專利名稱：一種防止鋼絲熱鍍鋅漏鍍的助鍍劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬制品行業(yè)中的熱鍍鋅技術(shù)，特別是涉及一種防止鋼絲熱鍍 鋅表面漏鍍的助鍍劑的制備方法。
二背景技術(shù)：
熱鍍鋅(Hot-dip galvanizing),是一種普遍用于金屬制品的表面處理方 法，利用金屬鋅的低熔點(diǎn)能夠粘附在高熔點(diǎn)鋼鐵表面上的特性，而采用的一種 防腐蝕方法。金屬制品熱鍍鋅的主要目的是防腐蝕而非裝飾，金屬制品表面局 部露鐵又稱漏鍍，這是一種在所有標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定的不可接受的鍍鋅層缺陷。熱 鍍鋅層具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，大氣環(huán)境中使用壽命一般可達(dá)15 20年，其鍍 層光亮、美觀，結(jié)合力強(qiáng)、鍍層均勻，廣泛應(yīng)用在電力架空、通訊、捆綁、鎧 裝電纜、圍欄、鋁線芯、吊架、懸掛、漁業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域。因鋼絲熱鍍 鋅生產(chǎn)可連續(xù)進(jìn)行，具有生產(chǎn)效率高、熱鍍工藝簡(jiǎn)單，宜操作，工藝穩(wěn)定、適 應(yīng)性寬等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。鋼絲熱鍍鋅傳統(tǒng)工藝為鋼絲一脫脂 除油一水清洗一鹽酸洗除銹一水清洗一浸粘助鍍?nèi)軇┮缓娓梢粺峤冧\一后處 理一成品(見(jiàn)圖l)。直徑為1. 25 5. 50mm的鋼絲表面經(jīng)過(guò)脫脂、除銹前(預(yù)) 處理獲得清潔的表面后，再經(jīng)過(guò)浸粘助鍍?nèi)軇┲兒?，鋼絲進(jìn)入熔融的鋅液中， 鋼絲表面可以成功獲得光亮、連續(xù)的鍍鋅層。
浸粘助鍍?nèi)軇┨幚碓谡麄€(gè)鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)中，處于一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。溶 劑助鍍是熱浸鍍鋅鍍前處理中一道重要處理工序，它不僅可以彌補(bǔ)前面脫脂去 油、鹽酸洗除銹工序可能存在的不足，還可以活化鋼鐵表面，提高鍍鋅質(zhì)量。 鋼絲不經(jīng)過(guò)浸粘溶劑助鍍處理，鋼絲表面就鍍不上鋅，它的好壞，不僅直接影 響鍍鋅層質(zhì)量，還對(duì)鋅和其它輔助材料的消耗成本有很大的影響。但是，鋼絲 熱鍍鋅鍍鋅層漏鍍、鍍層不連續(xù)、不均勻是傳統(tǒng)工藝熱鍍鋅常見(jiàn)的缺陷之一， 是傳統(tǒng)工藝無(wú)法從根本上解決的問(wèn)題。
所謂助鍍就是將鹽酸酸洗后的鋼絲經(jīng)水洗后，再浸入氯化銨助鍍?nèi)芤褐校?提出后在鋼絲表面形成一層薄的氯化銨鹽膜。助鍍?nèi)軇┑闹饕饔檬?br> 1) 清潔鋼絲表面，能去除掉鹽酸洗后鋼絲表面上的一些鐵鹽、氧化物和其 它臟物。
2) 在鋼絲表面沉積一層鹽膜，可以將鋼絲表面與空氣隔絕開(kāi)來(lái)，防止進(jìn)一 步微氧化。
3) 凈化鋼絲浸入鋅液處的液相鋅，使鋼絲與液態(tài)鋅快速浸潤(rùn)并反應(yīng)。
4) 鋼絲表面粘附的一層助鍍?nèi)軇┠な軣岱纸鈺r(shí)，使鋼絲表面具有活性作用 及潤(rùn)濕能力(即降低表面張力)，使鋅液能很好地附著于鋼絲表面的金屬基體上， 并順利地進(jìn)行合金化過(guò)程。同時(shí)助鍍劑還要滿足鋼絲熱浸鋅的要求
(a)在鋅液溫度下，必須相當(dāng)穩(wěn)定；(b)對(duì)鋼絲鋼基體不會(huì)產(chǎn)生鐵鹽類化 合物；(c)溶劑在鋅液中的分解反應(yīng)要十分迅速，并能完全從鋼絲表面上脫落; 分解時(shí)所產(chǎn)生的物質(zhì)應(yīng)是流動(dòng)的而容易被消除掉，不會(huì)影響鍍鋅層質(zhì)量；(d) 即使溶劑形成鐵鹽，但該鐵鹽能被鋅液還原。
