钢制件热镀锌节能技术及应用_郭金龙.pdf

第2期钢制件热镀锌节能技术及应用郭金龙1，杨金梁2（1.日照市政务服务中心，山东 日照276800；2.丰益醇工业（连云港）有限公司，江苏 连云港222000）摘要：钢制件热镀锌工艺连续化生产过程涉及多种耗能设备，开发和利用先进的节能技术，提高热镀锌企业产品竞争力，成为影响钢制件热镀锌行业可持续发展的重要前置条件。本文从钢制件热镀锌工艺入手，介绍了钢制件热镀锌工艺的主要节能技术，结合岚山产业园热镀锌项目较低的能耗，分析了该产业节能技术的具体应用，希望对钢制件热镀锌节能工艺的研究引发积极的思考。关键词：钢制件；热镀锌；节能技术；应用中图分类号：TF0文献标识码：B文章编号：2096-7691（2023）02-093-04作者简介：郭金龙（1989），男，工程师，现任职于日照市政务服务中心，主要从事企业投资项目立项、节能审查等行政许可工作。Tel：[phone]，E-mail：jinl_引用格式：郭金龙，杨金梁，等.钢制件热镀锌节能技术及应用 J.能源科技，2023，21（2）：93-96.0引言热镀锌，也称热浸镀锌，是一种将钢制件浸入熔融的锌液中使之获得铁锌合金覆盖层的金属防锈方法1，也是应用较为广泛的钢铁防腐技术2。热镀锌平均厚度在55 mm3，均匀涂抹在钢制件表面，具有镀层稳定、附着力强、使用寿命长等优点。热镀锌层赋予钢材优良的耐腐蚀性，镀层均匀、厚度适中、表面状态易于加工等特点4，使得热镀锌工艺广泛地应用在建筑业支架、机电设备外壳、石化设备钢管、通信信号塔等国民经济各行各业。作为钢铁行业下游延伸产业，热镀锌工艺涉及多种大型能耗设备，包括废酸处理系统、燃控装置、助剂加热系统、冷却水及酸池加热、酸雾处理及锌烟处理等。因此，探究热镀锌工艺过程，开发符合生产需要的节能技术，保障热镀锌项目更加节能高效运行，才能促进热镀锌产业稳定向前发展。1钢制件热镀锌工艺1.1工艺流程钢制件热镀锌工艺流程为：工件上件酸洗助镀热镀锌水冷却钝化烘干检修成品，如图1所示。钢制件进厂后，先对镀锌件进行外观检查，主要检验外观形状有无油漆、工艺孔等是否满足需求。如果镀锌件多油污，需在酸洗开始前用低温碱洗工艺去除，通常用1%氢氧化钠溶液，添加高效脱脂剂，在45 以上温度下碱洗3060 min即可。酸洗工序采用15%20%盐酸溶液，除去待镀锌件表面的铁锈和杂质。镀锌件酸洗后，用清水清洗，进入助镀环节，此过程在待镀件表面形成一层薄氯化锌铵盐膜，防止镀锌件从助镀池到浸润锌锅的过程在空气中锈蚀5。助镀结束后自然风干进入热镀锌工序，在温度435 450 下镀锌5 min/次，完成钢制件热镀锌过程。完成金属件镀锌后要及时在50 60 温水中冷却，防止镀锌层高温氧化变色。冷却后的镀件在无铬钝化液中浸泡数分钟，钝化液在工件表面形成致密的保护膜，防止白锈产生。为了让钝化液快速成膜，在温度50 60 烘干2 h。镀件烘干后开启振动器或离心机振掉镀件上的锌瘤、锌粒，最终得到符合标准的成品。工件上挂酸洗助镀热镀锌助镀液回收助镀废液15%20%HCl溶液废酸池废酸再生系统在线助镀液再生系统天然气燃烧供热成品检修烘干钝化冷却无铬钝化液余热去烘干循环水冷却系统锌瘤、锌屑回收图1钢制件热镀锌工艺流程第21卷 第2期Vol.21 No.22023年4月Apr.2023第2期1.2主要节能技术连续热镀锌生产需要消耗大量的能源，开发和利用新型节能技术，可以有效降低企业生产经营成本、节约能源资源，不断增强热镀锌企业产品竞争力。在酸洗工艺设置了废酸再生系统，将回收15%20%的盐酸回流至酸洗槽，实现了废酸资源的回收利用。在助镀工序设置在线助镀液再生系统，将回收助镀液pH控制在3.54.5，能够有效脱除铁离子和杂质从助镀液中析出，同时实现助镀剂的循环利用。