镀锌钢板钝化工艺设计

镀锌钢板钝化工艺设计——闫慧林欢欢李婷李纯目录1、钢板镀锌钝化简介 11.1钢板镀锌钝化发展概况 11.1.1钢板镀锌的工艺发展 11.1.2镀锌钢板的钝化发展 11.2钢板镀锌 11.2.1镀锌方法的选择 21.2.2钢板热镀锌的原理 21.3镀锌钢板的钝化 31.3.1钝化方法的选择 31.3.2镀锌钢板钝化的原理 32、工艺设计要求 42.1生产要求和工作线速度 42.2仪器设备及其工艺参数 42.2.1预处理设备 42.2.2热镀锌设备 72.2.3钝化设备 73、镀锌钢板钝化工艺 83.1工艺流程 83.2钢板镀锌钝化生产车间示意图 94、预处理工艺流程设计 94.1预处理工艺流程 94.1.1预处理工艺流程图 94.1.2预处理主要工艺条件 104.2预脱脂 104.2.1脱脂原理及方法的选择 104.2.1预脱脂工位 114.3脱脂 124.4碱液配制系统 144.5水刷洗 144.6喷淋水洗 154.7软水直冲 164.8热风烘干 174.9连续热镀退火 184.9.1退火的原理 184.9.2退火中晶体的变化 184.9.3实际退火的流程 194.9.3退火炉设备选择 204.9.4工艺设备及参数 214.9.5其他设备及炉内气氛 254.9.6总体装置图 265、热镀锌工艺设计 275.1锌液的化学成分对镀锌层的影响 275.2钢带的化学成分对镀锌层的影响 285.3浸镀时间和温度对镀锌层的影响 285.4热镀锌设备 295.4.1锌锅 295.4.2热平衡计算 305.4.3锌锅设备 316、钝化工艺流程设计 326.1钝化工艺流程 326.2三价铬体系的形成 336.2.1三价铬的络合体系 336.2.2三价铬络合步骤及机理 336.3三价铬钝化配方及其工艺条件的选择 346.3.1钝化配方的选择 346.3.2钝化液配方的作用机理 346.3.3各成分的作用及其操作条件的影响 346.4封闭处理 356.5钝化工艺设备及其参数设定 356.5.1钝化设备结构示意图 356.5.2钝化处理工艺条件 366.6出光工位 366.7钝化工位 376.7.1工艺槽 376.7.2循环系统 406.7.3辊涂工位 416.8两次水清洗工位 436.9热水封闭工位 436.10烘干工位 446.11冷却工位 457、耐指纹处理 457.1耐指纹涂料的组成与选择 467.2德国汉高NOVACOAT300有机涂料 467.3成膜过程： 467.4耐指纹工艺 467.4.1耐指纹工艺流程 467.4.2耐指纹系统设备及其工艺参数 477.5烘干及冷却工艺 487.5.1烘干 487.5.2冷却 488、废水处理工艺设计 498.1废液处理总工艺 498.2废酸废水的中和处理 508.3含铬污水处理 519、镀锌钢板的质量检验 529.1检验前取样 529.2机械性能检测 539.2.1拉力试验 539.2.2深冲试验 549.2.3分层试验 559.2.4硬度试验 559.3镀锌层质量检测 569.3.1韧性与粘附性测定 569.3.2锌层厚度测定 579.3.3粗糙度测定 579.3.4均匀度测定 589.4耐腐蚀测定 589.4.1盐水喷雾试验 589.4.2潮热试验 599.4.3浸渍试验 591、钢板镀锌钝化简介1.1钢板镀锌钝化发展概况1.1.1钢板镀锌的工艺发展1937年美国建立了第一条连续热镀锌带钢生产线，1942年在美国建成了第一条连续电镀锌带钢生产线。我国热镀锌生产发展一直处于滞后状态。20世纪50～70年代,我国先后建设了约15套单张溶剂法热镀锌机组,总产能约10万t/a。1979年武钢从德国引进并建成了我国第1套产能为15万t/a的连续热镀锌机组。到20世纪90年代,我国连续镀锌生产获得较快发展,全国已有11套连续热镀锌机组,总产能已达182万t/a,镀锌板产量约占钢材总量的2%。21世纪初,国营特大型钢铁企业从国外引进高产能镀锌机组(一般为35～50t/a)。1.1.2镀锌钢板的钝化发展1920年后出现以铬酸为主要成份的六价铬镀液,并一直沿用至今,但六价铬钝化毒性大，对环境污染严重，三价铬镀铬自1854年开始研究以来,已有一百五十多年历史,1975年6月英国Albright&Wilson公司发表了一项可用于实际生产的三价铬镀铬工艺。介绍于世后即为日本、美国、加拿大、西德、法国等国家引用并改进。我国从六十年代起进行试验，1975年底扬州无线电仪器厂进行三价铬镀铬试验,于1979年上半年试验成功，目前三价铬钝化在耐蚀性和装饰性方面已较接近铬酸钝化工艺，有希望取代铬酸钝化工艺。20世纪70年代开始开发无铬转化处理，但无铬钝化技术在耐蚀性能方面还远落后于铬酸盐钝化，大多数仅限于实验室研究阶段，随着研究进展的深入，无铬钝化工艺已成为必然。1.2钢板镀锌钢板表面镀锌是目前国际上使用最多一种防止钢材腐蚀的方法。钢板表面的镀锌层不仅具有机械保护作用和牺牲阳极保护作用，同时还具有美观的作用。因此，镀锌钢板广泛应用于汽车，建筑，家电等行业。1.2.1镀锌方法的选择目前世界各国使用较多的镀锌方法主要有两种：热镀锌和冷镀锌。冷镀锌又称为电镀锌，由于其生产工艺较复杂，并且镀层比较薄、耐腐蚀性较差，故仅适用于小规模的生产，世界年产量仅为热镀锌的1/7。同其他钢材防腐措施相比，热镀锌钢材的成本费用低，生产率高，能快速地施加镀层，操作方法简单，生产工艺可靠，而且易于实现机械化和自动化。本次镀锌工艺选用热镀锌方法，连续生产。1.2.2钢板热镀锌的原理在钢管热镀锌过程中，锌液与铁基体反应导致钢管表面层化学成分和组织结构的改变，从而形成铁锌合金层。它使锌层与基体相结合。热镀锌时，镀锌层的形成主要是由于两种反应．即界面反应和扩散反应的结果。当钢管与锌液接触时，少量的锌扩散到铁中，形成α相（锌在α-铁中的固溶体），在铁—锌的分界面上构成γ相（Fe5Zn21，体心立方晶格），δ1相（FeZn7，六方晶格）则由铁原子通过γ相层的扩散而形成。ζ相（FeZn13，斜六方晶格）的较少量的铁是由这些铁原子通过γ和δ1相层的扩散而实现的。有时ζ相结晶伸展到外部的纯锌层内，形成η相（铁在锌中的固溶体）。