镀锌钢板生产(production of zinc-coated steel sheet)

表面镀有较纯锌的冷轧或热轧酸洗钢板或钢带，是一种经济而有效的防腐蚀的钢材。镀锌板分热镀锌板和电镀锌板两类。热镀锌法又分为线外退火法(熔剂法)和线内退火法(保护气体法)两类若干种方法，如线外退火类中有干法和湿法之分；线内退火类中有森吉米尔法、美国钢铁公司法，赛拉斯(Selas)法与莎伦(Sharon)法等。线外退火法镀锌有连续式和非连续式两种，而线内退火法镀锌都是连续式的。镀锌板的厚度一般为0.25～4.0mm。热镀锌板的镀锌量较大，一般为10(0～600g／m²(双面)，电镀锌板的锌层厚度只有2.0～30.0μm(双面)。镀锌板表面有自然锌花、小锌花、表面光滑与粗糙的无锌花(电镀和合金化镀锌板)表面之分，还有两面镀锌层厚度不同的差厚镀锌板和单面镀层的镀锌板。镀锌板主要用于建筑业、汽车制造与机电工业以及用作包装材料等。

发展简史    热镀锌的方法是法国人梅洛曼(Melomin)1742年研制成功的。1836年法国人索雷尔(Sorel)将热镀锌方法应用于工业生产。1837年英国人格劳福特(H．w．Grawford)取得热镀锌熔剂法专利。1935年美国人森吉米尔(T．Sendzimir)提出用保护气体还原法进行钢带连续热镀锌，称为森吉米尔法。1937年美国建成第一条森吉米尔法连续热镀锌作业线。中国于20世纪40年代在鞍山开始生产热镀锌板，1979年第一条改良森吉米尔法宽钢带连续热镀锌作业线在武汉建成投产。

热镀锌工艺     热镀锌工艺按前处理方式分为熔剂法和保护气体还原法。后者又分老法和新法——森吉米尔法和改良森吉米尔法。

熔剂法      是把经过退火处理的钢板进行酸洗，清除其表面上的氧化物，再通过含有ZnCl₂和NH₄Cl的熔剂槽进行化学处理，然后进入熔融的锌锅镀锌。从锌锅出来的带钢直立向上引出，经气刀擦拭控制镀层厚度。

保护气体还原法      是现代带钢连续热镀锌采用得最普遍和最广泛的一种工艺，典型的即森吉米尔法。特点是将连续退火和镀锌连接在一条作业线上，取消了熔剂法中的酸洗、熔剂处理等操作。带钢先进氧化炉烧掉表面残存的乳化液并生成蓝色氧化膜；然后带钢进入还原炉进行再结晶退火，同时表面氧化膜被氢还原成海绵状铁；最后带钢在保护气氛中冷却到稍高于锌液温度下进入锌锅镀锌。

改良森吉米尔法      是从老法发展和改进形成的。该法的核心是带钢先进行无氧化加热，去除表面油脂、灰尘和水分，然后进入充有含氢15％～30％和氮85％～70％的保护气体的还原炉内完成常化或再结晶退火并还原表面的氧化铁。改良森吉米尔法镀锌的工艺流程如图1所示。老法的氧化和还原是分别进行的，而新法则将无氧化快速加热炉同还原炉用通道连接，带钢从无氧化加热炉内通过时几乎不发生氧化。新法同老法相比：可提高机组产量；降低了保护气氛中氢的浓度，从而减少了成本和氢爆炸的危险性；还原炉排出的废保护气体在无氧化加热炉内燃烧可节约一部分燃料；省掉了还原炉前的密封辊构件。

20世纪80年代中国在上海建成的现代化热镀锌机组的工艺流程如图2所示。该机组的特点是：卧式的氧化还原炉为大大缩短机组长度的立式炉所取代，带钢表面清洁，板形好有利于镀层厚度控制；采用电感应加热陶瓷锌锅，锌液成分均匀，不产生底渣，锌锅寿命长；装有防颤辊用来保持带钢运行稳定；二辊光整机和拉伸弯曲矫直机均配有换辊装置，可在不中断带钢运行的情况下同时更换上下辊；设有在线镀层测厚仪，可自动控制镀层重量；全线操作由计算机控制。

