Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Цинкование проволоки в расплаве цинка обычно включает все операции, характерные для этого процесса. Однако режимы отдельных операций и необходимость их проведения обусловлены конкретным способом цинкования проволоки.
Процесс цинкования выполняется в едином технологическом потоке на непрерывных агрегатах и состоит из следующих основных операций: 1) заправки проволоки в агрегат цинкования и ее разматывания; 2) обезжиривания; 3) промывки; 4) травления; 5) промывки; 6) флюсования; 7) цинкования; 8) охлаждения; 9) намотки оцинкованной проволоки.
Цинкование проволоки производят как на проволоке окончательного диаметра, так и на заготовке. В первом случае цинкование является заключительной операцией, во втором — оцинкованную проволоку подвергают волочению на требуемый диаметр. Например, оцинкованную проволоку диаметром 0,65—0,3 мм с толстым слоем цинкового покрытия (масса покрытия от 100 до 290 г/м2) можно получить горячим или электролитическим цинкованием на готовом размере или путем волочения заготовки, на которую нанесен слой цинка массой 500—900 г/м2. Канатную проволоку диаметром от 0,65 до 6,3 мм с тонким слоем цинкового покрытия (масса покрытия от 30 до 160 г/м2) получают или горячим или электролитическим цинкованием заготовки с последующим волочением ее на требуемый диаметр, или электролитическим цинкованием проволоки соответствующего диаметра.
Некоторые проволочные изделия цинкуют после их изготовления, особенно в тех случаях, когда оцинкованная проволока не обладает достаточной гибкостью пли если оцинкованная поверхность может быть повреждена при штамповке изделий.
Обычно для цинкования используют проволоку из кипящей низкоуглеродистой стали, а также из высокоуглеродистой стали, раскисленной кремнием. Так как при цинковании проволоки продолжительность ее нахождении в расплаве составляет до 30 с, более высокое содержанием кремния пли углерода в стали не способствует значительному росту железоцинковых соединений к слое покрытия, как это наблюдается при цинковании изделии, требующих длительной выдержки в расплаве цинка.
Стальную проволоку обычно подвергают термической обработке перед цинкованием, пропуская ее на поточной линии через муфельную печь, расплав соли или свинца.
Существуют агрегаты цинкования проволоки, в которых процессы патентирования и цинкования совмещены. В таких агрегатах проволоку нагревают до 850—900°С в расплаве хлористых солей (BaCl2, NaCl и КСl) эвтектического состава. Изотермический распад аустенита в проволоке с одновременным образованием на ней цинкового покрытия происходит, когда проволока проходит через расплав флюса и цинка.
Цинкование стальной проволоки обычно проводят при температуре расплава цинка от 440 до 470°С. Скорость прохождения проволоки через ванну цинкования составляет 26—40 м/мин, но на некоторых линиях может достигать 50—60 м/мин и более.
После нанесения покрытия оцинкованная проволока проходит через устройство, в котором с помощью асбеста с ее поверхности удаляются излишки цинка. С этой же целью зеркало расплава цинка на выходе проволоки из ванны цинкования покрывают древесным углем, углем или песком с мазутом и др. Этим также обеспечивается контроль толщины слоя покрытия и его равномерность по периметру проволоки. В последнее время на практике при горячем цинковании проволоки вместо механического применяют газовый способ удаления избыточного цинка. Это позволяет существенно увеличить скорость движения проволоки в линиях цинкования: до 35—45, 45—60 или 45—75 м/мин соответственно для проволоки диаметром 5,0; 3,15 или 2 мм.
Из ванны цинкования проволока может выходить наклонно или вертикально. Если проволока выходит из ванны цинкования наклонно и при этом ее обтирают, то слой чистого цинка почти полностью стирается с ее поверхности и покрытие состоит в основном из слоя железоцинкового сплава. При вертикальном выходе проволоки слой чистого цинка успевает затвердеть на ее поверхности. В этом случае покрытие состоит из слоя железоцинкового сплава и верхнего слоя чистого цинка. Как правило, эти слон на проволоке четко разграничены.
