我国热镀锌的现状、技术进展和发展动向

1、我国热镀锌的现状、技术进展和 发展动向我国热镀锌的现状、技术进展和发展动向陈冬金向雷河北省冶金研究院，河北石家庄 0500311热镀锌的历史回顾热镀锌(Hot Dip Galvanizing )发明于 18 世纪中叶，它是由热镀锡工艺发展而来，至今已 跨入第四个世纪。至今为止，热镀锌仍是钢材防 蚀方法中应用最普遍、最有效的工艺措施。在热 镀锌发展的三个世纪中，每个世纪的代表人物分 别为：法国化学家马罗英博士( P.T.Molouin )、 法国巴黎市政工程师索里尔(Sta nista ns Sorel) 及波兰杰出发明家和工程师森吉米尔(Tadtusz Sendzimir)。仃42年马罗英博士

2、对钢铁的热镀锌 进行了开创性的试验并在法国皇家学院进行了 宣读。1837年，法国的索里尔申请了热镀锌专 利，提出了使用原电池(Galvanic )法保护钢的 构想，提出了在铁表面上镀锌防锈的工艺。同年英国的克劳福(H.W.Grawford )申请了以氯化 铵为溶剂的镀锌专利，这一方法经过许多改进而 沿袭至今。1931年近代冶金工业最杰出的工程 师波兰人森吉米尔在波兰建成了世界上第一条 氢气还原法连续带钢热镀锌生产线，该法在美国 获得专利并于19361937年在美国和法国 Maubeuge钢铁厂分别建成以森吉米尔名字命名 的工业性热镀锌生产线，开创了带钢连续、高速、 高质量热镀锌的新纪元。我国学

3、者把1837年索里尔的专利和1937年 森吉米尔法的诞生称为热镀锌历史上二个最重 要的转折点和里程碑，前者在马罗英博士报告后 历经一个世纪发明了溶剂法热镀锌工艺，至今批量热镀锌仍沿用这一方法；后者在溶剂法发明 100年后发明了气体还原法，从而奠定了现代化 连续热镀锌的基础。20世纪溶剂法热镀锌工艺 没有重大变更，但气体还原法工艺在不断地改 进，目前主要采用改良森吉米尔法和美钢联法， 前者可用于生产一般用途的镀锌钢板， 后者可生 产高质量的镀锌钢板。近半个世纪热镀材料有着长足的发展，20世纪5060年代，美、日、英、德、法、加拿大 等国相继生产镀铝钢板。70年代初，美国伯利 恒钢铁公司发明了商品

4、名为：Galvalume的铝锌一硅镀层材料，其合金成份为55 %A l -43.4%Zn 1.6%S i,耐蚀性为纯锌镀层的26倍，广泛用于镀层带钢生产中。80年代国际铅锌研究组织（ILZRO ）资助比利时列日冶金 研究中心（CRM）开发出商品名为G alfan的 锌铝稀土镀层材料，其合金成份为Z n5%Al RE,其耐蚀性为纯锌镀层的23倍，广泛 用于带钢和钢丝生产中。20世纪60年代加拿大率先开展锌中镍对抑制 含硅活性钢的热镀研究并得到ILZRO的支持。20世纪80年代，欧洲、北美和澳大利等地迅速 推广热镀锌一镍合金工艺，其工艺命名为 Tech ni galva。目前在此基础上又开发出 Z

5、n-Ni-Sn-Bi,其适用于S i含量为0 .5%以下的 钢材，可以明显抑制含硅钢热镀时的圣德林效 应。20世纪90年代日本日新制钢公司开发了商品 名为ZAM的锌铝镁镀层材料，其化学成份为Z n 6%A l 3%M g,其耐蚀性为传统镀锌层 (Z n 0.2% Al )的18倍，被称为继第三代高 耐蚀镀层 Galvalume、Galfan以后的第四代高 耐蚀镀层材料。此外，Z n4.5%A l 0.1 %M g ;Z n 0.5%M g ; Zn 15%A l0.5%S n ; Zn A l P b; Z n0 .1 %B i 合金也获得了一 定的应用，合金镀的开发是 20世纪后半期热浸 镀

6、的最重要进展。热镀锌工艺与其他金属防腐蚀方法相比，在镀 层电化学保护性、镀层致密性、镀层耐久性、镀 层免维护性、镀层与基体结合力、镀层经济性以 及热镀工艺对钢件形状、尺寸的适应性、生产的 高效性方面具有其他工艺无法比拟、得天独厚的优势。据日本镀锌协会长达10年的大气暴露试 验表明：镀层厚度为86微米的热镀锌层在重工 业、海洋、郊外和城市地带的耐用年限分别为 13、50、104、30年。一般而言，上锌量为600g/m2 的镀锌层，其免维护的使用寿命为2050年，对于建筑用基板不镀锌的彩板，其使用寿命为 35 年，而基板镀锌的彩板其使用寿命可达2030年。图1表明在长期使用中，热镀锌的成本远低 于

7、油漆。2 国内热镀锌现状及技术进展热镀锌钢材广泛用于国民经济基础产业，“八五”以来我国大力发展电力、交通、通讯、能源 和城市基础建设。1999年中央提出实施西部大 开发战略，随着“西电东送”、“全国联网”、“西 气东输”、“三峡工程”、“南水北调”、“二网改造”、 “五纵七横”、“铁路提速”等项目的开展，随着 建筑钢结构市场的启动，随着家电、汽车工业的 复苏，我国镀锌行业面临前所未见的机遇和巨大 的市场。镀锌是钢材生产的后序工艺，镀锌行业 的发展依赖于钢铁和锌的生产，镀锌行业的发展 基本与钢铁和锌工业的发展同步。一方面，自 96年起，我国钢产量已连续 7年超亿吨，跃居 世界首位（见图2）；另一

