Электролитическое (гальваническое) цинкование полос

Электролитическое цинкование позволяет получать лист с ровной (без характерных для горячего цинкования блесток) поверхностью. Слой цинкового покрытия (ОД5-10 мкм) определяется расходом цинка — 10-100 г/м2. Главное преимущество непрерывных агрегатов электролитического цинкования (АНЭЦ) — экономия цинка (толщина покрытия в 4-10 раз меньше, чем в АНГЦ).

Электролитическое (гальваническое) цинкование полос

Еще одним достоинством электролитического цинкования является отсутствие промежуточного слоя между основой и защитным покрытием, что улучшает механические свойства и штампуемость листов. Покрытие имеет мелкозернистую структуру и более равномерно по сравнению с горячеоцинкованной полосой. Оно имеет матовую поверхность, хорошо удерживает краску.

К началу 80-х годов прошлого века в мире действовало около 50 АНЭЦ, из них 23 в США и 10 — в Японии. С начала 80-х годов число их постоянно увеличивалось, что было связано с использованием электролитически оцинкованной стали в автомобильной промышленности.

Первые АНЭЦ имели низкие скорости движения полосы и низкую производительность. В настоящее время созданы агрегаты производительностью до 600 тыс.т/год и более. Высокая экономичность процесса непрерывного электролитического цинкования достигается не только за счет малой толщины покрытия, но и возможности использования цинковых отходов после горячего цинкования. Электролитическое цинкование позволяет реализовать Нанесение одно- и многослойных покрытий цинксодержащими сплавами, одно-, двусторонних и дифференцированных покрытий, обеспечить уменьшенный расход электроэнергии в процессе электролиза и повысить степень автоматизации всех операций.

На новых агрегатах используют усовершенствованные известные способы электролитического нанесения покрытий:

— в вертикальных ваннах, но с нерастворимыми анодами;

—  в модифицированных коротких горизонтальных ваннах с нерастворимыми анодами;

—  по способу «Каросел» с радиальными ваннами и растворимыми анодами;

—   в горизонтальных ваннах с растворимыми анодами,

Электролитически оцинкованную сталь широко применяют в автомобилестроении, машиностроении, приборостроении и электронной промышленности.

Непосредственно технологический процесс электролитического цинкования состоит из трех этапов:

1. Подготовка поверхности основы (стальной полосы) к цинкованию.

2.  Электролитическое цинкование.

3.  Окончательная обработка и закрепление покрытия.

Как и при горячем цинковании, подготовка поверхности полосы является основным условием получения качественного цинкового покрытия. Прежде всего, она обеспечивает прочность сцепления осадка со стальной полосой.

По своему характеру и прочности связи с основным материалом все загрязненности разделяют на два вида:

—  загрязнения, не связанные химически с основой — масла, эмульсии, механическая пыль. Этот вид загрязнений удаляют путем обезжиривания;

—  загрязнения, представляющие собой результат химического взаимодействия металла с окружающей средой — оксиды, соли и другие продукты коррозии. Их обычно удаляют травлением в растворе кислот

Обезжиривание поверхности производят несколькими методами.

Обезжиривание в органических растворителях обеспечивает наибольшую скорость снятия жировых загрязнений, однако полнота обезжиривания не всегда достаточна. Поэтому его применяют обычно в машиностроении в качестве предварительного обезжиривания особо ответственных, сильно замасленных и очень сложно профилированных деталей, после чего их обезжиривают в щелочных растворах химически и электрохимически. Недостатком метода является высокая стоимость и токсичность органических растворителей. В связи с этим промышленные установки имеют оборудование для регенерации (перегонки) обезжиривателей. В состав обезжиривающих растворов обычно входят вещества: омыляющие жиры, масла и жирные кислоты, поверхностно-активные добавки, диспергаторы, эмульгаторы, ингибиторы коррозии (для легких сплавов) и добавки, способствующие быстрому удалению остатков обезжиривающего раствора при промывке.

