铁塔构件热浸镀锌无铵助镀工艺

赵月华

（常熟风范电力设备股份有限公司，江苏 常熟 215554）

【热浸镀】

铁塔构件热浸镀锌无铵助镀工艺

赵月华

（常熟风范电力设备股份有限公司，江苏 常熟 215554）

铁塔钢构件的表面常采用热浸镀锌层防护，传统热浸镀锌过程的氯化锌–氯化铵工艺助镀时在锌浴上方产生大量的污染性烟尘，影响镀锌工艺的操作环境和周边生态环境。本文经正交试验和生产车间批量试验，不添加氯化铵或其他铵盐，以氯化锌、氯化钠、氟硅酸钠、氟化铝和表面活性剂KC-1为主，优化出了一种无铵盐助镀剂。批量生产试运行证实，铁塔构件热浸镀锌时采用该无氨助镀工艺，可以获得合格镀层，且显著降低烟尘排放量。

铁塔；热浸镀锌；助镀剂；烟尘排放

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

1 前言

铁塔在输变电工程中起着重要的作用，其产品质量不仅关系到电网安全运行，还关系到人身财产安全。目前，铁塔构件的表面防腐仍普遍采用热浸镀锌技术。就铁塔产品而言，热浸镀锌技术的运用已有160多年的历史。近几年来，随着自然环境的恶化，人们对铁塔构件的防腐提出了更高的要求。热浸镀锌–铝合金、锌–稀土合金、锌–镍合金等不断出现并应用于铁塔构件的表面防护，但铁塔构件的热浸镀锌工艺 200多年来没有大的变化，浸锌前的助镀处理仍采用传统的锌铵盐助镀工艺。助镀后铁塔构件表面形成氯化锌、铵盐膜，盐膜中的氯化铵分解温度低，浸镀时受热分解会形成氨气和氯化氢气体，导致锌浴上方产生大量的烟尘，影响操作环境，并对周边环境的水质和大气造成污染，成为铁塔构件热浸镀锌生产的主要污染源。在欧美国家，普遍采用烟尘收集过滤的方式来处理，虽可将 75%以上的烟尘抽取并去除，但是仍属于非根除污染源的被动式处理，且设备投资大、运行能耗较高。多年来热浸镀界的研究者都试图从助镀剂的配方中剔除或减少氯化铵，以彻底避免和降低铵盐对空气和排放水的污染。例如将NH4C1含量控制在5%以下，添加 LiCl、ZrOCl2等氯盐以提高熔剂的活性[1]；或添加氟化物和其他氯化物来改善钢基体表面与锌液和锌–铝液的润湿性，避免漏镀和缺陷，氟化物可以是氟化钾、氟化钠、氟化铵、二氟化铵、氟铝酸钾等[2]，氯化物为氯化亚锡、氯化锂、氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化铝和氯化铈等[3-5]，这些助镀剂并没有完全替代氯化铵，只是添加氟化物或稀土盐来改善热浸镀锌时的助镀效果；或以氯化钾或氯化钠完全代替氯化铵，虽然减少了烟尘，但助镀效果并不理想，容易产生漏镀。本文采用正交试验，以氯化钠、氟硅酸钠等替代氯化铵，辅助添加少量的表面活性物质，优化配制了无铵盐的助镀剂，并在铁塔构件的热浸镀锌车间成功试运行。

2 试验

2. 1 试验原料及试样

助镀剂配制原料包括氯化锌、氯化钠、氟硅酸钠、氟化铝和表面活性剂 KC-1(自行复配，主要含有碳氢链、碳氟链)，所用原料均为工业级。

试样为 1 000 kV线路上铁塔角钢构件，材质为Q345。

2. 2 试验条件和方法

热浸镀锌工艺流程为：酸洗—漂洗—助镀—烘干—浸镀—冷却。

锌浴成分为Zn–0.05%Al，浸镀温度为(450 ± 5) °C。

助镀温度约60 °C，助镀时间约60 s，助镀池内pH为4 ～ 5，助镀池内锌铁比控制约60∶1，烘干条件为80 °C × 10 min。

正交试验时，记录锌浴表面灰渣从开始到终止浮出所经历的时间。每组试验完毕，测试构件表面镀层厚度和漏镀率，称量并计算浸镀过程产生的灰渣质量。

2. 3 试验设计

试验包括两个阶段——小槽内正交试验和车间运行试验，小槽的容积为1 m3，车间运行试验的助镀池容积为40 m3。

选用 L9(34)正交表研究氯化锌、氟化铝、氟硅酸钠和氯化钠的含量4个因素对漏镀率、灰渣上浮时间、灰渣量和镀层厚度的影响。根据单因素试验的结果，每个因素选用3个水平进行试验，各组加3 g/L表面活性剂KC-1，各实验因素的水平见表1。

