Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Технология цинкования стали в расплаве цинка включает операции подготовки поверхности изделий и сам процесс цинкования. При подготовке поверхности удаляют с нее жировые и другие загрязнения, окалину, ржавчину, наносят слой флюса. Затем изделие погружают в расплав цинка, выдерживают в нем определенное время, извлекают и охлаждают.
Жировые и другие загрязнения можно удалять с поверхности изделий путем химической или электрохимической обработки их в щелочных растворах, а также путем отжига, в процессе которого эти загрязнения окисляются (сгорают). После обезжиривания и промывки в воде изделия травят для удаления окалины или ржавчины. Для травления обычно используют водные растворы серной или соляной кислоты (6—10%-ная H2SO4 или 8—10%-ная HCl). Температуру травильных растворов принимают 60—80° С для сернокислого и 30—40° С для солянокислого.
Целесообразно использовать для травления смесь соляной и серной кислот. В табл. 18 приведены данные о растворимости железа и окиси железа в зависимости от состава травильного раствора.
Из табл. 18 видно, что лучшие результаты дают травильные растворы, содержащие H2SO4 и HCl в отношении 1:1. При этом необходимо через каждые 7—8 ч в травильный раствор добавлять поваренную соль (20 г/л).
Для уменьшения растворения металла, сокращения расхода кислоты и снижения «водородной хрупкости» в травильные растворы вводят специальные добавки — замедлители травления (ингибиторы): КС, ЧМ, «катапин» и др.
В Чехии для этих целей рекомендуется ингибитор ДБС (дибензилсульфоксид), который почти полностью предотвращает диффузию водорода в подвергаемую травлению сталь. На 1 л травильного раствора требуется 1 г ДБС.
После травления изделия промывают в воде для удаления с их поверхности остатков травильного раствора и солей железа. Если травление ведут в растворе соляной кислоты, то промывают изделия в проточной холодной воде, если в серной, то в горячей. Лучше всего промывать изделия и в горячей, и в холодной воде.
После травления иногда производят декапирование изделий. Для этого их погружают на 3—5 мин в водный раствор соляной кислоты (50 г/л) при 18—20° С. При этом, кроме дополнительного подтравливания стали, происходит также переход сернокислых солей железа в солянокислые, которые затем легко смываются с поверхности изделий в холодной проточной воде.
Хорошо протравленные и промытые изделия поступают на флюсование. Чаще всего в качестве флюса используют смесь хлористого аммония с хлористым цинком. Основная задача флюсования — удалить соли и окислы металлов с поверхности цинкуемого изделия, а также с поверхности расплава цинка в месте погружения изделия и, кроме того, улучшить смачивание поверхности изделия расплавленным цинком путем снижения поверхностного натяжения расплава.
Для флюсования изделий применяют два способа:
1. Флюсование в безводном расплавленном флюсе. В этот флюс, находящийся на поверхности расплава цинка в определенном месте ванны цинкования, изделие погружают перед тем, как его подвергнуть самому процессу цинкования. Для приготовления такого флюса можно использовать смесь солей: NH4CI (55,4 ч. по массе) + ZnCl2 (44,6 ч. по массе), в которую добавляют различные органические и неорганические вещества: древесные опилки, отруби, глицерин, окись цинка, способствующие уменьшению потерь аммиака и хлоридов, т. е. поддерживаниющие активность флюса. По данным Тейндла, в Чехии успешно применяют флюс, состоящий из 13—14% ZnO, 42—43% ZnCl2, 42—43% NH4Cl.
2. Флюсование в водном растворе флюса с последующей его сушкой. В водный раствор флюса изделие погружают после декапирования и промывки, затем его высушивают в специальных сушильных печах и погружают в расплав цинка. Водные растворы таких флюсов содержат большое количество хлористого цинка. Хорошие результаты, по данным, дает флюс состава 3—8% NH4Cl1 37—40% ZnCl2, 55—57% H2O. В раствор флюса вводят 1—2% глицерина для вспенивания. Температура раствора около 100°С. При цинковании труб используют водный раствор флюса состава 600—800 г/л ZnCl2, 80—100 г/л NH4Cl, 1—4 г/л ОП-7 или ОП-10. Температура раствора 40—50° С, продолжительность флюсования 1—2 мин.
Применение того или иного способа флюсования обусловлено главным образом составом расплава цинка. Если расплав цинка не содержит алюминия, то применяют первый способ флюсования («мокрое» цинкование), если же цинкование ведут в расплаве с добавкой алюминия, то второй («сухое» цинкование).
После подготовительных операций изделие погружают в расплав цинка, выдерживают в нем определенное время (при этом изделие часто перемещается в расплаве цинка), извлекают из расплава и охлаждают. Погружение изделий, перемещение их в расплаве цинка и извлечение из расплава осуществляют специальными устройствами.