铁与锌液的相互作用可按下述步骤进行：在固相(合金层)里铁原子扩散钢板与锌液接触形成在固相(合金层)里铁原子扩散钢板与锌液接触形成合金层铁原子从固相向液相相(锌液)转移在液相里铁原子的扩散铁原子从固相向液相相(锌液)转移在液相里铁原子的扩散FeFeZnαγδ1ζη镀锌层组织分布图在镀锌层的五个相层中，对它的特性起决定性作用的是γ相、δ1相和ζ相。γ相和ζ相质硬而脆，它们显著地降低了镀层的塑性。δ1相和η相塑性较好。因此，在热镀锌生产中，人们尽量增加δ1和η相的厚度而减少γ相和ζ相的厚度，其中最关键的是δ1相和ζ相。铁锌合金层的性质主要决定于δ1相和ζ相的增长特性。因为在铁锌合金层中一般总有一个相层比其他的相层要厚得多，所以，δ1相层厚，则ζ相层就薄；而δ1相层越薄，则ζ相层就越厚。1.3镀锌钢板的钝化1.3.1钝化方法的选择六价铬钝化一般采用铬酸盐钝化液性能稳定,成本低廉、钝化工艺简单、钝化膜光泽性和抗蚀性能好，得到广泛应用，但六价铬化合物有较强的氧化性，对人体的消化道、呼吸道、皮肤和粘膜都有很大的伤害，甚至有致癌作用，对环境的污染较大；三价铬钝化由于三价铬的毒性只有六价铬的1%，能在较大程度上减少对于环境的污染，经过半个多世纪的发展，到现在已发展为较成熟的工艺，钝化膜具有较好的耐蚀性，同时可通过改善工艺条件钝化膜相对于铬酸盐钝化膜较薄，膜层无自修复能力，尚有不足之处，三价铬处理还需辅以封闭后处理；无铬钝化工艺无污染、对环境友好、处理间的耐蚀性较好，但是目前的大部分处于实验室研究阶段，工艺还有待进一步发展，此外某些原料贵成本高，利润小。综合考虑环境、工艺成熟性、成本等因素我们选用无色三价铬钝化，并辅以封闭处理。1.3.2镀锌钢板钝化的原理其钝化的机理可用薄膜理论来解释，即认为钝化是由于金属与氧化物质作用，作用时在金属表面生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、牢固地吸附在金属表面上的钝化膜。这层膜成独立相存在，通常是氧化金属的化合物。它起着把金属与腐蚀介质完全隔开的作用，防止金属与腐蚀介质接触，从而使金属基本停止溶解形成钝态达到防腐蚀的作用。锌的化学性质活泼，在大气中容易氧化变暗，最后产生“白锈”腐蚀。镀锌后经过铬酸盐处理，以便在锌上覆盖一层化学转化膜，使活泼的金属处于钝态，这就叫锌层铬酸盐钝化处理。这层厚度只有0．5μm以下的铬酸盐薄膜，能使锌的耐蚀性能提高6倍～8倍，并赋予锌以美丽的装饰外观和抗污能力2、工艺设计要求2.1生产要求和工作线速度生产纲领：30万t/年产品规格：家电、汽车钢板带钢规格：St14（西德钢号）带钢尺寸(mm)：1200×0.75带钢密度：7.85×103kg/m3作业时间：年工作日300天(扣除一个月的机器检修和35天的节假日)；每天工作24h；作业班次为3班/天，每班工作时间为8小时工作时间：300d×24h/d×60min/h=432000min生产线速度：

30×1000㎏432000min×7.85×1000㎏/m3×1200mm×0.75mm2.2仪器设备及其工艺参数2.2.1预处理设备设备规格或型号数量备注预脱脂工作槽12*1.7*0.8m(L*W*H)1不锈钢棚体（厚度2mm），碳钢框架脱脂、水刷洗工作槽5*1.7*1.2m(L*W*H)2不锈钢棚体（厚度2mm），碳钢框架，机架外涂防腐漆喷淋水洗立式工作槽1.35*1.7*3m(L*W*H)1壁厚3~8mm，不锈钢材质，碳钢框架软水直冲工作槽3*1.7*1m(L*W*H)1不锈钢材质预脱脂储液槽10*1.7*1.5m(L*W*H)1不锈钢304材质，壁厚2mm,碳钢框架外包0.8mm镀锌板，夹层材质岩棉脱脂、水刷洗储液槽3*1.3*1m(L*W*H)1不锈钢304材质，壁厚2mm,碳钢框架外包0.8mm镀锌板，夹层材质岩棉喷淋水洗储液槽2*1.4*1.5m(L*W*H)1不锈钢304材质，壁厚2mm,碳钢框架外包0.8mm镀锌板，夹层材质岩棉软水直冲储水槽2*1*2m(L*W*H)1不锈钢钢板，壁厚2mm烘干箱体5*1.7*1.5m(L*W*H)1碳钢焊接结构循环水泵1BQW32-90,流量32m3/h，扬程90m，功率22kW2不锈钢泵循环水泵2DL12-80，流量12m3/h，扬程80m，5.5kW4不锈钢泵循环水泵3CDLF16-120，扬程为150m，流量为14m3/h，11kW2不锈钢泵水泵IRG40-160A，流量5.9m3/h，扬程28m，功率1.5kW2不锈钢泵喷嘴流量2~5L/min268304不锈钢交流变频驱动电机4kW16上下挤干辊单独传动和支承辊的传动挤干辊外径250mm，辊长1.5m10一上一下挤干,辊面衬氯丁橡胶，厚度15mm刷辊外径300mm,辊长1.5m8上下各两个刷辊电机11kW8普通交流电机8极，直连形式，单独传动刷辊支承辊外径250mm，长1.5m4辊面镀铬毛化蒸汽换热器3盘管材质不锈钢转向沉没辊外径650mm,辊长1.5m8辊面镀铬风机P=5~7bar，t=150~170℃75kW1配G120交流变频电机预热炉部件规格或型号预热炉尺寸1.3*1.5*5.0m(L*W*H)炉顶形式平顶炉侧喷嘴左右各60个外壁材料及厚度Q235A，8mm内壁材料及厚度Cr25Ni20,1mm炉衬材料及厚度硅酸铝，125mm炉底材料及厚度硅酸铝，183mm天然气通入量，标准立方米/时1200燃烧空气通入量，标准立方米/时9600煤气消耗，标准立方米/吨28.5平均生产率，吨/时28过剩空气系数（λ值）0.95热耗量，千卡/公斤220炉底辊材质X10NiCrW-48-28-5，直径180mm，壁厚7mm，有效长度2000mm还原炉部件参数还原炉尺寸11.0*1.75*5.0m(L*W*H)外壁材料及厚度Q235A，6mm内壁材料及厚度Cr25Ni20，1mm炉衬材料及厚度硅酸铝，350mm炉底材料及厚度硅酸铝，183mm加热段温度，摄氏度720~750均热段温度，摄氏度780平均生产率，吨/时28热耗量，千卡/公斤160辐射管参数类型W型蓄热式辐射管数量190个外径/内径178/170mm材料（前2直管与前2弯头）25Cr35Ni材料（后2直管和后弯头）SCH22辐射管平均温度，摄氏度920辐射管最高温度，摄氏度960燃气天然气燃气耗量，标准立方米/时20.2烧嘴功率，千瓦200冷却炉部件参数冷却炉尺寸20.0*1.5