一种防止钢丝热镀锌漏镀的助镀剂的制备方法

专利名称：一种防止钢丝热镀锌漏镀的助镀剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及金属制品行业中的热镀锌技术，特别是涉及一种防止钢丝热镀 锌表面漏镀的助镀剂的制备方法。
二背景技术：
热镀锌(Hot-dip galvanizing),是一种普遍用于金属制品的表面处理方 法，利用金属锌的低熔点能够粘附在高熔点钢铁表面上的特性，而采用的一种 防腐蚀方法。金属制品热镀锌的主要目的是防腐蚀而非装饰，金属制品表面局 部露铁又称漏镀，这是一种在所有标准中都规定的不可接受的镀锌层缺陷。热 镀锌层具有优良的耐腐蚀性能，大气环境中使用寿命一般可达15 20年，其镀 层光亮、美观，结合力强、镀层均匀，广泛应用在电力架空、通讯、捆绑、铠 装电缆、围栏、铝线芯、吊架、悬挂、渔业等国民经济各个领域。因钢丝热镀 锌生产可连续进行，具有生产效率高、热镀工艺简单，宜操作，工艺稳定、适 应性宽等优点，因此得到了广泛的应用。钢丝热镀锌传统工艺为钢丝一脱脂 除油一水清洗一盐酸洗除锈一水清洗一浸粘助镀溶剂一烘干一热浸镀锌一后处 理一成品(见图l)。直径为1. 25 5. 50mm的钢丝表面经过脱脂、除锈前(预) 处理获得清洁的表面后，再经过浸粘助镀溶剂助镀后，钢丝进入熔融的锌液中， 钢丝表面可以成功获得光亮、连续的镀锌层。
浸粘助镀溶剂处理在整个钢丝热镀锌生产中，处于一个很重要的环节。溶 剂助镀是热浸镀锌镀前处理中一道重要处理工序，它不仅可以弥补前面脱脂去 油、盐酸洗除锈工序可能存在的不足，还可以活化钢铁表面，提高镀锌质量。 钢丝不经过浸粘溶剂助镀处理，钢丝表面就镀不上锌，它的好坏，不仅直接影 响镀锌层质量，还对锌和其它辅助材料的消耗成本有很大的影响。但是，钢丝 热镀锌镀锌层漏镀、镀层不连续、不均匀是传统工艺热镀锌常见的缺陷之一， 是传统工艺无法从根本上解决的问题。
所谓助镀就是将盐酸酸洗后的钢丝经水洗后，再浸入氯化铵助镀溶液中， 提出后在钢丝表面形成一层薄的氯化铵盐膜。助镀溶剂的主要作用是
1) 清洁钢丝表面，能去除掉盐酸洗后钢丝表面上的一些铁盐、氧化物和其 它脏物。
2) 在钢丝表面沉积一层盐膜，可以将钢丝表面与空气隔绝开来，防止进一 步微氧化。
3) 净化钢丝浸入锌液处的液相锌，使钢丝与液态锌快速浸润并反应。
4) 钢丝表面粘附的一层助镀溶剂膜受热分解时，使钢丝表面具有活性作用 及润湿能力(即降低表面张力)，使锌液能很好地附着于钢丝表面的金属基体上， 并顺利地进行合金化过程。同时助镀剂还要满足钢丝热浸锌的要求
(a)在锌液温度下，必须相当稳定；(b)对钢丝钢基体不会产生铁盐类化 合物；(c)溶剂在锌液中的分解反应要十分迅速，并能完全从钢丝表面上脱落; 分解时所产生的物质应是流动的而容易被消除掉，不会影响镀锌层质量；(d) 即使溶剂形成铁盐，但该铁盐能被锌液还原。
5) 粘上助镀溶剂的钢丝在遇到锌液时，溶剂气化而产生的气浪起到清除 锌液上的氧化锌、氢氧化铝及碳黑颗粒的作用。
在国内外，在钢丝热镀锌生产中，截至目前一直采用单一的氯化铵水溶液 作为助镀溶剂，其浓度为8 15%。但是以单一氯化铵水溶液作助镀剂，因其在 钢丝表面干燥后，容易结晶，结晶膜层粘结能力差，易脆，容易从钢丝表面脱 落，起不到防止钢丝表面氧化生锈的保护作用，氯化铵浓度稍高，则在钢丝进 入高温的锌液之前易挥发，使钢丝在浸锌过程中形成过多烟雾。因此，使用单 一氯化铵水溶液作助镀溶剂，会造成钢丝镀锌层出现多孔或漏镀(露铁)的表 面缺陷，锌与钢丝基体附着性差。
同时，在钢丝热镀锌生产中，因为钢丝走线速度快，钢丝采用盐酸除锈后，
