Регион:

Горячее цинкование - справка

Горячее цинкование - справка

Обычно все исторические отсылки о горячем цинковании относятся к двум фамилиям – дескать, французский химик Поль-Жак Малуин (Paul-Jaques Malouin) сообщил в 1742 году на заседании французской Академии Наук о том, что при окунании куска железа в расплавленный цинк этот кусок покрылся тонким слоем металлического цинка, а другой французский химик Сорель (Stanislas Sorel) в 1836 году предложил перед такой обработкой выдерживать железный образец предварительно несколько часов в разбавленном растворе серной кислоты или в кислых отходах от производства масел, содержащих органические кислоты, а затем в растворе нашатыря.

Но никто обычно не задается вопросом – почему между этими событиями прошло почти 100 лет, и почему именно последнее событие стало толчком к широкому внедрению горячего цинкования в промышленное производство.

Сообщение, сделанное Малуином на заседании Академии, как и последующее письменное его изложение, опубликованное в ее трудах, не содержало деталей проведения опытов, и их невозможно было воспроизвести. Кроме того, со стороны академиков были высказаны мнения, что цинк является ядовитым веществом. Потребовались детальные исследования процессов, осуществленные, прежде всего, Л-Ж.де-Лафольи (Louis-Guillaume de Lafolie), что это не так (то есть цинковое покрытие не ядовито), а также требования, которые необходимо выполнять, чтобы получить цинковое покрытие необходимого качества.

Впервые использование цинковых листов в качестве кровельного материала можно отнести к 1811 году. К 1829 году можно отнести установление защитного действия цинка по отношению к металлическому железу (Михаил Фарадей). А сам термин «гальванизация» обязан открытию Луиджи Гальвани, который обнаружил возникновение электрического тока при контакте двух разнородных металлов, а цинк-углеродная батарея служит верой и правдой до настоящего времени.

Хотя принцип защиты одного металла другим был уже известен, и некоторое количество железных изделий покрывалось цинком, до реального промышленного производства дело не доходило из-за многочисленных технологических проблем. Именно с Сореля поэтому следует отсчитывать начало промышленного производства оцинкованных изделий. В 1836 году данным химиком был получен французский патент на способ покрытия железа расплавленным цинком. В течение последующих нескольких лет им было внесено до 23 усовершенствований в разработанную им технологию.

Изделия перед окунанием в расплавленный цинк выдерживались для удаления ржавчины в течение нескольких часов в разбавленной серной кислоте или в смеси органических кислот, являвшихся отходом производства растительных масел, затем промывались водой, окунались в соляную кислоту, раствор хлористого аммония, высушивались и окунались в расплавленный цинк. Для того, чтобы изделие было более блестящим, оцинкованное изделие охлаждалось окунанием в холодную воду.

Чуть позже, а именно, в 1837 году Кроуфурдом (H.W.Craufurd) был получен и английский патент, и чуть позднее (а именно, с 1843 года) в Великобритании начинается создание промышленного производства оцинкованных изделий. Уже с 1851 года производился достаточно широкий ассортимент оцинкованной продукции, начиная от водосточных труб, садовой фурнитуры и кончая даже полномасштабными строительными конструкциями.

Одновременно с производством оцинкованных изделий по данному методу другими авторами был получен ряд патентов по несколько иному способу – сначала осуществлялось окунание в ванну с расплавленным оловом, затем с расплавленным цинком.

Примерно через десять лет появились близкие производства в других странах Европы, а также в Америке и в Австралии. Постепенно расширяется и масштаб произведенной продукции. Так, в 1850 году в Англии производилось около 10 тысяч тонн оцинкованной продукции.

Среди культовых строений того времени – открытие в 1883 году бруклинского моста, стальные канаты которого были изготовлены из оцинкованной проволоки. Через сто лет службы моста была произведена ревизия, которая показала их хорошее состояние.

Оцинкованная проволока впервые была использована для проводного телеграфа в 1850 году; для трансатлантического подводного кабеля она же была использована в 1856 году; для этой цели было задействовано производство с мощностью 10 тонн оцинкованной проволоки в неделю. В 1860 году было создано устройство для непрерывного цинкования проволоки.

Вообще производство оцинкованной продукции в середине 19 века оказалось очень востребованным,  поскольку вследствие   промышленной   революции   резко   возросли потребности человечества в гигиене – и именно оцинкованная продукция дала возможность наладить вынос отходов жизнедеятельности человека за пределы городов, их последующую переработку и доставку населению городов воды питьевого качества.

Развитие технологии горячего цинкования

По мере развития потребности в оцинкованном металле различного назначения постепенно улучшается и развивается технология горячего цинкования. Появляются и обобщающие труды по технологиям горячего цинкования. Некоторые труды до нас не дошли, но из монографии «Hot dip galvanizing and tinning” от 1900 г. К началу двадцатого века уже применялись технологии, которые с небольшими уточнениями применяются и сейчас. В конце 19-го или начале 20-го века (автором данного обзора не установлено, когда) для улучшения внешнего вида изделий было предложено добавлять алюминий в ванну с расплавом. Было известно и о влиянии примесей в сталях на скорость их растворения в расплаве.

Недостатки технологий того времени связаны с ограниченной возможностью получения материалов нужного качества. Так, хотя было известно, что для изготовления ванн необходим металл повышенной чистоты, металлургия того времени не была способна его дать. Так же дело обстояло и с материалом для изготовления ванн подготовки поверхности изделий – в то время не было ни современных органических материалов, ни прочных защитных покрытий, поэтому ванны для технологических растворов изготавливались из дерева. Кстати, ванны такого типа из-за их высокой устойчивости к кислым растворам дожили и до наших дней – на одном из предприятий автор видел такие деревянные ванны длиной до 6 метров. По-видимому, до 20-х годов не существовало и отдельных ванн обезжиривания, хотя в упомянутой выше монографии упоминается использование ванн со щелочным раствором.

Сами ванны для расплава изготавливались из листов металла наивысшей достигнутой к тому времени чистоты, но она была недостаточной, поэтому нередки были аварийные ситуации, связанные с течью ванн. Для уменьшения последствий аварии в последних предусматривались либо краны для слива цинка, либо специальный под из огнеупорного кирпича – поэтому, как только появлялась течь, жидкий цинк сливали либо в специальные приемники, либо в пространство, окруженное песчаным барьером.

Метод Сендзимира

Невозможность изготовления ванн большого размера в 20-30-х  годах  являлась  определенным  тормозом  развития промышленности горячего цинкования. Была большая потребность в кровельных материалах, но размер получаемых оцинкованных листов был недостаточным. Поэтому настоящим прорывом в производстве оцинкованного листа стало предложение американца польского происхождения Тадеуша Сендзимира получать непрерывный оцинкованный лист путем пропускания его через расплав по направляющим роликам. Для этого непрерывный лист пропускался сначала через специальную печь с восстановительной атмосферой, где с него удалялись следы органических загрязнений (смазки), а окалина восстанавливалась в атмосфере водорода. Метод был реализован в 1936 году, а получение  непрерывной оцинкованной полосы, кроме расширения производства устойчивого к коррозии кровельного материала, позволило создать еще одно направление в технологии – получение тонкостенных профилей для быстровозводимых зданий и сооружений.

Впоследствии метод Сендзимира постоянно усовершенствовался, создавались установки для производства листа все большей ширины и толщины металла; разрабатывались и альтернативные способы, в частности, метод Кука-Нортмана производства непрерывной оцинкованной полосы. В настоящее время агрегаты непрерывного цинкования имеют годовую производительность в несколько сотен тысяч тонн при ширине полосы до 1,8 м и толщиной до 6 мм.

Следующий этап совершенствования технологии горячего цинкования приходится на 60-е годы прошлого столетия. Связано это с новыми возможностями, которые открыла как металлургия, так и промышленность полимерных материалов. Во-первых, вместо мартеновских печей стали внедряться электрические печи, что позволяло получать сталь заметно большей чистоты и тем самым повлияло на продолжительность жизни изготавливаемых из нее ванн. Успехи в области новых методов сварки привели к тому, что сварные места не стали причиной преждевременного выхода ванн из строя. Донный нагрев углем был заменен на более передовые методы – на системы газового обогрева боковых поверхностей ванн, что уменьшило как интенсивность теплопередачи через поверхность (площадь дна ванны значительно меньше площади боковых стенок), так и интенсивность перемешивания расплава, что обеспечило более эффективное осаждение образующегося в результате реакции оцинкования гартцинка. Стало возможным еженедельное удаление гартцинка со дна ванны, что позволило уменьшить потери цинка при извлечении из ванны отходов.

Большую лепту в дело совершенствования процесса внесла и промышленность органических материалов. Создание устойчивых к кислым средам эпоксидно-полиэфирных покрытий, каучуков холодного отверждения, полимеризуемых непосредственно на ваннах, наконец, создание пластмасс, устойчивых не только к средам, но и к ударным нагрузкам, позволило заменить дерево на более удобные материалы. Так что современный цех – это синтез достижений современной промышленности.

Сложности горячего цинкования

Вместе с тем достижения в металлургии создали и немало сложностей технологиям горячего цинкования. Переход от конверторного и мартеновского производства к технологиям непрерывной разливки стали вызвал дополнительные сложности в технологиях горячего цинкования при получении изделий с контролируемой толщиной покрытия. Дело в том, что в 1940 году немецкий исследователь Санделин обнаружил эффект, названный его именем и заключающийся в следующем. Если в низкоуглеродистой стали (а именно такие  стали подвергаются горячему цинкованию) содержание кремния и фосфора находится в некоторых нехороших пределах (а именно, для кремния – это содержание от 0,07 до 0,12% масс.), то получается для технологических времен, используемых при горячем цинковании, грубое покрытие толщиной часто более 200 мкм (при цинковании оптимальным считается покрытие менее 100 мкм, лучше в интервале 60-80 мкм), со слабой адгезией, отслаивающееся при ударе. Раньше этот эффект практически не наблюдался, поскольку прежние металлургические технологии давали т.н. «кипящие» стали. После введения технологии непрерывной разливки стали в производстве различных конструкций с последующим цинкованием возросла доля сталей с заметным содержанием кремния, причем в значительном количестве с содержанием кремния именно в этом «неприятном» интервале. Дело в том, что по технологиям непрерывной разливки сталь раскисляется именно кремнием, и вероятность того, что его остаточное содержание в стали окажется именно в этом концентрационном интервале, велико.

Данная проблема потребовала буквально «мозгового штурма» от металлургов, в результате чего были предложены технологии, в значительной степени нивелирующие этот эффект.

Как уже говорилось ранее, научное сопровождение технологий горячего цинкования в середине 80-х годов была буквально уничтожено в России. Если не считать чудом сохранившихся  небольших  установок  при  судостроительных предприятиях, приходится данную отрасль промышленности создавать с нуля. Но этот факт также дает и возможность выхода на передовые рубежи. Если в условиях Европы и Америки перевооружение цехов горячего цинкования приходится проводить в стесненных условиях существующего производства, то у нас создающиеся предприятия размещаются практически всегда на свободных территориях, с учетом существующего зарубежного опыта. Желательно только не экономить на оборудовании, а в случае нехватки финансирования просто предусматривать площади под установку соответствующего оборудования в дальнейшем.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments