» » Получение покрытий с различным узором кристаллизации цинка
11.02.2017

После выхода стального изделия из ванны цинкования (из расплава цинка) происходит охлаждение покрытия и при затвердевании его верхнего жидкого слоя на поверхности покрытия образуются кристаллические узоры цинка характерного рисунка. Размеры узоров цинка определяются числом одновременно образующихся центров кристаллизации, количество которых в свою очередь зависит от содержания примесей в расплаве цинка и условий охлаждения оцинкованного изделия. Например, при медленном охлаждении оцинкованного изделия в атмосфере чистого воздуха или азота на его поверхности образуется блестящий крупнокристаллический узор цинка (рис. 204, а).
В некоторых случаях требуется применять оцинкованные изделия без узора кристаллизации цинка или с минимальными его размерами. Например, когда оцинкованные изделия окрашивают, блестящие участки кристаллов цинка просвечивают через слой лакокрасочного покрытия, тем самым нарушая равномерность и внешний вид покровного слоя.
Получение покрытий с различным узором кристаллизации цинка

Для устранения кристаллических узоров цинка (рис. 204, в) или получения их с минимальными размерами (рис. 204, б) проводят химическую или физико-химическую обработку поверхности изделий с незакристаллизовавшимся жидким слоем покрытия. В качестве рабочей среды, используемой для распыления или орошения, обычно применяют смесь воды и воздуха в мелкодисперсном состоянии, водные 10—20%-ные растворы хлористого цинка и хлористого аммония в виде отдельных компонентов или их смеси, а также водные растворы различных неорганических солей натрия и аммония; NаНСО3, NаВО3, Na2MoO4, NaNO3, Na3PO4, Nа2СО3, Na6P4O13, (NH4)3PO4, (NH4)2SO4, NH4H2PO4 и дp.
Самыми эффективными охлаждающими агентами среди указанных выше солей являются водные растворы фосфата аммония (NH4)3PО4 и фосфата натрия Na3PО4, смешанные с водяным паром. Однако их применение ограничивается следующими причинами. Ионы фосфатов взаимодействуют в воде с катионами Ca2+ и образуют нерастворимый осадок фосфата кальция, который постепенно накапливается и осаждается в трубопроводах распылительных устройств, засоряя щели сопел. Это приводит к ухудшению условий распыления из-за изменения давления по ширине полосы. Кроме того, частицы этого осадка, попадая на поверхность жидкого цинка, вызывают образование на нем грубых кратеров, что ухудшает качество поверхности покрытия.
Для устранения этого явления следует применять для приготовления раствора очищенную воду (конденсат), не содержащую катионов, а распыление раствора проводить с применением воздуха или азота.
Указанных недостатков можно избежать, если применять водные растворы полимерных фосфатов: пирофосфата натрия, триполифосфата аммония, тетраполифосфата натрия, гексаметафосфата натрия и др. Эти соединения, попадая на поверхность жидкого слоя покрытия, разлагаются и поглощают его тепло, образуя многочисленные центры кристаллизации (иногда неразличимые невооруженным глазом). Водные растворы полимерг1ых фосфатов обладают способностью взаимодействовать с катионами металлов Ca2+ и Mg+ без образования осадков на различных частях распыляющих устройств.
Такими же свойствами (способностью образовывать хелатные соединения) обладают анионы полиаминовых карбоновых кислот: этилендиаминотетрацетат, нитрилтриацетат, диметилтриаминпентаацетат и оксикарбоновые кислоты — лимонная и щавелевая. Растворы этих веществ готовят на обычной воде. Их растворяют в воде в количестве на 0,05 % или больше химического эквивалента, необходимого для образования комплексных соединений.
На агрегате непрерывного горячего цинкования НЛМК покрытие без узора кристаллизации цинка (MT)* получают с применением специального устройства, состоящего из группы сопел, установленных в основании печи диффузионного отжига с обеих сторон полосы. Химический препарат в виде 10 %-ного тетрафосфорнокислого натрия и 90 %-ного фосфорнокислого аммония растворяют в воде и распыляют воздухом. Концентрация компонентов в растворе составляет 0,5-1,5% (по массе). В результате струйного распыления раствора образуется туманообразное облако, вызывающее ускоренное равномерное охлаждение поверхности жидкого слоя цинкового покрытия. Расстояние между распылительными соплами и полосой составляет около 100 мм. Высота установки этого устройства над уровнем расплава цинка определяется границей перехода цинка из жидкого состояния в кристаллическое. Положение горизонта кристаллизации покрытия zкр зависит от скорости движения полосы u0, параметров струйного ножа для струйного регулирования толщины слоя покрытия и может быть определено из следующего соотношения:
Получение покрытий с различным узором кристаллизации цинка