Обезжиривание в щелочных растворах производят химически и под действием электрического тока (электрохимически). По сравнению с обезжириванием в растворителях обработка в щелочных растворах, особенно содержащих поверхностно-активные органические добавки, является значительно более эффективной (по степени очистки металлической поверхности). Механизм обезжиривания в щелочных растворах сводится к растворению загрязнений или их эмульгированию и механическому удалению с поверхности детали. Большинство органических загрязнений (жирные кислоты, растительные и животные жиры и масла) лучше удаляются с металлической поверхности, чем минеральные масла. Жирные кислоты в щелочной среде легко омыляются, жиры и масла — медленнее и лишь частично. Однако при этом образуются поверхностно-активные соединения, ускоряющие обезжиривание.

Механизм удаления неомыляемых а щелочном растворе масел сводится к утонению масляной пленки за счет уменьшения поверхностного натяжения и связанного с этим стремления пленки к увеличению поверхности. Это приводит к образованию большого количества масляных капель, слабо связанных с поверхностью пленки, и их отрыву от нее. В результате этого процесса толщина масляной пленки постепенно уменьшается вплоть до образования мономолекулярной пленки, удаление которой возможно только под действием электрического тока.

Основой щелочных моющих растворов обычно являются едкий натр, сода, силикаты, фосфаты. В них также добавляют поверхностно-активные добавки.

В АНЭЦ металлургических предприятий для обезжиривания применяют высокощелочные (до 200-300 г/л NaOH) моющие растворы, обработку в которых ведут при температуре 70-85°С. В последнее время используют также слабощелочные растворы, но с добавками высокоэффективных поверхностно-активных веществ, повышающих моющую способность обезжиривающих композиций. Как правило, в состав оборудования линий входит система регенерации обезжиривающих растворов, сепарации масла, которое затем утилизируют. Обезжиривание производят, как правило, биполярным методом.

Удаление механических загрязнений с металлических поверхностей происходит, главным образом, путем их диспергирования поверхностно-активными и коллоидными веществами и перевода их в раствор. Таким образом с металлической поверхности удаляются частицы размером до 1 мкм.

Электрохимическое обезжиривание является последней операцией обезжиривания и применяется для чистовой обработки деталей на машиностроительных и стальных полос на металлургических предприятиях. Часто производится двойное электрохимическое обезжиривание.

Составы растворов для электрохимического обезжиривания стальных полос — едкий натр (50-150 г/л) и жидкое стекло (30-80 г/л), температура раствора 60-80°С.

Травление стальных полос в АНЭЦ производят электролитическим способом в 5-10%-ном растворе серной или 10-20%-ном растворе соляной кислоты при плотности тока 10-40 А/дм2,

Поскольку в металлургии, как уже было показано выше, необходимо производство электролитически оцинкованной продукции в больших объемах, то используемые в традиционной гальванотехнике процессы и оборудование для цинкования деталей в машиностроении по производительности не соответствовали технологическим скоростям металлургического производства. Для создания непрерывного цикла, включающего производство металлопродукции и нанесение на нее защитного покрытия, были созданы технологические процессы и оборудование, обеспечивающие увеличение скорости цинкования по меньшей мере в 20-50 раз.

Оборудование для электролитического нанесения на стальную полосу цинкового, а также различных комбинированных покрытий, объединено в высокомеханизированные и автоматизированные агрегаты непрерывного действия, которые должны обеспечить следующие операции и технологические процессы:

—  разматывание полосы;

—   сварку концов полосы;

—   правку;

—    щеточно-моечную химическую очистку в щелочных и обезжиривающих растворах;

—   электролитическое обезжиривание;

—   промывку;

—   травление;

—   промывку;

—   электролитическое цинкование;

—   щеточно-моечную промывку;

—   фосфатирование;

—   промывку;

—  хроматирование (электролитическое);

—   хроматирование (распылением);

—  сушку;

—   промасливание;

—  сматывание оцинкованной полосы.

Во всех операциях с целью интенсификации процессов применяют принудительную циркуляцию растворов или их распыление.

Схема расположения основного оборудования наиболее современных действующих в России АНЭЦ показана на рис.166.

Техническая характеристика АНЭЦ ОАО НЛМК

Размеры покрываемых полос, мм:

толщина ………………………………………….. 0,4-2,3

ширина……………………………………….. 500-1250

Максимальная скорость полосы, м/с…….. 2,5

Максимальная масса рулона, т………………. 48

Число электролитных ванн……………………. 16

Общая длина агрегата, м……………………… 237

Средняя производительность, т/ч…………. 32

t

На рис.167 дана подробная схема технологического участка АНЭЦ, состоящего из оборудования для подготовки полосы (технологические приемы очистки паюсы описаны выше) и для нанесения покрытия и его закрепления. Из рисунка видна форма ванн щелочной и электролитической очистки, травления, расположение щеточной машины и устройств с транспортными роликами между ними.