其表面粘附、残留的盐酸和铁盐虽经水洗仍然会进入助镀剂中，会使助镀溶剂
的PH值降低呈酸性，钢丝表面的铁将继续溶解，使助镀剂中的二价铁离子 Fe(0H)2以及三价铁离子Fe(0H)3含量升高后，随钢丝表面带入熔融的锌液中。 首先使锌液黏度增大，进而使锌渣增多，锌耗增加，严重时会使镀锌层表面粗 糙并影响镀锌层的附着性，如露铁、缠绕性差，甚至镀锌层脱落等质量问题。 国内一篇题目为"热镀锌工艺中亚铁离子的连续清除和对工艺过程最优化的要 求"的文献(Andrew Herd、杨冰，第七届全国热镀锌大会论文集，深圳2004. 190 — 191)报道当助镀剂中亚铁离子含量达到1 1. 8g/L时，锌耗量由50Kg/t 直线上升，直到80Kg/t (每吨钢件)；亚铁离子含量达到1.8 9.5g/L时，锌 耗量达80 120Kg/t，以斜率为0.32的直线形式上升。降低助镀剂中铁离子的 含量， 一直是国内外热镀锌界长期致力研究、需要解决的问题，但效果不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服背景技术中的问题，提供一种防止钢丝热 镀锌漏镀的助镀剂的制备方法，该方法具有工艺简单、生产成本低廉、质量稳 定和可工业化生产等优点。
本发明的技术方案是
本发明依据是改单一氯化铵助镀溶剂为氯化铵和氯化锌混合溶剂，避免使 用单一的氯化铵做助镀剂热稳定性差，在热镀锌过程中形成过多的烟雾，减少 钢丝在盐酸洗之后和浸锌之前的氧化，以及利用氯化锌热稳定性能较好，浸锌时 产生烟尘较少，通过两者优点互补、摒弃缺点产生较好的效果，同时当助镀液
质量浓度一定时，水溶液具有一定的涂层作用，配制以ZnCl2，2NH4Cl为氯化锌 和氯化铵混合组成基础的助镀溶剂，具有很好的预防镀锌层漏镀作用。
本发明的防止钢丝热镀锌漏镀的助镀剂的制备方法，包括将盐酸洗后的钢 丝经水洗后，浸入氯化铵水溶液槽中，从钢丝热镀锌熔融的锌锅底部捞出锌渣， 冷却后放入氯化铵水溶液槽中，将含有氯化铵的水溶液加热并使温度保持在 70 75°C，其中氯化铵的初始含量为30 45g/L，初始PH值为2 3,利用盐
酸洗后的钢丝带进的盐酸与锌渣发生化学反应生成氯化锌的方法，形成氯化锌 和氯化铵的混合水溶液，满足钢丝热镀锌生产镀锌层的质量要求。
所述的锌渣含有96 97%的金属锌，所述的冷却是将锌渣放入模具中冷却成 方块型，以竖直方式沿着氯化铵水溶液槽的四周均匀放置。
所述混合水溶液含氯化铵30 45g/L、氯化锌10 15g/L，溶液pH值5 6。
向所述的氯化锌和氯化铵混合水溶液中加入乳化剂垸基酚聚氧乙烯醚，使 混合溶液中含氯化铵30 45g/L、氯化锌10 15g/L、烷基酚聚氧乙烯醚0. 5 2.5g/L，溶液pH值5 6。
所述方块型锌渣的尺寸为长400腿X宽300 mmX高100mm。
将所述的助镀剂中产生的铁的化合物沉淀采用循环过滤机去除，过滤后铁 离子含量控制在0.6 1.0 g/L。
本发明要求氯化铵的水溶液温度保持在70 75'C，温度低于7(TC时，盐酸 与锌渣(FeZnu)反应速度减缓，但是氯化铵水溶液温度不能超过75'C，否则将影 响循环过滤机的使用寿命。
本发明的积极有益效果
(1) 本发明方法，简单易行，利用盐酸与锌渣(FeZn13)中的金属锌反应生 成氯化锌的原理，使助镀溶剂中的氯化锌始终保持在一定浓度范围内。采用氯 化铵和氯化锌混合溶剂，解决了单一使用氯化铵容易使钢丝表面漏镀的缺陷； 关键是解决了随着钢丝产量的增加，氯化铵和氯化锌随钢丝带走而其浓度逐渐 降低，需要定时向氯化铵水溶液中添加氯化铵和氯化锌的弊端；同时降低了助 镀溶剂中的氯化铵含量，只需按技术要求添加少量氯化铵；减少了氯化铵因遇 热产生的烟雾，改善了工作环境，生产每吨钢丝可节约氯化铵用量约为40 50%。
