CN114959718A - 一种钢铁表面环保除锈热镀锌工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁表面热镀锌领域，提供了一种钢铁表面环保除锈热镀锌工艺。该工艺是将抛丸除锈与环保有机酸除锈相结合代替常规热镀锌前处理中的盐酸酸洗除锈，进一步对除锈后的钢铁、制工件进行水洗，高铝防漏镀剂漂洗，浸助镀液以及热镀锌处理。此工艺包含以下工序，抛丸除锈－吹砂－环保有机酸除锈－清水漂洗－高铝防漏镀剂漂洗－浸助镀液－热镀锌－水冷－钝化－整修－打包。本发明不使用盐酸对钢构件进行除锈，完全避免盐酸除锈造成的环境污染问题，并能够解决抛丸除锈对复杂钢结构局部除锈不彻底造成的漏镀问题，同时也解决了抛丸除锈热镀锌镀层过厚，镀锌成本过高的问题。
Description
技术领域
本发明属于钢铁表面热镀锌领域，具体涉及一种钢铁表面环保除锈热镀锌工艺。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
钢铁表面热浸镀锌及其合金是有效的钢铁防锈措施，其镀层结合力以及使用年限可达到10年以上，远超过有机涂层的使用寿命，并且因热镀锌及其合金施镀工艺简单而被广泛用于交通，电力以及海工建设中钢铁构件的防护。常规热镀锌工艺流程一般为，盐酸酸洗除锈－清水漂洗－助镀－热镀锌－水冷－钝化－整修－打包。
在传统的热镀锌生产中，通常使用高浓度盐酸进行化学除锈，期间会产生较多酸雾，污染生产车间及大气环境，影响人员健康，废盐酸在后期处理的代价也比较昂贵，导致盐酸除锈严重限制热镀锌行业的发展。大部分的有机酸不具备挥发性，并且符合环保要求，但是有机酸酸性较盐酸酸性弱，单纯采用有机酸进行酸洗除锈的效率较低，影响生产节奏。
在《无酸洗热镀锌工艺技术研究》中证明抛丸除锈的热镀锌镀层质量比酸洗前处理热镀锌工艺在镀层结合力，镀层抗粉化方面都具有更优的性能，同时镀层的防腐性能也与酸洗除锈镀锌工艺相当。针对结构简单的钢带，角钢，圆钢之类的钢材，抛丸除锈比盐酸除锈效率更高。然而，对于结构复杂的或者具有一定封闭性的管材产品，抛丸除锈因为存在抛丸死角，易造成对管材内表面和结构件死角的漏抛，导致除锈不彻底，最终镀锌过程中产生漏镀，降低镀层对钢材表面覆盖的完整性和防腐保护作用。
抛丸对钢材基体造成的凹坑，明显增加钢材表面的粗糙度，相对于表面平整的酸洗工件，抛丸除锈的钢铁工件表面与锌液进行锌－铁合金化反应的速度更快，导致锌层厚度过高，镀锌成本显著增加。锌液中添加一定含量的铝，使铝与钢材基体优先形成一层致密的Fe2Al5合金阻挡层，可以减缓锌铁反应速率，有效降低锌层厚度，节约镀锌成本。为形成有效的Fe2Al5阻挡层，需要将锌液中的铝含量提高至0.03％至0.1％。若采用传统的氯化锌－氯化铵溶液助镀工艺，当锌液铝含量高于0.007％时，工件表面的助镀膜会与锌液中的铝产生无效损耗，造成助镀膜失效，产生麻点状漏镀缺陷，使镀锌层对钢材表面不能完全覆盖，严重影响镀锌质量和防腐性能。
因此，目前热镀锌生产中，主要需要克服以下三个具体问题：
1)盐酸酸洗除锈污染环境。
2)对结构复杂的工件和具有一定封闭性的管材，抛丸除锈存在死角，抛丸除锈不彻底，易造成漏镀。
3)抛丸除锈热镀锌成本较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于针对盐酸酸洗除锈热镀锌工艺易造成环境污染，抛丸除锈不彻底以及抛丸除锈热镀锌成本过高的问题，提供一种抛丸除锈与环保有机酸相结合的环保除锈热镀锌工艺，解决盐酸酸洗除锈的污染问题，同时保证镀层对钢材表面覆盖的完整性，并降低抛丸除锈热镀锌的成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种钢铁表面环保除锈热镀锌工艺，包括：
将工件依次进行抛丸除锈、吹砂处理、浸渍在有机酸溶液、漂洗、浸泡在高铝防漏镀剂，得到高铝防漏镀剂浸泡后的工件；
