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2 8 湖 南有 色金属 HUNAN NONFERROUS METALS 第 2 O 卷第 3 期 2 0 0 4年 6月 热镀锌合金锭的生产工艺和质量控制 罗贱生 株洲冶炼集团有限责任公司， 湖南 株洲4 1 2 0 0 4 摘要 生产过程的工艺控制是热镀锌合金锭质量控制的一个重要环节。针对用户提 出的合金质 量问题， 分析了生产过程 中影响合金质量的原因， 提出了控制和改进合金质量的措施 ， 并取得 了满 意的效果 。 关键词 热镀锌合金； 生产工艺； 质量控制 ； 合金化熔炼； 感应电炉 中图分类号 T G 1 4 6 ． 1 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 5 5 4 0 2 0 0 4 0 3 0 0 2 8 0 3 热镀锌合金锭是以锌为基体 ， 加 入铝、 铅 、 锑等 合金元素， 经高温熔炼、 铸锭而得到的系列合金产 品。它主要用于带钢的热浸镀 ， 带钢热镀锌始于窄 带钢 ， 逐渐扩展到宽带钢。近三十年来 ， 随着冷轧带 钢的飞速发展而得到迅速发展 ， 年生产能力达 7 0 0 0 1 0 多 t 。在美国、 日本等国， 热镀锌带钢在粗钢总 产量中所 占比例高达 l 5 ％， 欧洲对镀层产品的需求 量每年递增 1 6 ％。到目前为止我国有带钢镀锌线二 十多条 ， 年产量达到 2 0 0 1 0 多 t ， 年耗锌 1 01 0 多 t ， 热镀锌板主要用于建筑业 、 动力车辆业 、 家具装 饰业 、 机械工业 、 电子技术 、 容器制造与包装业。例 如制造屋面 、 边墙 、 通风管道 、 空调设备 、 车箱 、 水桶 、 电冰箱 、 洗衣机 、 拖拉机与其他农业机械等。 目前我国已成功开发 了多系列热镀锌合金。其 牌号包括 z n A l R e 、 Z n A l Mg 、 Z n A l S i 、 Z nA1 一P b、 Z n A1 一S b 、 Z nA1 一 P bS b、Zn A I Mg S i 等几十个品种。这些合金广泛应用于 国内各大热镀锌厂家， 同时部分产 品出E l 韩 国、 日 本 、 美国、 马来西亚等国。最近我国开发了热镀锌镍 合金和 G a l u a l u m e 合金， 有效地解决了活性钢镀锌问 题和提 高了镀层 的耐腐蚀性能。特别是 G a l u a l u m e 合金已成功运用于国内第一条高耐蚀宽带钢镀锌线 的生产 ， 其镀板抗腐蚀性是纯镀锌层的 2 ～ 6倍。 随着带钢热镀锌技术的发展 ， 用户对热镀锌合 金锭质量提出更高的要求。某公司热镀锌合金在生 产技术、 装备能力、 品种开发、 质量控制和售后服务 等领域一直处于国内领先水平。然而随着市场多元 作者简介 罗贱生 1 9 6 8一 ， 男， 冶炼工程师。 化的发展， 近二年来合金产量由原来的年产 41 0 4 t 增加到 1 51 0 t 。由于产量的迅速增长 ， 生产厂家 众多， 用户对热镀锌合金质量异议和投诉有所增加， 详见表 1 。出现这些问题的原因很多， 大部分是由于 厂家在使用合金产品进行热浸镀时 ， 对工艺过程控 制不严或设备操作不当造成 ； 也有少部分是 由于包 装不严密或锭表物理规格缺陷等原因引起。 表 1 热镀锌合金应用的问题与原因分析 1 热镀锌合金锭的生产工艺 热镀锌合金锭的生产工艺流程如图 1 所示。 2 生产技术条件对合金质量的影响 2 ． 1 熔炼设备的影响 目前， 生产热镀锌合金锭主要采用以下几种熔 炼炉 一是以重油或煤气为燃料的反射炉。