Таким образом, слой железоцинковых соединении образуется на проволоке в период ее нахождения в расплаве цинка, а слои чистого цинка — при затвердевании цинкового расплава, выносимого проволокой при се выходе из ванны цинкования.
Образованию и росту железоцинковых слоев при цинковании проволоки посвящено много работ, биолиографический список основных из них приведен в работе.
Установлено, что толщина слоя железоцинковых соединений возрастает с увеличением продолжительности нахождения проволоки в расплаве цинка. С повышением температуры расплава цинка рост этого слоя происходит более интенсивно.
Толщина слоя чистого цинка зависит прежде всего от скорости движения проволоки, вязкости расплава цинка, шероховатости поверхности проволоки, способа и материала, применяемого для обтирания проволоки на выходе ее из ванны цинкования.
С повышением скорости движения проволоки количество вынесенного ею расплавленного цинка увеличивается. При более высоких температурах расплава цинка с проволокой захватывается меньшее количество расплавленного цинка, так как жидкотекучесть расплава увеличивается.
Использование более тяжелых засыпок на выходе проволоки из ванны цинкования, снимающих наплывы цинка, способствует меньшему захвату расплавленного цинка проволокой.
Увеличение вязкости расплава и шероховатости поверхности проволоки приводит к образованию на ней более толстослойных цинковых покрытий.
В общем случае толщина слоя цинкового покрытия определяется главным образом продолжительностью нахождения проволоки в расплаве цинка, температурой расплава и скоростью движения проволоки.
Равномерность слоя цинкового покрытия сильно зависит от скорости движения проволоки. С увеличением скорости движения вследствие вибрации проволоки, затрудняется равномерное стекание с ее поверхности расплавленного цинка, что приводит к получению неравномерного цинкового покрытия.
Скорость, при которой толщина слоя цинкового покрытия становится неравномерной, зависит от диаметра проволоки и конструкции применяемого оборудования. Например, при горячем цинковании канатной проволоки диаметром от 0,8 до 6,0 мм в зависимости от типа технологического оборудования можно получить достаточно равномерное цинковое покрытие массой от 180 до 450 г/м2.
По данным, скорость движения проволоки диаметром 2,0 мм, при которой начинается неравномерное стенание с ее поверхности цинкового расплава, находится в интервале 20—25 м/мин.
Важной характеристикой качества оцинкованной проволоки является прочность сцепления (адгезия) цинкового покрытия со стальной основой. Она зависит прежде всего от толщины слоя железоцинковых соединений или от соотношения толщины слоев чистого цинка и указанных соединений. Чем тоньше слой железоцинковых соединений и чем меньше отношение его толщины к толщине слоя чистого цинка, тем выше адгезия. Особенно хорошей адгезией и равномерностью цинкового покрытия должна обладать проволока, которая после цинкования подвергается волочению. Изучению условий волочения и цинкования проволоки, используемой для изготовления шахтных канатов, посвящены работы.
Нетрадиционные способы непрерывного горячего цинкования проволоки и установка разработаны в Женевском научно-исследовательском центре Battelle, Швейцария. Этим способом предусматривается подача в установку покрываемой проволоки снизу вверх по вертикали с большой скоростью (рис. 89). При этом проволока 1 проходит не через основную ванну с расплавом цинка 2, а через ее заполненные расплавом боковые цилиндрические выступы
3. Число таких выступов равно количеству цинкуемых нитей проволоки. Ванна цинкования обогревается с помощью электронагрева (электропечь сопротивления 4), а боковые выступы дополнительно индукторами 5. С помощью размоточно-намоточного устройства 6—8 проволоку с требуемой скоростью пропускают через установку. До поступления в боковые выступы с расплавом цинка проволока проходит соответствующую подготовку поверхности, В расплав цинка проволока входит через трубу 9 и кольцо-втулку 10, изготовленные из несмачиваемого жидким цинком материала. Аналогичное устройство имеется и на выходе проволоки из расплава. Температура расплава цинка в боковых выступах точно регулируется специальными термопарами 11. Установка оснащена системой точного регулирования скорости перемещения проволоки.
