潘天宇， 蘇 行， 李吉寧， 谷 文， 李 釗

(1.中冶葫蘆島有色金屬集團有限公司， 遼寧 葫蘆島 125003；2.河鋼集團唐山鋼鐵有限公司不銹鋼分公司, 河北 唐山 063000)

隨著我國經(jīng)濟的高速增長，軍工、鐵路、船舶、汽車、家電、建筑等行業(yè)迅猛發(fā)展，對鋼材的抗腐蝕性能提出了新的要求。目前，提高鋼材的抗腐蝕性能最主要的辦法是在鋼材表面鍍鋅，因為鋅在大氣暴露條件下，具有良好的耐腐蝕性。此外，因為鋅的標準電極電位較鐵負，在潮濕的環(huán)境中，鍍層的鋅和鋼材形成原電池，鋅做陽極，鋼材做陰極，具有犧牲陽極(鍍鋅)保護陰極(鋼材)的作用，從而提高鋼材的耐腐蝕性，延長使用壽命。熱鍍鋅產(chǎn)品及其合金化產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和美麗的外觀，有利于后續(xù)加工、成本相對較低等優(yōu)點，深受廣大用戶歡迎[1]。盡管我國鍍鋅行業(yè)近年來發(fā)展迅猛，但是與發(fā)達國家相比，仍有很多不足，鋼材鍍鋅比例差距較大。因此，熱鍍鋅市場前景十分廣闊，降低熱鍍鋅雜質(zhì)含量，提高熱鍍鋅質(zhì)量仍是研究熱點。

1 熱鍍鋅生產(chǎn)工藝

陰極析出鋅雖然化學成分合格，但是由于大塊的薄片及表面狀態(tài)不方便運輸和儲存，不宜做商品交易。因此，需要進行熔化鑄錠才能作為商品出售。熔鋅所用設備主要有反射爐和感應電爐兩種，由于感應電爐不用燃料，爐內(nèi)鋅氧化少，鋅直收率高，因而被廣泛采用[2]。

將化學成分合格的陰極鋅片分批次加入到感應電爐內(nèi)，合理控制爐內(nèi)溫度，加料時溫度一般控制在460～500 ℃，當溫度低于460 ℃時，禁止加料；待加入的陰極鋅片熔化后，根據(jù)生產(chǎn)要求，加入Al、Mg、Fe、Ti、Pb、Cu、Si、稀土等合金料，配料時的溫度一般控制在480～500 ℃；加入的合金料在爐內(nèi)熔化后，再加入適量的氯化銨，氯化銨可以破壞爐內(nèi)因氧化而產(chǎn)生的氧化鋅膜，提高鋅直產(chǎn)率；然后啟動攪拌器，使爐內(nèi)金屬液體攪拌均勻，取樣，確定化學成分符合規(guī)定；最后打開爐前的澆鑄孔，澆鑄時溫度一般控制在530～590 ℃。

2 熱鍍鋅中雜質(zhì)對鋼材鍍層的影響

2.1 鐵元素的影響

鐵在熔融的鋅液中溶解度非常有限，鐵在鋅液中的最大溶解度ωFe約為0.003 5%，隨著熱浸過程的進行，當鐵含量繼續(xù)增加時，鋅液中的鐵含量處于過飽和狀態(tài)，鋅液中過飽和鐵便會與鋅結(jié)合生成密度較大的鐵- 鋅金屬間化合物，即鋅渣，鋅渣的形成增加了鋅的消耗。鋅液中的鐵元素越高，則鋅渣越多，鋅液的黏度就越大，使流鋅時的流動性變差，鍍層變厚(主要是η相)，鍍鋅層也變得較脆，缺乏繞性，表面成灰色，并有粗糙表面產(chǎn)生[3]。由此可見，熱鍍鋅中過量鐵元素對鍍鋅過程十分有害，一般成品熱鍍鋅含鐵要求為<0.001%，個別要求熱鍍鋅含鐵<0.000 8(如高強汽車板)。

2.2 銅元素的影響

銅元素含量過高，鋅液的熔點升高，要求鍍鋅工作溫度高。在高的鍍鋅溫度下，銅可促使Fe-Zn合金層急劇增厚，使鍍層韌性和黏附性同時變壞[4]。另外，銅對金屬化合形成狀態(tài)的改變會使鍍鋅鍋使用壽命縮短，使鍍鋅鍋提前報廢。因此，控制熱鍍鋅含銅指標十分重要，成品熱鍍鋅含銅一般要求<0.002%。

2.3 鉛元素的影響

當鋅液中的鉛含量處于飽和狀態(tài)，熱鍍鋅液中的鉛也帶來一些問題，如鉛使鍍層顏色發(fā)暗。當熱鍍鋅液中Pb>1.00%時，引起鍍層的晶間腐蝕，降低鍍層的耐腐蝕性能。另外，鉛蒸發(fā)后污染環(huán)境，危害操作人員的健康。

