌合金小颗粒和锌液中的铝 充分发生反应，生成Fe2Al5，上浮于锌液 表面，作为表渣清除，由此而消除底渣。 2、 由于锌液的循环移动，可使锌锅内锌液温 度更加均匀。 3、 锌锅的热效率较高，一般为80％。 4、锌锅寿命较长。
在带钢连续热镀锌中，为什么当锌液温度超过 480℃时的铁重量损失急骤增加？
热镀锌的原料锌锭的化学成分
0号 一号 二号 含Zn≥99.995％ 含Zn≥99.99％ 含Zn≥99.96％ Pb 0.003％ Pb 0.025％ Pb 0.015％ Fe 0.001％ Fe 0.003％ Fe 0.010％ Cd 0.001％ Cd 0.002％ Cd 0.010％ Cu 0.0001％ Cu 0.001％ Cu 0.005％
钢材防腐蚀的方法


合金法（如不锈钢） 包层法 非金属涂层法（如涂漆、涂塑料等） 非金属膜法（如铬酸钝化、磷酸盐处理） 金属镀层法 热镀法 电镀法 包镀法 喷镀法 气相镀法
镀锌层在大气中发生腐蚀的主要类型

热镀锌层在大气中可发生如下两种类型的腐蚀： 1、在干燥的空气中，锌层与周围介质发生化 学腐蚀 2Zn＋O2＝2ZnO Zn＋CO2＝ZnO＋CO↑ Zn＋H2O＝ZnO＋H2↑ 2、在潮湿气体中及电介质中发生电化学腐蚀 阳极：Zn—2e →Zn2＋ 阴极：O2＋H2O＋4e＝4OH
镀锌速度对合金层厚度的影响

在带钢连续热镀锌机组上，镀锌时间是受镀锌速度支配 的，它与镀锌速度成反比，它们之间存在下列关系： t = S/V × 60 式中：t -- 镀锌时间 “秒” V -- 镀锌速度“米/分” S -- 带钢在锌液中通过的行程 “米” 在镀锌机组中，带钢在锌液中的行程S是一定的， 可见加快镀锌速度会缩短镀锌时间，则合金层薄，相反， 降低镀锌速度，会延长镀锌时间，则合金层增厚。

锌液的消耗量

在生产过程中，带钢把锌液从锌锅带走，形成镀层，同 时还不可避免地生成底渣和浮渣，而不断从锌锅清除， 锌的消耗量可由下式来计算： Zy =Gz×Gf/Gm 式中： Zy－镀一定量原板的锌耗量 kg Gz－锌屋重量 g/m2 Gf－原板重量 kg Gm－原板单重 kg/m2 另外，还必须附加生成的浮渣和底渣的锌耗量，每吨镀 锌板大约为4kg。
三号 四号 合金锭 合金锭
含Zn≥99.90％ 含Zn≥99.50％ 含Zn≥99.70％ 含Zn≥95.90％
Pb 0.05％ Pb 0.3％ AL 0.2％ AL 4％
Fe 0.02％ Fe 0.03％ Fe 0.001％ Fe 0.001％
Cd 0.02％ Cd 0.07％ Cd 0.001％ Cd 0.001％
钢板热镀锌类型
线外退火法 ： 湿法热镀锌 （熔剂法） 干法热镀锌（单张板热镀锌） （干法连续热镀锌）（惠林法） 线内退火法（还原法） ： 森吉米尔法 改良的森吉米尔法 美国钢铁公司法 赛拉式法 莎伦法

热镀锌板的品种及用途


普通镀锌板（差厚镀锌板）（单面镀锌板）GI 合金化热镀锌板（焊接性能好，彩涂基板）GA 铝－锌镀层板GL 美国伯利恒钢铁公司研制的铝锌镀锌板，所用设备完全与现有热镀锌机组 相同，在工艺上只改变了锌液化学成份，锌液中含AL为55％，含Zn为 43.4％，含Si为1.6％。这种品种耐蚀性能优于普通镀锌板，是镀锌板的 5～10倍。同时，这种产品的耐高温腐蚀也强于镀锌板，因此往往用于耐 热和耐高温腐蚀的领域（如汽车发动机的烟筒等）。 锌－铝稀土板GF 该产品是1980年研制出来的一个新品种，完全可以用现有镀锌机组生产该 产品，不同的是，改变了锌液操作温度（420℃）及锌液成份：5％AL＋ 0.05％R、E（铈、镧）＋Zn，这种方法要求锌锭纯度较高（不低于99.99 ％），特别是Pb、Sn含量要低于0.005％。 该产品的耐蚀性为镀锌板的1～2倍，所以往往用于耐蚀性较强的场合（如 蚀性容器等）。
合理地控制锌液中的铝含量
生产过程中，锌铝合金应均匀地加入锌锅，最好和锌锭 按一定比例加入，一般来讲，每向锌锅加入一块含铝的 大锌锭，需向锌锅中补加锌－铝合金锭的块数可由下式 计算： Nz＝(Ay-An)×GnAH ×GH 式中： Nz－每加入锌锅一块大锌锭，需补加的锌铝合金块数 Ay－锌液的实际消耗铝含量 ％ An－锌锭中的铝含量 ％ Gn－每块锌锭的重量 kg AH－锌铝合金锭中的铝含量 ％ GH－每块锌铝合金锭的重量 kg
镀锌过程中锌液中铝的作用机理
因为铝与铁反应的亲合力大于锌与铁反应的亲 合力，所以，当带钢进入含铝的锌液时，在带 钢表面首先形成Fe2Al5或FeAl3，这种铝铁化合 物的熔点比锌液温度高，在锌液中不会马上熔 化，而呈现一层薄膜的形式牢固地粘附在带钢 表面上，阻碍了铁锌反应的正常进行，由于铁 锌反应受到阻碍，镀锌时生成的铁锌合金层减 薄―特别是脆性的ξ相减薄，ξ相越薄，锌层的 附着力就越好。
现代热镀锌中，为什么要向锌液中加 铝？

