» » Основное оборудование для цинкования жидким методом
12.12.2014

К основному оборудованию отделений цинкования относятся ванна цинкования, печь для обогрева ванны, различные печи для отжига изделий и высушивания флюса на поверхности изделий, механизмы для погружения, перемещения изделий в расплаве цинка и извлечения их из расплава.
Ванна цинкования — основная часть установки. От конструкции ванны, ее размеров, срока службы во многом зависят производительность установки и качество покрытий.
Большей частью ванны цинкования изготовляют из низкоуглеродистой стали, значительно реже из армко-железа из-за его низкого предела прочности. При этом структура стали должна быть по возможности более гомогенной.
Наибольшее распространение для изготовления ванн получила низкоуглеродистая сталь состава 0,10—0,15% С; ≤0,07% Si; <0,03% S; ≤0,05% Р; 0,45—0,6% Mn. Целесообразно также использовать низкоуглеродистую сталь 08кп (ГОСТ 1050—60), характеризующуюся удовлетворительной стойкостью в расплавленном цинке. Состав этой стали: 0,05—0,11 % С; ≤0,03% Si; 0,25—0,50% Mn; ≤0,04% Р; ≤0,04% S; ≤0,1% Cr; ≤0,25% Ni.
В Польше ванны цинкования изготовляют из стали марки BWC, содержащей ≤0,1% С; 0,5% Mn; ≤0,03% Р; ≤0,03% S; следы Si; ≤0,15% Cu.
Известно, что в процессе цинкования стенки ванны взаимодействуют с расплавленным цинком, в результате чего происходит их значительное разъедание и в конечном итоге ванна выходит из строя. Интенсивность взаимодействия, как указывалось выше, в наибольшей степени зависит от температуры процесса, состава и структуры стали, из которой изготовлена ванна, а также от состава расплава цинка.
При контакте ванны с жидким цинком толщина ее стенок уменьшается неравномерно. Преждевременное разрушение ванны возможно или в результате изъязвлений в стенках ванны (местная или язвенная коррозия) или из-за образования в них трещин (растрескивание).
Причиной язвенной коррозии является местный перегрев стенок ванны, вызываемый чрезмерно большой подачей тепла на отдельные ее участки из-за несовершенной системы нагрева, а также задержкой теплопередачи вследствие местного образования гартцинка. Активное перемешивание расплава цинка цинкуемыми изделиями способствует местному разрушению.
Как показала практика, при равномерной эрозии максимальная скорость коррозии стенок ванны 4 мм/год, минимальная 1 мм/год (средняя 2,5—3 мм/год). Однако срок службы ванны можно оценить только в том случае, если отсутствуют отдельные участки перегрева ее стенок.
Растрескивание — один из видов коррозии под напряжением, когда металл ванны подвергается одновременному воздействию напряжений (которые могут быть даже ниже предела выносливости стали) и агрессивной среды (расплавленного цинка). Причинами внезапного растрескивания стенок могут быть дефекты, имевшиеся ранее (в стали, в сварных швах и т. д.), коррозия под напряжением или другие факторы (например, термические напряжения при первоначальном разогреве).
В связи с этим ванны следует изготовлять с минимальным числом швов, которые необходимо проверять на сплошность радиографическим методом. После изготовления ванны следует подвергать обработке для снятия напряжений, а толщину стенок контролировать с помощью ультразвука.
Чтобы избежать растрескивания стенок ванны при первоначальном расплавлении цинка (коэффициент термического расширения цинка в 2,5 раза больше, чем стали), процесс разогрева ванны необходимо тщательно регулировать. Быстрое расплавление цинка приводит к созданию избыточного давления. В целях уменьшения давления расплавленного цинка на стенки и дно ванны необходимо применять ванны небольшой глубины (не более 2 ж) и использовать устройства с опорными рамами для стенок. Упрочнять стенки ванн балками, ребрами жесткости, распорками, стойками, приваренными к стенкам, не следует.
Из элементов, входящих в состав материала ванны, наиболее отрицательное влияние на ее стойкость оказывает кремний. При содержании в стали 0,07% Si значительно возрастает скорость реакции между цинком и ванной даже при оптимальных температурах цинкования (430—450°С), а при 0,15% Si эта реакция протекает настолько быстро, что ванна цинкования может выйти из строя в течение нескольких недель.
С увеличением содержания углерода в стали также увеличивается скорость ее растворения в расплавленном цинке, однако этот элемент действует значительно слабее, чем кремний, и его влияние проявляется только при содержании более 0,25% С. С увеличением температуры цинкования отрицательное воздействие кремния и углерода проявляется сильнее.
Влияние температуры на стойкость ванн проявляется и в другом. Если эта температура ниже 480° С, то на стали образуются плотные однородные, хорошо сцепленные с ней диффузионные железоцинковые слои, защищающие сталь от воздействия расплава. При этом скорость взаимодействия стали с расплавом со временем уменьшается. При 480—510° С возникают пористые, плохо сцепленные со сталью железоцинковые слои. В результате расплавленный цинк свободно проникает к стальной поверхности и реакция между ними протекает во времени с постоянной скоростью.
В связи с этим большое значение для повышения стойкости ванн цинкования имеет правильно выбранный режим процесса. Поскольку максимальное растворение стали происходит при 480—520° С, этих температур следует избегать, тем более что при этом увеличивается образование гартцинка и ухудшается качество цинкового покрытия.
Очень важно, чтобы в процессе цинкования обогрев ванны был равномерным, т, е. исключался местный перегрев ее стенок. Тепловая нагрузка [ккал/(м2*ч)] должна быть минимальной, а температура продуктов горения — низкой.
Подводить тепло необходимо к верхней части ванны, поскольку именно здесь происходят самые большие его потери в связи с интенсивным излучением поверхности расплава. Кроме того, при верхнем подводе тепла со дна ванны не поднимается гартцинк. Поэтому рекомендуется в верхнюю половину ванны подводить две трети тепла, а в следующую четверть по высоте — одну треть (рис. 62).
Основное оборудование для цинкования жидким методом

