книги из ГПНТБ / Соголовская А.Г. Прогрессивные методы горячего цинкования

цинка, оплавляется и стекает на дно ванны, а затем вытекает через летку в нижней части ванны. Как видно из табл. 16 (образцы 5 и 6), при переплавке открытым пламенем со­ держание цинка в гартцинке уменьшается на 6,4%; вместе с тем содержание свинца в гартцинке остается высоким — 0,89%, т. е. примерно таким же, как и в расплаве (образец 4). Анализ цинка, выплавленного из гартцинка, показал, что свинец в нем не содержится (образец 5). Таким образом, при переплавке открытым пламенем извлечь свинец из гарт­ цинка не удается. При отсутствии отстойника, что имеет место на большинстве заводов, свинец, в основном, попа­ дает в отходы.

Цинковая зола и нашатырные опады содержат 40—60% цинка. Для уменьшения выноса из ванны цинка с золой, ее пережигают в конце каждой смены на поверхности распла­ ва. Золу, извлеченную из ванны, измельчают и отсеивают цинковые корольки.

Нашатырные опады для извлечения цинка переплавляют с добавкой опилок и отработанного масла.

Обработка оцинкованной посуды. В настоящее время на большинстве предприятий УССР применяется обработка оцинкованных изделий в мыльном растворе. Первым на Украине эту обработку применил Новомосковский метал­ лургический завод, и здесь же была разработана техно­ логическая инструкция по применению мыльного раст­ вора.

Мыльный раствор готовят из 60—70%-ного мыла. Рабо­ та на более низкосортном мыле не допускается. Для за­ правки ванны применяется только мягкая вода. Содержание» мыла должно поддерживаться в пределах 2,5—3,5 г!л. Температура раствора для мелких изделий — 85—90° С, для крупных — 92—94° С. При повышении температуры до 95—96° С на изделиях появляются желтые пятна. Как по-

92

казали исследования, эти пятна представляют собой осадок, состоящий из продуктов разложения мыла. Поэтому рас­ твор необходимо периодически очищать с помощью сита от образующегося осадка. Если эти условия не выполняются, мыльный раствор часто не дает ожидаемого эффекта: блеск покрытия не улучшается, остаются изредка флюсовые пят­ на, плохо сглаживаются заусеницы, на поверхности изделий появляются матовые пятна от осевших продуктов разложе­ ния мыла. Все это портит внешний вид посуды.

На ряде заводов республики обработка в мыльном рас1 твореорганизована неверно: изделия, извлеченные из распла­ ва, сам цинковалыцик сразу же окунает в мыльный раствор; при этом излишки цинка не успевают полностью стечь с изделий и при быстром охлаждении в растворе мыла за­ стывают, образуя неровности. Так же быстро охлаждаются и щипцы, в которых зажато изделие, поэтому на всех по­ следующих изделиях образуются следы от холодного инстру­ мента, что портит внешний вид посуды.

При правильной организации работы изделия после цинкования устанавливают на подставку на 15—30 сек для стекания цинка, затем снимают изделие с подставки и пово­ рачивают в щипцах для равномерного распределения еще не застывшего цинка, и только после этого погружают в мыльный раствор.

На всех изделиях после оцинковки остаются острые за­ усеницы, которые удаляют напильником, пока изделие еще не остыло.

Бидоны для керосира и садовые лейки цинкуют без крыш­ ки. Крышки с ручками изготовляют из листов оцинкован­ ного железа, а затем соединяют с корпусом на закаточных станках. Обычно для создания водонепроницаемости таких швов применяют пайку оловом. На Нижнеднепровском за­ воде им. Коминтерна закатку крышек производят на жид-

93

ком стекле. Возможна закатка крышек на эпоксидной пасте следующего состава (в. ч.):

Цинкование листовой стали, полосы, проволоки, труб

Цинкование листовой стали. Цинкование листовой ста­ ли осуществляется в нашей стране, в основном, алюминие­ вым, или «сухим» способом, при котором флюсование про­ изводится в растворе хлористого цинка и хлористого аммо­ ния, а цинкование— в расплаве, содержащем до 0,1% А1 (в 2 раза больше, чем при цинковании нашатырным способом).

Ниже описаны те изменения, которые внесены в процесс на Новомосковском металлургическом заводе.

94

Для производства оцинкованных листов применяется только кровельное железо (ГОСТ 1393—47), как наиболее дешевое. Цинкованию подлежат листы стандартных разме­ ров (1420 X 710), имеющие ровную поверхность, на которой не должно быть вкатанной окалины, пузырей, неметалли­ ческих включений.

Для цинкования листов применяются те же цветные ме­ таллы и химикаты, что и для цинкования сшивной посуды.

Подготовка листовой стали к цинкованию. На Новомо­ сковском металлургическом заводе листы кровельного же­ леза, предназначенные для цинкования, в первую очередь проходят дрессировку — холодную прокатку, при которой уничтожается неровность и шероховатость поверхности, а сам лист уплотняется.

Травление ведут в корзинах, куда загружают стальные листы. Концентрация серной кислоты для травления — 200—250 г/л, температура раствора — 70°С, время травле­ ния — 5—10 мин. После промывки и сушки листы подают к цинковальным установкам.

Наряду с травлением на заводе для снятия с листов ока­ лины применяется отжиг в нейтральной атмосфере. Отжиг листов осуществляется в колпаковых печах, куда поступа­ ет нейтральный газ. Нейтральный газ получают сжиганием природного газа (на 1 м3 газа расходуется 10 м3 воздуха). При таком соотношении получается газ, не содержащий кислорода и углекислого газа. Состав полученного нейтраль­ ного газа: СО—3,2 — 3,6%; N2 — 96,4%.

Нагрев листов в печи происходит до температуры 600°С, затем — медленное охлаждение их в печи до температуры 150° С. Охлажденные листы подаются к цинковальным уста­ новкам. Полученные после отжига листы имеют серебрис­ то-серый цвет, на них нет остатков окалины, поэтому нет необходимости в травлении.

95

Все последующие процессы цинкования осуществляются в специальных установках.

Цинкование стальных листов. Все установки для горя­ чего цинкования листов снабжены системой валков, которые проводят листы через баки с растворами и ванну цин­ кования. В установке Новомосковского металлургического завода первым процессом является декапирование. Протрав­ ленные или отожженные листы подаются в бачок, содержа­ щий 20—30 г!л НС1. Затем производится промывка в бачке с проточной водой. Чтобы не заносить излишнюю воду во флюс, листы перед подачей в бачок с флюсом пропускают через обрезиненные отжимные валки.

Следующая операция — флюсование. Флюс представля­ ет собой водный раствор хлористого цинка плотностью 1,45—1,58, что соответствует концентрации 6 0 — 120 г/л ZnCl2. Во флюс добавляют 80—100 г/л NH4C1. Температура раствора — 25—40° С. Содержание сернокислых солей дол­ жно быть не более 1,5 г/л. На выходе из флюсового бачка установлены стальные отжимные валки.

Для сушки флюса листы обычно движутся над раскален­ ными чугунными плитами. При этом нижняя сторона листа перегревается и флюс подгорает, в то же время верх­ няя сторона не успевает просохнуть, в результате на покрытии образуются пороки. Поэтому на Новомосковском металлургическом заводе организована сушка листов от­ крытым пламенем. Газовые горелки, расположенные гори­ зонтально сверху и снизу листов, дают длинный факел пла­ мени, которое охватывает всю поверхность листов. Сушка флюса происходит равномерно, скорость сушки не зависит от толщины листа (при сушке над чугунными плитами для толстых листов приходилось уменьшать скорость их дви­ жения).После сушки листы попадают в передние валки оцин­ ковочной ванны и затем в цинковый расплав. Все валки, ра-

96

ботающие в цинковом расплаве, должны быть выполнены из стали примерно следующего состава [12] : С — 0,5—0,6%; Si < 0,03%; Мп—0,55—0,8%; Р—0,015—0,04%; S — 0,03— 0,05%. В процессе работы валки растворяются в цинке, поэтому через определенное время их следует заменять новыми.

