Устройство ванн для горячего цинкования

Обновлено: 07.07.2024

Особенности строения и использования ванн для горячего цинкования

Метод горячего цинкования – это одно из самых распространенных средств, которые используются для защиты металла от большинства внешних катализаторов коррозии. На поверхности материала при этом создается специальная пленка.

Она не позволяет влажности, атмосферной коррозии и другим негативным факторам нанести сильный вред металлу, разрушить его, сильно увеличивает сроки использования.

В процедуре горячего цинкования большое значение имеют ванны, которые используются в процессе. Они заполняются активным веществом, деталь окунается внутрь.

Наша компания давно и успешно занимается обеспечением горячего цинкования и гарантирует клиенту высокое качество результатов. У нас есть все нужное оснащение, в том числе, правильно подобранные ванны для оцинковки.

Этот материал мы полностью посвятим рассмотрению вопроса о том, какими бывают лампы и как они влияют на то, как будет проводиться процедура цинкования. Это позволит клиентам лучше понять все особенности процесса.

Основные категории ванн

Специальная емкость для цинкования составляет основу цехового оборудования. Ванны могут использоваться как для самого цинкования, так и чтобы предварительно подготовить поверхность.

Есть две основные категории ванн, которые применяются специально на производственной линии:

Для предварительной обработки. Главная цель – не допустить того, чтобы на поверхности металла оставались какие-либо загрязнения. Метод флюсования при этом становится обязательной частью технологического процесса и предполагает, чтобы на поверхности материала появится специальная пленка.
Для выполнения основных задач по цинкованию. Основное цинковое защитное покрытие наносится на материал именно в таких емкостях. Они должны соответствовать всем установленным в данной отрасли требованиям.

На нашей производственной линии установлено сразу несколько ванн разной вместимости. Все они проверены на соответствии всем установленным требованиям – не входить в реакцию с химическими составами, хорошо выдерживать даже большие температуры, до которых происходит прогрев при обработке деталей.

Особенности размеров и материалов корпуса ванны для цинкования

В работе могут использоваться различные варианты объема ванн для проведения горячего цинкования. Эти характеристики напрямую влияют на то, с какими деталями можно работать в процессе.

Наша компания оснащает свои производственные линии самыми глубокими ваннами в ЦФО. Это помогает выполнять все задачи клиентов и справляться с цинкованием даже самых сложных деталей. Также учитывается и объем. Это нужно чтобы понять, какое количество цинка можно будет загрузить внутрь.

В процессе подбора определенных вариантов емкости, на первый план выходит не только их объем, но и материал, который был использован в процессе изготовления. Есть несколько наиболее распространенных вариантов сырья, среди которых:

Полиэтилен РЕ. Может применяться специально для того, чтобы закачивать внутрь вещество, которое прогрето до +80. При этом полиэтиленовые варианты емкостей отличаются высокой степенью механической прочности, отлично выдерживают даже достаточно сильные внешние нагрузки. Полиэтилен показывает хорошую эластичность и при этом не вступает в контакт с различными химическими веществами, которые применяются в процессе.
Полипропилен РР. Еще один вариант материала, который можно использовать для уже более сильного нагрева – до 100 градусов. Именно такой вариант продукции создан специально для того, чтобы справляться с сильным давлением, а также не допустить повреждения под действием химически-активных веществ, таких, как щелочи и кислоты. Популярность подобному материалу прибавляют и хорошо выраженные диэлектрические характеристики.
Поливинилхлорид. Продукция из такого материала во многом похожа на полипропилен. Материал используется специально для того, чтобы создавать емкости действительно большого объема, в которые можно погружать крупные детали. Корпус оказывается максимально прочным, хорошо выдерживает сильные нагрузки, в том числе, ударные.
Поливинилхлорид PVDF. Распространенный, хотя и довольно дорогой материал. Отлично противостоит кислотам и щелочам, различным соединениям с высоким уровнем химической активности. В процессе работы отлично справляется с прогревом стенок даже до +140 градусов.
Нержавеющая сталь. Классический вариант для производства ванн различного объема. В силу своей повышенной химической стойкости, такой материал оказывается очень востребованным. Он отлично подойдет для сушки, фосфатирования, промывки и других вариантов работ.
Титан. Изделия из титана стоят достаточно дорого, потому встречаются реже, чем модели из полимерных составов или из нержавейки. При этом обеспечивается высокий уровень защиты от коррозии и различных видов повреждений, которые возникают под воздействием агрессивных химических средств с разными показателями.

При оборудовании своих линий подготовки материалов, а также проведения горячего цинкования, мы учитывали все установленные к такому типу продукции требования. Это позволило обеспечить высокое качество подготовки деталей, а также последующего выполнения оцинковки поверхностей.

Главные особенности конструкции ванн для цинкования

В продаже также существуют различные типы ванн, специально созданные как для предварительной подготовки продукции, так и для цинкования.

