Операции на линии горячего цинкования

Последовательность операций и основные параметры

Металлоконструкции для горячего цинкования последовательно проходят: навеску деталей на траверсы; обезжиривание; травление; промывку в воде; флюсование; сушку флюса; горячее цинкование; охлаждение; контроль качества покрытия; выдачу на участок комплектации. Приведённые параметры — типовые; точные значения задаёт технологический регламент цеха.

Технологическая оснастка: траверсы, крюки, петли

Траверса — технологическая оснастка для навески деталей. Детали на одной траверсе проходят полный цикл без перезарядки: навеску, химическую подготовку, сушку, цинкование, охлаждение, развеску. Детали навешивают на овальные отверстия в уголках с нижней стороны траверсы; перемещает траверсу между операциями двухтележечный мостовой кран.

Крюки для навески деталей бывают разной длины, диаметра и формы (односторонние, двусторонние); диаметр выбирают по грузоподъёмности из таблицы. Вместо крюков применяют стальной круглый прокат диаметром 6 мм или низкоуглеродистую проволоку диаметром 3–4 мм — в зависимости от массы детали её гнут в крюк или петлю. Для зарядки и разрядки траверс используют стойки высотой 2 м, а для тяжёлых деталей — гидроподъёмник.

Оснастку периодически осматривают, обращая внимание на сварные швы и несущие элементы (проушины, петли, крюки). Если износ превышает 10 %, оснастку ремонтируют. Траверсы и крюки регистрируют в журнале с присвоением номера; на каждое приспособление есть чертёж с допустимой грузоподъёмностью, а данные о ремонтах и испытаниях заносят в журнал.

Детали навешивают двумя способами: вертикально — за один конец, или горизонтально — за два конца.

Обезжиривание

На поверхности изделий обычно есть жировые загрязнения: минеральные масла или силиконовые смазки. Они нарушают адгезию цинкового покрытия и приводят к неоцинкованным участкам или коричневым пятнам, поэтому перед цинкованием конструкции проходят кислое химическое обезжиривание.

Траверсу с деталями погружают в раствор: при 24–26 °C обезжиривание длится 15–20 минут, при 28–30 °C — 10 минут. Контролируют кислотность раствора и температуру, которую постоянно регулирует автоматическая система. На дно ванны выпадает осадок в виде мелкого песка: его удаляют раз в год или когда он мешает погружению изделий — раствор перекачивают в свободную ванну, осадок выбирают механически и вывозят как промышленные отходы. Затем траверсу перемещают в ванну травления.

Травление

Оксиды — ржавчину и окалину — удаляют химически, в водном растворе соляной кислоты. Время выдержки зависит от количества ржавчины и окалины, температуры и концентрации раствора, но не от толщины изделия. Травят до полного удаления оксидов; поверхность контролируют визуально, периодически вынимая изделия из ванны. Длительность — 20–90 минут.

Из-за риска перетравливания травить в соляной кислоте без ингибиторов (замедлителей кислотной коррозии) нельзя; с ингибитором качество травления хорошее. Чтобы поверхность раствора не выделяла пары кислоты, добавляют пенообразователи. Температуру постоянно регулирует автоматическая система.

Промывка

После травления изделия трижды погружают в ванну с водой, чтобы удалить остатки травильного раствора, железа и его соединений. Железо вредит последующим операциям: загрязняет раствор флюса (его приходится часто восстанавливать), оставляет на изделии «крошки» и образует в расплаве гартцинк — грамм железа, попавший в цинк, даёт 40 г гартцинка, так что 20 г железа достаточно, чтобы потерять килограмм цинка в осадке.

Промывную воду можно повторно использовать в ванне травления: свежий травильный раствор работает эффективно, только когда в нём есть немного железа. На линии химической подготовки чистую воду заливают только в ванны промывки — это сокращает её расход. Воду анализируют ежедневно на содержание соляной кислоты и железа; когда концентрация железа достигает 4 г/л, раствор заменяют полностью или частично.

Флюсование

Хорошо протравленные и промытые изделия поступают на последнюю подготовительную операцию — флюсование. Оно обеспечивает правильную реакцию с расплавленным цинком, дополнительно удаляет соли и оксиды, не снятые при промывке, снижает поверхностное натяжение цинка и улучшает смачивание изделия. Летучие соединения, образующиеся при разложении флюса, механически убирают загрязнения с зеркала ванны и создают нейтральную атмосферу в месте погружения.