Для цинкования применяют цинк ДО с добавками цинка ЦЗ и Ц4. Расплав легируют только алюминием и свинцом. Содержание алюминия в расплаве должно быть не менее 0,09% (алюминиевую чушку расплавляют на зеркале ванны).

Свинец погружают в ванну с помощью корыта, подвешен­ ного в расплаве. Оптимальное содержание свинца — 0,5%. Практика показала, что при этом улучшается смачивание расплавом стали, покрытие имеет лучший вид, на нем мень­ ше наплывов. При содержании свинца меньше 0,5% на нижней стороне листа появляются черные точки, которые не всегда перекрываются при повторном цинковании. Рабо­ чая температура цинкового’ расплава — 440—460° С.

Перед входом и выходом листа из ванны поверхность цинка очищается от окислов. Лист, вышедший из ванны, на высоте 300 мм от нее обдувается холодным воздухом для отверждения цинка.

Как показал многолетний опыт работы, большое значе­ ние для получения качественного покрытия, уменьшения отходов цинка, повышения срока службы ванны имеет рав­ номерный обогрев. Ванны Новомосковского металлургиче­ ского завода долгое время обогревались шестью газовыми горелками, расположенными на расстоянии 1,5 м от лобовой стенки ванны. Чтобы прогреть всю ванну, приходилось сильно перегревать лобовую стенку, поэтому ее футеровали шамотом. Но все же через месяц ванна и топка выходили из строя. С 1964 г. обогрев ванны ведется восемнадцатью горелками, расположенными с трех сторон ванны на рассто-

янии 300 мм от стенок ее. Между стенками ванны и горелка­ ми выложены кирпичные отражатели, предохраняющие стенки от прямого попадания пламени. Общий расход газа остался прежний, так как каждая горелка имеет меньшую мощность. При таком расположении горелок ванна нагре­ вается равномерно. Так, ванна из стали Ст. 2, не имеющая футеровки, простояла больше года. Прекратилось взмучи­ вание гартцинка в лобовой части ванны, что привело к улуч­ шению качества оцинковки (выход листов I сорта в 1964 го­ ду составил более 80% против 76% в 1963 году). Уменьшил­ ся также расход цинка (98 кг/т оцинкованного листа вместо 96,5 кг/т) за счет отсутствия местных перегревов и меньшего образования гартцинка.

Оцинкованные листы после охлаждения и правки скла­ дывают в пачки и смазывают по кромкам веретенным маслом. Условия хранения листов на складах такие же, как и для оцинкованной посуды.

Цинкование стальной полосы. Новейшим методом цин­ кования стальной полосы является метод Сендзимира. Цинко­ вание осуществляется на непрерывных линиях длиной до 160 м. При этом способе отсутствует процесс травления. Лента проходит,вначале окислительный отжиг при тем­ пературе 475° С; происходит обезжиривание поверхнос­ ти, выгорают частично углерод'и сера. При последующем восстановительном отжиге в защитной атмосфере при тем­ пературе до 980° С восстанавливается окисная пленка. За­ щитная атмосфера образуется в результате диссоциации аммиака; состав ее — 75% водорода и 25% азота. Затем лента охлаждается до 500°С и попадает в цинковальную ванну, где температура цинка (450°С) поддерживается за счет тепла, вносимого нагретой полосой. Отсутствие флюса при этом способе цинкования позволяет добавлять в расплав алюминий. Описанный способ подогрева цинкового распла-

98

ва увеличивает срок службы стальных ванн и позволяет применять керамические ванны. Лента после выхода из динковальной ванны охлаждается, проходит правку, смаз­ ку маслом, резку и отбраковку, а затем сматывается в рулоны. Такая установка в настоящее время работает в Магнитогорске.

