（材料加工工程专业论文）热镀锌液中锌渣的电磁分离理论及实验研究.pdf

摘要 热镀锌液中锌渣的电磁分离理论及实验研究 摘要 热镀锌钢板大量应用于汽车内外板，高表面质量是其必需具备的 基本条件。镀锌液中的锌渣是影响镀锌板表面质量的最重要因素，由 锌渣引起的各种缺陷造成了巨大的经济损失。目前防止锌渣缺陷产生 的措施主要是通过镀锌工艺控制和设备改造，抑制锌渣的形成。随着 材料电磁加工技术的发展，电磁净化已经成为具有应用前景的新型金 属熔体净化工艺。尝试将电磁净化技术应用于热镀锌液中锌渣的去 除，揭示# l - 力t l 电磁场作用下锌渣相的电磁分离机理和分布变化，不仅 具有重要的理论价值，而且对于高质量热镀锌产品的生产也具有显著 的应用价值。 针对热镀锌液中锌渣去除的研究现状，本文通过电磁分离热镀锌 液中锌渣这一新工艺开展了如下研究：( 1 ) 揭示了交变磁场作用下锌 渣的电磁分离机理；( 2 ) 通过数值分析研究了锌渣去除效率的影响因 素；( 3 ) 建立了热镀锌液电磁分离的实验装置，并进行了热镀锌液静 态分离实验和连续分离实验；( 4 ) 设计了大流量的热镀锌液电磁净化 中试试验装备，并开展了热镀纯锌( g i ) 和合金化( g a ) 钢板镀锌液体系 的中试试验研究；( 5 ) 通过数值模拟研究了中试锌锅及工业锌锅中的 流场、温度场和锌渣浓度场在锌液体外循环净化下的变化规律。通过 上述研究提出了热镀锌液电磁净化的技术原型，为热镀锌液电磁净化 技术的工业应用奠定了实验和理论基础。 t 上海交通大学博士学位论丈 通过建立锌渣电磁分离的计算模型，研究了锌渣电磁分离过程中 的运动规律、锌渣分布变化以及去除效率与主要工艺参量的变化关 系。由于锌渣相的导电率与锌液存在数量级的差异，锌渣颗粒的受力 为一个与锌液所受电磁力方向相反的挤压力作用，其大小在数值上等 于等体积锌液所受电磁力的o 7 5 倍。因此，通过在锌液熔体内施加 定向电磁力作用即可实现热镀锌液中锌渣的定向分离。锌渣的去除效 率与电磁力施加时间、磁感应强度、磁场频率和分离器尺寸有关。锌 渣的去除效率随平均停留时间和磁感应强度的增大而增大；当磁场频 率一定时，分离器尺寸与集肤深度的比值蒯在2 附近时锌渣去除效 率最佳，随着分离器尺寸的进一步增大锌渣去除效率将减小：在分离 器尺寸一定时，锌渣去除效率随磁场频率的增大而增大。 根据分离器单个通道的尺寸，合适的磁场频率应使得集肤深度 减5m m ，因此，实际磁场频率厂可选择为1 5k h z 2 0k h z 。在分离 器尺寸、磁场频率和锌液在电磁感应线圈中平均停留时间一定的条件 下，磁感应强度值不小于o 0 6 t ，净化电源的额定功率为5 0 k w 。以 电磁参数计算结果为理论依据建立了热镀锌液静态电磁净化装置并 开展了相关实验研究。实验结果表明：在磁场频率为1 7 5 k h z 、磁感 应强度均方根值为0 0 5 t 时，电磁作用1 5s 可有效去除不同铝含量的 热镀锌液中粒度大于1 0 肛m 的锌渣。 设计了热镀锌液连续净化实验装置，并进行了锌液连续流动条件 下的电磁净化实验，对锌渣去除效率随工艺参数的变化规律进行分 析，实验结果表明：当磁场频率为17 5 k h z ，有效磁感应强度为 摘要 0 0 5 0 1t ，电磁力施加时间为0 6 2 5 s ，陶瓷管横截面的锌液通道尺 寸为1 0 x1 0 m m ，1 0 1 a m 粒度的锌渣分离效率变化范围从4 3 7 6 到 9 8 6 3 ，实验结果与数值计算结果吻合较好。为了提高分离效率，充 分利用方形孔陶瓷管内锌液的二次扰动，研制了多级分离器，利用数 值模拟对锌渣去除效率进行了计算，由于第一级分离器每个通道的中 心位置现在被壁面占据，而原本处于分离“弱区 的锌渣在第二级分离 器内恰恰处在靠近壁面的“强区 ，锌渣的电磁分离效率可提高1 0 左 右，并通过实验加以验证。 在现有电磁净化实验装置的基础上，设计了一套具有自主知识产 权的热镀锌液电磁净化中试装备。本装置在国内首次使用了热镀锌液 体外循环净化技术，成功实现了锌液体外连续电磁净化，成为该技术 工业应用的装备雏形。在中试平台上进行的g a 镀锌液优化试验结果 表明，通过延长电磁净化时间、优化工艺参数和改变陶瓷管分离器结 构可明显改善净化效果，锌锅内所有取样点的平均锌渣去除效率可达 8 9 5 2 ，电磁净化流槽中陶瓷分离器前后的锌渣去除效率约为7 5 左右，粒度大于2 0 1 m a 的锌渣经过电磁净化可完全去除；中试平台上 进行的g i 镀锌液电磁净化试验表明，锌渣去除效率可达7 0 ，电磁 净化流槽中粒度小于1 5 1 a m 的锌渣去除效率仅为4 2 1 ，而大于1 5 t m 的锌渣去除效率为9 1 6 7 ，直径大于2 0 9 m 的锌渣可全部去除。 中试锌锅的数值模拟结果表明，在热镀锌液体外循环电磁净化的 前提下，综合考虑实验平台内锌液的流动和除渣率两方面因素，当回 锌管液流速度较低时，宜取较短的回锌管长度：而当回锌管液流速度 i 上海交通大学博士学位论文 较高时，宜取较长的回锌管长度。回锌管液流速度或净化效率较高时， 实验平台内锌渣浓度总体上均处于较低水平，除渣效果较好。锌渣粒 径对锌渣浓度场和除渣率影响不大。 工业在役锌锅的数值模拟结果表明，回锌管或抽锌管的放置与否 主要影响锌锅沉没辊上方的v 形区及其附近区域，而对锌锅内锌液 的总体流动影响甚小。循环净化条件下锌锅中锌渣的浓度随处理时间 的增加而逐渐降低。相比于普通锌锅，循环净化方式的引入有利于热 镀锌板质量的提高。 