机械镀锌过程中能耗分析

前面的分析表明：机械镀锌层中不存在明显的固溶体、化合物等合金相，镀层形成过程只有少量金属离子发生了还原沉积结晶；镀层形成过程中锌粉颗粒基本属于固态→固态的迁移，这完全不同于电镀锌过程金属锌的固态→离子态→固态的变化，也不同于热浸镀锌过程金属锌的固态→液态→固态的变化，这决定了机械镀锌层属于不经过结晶过程而获得的金属覆盖层。既然机械镀锌层形成过程不经电沉积结晶或高温冶金反应及液态金属凝固结晶，避免了金属锌的离子态或熔融态等中间态的转变，则可能导致机械镀锌过程中的能耗也不同于电镀锌或热浸镀锌过程。下面结合生产实际对比机械镀锌、电镀锌、热浸镀锌的形成镀层能耗，进而从镀层形成过程的能耗分析机械镀锌层的无结晶形成镀层过程。

以镀覆1000kg工件，镀层厚度10μm为基本参数进行计算。

1.电镀锌

电镀锌的能耗计算依据为法拉第定律，设1000kg工件的预镀表面积为100m²[实际生产中电镀锌工件（挂镀和滚镀）的表面积每吨约70～160m²]，则基体（阴极）上的金属锌沉积总量为m_Zn为

金属锌的为32.695g，即电沉积时，在基体（阴极）上析出锌（32.695g）所需要的电量为96500C或26.8A·h。又因为一般电镀锌生产中工作电压为12～24V，则以12V计算时能耗Q为

因为1W=（0.6～0.8）V·A，取上限则得

以24V计算时能耗Q为

因为1W=（0.6～0.8）V·A，取上限则得

因此，1000kg工件，预镀表面积为100m²，镀层厚度10μm时的能耗约为56.2～112.4kW·h。

2.热浸镀锌

此处按两种计算方式分别计算1000kg工件热浸镀锌时的能耗。

（1）以煤耗计算 以煤气发生炉为供热源，计算时只考虑热浸镀锌加工一定批量工件消耗燃煤所产生的热量，不考虑镀锌工艺过程助镀池加热、助镀后烘干、锌液面散热、工件在锌浴中加热、锌锅侧壁及底部散热、熔化锌锭等众多阶段的能耗。加工工件类别为型钢或焊接钢结构。热浸镀锌时的基本参数包括：

锌锅尺寸 7000mm×1200mm×1200mm

锌容量 100t

浸镀温度 440～450℃

极限温度 460℃

温度波动 ≤6℃

生产能力 每小时2t，每天40t，

生产中统计得出，每镀锌10t工件需燃烧煤1t。标准煤和燃烧释放热量之间的换算关系为：1000t煤燃烧热=0.1229×10⁶kW·h。因此，热浸镀锌时加工1t工件所需要的能耗为12.29kW·h。

（2）考虑工序中各阶段能耗计算 生产条件及计算参数如下：

锌锅尺寸 10000mm×1200mm×1200mm

锌容量 160t

浸镀温度 425～445℃

极限温度 460℃

温度波动 ≤6℃

生产能力 每小时5t，每天100t，每年30000t

热浸镀锌过程镀层形成的能耗Q为(https://www.xing528.com)

式中 Q₁——锌液表面对流散失的热量；

Q₂——锌液表面辐射散失的热量；

Q₃——锌锅加热炉四周炉壁对流散失的热量；

Q₄——锌锅加热炉四周炉壁辐射散失的热量；

Q₅——锌锅加热炉底部对流散失的热量；

Q₆——锌锅加热炉底部辐射散失的热量；

Q₇——锌锅加热炉顶部对流散失的热量；

Q₈——锌锅加热炉顶部辐射散失的热量；

Q₉——锌锅中工件加热所需的热量；

Q₁₀——蒸发工件表面水分所需的热量；

Q₁₁——熔化锌所需的热量。

经计算每小时每千克工件镀锌过程需要热量为96.333kcal/h^[27]，则每吨工件热浸镀锌的能耗为：[（96333/5）×4.18/3600]kW·h=22.37kW·h。

两种方法的计算结果对比发现存在较大的区别，这并不是计算方法或计算过程的原因。因为热浸镀锌的能耗与锌锅大小、日产量、年产量、锌锅的利用率有着直接的联系，而产量的大小、锌锅尺寸的大小又是由生产设备的情况决定的，所以以上两种计算方法的计算结果存在较大的误差。

另外，在电镀锌能耗计算时，以镀层厚度为10μm为基本参数，但这在批量热浸镀锌生产中是不可能达到的，因为批量热浸镀锌层的镀层厚度一般均在50μm以上。

3.机械镀锌

机械镀锌的形成镀层过程能耗与生产率有着直接的联系，而生产率又直接受到镀锌设备的影响。当采用JDX-100型设备时，计算参数如下：

设备额定功率6kW

每次镀覆加工量100kg

每次镀覆时间10μm/10min

则1000kg工件机械镀锌的能耗Q为

当采用JDX-300型设备时，计算参数如下：

设备额定功率 9kW

每次镀覆加工量 300kg

每次镀覆时间 10μm/10min

则1000kg工件机械镀锌的能耗Q为

上述三种镀锌工艺因其工艺特征的区别决定了工艺的应用领域有所不同，如机械镀锌主要应用于小五金工件的表面镀锌处理，且以防腐为主。电镀锌的批量镀中以挂镀和滚镀为主，挂镀适于大尺寸结构件的镀锌，滚镀以小五金的镀锌为主，兼有镀锌和装饰功能。热浸镀锌的批量镀以型钢或焊接结构件为主要加工对象，加工小五金件时生产率低，废品率高，热浸镀锌层以长效防腐为主。但三种镀锌工艺的形成镀层过程或生产能耗在实际中具有一定的可比性。对比计算结果发现，热浸镀锌的形成镀层过程能耗远低于电镀锌，而机械镀锌的形成镀层能耗又低于热浸镀锌。例如，当采用JDX-300型机械镀锌设备时，机械镀锌的形成镀层能耗是电镀锌的1/10～1/20，是热浸镀锌的1/2～1/5。这也从根本上验证了机械镀锌形成过程低能耗的无结晶过程。