Ванны цинкования современных АНЭЦ подразделяют на горизонтальные, вертикальные и радиальные (рис.168).

Для горизонтальных ванн характерно прямолинейное движение полосы через ряд ванн, отсутствие погружных роликов в ваннах. При горизонтальном направлении полосы упрощается конструкция ванн и облегчается их ремонт. На рис.166 и 167 показаны схемы АНЭЦ с горизонтально расположенными Цинковальными ваннами.

 

Схема расположения основною оборудования АНЭЦ ОАО НЛМК

Рис. 166. Схема расположения основною оборудования АНЭЦ ОАО НЛМК: 1 — разматыватели; 2 — сварочная машина (сварка внахлестку); 3 — входное петлевое устройство; 4 — правильная машина; 5 — щеточно-моечная машина; 6— ванна электролитической очистки; 7 — ванна водяного распыления; 8 — травильная ванна; 9 — электролитные ванны; 10 — ванны форматирования; 11 — ванна электролитической

пассивации; 12 — ванна пассивации распылением; 13 — сушильное устройство; 14 — тянущее устройство; 15-выходное петлевое устройство; 16 — ножницы; 17 — промасливающая машина; 18 — моталки

Схема расположения основного оборудования технологического участка непрерывного агрегата электролитического цинкования ОАО НЛМК

Рис. 167. Схема расположения основного оборудования технологического участка непрерывного агрегата электролитического цинкования ОАО НЛМК:

1 — ванна струйной щелочной очистки; 2 — сдвоенная щеточная машина; 3 — ванна электро-литической очистки; 4— ванна струйной промывки; 5 — ванна травления; 6— цинковальные ванны (14 ванн); 7 — ванна промывки погружением; 8 — ванна фосфатирования-хроматирования

 

Схема движения полосы в ваннах электролитического цинкования разного типа

Рис. 168. Схема движения полосы в ваннах электролитического цинкования разного типа:

а — горизонтальных с двусторонним нанесением покрытия; 6 — вертикальных с двусторонним нанесением покрытия; в — горизонтальных с односторонним нанесением покрытия; г — вертикальных с односторонним нанесением покрытия; 1 — полоса; 2 — токоподводящие ролики (катоды); 3 — аноды из материала покрытия; 4 — транспортирующие отжимные ролики

Продольный вертикальный разрез горизонтальной ванны цинкования с принудительной подачей электролита и нерастворимыми анодами

Рис. 169. Продольный вертикальный разрез горизонтальной ванны цинкования с принудительной подачей электролита и нерастворимыми анодами:

1 — токоподводящий отжимной ролик; 2 — опорный отжимной ролик; 3 — ванна цинкования; 4 — электроизоляционные прокладки; 5 — токоподводящая шина; 6 — нерастворимый анод; 7 — медная пластина; 8 — коллектор подачи электролита: 9 — полоса; 10 ~ ресивер

Схема горизонтальной электролитической ванны, оборудованной высокоскоростными струйными ячейками, приведена на рис.169.

Электролит подается под давлением в щель между полосой и анодом в направлении, противоположном движению полосы, и сливается со стороны входа полосы в приемную емкость. Ванны небольшой длины (длина анода 1,55 м, расстояние между соседними парами роликов 2,43 м) выполнены в виде узких коробов с нерастворимыми анодами у верхней и нижней стенок и щелями с уплотнениями в противоположных торцах для входа и выхода полосы. Плотность тока при этом достигает 150 А/дм2. Образующиеся в процессе электролиза газы уносятся из ванны потоком электролита. Использование нерастворимых анодов устраняет проблемы замены анодов и регулирования расстояния между ними, позволяет использовать при составлении электролита цинк низкого качества. Благодаря прямолинейному движению полосы через ванны в секции покрытия достигаются стабильные условия процесса, что обеспечивает возможность достижения высоких скоростей полосы. Герметичность цинковалъных ванн благоприятно сказывается на условиях работы в цехе.