Цинкованию жидким методом подвергают различные стальные изделия (полоса, листовая сталь, трубы, проволока, посуда, сетка, опоры линий электропередач, фермы мостов, оконные рамы, резервуары, муфты, винты, гайки и др.). В зависимости от рода изделий технология цинкования и оборудование, применяемое при этом, значительно различаются.
Рассмотрим основные способы цинкования жидким методом.
Свинцовый способ
Для получения очень тонкого покрытия изделия подвергают цинкованию в ванне, которая заполнена свинцом, и лишь в месте извлечения из ванны они проходят тонкий слой (150—300 мм) расплава цинка. При погружении в ванну изделия проходят слой расплавленного флюса. Благодаря кратковременному контакту изделия с расплавленным цинком получается тонкое (примерно 20—25 мкм), однородное, пластичное цинковое покрытие. При этом способе цинкования срок службы ванн цинкования весьма продолжителен, так как расплав свинца не взаимодействует с их стенками. Недостатки этого способа — низкая производительность и необходимость часто удалять гартцинк, так как изделие, проходя через его слой, который накапливается на границе раздела свинец — цинк, может захватывать его и в результате ухудшается качество покрытия. Рассмотренный способ в основном используют для покрытия стальных листов, однако можно цинковать и другие изделия (трубы, различные металлоконструкции http://nvzmk.ru/ и др.).
Способ сендзимира
Этот способ, предложенный польским инженером Тадеушем Сендзимиром, предназначен главным образом для непрерывного цинкования стальной полосы. He-отожженную холоднокатаную полосу нагревают в окислительной атмосфере при 470—480° С для удаления смазки после прокатки. Возникшие при этом очень тонкие слои окислов восстанавливают в смеси водорода и азота (75% Н2 и 25% N2), получаемой при диссоциации газообразного аммиака. В восстановительной зоне печи полоса одновременно подвергается рекристаллизационному отжигу около 730° С или нормализации около 900° С. Отожженная лента охлаждается до 485—500° С в охлаждающей зоне печи и попадает в расплав цинка с добавкой алюминия (примерно 0,1%). Все эти процессы осуществляются последовательно в одной технологической линии.
Отличительная особенность данного метода цинкования — отсутствие процессов травления и флюсования, а также поддержание температуры расплава цинка (- 450° С) за счет тепла, вносимого нагретой полосой. При этом ванна цинкования снабжена вспомогательным электрическим или газовым подогревом для расплавления цинка в начале работы или поддержания температуры расплава при перерывах в работе. Ванны при этом способе цинкования содержат небольшое количество цинка (примерно 15—20 г). Срок службы ванн весьма значителен, так как исключается местный перегрев их корпуса.
Методом Сендзимира обычно цинкуют стальную полосу толщиной до 4 мм и шириной до 1500 мм. Скорость процесса — от 20 до 40 м/мин. Однако в литературе имеются данные об использовании этого способа для покрытия проволоки.
Установки цинкования полосы по способу Сендзимира работают в США, Канаде, Франции, Англии, Бельгии, Италии, ФРГ, Польше, Японии и других странах. В нашей стране такая установка имеется в Магнитогорске.
Разновидностью способа Сендзимира является способ цинкования фирмы United States Steel Co. (США), по которому холоднокатаную полосу вначале подвергают элекролитическому обезжириванию в щелочных растворах, а затем уже отжигают в восстановительной атмосфере, после чего направляют в расплав цинка.
Способ Кук-Нортемана
Другим способом непрерывного цинкования полосы является процесс Кук—Нортемана. В отличие от способа Сендзимира рекристаллизационный отжиг полосы производят в рулонах в колпаковых печах, которые расположены вне линии цинкования. В линии цинкования полосу подвергают травлению в соляной кислоте, промывают струйным методом, флюсуют в водном растворе флюса и высушивают при 250—260° С, после чего эта полоса поступает в расплав цинка с добавкой алюминия. Ванна для цинкования футерована керамикой и обогревается низкочастотными индукторами.
В связи с тем что при данном способе цинкования обогрев ванны производится индукционным способом, в ней содержится значительно больше цинка (примерно 120—200 г), чем при способе Сендзимира. Цинковое покрытие получается пластичным и оцинкованный лист хорошо штампуется.
Способ Кук—Нортемана более производителен (можно покрывать более 50 г полосы в час), чем способ Сендзимира, и затраты на строительство линии цинкования по способу Кук—Нортемана также ниже. Установки цинкования полосы по этому способу работают в США и Канаде.
Цинкование жидким методом стального листа, проволоки, сшивной посуды и других изделий также описано в литературе.
- Влияние кремния, введенного в расплав цинка, на толщину, структуру и свойства покрытия
- Влияние серебра, введенного в расплав цинка, на толщину, структуру и свойства покрытия
- Влияние кадмия, введенного в расплав цинка, на толщину, структуру и свойства покрытия
- Влияние меди, введенного в расплав цинка, на толщину, структуру и свойства покрытия
- Влияние магния, введенного в расплав цинка, на толщину, структуру и свойства покрытия