8、方面自1994年起，我 国锌产量超百万吨，已成为世界第一产锌大国（见表1）,在锌消耗结构中，镀锌耗锌一直占 据首位，国外发达国家镀锌用锌消费量占锌消耗 总量的40%70% （见表2），据有关部门统计， 我国锌消费结构见图3，其中镀锌用锌约为34%，一般而言，热镀锌消费锌量占各类镀锌（热 镀、电镀、机械镀、热喷镀、热渗镀等）总和的 95%以上，因此，近年我国热镀锌用锌消费量大 约为5055万吨。表1我国锌产量及表观消费量（万吨）年199199199199200200200份6789012锌118133148168184207206产量.5.0.6.5.3.8.0锌及合金21.54.38.52.6

9、0.63.58.出口量8437013锌及合金 进口量1.11.11.21.62.012.214.2表观消97.79.111117126156161费量89.5.4.3.9.9热镀锌工艺广泛用于钢板、钢带、钢丝、钢管、 结构件、零部件等产品。我国镀锌企业大致可分 为二大类：一类是镀锌专业加工厂，其外购钢材 或带料加工，只从事热镀锌工序；另一类为非专 业厂，热镀锌仅仅为整个生产过程中的一道工 序。钢丝、钢管镀锌企业大部分为非专业厂，结 构钢、零部件镀锌大部分为专业厂，其余为二者 兼之。2. 1国内钢板热镀锌现状和技术进展镀锌钢板广泛地用于轻工、家电、汽车和建筑 行业。在汽车工业中，用于汽车车体、外

10、壳、内 板、底板等；在家电和轻工方面，用于各类家用 电器的外壳和底板；在建筑业中，用表2各国镀锌用锌量占锌消费 总量的份额（% ）年份 国家1988198919901991199219931994199519961997法国31.34.36.39.42.42.41.42398492326.9德国30.33.32.35.3933.30.32.324524186.5意大30.31.31.30.29.29.28.23.23利63548413.7英国41.42.42.41.43.43.44.45.4646577 14665 11.5日本62.63.62.65.65.63.62.57.6165.6745

11、1517.64美国5255.525153.51.51.52.5154.74427.77澳大 利亚44.72.75.76.75.76.76.79782576416.3于各类工业及民用建筑的轻钢龙骨、建筑层面 板、瓦楞板、卷帘门等。长期以来我国镀锌板一直属于短线产品，表3列出19882002年，我国 镀锌板生产及表观消费量，多年来我国镀锌板的 自给率约为50%，每年需要大量进口。表3我国镀锌板生产及表观消费量（万吨）年份国内产量进口量出口量表观消费量自给 率（%）198822.530.953.442.1198924.638.062.639.3199023.517.040.558.0199126.1

12、20.046.156.6199239.772.0111.735.5199350.051.51.0100.549.8199445.632.03.873.861.8199572.781.011.3142.451.1199677.679.67.4149.851.8199786.787.810.2164.352.81998114.2101.35.0210.554.31999144.8151.14.0291.949.62000170.0216.19.4376.745.12001207.0218.49.6415.849.62002282.0334.211.5604.746.670年代前，我国有十多套溶剂法

13、单张钢板热 镀锌生产装置，年总产量不足十万吨，其工艺落 后、锌耗高、产量低、质量差。1979年武钢从 西德引进的我国首条卧式连续热镀锌生产线顺 利投产填补了我国的空白，而且在以后十年中一 直孤技独芳，80年代末宝钢从美国引进了立式 连续热镀锌生产线，揭开了我国连续热镀锌新的 一页，从90年代开始，带钢连续热镀锌是我国 镀锌领域发展最快、增长最大的行业。据不完全 统计，至2003年底我国投产的宽带钢 （1000mm）连续镀锌线达38条，生产能力达 670万吨，其中主要生产厂家见表 4。目前在建 的生产线有武钢2#、 3#线，唐钢1#、2#、3# 线，本钢2 #线，攀钢2#线，邯钢2#线以及昆 钢

14、、涟钢、包钢、济钢、马钢、首钢、霸州胜芳、 霸州京华、上海华冶等二十多家企业，预计至 2005年我国宽带钢热镀锌生产能力将突破 1000 万吨大关，此外我国尚有十几条窄带钢连续热镀 锌生产线。近年来，带钢镀锌的技术进展和动态主要集中在 汽车用板，热轧带钢热镀锌和高耐蚀性热镀锌板 三个方面。2.1.1热镀锌汽车用板的开发目前，汽车用热镀锌板是镀锌钢板的精品和极 品，汽车用镀锌钢板应满足高表面质量、高强度 和高深冲性，国外在70年代开发了微合金钢和 磷合金钢，80年代中期开发了双相DP钢和烘烤 硬化钢，90年代开发了相变、诱导塑性 TRIP钢（见图4）。图4汽车结构件用高强钢 的发展情况复相钢马氏