关键词： 热镀锌液，锌渣，电磁分离，分离效率，锌锅数值模拟 i v a b s t r a c t t h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a ls t u d yo n e l e c t r o m a g n e t l cs e p a r a t i o no fz i n cd r o s s f r o mg a l v a n i z i n gz i n cm e i r a b s t r a c t t h e h o t d i pg a l v a n i z i n g s t e e ls h e e th a sb e e nw i d e l yu s e di n a u t o m o t i v e e x p o s e da n du n e x p o s e db o d yp a n e la p p l i c a t i o n ，w h i c h r e q u i r e sp r e m i u ms u r f a c eq u a l i t y t h em o s ti m p o r t a n tf a c t o rt h a ti m p a i r s t h es u r f a c eq u a l i t yo ft h eh o td i pg a l v a n i z i n gs t e e ls h e e ti st h ed r o s s d e f e c t ，c a u s i n g ad r a m a t i ce c o n o m i c a ll o s s s of a r , t h em e t h o dt o e l i m i n a t et h ed r o s sd e f e c ti st or e s t r i c tt h ed r o s sf o r m a t i o nb yp r o c e s s i n g c o n t r o la n de q u i p m e n tu p g r a d e r e c e n t l y , w i t ht h er a p i dp r o g r e s so f e l e c t r o m a g n e t i cp r o c e s s i n g o f m a t e r i a l s ( e p m ) ，e l e c t r o m a g n e t i c s e p a r a t i o nt e c h n o l o g yh a sb e e nd e v e l o p e da n db e c o m ean o v e lm e l t p u r i f i c a t i o nm e t h o dw i t hm u c hp r o s p e c ti na p p l i c a t i o n i ti so fag r e a t v a l u et om a k ee l e c t r o m a g n e t i cs e p a r a t i o nt e c h n o l o g ya p p l i e di nr e m o v i n g z i n cd r o s sf r o mh o td i pg a l v a n i z i n gz i n cm e l t s ，c l a r i f y i n gt h es e p a r a t i o n m e c h a n i s ma n dd i s t r i b u t i o n e v o l u t i o no fd r o s s p h a s e s u n d e r e l e c t r o m a g n e t i cf i e l d b a s e do nt h es t a t eo ft h ea r to fz i n cd r o s sr e m o v i n gf r o mz i n cm e l t s ， t h e f o l l o w i n g r e s e a r c hw o r k sh a v e b e e nc a r d e do u to nt h en e w t e c h n o l o g yo fr e m o v i n gz i n cd r o s sb yu s i n ge l e c t r o m a g n e t i cs e p a r a t i o n ： ( 1 ) t h ez i n cd r o s ss e p a r a t i o nm e c h a n i s m h a sb e e ni n v e s t i g a t e db yu s i n g a l t e r n a t i n gm a g n e t i cf i e l d ；( 2 ) s t u d yo ni n f l u e n c ef a c t o r so fz i n cd r o s s r e m o v a le f f i c i e n c yt h r o u g hn u m e r i c a la n a l y s i s ；( 3 ) t h el a b o r a t o r y s c a l e e x p e r i m e n t a la p p a r a t u so fe l e c t r o m a g n e t i cs e p a r a t i o nh a v eb e e ns e tu p ， v 上海交通大学博士学位论文 a n de x p e r i m e n t st os t a t i ca n dc o n t i n u o u ss e p a r a t i o nd e l e t e r i o u sz i n cd r o s s f r o mz i n cb a t hw e r ec o n d u c t e do nal a b o r a t o r y s c a l ea p p a r a t u s ；( 4 ) t h e e s t a b l i s h m e n to fas e r i e so fp i l o t p l a n t s c a l ee q u i p m e n t ，g aa n dg iz i n c m e l t sp u r i f i c a t i o nw e r ec a r r i e do u t0 1 1t h i se q u i p m e n t ；( 5 ) b yn u m e r i c a l s i m u l a t i o no ft h ep i l o t p l a n t - s c a l ea n di n d u s t r i a lz i n cp o t ，t h ec h a n g el a w s o fv e l o c i t yf i e l d ，t e m p e r a t u r ef i e l da n dc o n c e n t r a t i o nf i e l do fz i n cd r o s s w e r es t u d i e dw h e nt h ez i n cm e l t sp u m p e do u tt h ez i n cp o t a l lo ft h e s e i n v e s t i g a t i o n sp r o v i d e de x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c a l b a s i sf o rh o t d i p g a l v a n i z i n ge l e c t r o m a g n e t i cp u r i f i c a t i o nt e c h n o l o g ya p p l i e di ni n d u s t r y t h r o u g ht h e e s t a b l i s h m e n to ft h ee l e c t r o m a g n e t i cs e p a r a t i o n c a l c u l a t i o nm o d e l ，t h e i rk i n e m a t i cb e h a v i o r so fz i n cd r o s s i nt h e e l e c t r o m a g n e t i cs e p a r a t i o np r o c e s s ，z i n c d r o s sd i s t r i b u t i o na n dt h e r e l a t i o nb e t w e e nt h er e m o v a l e f f i c i e n c y a n dt h em a i no p e r a t i o n p a r a m e t e r sh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d t h ec o n d u c t i v i t yo f z i n cd r o s si sf a r l e s st h a nt h ez i n cm e l t s ，s ot h ez i n cd r o s se x p e r i e n c e dt h er e p u l s i v ef o r c e o p p o s i t et ot h ee l e c t r o m a g n e t i cf o r c eo nt h em e l tu n d e re l e c t r o m a g n e t i c f i e l d ，a n dt h er e p u l s i v ef o r c ei s3 4t i m e s t h a to ft h ee l e c t r o m a g n e t i cf o r c e f o rs a m ev o l u m eo fz i n cm e l t s a c c o r d i n g l y , t h o s ep a r t i c l e sc a nb e s u c c e s s f u ls e p a r a t e df r o mt h em e t a lm e l tu n d e re l e c t r o m a g n e t i cf o r c e r e m o v a le f f i c i e n c yo fz i n cd r o s si sr e l a t e dt ot h ee l e c t r o m a g n e t i cf o r c e a n dt h ei m p o s i n gt i m e ，m a g n e t i cf l u xd e n s i t y , m a