热镀锌连续生产线设计

热镀锌连续生产线设计

中国金属制品行业发展迅速，呈现出高需求、低产品标准的趋势。产品结构矛盾日益突出，竞争日趋激烈。品种、质量和成本已成为竞争的焦点。很多企业在注重成本的前提下,开始采用先进的工艺装备技术增强竞争力。在设计工作中应合理优化工艺流程,将先进的工艺装备技术应用到实际生产中去,以提高金属制品行业的工艺装备水平。本文对在设计热镀锌连续作业线时采用的新技术、新工艺做一些介绍与总结。1生产工艺1.1热镀锌连续作业线的设计生产工艺流程如下:工字轮放线→退火→水冷→电解酸洗→水洗→热水洗→助镀→烘干→热浸镀→收线→检验→包装→入库设计的热镀锌连续作业线示意图见图1。1.2盘重周转器的表面处理(1)生产工艺采用工字轮上线,在线热处理连续作业,大盘重周转。(2)表面处理的各种槽子采用溢流方式,钢丝直线运行,减小了生产线的阻力和弯曲变形。(3)采用多项新技术、新装备提高了生产线的技术装备水平,提高了生产率。2采用新技术、新装备2.1炉硫复合炉墙的结构耐火纤维具有热容小、导热系数低、容重轻、抗热震性好等优点,是耐火保温的首选材料。但耐火纤维在施工中若采用层铺法、叠铺法及预制块组合施工法,均存在着劳动强度大,施工环境恶劣,效率低下,并且施工质量欠佳,特别是存在着接缝,整体性不好,使用效果较差,能耗大等缺陷。耐火纤维喷涂是一种新型的机械化耐火纤维施工工艺。利用喷涂机将耐火纤维和粘结剂混合喷到炉壁上,可使整个内衬形成一个均匀无缝隙、强度高的整体制品结构,具有施工效率高、整体性好、无接缝、密封性好的特点。由于生产线的走线根数多,使得热处理加热炉的炉膛较宽,如按常规设计炉膛结构很复杂。本次设计的热处理加热炉的炉膛结构如图2所示。炉墙为复合结构,内衬为113mm高强轻质耐火砖,外侧填充耐火纤维棉,形成保温效果好的复合炉墙。炉顶采用硅酸铝耐火纤维喷涂技术,形成喷涂结构,简化了炉膛结构,解决砌拱的难题,使炉子轻型化,保温效果良好。2.2电化学冲洗法热镀锌生产的表面准备包括酸洗和涂层处理。酸洗主要有化学酸洗和电化学酸洗两种方法。化学酸洗是让钢丝通过酸槽,氧化铁皮与酸液发生化学反应,清除氧化铁皮。但由于化学酸洗速度慢,如果在连续线上采用此法,必须增加酸槽的长度,增加占地面积,或降低运行速度,影响生产能力。电化学酸洗法也称电解酸洗法,在外加电流作用下钢丝表面发生电化学反应,生成氢气或氧气去除氧化铁皮。电解酸洗速度快,酸液浓度的变化对酸洗的效果影响不大。电解酸洗有阴极酸洗、阳极酸洗和阴阳交替酸洗等几种形式。其中阴阳极交替酸洗综合了单一方式的优点,在生产中应用较广。在设计中采用阴阳极交替电解硫酸酸洗,并对阴阳极交替的结构进行优化,采用特殊结构设计,形成分段式阴阳交替,避免了钢丝意外停止运行时,钢丝发热、烧断的现象。槽子采用溢流式,设计有抽风系统及循环系统,并通过良好的控制系统和选择合适的电流密度,保证既酸洗洁净,又无基体金属的侵蚀和黑膜现象,为获得良好的镀层质量打下了良好的基础。2.3工艺设计中的问题热镀锌锅有铁制锌锅和耐火材料锌锅两类。耐火材料锌锅具有耐锌液侵蚀、不与锌液发生反应、降低锌耗的优点。耐火材料锌锅的发展经历了小块异型砖咬合砌筑、大型预制块砌筑和耐火材料整体浇注的施工方式。