На агрегатах, где применены инжекционные горелки (рис. 170), электролит подается через центр анода, что обеспечивает возможность повышения плотности тока до 240 А/дм2 и экономии энергии до 30%. Эти ячейки способствуют не только столь высокому повышению плотности тока, но и регулированию состава однослойного и двуслойного цинкового покрытия путем равномерной подачи электролита. Инжекционная ячейка позволяет также устранять вибрацию полосы путем создания статическою давления на полосу от инжекции электролита, при этом межэлектродное расстояние остается постоянным и сведено до минимума.

Схема иижекционной электролизной горелки

Рис. 170. Схема иижекционной электролизной горелки: 1 — направляющие ролики; 2 — стальная полоса; 3 — подача электролита; 4 — аноды

 

Фирмой «Sack» (ФРГ) разработаны вертикальные цинковальные ванны (ячейки). Полоса в каждой ячейке (см. рис.168, б) вертикально движется между двумя рядами растворимых цинковых анодов, огибая в ячейке погружной ролик и между ячейками — токопроводящий ролик. Благодаря применению параллелограммных направляющих зазор между полосой и анодом поддерживается постоянным. Электролит принудительно со скоростью 2,5 м/мин подается из восьми цилиндрических форсунок в зазор между анодами и полосой сбоку и сливается через отверстие в нижней части бака в сборник. С движущейся к токоподводящему ролику полосы электролит отжимается парой резиновых роликов и парой токоподводящий ролик — прижимной резиновый ролик. Агрегат обладает следующими преимуществами: значительно сокращена длина секции электролиза и, следовательно, всего агрегата по сравнению с агрегатами той же производительности с горизонтальными ваннами; благодаря применению растворимых анодов высокой чистоты не требуется регенерация электролита; вертикальный способ обработки, высокая плотность тока (65 А/дм’) и постоянная температура электролита (60°С) предотвращают появление газовых пузырьков на обрабатываемой поверхности полосы; легко поддерживается постоянный уровень электролита; в связи с применением коротких трубопроводов циркуляционных систем, насосов пониженной мощности и коротких токопроводов снижаются энергетические затраты; достигается максимальное использование тока вследствие охвата полосой токоведущего валка на 180°; легко осуществляется управление движением полосы и ее центрирование.

Для одностороннего цинкования применяют либо способ, показанный на рис.168,  либо процесс, получивший название «Каросел» (запатентован в США). Схема радиальной ванны для процесса «Каросел» показана на рис. 171.

Схема радиальной ванны для процесса «Каросел»

 

Рис. 171. Схема радиальной ванны для процесса «Каросел»: 1 — ванна; 2 — барабан-катод; 3 — цинковый анод; 4 — полоса; 5 — направляющие ролики; 6— прижимные ролики

Полоса-катод огибает токоподводящий ролик большого диаметра (2 м), плотно прижимаясь к нему. Цинковые пластины — аноды изогнуты по окружности и отстоят от ролика на расстоянии 50 мм. Электролит нагнетается снизу вверх в зазоры между полосой и анодами, двигаясь сначала навстречу полосе, а затем в одном направлении с ней. Основные преимущества радиальной ванны состоят в том, что непокрываемая сторона не контактирует с электролитом, достигаются высокие параметры плотности тока и скорости движения

полосы.

Впервые в мире в 1982 г. введена в действие фирмой «Kawasaki Steel Corp.» (Япония) на заводе в Тиба новая линия одно- и двустороннего электролитического покрытия полос по способу «Каросел». Производительность линии 20 тыс.т в месяц горяче- и холоднокатаных оцинкованных полос толщиной 0,4-1,6 мм, шириной 750-1600 мм, скорость обработки полосы 120-150 м/ мин. Линия отличается высоким качеством покрытия, простотой в управлении и низким потреблением энергии.

Впервые отмечено, что на АНЭЦ производят цинкование не только холоднокатаных, но и горячекатаных полос. Это стало возможно по двум причинам. Во-первых, освоение прокатки горячекатаных полос толщиной I мм и даже менее. Во-вторых, достижение высокого качества таких полос, постоянно приближающегося к качеству горячекатаных полос.

