Регион:

Температура горячего цинкования


Для успешной работы цеха горячего цинкования необходимо длительное функционирование ванны с расплавом и постоянный подвод необходимого количества тепла из-за его уноса с оцинкованными изделиями, теплового излучения с поверхности ванны и других потерь.

По мере развития технологий горячего цинкования постепенно сложились и основные требования к материалу ванн.

Во-первых, как и цинкуемый металл, материал ванны (если она металлическая) взаимодействует с расплавом, то есть корродирует. Чем меньше примесей содержит металл, тем с меньшей скоростью протекает эта коррозия. Поэтому для изготовления ванн применяется материал максимально возможной чистоты, какую может дать металлургическое производство. Особо жесткие требования предъявляются по углероду и кремнию (которые присутствуют в самой технологии получения металла из руд), а также серы. Очень высокие требования предъявляются к однородности металла ванны, в том числе и швов. Толщина стенок ванн также, в основном, унифицирована и составляет 50 мм (два дюйма). Лишь малые ванны могут иметь толщину стенок 40 мм.

Во-вторых, даже для чистого металла коррозия является заметной величиной и изменяется с повышением температуры по сложной зависимости, приведенной на рис. 8.9. От 420°С до примерно 480°С скорость коррозии увеличивается равномерно и является относительно низкой и пригодной для горячего цинкования. При достижении температуры 480-490°С она катастрофически быстро растет и достигает максимума при 500-510°С; очевидно, что в данной области температур жизнь ванны минимальна, что наглядно видно из таблицы 8.1. Затем, при дальнейшем повышении температуры, наступает столь же быстрое снижение скорости коррозии, и при температуре расплава выше 520°С снова можно ожидать длительной работы ванны (хотя и не той продолжительности, как в первом температурном интервале).

 Таблица 8.1. Расчетная продолжительность жизни ванны при различной температуре расплава.

Температура на стенке внутри ванны, °С

Время службы

480

6 лет

490

4,3 года

495

2,9 года

500

20 дней

510

18 дней

Таким образом, приемлемым для работы ванны расплава следует считать интервал температур, расположенный ниже температуры,  где  начинается  резкое  увеличение  скорости коррозии. Практика показала, что верхний предел температуры, при котором может работать ванна, не должна превышать 465°С. Нижний предел температуры, при котором ванна будет работать достаточно устойчиво, оценен в 440°С. В 1940-50-х годах оптимальной температурой цинкования считалась температура 460°С, значительное количество экспериментальных данных получено при этой температуре. Практика последних десятилетий показала, что более долговременная жизнь ванны без потери ее производительности достигается при 450°С, поэтому основной интервал температур при эксплуатации ванн расплава сейчас составляет 450±5°С, и связано такое понижение температуры с особенностями подвода тепла через стенки ванны.

Таким образом, ванна теоретически может работать длительное время в одном из двух температурных интервалов – до 480°С и выше 510°С. При использовании нижнего температурного интервала минимальной температурой, при которой может работать ванна, является примерно 430°С (температура плавления цинка 420°С); кроме того, следует учесть тот факт, что при опускании холодных изделий в расплав они забирают некоторое количество тепла, и температура ванны понижается). Верхний температурный потолок для этого интервала ограничен примерно 470-475°С, поскольку необходимо учитывать риск образования язв на внутренней поверхности ванны при приближении к зоне повышенной коррозии. Риск этот возникает из-за практической невозможности равномерного подвода тепла ко всей нагреваемой поверхности (об этом пойдет речь далее).

Расчеты и практика показали, что чем ниже температура ванны, тем дольше ее срок службы, но необходимо учитывать также и полноту стекания цинка с поверхности оцинкованного изделия. Более высокая температура ванны приводит к усиленному образованию гартцинка за счет повышения скорости взаимодействия с цинком как стенок ванны, так и цинкуемых изделий, поэтому необходимо использовать такой температурный диапазон, который являлся бы компромиссом между необходимостью достижения максимальной производительности ванны и длительностью ее эксплуатации, поскольку частая замена ванн приводит к понижению реальной производительности цеха и неритмичной работе его, что отпугивает тех потребителей, которые настроены на непрерывный  режим  работы  с  одним  поставщиком. Реально большинство ванн работает сейчас в температурном диапазоне 445-455°С, изредка опуская ее до 435°С при цинковании некоторых  неудобных  сталей.  В советское время с этим фактором не особенно считались, и рекомендуемой температурой была температура 470°С, что видно из сохранившихся документов той поры.

Зависимость скорости потери железа от температуры

Рис. 8.9. Зависимость скорости потери железа от температуры

В свое время были предприняты серьезные попытки освоить и второй температурный диапазон, то есть работать выше зоны повышенной коррозии, скажем, при 530°С. Работа в этом температурном диапазоне, казалось бы, имеет ряд преимуществ – покрытие получается тонким и прочным, на процесс цинкования не оказывают влияния такие особенности химического состава стали, как пик Санделина, значительно более низкая вязкость расплава способствует более полному стеканию избыточного цинка с поверхности. Но оказалось, что данные преимущества реализуются лишь при условиях малого содержания железа в расплаве. По мере работы ванны в ней накапливается железо, и вновь начинает проявляться и пик Санделина, и медленное стекание цинка с изделий неоптимального дизайна. При охлаждении ванны до температуры 430-450°С из-за понижения растворимости железа последнее уходит из расплава в виде гартцинка, и положительные качества ванны вновь восстанавливаются до следующего отравления ванны железом. Но при каждом таком «ремонте» состава ванны необходимо при разогреве преодолевать зону повышенной коррозии, что оказывает серьезное влияние на время ее жизни.

Попытки преодолеть эти недостатки второго рабочего интервала ванн цинкования были предприняты за счет использования ванн из керамики. Эти ванны практически не взаимодействуют с цинком, и с ними можно работать в температурном интервале 530°С. Однако эти ванны требуют и других принципов нагрева, поскольку теплопроводность керамики очень мала. Для нагрева могут быть использованы погружные горелки или индукционные печи. В настоящее время использование таких ванн ограничено цинкованием проволоки и мелких серийных изделий в автоматическом режиме.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments