钢管热镀锌技术
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第四章 钢管热镀锌生产技术

第一节 钢管热镀锌的基本概念

一、钢管热镀锌的基本概念

经过预加工过的表面洁净的钢管需要浸渍到锌液中,以进行热镀锌加工。当钢管向锌液中浸渍之前,锌液表面应当没有锌灰、锌屑和其他杂质,以免影响镀层质量。

钢管热镀锌的方式,可以单根或多根间歇式地进行,也可以连续地进行。在向锌液中浸渍时,必须使钢管毫无阻碍地倾斜着浸入锌液中,同时将钢管内腔中的空气向尾端完全排出去。

如前所述,钢管热镀锌可以采用各种方法进行,如湿法、干法、铅锌法和氧化还原法等。在实际生产上,无论采用哪种镀锌方法,在热镀锌本身,决定钢管热镀锌质量的主要参数仍然是锌液温度、钢管在锌液中的浸锌时间以及钢管从锌液中提出的速度。

二、钢管镀锌与温度、浸锌时间和抽出速率的关系

为了使钢管得到高质量的镀锌层,从热镀锌本身考虑,应当使规定的锌液温度保持不变。理想的镀锌温度为(450±5)℃,正常的镀锌温度范围是430~455℃。提高镀锌温度会促进铁-锌合金相层的形成速率增加,如ζ相,它使镀锌层的塑性急速降低。高的镀锌温度也缩短了镀锌锅和镀锌机组的使用寿命;降低镀锌温度又会增加锌液的黏度,它增加了镀锌层的厚度和不均匀性。

1.钢管在锌液中的浸渍时间

钢管在锌液中的浸渍时间,包括去除钢管表面上溶剂所需要的时间和加热钢管达到锌液温度所需要的时间。钢管在锌液中浸渍的时间应当尽可能减少,因为增加镀锌时间会促进形成脆性的ζ相,它降低了镀锌层的塑性。

2.钢管从锌液中抽出的速率

钢管从锌液中抽出的速度对镀锌层(实际是纯锌层)的厚度有很大的影响。抽出提升速率低,纯锌层薄;抽出提升速率快,则纯锌层厚。因此,管子的抽出速度要适当。过快,钢管表面上过多的锌液来不及流净,则钢管表面的附着量多,使镀层凹凸不平,也不光滑;抽出速率过低,则在钢管抽出的过程中铁-锌合金层与纯锌层会继续进行反映扩散,使纯锌层几乎全部变成了合金层,并形成暗灰色的薄膜,它降低了镀层的弯曲性能。钢管在锌液中的浸渍时间与它从锌液中的抽出速度对锌层的附着量的影响如图4-1。

图4-1 钢管在锌液中的浸渍时间与抽出速率对附着量的影响,

1—抽出速率快,为5.5m/s;2—抽出速率慢,为1.5m/s

钢管从锌液中抽出的速率应考虑到使钢管表面上过剩的锌液能够流淌下来。抽出角度应不在10°~15°为宜。

3.镀锌钢管的外、内喷吹抹拭

镀锌后的钢管,应当立即进行内外表面的喷吹处理和冷却,以便得到厚度均匀的、具有细晶粒和弯曲性能好的镀层。

为使镀锌锅内容纳足够的锌液,以储备热量,补偿钢管所带走的热量损失,并使锌液温度波动在最小范围,镀锌锅的熔锌量与镀锌钢管小时产量之比应为35~40,一般取35左右,比例过大反而无益。

镀锌段与镀锌工段布置在同一个厂房内的时候。否则,在厂房内的空气含有的高水分和游离酸气会造成镀锌层的腐蚀。镀锌钢管在成品仓库存放时,应当使厂房内的空气流通。因为当温度降低到露点以下时开始产生凝结水,它会使镀锌层产生白锈,从而破坏了镀锌层的耐腐蚀性。