Конструкция продукции создана таким образом, чтобы обеспечивать высокий уровень качества работы. Предусмотрены специальные защитные металлические кожухи, системы аспирации и многое другое. Все это позволяет гарантировать, что уровень подготовки продукции, а также качество результата проведения работ будет на действительно высоком уровне.

Особенности использования емкостей для химической подготовки продукции

Наша компания уделяет большое внимание процессу предварительной подготовки изделий непосредственно перед проведением горячего цинкования. Это позволяет удалить с поверхности все загрязнения, которые потенциально могли бы представлять угрозу для качества итоговой оцинковки.

Они удаляют органические загрязнения, а также делают все для того, чтобы повысить уровень адгезии, стабилизировать качество сцепления цинкового покрытия.

Существует сразу несколько основных видов ванн, которые могут использоваться в процессе подготовки продукции. К ним относятся следующие:

Емкости для проведения обезжиривания. Обычно для такой задачи допускается применение специальных полипропиленовых емкостей с разными характеристиками. Они выпускаются с толщиной стенок примерно 20 мм. При помещении стали в такую ванну, внутрь заливаются щелочные растворы. При этом с поверхности удаляются органические загрязнения, которые могли бы повлиять на конечное качество цинкования.
Ванны для промывки. В работе по подготовке активно используется вода. Это нужно для того, чтобы устранить с поверхности все остатки химических растворов. При этом возможно использование полимерных материалов для изготовления емкостей.
Ванна для травления. Еще одним действием, которое создано специально для подготовки металла, становится травление. В процессе может применяться множество вариантов материалов. Главное требование к ним – гарантия высокого уровня защиты против разрушения из-за длительного контакта с соляной кислотой.
Емкости для флюсования. Чтобы увеличить адгезию материала и сделать цинковое покрытие намного более качественным и стабильным, в работе также применяется и процедура флюсования. Материалы, которые применяются для создания ванны, имеют высокий уровень стойкости к контакту с хлоридами аммония и цинком.
Охладительные ванны. Чтобы продолжать работу с деталью после того, как она была полностью оцинкована, используются полимерные или стальные ванны, в которых температура материала постепенно опускается до указанных характеристик.

Наше производство оснащено всеми современными ваннами горячего цинкования, а также правильно подобранными емкостями для выполнения подготовки. Вся производственная линия строго отвечает установленным отраслевым требованиям.

Что влияет на срок службы ванны для цинкования

Стоит обратить внимание на то, от чего зависит срок эксплуатации такой емкости.

В среднем, одной ванны хватает на 20-25 лет.

При этом важно обеспечивать соблюдение требований по эксплуатации, не допускать доведения до аварийного состояния.

Также стоит контролировать то, какие составы заполняются внутрь. Применение различных вариантов химически активных веществ могут повлиять на то, сколько будет использоваться подобная емкость для оцинковки.

Выбор правильного состава ванны цинкования гарантирует, что даже при контакте с агрессивными химическим средами, не будет наблюдаться нарушения целости конструкции, герметичности.

Оформите заказ на качественное горячее цинкование

На производственной линии нашей компании оборудованы различные варианты конструкции ванн горячего цинкования и правильной подготовки материалов для проведения обработки. Мы выполняем качественные работы по цинкованию и гарантируем, что металл получит хороший уровень защиты против большинства потенциальных внешних нагрузок.

Среди преимуществ работы с нами есть такие, как:

Хороший уровень оснащения современным оборудованием.
Официальные гарантии качества всех видов работ.
Быстрое выполнение даже срочных заказов.
Доступные цены.
Работа даже с наиболее крупными деталями.

Мы готовы ответить на все интересующие клиентов вопросы, рассчитать стоимость выполнения поставленной задачи. Чтобы узнать подробности работы с нами, оставьте заявку или звоните по указанным телефонам.

Линия горячего цинкования

Основное оборудование линии горячего цинкования (количество оборудования и его габариты приведены, как пример, они могут изменяться в зависимости от конкретных требований).

Оборудование участка химической подготовки металлоконструкций цеха горячего цинкования:

Наименование

Внутренние габариты, мм

Ванна кислотного обезжиривания

Все ванны, кроме ванны охлаждения, оснащены автоматической системой нагрева с бойлером. Автоматическая система включает в себя систему контроля температуры, в том числе контроллер температуры, термопары с корпусами, теплообменники.

Сушильная печь предназначена для сушки и предварительного нагрева изделий после флюсования перед погружением деталей в расплав цинка.

Нагрев сушильной печи осуществляется от отходящих газов горения печи оцинкования. Предусмотрен дополнительный нагрев горелкой, работающей на природном газе. Контроль температуры печи – автоматический.

Транспортировка траверс вдоль сушильной печи осуществляется цепным конвейером.