镀锌后水冷钝化工艺使铁和锌元素充分反应，防止出现结构缺陷、氧化变色等问题，配套循环水冷却系统实现工业水高效利用，同时循环水冷却系统出口高温气体的余热去烘干工艺，节省了热空气的消耗。钝化后的烘干热源也可以利用炉窑尾气余热加热，2 h左右即可将烘干室温度从常温提升至50 60，满足工艺用能要求。在镀锌钢件检修过程中，对钢制件表面进行修饰、打磨，回收的锌瘤和锌屑可以回收到镀锌槽，减少了工艺过程锌锭的消耗。2岚山产业园区热镀锌项目2.1项目概况岚山区金属表面处理中心生态产业园，位于日照市岚山经济开发区，是一个以金属表面处理及热加工为特色的钢铁配套生产基地。目前，一期项目已经建成13 条热镀锌生产线，可以生产大型钢结构件、角钢塔、电力塔、栏杆立柱等十余种热镀锌防腐钢铁件，具备100 万 t热浸镀锌钢材的加工能力。该项目采用无铬盐热镀锌纯化工艺，同时配套建设废酸微波除铁系统、助镀剂再生处理系统等，实现了资源的节能高效利用。2.2能耗指标岚山产业园热镀锌项目所选用设备符合 中华人民共和国实行能源效率标识的产品名录 节能机电设备（产品）推荐名录 国家重点节能低碳技术推广目录（节能部分）（2018年本）的相关要求，新增主要能耗设备的能源效率达到或接近国际先进水平，对于能耗较大的用电设备配备有无功补偿装置以降低无功损耗，进而提高设备备用电功率因数。例如：园区内各类水泵能效高于 清水离心泵能效限定值及节能评价值（GB 197622007）节能评价值的要求，风机能效符合 通风机能效限定值及能效等级（GB197612009）中的二级能效标准，空气压缩机组符合 容积式空气压缩机能效限定值及能效等级（GB191532009）中的二级能效标准，10kV变压器能效符合 三相配电变压器能效限定值及能效等级（GB200522013）中的二级能效标准等。项目采用多种节能环保措施，万元工业增加值能耗为0.39 t标煤，单位产品综合能耗指标为20.12 kg标准煤/t，对比同行业类似热镀锌工艺具有明显的能耗优势，见表1。表1岚山热镀锌项目与同行业能耗对比分析序号123企业河南华葛机械设备公司安徽金诺创新科技公司岚山产业园项目产量/万t1635100工艺热镀锌（天然气）热镀锌（天然气）热镀锌（天然气）单位能耗/（kg标煤 t-1）26.9023.9020.123钢制件热镀锌节能技术及应用3.1余热回收技术钢制件热镀锌过程中锌锅温度高达400 以上，可以充分回收锌锅余热，提高热镀锌工艺热效率。余热换热器的热水通过管道导入工艺槽，经过热交换器与槽体溶液发生热交换，可以对工艺槽溶液加热至工艺温度。完成热交换的热水再回流至储水箱，少量多余的热能可以再利用或直接外排。回收余热除了预热工艺槽溶液，还可以满足助镀槽用热需求。常规的助镀槽容积4050 m3，所需工艺温度60 70，锌炉余热完全可以将助镀槽溶液加热至生产需要的温度。3.2水循环利用技术钢制件热镀锌工艺中多道工序需要进行水洗处理，其中酸洗、助镀及镀锌后水冷钝化是工艺用水的重要门类。酸洗工序可以有效除去工件表面附着的铁锈、污垢等杂质，同时酸洗过程也会产生大量的酸雾和废酸。由于浓盐酸的饱和蒸气压较低，在使用浓盐酸过程中很容易产生酸雾，经废气吸收系统回收并经水喷淋处理可以得到酸回收液，回收酸可以再次调配成新的酸洗溶液。项目再生回收用酸量6 187.5 t/a，酸雾治理回收盐酸量4 302.69 t/a，共计节省10 490.19 t/a，占全流程酸用量的78.5%。镀锌后水冷钝化工序采用独立封闭式设计，减少了漂水损失，循环水过滤装置集中布置，在除去杂质的同时，降低了补水次数和外排次数。项目原计划冷却循环用水量20 000 t/a，采用水冷循环设计后所需补水量仅5 000 t/a。此外，助镀工序产生的废液经在线助镀剂再生系统可以循环利用，郭金龙等：钢制件热镀锌节能技术及应用94第2期将助镀液中的铁转化成氢氧化铁沉淀除去，使轻质的助镀液能够循环多次利用，在很大程度上降低了水的消耗。