(2) 本发明的助镀溶剂采用氯化铵和氯化锌混合溶剂复合使用，优点互补、 摒弃缺点，解决了单一使用氯化铵干燥后，因结晶易脱落使钢丝表面钢基体二 次微氧化给钢丝热镀锌造成表面漏镀的缺陷。助镀溶液中添加了乳化剂，可使溶
液混合更均匀，pH值稳定在5 6;减少了盐酸洗后水清洗工序的用水量，不再 要求清洗水的pH值为中性，减少了再生水处理量。
(3) 本发明方法中产生的铁的化合物容易沉淀，使用循环过滤机将沉淀去 除，净化了助镀溶剂，经过滤后助镀溶剂中铁离子含量控制在0.6 1.0 g/L以 下，减少了锌锅中锌渣(FeZn13)的生成量，降低了锌的消耗，可节锌10 15%， 同时可保持锌液的流动性不因铁离子含量增高而变差，防止助镀溶剂因杂质多 而老化，防止钢丝镀层漏镀。
(4) 本发明方法中所产生的氯化锌与氯化铵混合后，用于钢丝热镀锌生产 工艺中，热镀锌钢丝可以获得连续、致密、光滑、附着性和耐腐蚀性能好的镀 锌层，钢丝热镀锌生产镀锌层的质量达到'国家标准GB/T3428-2002。
四

图1传统钢丝热镀锌生产工艺流程示意图。 图2钢丝通过放有锌渣的助镀剂槽时的示意图。 图3改进后的钢丝热镀锌工艺流程图。
五具体实施例方式
下面结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例一、参见图2、图3，采用现有钢丝热镀锌用盐酸除去钢丝表面铁锈 的方法，利用钢丝走线速度快，随钢丝表面将盐酸和铁盐带进助镀溶剂中的特 性，使用预先把锌渣(FeZm3)从锌锅中捞出，放入模具中冷却成尺寸约为长400 X宽300X高100(mm)的方块型，直接把冷却成型的锌渣块沿助镀溶剂槽四周垂 直放置，利用盐酸与锌渣(FeZn13)中金属锌反应生成氯化锌化学原理，锌渣块 与溶液接触反应面积大，助镀溶剂中的氯化锌每时每刻都在产生，并保持在一 定范围中，满足钢丝热镀锌生产镀锌层的质量要求。具体包括如下步骤
(1) 先从钢丝热镀锌熔融的锌锅底部捞出含有96 97%金属锌的锌渣备用；
(2) 事先将含有氯化铵的水溶液加热，并使温度保持在70 75-C。
(3) 将冷却的锌渣方块，沿着氯化铵水溶液槽子的四周，以竖直的方式放
置，并加入乳化剂垸基酚聚氧乙烯醚OP-10;
(4) 在钢丝走线经过助镀溶剂槽的过程中，保持助镀溶剂成分中含氯化铵
30 45g/L、氯化锌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循环过滤机设备，过滤去除助镀溶剂中产生的铁的化合物沉 淀和其它杂质，使过滤后助镀溶剂中的铁离子含量控制在0.6 L0 g/L以下。 循环过滤见图3。
图2为待镀锌钢丝经过助镀溶剂槽的示意图，经盐酸除锈、水洗后钢丝1
经过托辊2，在牵引力作用下经过压辊4进入助镀溶剂3中，溶剂槽7中放置有
方型锌渣5，然后钢丝经托辊6引出，离开助镀溶剂槽7。
实施例二、同实施例一相同之处不再重述，不同之处在于 助镀溶剂成分含氯化铵35 40g/L、氯化锌10 12g/L、烷基酚聚氧乙烯醚
OP-10 1 2g/L， pH值5 6，水余量。
实施例三、同实施例一相同之处不再重述，不同之处在于 助镀溶剂成分含氯化铵30 35g/L、氯化锌12 15g/L、垸基酚聚氧乙烯醚
op國10 2 2. 5g/L， pH值5 6，水余量。
实施例四、同实施例一相同之处不再重述，不同之处在于