*4.8m(L*W*H)外壁材料及厚度Q235A，8mm内壁材料及厚度Cr25Ni20，1mm炉衬材料及厚度硅酸铝，187mm炉底材料及厚度硅酸铝，183mm冷却形式循环喷射，静力冷却冷却风机数量，台4冷却风机抽风量，立方米/分钟480风机压强2.45kPa热张辊参数外壳材料及厚度碳钢，6mm耐腐蚀材料及厚度304不锈钢，1mm保温材料及厚度硅酸铝，175mm风机类型循环风机抽风量，立方米/分钟480工作压强4.25MPa2.2.2热镀锌设备设备规格或型号数量备注锌锅4.25*3.0*1.78m(L*W*H)1外壳为不锈钢钢壳，内衬为耐火材料沉没辊Φ600mm×1400mmL,(SUS316L)1特殊的不锈钢带槽稳定辊Φ200mm×1400mmL(SUS316L)2特殊不锈钢气刀主喷嘴:2100mmL、辅助喷嘴:200mmL24喷嘴成锐角，合金钢镀铬板钢制刀唇缝隙:1.0mm缝隙恒定主喷嘴流量:Max4100Nm3/Hr主要喷嘴+辅助喷嘴喷吹气体空气，喷吹压力:Max.1.2kgf/cm2G辅喷嘴类型:EPC自动宽度的设定同步旋转轴驱动行程:自工作侧和传动侧各685mm2.2.3钝化设备设备参数数量备注出光装置槽4.0×1.4×2.0m(L*W*H)1钝化槽圆柱形槽容量2000LV=S*H=π*0.62*2=2.26m3=2260L1用于储存废液均采用不锈钢材料（CrNi18Ti9）焊接而成长方体形槽4.0×1.4×2.0m(L*W*H)1用于出光、热水封闭棱台形槽Ⅰ原液槽2个：容量200L（上底长1.0m*宽0.9m，下底长0.90m*宽0.8m，高1.2m，厚度20mm）Ⅱ配液槽2个：1,容量1000L（上底长2.0m*宽1.5m，下底长1.4m*宽1.0m，高1.5m，厚度20mm）.2,容量500L（上底长1.6m*宽1.2m，下底长1.3m*宽1.0m，高1.3m，厚度20mm）4包括原液槽、配液槽、循环槽、钝化槽、工作槽热风烘干器加热形式——u型电加热管；加热功率——300Kw1炉内温度——70-100℃，烘干板温——60℃~80℃。蒸汽热交换器1盘管材质为不锈钢箱体1箱体外板—冷轧板；箱体内板—镀锌板风管1风道材料——镀锌板风机风机压力——5-7bar；风机功率——75Kw；循环风量——20000m3/h6采用冷风对流式耐指纹烘干装置13米600Kw高辐射红外加热器根据实际温度自动可调节功率有机涂层循环系统涂敷辊速度（mpm）50m/min～150m/min带液辊速度（mpm）50m/min～150m/min带液辊与涂敷辊辊间压力：150～400kg；涂敷辊距离：80～90mm2一用一备耐指纹槽1400mm*(100～570）*3000（(L×W×H)mm,厚度18mm1不锈钢材料3、镀锌钢板钝化工艺3.1工艺流程钢带上线→预脱脂→碱刷洗→水刷洗→喷淋水洗→软水直冲→热风烘干→预热炉→还原炉→冷却→热镀锌→冷却→钝化→热水清洗→烘干→冷却→耐指纹处理→红外线烘干→冷却→检查3.2钢板镀锌钝化生产车间示意图下件区上件区1下件区上件区124567891011121314151617183191-预脱脂；2-碱刷洗；3-碱液配置系统；4-水刷洗；5-喷淋水洗；6-软水直冲；7-热风烘干；8-预热炉；9-还原炉；10-冷却；11-热镀锌；12-冷却；13-钝化；14-热水清洗；15-烘干；16-冷却；17-耐指纹处理；18-红外线烘干；19-冷却4、预处理工艺流程设计4.1预处理工艺流程4.1.1预处理工艺流程图预脱脂→碱刷洗→水刷洗→喷淋水洗→软水直冲→热风烘干→预热炉→还原炉→冷却上件区预脱脂上件区预脱脂碱刷洗水刷洗喷淋水洗软水直冲热风烘干预热炉还原炉冷却碱液配置系统4.1.2预处理主要工艺条件工序工作方式温度/℃压强/MPa工作介质预脱脂喷70-900.2碱性脱脂剂碱洗脱脂喷+刷60-850.1-0.2碱性脱脂剂水刷洗喷+刷700.1-0.2自来水喷淋水洗喷室温0.08-0.12自来水软水冲洗冲/喷室温0.08-0.12二次去离子水热风烘干吹风1500.1热空气预热炉吹风150~2000.1热保护气还原炉辐射加热720~8200.1氮气、氢气冷却炉吹风460~4800.1冷气4.2预脱脂4.2.1脱脂原理及方法的选择热轧带材在高速冷轧变形过程中，存在一定的前滑区和后滑区，该区域轧辊和带钢表面在很大的摩擦力作用下，会有铁粉从轧辊表面及带钢表面脱落，其中一部分进入乳化液中，污染了乳化液；另一部分滞留于带钢表面。同时，被轧制的带钢在辊缝处除了接受乳化液油膜的润滑作用，还会有少量油脂残留在带钢表面，这些油脂和残留铁粉混合在一起，牢固地粘附在带钢表面，构成了冷轧钢板表面污染物，它对其后的退火、涂镀层深加工十分有害，必须通过脱脂工序将其清除。钢带表面预处理脱脂的方法主要有：有机溶剂脱脂、化学脱脂、电化学脱脂、擦拭脱脂、滚筒脱脂等。有机溶剂大部分有毒性，电化学阴极反应脱脂容易渗氢，擦拭脱脂劳动强度大工效低，滚筒脱脂不适于大型零件，所以最终选择化学脱脂，虽然脱脂较慢，但设备简单且安全成本低。化学脱脂是发挥脱脂剂的皂化作用、乳化作用和络合作用，通过润湿、渗透、卷离、分散和增溶的方式，将钢板表面的油脂去除。化学脱脂还分为碱性、酸性和乳化剂脱脂。而钢带表面油脂分为两种，一种是动植物油，另一种是矿物油。酸性除油只适用于有少量油污且不易被酸腐蚀的金属制品，乳化液除矿物油效果好，而碱液脱脂效果好，一直被大量使用在生产工艺中。所以通过对比，最终选择以碱液脱脂为主，在碱液中配以表面活性剂增加乳化效果、消泡剂消除产生的泡沫以及助洗剂。碱液组分及其性质见下表：从上表可以看出，从脱脂力、润湿渗透力、分散力、乳化力、活性碱度等5项综合指标评价，效果最好的是碱组分中的NaOH、Na2SiO3和Na3PO4。选用的脱脂剂为FM-T1011碱性粉末脱脂剂：产品为白色粉末，与水完全互溶，活性成分含量高，清洗效果好。4.2.1预脱脂工位预脱脂工位在脱脂工位之前，采用碱液喷洗的方式除去钢带表面易于清洗的油脂，淡化油脂层，为脱脂做准备。主要部分包括:储液槽、卧式工作槽、循环水泵、出口挤干辊。辅助设备：出口挤干辊配备交流变频驱动电机作为辅助传动。工作槽内液体以重力溢流方式回流到储液槽。