На поверхности изделия образуется плёнка солей — хлористого цинка и хлористого аммония. Она не даёт изделию окисляться на воздухе от выхода из ванны травления до погружения в цинк и помогает регулировать толщину покрытия (вместе со временем погружения и температурой расплава). Основную роль во флюсе играет хлористый аммоний: при контакте с расплавом он разлагается, и активные хлориды взаимодействуют с оксидами на зеркале ванны; большинство хлоридов (алюминия, олова, сурьмы) испаряется. С хлоридом железа связано образование гартцинка, поэтому так важна качественная промывка.

Для улучшения качества во флюс добавляют присадки: кристаллы солей получаются крупнее и ориентированными в одном направлении, плёнка уплотняется, изделие выходит блестящим, сокращается расход цинка и образование золы.

Флюсование длится 30–45 секунд (одно погружение). Температура раствора — 40 °C с сушильной печью и 70 °C без неё. Когда концентрация солей железа превышает 6 г/л, раствор корректирует автоматическая система очистки флюса: она снижает кислотность водным аммиаком, а растворённое железо переводит в нерастворимый гидроксид пероксидом водорода и выводит фильтрованием.

Сушка

После флюсования траверсу с деталями переносят в сушильную печь для прогрева и удаления остатков влаги. При сушке на поверхности образуется сетка кристаллов солей, защищающая от окисления на воздухе; уменьшается разница температур между расплавом цинка и изделием; в расплав не попадает вода.

Температура сушки не должна превышать 120 °C, время — до полного испарения влаги (10–60 минут). Затем траверсу везут в печь цинкования.

Горячее цинкование

Цинк — голубовато-серебристый металл с температурой плавления 419,5 °C. При цинковании в расплаве сталь взаимодействует с цинком, и на поверхности изделия образуются железоцинковые соединения (фазы); покрытие состоит из нескольких железоцинковых фаз непосредственно на основном металле и слоя цинка сверху. Толщина покрытия зависит от длительности цинкования, температуры и состава расплава и скорости извлечения изделия. Покрытие выполняют по ДСТУ EN ISO 1461:2024.

Процесс состоит из стадий: погружение изделия в расплав; выдержка до полного вскипания флюса и выравнивания температур изделия и расплава; извлечение из расплава; охлаждение.

Чтобы покрытие было пластичным, коррозионно стойким и красивым, а железоцинковые сплавы образовывались медленнее, расплав легируют алюминием — эвтектическим сплавом цинка с алюминием в количестве 0,05–0,2 % от массы цинка; содержание алюминия в расплаве — до 0,05 %. Алюминий создаёт тугоплавкую плёнку, снижающую выгорание цинка с зеркала ванны. Сплав следует расплавлять как можно ближе к поверхности расплава; содержание алюминия контролируют ежедневно и записывают в журнал.

Чтобы гартцинк оседал на дно, в расплав добавляют свинец: он растворяется в цинке до 1–1,3 %, а остальное оседает, образуя слой (около 98 % свинца и 2 % цинка), не дающий жужелице прикипать ко дну. Слой поддерживают до 100 мм, проверяют раз в месяц; свинец загружают краном в корзине слитками, распределяя равномерно, и после добавления ванне дают отстояться 40 минут.

Температурные режимы

Рабочая температура расплава — около 450 °C; её автоматически контролирует термопара, подключённая к системе управления печью, а показания дублирует переносная термопара. Чтобы температура расплава не падала ниже технологической, не рекомендуется погружать более 15 т конструкций в час. Повышение температуры сверх заданной сокращает срок службы ванны.

Охлаждение, развеска и контроль качества

Оцинкованные изделия охлаждают в ванне охлаждения, чтобы снизить температуру и сохранить блеск покрытия. Вода неподвижная, охлаждение — одно погружение; температура воды не должна превышать 80 °C, а по мере испарения воду добавляют. Допускается охлаждение на воздухе.

Охлаждённую траверсу мостовым краном везут на участок развески и ставят на стойки высотой 2 м (высоту выбирают по габаритам деталей). Крупногабаритные сварные узлы массой более 60 кг снимают с траверсы, установленной на гидроподъёмнике; проволоку срезают ножницами по металлу. Свободные траверсы передают на участок навески.

Освобождённые от приспособлений детали укладывают на стеллажи в пачки, и работники отдела технического контроля осматривают цинковое покрытие. Возможные дефекты цинкования и причины их возникновения рассмотрены в отдельной статье.