第四章　鋼管熱鍍鋅生產技術

第一節　鋼管熱鍍鋅的基本概念

一、鋼管熱鍍鋅的基本概念

經過預加工過的表面潔凈的鋼管需要浸漬到鋅液中，以進行熱鍍鋅加工。當鋼管向鋅液中浸漬之前，鋅液表面應當沒有鋅灰、鋅屑和其他雜質，以免影響鍍層質量。

鋼管熱鍍鋅的方式，可以單根或多根間歇式地進行，也可以連續地進行。在向鋅液中浸漬時，必須使鋼管毫無阻礙地傾斜著浸入鋅液中，同時將鋼管內腔中的空氣向尾端完全排出去。

如前所述，鋼管熱鍍鋅可以采用各種方法進行，如濕法、干法、鉛鋅法和氧化還原法等。在實際生產上，無論采用哪種鍍鋅方法，在熱鍍鋅本身，決定鋼管熱鍍鋅質量的主要參數仍然是鋅液溫度、鋼管在鋅液中的浸鋅時間以及鋼管從鋅液中提出的速度。

二、鋼管鍍鋅與溫度、浸鋅時間和抽出速率的關系

為了使鋼管得到高質量的鍍鋅層，從熱鍍鋅本身考慮，應當使規定的鋅液溫度保持不變。理想的鍍鋅溫度為（450±5）℃，正常的鍍鋅溫度范圍是430～455℃。提高鍍鋅溫度會促進鐵-鋅合金相層的形成速率增加，如ζ相，它使鍍鋅層的塑性急速降低。高的鍍鋅溫度也縮短了鍍鋅鍋和鍍鋅機組的使用壽命；降低鍍鋅溫度又會增加鋅液的黏度，它增加了鍍鋅層的厚度和不均勻性。

1.鋼管在鋅液中的浸漬時間

鋼管在鋅液中的浸漬時間，包括去除鋼管表面上溶劑所需要的時間和加熱鋼管達到鋅液溫度所需要的時間。鋼管在鋅液中浸漬的時間應當盡可能減少，因為增加鍍鋅時間會促進形成脆性的ζ相，它降低了鍍鋅層的塑性。

2.鋼管從鋅液中抽出的速率

鋼管從鋅液中抽出的速度對鍍鋅層（實際是純鋅層）的厚度有很大的影響。抽出提升速率低，純鋅層??；抽出提升速率快，則純鋅層厚。因此，管子的抽出速度要適當。過快，鋼管表面上過多的鋅液來不及流凈，則鋼管表面的附著量多，使鍍層凹凸不平，也不光滑；抽出速率過低，則在鋼管抽出的過程中鐵-鋅合金層與純鋅層會繼續進行反映擴散，使純鋅層幾乎全部變成了合金層，并形成暗灰色的薄膜，它降低了鍍層的彎曲性能。鋼管在鋅液中的浸漬時間與它從鋅液中的抽出速度對鋅層的附著量的影響如圖4-1。

鋼管從鋅液中抽出的速率應考慮到使鋼管表面上過剩的鋅液能夠流淌下來。抽出角度應不在10°～15°為宜。

3.鍍鋅鋼管的外、內噴吹抹拭

鍍鋅后的鋼管，應當立即進行內外表面的噴吹處理和冷卻，以便得到厚度均勻的、具有細晶粒和彎曲性能好的鍍層。

為使鍍鋅鍋內容納足夠的鋅液，以儲備熱量，補償鋼管所帶走的熱量損失，并使鋅液溫度波動在最小范圍，鍍鋅鍋的熔鋅量與鍍鋅鋼管小時產量之比應為35～40，一般取35左右，比例過大反而無益。

鍍鋅段與鍍鋅工段布置在同一個廠房內的時候。否則，在廠房內的空氣含有的高水分和游離酸氣會造成鍍鋅層的腐蝕。鍍鋅鋼管在成品倉庫存放時，應當使廠房內的空氣流通。因為當溫度降低到露點以下時開始產生凝結水，它會使鍍鋅層產生白銹，從而破壞了鍍鋅層的耐腐蝕性。

三、鋼管熱鍍鋅的方法

1.溶劑法熱鍍鋅

在國內現在均采用溶劑法熱鍍鋅，俗稱“干法熱鍍鋅”?！皾穹徨冧\”因對環境影響較大，同時鋅耗高等原因，已經被淘汰。本書以下主要介紹“干法熱鍍鋅”，簡稱熱鍍鋅。

經過脫脂、酸洗、水清洗后的鋼管，直接放到含有氯化鋅與氯化銨的水溶液的溶劑槽內進行溶劑處理，帶有潮濕溶劑的鋼管再通過干燥爐進行干燥，以便蒸發掉溶劑中的水分，使鋼管表面被一層干燥透明的溶劑鹽膜所包裹住。隨后鋼管傾斜著被熱鍍鋅機組的壓下裝置壓入到鋅液中，使鋅液從一端流進鋼管。這樣就避免了空氣的堵塞，改善了鋼管內表面的鍍鋅質量，并排除了砰出鋅液的可能。鍍鋅后的鋼管從鍍鋅鍋中用機械托出裝置將鋼管托出，然后進行下一步的對鋼管表面的鍍鋅層外、內吹抹拭處理，達到鋼管內外表面的鍍鋅層光滑、無鋅瘤、無鋅灰等瑕疵。