15、体 相钢I变形诱发塑性钢-各相同性钢高强IF钢烘烤硬化钢197519801985199019952000 年份表4部分已投产宽带钢连续镀锌生产线一览 表序口号单位年 产-厚:度宽度mm原 板镀 层产品 用途生 产投产甲:mm来源种类方法年 代1武钢20.25700自GI家电NO191#52.51530产G建材F79A法2宝钢30.3900自GI建材NO191#53.01850产F903广东10.25600外GI建材US19三水22.51250购S944本钢20.5700自GI建材NO191#02.51530产F965湖北10.4500外GI建材US19银龙01.51000购S966攀钢10.2

16、5700自GI家电NO191#52.51250产建材F967天津10.2600外GI建材NO19浦京01.61250购F978大连10.2600外GI家电US19浦项01.51250购建材S979张家10.2600外GI家电US19港浦01.61250购建材S97项1顺质德10.2800外GI建材NO190浦顶02.01250购F981广东70.17600外GI家电溶191韩江0.81250购建材剂 法981佛山70.21000外GI家电溶192广恒0.6125购建材剂980法1厦门10.2600外GI建材溶193凯冠51.51250购剂法991唐山10.2600外GI建材溶204恒通01.2

17、1250购剂法011宝钢30.3800自GI汽车US2052#72.01850产GS00A1山东10.2600外GI建材溶206华兴01.21250购剂法011顺质德10.17600外GI建材NO207石机52.01250购F011重钢10.2600外GI建材溶198四厂01.21250购剂 法981天津10.2600外GI建材溶209南辰01.21250购剂法002天津10.2600外GI建材溶290浦京01.61250购剂法972鞍钢40.3700自GI家电NO2011#03.01550产建材F032鞍钢30.2700自GI家电US2022#51.61550产建材S032鞍钢40.2700

18、自GI家电US203大连02.01550产建材S032邯钢30.8700自GI建材NO2041#04.51700产热轧F032宝钢20.2900自GI汽车NO2053#01.61700产GF03A2宝钢50.2900自GI汽车NO2064#01.61700产GF03A27佛山 宇虹0.21.81000125外购GI建材溶 剂20030法28无锡 新大 中15外购GI建材20021998年美国开发出超轻钢车身（ULSAB ）, 其车身重量减少了 25%，目前以车体结构用高 强度钢的比例超过 90%作为超轻钢车的设计依 据，2000年在日本汽车制造中，高强度钢板的 使用已达36.3%。为了提高汽车

19、的安全性、轻型化和使用寿 命，开发高强度镀锌钢板是十分必要的， 目前国 外已开发出多种强度级别的合金化热镀锌钢板： 双相型 590MPA、HSLA 型590MPA 以及 780MPA、980MPA级合金化热镀锌高强度钢板。为了提高钢的强度，通常添加Si、Mn和P 等元素进行固溶强化，并利用马氏体和贝氏体的 组织强化，对于DP双相钢，通过控制合金元素 含量和采用临界冷却速度可获得马氏体组织。临界冷却速度CR与合金元素含量之间的关系如 下：Log CR=3.95-1.73M neq其中锰当量Mn eq=M n+0.26Si+3.5P+2.67Mo。在合金化热镀锌时冷却速度约为 0.51OC /s.

20、为了获得马氏体组织，必需提高 Mn当量至 2.3%2.5%.由于添加过量的 Mn会影响锌液对 钢的浸润性，增加P会影响合金化反应,而提高 Si、Cr含量又容易引起漏液 因此选择Mo。国外 的研究表明，通过加入 0.15%Mo可以提高Mn 当量，从而确保钢的马氏体相 保证了该镀锌钢板 优良的抗冲击性能。高表面质量是汽车面板所必需具备的基本 条件，镀层表面质量与薄板表面粗糙度、清洁度、 带钢化学成份及其冲压成型性有直接的关系，同 时热镀工艺、锌液成份、热镀设备也是影响镀层 表面质量的重要因素。为了获得优质的表面，90年代国外新建的 镀锌生产线大量米用美钢联法，美钢联法米用高 密度电解脱酯技术（HC

21、D ）可以快速有效地清 除表面油污，同时在还原退火炉中美钢联法用全 辐射管代替改良森吉米尔法中的明火加热，因此可以严格地控制温度和气氛，确保退火炉的无氧 化气氛，从而保证镀层优良的附着性和表面质 量。气刀是控制镀层厚度和均匀度的关键部件， 新型气刀采用可调节式整体框架式结构，可以可 靠准确地调节气刀与钢带的间隙和角度， 调节气 刀与锌锅的距离，其刀唇间隙可以自动控制从而 保证镀层的平整度和均匀性。锌液中的锌渣是影响镀锌板表面质量的最 重要因素，在现代化生产线中，已用陶瓷内衬锅 取代铁锌锅，用可移动或提升更换的双锌锅来替 代镀液转换，用在线测量的定铝探头（传感器） 和相应的熔池成份控制系统可以严

22、格地测定溶 池中的铝和对应的铁含量，可以有效地减少锌渣 对镀锌板表面质量的影响。美丽的锌花是传统热镀锌板典型的特征， 由 此获得用户的青眯，具有一定的商业价值。但是 研究表明锌花表面的不平整性，镀层中的铅含量 会影响镀层板在后序加工中的加工性能、 涂装性 和使用中的耐蚀性，因此自60年代起国外一直 在研究无锌花和小锌花板的生产技术。 通过水雾 冷却，Heurfey喷锌粉等工艺，可以增加晶体成 核数量和控制晶体生长，达到生产小锌花板的目 的。80年代起国外开始研究无铅热浸锌技术， 90年代初武钢也进行了相应的研究，目前国外 普通采用无铅热镀，其熔池Pbv0.003% ,镀层中 铅含量对锌花尺寸、

23、弯曲性能和腐蚀性能的影响 见图5、图6。图5、图6表明，其锌花尺寸随 铅含量的减少而减小，开裂率和腐蚀率也分别大 大降低。目前欧洲、南美新建镀锌生产线均采用 无铅镀锌工艺，无铅镀锌已成为当前热镀锌发展 的趋势。2.1.2热轧带钢热镀锌近年来，由于薄板坯连铸连轧技术的不断进 步，钢材冶金性能得以改进，热轧带钢的质量不 断提高，热轧板厚度不断减薄，因此热轧镀锌板 可以部分取代冷轧镀锌板，用于对表面质量和冲 压性能不太高的地方，就镀层结构和镀层重量而 言，热轧镀锌板可与冷轧镀锌板相比；另一方面， 热轧镀锌板仍可用于厚钢板的产品， 例如：厚度 为16mm的热镀锌钢板仓、厚度为1.53mm的 客车车厢，

24、车辆用梁、加强板、支座、支架、连 接板、高速公路护栏、各类工业建筑用板。热轧带钢镀锌与冷轧带钢相比不需进行高温 退火和镀前冷却，对中等宽度带钢可采用适应性 好的感应加热。因此可节约大量能源和降低生产 成本。90年代中期，奥钢联开发出二种热轧带 钢镀锌工艺：1.宽带钢酸洗镀锌联合生产线。2.窄带钢与中等宽度带 钢生产线。目前，美、日大规模生产热轧带钢镀锌板， 并已与冷轧镀锌板平分天下。可以相信，由于热 轧镀锌板的低成本，其市场前景非常广阔。图5镀层铅含量对弯曲开裂率和晶界试验腐蚀率的影响。图6锌花尺寸与锌液中含铅量的关系2.1.3高耐蚀镀层板70年代初，美国伯利恒钢铁公司开发了铝锌 硅镀层，其商

25、品名为Galvalume, 80年代国际铅 锌组织开发了锌铝稀土镀层，其商品名为 Galfan。这两种高铝和低铝板在国外平分秋色， 但在我国尚属空白，目前国内首条热镀锌铝生产 线已在攀钢破土动工，本钢和宝钢均在设计中预 留锌锅分别计划生产 Galvalume和Galfan镀层钢板，我国在高耐蚀镀层板的开发上远落后于世 界发达国家。90年代日本大力开发锌铝镁镀层，日本日新 制钢率先开发出Zn-6%AI-3%Mg镀层，其商品 名为ZAM，循环腐蚀试验表明其耐蚀性为纯锌 的18倍。锌液中添加0.2%2%的Mg时,在Zn/AI 共晶体中析出Zn/Al/Zn 2Mg三元共晶。当镁含 量达到3%时，镀层由

26、层状的Zn/AI共晶组织变 成颗粒状的Zn/Al/ Zn 2Mg三元共晶，镁均匀地 分散在镀层中。ZAM镀层在耐蚀性和切边保护 性方面均优于 Galvalume，并有独特的耐损伤 性。2000年日本新日铁钢铁公司开发出 Zn-Al-Mg-Si高耐蚀性镀层钢板“SUPEKDIMA ”并于2001年1月正式销售； 其化学成份为 Al:10%12%,Mg:2%4%,Si 小 于1%，其余为锌。产品耐蚀性为镀锌板的15倍以上，为Galfan镀层板的58倍，切口耐蚀 性优于Galvalume镀层，该镀层板有优异的成型 性和耐损伤性。主要用于住宅建筑和道路建设， 可替代不锈钢板和铝板，目前我国钢铁研究总院

27、 正在开发研究之中。2.2镀锌金属制品概况及技术进展镀锌金属制品主要包括镀锌中高碳钢丝、钢绞线、钢丝绳，镀锌低碳钢丝、钢丝网，镀锌钉子 等。其主要用途为：架空、通讯、捆绑用、铠装 电缆用、网围栏用镀锌低碳钢丝，镀锌钢丝网， 钢芯铝绞线用镀锌钢丝，吊架、悬挂、紧固、结 构用各类镀锌钢绞线，结构用、公路护栏用、海 洋渔业用镀锌钢丝绳。在世界镀锌钢材总量中，镀锌钢丝约占25%。我国线材制品总量每年以6%8%速度增长，1999年全国线材产量约为 680万吨，其 中低碳、中高碳钢丝、钢丝绳约为 350万吨。在1998 2001年间国家投资了 2600亿元进行 了城网和农网改造，并将延续至“十五”期间。

28、从电力部门获悉电网建设仍是 “十五”规划的重 点，目前我国人均装机 0.206KW,人均发电量 976KW h，不到世界水平的一半。十五期间， 电力工业的投资规划将达到 8000亿元，其中有 3600亿元资金用于输配电建设。目前钢芯铝绞 线是我国高压线路采用的主要品种，因此十五期 间，我国电力建设的需求将继续拉动镀锌金属制 品的发展，预计“十五”末年需要钢芯铝绞线8 0万吨。目前我国约有各类线品企业 3000多家， 其中镀锌企业估计为600700家。近三年，我国 镀锌金属制品的产量估计为 8090万吨，其中镀 锌钢绞线3040万吨，镀锌钢丝绳57万吨， 镀锌钢丝1520万吨，镀锌铁丝2025万