电镀锌工艺      电镀锌是将带钢作为阳极，从含有锌盐溶液的电镀槽中通过，在直流电作用下表面获得锌镀层。电镀锌分单面镀锌和双面镀锌两种。电镀锌按镀液性质、镀槽形式和阳极性质分类。镀液有碱性和酸性之分。由于碱性电解液稳定性差，镀层不均匀，多被酸性取代。酸性电解液的成分是ZnSO₄•ZnCl₂Na₂•Zn(CN)₄。镀槽形式有立式、径向式和卧式3种(见图3)。由于前两种分别只适用于双面镀和单面镀，现今多采用槽体水平的卧式电镀槽，且双面镀和单面镀都可完成。无论哪种电镀方式，带钢都作阴极，而阳极则有可溶性和不可溶性两种。可溶性阳极是指用锌块作阳极，以ZnSO₄为电解液，电化学机理(图4)是：

ZnSO₄水溶液在直流电作用下被离解

ZnSO₄→Zn+SO₄

H₂O→H⁺+OH^-

采用可溶性阳极时Zn—e→Zn²⁺

锌块在酸性镀液中通电后失去两个电子变成Zn离子，进入电解液中补充消耗掉的锌离子，因而把这种阳极称为可溶性阳极。可溶性阳极要经常更换，十分不便，而且使镀层质量难以控制，现今已被不溶性阳极所取代。

不溶性阳极采用不溶于电解液的铅锡合金充当阳极，使阳极只发生水电解。通电后阴极反应是：

Zn ²⁺+2e→Zn

不溶性阳极反应是：

4OH^--4e→+2H2O+O₂î

根据以上各因素的综合，现今的电镀锌都采用卧式电解槽、不溶性阳极和酸性电镀液。

中国上海建成的高速电镀锌机组的电镀锌工艺流程(图5)主要包括：开卷和焊接，清洗，电镀锌，镀后化学处理，冷却和卷取。

带钢清洗      是借助碱洗和电解脱脂清除带钢表面的油脂，借助酸洗清除带钢表面的锈斑和氧化物等杂质。

电镀      在卧式电镀槽内进行，可以完成双面镀和单面镀，电镀槽的工作机理如图6所示。电镀槽的线路由导电辊、阳极板、整流器、选择开关等组成。阳极为两块铅锡合金(约含Pb95％，Zn5％)，上下各一块由导线接电源，表面装有绝缘隔离器，防止阳极与带钢之间短路。导电辊充当阴极。当选择开关切换至n位置时进行双面镀，切换至b位置时进行单面镀。

水平喷流式电镀槽是由卧式电镀槽发展成的。电镀液在压力作用下从贮槽中流出通过喷管从上下两面喷向带钢。电镀液的流动方向同带钢的运行方向相反。从喷流槽中流出的电镀液流入收集器。这种电镀槽的优点是：高电流密度，极距均匀，镀层质量好；电镀段锌的溶解和电镀液循环系统由计算机控制。

镀后化学处理      目的是改善镀锌板表面的涂漆性和防腐性，以延长镀锌板的寿命。镀后化学处理主要包括磷化、密封、钝化、气刀清理、烘干和冷却。

磷化处理是在金属表面形成不溶性盐膜，使电镀锌板的表面生成一层凹凸不平的磷化物结晶，以达到提高涂漆结合力的目的。

密封和钝化是将锌表面的磷化层中的孔隙用强氧化剂CrO₃溶液封住，并在表面形成一层钝化膜，以保护锌层不被腐蚀。CrO₃起到密封和钝化双重作用。

气刀清理是将钝化后的镀锌面上残留的少量溶液吹除并控制钝化膜的厚度。

镀锌带钢最后经热空气烘干和空冷后经水平活套机组由卷取机卷取。