Моделирование процесса горячего цинкования полосы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образование и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова»

Кафедра машиностроительных и металлургических технологий

Курсовая работа

По дисциплине «Моделирование технологических процессов и объектов в металлургии»

Тема «Моделирование процесса горячего цинкования полосы»

Магнитогорск 2014

Оглавление

Введение

1. Схема АНГЦ

2. Элементы системы

3. Параметры процесса

4. Вывод критериального уравнения

5. Графики

Заключение

Введение

Цинкование -- под этим названием известен в технике процесс покрытия цинковым слоем поверхностей металлических предметов в видах предохранения их от окисления действием воздуха и влаги.

Оцинковываются преимущественно железные и стальные предметы: телеграфная и телефонная проволока, проволочные ткани и канаты, листовое железо, железная посуда и т. д. Оцинкованные поверхности не отличаются таким красивым внешним видом, как луженые (т. е. покрытые слоем олова), но зато обладают, сравнительно с последними, большею устойчивостью против разрушительного действия ржавчины, а также большей дешевизной.

Цинк защищает находящийся под ним металл не только чисто механически, подобно олову, но еще и вследствие образовании с железом гальванической пары. Оцинкованная проволока, в продолжение 25 лет подвергавшаяся действию атмосферических влияний, не проявляет почти никаких следов ее коррозии, между тем как не оцинкованная уже через 12 -- 15 лет становится непригодной к дальнейшему употреблению. Благодаря указанным гальваническим свойствам цинка, оцинкованные железные (и стальные) предметы носят нередко название "гальванизированных". Первые опыты по покрытию металлов цинком предпринял в 1741 г. Мелуэн во Франции. Так как к этому времени уже существовало производство листового железа, он занялся исследованием процесса горячего цинкования железных листов. Свои результаты Мелуэн представил в докладе Королевской Академии наук в Париже.

Первая идея защиты железных предметов от ржавчины путем покрытия их электрохимическим цинковым слоем относится еще к сороковым годам XVIII в. К концу того же столетия обнародовано уже было подробное описание способа цинкования. В фабричных же размерах цинкование было введено лишь с 1840 г., и с тех пор процесс этот почти не подвергся изменениям, усовершенствованы лишь конструктивные детали вспомогательных приборов. Различная форма и размеры цинкуемых предметов обуславливают и различное устройство цинковальных приборов. Типами таковых являются: приборы для цинкования стальных листов, для цинкования проволоки и для цинкования предметов небольших размеров. Цинкование листов и проволоки получило наибольшее развитие, и предприятия по цинкованию нередко имеют размеры больших заводов.

Вплоть до 20-х гг. для промышленного цинкования применялись, в основном, предложенные еще в 40-х гг. XIX в. кислые электролиты. Со временем их состав был усовершенствован, но они продолжали оставаться мало производительными и давать серые осадки невысокого качества. Поэтому в 20-х гг. после расширения масштабов сначала горячего, а затем и электрохимического цинкования встал вопрос об интенсификации процесса и улучшения качества и внешнего вида покрытий. В нашей стране эти задачи были впервые решены Н.Т. Кудрявцевым, который в 1930-1931 гг. предложил использовать для блестящего цинкования стальных изделий кислый электролит с добавками декстрина (вместо дефицитного гуммиарабика) и сернокислого алюминия. В 1932-1933 гг. Н.Т. Кудрявцев, Д.В. Степанов и Б.Н. Кабанов провели другое важное исследование в этой области: разработку электролита для быстрого цинкования ленты и проволоки. Это позволило создать установки для электролитического цинкования, производительность которых в 100-200 раз превышала производительность установок, применявшихся до сих пор. Одновременно расход цинка снижался на 30-50% по сравнению с горячим методом. Предложенный метод начал внедряться в промышленность с 1935 г. Наконец, еще один этап в области электрохимического цинкования - разработка цинкатных электролитов - был связан с работами Н.Т. Кудрявцева с сотрудниками, выполненными в конце 30 - начале 40-х гг. Чтобы подчеркнуть важность последней разработки, отметим, что за рубежом аналогичный процесс был разработан позже на основе запатентованной в 1942 г. ванны Кутцельнига. Однако предложенный им электролит проявлял тенденцию к образованию тусклых, губчатых осадков и поэтому первоначально не нашел практического применения. Лишь после открытия органических добавок, улучшающих качество осадков, метод начал использоваться. На сегодняшний день цинкование является одним из наиболее распространенных процессов. Оно применяется главным образом в кораблестроении и автомобилестроении, также в производстве стройматериалов и метизов.

Горячее цинкование - процесс защиты стальных изделий методом погружения в расплавленный цинк - имеет давнюю историю. Своими корнями он уходит в древнюю технологию лужения, которая появилась сначала во Франции, а затем в Англии.

В 1742 году Французский химик Малуэн впервые погрузил в расплавленный цинк стальные изделия, и они покрылись слоем цинка. Промышленное применение горячее цинкование получило в 1836 году в Париже, когда Сорель ввел экономичный способ травления поверхности стальных изделий. Годом позже патент англичанина Кроуфорда, в котором был описан процесс флюсования, открыл эру промышленного применения горячего цинкования в Великобритании.

Первый немецкий цех цинкования был построен фирмой «Харткопф & Со» в 1847 году в Золингене, а в Австрии аналогичная установка начала работу в 1851 году на предприятии «Винивартер & Герсхайм».