29、吨，预 计每年将以6 % 8%的速度增长。近十年来，制品行业镀锌技术主要进展是： Galfan合金镀、厚度层钢丝、锌锅内加热技术。2.2.12.2.1 Galfan 合金镀层20世纪80年代Galfan合金面世，一方面 由于其热镀温度低（420C450°C）,镀后钢丝仍 有良好的力学性能，另一方面镀层有优异的耐蚀 性，不论是盐雾和湿热实验，还是十几年的自然 环境中的挂丝试验均表明，在相同镀层厚度下， Galfan 合金镀层耐蚀性为纯锌镀层的23倍，因此Galfan合金镀层是镀锌钢丝及其制品 最理想的替代产品。1997年在日本Galfan镀层 钢丝产量占镀层钢丝总量的95.3%,已基本

30、取代 镀锌钢丝。目前在德国、美国、日本、加拿大、印度等 国均建立了 Galfa n 合金镀层钢丝生产线。九 五、十五期间，我们大力发展电力、通讯、交通 等基础产业，急需高耐蚀的金属制品，例如输配 电建设中，在工业大气中镀锌铁塔的寿命可达 3050年，钢芯铝绞线中铝导线的设计寿命为 3040年，而镀锌钢丝及架空地线的寿命仅为 1015年，因此，镀锌钢丝的耐蚀性严重影响到 输配电建设，如采用Galfan 镀层钢丝，则其寿 命可与镀锌铁塔和电缆相匹配，大大减少了维 护、大修和建设费用。自80年代中期起，国内一些科研单位、大 专院校与工厂相结合进行了 Galfan合金镀层的 开发研究和试验，其中冶金部

31、包头稀土院与天津 第四金属制品厂、内蒙古集宁拨丝厂合作试制了网围栏钢丝，河北省冶金研究院与河北故城钢丝 绳厂合作进行了单镀、双镀、扩散法双镀的研究、 中试和工业批量试验，重庆有色研究所与重庆钢丝绳厂合作以及鞍钢钢研所、广州镀锌铁丝厂分 别进行了单镀试验。1998年底，宁波渔业钢丝 绳厂与株州治炼厂合作进行了批量生产，1993年株州冶炼厂向ILZRO申请并获得生产Galfan 合金的专利许可，宁波渔业钢丝绳厂也获得生产Galfa n镀层钢丝的专利许可,9 0年代中后期，浙江万胜钢缆集团、天津钢绞线厂分别用双 镀法工艺批量生产Z n-5%AI-RE镀层钢丝， 1996年天津钢丝厂引进我国第一条 G

32、alfan镀层 钢丝成套生产设备并获得了专利许可。近年来宝钢集团上钢二厂从国外引进生产线，其年产能力将达到1万吨，目前我国锌铝合 金镀层钢丝的工业化已经启程，全面取代传统镀 锌钢丝已指日可待。2.2.2厚镀锌钢丝镀层的耐蚀性与镀层厚度成正比，因此增加 镀层厚度可以提高镀层钢丝的使用寿命， 世界上 一些工业发达国家都生产厚镀层钢丝以满足交 通、渔业、军工部门的需要，为了满足不同的需 要，在国内外镀锌钢丝和镀锌钢绞线标准中均按 不同上锌量规定了相应的级别近十几年来，湘钢钢绳厂、吉林四平钢丝绳 厂和咸阳石油钢管钢绳厂先后从德国和日本等 国引进了厚镀锌钢丝生产线，目前只有咸阳石油 钢管钢绳厂正式生产。

33、223锌锅内加热技术20世纪50年代国外开始推广用耐火材料做 内衬的上加热锌锅，俗称陶瓷锅。1976年天津 大成五金厂建成以天然气为燃料的顶 （上）加热 镀锌炉，其后燃气、燃油、燃煤及电上加热的耐 火材料锌锅得到迅速推广，耐火材料锌锅使用寿 命可达十年以上，虽然其锌灰增多，但其锌渣大 大减少，因此总锌耗略有降低。采用上加热耐火材料锌锅的优点是锌渣少、 使 用寿命长，但其不足之处是锌灰多、废气温度高、 锌池面积大。采用内加热既可以保留优点并克服 上述缺点，因此是理想的加热方式，从 50年代 至70年代国外研制出多种锌液内加热装置：电 热坩锅、浸入式辐射管加热、射氮加热，其中浸 入式辐射管加热可用

34、气体燃料和电加热元件（硅 钼发热体），其辐射管一般采用碳化硅、氮化硅 陶瓷、石墨或其他耐锌液腐蚀材料，70年代以后，英、美、德、比利时、日本、南非和加拿大 等国十几家公司采用浸入式辐射管加热， 其主要 优点是热效率咼、设备简便、易维护、使用寿命 长、锌耗低。国内自80年代初开始研制内加热装置，昆明 冶金所、湖南湘潭市第一职业中学分别申报了内 加热装置的专利，并进行了工业试验。湖南电力 线路器材厂、原郑州热镀锌工程研究会开发试验 了非金属壁热式加热炉。90年代初，国内已有多家企业生产内加热管，其发热元件一般为电阻丝和U型硅钼棒，外管材质为石英管或氮化硅结合的碳化硅管， 其中机械 部郑州磨料磨具磨

