关于热浸镀锌锌花形成机理研究

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1、关于热浸镀锌锌花形成机理研究关于热浸镀锌锌花形成机理研究锌花形成时各元素的凝固点 高纯度的锌层（电镀锌层）是不能形成锌花的。产生锌花的原理，就是设法 及早生成大量结晶核，降低锌液的凝固温度（纯锌的凝固温度为 419），以 延长锌花晶体的生长时间，便于锌花长大。例如加入锡（0.5%），198凝固； 加入镉，264凝固；加入铅，317凝固；加入锑（0.3%），409凝固；或 者用蒸汽流或 SO2 气流喷吹镀锌层表面，可及早生成结晶核，形成大的锌花。 其实，锌花只是具有观赏价值，无实际使用价格。相反，在防腐蚀方面并不好， 表面涂装后显得凸凹水平。现在人们要求尽量减少锌花或消除锌花。为了获得 小锌花，

2、镀锌时，当锌液临近凝固温度时，立即以直径为 0.1mm 以下的水滴喷 射到镀锌板表面上，使其形成细小而均匀的结晶核，为了得到光整锌花，再用 小于 1%的压下量来进行平整轧制。小锌花适用于涂装，光整锌花适用于深冲压。 镀锌层对钢板的粘附性受热钢板经过熔融锌液时，固体铁深解，铁锌结合生成 铁-锌合金层，合金层外沉积纯锌层，合金层内膜联结钢板基体。铁-锌合金层 厚度不均匀，较疏松，易脆，延展性差，容易开裂。钢板表面在镀锌前就已残 留着一定数量的铁基盐时，生成的铁-锌合金，其粘附性很差，延展性差，容易 剥落。当纯锌层中含有有害杂质，如氧化锌、锌渣、镉及铅时，形成大锌花， 或破坏锌层的连续性，容易发生纯

3、锌层的小开裂。当镀锌层过厚，其弯曲性也 变差。当镀锌液中加入铝，锌层首先生成 Fe2Al5 或 Fe2Al3，减落了铁-锌合金 层，可提高锌层的粘附性。 锌花不均的原因分析 镀层表面锌花不均匀是热镀锌产品存在的一种表面缺陷 ,虽然对大部分产品 的使用不会产生很大的影响 ,但影响其表面美观 ,造成产品在市场某些领域的 应用受到限制。有些锌花不均匀的产品同时存在锌层附着力差的情况 ,直接影 响了产品的使用。因此对镀层表面锌花均匀性问题开展研究是非常有实际意义 的。 1 热镀 锌板镀层锌花产生的机理带有美丽锌花是热镀锌板的一个主要特征。 锌晶体的最完整形态近似于雪花或六角星形,因此带钢表面上的锌晶体

4、最可能形 成雪花或六角星形锌花。 1 .1 锌花形成需要具备的条件在锌液中适量地加入两类性质不同的合金元 素 ,一类在熔融锌中有充分可溶性 ,而在固态锌中几乎没有可溶性 ,如铅和钛 ;另 一类在液态、固态锌中均具有一定的可溶性 ,如铝、锡、锑等。如果加进单一 的合金元素 ,虽然可使固化镀层的表面状态发生变化 ,但不能形成典型的锌花 ,通 常我们所采用的无铅法生产小锌花工艺就是利用这个原理。 1 .2 锌花的形状锌花的形状取决于两类合金的种类 ,如 :选择铅 -锑可获 得凤尾状锌花 ;选择铅 -锡则得到羊齿状锌花等等。镀层表面锌花的结晶方位 因其外观不同 ,在加工中也有差别 ,如 :单纯拉伸和深

5、冲时 ,羽毛状锌花加工 性最好 ,其次是羊齿状锌花、叶状锌花加工性最差 ;而在弯曲和张力加工时 , 叶状锌花加工性最好 ,其次是羽毛状锌花、羊齿状锌花加工性最差。 1 .3 锌花的光泽镀锌板表面的光泽一般受两种因素的影响 :(1 )镜面光度 的表面面积的大小取决于两种锌花合金元素 (Al、Pb)含量的比例 ,而不取决于 其绝对含量。(2 )锌花晶体形成的取向 (与钢板之间的角度 )和锌花的尺寸。 1 .4 锌花的大小小锌花板多用于家电及汽车行业 ,而许多普通用户则倾向于美观性较强的规则锌花板。影响锌花大小的因素很多 ,当锌液成分具备锌花 形成的条件时 ,实践证明下列因素对锌花的大小产生影响 :