这种炉 投资少、 熔炼温度高 、 产出的合金物理外观漂亮， 缺 点是炉内氧化气氛浓， 金属烧损严重 ， 含杂质 F e 较 高， 直收率低于 9 6 ％。二是有芯感应电炉， 其一次性 投资约7 0 万元 ， 熔炼温度在5 0 0 oC 左右 ， 合金产量 维普资讯 第 3 期 罗贱生 热镀锌合金锭的生产工艺和质量控制 2 9 全全 云 二暑 要 壬 、 互譬 I 二 兰 一 全全 篱 l i登 l - L二 三 I j _ 一r 一 r L l l 莠 - 一 t 淀泛 毒气 _导至全霍 ’ 压衰主全全 图 1 热镀锌合金生产工艺流程 大 、 直收率高达 9 7 ％以上， 杂质控制好、 物理外观好。 有芯感应 电炉又分为可拆卸和不可拆卸二种， 一种 是用焦宝石 、 水玻璃料筑制的水平熔沟式电炉 感应 体不可拆卸 ； 另一种则是整体捣筑的大功率 、 感应 体可拆卸式的感应电炉。在这两种类 型电炉中， 大 功率可拆卸式电炉为最好的熔炼设备。因为热镀锌 合金是间断式作业 ， 进满料 ， 一次性放出十几吨合金 液。炉温在 4 0 0～5 0 0 c 【 之间变化频繁 、 温差大。可 拆卸式电炉用整体捣筑料， 其熔沟既耐合金液的冲 刷， 又能承受住入炉锌片带水放炮产生的冲击 锌片 带水与高温锌液接触迅速汽化而产生爆炸 ， 熔炼温 度可提高几十摄氏度， 高于不可拆卸电炉熔炼温度， 这一温度对改进合金锭物理外观十分有利， 使合金 锭表面质量大大得到提高 合金锭表面冷隔层和夹 渣减少， 能有地促进造渣 ， 提高渣锌分离效率 ， 而且 产量大， 直收率高， 这种炉型对于生产含铝 1 ％以下 的热镀锌合金是最优炉型 。 采用无芯电炉配制合金则具有熔炼温度调节灵 活， 更换品种容易， 锌直收率高达 9 7 ％， 渣率在 3 ％ 以下。新开发的 3 t 以上无芯炉坩埚材质 已经受了 生产实践的考验 ， 产品内在质量稳定 ， 在生产高熔点 合金方面具有其他炉型无法相 比的优势。合金内在 质量和外观都受到用户的一致好评。但生产能力较 小 ， 液压系统 、 配电系统 、 循环水系统投资较高。 2 ． 2 合金元素的影响。 加铝的作用 ， 锌液中含 0 ． 1 ％ ～ 0 ． 2 ％的铝时， 即 会引起镀锌层的显著变化 ， 使合金层很薄而且具有 良好的韧性。此外 ， 铝还可以和锌液内的氧化铁 、 氧 化锌等杂质结合， 形成不会与带钢相粘结的物质， 并 上浮到锌液表面 ， 这样保证了锌层的纯度。 铝可以抑制铁锌合金层的形成 1 在给定镀锌 温度下锌液中的铝含量愈高 ， 则合金层的孕育期愈 长； 2 在一定铝含量下， 孕育期随温度的增高而缩 短 ； 3 在每一镀锌温度下 ， 有一极限铝含量， 再进 一 步增加铝含量， 会延长合金生成的孕育期 ， 镀锌温 度愈高 ， 则极限铝含量愈低。 虽然在带钢连续热镀锌中铝含量仅为 0 ． 1 2 ％ ～ 0 ． 1 5 ％， 但加铝会使锌液的粘度增大， 镀锌时的纯锌 层就会增厚。由此可见加铝会导致热镀锌板的合金 层减薄和纯锌层加厚 ， 这对于一般 的弯曲成型加工 都十分有利。目前热镀锌合金锭铝含量一般控制在 0 ． 3 6 ％ ～0 ． 4 8 ％之间 。 为了使镀锌板获得各种美丽的锌花， 常常在含 有铝 、 铅的锌液中加入 0 ． 5 ％以下的锡或 0 ． 3 ％以下 的锑。由于锡有使镀层粘附性显著变坏和易抵消部 分铝的作用 ， 故 目前有些厂家采用加入 0 ． 1 ％左右的 锑的方法。值得注意的是， 在热镀锌时总是特意 向 锌液中添加一些铅 。在 4 5 0 o C的锌液中， 铅 的溶解 极限为 1 ． 5 ％。在使用铁制锌锅的热镀锌机组， 在锌 锅底部保留 1 0 01 5 0 m m原铅层 ， 有利于锌渣的捞 取 ， 减少锌锅底部锌渣的生成。在现代化宽带钢连 续热镀锌生产中， 铅的存在可降低锌液的熔点， 延长 锌的凝固时间， 促进较大锌花的形成 。 铅的存在可降低锌液粘度和表面张力， 改善锌 液对钢板的润湿条件缩短带钢的浸锌时间， 并使镀 层表面获得美丽的大锌花。在我国上海宝山钢铁公 司和武汉钢铁公司一直采用 和保 留了 z n A l P b 这种常规热镀锌合金产品。 在彩镀线方面， 则一般是采用锌铝合金先进行 热浸镀 ， 再在外层进一步涂油漆或涂塑料用于包装 业方面 。 为满足广大镀锌厂家对合金质量的要求， 生产 厂家一般按客户对合金化学成分和锭重的要求组织 生产， 为节约成本减少不必要模具制作费用及不必 要的检测费用， 有时经过双方协商统一标准组织生 产 。 2 ． 3 造渣与捞渣对合金质量的影响 进料时应均匀地添加 N H C I ， 4 7 0～ 4 8 0 C时开 始搅拌造渣， 待炉内锌全部熔化后继续搅拌， 将炉内 浮渣扒净， 只留一层薄薄的氧化渣覆盖在锌液表面， 防止炉内锌继续氧化。然后按 比例配入 z nA l 或 z n S b中间合金或直接加入 A l 、 P b 或 S b ， 然后继续 维普资讯 湖南有色金属 第 2 0卷 机械搅拌 ， 再加入少量 N H C 1 ， 造渣一段时间后扒 出 氧化渣 ， 取炉前样送化验室化验 ， 待合 格后开始浇 铸 ， 这样就避免了氧化渣卷人合金液进入合金锭中。 2 ． 4 搅拌对合金质量的影响 加强搅拌可使锌与加入的合金元素充分均匀合 金化 ， 避免合金液 A l 的偏析和 P h的分层。采用二 次搅拌方式 ， 在搅拌条件下取炉前样和浇铸 ， 这样可 大大提高合金的均匀化程度 ， 减少炉前样和成品样 在化学成分上的误差， 降低废品率。 2 ． 5 仪器分析的影响 由于合金产量激增， 原来采用的莹光法和比色 法等人工检测方法越来越不适应大生产的需要。 目 前 已普遍采用在线质谱仪， 检测方法和程序上还有 待进一步完善。 3 合金锭质量控制 3 ． 1 改进操作工具 ， 提高模具的制造水平 要得到外观漂亮的合金锭 ， 模具的制造工艺是 十分重要的。 目前， 我国的模具制造技术 比世界上 先进国家如 日本 、 德国等还有差距 ， 这给合金锭外观 质量上台阶增加了难度。在操作方面有的还在采用 铁制或木制的工具 ， 这无疑增加 了铁或碳粒的带入。 国内某厂已率先采用了特殊材料制成的工具搅拌和 扒皮， 使合金锭的杂质铁控制达到 0 ． 0 0 3 ％的水平。 3 ． 2 提高操作水平。 减少飞边、 毛刺、 夹渣和裂纹 要提高合金质量， 人 的因素不容忽视。从入炉 物料选择 、 控制 ， 到合金配料计算、 搅拌造渣， 直到浇 铸 、 扒皮、 冷却 、 物理规格修整 ， 都与工人的责任心和 操作水平息息相关。熟练工人能在浇铸时修整好飞 边、 毛刺， 在冷却时会采取巧妙 的方法消除锭表裂 纹。加强对工人的系统培训 ， 提高其操作水平对提 高合金质量是非常有益的。 3 ． 3 加强溜槽和模具的保温 ， 减少冷隔层 由于感应电炉的最高炉温在 5 2 0 以下， 要减 少冷隔层对合金质量 的影响 ， 加强模具和溜槽的保 温十分重要。生产实践表 明， 在未采取保温措施之 前， 5 0 0 以上的合金液从感应 电炉 内放出， 经过固 定溜槽和活动溜槽， 流 入模 内的合 金液温度仅 4 0 0 多度 ， 温度降幅达几十度。而锌的熔点为 4 l 9 ． 8 ， 所以产出的合金产品不能完全消除冷隔层影响。若 对模具和溜槽分别采用煤气和电热保温， 则能减少 浇铸时的温差 ， 从而大大减少冷隔层的形成。 3 、 4 成 分控 制 合金中铁、 铜 、 镁 、 镉等杂质对热浸镀时 的不利 影响不容忽视。 铁在 4 5 0 锌液中的最大溶解度为 0 ． 0 3 ％， 若 铁量继续增加 ， 铁便与锌和铝结合成铁锌合金， 铁铝 沉入锅底成为底渣 ， 减少有效铝含量， 使镀层粘附性 变坏 ， 镀锌时间延长。 在镀锌温度下 ， 铜可使铁锌合金层急剧增厚， 镀 层的韧性和粘附性都同时变坏。锌液 中铜含量对镀 锌层耐腐蚀性的影响显著。 热镀锌所用锌锭中镉一般在 0 ． 0 0 1 ％ ～0 ． 0 7 ％ 范围内， 实践证明此含量对热镀锌并不产生明显影 响。当镉增加到 0 ． 1 ％ ～0 ． 5 ％， 可使锌花增大， 含镉 达 0 、 5 ％时会使合金层增厚， 从而降低镀层的韧性。 杂质对镀锌 的影 响已引起 镀锌行业 的高度重 视， 合金生产厂家必须更加注重对合金原料的选择， 并严格控制入炉物料的质量 ， 严防杂质超标， 造成合 金合格率的下降。各生产厂家应尽量选择特高级锌 及优级铝为原料组织合金生产 ， 严格控 制 F e 、 C u 、 C d 、 Mg 等杂质进入合金液， 以确保热镀锌合金满足 带钢热浸镀的要求。 3 ． 5改进包装 。 防止 锭表发 白 锌合金锭捆扎后必须按标准要求进行包装， 不 能用带腐蚀性的包装物和运输工具。在装卸过程中 要防止包装膜破损 ， 严防雨水淋湿。产品应贮存在 通风 、 干燥 、 无腐蚀性物质的库房 内。如果被雨水淋 湿或置于潮湿 的地方 ， 含有氧和二氧化碳的水膜与 锌反应生成 2 Z n C O 3 Z n O H 2 ， 通称“ 白锈” 。此外， 过多的水可能从合金锭表裂纹渗透到合金内的空腔 内， 在锭块加入镀锌锅时， 锭 内少量水分迅速汽化 ， 带出锌液飞溅伤人。因此 ， 在合金锭打捆后必须加 上 2 个较厚的塑料套 ， 并扎牢， 防止雨水的浸蚀。 4 结语 热镀锌合金的质量控制是一个全面的质量控制 体系。必须从原料选择 、 配料 、 熔炼工艺 、 设 备、 模 具 、 浇铸和包装等多方面加以改进和完善， 才能有效 地提高合金质量。 收稿 日期 2 0 0 40 40 6 下转第 5 5页 维普资讯 第 3期 谢燕飞 韶关冶炼厂一系统鼓风炉熔剂槽等除尘系统改造 5 5 M o d i f i c a t i o n De s i g n s f o r Du s t Re mo v e r i n No． 1 I ． S． P Fu r n a c e Fl u x Ba t h XI E Ya n ． f e i S h a o g u a n S m e h e r ， S h Ⅱ o g u a n 5 1 2 0 2 4 ， C h i n a Ab s t r a c t T。c 。 u n t e r t h e d e f e c t s e x i s t i “g i n No l I ． S． P f u r n a c e Z i n c h u l d i “ g b a t h、 s P a r a t i 。 n b a t h、 flu x b a t h a c t 。 r a c e r t a i n c 。 mp a “ y ． Th e。 v e r a l l i l np o v i “ g d e s i g “ s a r e ma d e a n d g o o d d u s t r e no v i “ g r e s u l t s a r e a c h i e V e d Ke y wo r d s I ． S． P f ur n a c e ；d u s t r e l n o v e r ；i mp 。 V i n g d e s i g n 。 - 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