预脱脂装置：循环水泵循环水泵碱液喷嘴喷淋管架储液槽蒸汽换热器工作槽出口挤干辊0.4m钢带工件宽为1.2m，工件表面与喷嘴距离h为0.4m，喷射角θ为60°，则计算喷射直径为:d=2×h×tan（θ/2）=2×0.4×tan30°=0.462m。每排喷嘴间间隔0.4m，每个喷嘴间隔0.4m。那么每个根喷淋管上3个喷嘴，共2×（12÷0.4）根喷淋管，则一共需要喷嘴2×(12÷0.4)×3=180个。喷嘴压力为0.2MPa，设定喷嘴在此压力下流量为2L/min。喷嘴安装的示意图：hhd设备主要参数：设备规格或型号数量备注工作槽12*1.7*0.8m(L*W*H)1不锈钢棚体（厚度2mm），碳钢框架储液槽10*1.7*1.5m(L*W*H)1不锈钢304材质，壁厚2mm,碳钢框架外包0.8mm镀锌板，夹层材质岩棉循环水泵BQW32-90-22KW,流量32m3/h，扬程90m，功率22kW2一用一备喷嘴压力0.2MPa,流量2L/min180304不锈钢交流变频驱动电机4kW2上下挤干辊单独传动挤干辊外径250mm，辊长1.5m2一上一下挤干,辊面衬氯丁橡胶，厚度15mm蒸汽换热器1盘管材质不锈钢4.3脱脂脱脂原理及方法和预脱脂相同。碱液脱脂设备通过刷辊的刷毛刷洗和碱液冲洗，进一步去除带钢表面的油污。其结构由储液槽、工作槽、循环水泵、喷淋管、喷嘴、刷辊、挤干辊等组成。循环水泵将工作液从储液槽内输送到工作槽的喷淋管内，通过喷淋管上的喷嘴喷洒到带钢表面。上下各2个刷辊分别逆向刷洗钢板的上下表面。工作液汇集到槽底，从底部集流管流回到储液槽（与预脱脂共用储液槽）。储液槽内装有蒸汽换热器，自动控制槽液温度。配有液位显示，人工配液（碱液配置系统）、补液。刷辊与带钢的接触压力可调，电流表安装在辊刷机旁，由手动螺旋升降机构调节限位块位置以调整刷辊与带钢的接触压力。辊子轴承座安装在槽体外部独立的支座上。碱刷洗槽示意图：循环水泵循环水泵碱液喷嘴刷辊喷淋管架支承辊储液槽蒸汽换热器工作槽挤干辊1m钢带设备主要参数：设备规格或型号数量备注工作槽5*1.7*1.2m(L*W*H)1不锈钢棚体（厚度2mm），碳钢框架，机架外涂防腐漆储液槽3*1.3*1m(L*W*H)1不锈钢304材质，壁厚2mm,碳钢框架外包0.8mm镀锌板，夹层材质岩棉刷辊外径300mm,辊长1.5m4上下各两个刷辊电机11kW4普通交流电机8极，直连形式刷辊支承辊外径250mm，长1.5m4辊面镀铬毛化挤干辊外径250mm，辊长1.5m2一上一下挤干,辊面衬氯丁橡胶，厚度15mm交流变频驱动电机4kW6上下挤干辊单独传动和支承辊的传动循环水泵DL12-80，流量12m3/h，扬程80m，5.5kW2一用一备蒸汽换热器1盘管材质不锈钢喷嘴压力0.3MPa,流量3L/min30304不锈钢4.4碱液配制系统碱液配制系统是配制和储存浓碱液并分别向预脱脂和脱脂的储液槽供送一定浓度、温度的循环使用的碱液。它由配制罐、搅拌机、泵、阀、配管、相应的检测仪表等组成。首先将外购的固态原料浓碱溶液经配制罐配制成一定浓度并加热到70~80℃后，用碱液供给泵输送到机组碱液循环系统的碱液循环槽。要求不输送碱溶液时为旁通自循环。配制操作参数：①槽液温度：70~80℃；②使用浓度：20~40g/L（根据清洗效果可适当调整）；③使用去离子水配制槽液，可减少带钢生锈。槽液配制：①浓缩液配制：在工作槽之外，将外购的FM-T1011碱性粉末脱脂剂配制成浓缩液备用。浓缩液的浓度最大可达500g/L。配制时先将去离子水预热至40~50℃，开启搅拌器，慢慢加入所需外购脱脂剂。②工作液配制：配制时先加入去离子水，并预热至40~50℃，开启搅拌器，慢慢加入所需量外购脱脂剂。生产过程中，根据实际情况，加入适量的浓缩液或去离子水。4.5水刷洗水刷洗是通过刷辊的刷毛刷洗和热水冲洗，进一步去除带钢表面上留下的浮油和碱液。槽盖可手动打开。结构：设备由储液槽、工作槽、循环水泵、喷淋管、喷嘴、刷辊、挤干辊、蒸汽换热器等组成。循环水泵将工作液从储液槽内输送到工作槽的喷淋管内，通过喷淋管上的喷嘴喷洒到带钢表面。上下各2个刷辊分别逆向刷洗钢板的上下表面。工作液汇集到槽底，从底部集流管流回到储液槽。储液槽内装有蒸汽换热器，自动控制槽液温度，温度范围70~80℃。配有液位显示，人工配液、补液。设备的安装和工作流程与碱刷洗基本相同。设备主要参数：设备规格或型号数量备注工作槽5*1.7*1.2m(L*W*H)1不锈钢棚体（厚度2mm），碳钢框架，机架外涂防腐漆储液槽3*1.3*1m(L*W*H)1不锈钢304材质，壁厚2mm,碳钢框架外包0.8mm镀锌板，夹层材质岩棉刷辊外径300mm,辊长1.5m4上下各两个刷辊电机11kW4普通交流电机8极，单独传动挤干辊外径250mm，辊长1.5m2一上一下挤干,辊面衬氯丁橡胶，厚度15mm交流变频驱动电机4kW2上下挤干辊单独传动循环水泵DL12-80，流量12m3/h，扬程80m，5.5kW2一用一备蒸汽换热器1盘管材质不锈钢喷嘴压力0.3MPa,流量3L/min30304不锈钢4.6喷淋水洗喷淋水洗装置在水刷洗装置之后，主要是为了淋洗在刷洗过程中留下的残余物质。设备由立式工作槽、储液槽、循环水泵等组成。带钢经过槽的下部沉没辊和上部转向辊，沉没辊和转向辊均配备交流变频驱动电机作为辅助传动。上部转向辊配置压紧挤干辊，将带钢表面存液挤干，避免工作液混流。工作槽内液体由喷淋管喷入，以重力溢流方式回流到储液槽，储液槽配有液位显示，人工补液、换液，每两天换一次水。喷淋水洗示意图：0.5m0.5m挤干辊转向辊立式工作槽上下喷淋管架上下喷淋管（3个喷嘴/根）钢带储液槽循环水泵沉没辊设备主要参数：设备规格或型号数量备注立式工作槽1.35*1.7*3m(L*W*H)1壁厚3~8mm，不锈钢材质，碳钢框架储液槽2*1.4*1.5m(L*W*H)1不锈钢304材质，壁厚2mm,碳钢框架外包0.8mm镀锌板，夹层材质岩棉转向沉没辊外径650mm,辊长1.5m4辊面镀铬挤干辊外径650mm,辊长1.5m4辊面衬氯丁橡胶，厚度15mm交流变频电机4kW6循环水泵CDLF16-120，扬程为150m，流量为14m3/h，11kW2一用一备喷嘴压力0.3MPa,流量3L/min18304不锈钢材质4.7软水直冲软水直冲工位是在喷淋水洗之后利用二次去离子水在钢带上下表面冲洗，以达到去除之前水洗留下的污渍以及自来水中的残留物的目地。