6、(1 )原料 :原料钢 板愈厚、表面粗糙度愈小 ,锌花愈大。(2 )冷却速度 :冷却速度愈快 ,晶体生 长时间愈短 ,锌花愈小。(3 )结晶中心数目 :锌花大小与锌花结晶中心数目的 多少关系密切。当钢基表面粗糙或表面清洁度较差时 ,锌花相对较小。锌花晶 粒在钢基上形成 ,晶核愈多 ,锌花愈小 ,小锌花生产工艺喷水雾法就利用了这 一原理。(4)其它因素 (生产环境等 )。 2 热镀锌板镀层表面锌花不均匀状态的表现形式及分析 根据本钢热镀锌机组生产实践 ,对热镀锌板镀层表面锌花不均匀状态可归纳 以下几种 :(1 )镀锌板两面均无锌花 ,在放大镜下观察 ,多见细小锌花。(2 ) 单面有锌花 ,另一面

7、无锌花。有锌花一面的锌花直径大约在 6mm 左右。(3 )沿 带钢纵向 ,锌花大小呈现有规律的波动。(4)沿带钢横向 ,一侧锌花大 ,另一侧 锌花小。(5 )带钢边部锌花小 ,中间锌花大。 根据锌花产生的机理对本钢热镀锌机组的生产工艺及生产情况进行了分析。 (1 )锌液成分中两类合金元素的比例具备锌花生成条件的锌液成分中两类合金 元素的比例通常在下列范围内 :Al:0 .1 5 6% 0 .2 2 % ;Pb:0 .2 %左右。 (2 )气刀对锌花的影响对于没有带钢预清洗工艺的机组 ,当镀层厚度 (双面 )小 于 1 0 0 g/ m2 时 ,由于气刀吹气压力较大 ,带钢冷却速度快 ,其表面锌

8、花尺 寸较小 ,此时若带钢表面清洁度反射率在 5 0 %以下 ,带钢表面基本上看不到 锌花。这说明气刀气流对带钢的冷却作用是造成锌花尺寸变化的一个因素。从 实践中可总结出以下几种情况 :1 当镀层厚度 (双面 )小于 1 0 0 g/ m2 时 , 若带钢表面清洁度反射率在 5 0 %以下 ,带钢厚度小于 1 .0 mm,镀层双面锌花 已不明显 ,甚至无锌花。2 若带钢有一面镀层厚度较薄 (小于 5 0 g/m2 ) ,其 它条件同上 ,可能产生单面锌花不明显或无锌花现象 ,此时有可能气刀距带钢 一面距离太近。3 当气刀与带钢不平行 ,出现夹角时 ,易产生带钢横断面上的 锌花不均匀。气刀唇型的

9、变化也会给锌花均匀性带来影响。4 当沉没辊、稳定 辊出现轴振动或带钢存在浪形时 ,若镀层较薄 ,带钢镀层表面易出现周期性沿 带钢纵向的大小锌花交变现象。 (3 )带钢温度对锌花的影响连续退火炉采用区温控制时 ,或辐射管使用不对 称 (停用部分辐射管 )时 ,带钢的温度易产生波动 ,产生带钢低温区锌花小、 高温区锌花大的现象。 (4)煤气、助燃空气中杂质含量的影响煤气中灰分、焦油、硫化物等杂质与助 燃空气中的灰尘会对带钢产生一定的污染 ,增加了带钢表面的粗糙度 ,在带钢 表面形成过多的结晶点 ,使镀层表面锌花变小。 (5 )带钢表面清洁度及炉内还原状态的影响一般情况下 ,若带钢表面清洁度 较好

10、(反射率大于 5 0 % ) ,镀层表面锌花质量也较好 ;当带钢表面清洁度较 差时 ,带钢在退火炉内的还原状态对镀层表面锌花的大小及均匀性 (包括锌层 附着性 )起着关键作用。1 虽然带钢表面清洁度较差 ,但若连续退火炉的工况 较理想 ,带钢表面油脂在退火炉中挥发较干净 ,带钢表面被还原成海绵铁 ,可 以得到较好的镀层表面锌花质量。2 带钢表面清洁度较差时 ,降低无氧化加热 炉的温度有时会收到较好的效果。此种情况通常发生在原料带钢表面残留物中 油脂成分比例较大时 ,此时如果无氧化加热炉的温度过高 ,部分油脂未挥发就 被炭化 ,包在钢基铁颗粒的表面 ,使还原很难进行 ,使带钢表面有过多的结晶 点

11、 ,镀层表面锌花小、均匀性差 ,并时常拌有脱锌现象。此种情况下若煤气热值较好 ,可适当降低无氧化加热炉的空燃比和炉温 ,使带钢表面油脂不产生炭 化并被挥发 ,从而得到较好的镀层表面锌花质量。 (6)炉辊结瘤、带钢划伤及原料表面氧化铁皮的影响这些缺陷增加了锌花的结 晶点 ,使镀层表面锌花较小且不均匀。 (7)带钢入锌锅温度、锌液温度、镀后冷却温度的影响以上因素对于较薄带钢 的影响更为明显。当带温较低时 ,锌花的结晶时间相对较短 ,锌花较小。 3 改善热镀锌产品镀层表面锌花质量的几点建议 采用预清洗装置是改善热镀锌板表面锌花质量的主要措施。对于无预清洗装 置的热镀锌机组 ,应注意以下几个方面 :