在现代热镀锌工艺中往往向锌液中加入一定数量的铝，而锌液 中加铝后，镀锌层的质量有很大改善，具体表现在： 1、锌液中含0.01～0.02％的铝，可以显著提高镀层的光泽，因 为铝对氧的亲合力大，锌中含铝，可以避免锌氧化造成的镀层 发黄现象。 2、锌液中含铝量0.10～0.15％时，能显著提高锌层附着力使镀 层塑性较好而不脱落。 3、当锌液中含0.15～0.20％的铝时，可使镀层结构发生明显的 改变：铁锌合金层δ1相和ξ相（FeZn13）减薄甚至完全消失得 到的是η相较厚的镀层。 4、当锌液中含0.14～0.16％的铝时，可以消除锌锅中的底渣， 而Fe2Al5比较小，浮于锌液表面，可以在不停产的情况下随时 消除。
镀锌速度对纯锌层厚度的影响

一般来讲，增大镀锌速度，会导致镀层的纯锌 层增厚，因为带钢从锌液中出来时，液态锌粘 附在带钢表面上，而带钢往锌锅上方垂直运动 时，由于自身垂力的作用，粘附在带钢表面上 的锌液流向锌锅，如果带钢从锌液中拉出的速 度慢时，从带钢上流回锌锅的锌液多，则纯锌 层薄，如果镀锌速度较快，带钢表面上的液态 锌来不及流回锌锅就被带钢带走而冷凝固，则 纯锌层就厚。
Cu 0.002％ Cu 0.002％ Cu 0.0001％ Cu 0.0001％
热镀锌锌层的结构和形成示意图
480C
460C 419C F
1
2
3
4
5
6
A B C D E
锌锅
A－镀层外表氧化膜；B－纯锌层；C－Fe-Zn合金层；D－ Fe2Al5中间层；E－钢基；F－带钢的温度变化曲线；1～6－锌 层形成的步骤
镀锌时间对合金层厚度的影响

在固定的镀锌温度下延长镀锌时间，即等于增 加了铁锌扩散反应的机会，这将使带钢表面上 的铁更多地被溶解，总而言之，在任何温度下 延长镀锌时间，铁的重量损失都会增加，尤其 是在500℃时，延长镀锌时间，金属铁的损失呈 直线增加，另一方面，在铁锌扩散反应中，从 带钢表面溶解下来的铁大部分与锌结合成铁锌 合金层，并粘附在带钢表面上，因此，延长镀 锌时间会导致镀层中合金层的厚度增加。
当温度超过480℃时，ξ相（FeZn13） 的晶体形成速度变得非常慢，生成的少量 ξ相（FeZn13）晶体变成了颗粒粗大的晶 料，而这些粗大的晶粒之间存在有许多间 隙，液体锌可穿过这些间隙一直深入到δ1 相（FeZn7），使熔锌在δ1的界面上呈现 过饱和状态，这时铁就沿着δ1相的晶界被 迅速溶解。
在生产实际要合理地控制锌液温度
热镀锌层的保护机理

长期以来，钢板之所以进行热镀锌，是因为锌在腐蚀 环境中表面能生成致密的保护膜，即：2Zn＋O2＝ 2ZnO，它不仅能保护锌层本身，而且保护了钢基；另 一方面，当镀锌钢板处于潮湿环境或处于电介质中时， 锌层和钢基形成原电池，起到了阳极保护作用，从而 避免了钢材在恶劣环境中的进一步腐蚀，延长了钢材 寿命。其具体的反应如下： 阳极：Zn—2e→Zn2＋ 阴极： O2＋2H2O+4e→4OH－ （在清洁而潮湿的空 气中） 反应产物：Zn2＋＋OH—→ Zn(OH)2 →ZnO•H2O