热镀锌的技术进展

一线天

热镀锌的技术进展


1 热镀锌的历史回顾
热镀锌（Hot Dip Galvanizing）发明于18世纪中叶，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分别为：法国化学家马罗英博士（P.T.Molouin）、法国巴黎市政工程师索里尔（Stanistans Sorel）及波兰杰出发明家和工程师森吉米尔（Tadtusz Sendzimir）。1742年马罗英博士对钢铁的热镀锌进行了开创性的试验并在法国皇家学院进行了宣读。1837年，法国的索里尔申请了热镀锌专利，提出了使用原电池（Galvanic）法保护钢的构想，提出了在铁表面上镀锌防锈的工艺。同年英国的克劳福（H.W.Grawford）申请了以氯化铵为溶剂的镀锌专利，这一方法经过许多改进而沿袭至今。1931年近代冶金工业最杰出的工程师波兰人森吉米尔在波兰建成了世界上第一条氢气还原法连续带钢热镀锌生产线，该法在美国获得专利并于1936~1937年在美国和法国Maubeuge钢铁厂分别建成以森吉米尔名字命名的工业性热镀锌生产线，开创了带钢连续、高速、高质量热镀锌的新纪元。
我国学者把1837年索里尔的专利和1937年森吉米尔法的诞生称为热镀锌历史上二个最重要的转折点和里程碑，前者在马罗英博士报告后历经一个世纪发明了溶剂法热镀锌工艺，至今批量热镀锌仍沿用这一方法；后者在溶剂法发明100年后发明了气体还原法，从而奠定了现代化连续热镀锌的基础。20世纪溶剂法热镀锌工艺没有重大变更，但气体还原法工艺在不断地改进，目前主要采用改良森吉米尔法和美钢联法，前者可用于生产一般用途的镀锌钢板，后者可生产高质量的镀锌钢板。
近半个世纪热镀材料有着长足的发展，20世纪50~60年代，美、日、英、德、法、加拿大等国相继生产镀铝钢板。70年代初，美国伯利恒钢铁公司发明了商品名为　：Galvalume 的铝—锌—硅镀层材料，其合金成份为55％Ａl¬－43.4％Zn—1.6％Ｓi，耐蚀性为纯锌镀层的２~６倍，广泛用于镀层带钢生产中。80年代国际铅锌研究组织（ILZRO）资助比利时列日冶金研究中心（ＣＲＭ）开发出商品名为Ｇalfan 的锌铝稀土镀层材料，其合金成份为Ｚn—５％Ａl—ＲＥ，其耐蚀性为纯锌镀层的２~３倍，广泛用于带钢和钢丝生产中。
20世纪60年代加拿大率先开展锌中镍对抑制含硅活性钢的热镀研究并得到ILZRO的支持。20世纪80年代，欧洲、北美和澳大利等地迅速推广热镀锌—镍合金工艺，其工艺命名为Technigalva。目前在此基础上又开发出Zn-Ni-Sn-Bi,其适用于Ｓi含量为０.５％以下的钢材，可以明显抑制含硅钢热镀时的圣德林效应。
20世纪90年代日本日新制钢公司开发了商品名为ZAM的锌铝镁镀层材料，其化学成份为Ｚn¬—６％Ａl —３％Ｍg，其耐蚀性为传统镀锌层（Ｚn－0.2％Al）的１８倍，被称为继第三代高耐蚀镀层Galvalume、Galfan 以后的第四代高耐蚀镀层材料。此外，Ｚn—4.5％Ａl¬—0.1％Ｍg ;Ｚn —0.5％Ｍg ; Zn—15％Ａl—0.5％Ｓn ; Zn—Ａl—Ｐb; Ｚn—０.1 ％Ｂi合金也获得了一定的应用，合金镀的开发是20世纪后半期热浸镀的最重要进展。
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年的大气暴露试验表明：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600g/m2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，其使用寿命为3~5年，而基板镀锌的彩板其使用寿命可达20~30年。
2   国内热镀锌现状
热镀锌钢材广泛用于国民经济基础产业，“八五”以来我国大力发展电力、交通、通讯、能源和城市基础建设。1999年中央提出实施西部大开发战略，随着“西电东送”、“全国联网”、“西气东输”、“三峡工程”、“南水北调”、“二网改造”、“五纵七横”、“铁路提速”等项目的开展，随着建筑钢结构市场的启动，随着家电、汽车工业的复苏，我国镀锌行业面临前所未见的机遇和巨大的市场。镀锌是钢材生产的后序工艺，镀锌行业的发展依赖于钢铁和锌的生产，镀锌行业的发展基本与钢铁和锌工业的发展同步。一方面，自96年起，我国钢产量已连续7年超亿吨，跃居世界首位（见图2）；另一方面自1994年起，我国锌产量超百万吨，已成为世界第一产锌大国在锌消耗结构中，镀锌耗锌一直占据首位，国外发达国家镀锌用锌消费量占锌消耗总量的40%~70%据有关部门统计，我国锌消费结构见图3，其中镀锌用锌约为34%，一般而言，热镀锌消费锌量占各类镀锌（热镀、电镀、机械镀、热喷镀、热渗镀等）总和的95%以上，因此，近年我国热镀锌用锌消费量大约为50~55万吨。
热镀锌工艺广泛用于钢板、钢带、钢丝、钢管、结构件、零部件等产品。我国镀锌企业大致可分为二大类：一类是镀锌专业加工厂，其外购钢材或带料加工，只从事热镀锌工序；另一类为非专业厂，热镀锌仅仅为整个生产过程中的一道工序。钢丝、钢管镀锌企业大部分为非专业厂，结构钢、零部件镀锌大部分为专业厂，其余为二者兼之。