35、削研究所开发出 SiC工程陶瓷内加热套管，辽宁保二热镀设备实 验厂设计了新型内胆式内加热浸镀锅。 以石英管 和氮化硅结合的碳化硅陶瓷管的内加热器在国 内多家企业得到应用，其主要存在问题是外套管 强度低、外套管寿命短、不能随炉冷却到固态和 固态启动、单支发热功率小、表面热负荷小。90 年代末期，河北工业大学开发出热镀锌用高效内 加热器，其外管采用 Mo-30%W 合金，在电热 管和外套管之间加入液态金属导热体，使表面热 负荷达到较大的提高，在工业推广中取得了很好 的效果。60年代国外研究发现，真空熔炼的MO-30W 合金在液体锌中稳定性最高，在 440 °C锌中的腐 蚀速度是0.050

36、.15mm/年，广泛用于精炼锌设 备、锌压铸机、锌液搅拌器及热电偶管。80年代起，钢铁研究总院开发了 MO-30W 合金并用 于热镀锌。钢铁研究总院于 90年代末期申报了 热镀用内加热金属陶瓷材料的专利， 本世纪初西 安交通大学研制了热镀锌/铝用异型插入式新 型陶瓷加热器，其外管采用具有国际先进水平的新型S i C材料，发热元件采用双月形、双螺纹 形非金属发热体，其外套致密度接近 100%,导 热率大于100W/ m?k ，热效率大于95%,单支最高功率可达30kW ,发热段长度为 0.51.8m,其正常使用寿命超过3年，可用于低 温，中温和高温镀锌。目前，国内锌锅内加热技 术获得广泛应用并可

37、能推广到板带、钢管、零部件等其他镀锌行业。2.3结构钢热镀锌概况及技术进展2.3.1概况镀锌结构钢较为确切的含义应为镀锌型钢及 其构造物。镀锌结构钢广泛地用于国民经济基础 产业，其主要用途如下:（1）交通:高速公路护栏、 公路和铁路隔离网、隔音壁、防风栅、防雪栅、 各种指示标牌、桥梁钢结构。（2）电力、通讯及 其他塔桅类：输电铁塔、通讯塔、广播电视塔、 气象塔、卫星地面中继站塔、空中索道支架、电 气化铁路塔、电站钢结构、城镇道路灯杆。（3） 城市建筑：尤其适合各类大跨度结构网架结构、 钢结构住宅。（4）工农业钢结构：钢结构厂房、 仓库、粮仓、海洋钢结构、各类管道支架、工业 用各类塔架、支架、农

38、用大棚用结构件、电缆桥 架等。1990年以前我国热镀锌结构钢一直以电力铁 塔类生产为主，当时全国约有3035家铁塔制造 厂，年产量不足35万吨。近年来，我国大兴交通建设，八五开始加速兴建高速公路，计划到2015年国道主干线和公路主枢纽系统全部建成， 构筑以高速公路为主体的公路运输主骨架，其中在2002年基本建成二纵二横三个重要路段，到 2010年五纵七横国道全干线建成通车,总长为3.5万km。按四车道高速公路计算至少需 250260万吨镀锌钢材。“九五”以来，铁路提 速，电气化铁路改造需要大量的镀锌隔离网、电气化铁路用铁塔及线路金具，至 2002年我国电 气化铁路总营运里程达到1.61.8万公

39、里。三峡 输变电工程、全国输电联网、西电东送工程、全 国农网和城网改造需要大量的镀锌结构钢，从 20022004年国家投资2500亿元用于输变电铁 塔及变电站钢结构，估计每年用于输变电铁塔的 镀锌钢材在60万吨以上。目前国内锌锅向大型 化发展，锌锅长度超过14米、容锌量达250700 吨的结构钢镀锌锅已超过 20台，大型镀锌炉的 年生产能力已达70100万吨，镀件品种主要有 各类铁塔、道路灯杆、标示牌、电缆桥架、冷却 塔、建筑用轻钢龙骨、法兰等。最近几年，由于国内锌锭降价，镀锌加工费已 由过去的每吨3000元降至目前的12001300元， 因此，日本、东南亚客商纷纷在中国加工。据日 本镀锌协会

40、介绍，2001年日本结构钢镀锌产量 比1996年减少了 20%，其原因之一是日商在中 国加工镀件。目前日商加工镀锌件的品种有钢管 塔、冷却塔、电缆架、格板、栅板、法兰等，估 计每年在30万吨以上。目前我国有结构钢镀锌厂 150200家，估计 2002年镀锌量超过170万吨。2.3.2技术进展活性钢热镀锌、锌锅大型化和新型高效钝化剂 的应用是近年结构钢热镀锌最活跃的应用课题。 随着我国钢铁行业连铸比的逐年提高， 硅镇静钢 在结构钢镀锌中的比例越来越高，由于圣德林效 应，含硅钢与锌的反应较激烈，因此造成镀层灰 暗、有色差、超厚、附着性差等缺陷，色差、上 锌量高等缺陷成为 Q345（ 16Mn ）热