Печь цинкования горизонтального типа предназначена для горячего цинкования металлоконструкций методом погружения в расплав цинка.

печи горячего цинкования;
ванны горячего цинкования;
оборудования для измерения и регулирования температуры;
установки сбора белых дымов;
установки рекуперации отработанных газов.

Печь горячего цинкования предназначена для нагрева и поддержания рабочей температуры расплава цинка в ванне. Печь представляет собой металлическую оболочку, содержащую изолирующую кладку. Внутри оболочки находится ванна и пустая полость между ванной и изоляцией является камерой сгорания.
Ванна горячего цинкования предназначена для содержания расплавленного цинка при температуре до 480 0 С. Ванна изготовлена из нескольких секций U образного стального профиля, сваренных вместе двухсторонним швом. Материал корпуса ванны - сталь, с низким содержанием углерода и кремния, толщиной 50 мм. Ванна оцинкования встроена в печь многопламенного нагрева. Размер ванны 12,5х1,6 м, глубина – 3 м, масса 47 т.

Температура ванны горячего цинкования измеряется с помощью специальных датчиков (термопар) и передается терморегуляторам, управляющим зажиганием и отключением нагревающих рамп. Система управляет температурой, как в наружной зоне (камере сгорания), так и во внутренней зоне (ванна цинка).

Для улавливания и отвода паров горячего цинкования печь оснащена установкой вытяжки и фильтрации газов.
Для обеспечения нагрева ванн химической подготовки служит установка рекуперации тепла отработанных газов печи горячего цинкования.

Транспортировка траверс по всему технологическому циклу горячей оцинковки осуществляется мостовыми двух-тележечными кранами.
Перемещение траверс между пролетами осуществляется специальными рельсовыми тележками.

Оборудование участка химической подготовки

температурой растворов в ваннах;
уровнем растворов в ваннах;
концентрацией растворов.

Рабочий уровень растворов должен выдерживаться в пределах 250÷300 мм от верхнего уровня ванн. Контроль за уровнем растворов осуществляется в начале каждой смены.

Контроль концентрации растворов осуществляется лаборантом хим. лаборатории. Результаты анализов лаборант заносит на стенд в цехе, на основании которых химик-технолог цеха производит корректировку растворов. Результаты анализов на стенде обновляются ежедневно.
Загрузку химических реактивов и доливку воды в ванны до технологического уровня, выполняет специально назначенный работник цеха горячего цинкования, имеющий допуск работы с кислотой, на основании данных расчетов выполненных химиком-технологом цеха и при его личном присутствии.

Печь горячего цинкования

В процессе эксплуатации печи горячего цинкования необходимо выполнять следующие работы:

Контроль уровня цинка в ванне;
Чистка расплава в ванне;
Контроль температуры расплава цинка;
Чистка зеркала ванны от изгари и золки.

Чистка ванны от гартцинка;
Чистка расплава в ванне;
Контроль уровня свинцовой подушки на дне ванны;
Чистка бортов и внутренних стенок ванны;
Контроль за состоянием измерительных приборов;
Контроль за химическим составом расплава цинка;
Осмотр и ремонтные работы оснастки, оборудования.

За контроль и регулировку температуры расплава цинка отвечает автоматическая контрольно-измерительная система, содержащая термопару, подключенную к посту управления. Регулировка температуры, в пределах заданной (450°С), осуществляется автоматически.

Для проверки точности приборов измерения и своевременной регулировки температуры, дежурный оператор поста управления контролирует температуру расплава по показаниям второй, независимой от автоматической системы управления, термопары.

Чистка зеркала ванны от изгари и золки производится при выгрузке изделий из расплава, для предотвращения налипания окислов на поверхности оцинкованных металлоконструкций. Кроме того, зеркало ванны необходимо чистить и перед погружением изделий в расплав, в случае длительного простоя ванны и накопления значительного количества золки и изгари на поверхности расплава.

Ежедневная чистка расплава выполняется оцинковщиками один раз, в начале каждой смены.

Раз в неделю, печь цинкования останавливается на проведение профилактических работ с целью выполнения мероприятий перечисленных ниже.

Удаление гартцинка производится после оцинковки 300-400 т продукции. Толщина слоя гартцинка не должна превышать 100 мм, иначе значительно уменьшается глубина ванны, а образующееся цинковое покрытие будет шероховатым, от захваченных со дна и поверхности стенок, частиц гартцинка. Чистка выполняется с помощью специального ковша, подвешиваемого на крюк мостового крана.

После удаления гартцинка, а также по мере загрязнения расплава (при загрузке цинка в количестве более 5 тонн или при появлении на поверхности изделий черных хлопьев грязи), необходимо производить чистку расплава.
Измерение высоты свинцовой подушки производится в последнюю профилактику месяца после чистки гартцинка. Высота свинцовой подушки должна поддерживаться на уровне 100 мм.

