热镀锌板的工艺生产线设计

1 前言1.1热镀锌的简介热镀锌（ Hot Zinc Plating Technics ），它是由热镀锡工艺发展而来，至今已跨入第四个世纪。

至今为止，热镀锌仍是钢材防蚀方法中应用最普遍、最有效的工艺措施。

在热镀锌发展的三个世纪中，每个世纪的代表人物为：法国化学家马罗英博士、法国巴黎市政工程师索里尔及波兰杰出发明家和工程师森吉米尔。

他们对钢铁的热镀锌进行了开创性的实验并发明了和建成了工业性热镀锌生产线，开创了连续、高速、高质量热镀锌的新纪元。

我国学者在总结前人的经验基础上，认识到热镀锌对国民经济发展的重要作用。

因此，在工业生产中，研究金属腐蚀问题具有十分重要的意义和作用。

我们选择锌为金属材料防腐蚀所具备的条件是：第一，我国含锌量丰富，便于取材。

第二，锌具有良好的防腐性能。

第三，锌产生的腐蚀产物体积膨胀，可以将镀锌层因腐蚀出现的间隙愈合，从而在一定程度上能减缓电化学腐蚀的进一步发展。

第四，镀锌层经过铬酸盐钝化后形成多种色彩钝化膜，不仅外观漂亮，而且还能还能提高耐水蒸气腐蚀的性能。

因此，锌作为钢铁基体的保护层，不但可以提供阴极保护，而且一旦发生腐蚀，其腐蚀速度还较慢。

经过钝化处理的镀锌层的耐腐蚀性能还可以大大提高。

这就是为何用锌作为钢铁保护层的原因。

热镀锌工艺与其他金属防腐蚀方法相比，在镀层电化学保护性、镀层致密性、镀层耐久性、镀层免维护性、镀层与基体结合力、镀层经济性以及热镀工艺对钢件形状、尺寸的适应性、生产的高效性方面具有其他工艺无法比拟、得天独厚的优势。

据日本镀锌协会长达10年的大气暴露实验表明：镀层厚度为86微米的热镀锌层在重工业海洋郊外和城市地带的耐用年限分别为13、50、104、30年。

一般而言，上锌量为600克每平方米的镀锌层，其免维护的使用寿命为20-50年，对于建筑用基板不镀锌的彩板，其使用命为3-5年，而基板镀锌的彩板其使用寿命可达20-30年。

据调查，热镀锌的成本远低于油漆。

因此，热镀锌有很大的现实意义，这就是我国大兴镀锌业的原因。

1.2公司镀锌品种类及其技术进展(一) 国内钢板热镀锌现状及其发展镀锌钢板广泛地用于轻工、家电、汽车和建筑行业。

长期以来我国镀锌板一直属于短线产品，多年来我国镀锌板的自给率约为50%，每年需要大量进口。

近年来，带钢镀锌技术的发展和动态主要集中在汽车用板，热轧带钢热镀锌和高耐蚀性热镀锌板三个方面。

高表面质量是汽车面板所必须具备的基本条件，镀层表面质量与薄板表面粗糙度、清洁度、带钢化学成分及其冲压成型性有直接的关系，同时热镀工艺、锌液成分、热镀设备也是影响锌层表面质量的重要因素。

锌液中的锌渣是影响镀锌表面质量的最重要因素，在现代化生产线中，已用陶瓷内衬锅取代铁锌锅，可以有效地减少锌渣镀锌板表面质量的影响。

此外，美丽的锌花是传统热镀锌板典型的特征，由此获得用户的青睐，具有一定的商业价值。

但是研究表明锌花表面的不平整性，镀层中的铅含量会影响镀层板在后续加工中的加工性能、涂装性和使用中的耐蚀性。

锌花尺寸随铅含量的减少而减小，开裂率和腐蚀率也分别大大降低。

目前，新建镀锌生产线均采用无铅镀锌工艺，无铅镀锌已成为当前热镀锌发展的趋势。

(二) 普通锌花热镀锌钢带现代热镀锌钢带是在连续生产线上，将冷轧钢带或热轧酸洗钢带浸入锌含量不低于99%的融态的镀液中，经热浸镀获得的镀锌钢带。

热镀锌钢带在所有种类的热浸镀钢带（板）种类的热浸镀钢带（板）中占绝大部分。

普通锌花（又称正常锌花、俗称大锌花）热镀锌钢带（板）是热镀锌钢带（板）的基本品种，系在锌液含锑或者铅的条件下热浸镀后，在正常凝固过程中，锌晶粒自由长大形成的具有明显锌花形貌的镀层板。