将所述高铝防漏镀剂浸泡后的工件在助镀液中浸泡后，进行热镀锌处理，水冷、钝化，即得。
本发明解决了盐酸酸洗除锈的污染问题，同时保证镀层对钢材表面覆盖的完整性，并降低抛丸除锈热镀锌的成本。
研究发现：采用市场已有的高铝防漏镀剂对除锈后的钢材表面进行防漏镀处理，再进行常规氯化锌－氯化铵助镀则可以避免因锌液中的铝含量过高造成的漏镀问题，保证镀层对钢材表面的覆盖铝和镀层质量，同时显著降低镀层厚度和镀锌成本。
本发明的第二个方面，提供了上述工艺制备的镀锌板。
本发明的有益效果
(1)本发明提供的环保除锈热镀锌工艺，可以解决盐酸除锈带来的环境污染问题。
(2)本发明提供的环保除锈热镀锌工艺，可以解决结构复杂工件抛丸除锈不彻底造成的漏镀的问题。
(3)本发明提供的环保除锈热镀锌工艺，可以解决抛丸除锈热镀锌层过厚，热镀锌成本高的问题。
(4)本发明制备方法简单、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例4制备的镀锌样板；
图2为采用本发明实施例4的工艺制备的脚手架产品；
图3为采用本发明实施例4的工艺制备的管状产品内部镀锌效果；
图4为采用本发明实施例4的工艺制备的升降机标准节镀锌产品。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明提供的环保除锈热镀锌工艺是一种使用抛丸除锈与环保有机酸除锈相结合的热镀锌工艺，采用此工艺可以避免使用盐酸除锈，减轻环境污染压力，并保证除锈效率，提高镀锌质量，降低镀锌成本。
本发明提供的环保除锈热镀锌工艺，将常规热镀锌的盐酸酸洗除锈工艺替换为抛丸除锈与环保有机酸相结合的除锈工艺，并在水洗与助镀工序之间增加高铝防漏镀处理工序。
本发明提供的环保除锈热镀锌工艺，只适用于批量热镀锌。该方法适用于各种结构与形状的钢制构件。该工艺主要解决常规热镀锌盐酸酸洗除锈带来的环境污染问题，复杂结构件抛丸除锈不彻底易造成漏镀以及抛丸除锈热镀锌成本高的问题。
本发明提供的环保除锈热镀锌工艺，依次包括以下工序：抛丸除锈－吹砂－环保有机酸辅助除锈－水洗－高铝防漏镀漂洗－浸助镀液－热镀锌－水冷－钝化。
在一些实施例中，所述的钢铁表面环保除锈热镀锌工艺，其特征在于，所述抛丸除锈工序对钢制构件外表面的抛丸除锈效果至少需达到Sa2.5级。
在一些实施例中，所述环保热有机酸为经过锌锅余热换热器加热的柠檬酸水溶液，柠檬酸的浓度为5％～20％，柠檬酸的温度为40～60摄氏度，除锈时间为8～30分钟。
在一些实施例中，所述的高铝防漏镀剂由山东金锌科巨环保科技有限公司生产提供。
在一些实施例中，所述助镀液为浓度为60/L～200/L的氯化锌和浓度为60g/L～100g/L的氯化铵组成的混合水溶液，助镀液的pH范围为3.0～4.5。
在一些实施例中，所述的热镀锌工序中，锌液中锌的含量为99.87％～99.97％，锌液中铝的含量为0.03％～0.1％，锌液中铁的含量为0～0.02％，锌液的温度为430摄氏度～450摄氏度。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，高铝防漏镀剂由山东金锌科巨环保科技有限公司生产提供。
实施例1
一种环保除锈热镀锌工艺，包括如下步骤：
(1)将需要进行热镀锌的钢制构件进行一定时间的抛丸除锈，使工件表面的抛丸除锈等级达到Sa2.5级。
(2)将抛丸除锈后的工件采用高压空气进行吹砂处理，去除工件表面残留的残留物和残留的钢丸，避免带入下一道工序。
(3)将吹砂后的工件浸柠檬酸溶液中，柠檬酸浓度为5％，温度为40摄氏度，浸泡时间为8分钟。
(4)将柠檬酸除锈后的工件在清水中漂洗5秒。
(5)将漂洗后的工件在高铝防漏镀剂中浸泡20秒。
(6)将高铝防漏镀剂浸泡后的工件在助镀液中浸泡1分钟，助镀液中氯化锌含量为120g/L，氯化铵含量为60g/L，助镀液pH为4.5。