Чистка бортов и внутренних стенок ванны от налипшего цинка, гартцинка выполняется с помощью специальных приспособлений - скребков. Внутренние стенки ванны очищаются на глубину 200-250 мм от верхних бортов ванны.

За работой контрольно-измерительных приборов также необходимо следить. Периодически необходимо проводить чистку корпусов термопар от налипшего цинка, выполнять очистку корпуса термопары при каждой чистке гартцинка.

Химический анализ расплава цинка на содержание алюминия, свинца, железа производит хим.лаборатория цеха горячего цинкования, с регистрацией данных в журнале.

В процессе профилактических работ, осуществляется осмотр технологической оснастки на предмет наличия повреждений и при необходимости направляется на ремонт или списывается.

Технологические операции горячего цинкования

Металлоконструкции, предназначенные для горячего цинкования, последовательно подвергаются следующим технологическим операциям:

навеска деталей на траверсы; обезжиривание; травление; промывка в воде; флюсование; сушка флюса; горячее цинкование; охлаждение; контроль качества покрытия; выдача металлоконструкций на участок комплектации.

В качестве технологической оснастки для горячей оцинковки деталей металлоконструкций применяются траверсы, крюки, петли из проволоки и другие приспособления.

ТРАВЕРСА – технологическая оснастка, предназначенная для навески деталей под горячую оцинковку. Детали на одной и той же траверсе проходят полный цикл без перезарядки: навеска, хим. подготовка, сушка, оцинковка, охлаждение, разрядка. Навеска деталей осуществляется на овальные отверстия в уголках с нижней стороны траверсы.

Транспортировка траверсы между технологическими операциями осуществляется двухтележечным мостовым краном.

КРЮКИ предназначены для навески деталей на траверсу. Крюки различаются по длине, диаметру и по форме гибки – односторонние, двухсторонние.
Диаметр крюка зависит от массы навешиваемой детали и выбирается по таблице грузоподъемности крюков.

Кроме крюков для навески деталей на траверсу применяется прокат сортовой стальной горячекатаный круглый ГОСТ 2590-2006 Ø6 мм, а так же проволока стальная низкоуглеродистая общего назначения ГОСТ 3282-74 Ø3, Ø4 (далее по тексту - проволока). В зависимости от массы навешиваемой детали проволока может быть изогнута в виде крюка или в виде петли.

Для зарядки и разрядки траверс используются специальные стойки высотой 2 м, предназначенные для удержания траверсы на соответствующей высоте в процессе навески/развески. Для навески тяжелых деталей используется специальная стойка - гидроподъемник.

Обезжиривание

натуральные минеральные масла;
силиконовые смазочные материалы.

С целью улучшения качества цинкового покрытия металлоконструкции подвергаются кислому химическому обезжириванию. Для приготовления раствора используется обезжириватель.

Контроль и регулировка температуры производится постоянно автоматической системой управления.
В процессе работы на дно ванны выпадает осадок в виде мелкого песка. Его следует удалять один раз в год или когда уровень осадка на дне становится помехой для нормального погружения изделий в ванну обезжиривания. Удельный вес и химический состав осадка может изменяться в зависимости от типа жиров, вносимых в ванну.

Для очистки песка следует перелить раствор в свободную ванну хим. подготовки, а затем механическим способом удалить песок со дна ванны. Очистку дна ванны осуществляет работник, назначенный начальником цеха, ответственным за выполнение данных работ. Песок со дна ванны подлежит вывозу на полигон пром. отходов.

После завершения процесса обезжиривания траверсу с деталями перевозят в одну из ванн травления.

Травление

На поверхности стальных изделий могут возникать оксиды различного состава и строения - ржавчина и окалина.

Ржавчина (FeO, Fe₂O₃ х nH₂O) образуется в кислородосодержащей среде в присутствии влаги при комнатной температуре. Окалина на стальных изделиях обычно образуется в процессе их изготовления и при термической обработке, по составу близка к оксидам железа FeO-Fe₃O₄- Fe₂O₃.

Удаление ржавчины и окалины производится химическим методом (травлением) в водном растворе соляной кислоты (ГОСТ 857-95).

Время выдержки в ванне травления прямо пропорционально количеству ржавчины и окалины на поверхности, зависит от температуры и концентрации травильного раствора и не зависит от толщины изделия. Травление металлоконструкций производится до полного удаления ржавчины и окалины. Контроль качества поверхности – визуальный, для этого изделия периодически извлекаются из ванны для осмотра. Продолжительность травления 20-90 мин.

Травление металлоконструкций в соляной кислоте из-за возможного перетрава нельзя производить без ингибиторов (замедлителей) кислотной коррозии. С применением ингибитора достигается достаточно хорошее качество травления поверхности металлоконструкций.
Защита поверхности раствора от выделения паров соляной кислоты производится при помощи добавления в раствор пенообразователей.