41、镀锌的难 点。从90年代中期开始，华南理工大学率先研究 Zn-Ni合金镀，推广Techigalva技术。株州冶炼 厂、中科院长春应用化学研究所、 河北省冶金研 究院等单位也研究了锌中 Ni、Al、RE、Mg等 元素对高硅活性钢热镀锌的影响，近年比利时优 美科公司也积极在中国推广 Techigalva技术，取 得了较好的效果。合理地使用锌铝、锌镍合金和其他有关合金， 同时对热镀工艺进行适当调整，可以获得较好的 效果。其工艺要点是：采用低温镀锌，减少浸锌 时间，控制起吊速度，加快镀后冷却速度。近年来，我国大型锌锅已超过 20台，锌锅大 型化已成为结构钢镀锌的一种趋势，为了满足大 型镀件的需要，为了

42、在工艺上实现低温镀锌，必 须使用大容量的锌锅，锌锅的深度一般为2.53.2 米。锌锅的大型化给锌锅钢板材质、锌锅制造、 锌锅加热设备提出了更高的要求，目前国内电加 热、燃煤气、燃天然气、燃油炉等各种加热炉取 代了传统落后的燃煤炉，直接加热镀锌炉代替了 直接和间接防护式镀锌炉，锌锅使用寿命由原来 数月提高到35年。传统的镀锌钝化剂是采用铬酸或铬酸盐， 钝化 后需水洗，在水洗时大量的 Cr+6离子进入冷却 液，既影响钝化质量又污染水质，目前在国内外 推广使用反应型和覆盖型钝化剂，其特点是高 效、免水洗、无排放。3热镀锌发展动向3.1建筑用镀锌钢材建筑用钢材热镀锌是热镀锌行业新的经济增 长点，建筑用

43、镀锌钢材包括钢结构建筑物用钢材 和钢一混结构建筑物中的钢筋，前者包括中厚 板、薄板和型钢，其型钢的主要品种有工字钢、 槽钢、角钢、热轧H型钢、焊接H型钢、冷弯 型钢、钢管等，后者主要是螺纹钢和园钢（盘条）。 3.1.1建筑结构钢用镀锌钢材目前我国钢和钢材产量已连续七年超亿吨， 跃居世界首位，充裕的产量和丰富的品种为钢结 构建筑物奠定了坚实的物质基础。国家及时出台 相关政策，扩大钢材消费热点,鼓励建筑行业积极推广钢结构。80年代的改革初期，在国家建筑技术政策纲 要中提出：对大跨度、超高层的建筑和部分工业 厂房和商业建筑可以采用钢结构和钢与砼的组 合结构，1996年建筑部编制19962010年建筑

44、 技术政策中提出合理使用钢材、木材、水泥以 及发展钢结构，推广应用 H型钢、闭合型钢、 冷弯型钢、彩色涂层钢板。1998年建设部又发 文推广应用高层钢结构技术、空间钢结构技术、 轻钢结构技术等10项新技术的通知,1999年国 家经贸委批准将轻型钢结构住宅建筑通用体系 的开发和应用作为我国建筑业用钢的突破点， 并 正式列为国家重点技术创新项目。目前我国钢结 构建筑物迅速崛起、前景十分广阔。钢结构建筑物具有抗灾能力强、资源可回收再 生、占地面积少、使用面积大、施工速度快、综 合成本低等优点，受到国内外建筑师的青睐，并 被国家建设部定为绿色环保型建筑物。 钢结构建 筑的制作可实现规模化、标准化和产业

45、化，可实 现工厂化预制：在工厂定型生产后，在建筑工地 进行拼装和组建。由于钢结构建筑物的以上优点，在发达国家已 占建筑物总量的40%50%，而在我国不足5%。 在美国、日本等国钢结构用钢材量已占钢产量的 30%，在我国建筑用钢约占钢材总量的30%，却以螺纹钢和园钢为主，而建筑钢结构用材仅为1.5%左右，而发达国家建筑用钢是以钢结构用材 为主。钢结构建筑物主要分为轻钢结构、空间网架和 网壳结构、高层建筑物结构和厂房钢结构。 网架 和网壳结构广泛用于大型超市、展览馆、体育馆、 大型娱乐场馆、候车厅、机场、仓库等大跨度、 大悬臂建筑。轻钢结构一般是以彩钢板为屋面和 墙面，以薄壁型钢作檀条和圈梁，以焊

46、接 H型钢 为柱梁,以门式刚架为主要结构的建筑。轻钢结 构在国外广泛用于单层厂房、住宅、仓库、旅游 和商业建筑，具有重量轻、造价低、外观美观、 施工快、抗震好、易维护等优点，目前在我国住 宅建筑中获得广泛的应用。北京、天津、上海、 重庆等直辖市以及浙江、安徽、山东、辽宁、湖 南等省有关城市均启动了轻钢结构住宅区的示 范工程。轻钢结构住宅的标准化和产业化将使我 国住宅建筑跟上世界发达国家的潮流并进入绚 丽多彩、百花齐放的新纪元。必须指出，钢结构建筑物的防腐问题任重而道 远，我国对钢结构建筑物的防腐蚀措施严重滞后 于应用，国外建筑用结构钢广泛使用热镀锌钢 材，在我国首先应在轻钢结构、网架和网壳结

47、构的建筑物上推广使用镀锌钢材。因此当前热镀锌行业必须积极加强与国际镀 锌协会、国外镀锌行业的联系，积极推广国外的 先进经验，大力加强与结构钢行业协会的联系， 大力宣传和推广热镀锌结构钢在钢结构建筑物 上的应用。3.1.2钢筋混凝土用镀锌钢材钢筋混凝土广泛应用于建筑和基础设施中， 有 关文献报道国内外钢筋混凝土的腐蚀破坏主要 原因是“盐害”，一般情况下碱性的混凝土可以 防止钢筋腐蚀，但由于氯化物、大气中二氧化硫 和酸雨的作用，改变了碱性环境使钢筋产生腐 蚀，由于腐蚀产物的体积增加 210倍使钢筋混 凝土产生内应力并形成初始裂纹，裂纹的扩张变 成裂缝，又进一步加剧了介质对钢筋腐蚀， 从而 导致混凝

