鐵塔構(gòu)件熱浸鍍鋅無銨助鍍工藝

趙月華

（常熟風(fēng)范電力設(shè)備股份有限公司，江蘇 常熟 215554）

【熱浸鍍】

鐵塔構(gòu)件熱浸鍍鋅無銨助鍍工藝

趙月華

（常熟風(fēng)范電力設(shè)備股份有限公司，江蘇 常熟 215554）

鐵塔鋼構(gòu)件的表面常采用熱浸鍍鋅層防護(hù)，傳統(tǒng)熱浸鍍鋅過程的氯化鋅–氯化銨工藝助鍍時在鋅浴上方產(chǎn)生大量的污染性煙塵，影響鍍鋅工藝的操作環(huán)境和周邊生態(tài)環(huán)境。本文經(jīng)正交試驗和生產(chǎn)車間批量試驗，不添加氯化銨或其他銨鹽，以氯化鋅、氯化鈉、氟硅酸鈉、氟化鋁和表面活性劑KC-1為主，優(yōu)化出了一種無銨鹽助鍍劑。批量生產(chǎn)試運(yùn)行證實，鐵塔構(gòu)件熱浸鍍鋅時采用該無氨助鍍工藝，可以獲得合格鍍層，且顯著降低煙塵排放量。

鐵塔；熱浸鍍鋅；助鍍劑；煙塵排放

Author’s address: Changshu Fengfan Power Equipment Co., Ltd., Changshu 215554, China

1 前言

鐵塔在輸變電工程中起著重要的作用，其產(chǎn)品質(zhì)量不僅關(guān)系到電網(wǎng)安全運(yùn)行，還關(guān)系到人身財產(chǎn)安全。目前，鐵塔構(gòu)件的表面防腐仍普遍采用熱浸鍍鋅技術(shù)。就鐵塔產(chǎn)品而言，熱浸鍍鋅技術(shù)的運(yùn)用已有160多年的歷史。近幾年來，隨著自然環(huán)境的惡化，人們對鐵塔構(gòu)件的防腐提出了更高的要求。熱浸鍍鋅–鋁合金、鋅–稀土合金、鋅–鎳合金等不斷出現(xiàn)并應(yīng)用于鐵塔構(gòu)件的表面防護(hù)，但鐵塔構(gòu)件的熱浸鍍鋅工藝 200多年來沒有大的變化，浸鋅前的助鍍處理仍采用傳統(tǒng)的鋅銨鹽助鍍工藝。助鍍后鐵塔構(gòu)件表面形成氯化鋅、銨鹽膜，鹽膜中的氯化銨分解溫度低，浸鍍時受熱分解會形成氨氣和氯化氫氣體，導(dǎo)致鋅浴上方產(chǎn)生大量的煙塵，影響操作環(huán)境，并對周邊環(huán)境的水質(zhì)和大氣造成污染，成為鐵塔構(gòu)件熱浸鍍鋅生產(chǎn)的主要污染源。在歐美國家，普遍采用煙塵收集過濾的方式來處理，雖可將 75%以上的煙塵抽取并去除，但是仍屬于非根除污染源的被動式處理，且設(shè)備投資大、運(yùn)行能耗較高。多年來熱浸鍍界的研究者都試圖從助鍍劑的配方中剔除或減少氯化銨，以徹底避免和降低銨鹽對空氣和排放水的污染。例如將NH4C1含量控制在5%以下，添加 LiCl、ZrOCl2等氯鹽以提高熔劑的活性[1]；或添加氟化物和其他氯化物來改善鋼基體表面與鋅液和鋅–鋁液的潤濕性，避免漏鍍和缺陷，氟化物可以是氟化鉀、氟化鈉、氟化銨、二氟化銨、氟鋁酸鉀等[2]，氯化物為氯化亞錫、氯化鋰、氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、氯化鋁和氯化鈰等[3-5]，這些助鍍劑并沒有完全替代氯化銨，只是添加氟化物或稀土鹽來改善熱浸鍍鋅時的助鍍效果；或以氯化鉀或氯化鈉完全代替氯化銨，雖然減少了煙塵，但助鍍效果并不理想，容易產(chǎn)生漏鍍。本文采用正交試驗，以氯化鈉、氟硅酸鈉等替代氯化銨，輔助添加少量的表面活性物質(zhì)，優(yōu)化配制了無銨鹽的助鍍劑，并在鐵塔構(gòu)件的熱浸鍍鋅車間成功試運(yùn)行。

2 試驗

2. 1 試驗原料及試樣

助鍍劑配制原料包括氯化鋅、氯化鈉、氟硅酸鈉、氟化鋁和表面活性劑 KC-1(自行復(fù)配，主要含有碳?xì)滏?、碳氟?，所用原料均為工業(yè)級。

試樣為 1 000 kV線路上鐵塔角鋼構(gòu)件，材質(zhì)為Q345。

2. 2 試驗條件和方法

熱浸鍍鋅工藝流程為：酸洗—漂洗—助鍍—烘干—浸鍍—冷卻。

鋅浴成分為Zn–0.05%Al，浸鍍溫度為(450 ± 5) °C。

助鍍溫度約60 °C，助鍍時間約60 s，助鍍池內(nèi)pH為4 ～ 5，助鍍池內(nèi)鋅鐵比控制約60∶1，烘干條件為80 °C × 10 min。

正交試驗時，記錄鋅浴表面灰渣從開始到終止浮出所經(jīng)歷的時間。每組試驗完畢，測試構(gòu)件表面鍍層厚度和漏鍍率，稱量并計算浸鍍過程產(chǎn)生的灰渣質(zhì)量。

2. 3 試驗設(shè)計

試驗包括兩個階段——小槽內(nèi)正交試驗和車間運(yùn)行試驗，小槽的容積為1 m3，車間運(yùn)行試驗的助鍍池容積為40 m3。

選用 L9(34)正交表研究氯化鋅、氟化鋁、氟硅酸鈉和氯化鈉的含量4個因素對漏鍍率、灰渣上浮時間、灰渣量和鍍層厚度的影響。根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，每個因素選用3個水平進(jìn)行試驗，各組加3 g/L表面活性劑KC-1，各實驗因素的水平見表1。

表1 正交試驗因素及水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

3 結(jié)果與討論

3. 1 正交試驗結(jié)果與分析

正交試驗的綜合評分 = 漏鍍率得分 × 50% + 浮渣時間得分 × 20% + 浮渣量得分 × 20% + 厚度得分 × 10%。各指標(biāo)的評分按照效果的好壞排出次序，根據(jù)相鄰名次的實際差別給出分?jǐn)?shù)。試驗結(jié)果如表2所示。

9組實驗中，以8號得分最高，條件為A3B2C1D3；其次是7號，條件為A3B1C3D2。4個因素由主到次的順序是：A → B → C → D。而按均值計算結(jié)果，應(yīng)該是A3B1C1D1或A3B1C1D3最好，但正交試驗中沒有一組能符合這兩項條件之一。因此按上述兩組條件分別做了幾次驗證試驗，結(jié)果是A3B1C1D1和A3B1C1D3都比8號和7號實驗稍好一點(diǎn)。4個因素中，最重要的因素是ZnCl2，其含量越高，漏鍍率越低，因此以第3水平(120 g/L)為最好。因素B與C是次要因素，且根據(jù)級差的大小，兩者對助鍍效果的影響程度相差不大。根據(jù)因素關(guān)系，B的第1水平和第2水平相差不大，C的第1水平和第3水平相差不大，因此可以考慮少添加。影響最小的因素是D，它取第1水平時為最好，第1水平和第3水平相差不大，但根據(jù)驗證試驗結(jié)果，應(yīng)該選擇第3水平。

表2 正交試驗結(jié)果分析Table 2 Analysis of orthogonal test results

3. 2 各工藝條件下鍍層的表面質(zhì)量

從漏鍍率、灰渣上浮時間、灰渣量和厚度 4個指標(biāo)考慮，較理想的工藝方案為A3B2C1D3和A3B1C3D2。但氯化鈉和氟硅酸鈉用量對上述 4個指標(biāo)的影響規(guī)律不一致。因此還需結(jié)合鍍層的表面質(zhì)量對 9組實驗進(jìn)行評定，評定結(jié)果見表3。

表3 不同試驗條件下所得鍍層的表面質(zhì)量Table 3 Quality of coating surface obtained under different test conditions