Контроль и регулировка температуры производится постоянно автоматической системой управления.

После завершения процесса травления траверсу с деталями перевозят в ванну промывки.

Промывка

Промывка осуществляется после травления, перед переходом в ванну флюсования. Промывку производят путем 2-3-х кратного окунания деталей в ванну. Промывочная среда – вода. Основная цель промывки - удаление остатков травильного раствора, железа и его соединений с поверхности изделия.

Железо оказывает отрицательное воздействие на процесс флюсования:

- загрязняет раствор флюса, который требует периодического восстановления;

- на поверхности оцинкованного изделия возникают «крошки»;

- в цинковом расплаве образуется гартцинк: 1 грамм железа, попавшего в цинковый расплав, образует 40 грамм гартцинка. Соответственно, достаточно 20 граммов железа, чтобы потерять 1 кг цинка в форме осадка.

Промывочная вода может повторно использоваться в ванне травления, где железо полезно: свежий травильный раствор работает эффективно, только если в нем есть небольшое количество железа.

На линии химической подготовки чистая вода заливается только в ванны промывки, что сокращает ее потребление.

Анализ воды на содержание соляной кислоты и железа в ванне промывки выполняется ежедневно. При достижении концентрации железа 4 г/л выполнить полную или частичную замену раствора.

Флюсование

Хорошо протравленные и промытые металлоконструкции поступают на заключительную, подготовительную операцию – флюсование

Флюсование проводят для обеспечения правильной «реакции» с расплавленным цинком, для дополнительного удаления солей и оксидов металлов с поверхности цинкуемого изделия, не снятых в ванне промывки, а также с поверхности расплавленного цинка в месте погружения изделия и, кроме того, для улучшения смачивания поверхности изделия расплавленным цинком путем снижения поверхностного натяжения расплава цинка. Летучие соединения, образующиеся при разложении флюса, способствуют механическому удалению загрязнений на зеркале ванны и создают нейтральную атмосферу в месте погружения изделий в расплав цинка.

В результате флюсования на поверхности стального изделия образуется пленка солей (хлористого цинка ZnCl₂ и хлористого аммония NH₄Cl), предотвращающая окисление вплоть до погружения в расплав цинка, где происходит реакция между цинком и железом. Соляная пленка осуществляет двойное действие:

- не допускает окисления изделий на воздухе с момента выхода из ванны травления и до погружения в ванну цинкования;

- позволяет регулировать толщину цинкового покрытия (вместе с двумя другими факторами: временем погружения и температурой цинкового расплава).

В качестве флюса использована смесь из солей хлористого аммония - NH₄Cl и хлористого цинка - ZnCl₂. Основную роль в таком флюсе играет хлористый аммоний, т.к. он является поставщиком газообразных хлоридов, образующихся при разложении NH₄Cl при контакте с расплавленным цинком:

NH₄Cl - NH₃ + HCl

Эта реакция идет в присутствии влаги, которая всегда имеется на изделии. Влага способствует разложению хлористых солей с образованием активной соляной кислоты. Хлористый водород HCl взаимодействует с оксидом железа FeO, цинка ZnO и других элементов, присутствующих на зеркале ванны:

FeO + 2HCl - FeCl₂ + H₂O
ZnO + 2HCl - ZnCl₂ + H₂O

Большинство образующихся хлоридов (алюминия, олова, сурьмы, FeCl₃) испаряется, т.к. их температура кипения ниже температуры расплава цинка.

С хлоридом железа FeCl₂ связано образование гартцинка - нежелательного продукта процесса цинкования.

При контакте с расплавленным цинком FeCl₂ восстанавливается до железа.

FeCl₂ + Zn - ZnCl₂ + Fe

Образовавшееся железо, взаимодействуя с жидким цинком, переходит в гартцинк, оседая на дно цинковой подушки (на слой свинца). Это еще раз подтверждает необходимость хорошей промывки после травления.
Для улучшения качества горячего цинкования во флюс добавляют различные присадки. На поверхности металла соли хлористого цинка и хлористого аммония формируют кристаллы. При наличии присадки кристаллы получаются более крупными и располагаются в одном направлении, что делает более плотной кристаллическую соляную сетку на поверхности изделия и обеспечивает более надежную его защиту от окисления. При этом оцинкованное изделие получается блестящим, сокращается расход цинка и образование золки. Добавка присадки оказывает особое воздействие и на «межкристаллический слой» - участок взаимного проникновения цинка и железа. Основная часть цинкового покрытия на стальном изделии представлена именно этим слоем, который значительно толще поверхностного слоя чистого цинка.

Продолжительность процесса флюсования 30-45 секунд, что соответствует одному окунанию в раствор флюса.

Температура раствора флюсования 40°С при использовании сушильной печи и 70°С без использования печи.