С целью повышения срока службы ванн рекомендуется использовать такие их конструкции и такие методы нагрева, которые обеспечивали бы равномерность распределения тепла.
Для этого пригодны печи с различными перегородками, которые предохраняют стенки ванны от прямого нагрева пламенем. Иногда нагрев осуществляют через слой свинца. В этом случае ванну цинкования помещают в другую ванну, а пространство между ними заполняют свинцом. Между ваннами располагают перегородки, которые обеспечивают равномерность циркуляции свинца. В результате достигается высокая степень выравнивания температуры по высоте ванны, однако при этом увеличиваются потери тепла из-за повышенного излучения системы. Кроме того, со временем теплопроводность свинца уменьшается из-за его окисления и превращения в PbO. Тепловой баланс таких устройств не слишком экономичен.
Хорошие результаты дает нагрев ванн принудительно циркулирующими (с помощью вентилятора) продуктами сгорания. При этом методе использование тепла в несколько раз больше, чем при обычном нагреве. Скорость циркуляции газов составляет примерно 15—20 м/сек. Температура продуктов сгорания, циркулирующих вокруг ванны, 550—600° С, а отходящих использованных 450—500° С.
Ниже приведены характерные технологические данные для ванны цинкования проволоки, нагреваемой сжигаемым газом (I), и ванны цинкования труб, нагреваемой сжигаемым легким маслом (II):
Основное оборудование для цинкования жидким методом

Как видно из приведенных данных, полезно использованное тепло и производительность ванны увеличиваются с повышением ее емкости и увеличением массы цинкуемых изделий.
Особого внимания заслуживает радиационный метод обогрева ванн цинкования. В настоящее время в ФРГ работает печь для цинкования труб с излучающими стенками. Футеровка печи выполнена из легковесного огнеупорного кирпича, аккумулирующая способность которого чрезвычайно мала. Любое повышение температуры внутренней поверхности стен печи благодаря увеличению теплопередачи к стенкам ванны быстро сказывается на температуре ванны. Удельный расход тепла на этой печи меньше, чем на печи с рециркуляцией продуктов сгорания, а стойкость ванн цинкования, отнесенная к производительности установки цинкования, больше.
Ниже сопоставляются технические характеристики печей с рециркуляцией продуктов сгорания (I) и печей с излучающими стенками (II), а также технико-экономические показатели их работы:
Основное оборудование для цинкования жидким методом

Примечательно, что доля полезного тепла в случае печи с излучающими стенками высокая, она равна 49,2% по сравнению с 29,9% для печи с рециркуляцией продуктов сгорания.
Для печи с излучающими стенками характерны меньшие потери тепла с уходящими продуктами сгорания (33,6% вместо 43,3% для печи с рециркуляцией продуктов сгорания).
На рис. 63 приведен поперечный разрез печи цинкования с излучающими стенками, а на рис. 64 — ее общий вид.
Основное оборудование для цинкования жидким методом