48、土的破碎及钢筋的断裂。 一方面我国海 岸线长、盐碱地多，自然环境中的氯离子对钢筋 混凝土的腐蚀严重；另一方面我国大部分地区处 于北温带,在寒冷的北方地区冬季广泛使用“化 冰盐”，“化冰盐”对桥梁建筑（城市立交桥、公 路桥、铁路桥）的腐蚀十分严重，其中北京西直 门立交桥因盐害而严重腐蚀，使用不到 20年就 拆除重建。有人估计2000年度我国以钢筋混凝 土为主的基础设施的腐蚀损失高达 1400亿元， 因此对钢筋混凝土的防蚀必须提到议事日程上 来。在多年前欧美已采用热镀锌和涂环氧树脂来 防止混凝土中钢筋的腐蚀。近年美国、加拿大的 研究表明：涂环氧树脂对钢筋的防蚀效果只有在 干燥、无盐份及混凝土没有裂

49、缝、不渗水的条件下才较理想，随着时间的增长环氧树脂与钢筋的 结合强度会减弱，甚至一部分会失去结合强度。 目前钢筋热镀锌已引起日本、台湾地区镀锌工作 者的高度重视，研究表明热镀锌钢筋能有效地抑 制氯离子对钢筋的腐蚀。台湾的研究表明，热镀 锌对钢筋的机械性能无不良影响，近年我国广东 地区的镀锌厂已开始承接港澳地区加工镀锌钢 筋的任务。目前在我国应积极开展钢筋热镀锌的应用研 究、耐蚀机理研究和热镀锌钢筋与混凝土结合力 的研究，积极推动热镀锌钢筋在海洋工程、西部 盐渍地区基础设施和沿海建筑物中的应用。3.2热镀锌的三废治理热镀锌的三废治理已引起人们的关注，发达国 家的热镀锌企业严格进行三废治理， 其热

50、镀锌企 业对环境没有污染，在我国一部分溶剂法热镀锌 企业的烟气、水污染治理技术、设备的落后是我 国镀锌企业与发达国家同类镀锌企业的最大差 距。热镀锌对环境的负面影响来自于以下几个方 面：1.有铅热镀,2.溶剂法镀锌中的溶剂烟、酸 雾以及废酸、废碱和废水的排放；3.铬酸盐钝化。目前在我国板带连续镀锌中除了汽车板生产 外，一般采用传统的锌一铝一铅镀层。为了获得 美丽的大锌花，一般在锌液中加入一定量的铝和 铅，其铅含量一般在 0.05%0.22%。在传统的 低碳钢丝热镀锌中为了获得薄的镀锌层， 往往采 用铅锌法工艺；在钢丝和批量热镀锌中，为了改 善锌对铁的浸润性，便于生产中的捞渣，一般在 锌锅底部加

51、入100200mm的铅液；在可锻铸铁 管件镀锌中，目前大部分企业仍采用底加热铸铁 锅，锌液底部有一层铅以保护锅底。铅是对人体极其有害的重金属元素，毫无疑问 有铅热镀操作中铅蒸汽对人体有害，而含铅镀锌 钢材在使用中的腐蚀产物对环境也有影响。 此外 铅使镀层的晶界腐蚀敏感性大大增加， 也是镀锌 板产生黑锈的主要原因，因此推广无铅镀锌是必 由之路。目前在欧洲积极发展无铅热镀锌： Pb<0.005%，采用无铅热镀锌可以生产无锌花 板，提高镀层表面质量，减少晶界腐蚀的倾向并 改善了镀层的成形性。当前在我国已有许多批量 热镀锌企业采用无铅镀锌工艺。当前热镀锌对环境影响最大的是溶剂法镀锌 中产生的溶剂

52、烟气、酸雾和废液（废酸、废水） 的排放，采用无烟少烟助镀剂、使用酸雾抑制剂、 改进并推广镀锌烟气和酸雾处理装置、推广助镀 剂再生技术和废酸再生处理技术（负压蒸馏结晶 法、蒸发法、硫酸转换法、氧化培烧法、电解渗 透法、扩散透析法），实现镀锌企业废液零排放 是带钢连续镀锌以外的热镀锌企业的当务之急。为了保证镀锌钢板在储运过程中不生白锈， 目 前最常用的方法是铬酸盐处理。由于钝化膜中的 六价铬有良好的自我修复作用，使镀锌板有很好 的耐蚀性。铬酸盐处理液可分为反应型和涂覆型 二大类，前者以铬酸为主，后者为铬酸盐系有机 复合涂层。虽然国内外已进行多年的无铬钝化研 究，但至今在耐蚀性方面仍无法替代有铬钝化。 由于传统的铬酸盐钝化在镀后需要水洗，因此 必需对废水进行处理。目前应加大无铬钝化的研 究力度，同时积极采用免水洗、无排放的磷酸铬 钝化技术，彻底淘汰传统的铬酸、铬酸盐钝化工 乙。必须指出，有一部分中小镀锌企业尚未开展三 废治理，对环境影响较大