Интенсификация процесса электролиза связана с повышением плотности тока, что достигается в последнее время увеличением скорости потока электролита. Новые электролитические ячейки струйноп^типа заменили обычные методы, в которых электролит был неподвижен по отношению к полосе.

Оригинальное техническое решение применено в ваннах электролитического цинкования холоднокатаных полос АНЭЦ завода в Бохуме фирмы «Крупп Шталь». Он предназначен для цинкования полос толщиной 0,45-3, шириной 750-1600 мм. Максимальная скорость движения полосы 30 м/с. Участок электролитического нанесения покрытий состоит из 10 ванн. В агрегате применяется сульфатно-кислотный электролит. В каждой ванне установлены Два верхних и два нижних нерастворимых титановых анода (рис.172).

Катодом служит движущаяся по токоподводящему ролику лента. Новизна конструкции ванны заключается в установке токоподводящего ролика между анодами под лентой. Для обеспечения контакта между этим роликом и лентой сверху установлен прижимной ролик. Расстояния между анодом и лентой, а также параллельное положение анодов остаюгся неизменными. Электролит подается в зазор шириной 10 мм между анодом и лентой навстречу ее движению.

Элементы ванны электролитического цинкования фирмы «Крупп Шталь АГ»

Рис. 172. Элементы ванны электролитического цинкования фирмы «Крупп Шталь АГ»:

1 — резиновые ролики; 2 — аноды; 3 — направляющий ролик; 4 — прижимной ролик; 5 — устройства подачи электролита; 6 — сборник электролита; 7 — холоднокатаная стальная полоса

Гальваническое цинкование может осуществляться из цианистых электролитов, щелочных растворов, не содержащих цианидов, и из кислых растворов (рН 1-3) с высоким содержанием сульфата или хлорида цинка.

Преимущество цианидных ванн: устойчивость электролита, высокие плотности тока, хорошая рассеивающая способность, экономия цинка вследствие хорошей равномерности толщины слоя, простота цинкования. К недостаткам относятся высокий расход реактивов для техническою обслуживания и обезвреживания, высокая токсичность электролита, отсутствие выравнивающей способности. Применение щелочных бесцианистых электролитов характеризуется низкими значениями плотности тока.

При непрерывном электролитическом цинковании тонких полос сейчас в большинстве случаев применяют кислые электролиты, так как их эксплуатация проще и дешевле, при этом получают матовую поверхность покрытия. Из кислых электролитов предпочтение отдается сульфатным. Несмотря на то, что хлористые или фтористые электролиты обладают рядом преимуществ (высокая электропроводность и высокая плотность тока), все же, как и галогенидные электролиты лужения, они весьма коррозионно-агрессивны, не допускают работу с нерастворимыми электродами и требуют применения специальных материалов для ванн и вентиляционных устройств. Кроме того, их эксплуатация связана с ухудшением условий труда (возможно выделение хлора).

Широкое распространение получил сульфатный электролит, содержащий 350-400 г/л ZnS0„-7H20; 25-30 г/л (NH4)2S04
(температура раствора 38-35°С; рН 3-4,5).

Применение сульфатных электролитов обеспечивает получение мелкозернистых покрытий при больших скоростях движения полосы и высоких плотностях тока (более 40-60 А/дм1); катодный выход по току более 95%. Вредное влияние на электролит оказывают накапливающиеся в нем ионы окисленного трехвалентного железа. Разработан процесс абсорбции ионов Fe3+ катионообменной смолой. Электролит, пропущенный через башню со смолой, возвращается в циркуляционную систему. Когда поглотительная способность смолы исчерпана, смола регенерируется раствором серной кислоты.

Особенностью технологии электролитического цинкования стальной полосы на ряде агрегатов является добавление в состав кислых электролитов незначительного количества солей кобальта и хрома. В результате в покрытии равномерно распределены кобальт и хром в количестве соответственно 0,2 и 0,05%. Коррозионная стойкость листов с этим легированным покрытием в 2 раза выше, чем при обычном способе цинкования. В этом случае в состав сульфатного электролита входят сульфагт цинка, сульфат натрия или аммония, ацетат натрия и сульфаты кобальта и хрома в концентрации 5-10 г/л Со2+ 0,15- 0,5 г/л Сг