(7)将助镀液浸泡后的工件匀速浸入锌液中进行热镀锌处理，锌液温度为434摄氏度，锌液中铝含量为0.1％。
工件为厚度为16mm的Q355B材质的钢板，工件经环保除锈热镀锌工艺处理后表面锌层覆盖均匀致密，未出现漏镀和色差，锌层平均厚度为100um。镀锌质量达到GB/T13912－2020的要求，锌层厚度与盐酸酸洗除锈镀锌工艺的锌层厚度无明显差别。
实施例2
一种环保除锈热镀锌工艺，包括如下步骤：
(1)将需要进行热镀锌的钢制构件进行一定时间的抛丸除锈，使工件表面的抛丸除锈等级达到Sa2.5级。
(2)将抛丸除锈后的工件采用高压空气进行吹砂处理，主要是吹走工件表面残留的残留物和残留的钢丸，避免带入下一道工序。
(3)将吹砂后的工件浸入柠檬酸溶液中，柠檬酸浓度为5％，温度为40摄氏度，浸泡时间为8分钟。
(4)将柠檬酸除锈后的工件在清水中漂洗5秒。
(5)将漂洗后的工件在高铝防漏镀剂中浸泡20秒。
(6)将高铝防漏镀剂浸泡后的工件在助镀液中浸泡1分钟，助镀液中氯化锌含量为60g/L,氯化铵含量为60g/L，助镀液pH为4.5。
(7)将助镀液浸泡后的工件匀速浸入锌液中进行热镀锌处理，锌液温度为440摄氏度，锌液中铝含量为0.03％。
工件为厚度为12mm的Q235B材质的钢板，工件经环保除锈热镀锌工艺处理后表面锌层覆盖均匀致密，未出现漏镀和色差，锌层平均厚度为85um。镀锌质量达到GB/T13912－2020的要求，锌层厚度与盐酸酸洗除锈镀锌工艺的锌层厚度无明显差别。
实施例3
一种环保除锈热镀锌工艺，包括如下步骤：
(1)将需要进行热镀锌的钢制构件进行一定时间的抛丸除锈，使工件外表面的抛丸除锈等级达到Sa2.5级。
(2)将抛丸除锈后的工件采用高压空气进行吹砂处理，主要是吹走工件表面残留的残留物和残留的钢丸，避免带入下一道工序。
(3)将吹砂后的工件浸入柠檬酸溶液中，柠檬酸浓度为20％，温度为60摄氏度，浸泡时间为30分钟。
(4)将柠檬酸除锈后的工件在清水中漂洗5秒。
(5)将漂洗后的工件在高铝防漏镀剂中浸泡60秒。
(6)将高铝防漏镀剂浸泡后的工件在助镀液中浸泡5分钟，助镀液中氯化锌含量为200g/L,氯化铵含量为100g/L，助镀液pH为3.0。
(7)将助镀液浸泡后的工件匀速浸入锌液中进行热镀锌处理，锌液温度为436摄氏度，锌液中铝含量为0.1％。
工件为厚度为2.5mm，长度为1200mm，管径48mm的Q355B材质的脚手架横杆，工件经环保除锈热镀锌工艺处理后表面锌层覆盖均匀致密，脚手架内外管壁均未出现漏镀和色差，锌层平均厚度为70um。镀锌质量达到GB/T13912－2020的要求，锌层厚度与盐酸酸洗除锈镀锌工艺的锌层厚度无明显差别。
实施例4
一种环保除锈热镀锌工艺，包括如下步骤：
(1)将需要进行热镀锌的钢制构件进行一定时间的抛丸除锈，使工件外表面的抛丸除锈等级达到Sa2.5级。
(2)将抛丸除锈后的工件采用高压空气进行吹砂处理，主要是吹走工件表面残留的残留物和残留的钢丸，避免带入下一道工序。
(3)将吹砂后的工件浸入柠檬酸溶液中，柠檬酸浓度为15％，温度为50摄氏度，浸泡时间为20分钟。
(4)将柠檬酸除锈后的工件在清水中漂洗5秒。
(5)将漂洗后的工件在高铝防漏镀剂中浸泡60秒。
(6)将高铝防漏镀剂浸泡后的工件在助镀液中浸泡5分钟，助镀液中氯化锌含量为180g/L,氯化铵含量为60g/L，助镀液pH为3.0。
(7)将助镀液浸泡后的工件匀速浸入锌液中进行热镀锌处理，锌液温度为440摄氏度，锌液中铝含量为0.06％。
工件为厚度为4.0mm，长度为3000mm，管径为30mm的Q235B材质钢管，工件经环保除锈热镀锌工艺处理后表面锌层覆盖均匀致密，内外管壁未出现漏镀和色差，锌层平均厚度为65um。镀锌质量达到GB/T13912－2020的要求，锌层厚度与盐酸酸洗除锈镀锌工艺的锌层厚度无明显差别。