5) 粘上助鍍?nèi)軇┑匿摻z在遇到鋅液時(shí)，溶劑氣化而產(chǎn)生的氣浪起到清除 鋅液上的氧化鋅、氫氧化鋁及碳黑顆粒的作用。
在國(guó)內(nèi)外，在鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)中，截至目前一直采用單一的氯化銨水溶液 作為助鍍?nèi)軇?，其濃度? 15%。但是以單一氯化銨水溶液作助鍍劑，因其在 鋼絲表面干燥后，容易結(jié)晶，結(jié)晶膜層粘結(jié)能力差，易脆，容易從鋼絲表面脫 落，起不到防止鋼絲表面氧化生銹的保護(hù)作用，氯化銨濃度稍高，則在鋼絲進(jìn) 入高溫的鋅液之前易揮發(fā)，使鋼絲在浸鋅過(guò)程中形成過(guò)多煙霧。因此，使用單 一氯化銨水溶液作助鍍?nèi)軇?，?huì)造成鋼絲鍍鋅層出現(xiàn)多孔或漏鍍(露鐵)的表 面缺陷，鋅與鋼絲基體附著性差。
同時(shí)，在鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)中，因?yàn)殇摻z走線速度快，鋼絲采用鹽酸除銹后，
其表面粘附、殘留的鹽酸和鐵鹽雖經(jīng)水洗仍然會(huì)進(jìn)入助鍍劑中，會(huì)使助鍍?nèi)軇?br> 的PH值降低呈酸性，鋼絲表面的鐵將繼續(xù)溶解，使助鍍劑中的二價(jià)鐵離子 Fe(0H)2以及三價(jià)鐵離子Fe(0H)3含量升高后，隨鋼絲表面帶入熔融的鋅液中。 首先使鋅液黏度增大，進(jìn)而使鋅渣增多，鋅耗增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使鍍鋅層表面粗 糙并影響鍍鋅層的附著性，如露鐵、纏繞性差，甚至鍍鋅層脫落等質(zhì)量問(wèn)題。 國(guó)內(nèi)一篇題目為"熱鍍鋅工藝中亞鐵離子的連續(xù)清除和對(duì)工藝過(guò)程最優(yōu)化的要 求"的文獻(xiàn)(Andrew Herd、楊冰，第七屆全國(guó)熱鍍鋅大會(huì)論文集，深圳2004. 190 — 191)報(bào)道當(dāng)助鍍劑中亞鐵離子含量達(dá)到1 1. 8g/L時(shí)，鋅耗量由50Kg/t 直線上升，直到80Kg/t (每噸鋼件)；亞鐵離子含量達(dá)到1.8 9.5g/L時(shí)，鋅 耗量達(dá)80 120Kg/t，以斜率為0.32的直線形式上升。降低助鍍劑中鐵離子的 含量， 一直是國(guó)內(nèi)外熱鍍鋅界長(zhǎng)期致力研究、需要解決的問(wèn)題，但效果不理想。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題克服背景技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種防止鋼絲熱 鍍鋅漏鍍的助鍍劑的制備方法，該方法具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉、質(zhì)量穩(wěn) 定和可工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
本發(fā)明依據(jù)是改單一氯化銨助鍍?nèi)軇槁然@和氯化鋅混合溶劑，避免使 用單一的氯化銨做助鍍劑熱穩(wěn)定性差，在熱鍍鋅過(guò)程中形成過(guò)多的煙霧，減少 鋼絲在鹽酸洗之后和浸鋅之前的氧化，以及利用氯化鋅熱穩(wěn)定性能較好，浸鋅時(shí) 產(chǎn)生煙塵較少，通過(guò)兩者優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)、摒棄缺點(diǎn)產(chǎn)生較好的效果，同時(shí)當(dāng)助鍍液
質(zhì)量濃度一定時(shí)，水溶液具有一定的涂層作用，配制以ZnCl2，2NH4Cl為氯化鋅 和氯化銨混合組成基礎(chǔ)的助鍍?nèi)軇?，具有很好的預(yù)防鍍鋅層漏鍍作用。