2.4 鎘元素的影響

鎘是天然殘留在鋅中的雜質(zhì)元素，當鋅液中含有鉛、錫元素時，鎘的存在會加強鍍層表面的鋅花效應。當鋅液中鎘的含量在1%以下時，其存在對鍍層的影響，是很微弱的；當鎘的含量過高時，會使鍍層中的鋅鐵在化合物層不連續(xù)，導致脆性鍍層出現(xiàn)[3]。

一般情況下，對鋅錠的化學成分有明確規(guī)定，具體見表1。隨著工藝的成熟和技術(shù)的進步，目前絕大多數(shù)的鋅冶煉企業(yè)生產(chǎn)的鋅錠均為牌號Zn99.995。

表1 GB/T470—1997規(guī)定的鋅錠化學成分 %

3 熱鍍鋅中主要雜質(zhì)的來源及控制雜質(zhì)含量的措施

熱鍍鋅中的雜質(zhì)絕大多數(shù)來源于電解工序產(chǎn)出的陰極鋅，陰極鋅的化學成分，決定了熱鍍鋅的雜質(zhì)含量。

由于Cu和Cd的標準電極電位為正，因此在鋅電解中比較容易析出；雖然Pb的標準電極電位比鋅正，但是由于在電解液中會形成PbSO4沉淀，很少以離子形態(tài)存在，所以析出量不大；Fe在電解過程中不會析出，只會使析出鋅不斷的返溶。一般電解鋅廠生產(chǎn)的陰極鋅的化學成分見表2。

表2 電鋅廠生產(chǎn)的電鋅成分 %

提高熱鍍鋅化學質(zhì)量，應選用優(yōu)質(zhì)原料，這就需要提高陰極鋅片質(zhì)量。因此在濕法煉鋅流程中，應使電解液深度凈化，以使陰極鋅片質(zhì)量符合標準，并嚴格控制入爐的陰極鋅片成分，化學成分不符合規(guī)定的陰極鋅片不準直接入爐生產(chǎn)熱鍍鋅。此外，應該加強管理，高度注意外來雜物，嚴禁陰極鋅片夾雜鐵、銅等廢物，生產(chǎn)過程中爐內(nèi)攪拌及扒渣操作均不宜時間過長，應細化操作流程。

4 影響熱鍍鋅物理表面質(zhì)量的因素及相應措施

成品熱鍍鋅不僅要求化學質(zhì)量合格，對其產(chǎn)品物表也有相應的潔凈要求，不得有熔渣、飛邊、毛刺、冷隔層及表面明顯縮孔。物理質(zhì)量的控制主要在于設備的調(diào)整和生產(chǎn)操作，影響因素主要有以下幾個方面。

1)錠模。錠模型腔的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)不僅決定鋅錠的形狀和尺寸，也決定鑄錠的質(zhì)量。由于液態(tài)金屬在模內(nèi)的凝固不完全是自下而上依次進行的，鑄錠的方向性結(jié)晶傾向較差，故造成鑄錠的縮孔和偏析也較大。加之液態(tài)金屬吸附氣體，氧化和對鑄模型腔底表面的沖擊易引起鑄模老化，從而影響鑄錠的表面光潔，甚至出現(xiàn)嚴重的“麻點”，鑄模上下尺寸不當也會造成嚴重飛邊、毛刺[2]。因此，對鑄模的結(jié)構(gòu)要合理選擇，鑄模一般選擇的條件應該具有高的導熱性、小的熱膨脹系數(shù)、較低的彈性模具和較高的機械性能，一般選用以鑄鐵為材質(zhì)的模具。為防止鋅金屬與模壁發(fā)生黏結(jié)，防止金屬產(chǎn)生氣孔，應在使用過程中經(jīng)常對鑄模表面刷涂料并定期清理。

2)澆鑄溫度。澆鑄溫度過高不易冷卻，鑄錠在運動中會出現(xiàn)飛邊、毛刺和縮孔；澆鑄溫度低易產(chǎn)生冷隔層和夾渣。因此，需要合理控制出鋅溫度，一般為530～590 ℃。

3)冷卻方式。冷卻方式主要為風冷卻和水冷卻兩種方式，冷卻介質(zhì)數(shù)量也直接影響物理質(zhì)量。冷卻風量大，鑄錠表面易形成波紋；冷卻風量小，不易冷卻。冷卻水量大，不能霧化，鑄錠易產(chǎn)生縮孔；水量小，不易冷卻。要根據(jù)經(jīng)驗合理控制冷卻風量和冷卻水量。

5 結(jié)語

隨著鋼材鍍鋅技術(shù)的發(fā)展，市場對熱鍍鋅的質(zhì)量要求越來越高，影響熱鍍鋅質(zhì)量的因素很多，需要熱鍍鋅生產(chǎn)單位在生產(chǎn)中摸索合理的技術(shù)條件，控制各項指標，及時優(yōu)化設備，提高熱鍍鋅質(zhì)量。