Горячее цинкование (цинкование в расплаве цинка)

Когда в расплаве цинка поддерживается постоянное содержание алюминия (0,15%), то оптимальный уровень смачиваемости достигается при 0,05 % Рb. Дальнейшее увеличение содержания свинца практически не влияет на смачиваемость. Наконец, при отсутствии .В расплаве цинка свинца повысить уровень поверхностного натяжения можно за счет ведения процесса цинкования в области высоких температур (не менее 495 °С).

4. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ЦИНКОВАНИЯ ПОЛОСЫ

Среди известных способов горячего цинкования листов и полос, различающихся главным образом методами подготовки стали к цинкованию, основными являются «Сендзи-мир» или «Армко-Сендзимир», «Юнайтед стейтс стил», «Кук-Нортман» и «Селас».

4.1Способ «Армко-Сендзимир»

В качестве исходного материала для цинкования применяется холоднокатаная неотожженная стальная полоса. На ее поверхности имеются остатки прокатной смазки, а также естественная оксидная пленка. Для подготовки поверхности полосы к цинкованию ее подвергают нагреву в печи с окислительной атмосферой до 350--500 °С. При этом загрязнения органического происхождения сгорают, а на поверхности стали образуется слой оксида железа толщиной до 3 мкм.

Для активации поверхности стали полосу нагревают в печи с восстановительной азотно-водородной атмосферой при высоком содержании сухого водорода (75 %). Обычно термическую обработку полосы проводят при 750--950 °С с охлаждением до 450 °С перед погружением в ванну с расплавом цинка.

4.2 Способ «Юнайтед Стейтс Стил»

В отличие от цинкования по способу «Армко-Сендзимир» при данном способе подготовку поверхности полосы проводят электрохимическим обезжириванием в щелочном растворе. После промывки и сушки полосу термически обрабатывают сразу в восстановительной азотно-водородной атмосфере. Так как на поверхности полосы имеется тишь тонкий слой естественной оксидной пленки, это позволяет вести процесс активации при содержании водорода в восстановительной атмосфере 10--15% и температуре нагрева 530--950 °С. Низкотемпературная обработка стали (530--560 °С) обеспечивает цинкование полосы с сохранением исходных ее свойств, достигнутых предварительным отжигом в колпаковых печах или холодной прокаткой.

По этому принципу работают все агрегаты горячего цинкования фирмы «Юнайтед стейтс стил», США.

4.3Способ «Кук-Нортман»

Этот способ применяется в США с 1953 г. и предусматривает подготовку поверхности листов и полос, а также их отжиг и дрессировку на отдельно стоящем оборудовании. Непосредственно в агрегатах цинкования полосу факультативно подвергают химическому обезжириванию в щелочных растворах и кислотному травлению. Для активации поверхности на полосу наносят равномерный слой флюса из смеси хлорида цинка и хлорида аммония с различными добавками. Затем полосу пропускают через протяжную печь с защитной атмосферой, где при нагреве до 200-- 250 °С и на ее поверхности происходит высушивание слоя флюса, после чего погружают в ванну с расплавом цинка. Характерной особенностью этого процесса является использование индукционного нагрева расплава цинка, что обеспечивает быструю компенсацию больших потерь тепла, вызываемых поступающей в расплав охлажденной полосой (200 С).

4.4Способ «Селас»

Этот способ первоначально применяли для подогрева полосы перед цинкованием до температур 480--530 °С в восстановительной атмосфере высокотемпературных продуктов сжигания топлива. Впоследствии его стали использовать для подготовки поверхности полосового металла. Суть способа заключается в следующем. Холоднокатаную полосу подают сверху в башенную печь с керамическими горелками фирмы «Селас». Находящиеся на поверхности полосы остатки прокатной смазки под воздействием высоких температур атмосферы испаряются, а полоса без окисления нагревается до 650--680 °С. Далее полоса проходит через печные камеры с защитной атмосферой при содержании водорода до 15 % и точкой росы минус 4,5 С, где охлаждается до температуры цинкования и поступает в ванну с расплавом цинка.

По данным Тернера способ «Селае» имеет определенные ограничения для его осуществления: температура продуктов сжигания - выше 1316°С, а температура Сталине более 927 °С. В составе продуктов сгорания сумма восстановительных компонентов СО + Н2 должна составлять 3--8 %, при содержании 7--8 % СО2 и 8--20 % Н2О, наличие свободного кислорода исключается.