g n e t i cf i e l df r e q u e n c y a n ds i z eo ft h es e p a r a t o r t h ez i n cd r o s sr e m o v a le f f i c i e n c yi n c r e a s e d w i t ha na v e r a g er e s i d e n c et i m ei nt h ec e r a m i cp i p ea n dm a g n e t i cf l u x i n t e n s i t yi n c r e a s e sw h e ns q u a r es e p a r a t o ru s e df o r z i n cm e l t sp u r if i c a t i o n i tc a na c h i e v et h eh i g h e s tr e m o v a le f f i c i e n c yw h e nt h ef r e q u e n c yo f m a g n e t i cf i e l df i x e da n d t h er a t i oo ft h es e p a r a t o rs i z ea n ds k i nd e p t hi s a b o u t2t i m e s ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fz i n cd r o s sw i l lb ed e c r e a s e dw i t h t h es e p a r a t o rs i z ef u r t h e ri n c r e a s e ；t h er e m o v a le f f i c i e n c yi n c r e a s e sw i t h t h ef r e q u e n c yo fm a g n e t i cf i l e di n c r e a s e dw h e nt h es e p a r a t o rs i z ei sf i x e d v i a b s t r a c t t h ee l e c t r o m a g n e t i cp a r a m e t e r sa n do p e r a t i o np a r a m e t e r so ft h e e l e c t r o m a g n e t i cs e p a r a t i o na p p a r a t u sa r ec a l c u l a t e d ，t h es k i nd e p t h6 s h o u l db e2 5 m mw h e nw es e l e c t e ds u i t a b l em a g n e t i cf r e q u e n c yi n a c c o r d a n c ew i t ht h es i z eo fs i n g l e - c h a n n e ls e p a r a t o r , t h e r e f o r e ，t h ea c t u a l f r e q u e n c yo ft h em a g n e t i cf i e l di s s e tt o15 - 2 0k h z w h e nt h es e p a r a t o r s i z e ，f r e q u e n c yo ft h em a g n e t i cf i e l d ，a n dt h ea v e r a g er e s i d u et i m ei n s i d e t h es e p a r a t o ra r es e ta sf i x e dv a l u e ，t h em a g n e t i cf l u xd e n s i t yi sn ol e s s t h a no 0 6 t ，t h ec a l c u l a t e dr a t e dp o w e ro ft h ee l e c t r o m a g n e t i ca p p a r a t u si s 5 0 k w a c c o r d i n g t oa l la b o v ec a l c u l a t e d r e s u l 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y - s c a l ea p p a r a t u s b yu s i n gh i g h f r e q u e n c ya l t e r n a t i n gm a g n e t i c f i e l dt o o w h e nt h e m a g n e t i cf r e q u e n c yi s17 5k h z ，e f f e c t i v em a g n e t i cf l u xi n t e n s i t yi so 1t ， t h ec r o s ss e c t i o no ft h ec e r a m i cs q u a r ep i p ei slo x 10r n r n ，a n dt h e p r o c e s s i n gt i m ei s0 6 - 2 5s ，t h es e p a r a t i o ne f f