普通锌花板表面为尺度在10厘米以下的大而鲜明的锌花，外观光亮美丽；锌层附着性良好，当镀锌板经受十分复杂的变形加工时，锌层不会脱落；热反射性较好，可作为隔热材料；表面光泽保持时间长。

普通锌花板用途广泛，可用以做水桶、烟囱、各种粮食容器、厨房用具，在建筑行业可以做屋顶、天花板、墙壁等，在家用电器行业可以做电冰箱、洗衣机、淋浴器等，在汽车行业可以做轿车、卡车、拖车、行李车、冷藏车部件，车库门‘挂水器等，在其他方面可以做设备箱罩、电器柜、仪表盘等。

(三) 无锌花热镀锌钢带无锌花热镀锌钢带（板）是二十世纪八十年代以后国际上发展起来的热镀锌板新品种。

普通锌花热镀锌板是在锌液含少量锑或者铅的条件下生产出来的，锑和铅是促使锌花长大的元素。

去掉了锑或铅，使锌液既不含锑也不含铅，热浸镀后，由于不存在促使锌花长大的因素，锌花长不大，生产出来的就是无锌花热镀锌钢带。

无锌花板既实用于涂漆涂塑后实用，也实用于裸露实用。

无锌花板表面为极其细小而不明显的锌花，半光亮，镀层表面起伏小，外观漂亮悦目；镀锌层耐腐蚀性良好，比普通锌花镀锌层提高约20%；用于涂漆涂塑时，该板具有涂装的覆盖性好、涂层粘附性强、涂装后耐腐蚀性强实用寿命长等优点；镀层附着性好，当镀锌板经受十分复杂的变形加工时锌层不会脱落。

无锌花热镀锌钢带在彩板行业可以作为有机涂层，生产彩图钢板，在建筑行业可以做屋顶、天花板各种干货容器，在家电行业可以作为吸尘器的材料，还可作为汽车行业等其他行业的材料，用途十分广泛。

1.3镀锌板的发展前景随着对镀锌板的消费的增长和应用领域的不断扩大，以及用户对其品种质量性能的不断提高，镀锌生产的各类新技术不断得以开发和应用，镀锌板的品种也逐步向着多样化和高级化的方向发展。

据中国钢铁工业协会的预计2012年国内的彩涂镀锌板的需求量达800其中建筑以外的用板比例将大大提高。

从我国目前消费情况看镀锌板主要用于建筑之上，在家电行业的应用尚处于小批量使用阶段，在交通运输、汽车制造行业的运用还待进一步开发，这些都是镀锌板行业的机遇和挑战，所以说镀锌板行业的前景一片光明。

1.4电镀生产线PLC系统电镀设备的选型对保证电镀产品质量和提高生产效率有关键意义。

工业电镀生产线工位多、生产复杂，同时在电镀中，其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀，对人的身心健康十分不利，而且人工操作随机性大，影响产品质量。

采用可编程序控制器 (PLC) 对生产线各工序实施程序控制可解决以上难题。

它改写程序方便、体积小、可靠性高。

最新的发展是使用PLC和计算机构成的网络系统。

在行车运行方面普遍采用变频调速器以控制行车的运行速度，用接近开关控制行车的准确定位，定位精度可达±3mm。

和以往的顺序控制器等系统相比具有一下突出优点：抗干扰能力大为提高，控制精度准确，提高了产品质量；由于采用了程序的设计方法，可以根据工艺要求迅速灵活的改变生产流程，系统扩充方便；同时该系统维护简单，使用方便，提高了生产效率，降低了工人劳动强度。

图1-1成品图1-2成品2 设计依据与原则2.1公司要求（1）电镀线采用美钢联法连续热浸镀工艺，工件受镀时间一般为2.5s，生产节拍：20-150m/min。

（2）采用的电镀工艺：锌铝合金。

（3）镀前处理要求在线进行。

（4）镀后处理（透明钝化、三价铬彩钝、三价铬黑钝化、六价铬彩钝、封闭）及烘干要求在线进行。

（5）整线采用PLC控制，要求控制钢带不偏，并实现对电流、温度的程序控制。

（6）配备循环过滤装置。

2.2 产品质量要求2.2.1 产品基本性能要求：（1）镀层与基体，镀层与镀层之间要有良好的结合力，能在使用中经受冲击、碰撞、振动、弯曲及变形加工等都不脱落。

（2）产品的主要工作面上，镀层要有均匀的厚度和细致的结构，镀层的成本要合理。

（3）镀层要符合所要求的基本性能，比如防护性、装饰性或其他功能性等。

（4）镀层应尽可能减少孔隙数，以保证其力学和电化学防护性能，基体各部位镀层厚度的差异尽可能的小，保证钢板的使用寿命；（5）镀层应达到规定的其他各项指标，如光亮度，光洁度，整平度，硬度，色彩。