是钢带预处理中清洗的最后一个步骤。在这一设备中，带有喷嘴的喷管安装在工作槽的两侧，分别向钢带上、下表面喷出高压的软水（二次去离子水）冲洗钢带表面。水以重力溢流的方式回到储液槽。储液槽中的水需每天换一次，换下的水可用在前两个步骤的水洗，也可回收重新处理循环使用。软水直冲示意图：循环水泵循环水泵两侧喷管喷嘴钢带转向辊储水槽设备主要参数：设备规格或型号数量备注工作槽3*1.7*1m(L*W*H)1不锈钢材质储水槽2*1*2m(L*W*H)1不锈钢钢板，壁厚2mm喷嘴压力0.5MPa，流量5L/min10304不锈钢，喷管材质为不锈钢水泵IRG40-160A，流量5.9m3/h，扬程28m，功率1.5kW2喷管外径100mm，长3m2不锈钢材质转向辊外径650mm,辊长1.5m4辊面镀铬4.8热风烘干钢带在软水冲洗之后需要经过热风烘干方可进入高温炉中进行表面还原。热风通过上下两个吹风管吹出，经过钢带表面，残余的热风经回风管重新利用，节约能源。热风温度约150℃。热风烘干的简要示意图：热风热风燃烧室吹风管回风管钢带设备主要参数：设备规格或型号数量备注风机P=5~7bar，t=150~170℃75kW1配G120交流变频电机箱体5*1.7*1.5m(L*W*H)1碳钢焊接结构4.9连续热镀退火4.9.1退火的原理冷轧时钢带是在常温之下受轧辊的高压作用产生变形的，原热轧板均匀一致的等轴晶粒经过压力变形产生畸变，成为椭圆形甚至纤维状的组织。与此同时，在晶粒内部产生一些相互平行的滑移，这样的晶粒内部缺陷较多，内应力较大，但由于温度低、内部能量小，晶粒无法自动恢复到等轴晶组织，因而最终的产品就是冷轧时变形了的纤维状的组织，硬度较高，塑性较差。这种因压力加工而导致的组织变硬现象叫“加工硬化”现象。由于冷硬板不能满足一般用途的需要，必须经过加热，使内部组织获得能量，从而发生回复，释放能量．然后再结晶成等轴晶组织。冷硬板的退火有周期性作业的罩式退火，也有连续生产线作业的连续退火，其产品叫冷轧板，可以作为最终产品，再进行热镀锌工艺即可生产出镀锌钢板。我们设计的加热方式是辐射加热，辐射加热的原理是利用燃烧气体在辐射管内部燃烧，发出的热量传递给管壁，管壁再通过热辐射的方式将热量传递给钢带。这种加热方式的优点是能使燃烧区域的气氛与钢带加热区的气氛隔离开来，互不干扰，既保证钢带加热区处于完全还原性质，改善了钢带的还原效果，提高产品质量，也能使燃气在氧气充裕的气氛中充分燃烧，释放出应有的热量。4.9.2退火中晶体的变化冷硬板在再结晶退火时的组织转变过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段，如下图所示。钢带在加热炉内退火过程中，组织随温度变化的曲线图：4.9.3实际退火的流程镀锌退火炉的形式虽然有多种多样，但一般都是由预热段、加热段、均热段、和冷却段组成。预热段只有以燃气作热源的加热炉才设置，是利用加热段燃烧后的废气对钢带进行预热的区域。设立预热段可以便钢带预热至200~300℃，节约燃料15％~20％。加热段是使不同品种的钢带加热到规定的退火温度的主要加热区域，加热段的炉温和板温的差别最大，钢带在加热段吸热最多，升温最快。根据加热方式的不同，可分为明火直接加热的无氧化炉和辐射管间接加热炉两大类。均热段是为了使钢带的内部和外表、中心和边缘部分温度均匀化，将钢带在退火温度范围内保温一段时间的区域。由于钢带在加热段升温较快，内部和表层有一定的温度差，中心和边缘部位的温差更大。这对钢带组织和性能的均匀性，特别对板形的影响较大，因而有必要进行均匀化处理。均热段炉温和板温的差别不太大，或大致相同，因而采用辐射管或电阻丝加热。冷却段是将钢带由退火温度冷却到镀锌温度，一般采取喷气冷却。将炉内保护气体采用热交换器冷却，冷却以后再喷到钢带上，吸收钢带的热量，再循环冷却。4.9.3退火炉设备选择我们本次采用的是美钢联法来生产热镀锌，所以采用的是辐射管加热，并且采用燃气做热源。辐射管选择:辐射管有鼓入式辐射管与抽吸式辐射管以及最新的蓄热式辐射管三种，鼓入式辐射管是由鼓风机将助燃空气吹入辐射管，万一辐射管破裂，那么由于辐射管内是正压，气体会进入带钢加热区造成氧化。抽吸式辐射管则刚好相反，它将辐射管抽成负压，使空气自动吸入辐射管。我们采用的蓄热式辐射管则吸取了抽吸式辐射管的优点，并加以改进，使得能耗降低。如下所示，该系统一根辐射管配置两个烧嘴。两个烧嘴交替燃烧，A烧嘴工作时，助燃空气先经A烧嘴的蓄热体加热，然后再与燃料混合燃烧；燃烧后的烟气加热辐射管后经过B烧嘴的蓄热体由烟道排出。一段时间后，高温烟气将B烧嘴的蓄热体加热到了一定的温度。改变辐射管中气体的流动方向，B烧嘴工作，助燃空气由B烧嘴流入，烟气由A烧嘴排出助燃空气和热烟气如此交替地流经A、B两烧嘴的蓄热体，通过蓄热体交换热量，将助燃空气预热至接近辐射管管壁温度，烟气温度可降至200℃以下，从而实现烟气热量的极限回收。空气、烟气流动方向的变换和烧嘴燃料气的通断是通过专用阀门和控制系统来实现的。方便安全，目前市场上已广泛使用。蓄热式辐射管燃烧系统的结构示意图炉型选择：我们采用设备均是立式炉，以减少占地面积，降低成本。因为辐射管加热炉的炉气温度一般在800~900℃，要比改良森吉米尔法的无氧化炉低300~400℃，所以加热速度较慢，必须增加钢带在炉内的加热时间，对于卧式炉来说就意味着要增加炉区的长度，而对生产率较高的机组，卧式炉太长严重影响整个退火炉的占地面积，直接影响成本、安全等其他因素，所以是无法满足需要的，必须采用立式炉。炉材料选择：炉外壁材料采用的是均是碳素钢材料Q235A，这种钢材的优点是焊接性能与热加工性能较好，价格也较便宜，市场上较常见，货源充足，性能也满足热镀要求。炉内壁材料选用的Cr25Ni20，一种高铬镍奥氏体不锈钢，它具有很高的耐蚀性，良好的冷加工性和良好的韧性、塑性、焊接性和无磁性，但一般强度较低。在炉外壁与保温材料之间起到耐辐射的作用，但因其强度不高，所以厚度一般不大，设备中只采用了1mm的耐腐蚀层。炉内的炉衬（保温材料）采用陶瓷纤维，它是与炉膛气氛直接接触的一层，起到隔绝温度，减少热量散失的作用，常见的其他保温材料还有耐火砖，采用陶瓷纤维的原因是它具有以下优点：1、低容重，陶瓷纤维炉衬比轻质隔热砖衬轻70%以上，比轻质浇注料衬轻75%-80%，可以大大减轻窑炉的钢结构负荷，延长炉体使用寿命。2、低热容量，炉衬材料的热容量一般与炉衬的重量成正比，低热容量意味着窑炉在往复操作中吸收的热量少，同时升温的速度加快，陶瓷纤维的热容量仅为轻质黏土砖的1/7，大大减少了炉温操作控制中的能源耗量，尤其对间断式操作的加热炉能起到非常显著的节能效果。3、热导率低，陶纤模块在平均温度400度时，导热系数小于0.1W/(m/K)，约为轻质绝热砖的1/2，轻质黏土砖的1/8,绝热效果显著。4.9.4工艺设备及参数①预热炉预热炉结构示意图1-炉门；2-炉壁；3-炉膛；4-上喷嘴；5-下喷嘴；6-炉底辊；7-带钢；8-过道；9-还原炉；上图为预热炉的主要构造图。预热炉用废气加热保护气体，将保护气体直接喷到带钢表面进行加热，使带钢进入还原炉时温度达到200℃，减少还原炉的燃料损耗，带钢进入炉体前采用氮气封，防止氧化气体进入。上下两种喷嘴可以通过人或者电控自动设备控制好加热好的气体流量来控制炉内温度，维持炉内的气体氛围稳定。进入预热炉后带钢的速度为100m/min。预热炉的参数为项目参数炉长，毫米1300炉宽，毫米1500炉高，毫米5000炉顶形式平顶炉侧喷嘴，个左右各60外壁材料Q235A外壁厚度，毫米8内壁材料Cr25Ni20内壁厚度，毫米1炉衬材料硅酸铝炉衬厚度，毫米125炉底材料硅酸铝炉底厚度，毫米183天然气通入量，标准立方米/时1200燃烧空气通入量，标准立方米/时9600煤气消耗，标准立方米/吨28.5平均生产率，吨/时28过剩空气系数（λ值）0.95热耗量，千卡/公斤220炉内的主要传动设备是6-炉底辊，采用耐热合金钢为材料，内部中空，气体或者水进行冷却，防止高温损坏。具体参数为材质直径壁厚有效长度X10NiCrW-48-28-5180mm7mm2000mm市场上设计的一种炉辊设计图，长度等可调节生产②还原炉加热还原炉示意图1-顶盖；2-穿带口；3-辐射管；4密封管；5-张力检测器；6-底盖；这是还原炉也就是加热段的简略图，钢带就是通过这种方式在多个辐射管的加热下达到退火温度。还原炉热量的分布是前面热量多一些，后面分配的热量少一些。因为前面时钢带进入的温度较低，这个时候实际上是加热的一个过程；而后面实际上是一个均热的过程，在一定温度下一定时间让钢带退火完全。还原炉的参数为项目参数炉长，毫米11000炉宽，毫米1750炉高，毫米5000外壁材料Q235A外壁厚度，毫米6内壁材料Cr25Ni20内壁厚度，毫米1炉衬材料硅酸铝炉衬厚度，毫米350炉底材料硅酸铝炉底厚度，毫米183加热段温度，摄氏度720~750均热段温度，摄氏度780平均生产率，吨/时28热耗量，千卡/公斤160辐射管的参数为：项目参数类型W型蓄热式辐射管个数190外径/内径，毫米178/170材料（前2直管与前2弯头）25Cr35Ni材料（后2直管和后弯头）SCH22辐射管平均温度，摄氏度920辐射管最高温度，摄氏度960燃气天然气燃气耗量，标准立方米/时20.2烧嘴功率，千瓦200蓄热式辐射管示意图③冷却炉钢带在进入时候的温度有720~820℃，出炉温度要降到475℃左右。这个炉子分为缓冷段和快冷段两个部分，缓冷段采用的是静力冷却来冷却带钢，通过辐射管内空气吸收带钢温度，再由内管排除来达到降温的目的，降温速度慢；喷冷段部分有循环冷却风箱,将炉内的热气体抽出,通过炉外的水冷换热器进行冷却,被冷却的低温气体再进入炉内,由炉内多排的喷流器将气体以高速直接喷射到带钢表面,通过强制对流传热将带钢冷却到要求的出炉工艺温度。以超过45℃/s的速度使钢带快速冷却。冷却炉的结构简化图：冷却炉参数为项目参数炉长，毫米20000炉宽，毫米1500炉高，毫米4800外壁材料Q235A外壁厚度，毫米8内壁材料Cr25Ni20内壁厚度，毫米1炉衬材料硅酸铝炉衬厚度，毫米187炉底材料硅酸铝炉底厚度，毫米183冷却形式循环喷射，静力冷却冷却风机数量，台4冷却风机抽风量，立方米/分钟480风机压强2.45kPa4.9.5其他设备及炉内气氛①炉鼻子与热张辊炉鼻子与热张辊是连接退火炉与锌锅的一个过渡设备。一般结合在一起使用。炉鼻子的是一个密封的斜槽状结构，头部是耐热的不锈钢，伸到后面的锌锅中。这个装置的作用就是为了保证钢带在进入锌锅前不被不被氧化，保证后面镀锌的质量。热张辊是为了满足锌锅与退火炉不同张力要求而设计的，在锌锅中气刀高速喷射等原因，要求带钢不能抖动，故需要较高的张力，而退火炉中，因为高温的原因，较高张力的带钢容易变形或断带，故要求低张力。两者的张力要求决定了进入锌锅前需要用热张辊来调节带钢的张力，现在一般采用电子设备来调节带钢的张力。热张辊及炉鼻子示意图如下：热张辊设备参数项目参数外壳材料碳钢外壳厚度，毫米6耐腐蚀材料304不锈钢耐腐蚀厚度，毫米1保温材料硅酸铝保温层厚度，毫米175风机类型循环风机抽风量，立方米/分钟480工作压强，兆帕4.25②炉内气氛炉内的气体是氮气与氢气的混合气体：氮气为中性气体，不参与反应，实际起到了加速氢气与氧化物反应的运载工具的作用；氢气则起到还原的作用，根据不同环境可以进行百分比的调节。还原炉内保护气体的成分：气体气体纯度氧含量露点（常压）压力（可调）体积比例（可调）氮气>99.9995%<5ppm<-65℃0.1~0.5MPa80%~95%氢气————20%~5%4.9.6总体装置图带钢镀锌退火炉示意图1-带钢；2-转向辊和密封辊；3-预热炉；4-还原炉；5-缓冷段；6-快冷段；7-转向辊；8-炉鼻子；锌锅；装置总体的简略参数整合装置长宽高/毫米钢带温度/℃带钢速度/（m/min）预热炉1300*1500*5000加热至150~200100还原炉11000*1750*5000加热至720~820冷却炉20000*1500*4800冷却至460~4805、热镀锌工艺设计在钢管热镀锌生产中，影响镀锌层铁锌合金各相厚度、组织结构及其性能变化的主要因素是锌液温度、钢管在锌液中的浸渍时间、锌液成分以及钢管本身的化学成分和表面状态等。5.1锌液的化学成分对镀锌层的影响①铅：当锌液中铅含量超过1％时，便沉积到锌锅的底部。它可以防止锌锅底部受锌的侵蚀，减少了锌渣的形成，并方便锌渣的打捞。铅对铁锌合金层的生成没有影响，因此不会恶化镀锌层的质量。