Одновременно начали изучаться потребительские свойства оцинкованных металлоконструкций. Исследования показали, что горячеоцинкованная сталь может служить десятки лет без видимых коррозионных повреждений. Это послужило толчком к использованию оцинкованной стали в областях, где требуется надежность и долговечность металлоконструкций (изменчивые климатические условия, труднодоступные районы, промышленная атмосфера, агрессивные среды).

Подлинного расцвета горячее цинкование достигло во второй половине минувшего столетия в связи бурным развитием промышленности и устойчивым ростом мировой экономики в целом. Именно тогда горячеоцинкованная сталь стала признанным международным стандартом в области антикоррозионной защиты, благодаря своей надежности, долговечности и сравнительной дешевизне. Оцинкованные конструкции отлично зарекомендовали себя в строительстве и энергетике, транспортной инфраструктуре и химической промышленности, городском и сельском хозяйстве.

Лидером в этом направлении стали США, которые использовали на эти цели около 50% общего потребления цинка. В 2001 году они израсходовали около 280 тыс. тонн цинка для цинкования 4 млн. тонн стальных изделий. В Европе в настоящее время действует свыше 1000 заводов, осуществляющих горячее цинкование методом погружения. В целом европейское производство использует ежегодно около 400 тыс. тонн цинка для покрытия 5 млн. тонн произведенной стали.

Холодное цинкование -- нанесение на подготовленную поверхность способами, применяемыми для обычных полимерных красок, специального состава с содержанием цинкового порошка, в результате чего образуется покрытие, обладающее свойствами, присущими горячеоцинкованному и полимерному покрытиям.

Толщина цинкового слоя зависит от температуры и продолжительности процесса цинкования и колеблется от 6 мкм для гальванического цинкования до 1,5 мм.

1. Схема АНГЦ (ЛПЦ-11)

Размещено на http://www.allbest.ru/

2. Элементы системы

3. Параметры процесса

4. Вывод критериального уравнения

горячий цинкование уравнение поверхность

Исследовать влияние различных факторов на толщину цинкового покрытия в условия ЛПЦ-11.

1. Метод Релея:

Толщина исходной ленты a,мм М⁰L¹T⁰

Адгезионная способность А,Н М¹L¹T^-2

Концентрация цинкового покрытия С,кг/м³ М¹L^-3T⁰

Время погружения t,с М⁰L⁰T¹

Скорость осаждения цинкового покрытия н,м/с М⁰L¹T^-1

Шероховатость исходной ленты Ra,мкм М⁰L¹T⁰

П = 6 - 3 = 3 критерия;

а = f (А, С, t, н, Ra) (1)

a = f (А^б, С^в, t^г, н^q, Ra^е) (2)

[М⁰L¹T⁰] = f [[М¹L^-1T^-2]^б [М¹L^-3T⁰]^в [М⁰L⁰T¹]^г [М⁰L¹T^-1]^q [М⁰L¹T⁰]^е]

М: 0 = б+в= б=-в

L: 1 = -б-3в+q+е = q = 2в-е+1

T: 0 = -2б+г-q = г =1-е

А^-в С^в н^2в-е+1

Подставим эти соотношения в формулу (2)

а= f (А^-в , С^в , t^г , н^2в-е+1, Ra^е)

=3 критерия.

2. Матричный метод:

Исследовать влияние различных факторов на толщину цинкового покрытия в условия ЛПЦ-11.

Толщина исходной ленты a,мм М⁰L¹T⁰

Адгезионная способность А,Н М¹L¹T^-2

Концентрация цинкового покрытия С,кг/м³ М¹L^-3T⁰

Время погружения t,с М⁰L⁰T¹

Скорость осаждения цинкового покрытия н,м/с М⁰L¹T^-1

Шероховатость исходной ленты Ra,мкм М⁰L¹T⁰

a = f (А^б, С^в, t^г, н^q, Ra^е)

П=6-3 = 3 критерия

Составляем матрицу:

Определим количество величин с независимыми размерностями:

t, н, Rа- величины с независимыми размерностями

Выводим критерии подобия:

M: 0= б₁ б₁=0

L: 1= б₂+б₃ б₃ =1-б₂

T: 0= б₁- б₂

б₂= б₁

M: 0= б₁ б₁=0 M: 1= б₁ б₁=0

L: 1= б₂+б₃ б₂=1- б₃ L: -3= б₂+б₃ б₂=-3-б₃

T: -1= б₁-б₃

б₃=1 T: 0= б₁-б₃

б₃=0

M: 0= б₁ б₁=0

L: 1= б₂+б₃ б₂=-б₃

T: 0= б₁-б₃

б₃=0

Получившиеся уравнение:

Полученное уравнение матричным методом, полностью сходится с уравнением полученным методом Релея:

5. Графики

График 1. Влияние толщины покрытия на скорость погружения.

График 2. Влияние толщины покрытия на шероховатость.

Заключение

В данной работе рассматривается моделирование процесса влияния различных факторов на толщину цинкового покрытия , а именно рассматривалась зависимость сила трения ,шероховатости исходной ленты ,толщины готовой продукции ,скорости движения ленты.

Найдены критерии подобия методом Релея и матричным методом. Составлено критериальное уравнение и построены графики зависимости влияние различных параметров на толщину цинкового покрытия.

Список используемой литературы

1. Лайнер В.И. «Защитные покрытия металлов». - М.: Металлургия, 1974. - 559 с.;

2. Е. В. Проскурин, Н. С. Горбунов. Диффузионные цинковые покрытия. М.: Металлургия, 1972, 248 с.;

3. ГОСТ 14918-80;

4. ГОСТ Р 52246;

5. ТС 14-101-2007;

Размещено на Allbest.ru