2.2.2 厚度，耐蚀性及附着强度的要求（1）厚度及均匀性依靠气刀的吹扫来控制，具体锌层的厚度依据客户的需求来确定。

（2）耐蚀性通过中性盐雾试验箱来测定，要求试样经240h盐雾试验无白锈，继续试验至720h无红锈即可。

（3）附着强度使用恒温电烘箱来测量，要求在温度30±10℃的烘箱中恒温30min，放入15～20℃水中，镀层无起泡、剥落现象。

2.3 生产纲领公司现阶段每条线每年10万吨。

经改造设计后的电镀线：年时基数 258d ；生产班数三班制；班工作时间 8小时；连续生产。

2.4 其他（1）污水排放要符合湖北省地方标准湖北省长江流域水污染物综合排放标(DB37/675-2007)排放标准。

（2）分考虑地质、物流、高压电、下水道、风向等因素。

（3）电线电路设置符合国家标准，布局整齐.美观（4）车间平面布置应满足工艺原则在保证正常流水生产的情况下, 零件流动路线应最短。

经济原则在保证安全生产, 工作方便的条件下,占用的面积应最小。

该生产线由开卷段‘工艺段、卷取段等部分组成,功能齐全､监控能力强､结构紧凑､可靠稳定｡既能单独使用,又能完善合理地组成自动生产线｡动力管线全部敷设在悬挑式地沟内(无暴露),充分利用厂房可用面积｡生产线采用可编程序控制器PLC作主控,外围电路简单､操作维修方便｡通风设计与工艺有机结合,节省风量。

该生产线改善了工作环境,大大缩小开支,提高了产品档次｡3 生产线的确定3.1镀锌原理3.1.1镀锌机理钢带在密闭状态下进入锌锅，随着锌液从板面很快浸蚀下来微量的铁之后，锌液中的铝与板面的铁迅速反应生成极薄的Fe2Al5中介层；随后，铁与液态锌间进由于Fe2Al5层的阻滞作用，此扩散过程进行得比较缓慢。

钢带离开锌锅时，其表面带出液态锌。

锌液中锑Sb的作用是促使锌花长大，形成正常的大锌花。

锌液温度的目标值：455℃，或460℃。

锌液中的铁是一种有害的杂质元素。

锌液中铁含量超过铁的饱和浓度0.03%，铁就会和锌反应生成低渣等。

3.1.2锌液中铁的来源一、是钢带表面在脱脂段未除尽的铁粉；二、是锌液从钢带表面浸蚀下来的铁；三、是锌液从三辊六臂、象鼻槽末端表面浸蚀下来的铁；四、是锌锭本身带来的微量杂质铁。

由于铁在锌液中的溶解度很有限（当锌液温度为450℃时，铁在锌液中的溶饱和浓度为0.03％），锌液中有了超出溶解度的铁，就可能发生（3.1）式的反应，还可能发生如下反应：2Fe ＋5Al ＝Fe2Al5 （3.1）Fe ＋ 7Zn ＝ FeZn7 （3.2）2FeZn7＋5Al ＝Fe2Al5＋14Zn （3.3）（3.1）式及（3.3）式反应生成的Fe2Al5，因其比重显著小于锌液，会以较快的速度往上浮，成为面渣（又称表渣、浮渣）。

（3.2）式反应生成的FeZn7，因其比重比锌液大一点，会慢慢地沉到锅底，成为底渣。

3.1.3锌层厚度的控制 根据客户的需求及用途的不同，镀锌层的厚度需要灵活调节，所以我们设计了气刀这一装置，目的就是在于控制锌层的厚度及锌层的均匀性，气刀的模型及工作示意图如下图3-2镀锌过程平面图图3-3 气刀图3-4气刀平面图3.1.4镀锌板的板型的修整在镀锌生产过程中，会因为某些原因而出现屈服平台，从而出现弯曲波浪等不规则的板型，影响产品的质量及美观性，故设计了拉弯纠直机，目的就在于改变板型。