При достижении концентрации солей железа более 6 г/л раствор флюсования корректируется автоматической системой очистки флюса. Принцип действия системы заключается в снижении кислотности раствора и извлечении из него растворенного железа. Для корректировки уровня кислотности используется водный аммиак. Для извлечения растворенного железа его сначала переводят в нерастворимую гидроокись трехвалентного железа, для чего в раствор добавляют пероксид водорода, а затем посредством фильтрации выводят железо из флюсового раствора.

Сушка

После ванны флюсования траверса с деталями переносится в сушильную печь для прогрева и удаления остатков влаги. При этом:

- в результате испарения воды на поверхности формируется состоящая из кристаллов солей сетка, обеспечивающая защиту от окисления на воздухе;

- сокращается перепад температур между расплавом цинка и изделием, извлеченным из ванны флюсования;

- исключается попадание воды в расплавленный цинк.

Температура сушки не должна превышать 120°С. Время нахождения металлоконструкций в сушильной печи – до полного испарения влаги с поверхности металла (10-60 мин).

После завершения операции сушки, траверса с деталями перевозится в печь цинкования.

Горячее цинкование

Цинк - голубовато-серебристый металл с температурой плавления 419,5 0 С и температурой кипения 906+1 0 С. Плотность твердого цинка 7,133 г/см3 (при 20 0 С), жидкого 6,66 г/см3 (при 419,5 0 С); следовательно, при плавлении цинка его объем увеличивается. Технически чистый цинк при обычных температурах очень хрупкий, но при нагреве до 100¸150 0 С обладает хорошей пластичностью.

При диффузионном цинковании жидкофазным способом в расплаве цинка (горячее цинкование) происходит взаимодействие стали с расплавленным цинком, в результате которого на поверхности стального изделия образуются железоцинковые соединения (фазы). При этом изменяется химический состав и структура поверхностного слоя цинка.

Диффузионное цинковое покрытие, полученное в расплаве цинка, состоит из нескольких железоцинковых фаз, расположенных непосредственно на основном металле, и слоя цинка. Слой цинка, который по составу в основном соответствует расплаву, возникает при извлечении изделия из ванны цинкования. вероятность образования тех или иных слоев железоцинковых соединений в покрытии во многом зависит от режима цинкования, состава и структуры цинкуемого металла, а также от состава расплава цинка.

Толщина покрытия для сталей при одинаковом состоянии их поверхности зависит от продолжительности горячего цинкования, температуры расплава цинка и его состава, а также от скорости извлечения цинкового покрытия.

Горячее цинкование производится в расплаве цинка марки ЦВО или ЦВ ГОСТ 3640-94.

Стадии горячего цинкования

Производственный процесс горячего цинкования делится по времени на стадии:

- погружение изделия в расплав цинка;

- выдержка до полного выкипания флюса и до выравнивания температуры изделия и расплава цинка;

- выгрузка изделия из расплава цинка;

Для получения пластичного, повышенной коррозионной стойкости и хорошего вида цинкового покрытия, а также для замедления образования промежуточных фаз (железоцинковых сплавов) цинковый расплав легируется алюминием, в качестве которого используется эвтектический сплав цинка и алюминия марки ЦА-10 ГОСТ 21438 в объеме 0,05-0,2 % от веса цинка. Содержание алюминия в расплаве должно быть в пределах до 0,05%. Алюминий создает тугоплавкую пленку, что способствует уменьшению угара цинка с зеркала ванны.

При загрузке ЦА-10 в ванну, необходимо обеспечить его плавление максимально близко к поверхности расплава цинка.

Контроль содержания алюминия в расплаве выполняется ежедневно. Результаты анализа заносятся в регистрационный журнал и на доску цеха.

Для осаждения гартцинка на дно ванны, в расплав необходимо добавлять свинец. Свинец расплавляется в цинке до 1%-1,3%, свыше этого, свинец осаждается на дно ванны, формируя слой свинца, состоящий из 98% свинца и 2% цинка. Слой свинца на дне ванны взаимодействует с изгарью, препятствуя прикипанию изгари ко дну ванны. Необходимо поддерживать слой свинца до 100 мм. Добавление свинца также увеличивает текучесть цинка. Уровень свинца должен проверятся 1 раз в месяц. Свинец добавляется в ванну с помощью крана в виде слитков, уложенных в корзину, при этом, необходимо обеспечить равномерное распределение свинца по дну ванны. После добавления свинца, ванна цинкования должна отстояться 40 минут.

Температурные режимы

Рабочая температура расплава, при которой происходит оцинковка металлоконструкций 450°С. Контроль и регулировка температуры в пределах заданной осуществляется автоматически через термопару, подключенную к PLC системе управления печью горячего цинкования.

Для предотвращения понижения температуры расплава цинка ниже технологического уровня не рекомендуется погружать в расплав более 15 тонн металлоконструкций в течение часа.

Повышение температуры выше указанной сокращает срок службы ванны.