助镀溶剂成分含氯化铵32 38g/L、氯化锌ll 13g/L、垸基酚聚氧乙烯醚
OP-10 0. 5 lg/L， pH值5 6，水余量。
实施例五、同实施例一相同之处不再重述，不同之处在于 助镀溶剂成分含氯化铵35 40g/L、氯化锌ll 13g/L、烷基酚聚氧乙烯醚
op國10 1.5 2g/L， pH值5 6，水余量。
实施例六、同实施例一相同之处不再重述，不同之处在于
助镀溶剂成分含氯化铵40 45g/L、氯化锌10 12g/L、烷基酚聚氧乙烯醚 OP-10 0.6 lg/L， pH值5 6，水余量。
实施例七热镀锌钢丝的制备。
将本发明的助镀溶剂的制备方法用于钢丝热镀锌生产工艺中，生产工艺见图
3，生产的热镀锌钢丝满足钢丝的质量达到国家标准GB/T3428-2002。
权利要求
1、一种防止钢丝热镀锌漏镀的助镀剂的制备方法，包括将盐酸酸洗后的钢丝经水洗后，浸入氯化铵水溶液槽中，其特征在于从钢丝热镀锌熔融的锌锅底部捞出锌渣，冷却后放入氯化铵水溶液槽中，将含有氯化铵的水溶液加热并使温度保持在70～75℃，其中氯化铵的初始含量为30～45g/L，初始pH值为2～3，利用盐酸酸洗后的钢丝带进的盐酸与锌渣发生化学反应生成氯化锌的方法，形成氯化锌和氯化铵的混合水溶液，满足钢丝热镀锌生产镀锌层的质量要求。
2、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的锌渣含有96 97% 的金属锌，所述的冷却是将锌渣放入模具中冷却成方块型，以竖直方式沿着氯 化铵水溶液槽的四周均匀放置。
3、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的混合水溶液中含 氯化铵30 45g/L、氯化锌10 15g/L，溶液pH 5 6。
4、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于向所述的氯化锌和氯化 铵混合水溶液中加入乳化剂垸基酚聚氧乙烯醚，使混合溶液中含氯化铵30 45g/L、氯化锌10 15g/L、烷基酚聚氧乙烯醚0.5 2.5g/L，溶液pH值5 6。
5、 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述方块型锌渣的尺寸 为长400 mmX宽300 mmX高100mm。
6、 根据权利要求1 5任一项所述的制备方法，其特征在于将所述的助 镀剂中产生的铁的化合物沉淀采用循环过滤机去除，过滤后铁离子含量控制在 0. 6 1. 0 g/L。
全文摘要
本发明涉及一种防止钢丝热镀锌表面漏镀的助镀剂的制备方法。该方法包括将盐酸酸洗后的钢丝经水洗后，浸入氯化铵水溶液槽中，从钢丝热镀锌熔融的锌锅底部捞出锌渣，冷却后放入氯化铵水溶液槽中，将含有氯化铵的水溶液加热并使温度保持在70～75℃，其中氯化铵的初始含量为30～45g/L，初始pH值为2～3，利用盐酸酸洗后的钢丝带进的盐酸与锌渣发生化学反应生成氯化锌的方法，形成氯化锌和氯化铵的混合水溶液，满足钢丝热镀锌生产镀锌层的质量要求。该方法具有工艺简单、生产成本低廉、质量稳定和可工业化生产等优点，生产每吨钢丝可节约氯化铵用量约为40～50％，减少了锌锅中锌渣(FeZn₁₃)的生成量，降低了锌消耗，可节锌10～15％。
文档编号C23C2/06GK101338407SQ200810140979
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月8日 优先权日2008年8月8日
发明者张保胡, 焦宗保, 苗立贤 申请人:巩义市恒星金属制品有限公司