如何延长锌锅的使用寿命

如前所述，锌锅锅壁的转接处、底部与锅壁的转接处是锌锅的薄弱环节，长边锅壁中部与底面转接的地方则是最薄弱的部位。新锌锅首次投入使用时，含不饱和铅的锌液会引起锅壁的晶间腐蚀，在残余应力、热应力及锌液的静压力的作用下，可能发生脆性开裂。锌浴对锅壁会产生侵蚀，过量不均匀侵蚀可能会导致锌锅穿孔。认识和解决好这些方面的问题，才能提高锌锅使用寿命。

1.锌液的腐蚀

纯锌液对锌锅壁的侵蚀是均匀的，不会引起晶间腐蚀，如图6-3a所示；与锌锅壁反应形成的铁锌合金层对锅壁有一定的保护作用。锌锅刚投入使用而起保护作用的锌铁合金层尚未形成时，不要加入铅，要在锌完全熔化后经过一段时间，确保锅内壁已生成一定厚度的铁锌合金层后才能加入。

2.应力

使锌锅发生开裂或变形的应力主要是拉应力。锅内壁产生拉应力可能由于下列原因：

（1）热膨胀引起的应力 锌的热膨胀系数远大于钢，如果锌锅紧密堆装锌锭后加热，从20℃加热到锌熔化前的419.6℃，锌的膨胀量比钢的膨胀量大12.8mm/m，锅壁就会产生拉应力。只有在锌锅内预留足够的锌锭膨胀空间，才可避免这种拉应力产生。

锌锅加热过快，温度较高的锌锅上部的膨胀受到温度较低的底部约束，温度较低部分就会出现拉应力。锌锅内外壁之间的温差会使内壁处在拉应力状态。锌锅壁各处的温度不均匀，造成内应力，可引起锌锅弯曲变形，如图6-6所示。锌锭或锌液加压于锌锅底部，也会使锌锅底部与侧壁之间的过渡处出现拉应力。

正确的加热控制，缓慢的加热升温，燃烧器布置在适当的位置，锌锅底部良好隔热，锌锅壁各处的温差控制在50℃以下，通过这些措施尽可能将热应力减到最小。锌锅受热部分与非受热部分热膨胀不一致而产生的热应力，可通过测量和控制它们之间的温差加以控制，允许的最大温差与锌锅的尺寸、壁厚有关，锌锅越大允许的最大温差越小。例如，最典型的锌锅深为2.2m，温差为100℃，锌锅检测不到蠕变引起的宏观变形。

实际上，热应力不是锌锅损坏唯一的原因，锌锅损坏常常伴随有锌液腐蚀。

图6-6 锌锅壁温度不均匀引起的弯曲变形

（2）锌液的静水压力 锌锅使用过程锌液的静压力一直作用在锌锅壁上，可以在锅壁上产生拉、压、弯曲等内应力，因此较深的锌锅锅壁需要支撑。最大应力区处于锌锅长度方向侧面的底部。锌锅在高温下运行时，在应力作用下可使锌锅材料发生蠕变而导致锌锅整体变形。发生蠕变的临界应力与温度和时间有关。长时间使用后锅壁向外弯曲就是锌锅材料发生蠕变的例证。由于钢的高温抗拉强度会随高温服役时间增长而降低，所以锌锅长期间使用（约10年）后会引起破坏。

（3）锌锅制造过程产生的应力 在制造锌锅过程中，锌锅钢板的弯曲成形和焊接等都会产生内应力。但现代的生产技术方法可使这些内应力降得很低，对锌锅的使用不会有什么影响，不需要另外采取措施消除内应力。锌锅加热升温到通常的热浸镀锌温度后，加工过程形成的残余应力都会降低。锌锅钢板弯曲成形时一定要热弯，以防止应变时效而发生脆化。

3.锌锅的服役寿命(www.xing528.com)

锌锅的服役寿命决定于使用过程锅壁的铁被锌侵蚀溶解的速度，锌锅底部被锌侵蚀溶解的速度最小，因此失去的重量也最小。被锌侵蚀反应的铁的量可以用铁损来度量。锌锅开始使用时，锌液与锅壁反应的机理与工件上所发生的反应是相同的，即锌与铁反应在铁的表面形成合金层。随着时间的延长，锅壁的铁通过扩散作用不断地被溶解。锅壁生成的合金层可起到阻缓扩散的作用。锌锅的服役寿命与铁损有关，而铁损又和锌锅内壁与合金层的界面温度有关，图6-7所示为浸锌1h时铁损与温度之间的关系。加热温度在485℃以下时，随着温度升高扩散缓慢地增加，铁损的产生也加快，而铁损对于浸锌时间按照抛物线规律增加。在490～530℃的温度范围，随温度升高，铁损对于浸锌时间逐渐转变成按照线性规律增加。锌锅内壁与合金层的界面温度不能用一般的方法测量出来，它是锌锅输入热量与输出热量之间达到某种平衡的结果。

图6-7 浸锌1h时铁损与温度的关系

锌锅的服役寿命可以用锅壁厚度被锌侵蚀损失20mm厚度的时间来估算，估算情况见表6-1。长时间浸锌后的铁损决定于常数a，而常数a是由温度决定的。当内锅壁的温度增加，例如，从480℃提高到490℃，锌锅使用寿命会从6年减至4.3年；锅内壁的温度为500℃时，铁损与时间成直线关系，寿命仅20天。

表6-1 理论上锌锅服役寿命与锅壁界面温度的关系

注：m表示生成合金层的质量，t表示浸锌时间，a、b为常数。

在一定时间内，锌锅内壁被腐蚀的外观形貌一般有两种：波浪形和比较平坦的平面。如果锌锅壁各处温度均匀，锅壁上合金层的厚度也均匀，锌锅内壁被腐蚀的外观形貌应该是比较平坦的平面。

波浪形外观形貌形成过程可以用图6-8来示意说明。因某种原因在某处开始产生高铁损腐蚀，例如，在铁锌合金层破坏处或直接接触到火焰而使锅内壁温度达到临界温度的部位，在这些部位锅壁的厚度减小，形成侵蚀的凹坑，如图6-8a所示。凹坑处锅壁厚度的减小又导致该处锅内壁温度升高，侵蚀加快铁损增大，使侵蚀坑逐渐变大变深。当坑中央的温度逐渐升高并超过临界温度区后，侵蚀将减缓，强侵蚀高铁损区转移到了处于临界温度的相邻环形区域，如图6-8b所示。需要再次强调，一定要避免内锅壁温度处于480℃以上，更不能在这温度范围长期使用。

图6-8 锌锅内壁波浪形腐蚀形貌的形成过程

a）凹坑的形成 b）波浪形凹坑的形成