鋼管熱鍍鋅的鋅液中的鋁含量一般可達0.1％～0.2％，鋁是以含鋁10％～15％的鋅鋁合金的形式加入鋅液中的。鋅液的鋁含量每班分析一次。

熱鍍鋅鋼管的鍍鋅層的厚度一般為50～100μm，純鋅層厚度一般固定不變為30～40μm。依據鋼管的壁厚鐵-鋅合金層的厚度亦是在一個范圍內變化。

因為對鋼管熱鍍鋅時是通過PLC編程自動控制實現連續熱鍍鋅，一般鋅液的溫度控制的較高，我國天津大多數的鍍鋅企業把鍍鋅溫度控制在450～455℃，基本上是一個恒溫的數值；鋼管在鋅液中的時間一般在15～30s。

鍍鋅鋼管從鋅液中抽出的速度要根據鋅液的流動性、鍍鋅后的表面處理方式以及鍍層厚度的要求來決定。有的國家，當鋼管抽出的角度為16°時，其抽出的速率為1～1.2m/s。

由于鋼管熱鍍鋅允許有較高的鋁含量，因此使鋅液表面能生成一層薄的（約0.1μm）的Al₂O₃的保護膜，防止鋅液的氧化。往鋅液中添加鋁，還可以得到具有較高的塑性鍍鋅層，可以使鋼管承受各種工藝操作，如彎管、擴口、擴徑等而不破壞鍍層。因溶劑法熱鍍鋅鋼管可以實現連續性的生產，鍍鋅層比較穩定等優點，因而在世界各國都得到應用，是目前一種比較完善的鋼管熱鍍鋅的方法。

2.氧化還原法熱鍍鋅

氧化還原法熱鍍鋅則是一種取消了堿洗脫脂、酸洗、水洗和溶劑助鍍處理等表面預加工方法的、一種新的熱鍍鋅方法。它的原理類似于帶鋼的森吉米爾熱鍍鋅法。采用這種新的熱鍍鋅方法時，鋼管鍍鋅表面準備方法時：先使鋼管表面被氧化，隨后又在高溫下用氫氣將鋼管表面氧化層還原成鐵。這種表面準備的方法還兼有退火和穩定化的作用。

氧化還原法熱鍍鋅所包括的最基本的工序是：氧化還原處理→熱鍍鋅→外表面噴吹處理→內表面噴吹處理→空冷→水冷→鈍化處理→干燥處理→打字→包裝。

氧化還原法熱鍍鋅的操作程序是：先把鋼管通過帶有氧化氣氛的預熱爐，爐內的加熱溫度為440～460℃。然后再將鋼管送往帶有還原性氣氛的爐子，在此，將鋼管表面上的氧化鐵皮進行還原，并把鋼管加熱到規定的溫度。接著再將傾斜著浸入鍍鋅鍋，鋼管的預熱溫度和在它表面上氧化鐵的還原程度決定了形成的鐵-鋅合金層的厚度。由于浸入鍍鋅鍋的鋼管保持一定的熱量，因而使鋅液能保持固定的溫度。

在德國的氧化還原法熱鍍鋅鋼管是采用壓縮空氣作為氧化氣氛，在氧化爐內保持370～535℃的溫度。用氫氣作為還原氣氛，還原爐由兩個室構成，第一個室保持730～760℃，第二個室保持535℃。送入鍍鋅鍋的鋼管溫度為440℃進行熱鍍鋅。

當采用干法熱鍍鋅時，鋼管進入鍍鋅鍋之前的溫度一般不超過130～140℃。因此，在鍍鋅時鋼管要帶走鍍鋅鍋的大量的熱量，使鋅液溫度難于保持穩定，同時也降低了鍍鋅鍋的使用壽命。而氧化還原法鍍鋅時，由于鋼管在鍍鋅之前已經具有足夠的熱量，鋅液溫度能保持穩定。這就極大地減少了鋅鍋本身的熱應力，從而提高了鋅鍋的使用壽命。提高管子進入鋅液之前的溫度，還縮短了鋼管的鍍鋅時間，這不僅提高了鍍層質量，也減少了鋅渣的產生，使清鋅渣的次數減少到每年5～6次，從而減低了鋅耗。因此可以認為，氧化還原法熱鍍鋅是迄今為止比較先進的鋼管熱鍍鋅的方法。