三、钢管热镀锌的方法

1.溶剂法热镀锌

在国内现在均采用溶剂法热镀锌,俗称“干法热镀锌”。“湿法热镀锌”因对环境影响较大,同时锌耗高等原因,已经被淘汰。本书以下主要介绍“干法热镀锌”,简称热镀锌。

经过脱脂、酸洗、水清洗后的钢管,直接放到含有氯化锌与氯化铵的水溶液的溶剂槽内进行溶剂处理,带有潮湿溶剂的钢管再通过干燥炉进行干燥,以便蒸发掉溶剂中的水分,使钢管表面被一层干燥透明的溶剂盐膜所包裹住。随后钢管倾斜着被热镀锌机组的压下装置压入到锌液中,使锌液从一端流进钢管。这样就避免了空气的堵塞,改善了钢管内表面的镀锌质量,并排除了砰出锌液的可能。镀锌后的钢管从镀锌锅中用机械托出装置将钢管托出,然后进行下一步的对钢管表面的镀锌层外、内吹抹拭处理,达到钢管内外表面的镀锌层光滑、无锌瘤、无锌灰等瑕疵。

钢管热镀锌的锌液中的铝含量一般可达0.1%~0.2%,铝是以含铝10%~15%的锌铝合金的形式加入锌液中的。锌液的铝含量每班分析一次。

热镀锌钢管的镀锌层的厚度一般为50~100μm,纯锌层厚度一般固定不变为30~40μm。依据钢管的壁厚铁-锌合金层的厚度亦是在一个范围内变化。

因为对钢管热镀锌时是通过PLC编程自动控制实现连续热镀锌,一般锌液的温度控制的较高,我国天津大多数的镀锌企业把镀锌温度控制在450~455℃,基本上是一个恒温的数值;钢管在锌液中的时间一般在15~30s。

镀锌钢管从锌液中抽出的速度要根据锌液的流动性、镀锌后的表面处理方式以及镀层厚度的要求来决定。有的国家,当钢管抽出的角度为16°时,其抽出的速率为1~1.2m/s。

由于钢管热镀锌允许有较高的铝含量,因此使锌液表面能生成一层薄的(约0.1μm)的Al2O3的保护膜,防止锌液的氧化。往锌液中添加铝,还可以得到具有较高的塑性镀锌层,可以使钢管承受各种工艺操作,如弯管、扩口、扩径等而不破坏镀层。因溶剂法热镀锌钢管可以实现连续性的生产,镀锌层比较稳定等优点,因而在世界各国都得到应用,是目前一种比较完善的钢管热镀锌的方法。

2.氧化还原法热镀锌

氧化还原法热镀锌则是一种取消了碱洗脱脂、酸洗、水洗和溶剂助镀处理等表面预加工方法的、一种新的热镀锌方法。它的原理类似于带钢的森吉米尔热镀锌法。采用这种新的热镀锌方法时,钢管镀锌表面准备方法时:先使钢管表面被氧化,随后又在高温下用氢气将钢管表面氧化层还原成铁。这种表面准备的方法还兼有退火和稳定化的作用。

氧化还原法热镀锌所包括的最基本的工序是:氧化还原处理→热镀锌→外表面喷吹处理→内表面喷吹处理→空冷→水冷→钝化处理→干燥处理→打字→包装。

氧化还原法热镀锌的操作程序是:先把钢管通过带有氧化气氛的预热炉,炉内的加热温度为440~460℃。然后再将钢管送往带有还原性气氛的炉子,在此,将钢管表面上的氧化铁皮进行还原,并把钢管加热到规定的温度。接着再将倾斜着浸入镀锌锅,钢管的预热温度和在它表面上氧化铁的还原程度决定了形成的铁-锌合金层的厚度。由于浸入镀锌锅的钢管保持一定的热量,因而使锌液能保持固定的温度。

在德国的氧化还原法热镀锌钢管是采用压缩空气作为氧化气氛,在氧化炉内保持370~535℃的温度。用氢气作为还原气氛,还原炉由两个室构成,第一个室保持730~760℃,第二个室保持535℃。送入镀锌锅的钢管温度为440℃进行热镀锌。

当采用干法热镀锌时,钢管进入镀锌锅之前的温度一般不超过130~140℃。因此,在镀锌时钢管要带走镀锌锅的大量的热量,使锌液温度难于保持稳定,同时也降低了镀锌锅的使用寿命。而氧化还原法镀锌时,由于钢管在镀锌之前已经具有足够的热量,锌液温度能保持稳定。这就极大地减少了锌锅本身的热应力,从而提高了锌锅的使用寿命。提高管子进入锌液之前的温度,还缩短了钢管的镀锌时间,这不仅提高了镀层质量,也减少了锌渣的产生,使清锌渣的次数减少到每年5~6次,从而减低了锌耗。因此可以认为,氧化还原法热镀锌是迄今为止比较先进的钢管热镀锌的方法。