由表3可知，7號樣品鍍層的平整性和光亮性優(yōu)于8號樣品。

綜上所述，最佳試驗方案為 A3B1C3D2，即 ZnCl2120 g/L，NaCl 10 g/L，Na2SiF620 g/L，表面活性劑KC-1 3 g/L。

3. 3 車間運(yùn)行試驗

采用正交試驗得出的最優(yōu)方案配制 40 m3無銨鹽助鍍劑，助鍍池內(nèi)溫度為60 °C。將980 kg經(jīng)過酸洗、漂洗的長360 mm的50 mm × 50 mm × 4 mm角鋼浸入助鍍池內(nèi)助鍍，助鍍后于溫度80 °C下烘干10 min，然后浸入鋅浴中鍍鋅，浸入時鋅液表面產(chǎn)生少量煙塵，但明顯少于傳統(tǒng)鋅銨助鍍工藝下產(chǎn)生的煙塵(見圖1)。

圖1 鋅浴表面煙塵排放情況Figure 1 Emission of smoke and dust from zinc bath

浸鍍約1.5 min后，角鋼從鋅液中提出，經(jīng)水浴冷卻后，發(fā)現(xiàn)角鋼表面無漏鍍現(xiàn)象，鍍層色澤均勻。3個月的車間運(yùn)行表明，該無銨鹽助鍍劑及其工藝運(yùn)行平穩(wěn)，鍍層質(zhì)量合格，可顯著減少煙塵排放量，明顯改善車間內(nèi)工作環(huán)境。

4 結(jié)論

鐵塔構(gòu)件熱浸鍍鋅的助鍍過程可用ZnCl2、NaCl、Na2SiF6及少量表面活性劑KC-1實現(xiàn)無銨鹽助鍍，鍍層外觀和厚度與同條件傳統(tǒng)氯化鋅–氯化銨助鍍的情況相同。

鐵塔構(gòu)件熱浸鍍鋅生產(chǎn)的助鍍過程采用無銨鹽助鍍劑，可明顯減少鋅浴表面的煙塵排放量，改善車間工作環(huán)境。

[1] 張超, 高惠臨, 徐學(xué)利. 鋼制件熱鍍鋅用熔劑及其作用原理[J]. 焊管, 1989, 12 (2): 1-6.

[2] 劉秀玉, 柴本銀, 馬訓(xùn)強(qiáng), 等. 助鍍劑在熱浸鍍工藝中的應(yīng)用[J]. 山東化工, 2004, 33 (4): 20-21, 27.

[3] 北京科技大學(xué). 一種熔劑法熱浸鍍低鋁鋅合金用水熔劑及其使用方法: CN, 1442503 [P]. 2003–09–17.

[4] 陶小克, 彭日升, 孫永昌, 等. 氯化稀土對熱浸鍍助鍍劑性能的影響[J].金屬熱處理, 2000, 25 (10): 10-12.

[5] 何王明, 王仲槐. 熱鍍鋅助鍍劑的使用與環(huán)保[J]. 金屬制品, 2001, 27 (6): 43-45.

[ 編輯：溫靖邦 ]

Ammonium-free fluxing process for hot-dip galvanizing of structural components of steel tower //

ZHAO Yue-hua

Hot-dip galvanized zinc layer is usually used to protect the surfaces of structural components of steel tower. Traditional hot-dip galvanizing with the flux of zinc and ammonium chlorides produces a great deal of smoke and dust over the zinc bath, which exerts a negative impact on the operating environment as well as the neighboring ecological conditions. In this paper, a flux free of any ammonium salt was optimized by orthogonal test and batch test in workshop using zinc chloride, sodium chloride, sodium fluorosilicate, aluminum fluoride and the surfactant KC-1 as raw materials. The industrial trial run of batch production confirmed that the hot-dip galvanizing with the ammonium-free fluxing process can produce qualified coatings, and markedly reduce the emission of smoke and dust.

steel tower; hot dip galvanizing; flux; emission of smoke and dust

TG174.443

A

1004 – 227X (2010) 08 – 0029 – 03

2010–03–25

2010–05–26

趙月華（1962–），男，江蘇常熟人，總工程師，長期從事輸電線路鐵塔、微波通訊塔、變電站支架的生產(chǎn)工藝研究和管理，參與編制了多個國家標(biāo)準(zhǔn)，獲權(quán)專利6項。

作者聯(lián)系方式：(Tel) 13812803056。