表1 正交试验因素及水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

3 结果与讨论

3. 1 正交试验结果与分析

正交试验的综合评分 = 漏镀率得分 × 50% + 浮渣时间得分 × 20% + 浮渣量得分 × 20% + 厚度得分 × 10%。各指标的评分按照效果的好坏排出次序，根据相邻名次的实际差别给出分数。试验结果如表2所示。

9组实验中，以8号得分最高，条件为A3B2C1D3；其次是7号，条件为A3B1C3D2。4个因素由主到次的顺序是：A → B → C → D。而按均值计算结果，应该是A3B1C1D1或A3B1C1D3最好，但正交试验中没有一组能符合这两项条件之一。因此按上述两组条件分别做了几次验证试验，结果是A3B1C1D1和A3B1C1D3都比8号和7号实验稍好一点。4个因素中，最重要的因素是ZnCl2，其含量越高，漏镀率越低，因此以第3水平(120 g/L)为最好。因素B与C是次要因素，且根据级差的大小，两者对助镀效果的影响程度相差不大。根据因素关系，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，因此可以考虑少添加。影响最小的因素是D，它取第1水平时为最好，第1水平和第3水平相差不大，但根据验证试验结果，应该选择第3水平。

表2 正交试验结果分析Table 2 Analysis of orthogonal test results

3. 2 各工艺条件下镀层的表面质量

从漏镀率、灰渣上浮时间、灰渣量和厚度 4个指标考虑，较理想的工艺方案为A3B2C1D3和A3B1C3D2。但氯化钠和氟硅酸钠用量对上述 4个指标的影响规律不一致。因此还需结合镀层的表面质量对 9组实验进行评定，评定结果见表3。

表3 不同试验条件下所得镀层的表面质量Table 3 Quality of coating surface obtained under different test conditions

由表3可知，7号样品镀层的平整性和光亮性优于8号样品。

综上所述，最佳试验方案为 A3B1C3D2，即 ZnCl2120 g/L，NaCl 10 g/L，Na2SiF620 g/L，表面活性剂KC-1 3 g/L。

3. 3 车间运行试验

采用正交试验得出的最优方案配制 40 m3无铵盐助镀剂，助镀池内温度为60 °C。将980 kg经过酸洗、漂洗的长360 mm的50 mm × 50 mm × 4 mm角钢浸入助镀池内助镀，助镀后于温度80 °C下烘干10 min，然后浸入锌浴中镀锌，浸入时锌液表面产生少量烟尘，但明显少于传统锌铵助镀工艺下产生的烟尘(见图1)。

图1 锌浴表面烟尘排放情况Figure 1 Emission of smoke and dust from zinc bath

浸镀约1.5 min后，角钢从锌液中提出，经水浴冷却后，发现角钢表面无漏镀现象，镀层色泽均匀。3个月的车间运行表明，该无铵盐助镀剂及其工艺运行平稳，镀层质量合格，可显著减少烟尘排放量，明显改善车间内工作环境。

4 结论

铁塔构件热浸镀锌的助镀过程可用ZnCl2、NaCl、Na2SiF6及少量表面活性剂KC-1实现无铵盐助镀，镀层外观和厚度与同条件传统氯化锌–氯化铵助镀的情况相同。

铁塔构件热浸镀锌生产的助镀过程采用无铵盐助镀剂，可明显减少锌浴表面的烟尘排放量，改善车间工作环境。

[1] 张超, 高惠临, 徐学利. 钢制件热镀锌用熔剂及其作用原理[J]. 焊管, 1989, 12 (2): 1-6.

[2] 刘秀玉, 柴本银, 马训强, 等. 助镀剂在热浸镀工艺中的应用[J]. 山东化工, 2004, 33 (4): 20-21, 27.

[3] 北京科技大学. 一种熔剂法热浸镀低铝锌合金用水熔剂及其使用方法: CN, 1442503 [P]. 2003–09–17.

[4] 陶小克, 彭日升, 孙永昌, 等. 氯化稀土对热浸镀助镀剂性能的影响[J].金属热处理, 2000, 25 (10): 10-12.

[5] 何王明, 王仲槐. 热镀锌助镀剂的使用与环保[J]. 金属制品, 2001, 27 (6): 43-45.

[ 编辑：温靖邦 ]

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

赵月华（1962–），男，江苏常熟人，总工程师，长期从事输电线路铁塔、微波通讯塔、变电站支架的生产工艺研究和管理，参与编制了多个国家标准，获权专利6项。

作者联系方式：(Tel) 13812803056。