Для стальных ванн цинкования можно применять также электрообогрев. Промышленное выполнение таких ванн может быть самым различным. Иногда, например, вокруг ванны располагают изоляционные панели, к которым крепят нихромовые ленты. При этом достигается большая равномерность обогрева ванны, что значительно увеличивает ее срок службы.
Для поддержания стабильной температуры ванны необходимо также чтобы количество изделий, проходящих цинкование, в единицу времени было строго определенным. Это количество зависит от массы изделий и объема цинка в ванне. Например, при содержании в ванне 50— 80 т цинка за 1 ч цинкование должно проходить 3—4 т изделий, а при 100—150 т цинка — 5—6 т изделий.
В последнее время для цинкования жидким методом все чаще используют керамические ванны, в которых цинк нагревается либо индукционным методом, либо излучением сверху. Для нагрева сверху при этом можно применять элементы сопротивления и газовые горелки.
В случае керамических ванн значительно уменьшается образование гартцинка, а срок службы таких ванн в 5—6 раз превышает срок службы стальных.
Основное оборудование для цинкования жидким методом

В работе сообщается, что на Лысьвеноком металлургическом заводе в цехе цинкования посуды в настоящее время работает шесть керамических ванн с индукционным обогревом.
В зависимости от вида изделий ванны цинкования могут быть различной конструкции и емкости. Ванны полукруглой формы часто используют при цинковании проволоки. Их изготовляют путем изгибания одного листа с последующей приваркой торцов. Широко применяются также ванны прямоугольной формы.
Стальные ванны изготовляют в основном путем сварки листов, причем процессу сварки придают большое значение, так как некачественная сварка (непровары, наличие различных включений или пузырей в сварочном шве и др.) может стать причиной быстрого выхода ванны из строя. Электроды для сварки не должны содержать большое количество кремния и других элементов, ускоряющих реакцию между сталью и расплавом цинка.
Емкость ванн для цинкования в зависимости от рода цинкуемых изделий, а также необходимой производительности может составлять от 5 до 300 т цинка и более.
Таким образом, применение для изготовления ванн стали с низким содержанием кремния и углерода, проведение процесса цинкования при температурах не выше 450—460° С, введение в расплав цинка добавки алюминия (до 0,2%), использование радиационного обогрева ванн цинкования позволят значительно увеличить срок их службы.
Из другого оборудования отделений цинкования рассмотрим термические печи для отжига изделий, печи для сушки их после флюсования, а также устройства для перемещения цинкуемых изделий в расплаве цинка и извлечения их из расплава.
Для отжига стальной полосы при непрерывном цинковании используют многокамерные печи, проходя через которые полоса окисляется, восстанавливается и охлаждается. Такие печи бывают либо одноэтажными, либо трехэтажными. При недостатке производственных площадей применяют вертикальные печи, в которых полоса многократно проходит вверх и вниз. В такой печи зоны нагрева, отжига и охлаждения разделены перегородками.
Сушку офлюсованных изделий осуществляют в основном в проходных сушильных печах, используя для этой цели воздух, который вдувается в печь вентилятором и нагревается в рекуператоре горячими газами, отходящими от печи цинкования. Иногда сушильные печи снабжены электроэлементами для обогрева. Температура сушки офлюсованных изделий 150—200° С. На рис. 65 показана горизонтальная сушильная печь с шагающим подом фирмы Corner (Хаген) для обработки труб.
Основное оборудование для цинкования жидким методом

Устройства для перемещения изделий в расплаве цинка также изготовляют из низкоуглеродистой стали. Эти устройства бывают различной конструкции и сложности в зависимости от изделий. Для перемещения труб в расплаве цинка наиболее производительными являются шнековые устройства. На рис. 66 приведена схема ванны цинкования с вертикальным шнековым устройством для погружения и перемещения труб в расплаве цинка. После извлечения из расплава трубы перемещаются с помощью магнитных роликов. Схема магнитного конвейера для труб и стандартных профилей приведена на рис. 67.
На современных автоматизированных установках цинкования труб по «сухому» способу перемещение труб в расплаве цинка также осуществляется шнековыми устройствами. Для дальнейшей их транспортировки служит наклонный рольганг со шнековыми барабанами.
В последнее время в литературе появились сообщения о применении титана для изготовления приспособлений, подвергающихся периодическим погружениям в расплав цинка. Срок службы таких приспособлений больше, а масса меньше. Однако титан не рекомендуется применять для приспособлений, которые должны работать в расплаве цинка постоянно.