1. 研究目的与意义

铁锅熔锌是热镀锌工业传统而古老的办法，因为它有受热面积大，传热快，强度高，一次投锌量少等优点，故至今仍被广泛采用。它的缺点是抗锌液腐蚀能力差，寿命短，锌耗大，成本高。为了降低成本，必须研究影响铁锅寿命的因素，寻求抗腐蚀的方法。抗腐蚀方法之一是给锌涂层，锌涂层具有足够高的机械强度，并提供阴极电化学保护，因此广泛用于钢的腐蚀保护。与其他金属相比，锌的成本较低，储量丰富，而且具有无毒性和可回收性，使其成为应用最广泛使用的保护性金属涂层。

本课题需要到热镀锌生产厂家实习，了解热镀锌生产工艺，根据金属材料热处理知识，查找国内外相关研究文献，研究热镀锌锅内锌液流动、传热及组分运输规律，为减少热镀锌加工过程中的材料损失和环境污染提供理论依据。

2. 课题关键问题和重难点

热镀锌锅是企业的命脉所在。锌锅中的锌更是锌锅价值的10倍以上。锌锅更换时间也等于企业停产时间。热镀锌工作的底线也是保护好锌锅。锌锅具有一定的使用寿命，一旦开始使用就可能随时损坏；锌锅中的锌浴与锌锅中的铁会发生化学反应，从而导致锌锅的锈蚀。锌锅体的腐蚀速度与加热温度、加热强度以及镀锌锅体材质相关。所以锌锅的质量极其重要，采用低硅钢板材料、采用低硅焊条焊接，对锌锅及焊接的完整性进行检测，燃烧系统控制良好、不能太热。

本课题拟解决的关键问题：

（1）锌锅镀锌时锌液的加热温度、加热强度的控制。

3. 国内外研究现状（文献综述）

热镀锌锅是镀锌生产时的重要设备，一般由低碳低硅钢种制作。在生产过程中，锌锅制造、熔锌、温度控制、日常保养、维修等环节，都必须按照规范进行操作。热镀锌过程中的热平衡计算结果决定了单位时间内的产量^[1]。即操作过程中按照规范进行日常维护，可降低生产过程的事故率、提高生产效率、降低生产成本。此外，基于锌锅区域的热平衡原理，分析并确立了影响锌浴温度的各热量来源及其具体数值^[2]。结果表明：以稳定锌浴温度，减少铁渣生成，提高镀锌质量为目标，对各种规格的带钢确立了最优的入锌锅温度。由此可以解决热镀锌过程中仅凭生产经验与过去的生产结果对带钢入锅温度进行控制的模糊性、滞后性的弊端，为带钢入锅温度的精准控制提供了合适的解决方案。

连续热镀锌生产过程中,锌液的表面会出现大量浮渣,如不及时清除,可能会粘附在热镀锌板表面,导致表面缺陷。渣体的产生与锌液物理场密切相关,同时除渣环节会引起物理场的变化,因此有必要对锌液物理场开展系统性研究。通过构建锌锅及锌液的几何模型,采用标准k-ε双方程湍流模型,获得流域内物理场（速度、温度、浓度场）分布规律,确定漩涡分布特性,以及除渣动作过程中各物理量随时间变化的规律^[3]。通过理论计算以及对相关数据的分析研究,可以有效预测锌锅内锌渣的分布规律以及除渣作业危险区,为除渣机器人的设计提供重要理论依据,确保镀锌层质量,提高除渣效率。

在热镀锌工艺温度（460～480℃）下，锌液与钢铁之间发生溶解腐蚀。考查了500℃时熔融锌液与al₂o₃陶瓷涂层的润湿情况，以及在熔融锌液与al₂o₃陶瓷涂层之间发生的界面反应。x-射线相分析表明，界面处会产生缓慢的物质迁移和成分变化，生成尖晶石类化合物3zno47al₂o₃、4zno11al₂o₃、znoal₂o₃等。这是由陶瓷涂层与熔融锌液间产生润湿反应所致。热力学及动力学计算结果表明，此润湿反应过程只在小范围内进行，且进行得缓慢、不彻底，因而涂层变质、失效速度缓慢，不是涂层失效的主要形式。在热镀锌温度下，对陶瓷涂层的防护效果及抗热震性进行了考察。所制备的涂层在实验设计的苛刻条件下进行了热震试验，结果表明，该涂层具有良好的抗热震性能。但如果涂层因热震而产生宏观裂纹、层间开裂或机械碰撞损伤等，会导致熔融锌液沿着这些缺陷渗入到涂层内，对金属粘结层及基体产生腐蚀，从而造成涂层脱落、失效，这是al₂o₃陶瓷防护层的主要失效形式。选用08cu钢作为热镀锌锅锅体材料，采用自行研制的焊接材料，制备了模拟锌锅，并进行耐锌蚀寿命分析。三个月后检测发现，无涂层模拟锌锅内壁已被锌液熔蚀掉近1.5mm，等离子喷涂al₂o₃涂层的锌锅内壁完好，涂层无脱落、开裂现象，对锌锅基体起到了有效的防熔融锌液腐蚀作用^[4]。这能解决使钢铁质热镀锌锅被蚀穿、报废等热镀锌行业较难解决的问题。

4. 研究方案

锌锅是储存生产所需的锌液，通过对锌液加热温度和解热时长的控制，对锌液成分的掌握，可提高产品的外观质量、机械加工性能及消退一些因锌液成分掌握不当造成的产品缺陷。

本课题拟解决的难点之一是锌锅壁的厚度，锌锅壁的厚度又取决于所选定的锌锅专用钢板，目前有40mm、50mm、60mm三种规格厚度。除小型锌锅选用40mm厚度外，一般采用50mm厚度，对超长或超深（gt;3m）的锌锅，可考虑选用厚度为60mm的钢板。增加锌锅比的厚度，其抗静压力的能力及刚性增加，但热应力会相应增大。而影响锌锅壁厚度的因素就有锌液的温度，锌液的化学成分等。

因此，热镀锌锅的关键是要保护好锌锅。在生产过程中，锌锅的制造、熔锌、温度控制必须按照规范进行标准操作，才能更好地延长锌锅的使用寿命。

5. 工作计划

毕业设计前一个学期末完成英文翻译，收集、查阅文献资料并准备开题报告。

第1周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至“毕业设计管理系统”,译文封面用标准模板。查阅文献资料，撰写开题报告。

第2周 开题报告经指导老师批阅合格并确认后，开题报告封面用标准模板，上传至“毕业设计管理系统”，开始毕设课题的设计计算。