По данным авторов способа скорость перемещения проволоки диаметром 0,1—1 мм через установку может достигать до 450 м/мин. При длине участка контактирования проволоки с расплавом от 2 до 100 мм, продолжительность контакта проволоки с жидким цинком составляет от 5*10в-4 до 4*10в-2 с. Вследствие большой скорости перемещения и небольшой толщины слоя расплава цинка в выступе проволока не успевает нагреться до температуры жидкого цинка и выходит из него практически холодной, вынося на своей поверхности почти застывший и поэтому строго концентричный и равномерный по периметру а длине проволоки слой цинкового покрытия.
Покрытия на основе металлов из Al и Zn широко применяют в настоящее время для защиты полосового проката. В последние годы разработаны процессы нанесения покрытия типа «гальвалюм» (55 % Al—43,4% Zn—1,6% Si) на проволоку.
По данным на заводе фирмы «Бетлехем спарроус пойнт» (США) внедрен процесс нанесения на проволоку покрытия типа «гальвалюм». Принципиальная схема нанесения такого покрытия на проволоку приведена па рис. 90.
Одной из наиболее важных операций при нанесении покрытия на проволоку, является удаление с ее поверхности смазки, оставшейся после волочения. Технология фирмы «Бетлехем» предусматривает подготовку поверхности проволоки вначале электрохимическим способом, затем химическим (травление с промывкой). Окончательную подготовку проволока проходит в печи с восстановительной атмосферой, где происходит полное восстановление оставшихся на ее поверхности оксидов.
В зону входа проволоки в ванну с цинкалюминиевым расплавом также подается восстановительная атмосфера. Ванна с этим расплавом обогревается электрической индукционной печью. Температура расплава 537—539°С. После нанесения покрытия проволока выходит из ванны вертикально вверх через специальное устройство для контроля массы покрытия. Эта система основана на лазерных микрометрах и по сообщению авторов дает возможность контролировать массу покрытия при высоких скоростях работы, линии.
Если в процессе работы измеренная толщина покрытия выходят за установленные пределы, подается звуковой сигнал, чтобы оператор мог произвести необходимую корректировку. Затем проволока после воздушного и водяного охлаждения поступает в узел последующей обработки, в котором проходит хроматирование и парафинирование. Хромат замедляет процесс образования пятен на поверхности: и сохраняет блеск покрытой проволоки, а парафин улучшает укладку витков. Покрытая и обработанная проволока наматывается в бунты массой до 1 т. При намотке применяются как вращающиеся, так и неподвижные барабаны.
Благодаря высокому качеству подготовки поверхности и предварительному нагреву проволоки перед ее погружением в ванну с расплавом возможны большие скорости работы линии. Обычно проволоку диаметром 2,3 мм покрывают со скоростью 84 м/мин. Проволоку диаметром 2—5 мм с покрытием типа «гальвалюм» изготавливают двух классов: класса 30 с минимальной массой покрытия 99 г/м2 и класса 45 с минимальной массой покрытия 150 г/м5.
Проволока с покрытием типа «гальвалюм» хорошо свивается в прядь и кабель. Ее применяют в качестве сердечника стальалюминиевого кабеля. Из нее изготавливают цепи, высокопрочные заграждения, подвески, оттяжки, зажимы, изделия для сельского хозяйства (например, клетки для животных) и т. д.
По данным фирма «Фикаль», Франция, освоила промышленное производство проволоки с покрытием «гальфан», которую выпускает под товарным названием «корцаль».