i c i e n c yo fz i n cd r o s sv a r i e s f r o m4 3 7 6 t o9 8 6 3 ，a n dt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ea l m o s ti ng o o d a g r e e m e n tw i t h t h e o r e t i c a lr e s u l t s i no r d e rt oi m p r o v et h er e m o v a l e f f i c i e n c ya n dm a k ef u l lu s eo ft h es e c o n d a r yd i s t u r b a n c ei n s i d et h e c e r a m i cp i p e ，an e wm u l t i s t a g es e p a r a t o ri sd e v e l o p e da n dt h er e m o v a l e f f i c i e n c yo fm u l t i - s t a g es e p a r a t o ri s c a l c u l a t e d a st h ec e n t e ro fe a c h c h a n n e lo ft h ef i r s ts t a g es e p a r a t o ri sn o w o c c u p i e db yt h ew a l l ，a n dz i n c v 上海交通大学博士学位论文 d r o s sw a so r i g i n a l l yl o c a t e di na w e a ka r e a s ”o ft h ef i r s ts t a g es e p a r a t o r s u c c e s s f u l l yc h a n g e dt ot h e s t r o n ga r e a s ”w h e nt h e s ed r o s se n t e r e dt h e s e c o n d s t a g es e p a r a t o r , t h e z i n cd r o s s e l e c t r o m a g n e t i cs e p a r a t i o n e f f i c i e n c yc a nb ei n c r e a s e db y10 o rs o ，a n dt h e s en u m e r i c a lc a l c u l a t i o n r e s u l t sh a sb e e nv e r i f i e dt h r o u g he x p e r i m e n t s as e r i e so fp i l o t - p l a n t - s c a l ee q u i p m e n tw h i c ho w n si n d e p e n d e n t i n t e l l e c t u a lp r o p e r t yf i g h t sf o rz i n cm e l te l e c t r o m a g n e t i cp u r i f i c a t i o nw a s d e v e l o p e d an e wc a r d i o p u l m o n a r yb y p a s s z i n cm e l t s p u r i f i c a t i o n t e c h n o l o g yw a sf i r s ti n t r o d u c e di nt h i sp a t e n te q u i p m e n t ，t h es u c c e s s f u l i m p l e m e n t a t i o no fac o n t i n u o u se l e c t r o m a g n e t i cp u r i f i c a t i o no u t s i d et h e z i n cp o t ，t h i se q u i p m e n tc a nb es e e na st h ep r o t o t y p eo ft h ee q u i p m e n tf o r i n d u s t r i a la p p l i c a t i o n s t h eg az i n cb a t hp u r i f i c a t i o ne x p e r i m e n tr e s u l t s s h o wt h a tt h r o u g he x t e n d i n gt h ep r o c e s st i m e ，o p t i m i z et h ep r o c e s s p a r a m e t e r sa n dc h a n g et h es t r u c t u r eo f c e r a m i cs e p a r a t o rc a ns i g n i f i c a n t l y i m p r o v et h ep u r i f i c a t i o ne f f e c t ，t h ea v e r a g ez i n cd r o s sr e m o v a le f f i c i e n c y