前两种方法施工的锌锅经常出现渗漏、浮砖、保温不佳等问题,在目前的设计施工中基本被抛弃。整体耐火材料浇注成型施工简单,不容易出现渗漏、浮砖等缺陷,甚至在陶瓷锅体出现微小裂纹时,锌液进入其中,与耐火材料凝固为一体,使结构更加牢固,如图3所示。在锌锅的设计中,对加热方式,熔池深度、宽度和斜度等因素进行了综合考虑,选用耐火浇注料进行整体浇注,对浇注料的粒度比例,主料和辅料以及添加剂的比例进行适当选择。施工浇注时,必须连续进行,并注意养护,防止锅体发生裂纹、孔洞等缺陷。根据浇注料的特性制订了合理的烘炉曲线,严格按照烘炉曲线烘炉,保证锅体的完整性,延长其使用寿命。2.4内加热技术的应用耐火材料锌锅的加热方式主要有上加热和内加热方式。上加热方式主要应用于以燃气和油为燃料的炉子,也有电阻上加热方式。上加热都有着共同的缺陷:锌灰生成量大,锌耗高;在锌锅的有效工作区外,必须预留足够的加热区,增大了锌锅的容量;效率低、能耗高及锌温波动大等。有逐渐被浸入式内加热技术取代的趋势。内加热方式就是加热元件插入锌液中直接加热,可有效提高加热效率,降低能耗和锌耗,精确控温,近年在金属制品行业推广应用很快。内加热的导管材质主要有耐火材料、石英和复合金属材料等。耐火材料和石英保护导管由于单支功率小、强度低、易碎,虽其价格便宜,但维护难度大,其应用受到了限制。耐锌蚀金属复合材料内加热器采用耐锌蚀的复合材料制作保护导管,使加热器的强度和韧性有很大的提高,能抵抗锌液凝固时的收缩力、锌液波动的冲击力和工件的碰撞,降低了维护难度,延长了加热器的使用寿命。设计中采用内加热技术,选用金属加热器作为加热元件。使锌锅的容积在合理的范围内比上加热减小约1/4,减少装机容量约1/3。但是,金属管内加热器的前期投资高以及首次锌锭熔化的问题,只有采用辅助的化锌手段,在锌锅的锌液达到一定高度后,才能安装加热器。设计时应因地制宜地选用。2.5合金材料的选用目前在热镀锌中压辊材料大都采用05F、08F钢制造,虽然05F、08F钢对于锌液的侵蚀有一定的抵抗作用,但其使用寿命很短,一般半月就需更换。耗费人力物力,生产效率大为降低。本次设计中,压辊采用一种代号为TR5的合金材料制作。TR5是一种特殊的合金材料,此种材料抗锌腐蚀性能良好,以前主要在带钢生产中使用。本次设计过程中,笔者对TR5材料与08F材料进行了详细研究和对比,决定采用TR5合金设计制造镀锌压辊,生产实践证明使用寿命为4个月以上,寿命大为提高。2.6调整电流降低温度波动的效果对于生产线的温度控制,采用调功器控制,依据PID调节,自动调整电流,减少了锌液和加热炉的温度波动,使加热炉的控制精度达±1℃,锌液温度波动在±2℃左右,不但减少了功率消耗,降低了锌耗,更使产品的质量及稳定性有大幅度的提高。3加热炉性能特点热镀锌连续生产线设计完成调试后,经过1年的生产运行验证,达到了预期的设计效果。(1)生产线的控制系统运行良好,控制精度高。加热炉温控精度在±1℃,锌温波动在±2℃。(2)热处理炉结构稳定,升温速度快,保温性能良好,炉外侧温度约为45℃。(3)表面处理工序酸洗洁净、助镀层牢固,使成品镀层均匀,无漏镀现象。钢丝通过电解酸洗槽后,表面干净洁白,无黑膜现象产生。(4)锌耗及单位能耗明显降低,捞渣次数减少。经统计比较