где z0 — расстояние от сопел струйного ножа до зеркала расплава цинка, H*=2H/B; В — ширина щели сопла струйного ножа; H — расстояние от сопла до полосы, Ре=u0h/a — критерий Пекле; h — толщина полосы; а — теплопроводность; Nu = 0,29 Rев0,71*Н-0,55; Reв — критерий Рейнольдса.
Фирма «Армко» (США) выпускает оцинкованную листовую сталь без узора кристаллизации под фирменным названием «Зинкгрип ультрасмус». Оцинкованную полосу производят шириной до 1830 мм, толщиной 0,50—3,4 мм, масса цинкового покрытия на одну сторону полосы составляет 60—90 г/м2. Технологический процесс включает обработку полосы в специальной камере с атмосферой парообразного фосфата аммония, которую подают в камеру под давлением струйным способом. Эта камера (рис. 205) установлена над камерой струйного регулирования толщины слоя цинкового покрытия. Следует отметить, что для струйного регулирования толщины покрытия в настоящее время используют азот (ранее использовали воздух). После охлаждения оцинкованную полосу подвергают дрессировке (факультативно), что улучшает качество покрытия.
Защитные свойства оцинкованной стали без узора и с узором кристаллизации цинка aнaлoгичны.
Окрашиваемость у таких листов сравнима с окрашиваемостью неоцинкованной холоднокатаной стали.
Французские фирмы «Эртеп металлуржи» и «Ламинуар де Страсбург» для получения покрытия с мелкокристаллическим узором применяют напыление цинкового порошка на поверхность оцинкованной полосы. Размер частиц порошка составляет от 0,5 мкм до 5—10 мкм.
В отличие от распыления жидкости при данном способе исключается засорение и чистка сопел и обеспечивается равномерность по плотности рабочей среды.
Схема узла нанесения цинкового порошка на оцинкованную полосу представлена на рис. 206.
Получение покрытий с различным узором кристаллизации цинка

Напыление цинкового порошка на поверхность полосы с незакристаллизовавшимся жидким слоем покрытия производят потоком воздуха, который подают с цинковым порошком на полосу через форсунки. Это позволяет создать большое число центров кристаллизации с образованием кристаллов с длиной граней в среднем 0,1 мм вместо 15—25 мм при обычном способе цинкования и медленном охлаждении полосы на воздухе. Концентрация цинкового порошка в подаваемом воздухе составляет 60 мг/м3 (предел возгорания взвешенных в воздухе частиц цинкового порошка составляет 40 г/м3). Расход цинкового порошка составляет примерно 1 кг/ч. На АНГЦ фирмы «Ниппон кокан» (Япония) расход порошка цинка в этом процессе составляет 0,08 кг/т продукции, а воздуха 18000 м3/ч.
Камера напыления цинкового порошка оборудована вентиляционной установкой и системой трубопроводов для улавливання и фильтрации воздуха. Уровень установки камеры над ванной цинкования зависит от скорости движения полосы, ее геометрических размеров, температуры металла, толщины слоя покрытия.
Иногда в качестве охлаждающего агента используют водяной туманообразный пар. Влажный пар при температуре 135°С и давлении 1,56 МПа охлаждает полосу до 288—302°С. Расстояние от зеркала расплава до обдувочного устройства составляет 2,95 м.
В патенте США предлагается производить закалку слоя цинкового покрытия с высокой скоростью охлаждения 50—500°С/с. Такое охлаждение полосы осуществляют водой, которую распыляют через сопла сжатым воздухом (давление: воды 140—210 кПа, воздуха 280—420 кПа; расход воздуха 16,8—42 м3/ч).
Устранить узор кристаллизации цинка также можно путем дрессировки оцинкованном полосы с обжатием 1,0—2,0 % на валках с насеченном поверхностью. Для этого дрессировку проводят на валках с шероховатостью их поверхности (Rав) 2,8—6,4 мкм. Шероховатость поверхности покрытия (Raп) в указанном диапазоне обжатий достигает 1,3—1,7 и 1,7—3 мкм соответственно.