Автоматическая система контроля за температурой дублируется переносной термопарой.

Охлаждение

Покрытые цинком изделия подвергаются охлаждению в ванне охлаждения с целью снижения температуры и сохранения блеска покрытия. Вода не проточная. Охлаждение производится путем 1-кратного погружения. Температура воды в ванне охлаждения не должна превышать 80°С. По мере испарения вода добавляется в ванну.
Допускается охлаждение деталей на воздухе.

Развеска траверсы после оцинковки

После охлаждения деталей, траверсу перевозят мостовым краном на участок развески.

Охлажденную траверсу устанавливают на стойки под развеску. Высота стоек 2 метра. Выбор высоты стоек под развеску осуществляется в зависимости от габаритов навешенных деталей.

Крупногабаритные сварные узлы (массой более 60 кг) снимают с траверсы, установленной на гидроподъемнике.

Развеска деталей на проволоке. Для съема деталей с траверсы, проволоку срезают с помощью ножниц по металлу или кусачек.
Свободные от деталей траверсы передаются на участок навески.

Ванны для расплава жидкого цинка из металла

Ванны для хранения расплава жидкого цинка с самого начала изготавливались из железа самой высокой степени чистоты, которая достигалась в металлургическом производстве того времени. Самый древний рисунок ванны для хранения и нагрева расплава изображен на рис. 8.2.

Ванна получалась из согнутого листа максимальной толщины, который можно было подвергнуть обработке на металлообрабатывающем оборудовании того времени, к бокам которого приваривались плоские листы из металла той же толщины. Нагрев ванн осуществлялся с помощью сжигания твердого или жидкого топлива в топках, расположенных перед ванной, причем продукты сгорания омывали боковые стенки ванны и таким образом нагревали ее содержимое. Образующийся гартцинк при этом осаждался на дно ванны; через определенное время, когда его накапливалось достаточно много, его вычерпывали.

Рис. 8.2. Самый ранний рисунок ванны расплава

Однако по мере развития технологии цинкования погружением стали видны недостатки такой технологии – ванны сильно разрушались по местам сварки; из-за сквозной коррозии образовывались течи, которые необходимо было оперативно заделывать; время жизни ванн было очень коротко и не определялось теоретически. Для оперативного опорожнения таких дефектных ванн предусматривались специальные краны вблизи днища ванн, через которые жидкий цинк выливался на пространство у дна ванны, огороженное валиками из песка. Ванны данной конструкции обсуждались на международных конференциях еще в пятидесятых годах прошлого века.

Поэтому, по мере накопления опыта и потребности во все более длинных ваннах предпринимались попытки прийти к более технологичным условиям их производства. Эволюция развития ванн видна из анализа рис. 8.3.

Во-первых, нужно было при увеличенной длине ванны не только сохранить ее механическую прочность, но и по возможности для продления жизни ванны увеличить толщину металла. Но при увеличении толщины металла, скажем, до 40 мм возникает проблема гибки металла. Сначала пошли самым простым путем, а именно, отказались от гибки металла, что иллюстрируется примером на рис. 8.3 справа. К горизонтально расположенному листу приваривали две боковые и две торцовые стенки. В этом случае возможности изготовления изделия уже не лимитируются имеющимся гибочным оборудованием.

Рис. 8.3. Эволюция технологии изготовления ванн для расплава (справа налево).

Но у такого способа имеется серьезный недостаток. Под действием силы тяжести содержащегося в ванне цинка, особенно с учетом изменения механических свойств металла при повышенной температуре, в конструкции возникают напряжения, характер которых хорошо виден из анализа рис. 8.4, которые часто заканчиваются образованием трещин и даже разрывов по месту сварки (рис. 8.5). И жизнь у таких ванн была короткой, несмотря на повышенную толщину металла – от нескольких месяцев до полутора лет, что не устраивало технологов.

Поэтому по мере развития возможностей гибочного оборудования сначала ушли от сварки на боках ванны, оставив сварку только на дне ванны, где металл в наименьшей степени подвергается механическим воздействиям (средняя часть рис. 8.3), а затем отказались и от этой сварки, начав изготовление этой части ванны из одного листа (на рис. 8.3 слева). В результате заметно изменилась схема механического воздействия на металл: давление слоя цинка направлено на растягивание стенки, а не на ее изгиб, что не приводит к трещинообразованию (рис.8.6).

Наконец, работа по созданию ванн современной конструкции завершилась заменой плоских боковых стенок на согнутые. В результате технология изготовления оказалась унифицированной – изготавливают отдельно боковые стенки ванны с закругленными углами, затем, в зависимости от заданной длины ванны и ее ширины, гнут U-образные элементы стенок и дна ванны в необходимом количестве, затем все это сваривают в единое целое. При такой технологии во всей ванне произошла замена изгибающих напряжений на напряжение на разрыв, что повысило долговечность ванн.