Последними технологическими операциями АНЭЦ являются хроматирование, фосфатирование (см. рис.167), реже — промасливание ингибирован- ными маслами. Необходимость этих операций обусловлена высоко^ химической активностью цинка, особенно в агрессивных промышленных атмосферах, цинковые покрытия склонны к взаимодействию с компонентами промышленных атмосфер с образованием продуктов коррозии белого или серого цвета (так называемая «белая ржавчина»), в основном состоящих из основных гидрокарбонатов цинка, которые ухудшают внешний вид покрытия и снижают его защитную способность. Практически всю оцинкованную продукцию подвергают хроматной или фосфатной обработке. Увеличение на 1,5-2% стоимости цинкового покрытия (при его толщине 20 мкм) обеспечивает увеличение срока его службы на 15-20%.

Механизм хроматирования заключается в том, что при взаимодействии цинкового покрытия с хромаггирующим раствором протекают химические процессы, приводящие к окислению катионами гидроксония и шестивалентным ! хромом цинка с образованием на его поверхности пассивной пленки. Она пред- ; ставляет собой сложную смесь, состоящую из основных хроматов хрома I Сг(ОН),Сг(ОН)Сг04, хроматов цинка ZnCrO,. Происходящие химические реакции сопровождаются увеличением рН объема раствора вблизи поверхности цинкового покрытия, что приводит к образованию в нем труднорастворимых гидроксидов цинка, трехвалентного хрома и их основных солей, которые заполняют поры в хроматной пленке. Благодаря этому на поверхности цинка образуется плотный барьерный слой, защищающий покрытие от коррозии.

Применение фосфатирования цинковых покрытий обусловлено также расширением производства оцинкованного листа с пластмассовыми и лакокрасочными покрытиями.

Определяющим показателем качества таких покрытий является их адгезия к металлической поверхности. Поскольку адгезия лакокрасочных и полимерных покрытий к металлу имеет физико-механическую природу, то решающими характеристиками являются шероховатость и поверхностное натяжение. Поэтому наилучшим способом подготовки поверхности перед нанесением органических покрытий является фосфатирование, которое на 3-4 класса увеличивает шероховатость поверхности и ее поверхностное натяжение. За счет этого обеспечивается высокая адгезия к цинку даже таких неполярных и обладающих высоким поверхностным натяжением материалов, как полиэтилен, полипропилен, фторуглероды, и других термопластов.

Основными компонентами большинства фосфатирующих растворов является фосфорная кислота, оксид, нитрат или монофосфат цинка с добавками монофосфатов кальция, марганца, железа, органических соединений и поверхностно-активных веществ.

Эффективным способом ускорения процессов фосфатирования является применение окислителей, наиболее известные из которых — хлораты и нитраты.

Первые АНЭЦ в России были построены на Лысьвенском металлургическом заводе (ныне ОАО «АК Лысьвенский металлургический завод»). Производительность каждого из агрегатов (их было два) составляла 50 тыс.т в юд.

В качестве основы для производства электролитически оцинкованного металла использовали холоднокатаную полосу из стали марок 08ка, 08пс, 08Ю, БСгЗ и БСтЗпс в рулонах шириной 1000, толщиной 0,32-1,2 мм. Электрохимическое цинкование производили в сернокислом электролите при плотности тока 20-25 А/дм2
в восьми ваннах. Толщина цинкового покрытия от 2 до 9 мкм. Скорость движения полосы от 15-70 м/мин. Оцинкованную полосу подвергали хроматированию в растворах, содержащих ионы хроматов, нитратов и сульфатов. Особенность агрегатов — совмещение электролитического цинкования с нанесением и сушкой полимерных покрытий. Полимерные покрытия наносили валковым способом. Сушку покрытий осуществляли в пятизонной газовой печи.

Действовавшие В ОАО «АК Лысьвенский металлургический завод» АНЭЦ сначала реконструировали на производство полос шириной до 1250 мм, а в 2002 г. после еще одного этапа реконструкции был введен в действие агрегат электролитического цинкования холоднокатаной полосы шириной до 1650 мм. К настоящему времени на ОАО «АК ЛМЗ» освоены новые технологии, которые позволили на металле основы с ОАО НЛМК получать электролитически оцинкованные полосы с одно- и двусторонним покрытием улучшенного качества. В настоящее время ОАО «АК ЛМЗ» является основным поставщиком АвтоВАЗу автомобильного оцинкованного листа для кузовных деталей автомобилей. В 2003 г. на ОАО «АК ЛМЗ» произведено около 100 тыс.т электролитически оцинкованного листа.