本發(fā)明的防止鋼絲熱鍍鋅漏鍍的助鍍劑的制備方法，包括將鹽酸洗后的鋼 絲經(jīng)水洗后，浸入氯化銨水溶液槽中，從鋼絲熱鍍鋅熔融的鋅鍋底部撈出鋅渣， 冷卻后放入氯化銨水溶液槽中，將含有氯化銨的水溶液加熱并使溫度保持在 70 75°C，其中氯化銨的初始含量為30 45g/L，初始PH值為2 3,利用鹽
酸洗后的鋼絲帶進(jìn)的鹽酸與鋅渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氯化鋅的方法，形成氯化鋅 和氯化銨的混合水溶液，滿足鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)鍍鋅層的質(zhì)量要求。
所述的鋅渣含有96 97%的金屬鋅，所述的冷卻是將鋅渣放入模具中冷卻成 方塊型，以豎直方式沿著氯化銨水溶液槽的四周均勻放置。
所述混合水溶液含氯化銨30 45g/L、氯化鋅10 15g/L，溶液pH值5 6。
向所述的氯化鋅和氯化銨混合水溶液中加入乳化劑垸基酚聚氧乙烯醚，使 混合溶液中含氯化銨30 45g/L、氯化鋅10 15g/L、烷基酚聚氧乙烯醚0. 5 2.5g/L，溶液pH值5 6。
所述方塊型鋅渣的尺寸為長(zhǎng)400腿X寬300 mmX高100mm。
將所述的助鍍劑中產(chǎn)生的鐵的化合物沉淀采用循環(huán)過(guò)濾機(jī)去除，過(guò)濾后鐵 離子含量控制在0.6 1.0 g/L。
本發(fā)明要求氯化銨的水溶液溫度保持在70 75'C，溫度低于7(TC時(shí)，鹽酸 與鋅渣(FeZnu)反應(yīng)速度減緩，但是氯化銨水溶液溫度不能超過(guò)75'C，否則將影 響循環(huán)過(guò)濾機(jī)的使用壽命。
本發(fā)明的積極有益效果
(1) 本發(fā)明方法，簡(jiǎn)單易行，利用鹽酸與鋅渣(FeZn13)中的金屬鋅反應(yīng)生 成氯化鋅的原理，使助鍍?nèi)軇┲械穆然\始終保持在一定濃度范圍內(nèi)。采用氯 化銨和氯化鋅混合溶劑，解決了單一使用氯化銨容易使鋼絲表面漏鍍的缺陷； 關(guān)鍵是解決了隨著鋼絲產(chǎn)量的增加，氯化銨和氯化鋅隨鋼絲帶走而其濃度逐漸 降低，需要定時(shí)向氯化銨水溶液中添加氯化銨和氯化鋅的弊端；同時(shí)降低了助 鍍?nèi)軇┲械穆然@含量，只需按技術(shù)要求添加少量氯化銨；減少了氯化銨因遇 熱產(chǎn)生的煙霧，改善了工作環(huán)境，生產(chǎn)每噸鋼絲可節(jié)約氯化銨用量約為40 50%。
(2) 本發(fā)明的助鍍?nèi)軇┎捎寐然@和氯化鋅混合溶劑復(fù)合使用，優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)、 摒棄缺點(diǎn)，解決了單一使用氯化銨干燥后，因結(jié)晶易脫落使鋼絲表面鋼基體二 次微氧化給鋼絲熱鍍鋅造成表面漏鍍的缺陷。助鍍?nèi)芤褐刑砑恿巳榛瘎墒谷?br> 液混合更均勻，pH值穩(wěn)定在5 6;減少了鹽酸洗后水清洗工序的用水量，不再 要求清洗水的pH值為中性，減少了再生水處理量。
(3) 本發(fā)明方法中產(chǎn)生的鐵的化合物容易沉淀，使用循環(huán)過(guò)濾機(jī)將沉淀去 除，凈化了助鍍?nèi)軇?，?jīng)過(guò)濾后助鍍?nèi)軇┲需F離子含量控制在0.6 1.0 g/L以 下，減少了鋅鍋中鋅渣(FeZn13)的生成量，降低了鋅的消耗，可節(jié)鋅10 15%， 同時(shí)可保持鋅液的流動(dòng)性不因鐵離子含量增高而變差，防止助鍍?nèi)軇┮螂s質(zhì)多 而老化，防止鋼絲鍍層漏鍍。
(4) 本發(fā)明方法中所產(chǎn)生的氯化鋅與氯化銨混合后，用于鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn) 工藝中，熱鍍鋅鋼絲可以獲得連續(xù)、致密、光滑、附著性和耐腐蝕性能好的鍍 鋅層，鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)鍍鋅層的質(zhì)量達(dá)到'國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3428-2002。