После того, как были сняты основные риски в части механической долговечности ванн, выяснились некоторые проблемы, которые были до поры до времени в тени, а именно, проблемы сварки. При обычной сварке всегда используются электроды для заполнения шовного объема с повышенным содержанием кремния – в этом случае сварка протекает с меньшим количеством дефектов. Но именно повышенное содержание кремния в сварном шве приводит к повышенной скорости коррозии в местах сварки.

Пришлось для сварки ванн цинкования разрабатывать технологию сварки с электродами того же состава, что и материал ванны (сварка под слоем флюса), что существенно снизило и эти риски.

Внешний вид ванны современного типа показан на рис. 8.7.

Рис. 8.4. Характер деформации при работе ванны, изготовленной из плоских листов.

Рис. 8.5. Характер возникающих трещин при работе ванны вследствие концентрации напряжений в последней.

Рис. 8.6. Характер изменения формы ванны современного типа под действием термических воздействий.

Изготовленную ванну помещают в печь, внутренний вид которой показан на рис. 8.8. Печь состоит из прочного теплоизолирующего корпуса, в который вставлены фиксаторы ванны, препятствующие изменению ее формы, а также горелки. На данном фото представлены плоскопламенные горелки с радиационными защитными экранами. Расстояние между стенками ванны и стенками печи варьируется от 30 до 60 см, в зависимости от типов горелок, используемых при нагреве.

Рис. 8.7. Фото современной ванны для расплава.

Рис. 8.8. Нагревательная печь с плоскопламенными горелками перед установкой в нее ванны. Вдоль низа боковых стенок видны фиксаторы для устранения изменения формы ванны во время ее работы.

Технология горячего цинкования

Технология горячего цинкования металлоконструкций предусматривает правильную подготовку и обработку металлических поверхностей при строгом соблюдении последовательности технологического процесса.

Только в этом случае можно получить высокое качество нанесенного покрытия, которое сможет защитить металл от коррозии сроком от 20 до 50 лет.

Все этапы горячего цинкования

Цинкование горячим способом проводится в следующей последовательности

Обезжиривание

Процедура удаляет с поверхности деталей загрязнения (например, масла). Проводится при температуре от 60°C до 80°C с применением обезжиривающих реагентов, выбор которых определяется в зависимости от вида загрязнения. Обезжиривание исключает расслоение цинкового покрытия после его нанесения.

Промывка

Удаление с поверхности изделий пены и жирных составов, которые оседают на металле после ванны обезжиривания.

Травление

Очистка поверхностей изделий путем удаления с них ржавчины (при хранении в недопустимых условиях) или окалины (образуется после горячей обработки). Операция проводится в температурном режиме от 20°C до 25°C с применением соляной кислоты в концентрации 120 – 210 г/л.

Благодаря этому обеспечивается высокая растворимость хлоридов железа. Чтобы предупредить водородное насыщение и добиться удаления с поверхности только гидроксилов и окислов, раствор соляной кислоты рекомендуется дополнять ингибиторами.

Повторная промывка

Чтобы нейтрализовать остаточные следы кислоты, а также для удаления солей, требуется повторная промывка деталей. Применение сразу нескольких промывочных ванн оптимизирует процесс промывки и одновременно сократить расход воды.

Флюсование

Это заключительный процесс подготовки поверхности деталей, на которых при промывке могли вновь появиться оксиды железа. Флюсование предупреждает последующее окисление металла за счет образования на поверхности пассивированной пленки флюса, а также гарантирует высокую степень смачиваемости расплавленным цинком.

Обработка проводится при температуре 60°C с использованием концентрированного раствора флюса 400 – 600 г/л, состав которого включает хлорид аммония и хлорид цинка.

Очистка выполняется с добавлением перекиси водорода, которая постоянно осаждает соли трехвалентного железа на дно ванны. Впоследствии осадок поступает в систему отстаивания и фильтрации.

Предварительный нагрев и сушка

На данном этапе с поверхности изделий удаляются остатки влаги, что позволяет исключить выплескивание цинка парами воды при обработке пустотелых элементов в момент погружения деталей в печь и их деформации.

Операция способствует нагреву металла до 100°C, увеличивая эффективность печи, экономит энергию и снижает себестоимость цинкования.

Поскольку сушка занимает больше времени, нежели горячее оцинкование металла, целесообразно в сушильной печи предусмотреть минимум 2 камеры.

Цинкование

Цинковый сплав наносят на поверхность металла при температуре от 445°C до 460°C, что уменьшает появление оксидов, штейна и других образований. Вытяжка отходящих газов происходит благодаря системе аспирации и фильтрации.

Охлаждение

Чтобы горячий цинк остыл, перед упаковкой детали охлаждают естественным путем (на открытом воздухе). Процедуру проводят на местах хранения проката, совмещенных с участком ОТК.

Читайте также: