Технология запуска ванн расплава в работу

На жизнь ванны оказывает заметное влияние также и способ загрузки ванны при ее первичном пуске или после временной остановки, связанной с ремонтом. Хотя отдельные части ванны перед их сваркой в единое целое специальными способами освобождаются от остаточных напряжений, последние все же возникают как в процессе сварки, так и в процессе пуска ванны в эксплуатацию. При этом разработана специальная технология пуска ванны, которой необходимо неукоснительно придерживаться. Установленная в рабочее гнездо ванна заполняется чушками цинка так, как указано на рис. 8.23 или 8.24. Обязательным условием является создание между чушками цинка специальных пустот, что обусловлено процессами расширения чушек цинка с повышением температуры. В центре ванны пустоты фиксируются с помощью специальных деревянных стоек, чтобы не произошло преждевременного обвала конструкции при расплавлении части чушек.

Рис. 8.23. Схема загрузки чушек цинка в ванну перед ее запуском.

Рис. 8.24. Другая схема загрузки чушек цинка в ванне

Другим условием является очень медленное нагревание ванны (не выше 30°С в сутки). Таким образом, время разогрева ванны должно быть никак не менее двух недель. Схема разогрева ванны иллюстрируется рисунком 8.25.

Третьим условием является использование при первичной загрузке только чистого цинка с содержанием основного металла не менее Ц1. Объяснение этому условию достаточно простое. Поверхность металла ванны содержит большое количество поверхностных микротрещин. Эти микротрещины не оказывают влияния на механические свойства металла, однако в первый момент времени контакта с расплавленным металлом поверхность (в том числе и внутренняя поверхность микротрещин) покрывается железо-цинковым сплавом. Удельная плотность железо-цинкового сплава является достаточно большой и не приводит к существенному  раскрытию микротрещин, что иллюстрируется рисунком 8.26. В то же время наличие свинца в расплаве (например, при использовании цинка марки Ц2 (или хуже по качеству), Prime Western или Z5) при запуске абсолютно свежей ванны (то есть без наличия железо-цинкового сплава на ее внутренней поверхности) приводит к совершенно иным результатам (рис. 8.27): из-за высокого удельного объема образующегося сплава происходит раскрытие микротрещин со значительно большей скоростью, то есть в первые месяцы работы такой ванны слой сплава проникает в тело ванны на заметно большее расстояние, чем при использовании цинка без заметного количества примесей.

Рис. 8.25. Схема изменения температуры цинковой ванны во время ее запуска в работу.

Рис. 8.26. Характер проникновения чистого цинка внутрь поверхности цинковой ванны.

Рис. 8.27. Уровень проникновения жидкого химически загрязненного цинка в поверхность стальной ванны.

Использование ванны с расплавом, что делать с гартцинком

Аккуратное использование ванны с расплавом (то есть с использованием разрешенных интенсивностей переноса тепла, при своевременной очистке бортов от рыхлого гартцинка) практически гарантирует длительную технологическую жизнь ванны – то есть до плановой ее замены. Однако возможно и непредвиденное образование язвенной коррозии на ее внутренней поверхности при сохранении достаточной толщины стенок. Поскольку в этом случае возможно решение проблемы без извлечения ванны, то есть откачка цинка, быстрый ремонт поврежденной поверхности и вторичный запуск ванны, фирма "Пиллинг" предлагает брать в аренду специально разработанные ею термоса, куда сливается значительная часть жидкого цинка и выдерживается в них в жидком состоянии все то время, которое потребно для ремонта ванны. В этом случае схема размещения чушкового цинка может быть изменена на схему, изображенную на рис. 8.28, а недостающий цинк вылит из термосов в то время, когда цинковые чушки начнут плавиться.

Вместе с тем имеются факторы, которые, являясь следствиями недостаточно правильной эксплуатации ванны, заметно укорачивают ее жизнь. Выше мы уже отмечали, что при интенсивном теплопереносе, превышающем некоторый критический, температура на границе металл-сплав может подняться до критического значения – 490°С. Именно с этой температуры  начинается  быстрое  растворение  стенки. А поскольку первоначально достижение критической температуры происходит не на всей поверхности стенки, а в какой-то ограниченной точке, то и быстрое растворение происходит тоже на ограниченной поверхности, в результате получаются язвы на внутренней поверхности. Схема роста такой язвы показана на рис. 8.30. Из этого рисунка видно, что градиент температуры на стенке оказывает основное влияние на направление роста язвы – она растет не только в глубину, но и в значительной степени в ширину, значительно ослабляя металл на большой поверхности.

Источником образования язвы может быть не только локальный перегрев поверхности. Посмотрим на схему движения цинкового расплава в ванне (рис. 8.31). Нагревающиеся слои металла у стенок, будучи более легкими вследствие более высокой собственной температуры, поднимаются вверх, а на их место поступают более холодные слои из центра  ванны. Расплав содержит мелкие частички гартцинка, образующиеся вследствие растворения поверхностного слоя металлоконструкций. Эти частички постепенно коагулируют при столкновениях между собой и оседают в тех местах, где скорость потока наименьшая – основная часть оседает на межфазной границе "цинк-свинец", но заметная часть – на стенках ванны ближе к поверхности расплава. Если не чистить периодически стенки ванны от налипших частиц гартцинка, то будет наблюдаться следующая ситуация: наведенный градиент температуры сдвинется в сторону расплава (поскольку смена нагретого у стенки расплава будет ограничиваться налипшими частицами гартцинка), и будет создана ситуация, аналогичная изображенной на рис. 8.30. Именно поэтому необходимо обращать особо пристальное внимание на тщательное обследование стенок ванны изнутри и не менее тщательно удалять приставший к стенкам ванны гартцинк. Необходим также периодический интенсивный барботаж расплава цинка либо инертным газом, либо продуктами сгорания газов, выделяющихся при опускании в расплав чурок из лиственных пород дерева или картофеля. Последнее мероприятие способствует более быстрой коагуляции мелких частиц гартцинка и оседанию их не на стенки ванны, а на слой свинца на дне ванны.

Рис. 8.28. Схема частичной загрузки ванны после поддерживающего ремонта с использованием жидкого цинка в термосах.

Рис. 8.29. Распределение скорости коррозии (уменьшения толщины стенки ванны со временем) по высоте ванны после 5 лет ее эксплуатации.

Рис. 8.30. Схема развития язвы на поверхности ванны

Рис. 8.31. Характер движения потоков расплавленного цинка в ванне при ее работе.

Рис. 8.32. Пример типичной эрозионной язвы на боковой стенке ванны расплава.

• Роль технолога в цехе горячего цинкование
• Контроль процессов коррозии ванны расплава
• Технология «Film-flux»
• История горячего цинкования
• Наночастицы SnO2 и SiO2 в электролитах