Цинкование стальной проволоки. Процесс цинкования проволоки аналогичен цинкованию стальной полосы. Он со­ стоит из следующих операций [29]: разматывание, травление в соляной кислоте (концентрация кислоты— 120—150 г!л), промывка в проточной воде, флюсование, сушка, цин­ кование, охлаждение и намотка. Флюс представляет собой водный раствор хлористого цинка (концентрация ZnCl2 около 600 г!л). Сушка флюса происходит при прохождении проволоки над нагретой сушильной плитой. Цинковый расплав имеет температуру 460 — 475° С. Более высокая температура не рекомендуется во избежание усиленного образования гартцинка. При прохождении через цинковальную ванну проволока должна находиться на расстоянии не менее 250 мм над уровнем гартцинка (во избежание образо­ вания шероховатого покрытия). На выходе проволоки из ванны производится обтирка ее асбестовым шнуром (в этом случае проволока выходит из ванны наклонно). При обтир­ ке снимается весь наружный слой чистого цинка, и остается только железо-цинковый сплав. Применяется также обтирка мягкой проволокой, металлической пластинкой с отверстия­ ми. Во всех случаях обтирка предназначена для снятия на­ плывов с покрытия. При вертикальном выходе из ванны проволоку пропускают через слой древесного угля, находя­ щегося на поверхности цинкового расплава, что также пред­ назначено для снятия избытка цинка.

В настоящее время разработаны и применяются различ­ ные методы цинкования проволоки, при которых очистка и

подготовка поверхности осуществляется без применения травильных и флюсующих растворов, что уменьшает обра­ зование гартцинка и улучшает условия работы.

Интересным в этом отношении является способ цинко­ вания Л. Казаниги [39]. Способ заключается в том, что обез­ жиривание и снятие окалины производятся гидридом натрия. Другой способ бесфлюсовой подготовки поверхности про­ волоки к цинкованию напоминает способ Сендзимира для стальной полосы. Проволока в течение 4 сек проходит окис­ лительную зону печи, где нагревается до 700° С. При этом выгорают жировые загрязнения и образуется окисная плен­ ка. В следующей зоне происходит восстановление водоро­ дом окисной пленки (9 сек при температуре 700° С). Затем проволоку охлаждают до 480° С и подают в цинковальную ванну. Нагрев ванны производится снаружи с помощью горячих газов или электронагревателей. При цинковании проволоки обогрев ванны через стенку не обязателен, поэтому стальная цинковальная ванна может быть заме­ нена керамической, в которой почти не образуется гартцинк.

Большой интерес представляет конструкция и обогрев ванны для цинкования стальной проволоки, которая при­ меняется на Харцызском сталепроволочном канатном за­ воде (Донецкая область). Здесь в июле 1963 г. была уста­ новлена сварная стальная ванна, имеющая керамическую футеровку толщиной 80—1Q0 мм. Футеровка представляет собой блок следующего состава (%):

100

ках — жидкое стекло. Детали крепления блоков к стен­ кам ванны также покрыты футеровкой. Более надежная футеровка получается при набивке керамической массы, так как в этом случае нет швов, через которые может про­ сочиться цинк. Обогрев ванны осуществляется не через стенку, а со стороны зеркала расплава. Для организации такого обогрева над ванной устроена камера сгорания, занимающая около 50% ширины ванны. В камере распо­ ложены четыре газовые горелки, факел пламени которых направлен непосредственно на цинк. Равномерный нагрев всего цинка осуществляется за счет перемешивания распла­ ва движущейся проволокой. Температура цинка составляет 510—520° С. В течение года работы ванна не требовала ремонтов. Срок службы такой ванны может составлять

3 — 5 лет.

Следует отметить, что при обогреве со стороны зеркала расплава может значительно увеличиться срок службы и стальной ванны, так как при отсутствии передачи тепла через стенку стальная ванна меньше разъедается цинковым расплавом.

Цинкование стальных труб. Цинкование труб произво­ дится как нашатырным, так и алюминиевым способом. Основная трудность в обоих случаях заключается в очи­ стке внутренней поверхности труб. Поэтому Г. Баблик [37 ] предлагает следующую технологию подготовки поверх­ ности труб: обезжиривание в щелочи, промывка в воде, травление в H2S04, травление в разбавленной НС1, промывка

должно быть механизировано, так как при отсутствии качания раствор внутри труб не обновляется, и травление замедляется, тогда как наружная поверхность травится нормально.

101