i su pt o8 9 5 2 f o ra l ls a m p l e s ，t h er e m o v a le f f i c i e n c ya f t e rs e p a r a t i o n i nt h el a u n d e rw a sa b o u t7 5 ，z i n cd r o s sc a nb er e m o v e dc o m p l e t e l y w h i c h p a r t i c l e s i z e l a r g e r t h a n2 0 p m ；g iz i n cb a t h p u r i f i c a t i o n e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tz i n cd r o s sr e m o v a le f f i c i e n c yu pt o7 0 ，t h e r e m o v a le f f i c i e n c yo fz i n cd r o s sl e s st h a n15p mw a so n l y4 2 1 i nt h e l a u n d e r , a n dt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fd r o s sp a r t i c l es i z el a r g e rt h a n 15p mw a s91 6 7 ，b u tz i n cd r o s sc a nb er e m o v e dc o m p l e t e l yw h i c h p a r t i c l es i z el a r g e rt h a n2 0 p r na ss a m ea si ng ap u r i f i c a t i o n n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t so fp i l o t - p l a n t - s c a l ez i n cp o ts h o wt h a t t h er e t u r np i p es h o u l db es h o r t e dw h e nt h er e t u r nf l o wr a t eo fz i n ci sl o w , a n dv i c ev e r s a t h er e m o v a le f f i c i e n c yi n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s e do ft h e f l o wr a t eo fz i n cb a t h t h ep a r t i c l es i z ea n dc o n c e n t r a t i o nf i e l d so fz i n c d r o s sh a v el i t t l ee f f e c to nt h es e p a r a t i o nr e s u l t s n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t so fz i n cp o ta p p l i e di ni n d u s t r ys h o w a b s t r a c t t h a tt h el o c a t i o no fr e t u mp i p ea n dp u m pp i p eh a se f f e c to nt h e v s h a p e da r e a ，b u th a sl i t t l ee f f e c to nt h eb u l kf l o w t h ed r o s sc o n c e n t r a t i o n i nt h eb a t hd e c r e a s e sw i t ht h ep r o c e s s i n gt i m ei nt h ec a s eo fc i r c u l a t i n g p u r i f i c a t i o n c o m p a r e dt o z i n c p o t i n g e n e r a l ，t h e i n t r o d u c t i o no f c i r c u l a t i n gp u r i f i c a t i o nc a ns i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h es u r f a c eq u a l i t yo f g a l v a n i z i n gs t e e ls h e e t k e y w o r d s ：h o t d i pg a l v a n i z i n g z i n c m e l t ， z i n c d r o s s ， e l e c t r o m a g n e t i cs e p a r a t i o n ，r e m o v a le f f i c i e n c y , z i n cp o tn u m e r i c a l s i m u l a t i o n i x 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密0 ( 请在以上方框内打“寸) 学位论文作者签名：褥 日期：加口7 年夕月z 8 日 。 