К недостаткам процесса электролитического цинкования следует отнести высокую токсичность электролита и высокий расход реактивов.

В результате интенсивного и все более широкого применения оцинкованных тонких листов в автомобилестроении, в строительстве и в производстве бытовых приборов требования заказчиков и окончательных потребителей к их свойствам неуклонно повышаются. Эти требования относятся не только к коррозионной стойкости, но и к технологическим свойствам при переработке, например, к возможности обработки давлением, соединенней лакирования.

Широко применяющиеся процессы горячего и электролитического цинкования в этих условиях становятся уже недостаточно эффективными как технически, так и экономически. Для подтверждения этого положения приведем такой пример.

Одним из способов повышения коррозионной стойкости оцинкованного листа является увеличение толщины цинкового покрытия, нанесенного горячим цинкованием. Обычная плотность цинкового покрытия на полосе составляет 275 г/м2, что соответствует толщине покрытия 20 мкм на сторону. Установлено, что с увеличением толщины слоя цинкового покрытия деформируемость оцинкованного металла ухудшается. В определенной мере эту задачу решают, применяя в качестве покрытия сплавы цинк-алюминий (гальвалюм или гальфан). Оба эти покрытия характеризуются более высоким сопротивлением коррозии при той же толщине слоя, что и цинковое покрытие. Однако получить толщину покрытия более 30 мкм на сторону при использовании этих видов покрытия достаточно сложно.

Результаты разработки и реализации технологии двухступенчатого процесса горячего цинкования. Она заключается в следующем: очистка и химическое активирование путем обработки флюсом и первого погружения стальной полосы в жидкий цинк (при этом получается структура покрытия, приведенная на рис.173, а), далее следует вторая обработка полосы флюсом и повторное погружение полосы с уже нанесенным слоем покрытия в сплав цинка с добавлением 5% алюминия. При повторном погружении слой сплава ZnFe (см. рис.173, б) превращается в эвтектическую структуру ZnAlFe. Такая структура обеспечивает не менее чем в 3 раза лучшую защиту от коррозии, чем обычное цинковое покрытие [152].

С целью реализации разработанной технологии провели реконструкцию действующей на фирме «Agozal Oberf chenveredelung GmbH» линии цинкования. Поскольку основными заказчиками фирмы являются производители гнутых профилей, то параметры АНГЦ выбрали, исходя из их требований, реконструированный агрегат предназначен для производства полос толщиной и шириной 200-800 мм из стали с временным сопротивлением до 1200 Н/ мм2. Плотность защитного покрытия 150-1000 г/м2. Реконструкции подверглись все элементы агрегата. Генеральным поставщиком оборудования была фирма VAI.

Структура покрытия на поперечном поверхностном шлифе

Рис. 173. Структура покрытия на поперечном поверхностном шлифе после первого (а) и второго (б) цинкования в цинковой ванне с содержанием AI 0,05% (а) и 5% (б) [152]

Особенностью агрегата является применение форсуночной травильной установки с соляной кислотой, за ней следует четырехступенчатая каскадная промывка поверхности полосы полностью обессоленной водой. Расчетное время травления принято 36 с. Нагрев полосы выполняют в вертикальной индукционной печи с защитной атмосферой. На участках подъема и опускания полосы расположены две индукционные катушки мощностью по 1400 кВт и частотой тока 10 кГц, которые нагревают полосу до 470-600°С. Ввиду работы с двойным погружением в расплав, время пребывания полосы в цинковых ваннах (их две) можно варьировать при помощи дополнительного донного ролика, что позволяет влиять образование сплава ZnFe.

После выхода из ванн полосу сначала охлаждают водяным туманом, а потом в мощной установке водовоздушного охлаждения. Между установками воздушного и водовоздушного охлаждения расположено устройство для направления полосы на цинкование с двойным погружением.

Горячеоцинкованная полоса двойного погружения получила название «Agorahl Double Dip». Стойкость к коррозии такой полосы выше, чем у цинковых покрытий.

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий