港口工程管带机设备钢构件热浸锌工艺控制要点

港口工程管带机设备钢构件热浸锌工艺控制要点

游佑培

中交第四航务工程勘察设计院有限公司广州海珠区510230

摘要：创新是引领发展的第一动力，是建设现代化经济体系的战略支撑。

创新为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。创新加强国家创新体系建设，强化战略科技力量。热浸锌的应用随着工农业的发展也相应扩大。由于热浸锌制品具有外表美观、耐腐蚀性能好等特点，热浸锌制品在工业（如化工设备、石油加工、海洋勘探、金属结构、电力输送、造船等），农业（如：喷灌、暧房）、建筑（如：水及煤气输送、电线套管、脚手架、房屋等）、桥梁、运输等多个领域得到了大量的应用。其应用越来越广。

关健词：热浸锌、锌层控制、涂装、寿命、热喷锌一、定义

热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有一百七十多年的历史了。

锌是一种化学元素，它的化学符号是Zn，它的原子序数是30，是一种浅灰色的过渡金属。外观呈现银白色，在现代工业中对于电池制造上有不可抹灭的地位，为一相当重要的金属。锌易溶于酸，也能溶于碱，故称它为两性金属。

Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2

锌的标准电极电位为-0.76V，对钢铁基体来说，锌镀层属于阳极性镀层，它主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护性能的优劣与镀层厚度关系甚大。在潮湿的空气中，锌表面会生成致密的碱式碳酸锌膜。

2Zn+O2+CO2+H2O=Zn（OH）2CO3

热浸锌（galvanizing）也叫热浸镀锌：是一种有效的金属防腐方式，主要用于各行业的金属结构设施上。是将除锈后的钢件浸入500℃左右融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，从而起到防腐的目的。

近四十年来，伴随着冷轧带钢的飞速发展，热镀锌工业得以大规模发展。镀锌构件用于陆上运输机械日益普遍，防腐年限久，外表美观。在各种保护钢基体的涂镀方法中，热浸锌是非常优良的一种。它是在锌呈液体的状态下，经过了相当复杂的物理、化学作用之后，在钢铁上不仅镀上较厚的纯锌层，而且还生成一种锌一铁合金层。这种镀法，不仅具备了电镀锌的耐腐蚀特点，而且由于具有锌铁合金层。还具有电镀锌所无法相比拟的强耐蚀性。因此这种镀法特别适用于各种强酸、碱雾气等强腐蚀环境中。

一、热浸锌原理：

热浸锌层是锌在高温液态下，分三个步骤形成的：

1、铁基表面被锌液溶解形成锌—铁合金相层；

2、合金层中的锌离子进一步向基体扩散形成锌铁互溶层；

3、合金层表面包络着锌层。

热浸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，沉入热浸锌锅底，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%。

二、热浸锌工艺：

成品酸洗-水洗-加助镀液-烘干-挂镀-冷却-药化-清洗-后整（打磨）--检验-包装--完工车间布置图如下图3－1：

图3-1热浸锌生产车间

三、热浸锌的构件的性能特点

1、具有较厚的致密的纯锌层覆盖在钢铁表面上，它可以避免钢铁基体与任何的腐蚀溶液的接触，保护钢基体免受腐蚀。

2、具有铁—锌合金层，结合致密，在海洋性盐雾大气及工业性大气中表现特有抗腐蚀性；

3、由于结合牢固，锌—铁互溶，具有很强的耐磨性；

4、由于锌具有良好的延展性，其合金层与钢基附着牢固，因此热镀件可进行冷冲、轧制、拉丝、弯曲等各种成型而不损坏镀层；

5、钢结构件热镀锌后，相当于一次退火处理，能有效改善钢基体的机械性能，消除钢件成型焊接时的应力，有利于对钢结构件进行车削加工。

6、热镀锌后的工件表面光亮美观。

7、纯锌层是热镀锌中最富有塑性的一层镀锌层，其性质基本接近于纯锌，具有良好延展性。

8、因而经过热浸锌处理的构件按电化腐蚀理论原理计算，在海工工况下膜厚达到80UM的热浸锌钢构件防腐年限可达20年以上。

9、冷镀锌的锌层是电镀层，锌层与钢管基体独立分层。锌层较薄，锌层简单附着在钢管基体上，容易脱落，故其耐腐蚀性能差。

四、构件热镀锌加油漆工艺在工程中的应用案例

在我司的印尼爪哇项目中煤码头所用的管带机设备的构件中大量的散件、PSK板及管带机桁架等大型构件都要求热镀锌加油漆的涂装工艺。

1、在本案例散杂件的热浸锌加油漆涂装的工艺流程如下：

冷作构件倒角打磨--挂件上架准备--酸洗-水洗-加助镀液-烘干-挂镀—冷却

--清洗-烘干/（凉干）-后整（打磨）--检验—上底漆—中间漆—面漆—检验—包装—标识--完工

2、成捆长构件（如钢管）的热浸锌加油漆防腐工艺流程如下；

上架前准备（钢管用钢丝有序交叉扎好后成捆，扎二道）--挂件上架--酸洗-水洗-加助镀液-烘干/（凉干）-挂镀—冷却--清洗-烘干-后整（打磨）--检验—上漆前用砂纸轻打砂去除未固着的锌粉--上底漆—中间漆—面漆—检验—包装

—标识--完工

实践证明，有扎钢丝的成捆的钢管热浸锌后挂锌少，锌膜均匀。比用提蓝效果好。减少了后整理的工作量，较大的提高了生产效率，并节省用锌量。

3、本案例重点讲述大型复杂组合件（管带机桁架）的热镀锌加油漆防腐工艺流程及其控制

工艺流程：

上架前准备--挂件上架--酸洗-水洗-烘干（150℃）-挂镀-热水冷却（80℃）

--清洗-烘干-后整（打磨）--检验—上漆前打砂（用砂纸轻打砂去除未固着的锌粉）--上底漆—中间漆—面漆—检验—包装—标识--完工

则于锌池的尺寸限制，部分较大的钢桁架没法全部浸末在锌窝的经常性液中，只能采用半浸式、倾斜入窝、入池缓慢、拔出、提升、冷却，完成热镀锌过程，镀完一半后再接下业浸镀另一半。

钢桁架在冷作过程中存在内应力，并且同一个钢桁架中存在不同炉号、不同批次钢材，同时钢桁架中不同牌号的角钢、型钢、钢板、钢管拼焊成钢桁架后存在各向异性的内应力。由于钢桁架在经热浸锌工艺过程中相当于一次煺火，结构复杂的组合件中的钢桁架存在内应力，热浸锌加工后变形就在所难免，为了更好的克服这一问题，如已焊接成形的构件需作断开部分较薄的钢板及钢管的焊接处的焊缝后再进行热浸锌处理。没有拼接的大型桁架中含有不同批次的较薄的钢板和钢管的，需对桁架进行热浸锌加工后再进行薄板和钢管材料的拼接焊或散件热浸锌加工后再焊拼成大型钢桁架。同时要对整个热浸锌的工艺进行全过程工艺质量控制，如下：

1）、工艺参数控制：锌液温度应控制在460－480℃之间，使锌窝温度均衡将是热浸锌加工工艺中锌膜均匀的前决条件；浸锌时间应控制在30-60秒之间；

2）、锌锭使用应为国标Zn0-3锌锭。

3）、为了获得最佳的锌层的均匀度，对大型构件的出入池的高度、角度、速率进行控制，并将吊装设备调整到最佳状态。

4）、操作工应为熟练并配合默契的班组。

5）、炉前工使用工具要先预热再使用，以防止溅锌伤人；经常检查有无构件掉入锅内，如有要及时清出。

6）、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。

7）、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。

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件时的构件相碰，以免轧住出现人身事故或设备事故。

10）、捞渣时要把工具先预热，锌渣要分大小块存放，涝渣温度应控制在455℃以上进行，摆动抓渣时必须使用专用工具，离开锌锅0.8米处，站稳防炸锌。

11）、热浸锌加工工艺要求比较严密，所以在热浸锌生产过程中，前处理工序务必要做好，对钢结构表面的氧化皮进行氧化处理后再入酸池进行前处理，使构件表面处于较为均匀的等电位状态，最好的方法是打砂去除氧化皮。也可让构件在温湿环境中堆存一段时间让其锈透后再进行热浸锌加工，使钢构表面的锌膜更加均匀。

12）、复杂的组合钢桁架属于容易变形的结构件，为防止构件在浸镀时由于温度急剧升高而变形，预热温度一般为120-180℃。并尽量安排容易变形的工件在车间生产一段时间后再安排插入生产，以便充分利用冷却热水。使工件冷却时接触的水温不致于太低，使工件温度缓慢降温出水，降低变形量。

13）、除去钢构件表面残余水分，防止入窝时产生爆锌，造成锌液爆溅，甚或造成工伤。

14）、热镀锌表层喷漆，油漆种类的选择非常关健，不是所有组分的油漆都能喷涂。镀锌管和钢铁材质有很大区别，表面经过镀锌处理，非常的光滑，油漆不容易粘附在上面，干燥后油漆就会成片的掉落。必须用专用

的油漆才行。推荐使用“双组份环氧富锌底漆”作为打底油漆，油漆前热浸锌钢构件要打砂处理，有一定的粗糙度更容易粘附油漆。使用环氧富锌底漆，还需要配套相应的面漆，达到双重保护。

15）油漆后航彩色效果好，如下图5－1印尼爪哇管带机现场照

图5－1印尼爪哇管带机现场照

五、结语；

钢结构件分批式、溶剂法热浸锌的工艺特点，决定了影响其质量的因素较多、且偶发性事故也不少，要根据不同形状、尺寸和钢基材表面原始状态。必须从多方面严格控制，作业安排必须合理。我司印尼爪哇项目的管带机设备及其结构件在福建龙净环保股份有限公司进行生产，经过对前述各种影响因素的控制，产品的稳定性和交货质量都有较大提高、并按计划准时进行了集港出运。