日期：2 d 哆年7 月格日 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者躲数季 日期：瑚l 年7 月格日 爹y f r ，谬 彦了弋日 名9 摊衫 稚月 =， ， 刻p 指吖 飙 第一章文献综述 1 1热浸镀锌技术 第一章文献综述 钢铁由于具有优良的机械性能及较高的性价比而被广泛应用于汽车制造、机电、化 工、建筑和石油等领域。钢铁的腐蚀破坏所带来的损失非常巨大，每年由于锈蚀而损失 的钢铁材料多达数千万吨。根据2 0 0 0 年公布的调查结果，仅在美国，每年因钢铁腐蚀损 坏及修复的花费约占国民生产总值的4 7 ，其中约1 4 是不可避免的i l 】。钢铁的腐蚀造 成了材料及能源的极大浪费。 热镀锌( h o td i pg a l v a n i z i n g ) 发明于18 世纪中叶，至今为止仍是世界上钢铁材料 最基本、最广泛、最古老的防腐蚀方法【2 一。2 0 世纪末，钢材热镀锌工艺在技术和装备 上均取得了长足的进步，尤其是汽车用热镀锌钢板及更高耐蚀性的镀层配方有了突破， 例如热浸镀5 5 铝一锌一1 6 硅合金镀层1 8 枷1 、含镍镀锌层【l i 】、加入胶质硅酸盐镀层【1 2 】、 加入镍铋i1 3 - 1 9 1 和一定量稀土的镀层1 2 0 1 等均能显著提高钢铁的耐蚀性。为此，很多厂家 相继建立了现代化的大型连续热镀锌生产线，或将早期建设的生产线进行技术改造，使 机组的生产能力和产品质量进一步提高。 汽车业的快速发展为钢铁工业的发展提供了契机和新的需求，汽车用热镀锌钢板成 为我国各主要钢铁企业新产品开发的主要方向，也是钢铁企业研发能力的重要体现。汽 车用钢板主要包括结构件用钢板和覆盖件用钢板两种类型，其中覆盖件用钢板的使用量 大，种类多，对板材的性能要求也相对较高，同时也具有较高的产品附加值，因此，这 类覆盖件钢板的需求量持续增长1 2 2 1 。例如，宝钢已经把汽车板尤以发展高强度钢板及其 热镀锌产品为主要方 2 3 , 2 4 】。在国外，由于成本和质量的优越性，日本汽车行业从2 0 0 5 年起汽车用板全部以合金化镀锌板取代现有的电镀锌合金板。 1 2 热镀锌钢板的表面缺陷 作为镀锌钢板的精品和极品，汽车用热镀锌钢板应满足高表面质量、高强度、良好 的焊接性口5 1 和高深冲性的要求 2 6 1 。钢板表面质量除了与薄板表面粗糙度、清洁度和带钢 化学成分有直接的关系外，热镀工艺、锌液成分、热镀设备也是影响镀层表面质量的重 要因素。通过对欧洲及北美的一些镀锌企业进行统计鲫，在热镀纯锌( g i ) 和热镀合金 化锌液( g a ) 的锌锅中，归纳了常见的8 类表面缺陷，发现其中的5 种都跟锌渣有关， 上海交通大学博士学位论丈 可见，锌液中的锌渣是影响镀锌板表面质量的最重要因素2 ”。镀锌过程中产生的锌渣如 图1 1 所示。锌渣在镀锌过程中很容易被镀锌钢板黏附，从而形成锌渣缺陷，严重影 响了镀锌板的外观质量，如图i - 2 所示。 圈i - i 镀锌过程中产生的锌渣1 2 i f i g 1 1z i n cd r o s s o c c u r r e dd u r i n g h o t d t o g a l v a n i z e dp r o c e s s 【2 1 1 3热镀锌渣的产生及生长机制 田1 - 2g l 镀锌板袁面的锌渣缺陷【圳 f k i - 2 z i n c d r o s sd e f e c t s i n g is t r i p 8 9 。 锌渣是锌液中溶解的f e 与熔融z n 或与锌液中添加的a 1 之间在高温下形成的f e - z n 系、f e - a i 系或f e a 1 - z n 系金属间化合物。锌液中f e 的来源主要是带铜钢基的溶解和铁 质锌锅的浸蚀。研究表明，在连续生产的热镀锌过程中。锌掖一般处于铁饱和状态t 锌 浴内会不可避免地析出f e - z n 或f e - a i 金属间化合物的晶粒9 ”。对于不同的锌液体系， 锌液中的锌渣类型和产生原因各不相同。 1 3 1 面渣 面渣的主要结构为f e 2 a 1 5 ，该物质的密度约为4 2g 七m 3 ，比锌液轻( 锌液的密度为 6 6g c m 3 ) ，因此容易上浮至锌液表面t 3 4 1 。z n 在该二元化合物中有一定的溶解度，因此 面渣的实际结构应该是f e 2 a l s z n x 的三元金属间化合物。孙在f e 2 a 1 5 中的溶解度随温度 及其他工艺条件改变而发生小范围变化。有研究表明面渣中z n 含量为1 5 - 2 5w 啪口s , 3 0 。 面渣形状多为棱角较圆滑的颗粒状多边形，大小一般为4 0 - 1 0 0 p m 吲，如图1 - 3 所示。 第一章文献综述 f ，髻 矿 ， 世， o ! _ 每 擎 0 叫 图1 3 0 l 镀锌液中的面渣罔 f 嘻1 - 3t o pd r o s si ng iz i n cb a t h 1 3 2 底渣 对于含a l 量较低的g a 镀液，从金相组织分析来看，底渣主要是由溶解在锌液中的 f e 与z i - 发生反应的f e - z n 二元金属问化台物，以相( f e z n l 3 ) 和6 相( f e z n 7 ) 为主， 溶有少量的a l ，测定的底渣成分一般为：f e ：6 - 9w t ，a i ：2 - 4w t ，z n ：8 7 - 9 1w t o a 。 形状为棱角分明的多边形、长条状或由多个