四

圖1傳統(tǒng)鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)工藝流程示意圖。 圖2鋼絲通過(guò)放有鋅渣的助鍍劑槽時(shí)的示意圖。 圖3改進(jìn)后的鋼絲熱鍍鋅工藝流程圖。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例一、參見(jiàn)圖2、圖3，采用現(xiàn)有鋼絲熱鍍鋅用鹽酸除去鋼絲表面鐵銹 的方法，利用鋼絲走線速度快，隨鋼絲表面將鹽酸和鐵鹽帶進(jìn)助鍍?nèi)軇┲械奶?性，使用預(yù)先把鋅渣(FeZm3)從鋅鍋中撈出，放入模具中冷卻成尺寸約為長(zhǎng)400 X寬300X高100(mm)的方塊型，直接把冷卻成型的鋅渣塊沿助鍍?nèi)軇┎鬯闹艽?直放置，利用鹽酸與鋅渣(FeZn13)中金屬鋅反應(yīng)生成氯化鋅化學(xué)原理，鋅渣塊 與溶液接觸反應(yīng)面積大，助鍍?nèi)軇┲械穆然\每時(shí)每刻都在產(chǎn)生，并保持在一 定范圍中，滿足鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)鍍鋅層的質(zhì)量要求。具體包括如下步驟
(1) 先從鋼絲熱鍍鋅熔融的鋅鍋底部撈出含有96 97%金屬鋅的鋅渣備用；
(2) 事先將含有氯化銨的水溶液加熱，并使溫度保持在70 75-C。
(3) 將冷卻的鋅渣方塊，沿著氯化銨水溶液槽子的四周，以豎直的方式放
置，并加入乳化劑垸基酚聚氧乙烯醚OP-10;
(4) 在鋼絲走線經(jīng)過(guò)助鍍?nèi)軇┎鄣倪^(guò)程中，保持助鍍?nèi)軇┏煞种泻然@
30 45g/L、氯化鋅10 15g/L、垸基酚聚氧乙烯醚OP-10 0. 5 2. 5g/L， pH值 5 6，水余量。
(5) 采用JHL循環(huán)過(guò)濾機(jī)設(shè)備，過(guò)濾去除助鍍?nèi)軇┲挟a(chǎn)生的鐵的化合物沉 淀和其它雜質(zhì)，使過(guò)濾后助鍍?nèi)軇┲械蔫F離子含量控制在0.6 L0 g/L以下。 循環(huán)過(guò)濾見(jiàn)圖3。
圖2為待鍍鋅鋼絲經(jīng)過(guò)助鍍?nèi)軇┎鄣氖疽鈭D，經(jīng)鹽酸除銹、水洗后鋼絲1
經(jīng)過(guò)托輥2，在牽引力作用下經(jīng)過(guò)壓輥4進(jìn)入助鍍?nèi)軇?中，溶劑槽7中放置有
方型鋅渣5，然后鋼絲經(jīng)托輥6引出，離開(kāi)助鍍?nèi)軇┎?。
實(shí)施例二、同實(shí)施例一相同之處不再重述，不同之處在于 助鍍?nèi)軇┏煞趾然@35 40g/L、氯化鋅10 12g/L、烷基酚聚氧乙烯醚
OP-10 1 2g/L， pH值5 6，水余量。
實(shí)施例三、同實(shí)施例一相同之處不再重述，不同之處在于 助鍍?nèi)軇┏煞趾然@30 35g/L、氯化鋅12 15g/L、垸基酚聚氧乙烯醚
op國(guó)10 2 2. 5g/L， pH值5 6，水余量。
實(shí)施例四、同實(shí)施例一相同之處不再重述，不同之處在于
助鍍?nèi)軇┏煞趾然@32 38g/L、氯化鋅ll 13g/L、垸基酚聚氧乙烯醚
OP-10 0. 5 lg/L， pH值5 6，水余量。
實(shí)施例五、同實(shí)施例一相同之處不再重述，不同之處在于 助鍍?nèi)軇┏煞趾然@35 40g/L、氯化鋅ll 13g/L、烷基酚聚氧乙烯醚
op國(guó)10 1.5 2g/L， pH值5 6，水余量。
實(shí)施例六、同實(shí)施例一相同之處不再重述，不同之處在于
助鍍?nèi)軇┏煞趾然@40 45g/L、氯化鋅10 12g/L、烷基酚聚氧乙烯醚 OP-10 0.6 lg/L， pH值5 6，水余量。
實(shí)施例七熱鍍鋅鋼絲的制備。
將本發(fā)明的助鍍?nèi)軇┑闹苽浞椒ㄓ糜阡摻z熱鍍鋅生產(chǎn)工藝中，生產(chǎn)工藝見(jiàn)圖
3，生產(chǎn)的熱鍍鋅鋼絲滿足鋼絲的質(zhì)量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3428-2002。
權(quán)利要求
1、一種防止鋼絲熱鍍鋅漏鍍的助鍍劑的制備方法，包括將鹽酸酸洗后的鋼絲經(jīng)水洗后，浸入氯化銨水溶液槽中，其特征在于從鋼絲熱鍍鋅熔融的鋅鍋底部撈出鋅渣，冷卻后放入氯化銨水溶液槽中，將含有氯化銨的水溶液加熱并使溫度保持在70～75℃，其中氯化銨的初始含量為30～45g/L，初始pH值為2～3，利用鹽酸酸洗后的鋼絲帶進(jìn)的鹽酸與鋅渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氯化鋅的方法，形成氯化鋅和氯化銨的混合水溶液，滿足鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)鍍鋅層的質(zhì)量要求。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的鋅渣含有96 97% 的金屬鋅，所述的冷卻是將鋅渣放入模具中冷卻成方塊型，以豎直方式沿著氯 化銨水溶液槽的四周均勻放置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的混合水溶液中含 氯化銨30 45g/L、氯化鋅10 15g/L，溶液pH 5 6。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于向所述的氯化鋅和氯化 銨混合水溶液中加入乳化劑垸基酚聚氧乙烯醚，使混合溶液中含氯化銨30 45g/L、氯化鋅10 15g/L、烷基酚聚氧乙烯醚0.5 2.5g/L，溶液pH值5 6。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述方塊型鋅渣的尺寸 為長(zhǎng)400 mmX寬300 mmX高100mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于將所述的助 鍍劑中產(chǎn)生的鐵的化合物沉淀采用循環(huán)過(guò)濾機(jī)去除，過(guò)濾后鐵離子含量控制在 0. 6 1. 0 g/L。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防止鋼絲熱鍍鋅表面漏鍍的助鍍劑的制備方法。該方法包括將鹽酸酸洗后的鋼絲經(jīng)水洗后，浸入氯化銨水溶液槽中，從鋼絲熱鍍鋅熔融的鋅鍋底部撈出鋅渣，冷卻后放入氯化銨水溶液槽中，將含有氯化銨的水溶液加熱并使溫度保持在70～75℃，其中氯化銨的初始含量為30～45g/L，初始pH值為2～3，利用鹽酸酸洗后的鋼絲帶進(jìn)的鹽酸與鋅渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氯化鋅的方法，形成氯化鋅和氯化銨的混合水溶液，滿足鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)鍍鋅層的質(zhì)量要求。該方法具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉、質(zhì)量穩(wěn)定和可工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)每噸鋼絲可節(jié)約氯化銨用量約為40～50％，減少了鋅鍋中鋅渣(FeZn₁₃)的生成量，降低了鋅消耗，可節(jié)鋅10～15％。
文檔編號(hào)C23C2/06GK101338407SQ200810140979
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者張保胡, 焦宗保, 苗立賢 申請(qǐng)人:鞏義市恒星金屬制品有限公司