但是，有时提高锌锅中铅的含量会增加锌液的粘度，使镀层中纯锌层的厚度增加，它影响到镀层的外观、粗糙度、光泽并形成锌华，也影响到镀层的可挠性。②铁：当锌液中的铁含量超过0.02%时，会形成硬锌。硬锌进入镀层会使它的外观、附着强度和耐蚀性能恶化。一般是将锌液中的铁控制在0.08%以下。③铝：作为添加金属，铝是锌液中主要的合金元素，它直接对铁锌反应有影响。加入0.05％的铝，可以减少锌锅表面锌的烧损(产生锌灰)，使镀层得到较光亮的色彩。当向锌液中加入0.15-0.20%的铝时，镀层逐渐变成容易弯曲而不剥落。当铝含量达到0.3%以前，镀层的附着性能和可塑性能都会得到改善。④镉：镉对铁锌合金层本身的组织没有影响。但能影响到锌液对铁的作用。当锌液中的含镉量增加时会加快铁的溶解速度，这导致锌锅的腐蚀加剧，并加速形成硬锌。镉也降低了镀层的变形性能和耐蚀性能。因此，锌液中的含镉量不宜太高。⑤锡：锡在一定程度上降低了镀层的塑性、耐蚀性和附着强度，因此，锌液中的锡含量不宜超过1%。实际生产中，是采用带0.3%铝的0.5%的锡良好的镀层。⑥锑：锑降低了镀层的变形性能，它对镀层没有什么特别良好的影响。因此，锌液中的含锑量不应超过0.1％，否则会引起镀层龟裂。⑦铜：铜对铁锌合金层的组织和厚度不存在任何影响。但它降低了锌层的变形性能、附着强度和外观。因此，应当避免使用高含铜量的锌。热镀锌常用锌锭化学成分锌号化学成分%锌不小于杂质铅铁镉铜特一号99.9950.0030.0010.0010.0001一号99.990.0050.0030.0020.001二号99.960.0150.0100.0100.001三号99.900.050.020.020.002四号99.500.30.030.070.002综合考虑锌锭中杂质金属的影响与生产成本，本工艺选用四号锌锭作为原料。5.2钢带的化学成分对镀锌层的影响①碳：一般来说，含碳量愈高，铁与锌之间的反应愈剧烈，铁在锌液中的溶解(铁的腐蚀)也愈多，铁锌含金层也愈厚，因此使镀锌层变脆，降低其塑性。②硅：铁在锌液中的溶解程度、铁锌合金层的厚度或镀锌层的厚度随钢中含硅量的增加而增加，故含硅量要求在0.02%以下。③锰：当钢中含锰量在0.3-1.8%时，它对铁在锌液中的溶解有影响，但不显著。通常，钢材中的含锰量为0.3-0.5％，此时它对铁在锌液中的溶解影响不大。④磷与硫：钢中的硫达到允许的极限位(小于0.04%)时，铁在锌液中的溶解剧烈些。当磷在钢中的含量达到0.1%时，铁在锌液中的溶解速度加剧30%。同时随着钢中磷与硫含量的增加，而引起铁在锌液中溶解曲线的温度部分按直线规律扩大，而磷比硫扩大的更多。当含磷量达0.15%时，会形成特别厚而开裂的铁锌合金层。⑤氢：氢本身对铁在锌液中的溶解不起任何显著地影响。但是，在钢管表面有它的存在，会由于表面疏松的结果而加剧铁的溶解。因此，生产中应当避免过酸洗，以防止钢管表面有氢的富集。（因此本工艺采取的是碱洗脱脂。）考虑钢板中各化学成分对镀锌层的影响，本次工艺选用St14镇静钢（西德钢号）作为钢带原板，其主要化学成分如下：钢种类型化学成分%CSiMnPSCuAlNbSt140.08微量0.380.0180.0220.150.080—5.3浸镀时间和温度对镀锌层的影响在热镀锌生产中，通常用铁损作为测定镀锌层反应速率的参数。铁损是指与锌反应形成合金层的铁和锌渣中的铁的总量。在铁锌合金层牢固地附着在基体金属上的情况下，铁损大致与铁锌合金层的厚度成正比。在铁与锌液相互作用时，铁损和浸渍时间两者之间的关系取决于温度。①浸镀时间若浸镀时间过长，则铁损较大，且铁锌合金层中γ相和ζ相的量会明显增多，它们会显著地降低镀层的塑性。若浸镀时间太短，则无法满足镀锌层厚度的要求。故浸镀时间一般为0.5-1.5min②浸镀温度纯锌的熔点是419.5℃，但仅仅使锌熔化以后还是无法镀锌的，因为此时锌液的黏度很高，必须适当提高温度，降低锌液的黏度才能使锌液在钢带表面均匀地附着，也才能使锌渣顺利上浮。同时，钢带从锌锅出来以后在气刀气体和周围环境的冷却下温度会急剧下降，如果锌锅温度太低，就会造成钢带边部过早地凝固，气刀无法吹除边部多余的锌液而造成边厚缺陷。但如果锌液温度过高，则会导致铁锌反应异常激烈，不但使铁的溶解量增加，镀锌层中的化合物层增厚，也会使锌渣增多，带来一系列的问题。因而绝对不能突破480℃(高于480℃，铁溶解于锌中开始急剧增加)。大量的实践证明，锌液温度在460℃左右较好。本工艺控制锌液温度为460±5℃，浸镀时间为1min。5.4热镀锌设备5.4.1锌锅传统热镀锌中，铁锌锅应用的较为广泛。但由于锌液对铁锌锅的钢壳有侵蚀作用，故铁锌锅的使用寿命仅3—5年，而且铁锌锅生成底渣较多，故因生产时需经常捞渣，而影响产量。若不及时捞渣则易影响镀锌板的表面质量。现在工业大规模连续热镀锌中，感应锌锅的使用最为广泛。在热镀锌机组中均采用工频铁芯感应电炉来加热锌锅。感应锌锅主要由锅体和感应器两个部分组成。锅体外包钢壳，内部砌筑耐火砖。感应器是感应锌锅的核心体，它主要由铁芯、一次线圈和捣制用料(简称捣料)组成。通过捣料在感应器中组成了相互贯穿的熔沟，连同外部的钢壳和法兰盘组成感应加热器的整体。1123456781091-锅体外壳；2-石棉层；3-隔热砖；4-耐火砖；5-法兰；6-炉喉；7-感应器；8-熔沟；9-沉没辊；10-稳定辊；11、炉鼻11感应锌锅结构示意图其正视图和俯视图如下图所示：600600200锌液面6042501780钢带运行方向68020°正视图3000300042501400600200俯视图5.4.2热平衡计算①感应锌锅的热支出感应锌锅的热支出包括锌液表面的热量损失(对流散热Q1；和辐射散热Q2)、锌锅四周的热量损失(对流散热Q3和辐射散热Q4)、锌锅底部的热量损失(对流散热Q5和辐射散热Q6)和熔化锌锭支出的热量Q7。对流散热量Q=αT1辐射散热量Q=α─对流散热系数；S─散热表面积；T1─锌液温度或锌炉壁温；T2─环境温度；A─常数（不同过程值不同）；ε12─带有氧化锌灰的锌液面对环境空气的系统黑度；φ1-2─锌液面对环境吸热面的角系数；C0─锌液温度T1=460℃，锌炉壁温T1=70℃，环境温度T2=20℃，角系数φ1-2=1，辐射系数C0Ⅰ锌液表面的热量损失对于锌液表面S=4250mm×3000mm=12.75m2，A=2.8，ε12=0.28，将数据代入上述公式得：对流散热Q1=300656KJ/h；辐射散热Q2=208413KJ/hⅡ锌锅四周的热量损失对于锌锅四周S=2×(4250mm×1780mm+3000mm×1780mm）=25.81m2，A=对流散热Q3=31533KJ/h;辐射散热Q4=24263KJ/hⅢ锌锅底部的热量损失对于锌锅底面S=4250mm×3000mm=12.75m2，A=2.8，ε12=0.7，将数据代入上述公式得：对流散热Q5=15577KJ/h;辐射散热Q6=11987KJ/hⅣ熔化锌锭支出的热量Q=GnCT1-T2+GnL（Gn─因Gn=42.39×52=2204.28kg，C=418.4J/(kg•K)，T1=460℃，T2=20℃，L=100.8KJ/kg故Q7=2627444KJ/h。Ⅴ总热支出Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7=3219873KJ/h②感应锌锅的热收入感应锌锅的热收入包括带钢代入锌锅的热量（Q入）和感应加热供给锌锅的热量（Q供）。Q入=ωC(T1-T2)×1000，Q供=0.24Nt。（ω─机组平均生产率；C─钢的比热；因ω=42.39t/h，C=5.23J/(kg•K)，T1=460-480℃，T2=460℃。Q入+③联立可知，当锌液入锅温度为460-480℃时，感应加热功率N=212-300Kw。5.4.3锌锅设备锌锅中的主要设备有沉没辊，稳定辊和气刀。①沉没辊和稳定辊Ⅰ沉没辊和稳定辊的作用进入锌锅后带钢经沉没辊转向至竖直方向，该辊为不锈钢材质，表面带螺旋沟槽，无驱动，安装在特殊轴承上以保证转动的平滑。辊子的调整位置由电动机构完成。两个稳定辊交替浸没布置在锌液中，其分别位于带钢两侧，电机驱动以稳定带钢的垂直运动、防止带钢颤动和弯曲。两稳定辊可水平调整位置来纠正带钢的拱形。Ⅱ辊子参数沉没辊：Φ600mm×1400mmL,(SUS316L)特殊的不锈钢带槽稳定辊：Φ200mm×1400mmL特殊不锈钢，两支②气刀Ⅰ气刀的组成与作用锌锅锌液上方布置有气刀装置。带钢表面镀层重量通过气刀来调节控制。气刀锌层厚度通过闭环系统控制。喷嘴由一对主喷嘴、四支辅助喷嘴和两个边部挡板组成。Ⅱ气刀参数主喷嘴:2100mmL喷嘴成锐角，合金钢镀铬板，2套刀唇缝隙:1.0mm恒定角度:0-6度喷吹气体:空气流量:Max4100Nm3/Hr（主要喷嘴+辅助喷嘴）喷吹压力:Max.1.2kgf/cm2G辅助喷嘴:200mmL，钢制4套类型:EPC自动宽度的设定同步旋转轴驱动行程:自工作侧和传动侧各685mm喷吹气体:空气喷吹压力:Max.1.2kg/cm26、钝化工艺流程设计6.1钝化工艺流程6.2三价铬体系的形成6.2.1三价铬的络合体系锌层钝化膜是由碱式铬酸铬、碱式铬酸锌和水合三氧化铬等组成的水合物。经分析膜中三价铬含量占28.2％，六价铬占8.68％，水分占19.3％。其中三价铬是钝化膜的骨架，六价铬靠吸附、夹杂和化学键力填充于三价铬的骨架之中，故六价铬的含量直接影响钝化膜的耐蚀性。三价铬的络合体系是形成钝化膜骨架的主要结构。三价铬主要以以下三种方式存在于溶液中：①以[Cr(H2O)6]3+八面体结构存在很多盐类体系中；②以氢键相连接的Cr（OH）3（H2O)3形成胶体状沉淀物，易在酸中溶解，但是这种沉淀物在1min内开始齐聚或多聚形式老化为难溶结构；③以桥状化合物形式存在，这是由于Cr3+发生水解或化合反应出现聚合形成的。6.2.2三价铬络合步骤及机理①水合：在三价铬溶液中，以水分子为配位体的取代通用公式如下：[CrA5X]2++H2O→[CrA5(H2O)]+，其中A是单个配体中性分子，X是单个配位阴离子，如Cl、CN、CNS。②水解：水合物可以起酸的作用，并产生重要的影响，因为反应[Cr（H2O)X]3+→[Cr（H2O)X]2++H+的发生使水合物溶液的酸度上升，加热可以使平衡右移，当让加入碱性物质也可以达到同样的效果。③羟桥合：羟桥合是指金属原子通过OH基团搭桥连接起来，从配位羟离子化合物形成桥羟基化合物的过程成为桥羟合，三价铬的羟桥合过程如下：④聚合：羟桥合反应继续进行，分子量也会越来越大，形成聚合物，若进一步聚合则最终生成氢氧化铬沉淀Cr（OH)3·xH2O。⑤氧桥合作用：氧桥合作用可能伴随着或紧接着羟桥合而发生，特别是当反应物在加热时，反应将0H-桥转换位0-基团。桥羟基比氧基化合物更易解聚，因为质子比桥氧基反应更迅速。⑥阴离子渗透：含桥羟基络合物的阴离子渗透程度由该阴离子与所取代基团的相对络合趋势以及溶液被允许维持的时间长短所决定。阴离子很容易进入络合范围，并取代OH基，从而有效阻止羟桥合反应的进行。6.3三价铬钝化配方及其工艺条件的选择6.3.1钝化配方的选择①国外配方Ⅰ：Chrometan（铬鞣革）1.5g/L，次磷酸钠0.75g/L，硝酸钠1g/L，pH=3，温度60—90℃配方Ⅱ：可溶性三价铬盐Cr2(SO4)3、Cr(NO3)3（如Cr2(SO4)3或Cr(NO3)30.5g/L，表面活性剂Armohib25（32mL/L），pH为1—3，温度20—35℃，时间10—30s）配方Ⅲ：铬酸盐还原法（如质量分数1%的三价铬盐（94g/L六价铬盐和86.5g/L焦亚硫酸钾及64g/L焦亚硫酸钠反应所得产物）；8mL的H2SO4(密度1.84g/cm3）；3.6g/L的NH4HF2；质量分数2%的H2O2(或7g/L溴酸钠或10g/L氯酸钠）②国内配方Ⅰ：铬酐10-100g/L，酒石酸钾钠10-100g/L，硝酸20-70mL或硫酸20-60mL（或硝酸7-15mL和硫酸21-45mL的混合物）（由江志全提出）本次工艺采用江志全的专利配方，因该配方抗色变力和抗腐蚀性都较好。6.3.2钝化液配方的作用机理本次工艺选用的配方如下：铬酐（10-100g/L）；酒石酸钾钠（10-100g/L）；硝酸（7-15mL）；硫酸（21-45mL）。常温常压下，将铬酐溶于水，再加入酒石酸钾钠搅拌溶化，放置数小时，让其充分反应，在此期间经常搅拌，pH=4-5，然后加入硝酸或硫酸，搅拌均匀放置数小时，得半透明紫黑色钝化液。反应方程式为：酒石酸