12、(1 )根据原料带钢表面清洁度的情况 ,调节连续退火炉的炉温。调节时不仅 要考虑带钢表面锌花质量 ,同时也应注意锌层附着性等性能指标 ,以取得较好 的综合效果。 (2 )保证稳定的生产速度和带钢温度 ,尽量减少带温波动。连续退火炉最好 采用稳定性较强的带温控制方式。 (3 )退火炉辐射管的投入要考虑对称性。 (4)根据带钢的厚度变化 ,对应调节带钢入锌锅温度 ,较厚带钢的入锌锅温度 应适当降低。冷却塔的带温调节与此类似。 (5 )调整好气刀与带钢的距离及平行度。气刀角度在 + 1 + 4之间较 佳。在不溅锌的前提下 ,尽量降低气刀距锌液面高度 ,此时可适当增加气刀距 带钢的距离。 (6)选取合

13、理的锌层厚度控制范围。 (7)出现下列现象的处理方法 :1 当带钢表面出现纵向带状锌花不均匀时 ,可 考虑是否炉鼻子密封装置或其它部位产生了与带钢间的摩擦。2 当带钢表面锌 花一面小一面大时 ,可考虑气刀距带钢表面距离是否合适。3 当带钢表面出现 单边锌花小的现象时 ,可检查气刀与带钢表面的平行度。4 当带钢表面出现单 边锌花不均匀现象时 ,可检查退火炉辐射管的投入是否对称或无氧化加热炉投 入使用的烧嘴是否对称。以上改善表面锌花质量的措施在应用中会受到机组特 点、设备状况、人员操作水平等因素的制约 ,在实施中还应考虑到对热镀锌产 品其它方面质量的影响 ,以取得最佳的综合效果。温度过高 ,部分油

14、脂未挥发 就被炭化 ,包在钢基铁颗粒的表面 ,使还原很难进行 ,使带钢表面有过多的结 晶点 ,镀层表面锌花小、均匀性差 ,并时常拌有脱锌现象。此种情况下若煤气 热值较好 ,可适当降低无氧化加热炉的空燃比和炉温 ,使带钢表面油脂不产生 炭化并被挥发 ,从而得到较好的镀层表面锌花质量。(6)炉辊结瘤、带钢划伤及 原料表面氧化铁皮的影响这些缺陷增加了锌花的结晶点 ,使镀层表面锌花较小 且不均匀。(7)带钢入锌锅温度、锌液温度、镀后冷却温度的影响以上因素对于 较薄带钢的影响更为明显。当带温较低时 ,锌花的结晶时间相对较短 ,锌花较 小。产生锌花的原理和方法产生锌花的原理和方法产生锌花的原理是设法降低锌

15、液的凝固温度。延长锌花晶体的 生长时间，便于锌花的长大，高纯度的锌是不能生成锌花的，因为 其中缺少结晶核。要想获得锌花可采用以下方法：（1）在锌液中加入其它元素法当在锌液中加入某种合金元素后，可以使其结晶过程延长，则表面 锌液在未达到其共晶温度以前不会凝固。纯锌在 419.5oC 凝固，如 果加入锡（0.5%以下）后，则锡-锌共析合金在未降到 198oC 以前不 会凝固。加入镉后，则镉-锌共析合金在未降到 264oC 时不会凝固。 如加入锑（0.3%以下）后，其锑-锌共析合金在未降到 409oC 不会凝 固。加入铅后，其铅-锌共析合金在未降到 317oC 不会凝。.因 此，比纯锌的凝固时间都有

16、不同程度的延长，使锌花晶体的生长时 间大大延长，便于锌花的长大，所以可获得较大的锌花。（2）表面吹气体法在表面纯锌层将要凝固时，如果以蒸汽流或二氧化硫气流通过其表 面，使锌花晶体得以顺利生长，可得到较大的花纹。吹二氧化硫气流的另一个目的是可形成致密的氧化膜而提高镀锌层 的耐腐蚀性。（3）钢丝网法这种方法只能用在镀锌薄板上，它是用磁性辊子使钢丝网与锌层表 面接触来达到此目的的。由于钢丝网节结接触之处首先受到冷却， 在该处首先生成结品的固体颗粒而成为结晶核，其余未凝固的锌液， 即以此为结晶核开始向外结晶扩展生成锌花。（4）喷水雾法在镀锌钢件表面上的纯锌液未凝固时喷以水雾（水与蒸汽或水与空 气的混合物）造成结晶核。未凝固的锌液即以此为起点向外扩散而 生成锌花。（5）其它方法除上诉四种指明的方法外，如果能做到镀件的表面平滑、镀锌层比 较薄、控制温度均匀下降及足够的空气中冷却时间，都能获得较大 的锌花。