3.3高速脉冲燃烧技术采用高速脉冲式燃烧系统，将高速脉冲火焰燃烧机布置在镀锌炉对角线位置，燃烧空气经烟道循环分布在锌锅外周，能实现锌锅的瞬间循环升温，并且将热量均匀分配至锌锅上每一个受热单元，避免锌锅受热不均匀影响其使用寿命。新型高速脉冲火焰镀锌炉相比旧式锌锅不仅明显提高了镀锌产能，而且在能耗方面通过精确控温、瞬间升温等先进控制技术，能够有效节约锌锅加热用能，降低单位镀锌耗能，同时减少相关燃煤型炉污染物的排放。此外，连续退火炉普遍装备了助燃空气预热系统6，助燃预热系统最高预热温度可达650，废气排出温度450，降低了燃料的能耗。为了降低酸洗及燃烧室电能无效损耗，对产业园内电容器进行无功补偿，使得电路负载的功率因数由补偿前的0.6提升至0.9以上，有效提升了园区内电网运行效率。3.4废酸及酸雾节能技术热镀锌废酸处理工序采用低温加超声波技术，显著加快氯化亚铁结晶速率，处理后的废酸进入酸再生系统循环利用，同时析出的氯化亚铁结晶作为副产品丰富了工艺产品门类。相比传统的净酸再生技术，废酸超生除铁技术具备明显优势，见表2。从表2中可知，废酸超声除铁技术耗电量比净酸再生技术能耗低70 kWh/t，基本不需要添加剂，副产品增加了氯化亚铁，运行成本降低80%，具有显著的节能效益。热镀锌酸洗环节还需要解决酸雾的处理问题，岚山产业园项目采用较为先进的电捕捉技术，电捕捉技术不引入化学药剂，不产生二次废水，实现了环保要求的超微排放，同时盐酸回流废酸槽减少了新鲜酸液消耗，具有较好的运行经济性和可靠性，见表3。表2废酸超声除铁技术与净酸再生技术比较分析指标原理能耗/（kWh）t-1）化学药剂回收副产品占地面积/m2运行成本/（元 t-1）废酸超声除铁技术超声波低温结晶电耗低于50基本不添加盐酸、氯化亚铁203040净酸再生技术纳米高分子净酸剂电耗1201%净酸再生剂盐酸5150180表3酸雾处理中电捕捉技术与喷淋吸附技术比较分析指标原理化学药剂回收副产品环境指标维护便捷性综合运行成本电捕捉技术高压直流电捕捉无盐酸回流废酸槽超微排放基本无须维护较低喷淋吸附技术酸碱中和反应大量NaOH溶液无无法达到超微排放，需处理二次废水经常更换滤芯材料较高3.5锌烟电离处理技术热镀锌工艺由于是在高温下进行，锌粉遇热会产生锌烟，漂浮在周围空气中，对周围环境及操作人员身体健康产生不利影响。采用高压直流电捕捉锌烟技术，相比传统的布袋除尘技术具有显著优势，电离技术能将脱附液回用助镀槽，处理后的锌烟达到超微排放的环保要求，同时不需要额外更换滤袋、脉冲维护等耗材消耗，大大降低了锌烟处理的运行成本。采用电离锌烟处理技术后，废气中锌烟排空量为1.39 t/a，相比布袋除尘技术的锌烟脱除率提高了53%，具有较好的环保效益和节能优势，见表4。表4锌烟处理中电离技术与布袋除尘技术比较分析指标原理回收副产品环境指标维护便捷性综合运行成本电离技术高压直流电捕捉脱附液回用助镀槽超微排放基本无须维护较低布袋除尘技术物理吸附无无法达到超微排放，锌尘、滤袋为危废更换滤袋及脉冲维护，防结露、防漏风较高4结语综上所述，钢制件热镀锌节能技术能够显著降低生产过程中对电能、热能、水资源等消耗，提高废盐酸、锌渣、氢氧化铁沉渣等资源化再利用，对于热镀锌生产企业具有十分重要的意义。岚山产业园热镀锌项目结合企业生产实际，引入先进的余热回收技术、水循环处理技术、高速脉冲燃烧技术、废酸及酸雾节能技术、锌烟电离处理技术等，项目的万元工业增加值能耗为0.39 t标煤，单位产品综合能耗指标为20.12 kg标准煤/t，达到了同行业节能先进水平，有力推动了地方经济社会持续健康发展。参考文献：1黄永智，李运刚.热镀锌及锌合金技术的发展概述 J.