5. ЦИНКОВАНИЕ ТРУБ И ПРИМЕНЯЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Жидкофазный способ цинкования (в расплаве цинка) наиболее широко используют для цинкования труб. Этот способ позволяет быстро наносить на трубы слой цинкового покрытия; при этом толщина покрытия в зависимости oт требований и режима нанесения может составлять от нескольких десятков до сотен микрон. Установки цинкований жидкофазным способом относительно просты, позволяют широко механизировать и автоматизировать процесс несения покрытия. Это дает возможность создавать поточные высокомеханизированные линии жидкофазного цинкования труб большой производительности.

Обычно этим способом цинкуют сварные (реже бесшовные) трубы диаметром 9,5--350 мм, длиной до 7 м.

Как правило, при цинковании труб в расплаве цинка слой покрытия образуется одновременно на обеих поверхностях трубы. Однако, в настоящее время существуют установки, позволяющие наносить цинковое покрытие из расплава лишь на одну из поверхностей трубы -- наружную или внутреннюю. Основные типы таких установок будут рассмотрены ниже.

Технология цинкования труб жидкофазным способом состоит из операции подготовки их поверхности к цинкованию и самого процесса нанесения покрытия.

При подготовке труб к цинкованию с их поверхности удаляют жировые и другие загрязнения, окалину, ржавчину, наносят слой флюса.

Процесс нанесения покрытия заключается в погружении труб в ванну с расплавленным цинком, выдержке в нем определенное время (при этом трубы перемещают в расплаве цинка), извлечении труб из расплава.

5.1 «Сухой» способ

Рассмотрим так называемый сухой способ цинкования труб который наиболее широко применяется в настоящее время в мировой практике.

Технологическая схема цинкования труб «сухим» способом состоит в следующем . После изготовления и контроля трубы поступают в отделение цинкования На поверхности трубы не должно быть дефектов (например значительных рисок, вмятин, следов маркировки),ухудшающих их товарный вид. Концы труб должны быть обрезаны под прямым углом и не иметь заусенцев.

Обработку труб в процессе подготовительных операций (обезжиривание, травление, декапирование, промывку флюсование) проводят поштучно или пакетом, в зависимости от вида и размера труб, а также необходимой производительности участка цинкования. Для труб небольшого диаметра чаще применяют пакетную обработку.

Трубы, поступившие на цинкование, промывают в воде Для этого пакет труб (массой около 5 т) погружают в ванну с горячей (70-90 °С) проточной водой, где выдерживают в течение 5 мин. В процессе промывки с поверхности труб удаляются различные загрязнения (например металлическая пыль, стружка, рыхлая окалина). При этом трубы нагреваются, что облегчает их последующее обезжиривании.

Удаление жировых и других загрязнений с поверхности труб осуществляют путем химической обработки их в щелочных растворах. Широко применяют водные щелочные растворы следующего состава, г/л:

1) 150--200 едкого натра; 70--60 жидкого стекла;

2) 30--100 тринатрийфосфата; 0,2--0,6 эмульгатора ОП-7 (ОП-10) или 3-5 синтанола ДС-10.

Обработку труб проводят при температуре раствора 70-90°С в течение 10--15 мин.

Следует отметить, что,в основном, обезжиривают холоднодеформированые трубы; для водогазопроводных труб, изготовленных печной сваркой, а также горячекатаных труб эта операция не обязательна.

После обезжиривания пакет труб промывают в горячей (70--90 °С) проточной воде в течение 5 мин для удаления с поверхности труб остатков обезжиривающего раствода и других загрязнений.

Удаление с поверхности труб ржавчины и окалины обычно производят химическим методом (травлением). Для этого применяют 18--22%-ные водные растворы серной кислоты или 20-25 % -ные водные растворы соляной кислоты.

Иногда используют травильные растворы, содержащие серную и соляную кислоту. Для исключения «перетрава» поверхности труб в травильные растворы вводят ингибиторы (ЧМ, пку-м, КПИ-3 и др.). Например, для травления труб перед цинкованием применяют раствор следующего состава, г/л 140--160 серной кислоты: 40--60 соляной кислоты; 0,5--1,0 ингибитора ПКУ-М.

Ванны обезжиривания и травления можно оборудовать специальными устройствами для покачивания труб в процессе их обработки в ванне; это сокращает время обработки и улучшает качество подготовки поверхности труб.

После травления пакет труб промывают в воде, чтобы удалить с их поверхности остатки травильного раствора и солей железа. После травления в растворе соляной кислоты или в смеси соляной и серной кислот трубы промывают в холодной (15--30 °С) проточной воде в течение 3-- 5 мин. При травлении труб в растворе серной кислоты их промывают вначале в горячей (70--90 °С), а затем в холодной (15--30 °С) проточной воде в течение 5--6 мин.

Перед флюсованием поверхность активируют. Эту операцию, называемую декапированием (подтравливанием), осуществляют в водном растворе соляной кислоты (80-- 150 г/л) при 15--30 °С в течение 3--4 мин. В процессе активации происходит дополнительное подтравливание труб, а также переход сернокислых солей железа в солянокислые, которые легче смываются холодной проточной водой с поверхности труб.

После декапирования пакет труб промывают в холодной (15--30 °С) проточной воде в течение 1--3 мин.

При цинковании «сухим» способом операцию флюсования труб проводят в отдельной ванне с водным раствором флюса определенного заданного состава. После флюсования трубы поштучно направляют в сушильную печь, где происходит предварительный их нагрев и высушивание флюса.

Таким образом, при «сухом» способе цинкования поверхность труб, поступающих в ванну с расплавом цинка, покрыта слоем подсушенного флюса определенного состава.

Флюсование труб чаще всего осуществляют в водных растворах, содержащих хлорид цинка (500--800 г/л) и хлорид аммония (70--150 г/л). В раствор добавляют эмульгатор (1--2 г/л). Флюсование проводят при температуре раствора 50--60 °С в течение 1--3 мин.

Сушку офлюсованных труб проводят в проходных сушильных печах при температуре 150--200 °С. В процессе высушивания слоя флюса трубы нагреваются, что благоприятно сказывается на тепловом режиме ванны цинкования.

Из сушильной печи трубы с помощью питателей поштучно погружают в ванну с расплавленным цинком, где их перемещают специальными шнеками.

При «сухом» цинковании в расплав цинка добавляют примерно 0,1--0,2 % А1, что уменьшает окисление цинка. В следствие образования на поверхности расплава защитной оксидной пленки из А12О3. Кроме того, добавка алюминия способствует получению более пластичных цинковых покрытий хорошего внешнего вида.

Цинкование труб ведут при температуре расплава цин-KB 450--470 °С. Время пребывания труб в расплаве устанавливают в зависимости от сортамента, марки стали труб необходимой толщины слоя цинкового покрытия.

После цинкования трубы извлекают из ванны, удаляют с их наружной и внутренней поверхности излишки цинка с помощью обдувки и продувки сжатым воздухом, охлаждают в ванне с водой или на охладительном рольганге, правят на правильной машине и после контроля отправляют на склад готовой продукции.

Обычно цинкование труб «сухим» способом осуществляют на автоматизированных агрегатах горизонтального типа с машиной цинкования, работающей без применения ручного труда. На таких агрегатах цинкуют трубы диаметром 9,52--165,1 мм с толщиной стенки 3--4 мм. Трубы автоматически загружают в ванну с расплавленным цинком, где поштучно перемещают с помощью шнековых устройств.

Существуют агрегаты, в которых трубы автоматически перемещают с момента подачи их в сушильную печь до выдачи с ванны охлаждения или пассивации. Операции продувки и обдувки труб после цинкования полностью автоматизированы.

5.2 «Свинцовый» способ

Цинкование электросварных тонкостенных (толщина стенки 1,2--1,8 мм) труб диаметром 90--350 мм, длиной 5--6 м производят на агрегатах вертикального типа по так называемому «свинцовому» способу. При этом ванна цинкования заполнена свинцом, и лишь в центре на его поверхности находится слой расплава цинка. Проведение подготовки поверхности труб и их цинкование в вертикальном положении исключает деформацию тонкостенных труб. Использование «свинцового» способа позволяет длительно эксплуатировать ванну цинкования, так как расплав свинца не взаимодействует со стенками ванны и не разрушает их.

Например, на заводе итальянской фирмы «Котимпи» работает установка цинкования вертикального типа, на которой цинкуют трубы для ирригации диаметром 90 мм, длиной 5,8 м. Производительность установки составляет 1800 кг труб в час (около 70--75 труб/ч) .

В нашей стране работают высокомеханизированные агрегаты карусельного типа для цинкования электросварных спиральношовных труб диаметром 180--350 мм, длиной 5 м. Подготовку поверхности труб и их цинкование осуществляют в вертикальном положении. Подача труб на карусельный агрегат, прохождение технологических операций и транспортировка оцинкованных труб на склад автоматизированы и выполняются непрерывно в едином технологическом потоке.

Материалом для изготовления различных металлоконстрций, трубопроводов ,рессор и канатов .

Таким образом, применение продукции с цинкалюминиевым покрытием взамен традиционного цинкового позволяет наряду с увеличением ее коррозионной стойкости, экономить до 75 % дефицитного цинка, идущего на защитные покрытия.

6. ДЕФЕКТЫ ПОВЕРХНОСТИ ОЦИНКОВАННЫХ ИЗДЕЛИИ

Дефекты оцинкованной поверхности стальных изделий проката значительно ухудшают их внешний вид и защитные свойства покрытия.

Образование дефектов обусловлено двумя основными факторами; качеством поверхности металла, подлежащего цинкованию, и нарушением технологических операций в процессе самого цинкования.

Рассмотрим основные дефекты, которые наиболее характерны для практики.

Непроцинковка. Характеризуется наличием на поверхности изделий участков, не покрытых цинком. Брак обусловлен существованием на стальной поверхности отдельных участков с вкатанной окалиной, шлаковыми и другими различного рода металлическими включениями, жировыми загрязнениями. Кроме того, при цинковании полосы также возможно появление «непроцинковки» из-за осаждения углерода на ее поверхности в процессе термической подготовки стали.

Выпуклые несовершенства. Обычно к такому виду брака относят покрытия с шероховатой (грубой) поверхностью, различного рода наплывами, натеками, наслоениями, бугорками. Эти дефекты образуются из-за чрезмерной шероховатости поверхности цинкуемых изделий, несоответствия скорости извлечения изделия с физико-химическими свойствами расплава цинка, насыщения расплава железоцинковыми и другими соединениями, особенно в приповерхностных слоях.

Серое покрытие. Оцинкованные изделия могут иметь ровный серый цвет по всей поверхности, но иногда покрытие серого цвета появляется на изделиях только в не которых их местах. Металлографические исследования показывают, что покрытие серого цвета полностью состоит из слоев железоцинкового сплава. В таких покрытиях отсутвует верхний слой цинка (n-фаза).

Основной причиной появления покрытий серого цвета яляется нарушение режима охлаждения оцинкованных изделий после извлечения их из ванны цинкования. Кроме того, этому явлению может способствовать повышенное содержание в стали кремния, углерода, титана или их неравномерное распределение.

Отслоение покрытия. Встречаются два вида этого дефекта: первый -- отделение верхнего слоя покрытия от слоя железоцинкового сплава (иногда этот эффект называют «шелушением») и второй -- отделение покрытйя от основного металла, включая слой железоцинкового сплава. Основными причинами отслоения покрытия являются механические воздействия (например, удары, изгибы), температурное воздействие (медленное охлаждение линкованных изделий или эксплуатация их при температуре около 200 °С и выше). Чаще всего отслоение покрытия происходит у изделий с толстым цинковым покрытием. Причиной отслоения покрытия может также являться абсорбированный стальной поверхностью водород, который при выделении приводит к появлению вздутий (пузырей) на цинкованной поверхности. В случае оцинкованной полосы причиной отслоения покрытия может служить низкая прочность сцепления покрытия с основой, которая зависит от химического состава стали, подготовки полосы, содержания алюминия в расплаве цинка и температуры расплава.

«Белая ржавчина». Такой термин применяют В случае, когда на оцинкованной поверхности появляются объемные слои продуктов коррозии в виде пятен белого или светлосерого цвета. Они состоят главным образом из оксида (гидроксида) цинка и углекислого цинка. Этот деффект образуется на изделиях, которые хранятся во влажных непроветриваемых помещениях, где создаются условия для конденсации влаги на поверхности покрытия. Важной качественной характеристикой оцинкованных (Изделий является их внешний вид. Поэтому важно, чтобы цинкованная поверхность имела одинаковый размер узоров кристаллизации.

К специфическим дефектам на оцинкованной поверхности можно отнести дефект «излом», который может появляться, в основном, на оцинкованной толстой полосе (>1,0 мм) при использовании транспортирующих роликов небольшого диаметра.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

«Цинкование». Справ. изд. Проскуркин Е. В. , Попович В.А. , Мороз А. Т. М.: Металлургия, 1988.

«Материаловедение». Учебник для вузов. Солнцев Ю. П. , Пряхин Е. И. ,

Войткун Ф.

«ХТО металлов». Лахтин Ю.М. , Арзамасов Б.Н.

Размещено на Allbest.ru