对比例1
(1)选择工件为厚度为4.0mm，长度为3000mm，管径为30mm的Q235B材质钢管，
(2)将需要进行热镀锌的钢制构件进行一定时间的抛丸除锈，使工件外表面的抛丸除锈等级达到Sa2.5级。
(3)将抛丸除锈后的工件采用高压空气进行吹砂处理，主要是吹走工件表面残留的残留物和残留的钢丸，避免带入下一道工序。
(4)将漂洗后的工件在高铝防漏镀剂中浸泡60秒。
(1)将高铝防漏镀剂浸泡后的工件在助镀液中浸泡5分钟，助镀液中氯化锌含量为200g/L,氯化铵含量为60g/L，助镀液pH为3.0。
(5)将助镀液浸泡后的工件匀速浸入锌液中进行热镀锌处理，锌液温度为440摄氏度，锌液中铝含量为0.007％。
工件经抛丸除锈热镀锌工艺处理后表面锌层覆盖均匀致密，外管壁未出现漏镀和色差，内管壁未附着锌层，外管壁锌层厚度为140um。镀锌质量未达到GB/T13912－2020的要求，锌层厚度超出实施例4一倍以上。
对比例2
一种环保除锈热镀锌工艺，包括如下步骤：
(1)将需要进行热镀锌的钢制构件进行一定时间的抛丸除锈，使工件表面的抛丸除锈等级达到Sa2.5级。
(2)将抛丸除锈后的工件采用高压空气进行吹砂处理，主要是吹走工件表面残留的残留物和残留的钢丸，避免带入下一道工序。
(3)将吹砂后的工件浸入柠檬酸溶液中，柠檬酸浓度为5％，温度为40摄氏度，浸泡时间为8分钟。
(4)将柠檬酸除锈后的工件在清水中漂洗5秒。。
(5)将柠檬酸除锈后的工件在助镀液中浸泡1分钟，助镀液中氯化锌含量为60g/L,氯化铵含量为60g/L，助镀液pH为4.5。
(6)将助镀液浸泡后的工件匀速浸入锌液中进行热镀锌处理，锌液温度为440摄氏度，锌液中铝含量为0.03％。
工件为厚度为12mm的Q235B材质的钢板，工件经环保除锈热镀锌工艺处理后表面锌层出现大面积点状漏镀。镀锌质量不符合GB/T13912－2020的要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钢铁表面环保除锈热镀锌工艺，其特征在于，包括：
将工件依次进行抛丸除锈、吹砂处理、浸渍在有机酸溶液、漂洗、浸泡在高铝防漏镀剂，得到高铝防漏镀剂浸泡后的工件；
将所述高铝防漏镀剂浸泡后的工件在助镀液中浸泡后，进行热镀锌处理，水冷、钝化，即得。
2.如权利要求1所述的钢铁表面环保除锈热镀锌工艺，其特征在于，所述抛丸除锈工序对钢制构件表面的抛丸除锈效果达到Sa2.5级。
3.如权利要求1所述的钢铁表面环保除锈热镀锌工艺，其特征在于，所述有机酸溶液为柠檬酸溶液，浓度为5％～20％，柠檬酸溶液的温度为40～60℃，浸泡时间为8～30min。
4.如权利要求1所述的钢铁表面环保除锈热镀锌工艺，其特征在于，漂洗的时间为5～8s。
5.如权利要求1所述的钢铁表面环保除锈热镀锌工艺，其特征在于，在高铝防漏镀剂中浸泡20～60s。
6.如权利要求1所述的钢铁表面环保除锈热镀锌工艺，其特征在于，所述助镀液为浓度为60/L～200/L氯化锌和浓度为60g/L～100g/L氯化铵的混合水溶液，溶液pH为3.0～4.5，浸泡时间为1～5min。
7.如权利要求1所述的钢铁表面环保除锈热镀锌工艺，其特征在于，锌液中锌的含量为99.87％～99.97％，铝的含量为0.03％～0.1％，铁的含量为0～0.02％，锌液温度为430～450℃。
8.如权利要求1所述的钢铁表面环保除锈热镀锌工艺，其特征在于，工件为厚度为2.5～16mm厚度的Q235B或者Q355B材质的钢板或者构件。
9.如权利要求1-8任一项所述工艺制备的镀锌板或者镀锌构件。
10.如权利要求9所述的镀锌板或者镀锌构件，其特征在于，所述镀锌构件包括：脚手架、升降机标准节、管状产品。
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