电镀与精95第2期饰，2012，34（2）：21-25.2 Takts V,Hakl J,Csik A,et al.Ti oxidation states in Zn(Ti)coatingofhot-dipgalvanizedsteelsJ.Surface&CoatingsTechnology,2017,326.3 Natali S,Volpe V,Zortea L,et al.Mechanical and StructuralCharacterization of Zn-Ti Colored CoatingsJ.Procedia Engineering,2015,109:105-112.4 吴宽.钢材热镀锌技术及应用 J.全面腐蚀控制，2009，23（6）：36-40，30.5师宓.基于环境影响评价浅谈热镀锌生产工艺及其污染控制 J.节能与环保，2022，332（3）：83-85.6 宋加.热镀锌板生产节能环保技术发展及热点问题思考 J.轧钢，2010，27（3）：49-53.郭金龙等：钢制件热镀锌节能技术及应用Energy Saving Technology for Hot-dip Galvanizing of Steel Parts andits Application in Lanshan Industrial ParkGUO Jinlong1,YANG Jinliang2(1.Rizhao Municipal Government Service Center,Rizhao,Shandong 276800;2.Fengyichun Industry(Lianyungang)Co.,Ltd.,Lianyungang,Jiangsu 222000)Abstract:The continuous production process of hot-dip galvanizing steel parts involves various energy consuming equipment.Developing and utilizing advanced energy-saving technologies to improve the competitiveness of hot-dip galvanizing enterprises has become an important prerequisite for the sustainable developmentof the hot-dip galvanizing industry for steel parts.This paper starts with the hot-dip galvanizing process forsteel parts to introduce the main energy-saving technologies of the hot-dip galvanizing process for steelparts,and analyzes the specific application of energy-saving technology in the Lanshan Industrial Park hot-dip galvanizing project.Hopefully,it will contribute to further study on the research of energy-saving technology for hot-dip galvanizing of steel parts.Key Words:steel parts;hot-dip galvanizing;energy-saving technology;application（收稿日期：2023-03-20责任编辑：马小军）96