鍍鋅[鋁、鉛]帶鋼車間設(shè)計(jì)(design of galvanized／aluminium plated／lead plated strip plant)

在熱軋或冷軋帶鋼表面鍍鋅[鋁、鉛]防銹層，生產(chǎn)鍍層帶鋼的鍍層車間設(shè)計(jì)。鍍鋅分熱鍍鋅和電鍍鋅兩種，是一種經(jīng)濟(jì)而有效的防止鋼材腐蝕的方]32法。鍍鋅板和耐候性鍍鋁板主要用于汽車、建筑和日用工業(yè)用品；耐熱性鍍鋁板主要用于烘干設(shè)備和汽車排氣系統(tǒng)；鍍鉛板主要用于汽車油箱、電視機(jī)和收錄機(jī)底盤等。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，鍍鋅[鋁、鉛]帶鋼，占冷軋帶鋼總產(chǎn)量的16％～50％，并有增長趨勢。車間設(shè)計(jì)的原則和方法見軋鋼廠設(shè)計(jì)。

簡史 1935年美籍波蘭人森吉米爾(T．Sendzimir)提出用保護(hù)氣體還原法進(jìn)行帶鋼連續(xù)熱鍍鋅，通稱為森吉米爾法。1937年美國建成第一條森吉米爾法的帶鋼連續(xù)熱鍍鋅作業(yè)線。隨著生產(chǎn)的實(shí)踐，發(fā)展到把森吉米爾法中的氧化爐改為微氧化爐，故稱為改良森吉米爾法。1837年英國人格勞福德(H．w．Grawford)取得熔劑法專利。鋅、鋁和鉛都可用此法進(jìn)行熱浸鍍。1947年英國發(fā)表氣刀控制鍍層專利，逐步代替輥鍍，降低了鍍料消耗，提高了鍍層質(zhì)量，使機(jī)組速度可提高到200m．／。rain以上。中國于40年代在鞍山開始生產(chǎn)熱鍍鋅板。1979年在武漢鋼鐵公司建成第一條改良森吉米爾型帶鋼連續(xù)熱鍍鋅線。1991年在重慶鋼鐵公司設(shè)計(jì)建成連續(xù)熱鍍鉛線。

1852年英國公布第一個(gè)電鍍鋅專利，20世紀(jì)40年代開始生產(chǎn)電鍍鋅帶鋼。1962年英國研究成功第一條帶鋼連續(xù)電泳鍍鋁線。1973年聯(lián)邦德國建成第一條帶鋼連續(xù)電鍍鉛一錫合金生產(chǎn)線。1990年中國在寶山鋼鐵總廠建成中國第一條連續(xù)電鍍鋅線。

設(shè)計(jì)規(guī)模和產(chǎn)品方案 單機(jī)的生產(chǎn)能力取決于帶鋼的平均厚度、寬度和機(jī)組速度等綜合因素。熱鍍能力往往受熱處理爐能力的限制，電鍍能力往往受鍍槽總電流的限制。一個(gè)鍍層車間可設(shè)置一條生產(chǎn)線，也可設(shè)多條鍍層生產(chǎn)線。其經(jīng)濟(jì)規(guī)模根據(jù)主要設(shè)備、輔助設(shè)備和公用設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性確定。設(shè)計(jì)規(guī)模和產(chǎn)品方案見表。

按產(chǎn)品的加工性能選用原板，絕大部分用冷軋帶鋼；若用熱軋帶鋼為原板，則必須經(jīng)過酸洗和矯直。

工藝流程 鍍鋅[鋁]方法有熱浸法(熔劑法和保護(hù)氣體還原法)、電鍍鋅法和電泳鍍鋁法。鍍鉛有熔劑法熱浸鍍和電鍍法等。熔劑法因生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量較差，生產(chǎn)過程復(fù)雜已很少采用。鍍鋅工藝主要是熱鍍鋅和電鍍鋅兩種。要求耐蝕性高的，宜采用鍍層較厚的熱鍍鋅，反之宜采用電鍍鋅。

熱鍍鋅 改良森吉米爾熱鍍鋅[鋁]法是在無(微)氧化爐中對帶鋼進(jìn)行處理消除帶鋼上的油脂，在還原爐中使氧化鐵鱗還原為海綿狀純鐵，形成適合于熱浸鍍的活性表面并對帶鋼進(jìn)行退火，現(xiàn)有50％～60％的熱鍍鋅機(jī)組采用此法。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，近來在無氧化爐前增設(shè)脫脂設(shè)備。美國鋼鐵公司熱鍍鋅[鋁]法是，帶鋼先經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)脫脂后進(jìn)入連續(xù)爐退火，對帶鋼質(zhì)量要求高時(shí)常用此法。圖1為熱鍍鋅帶鋼生產(chǎn)工藝流程圖。

電鍍鋅 按鍍液分，有酸性和堿性兩種。酸性的優(yōu)點(diǎn)是有較高的電流密度(20～40A／dm²)；電流效率高達(dá)98％～100％；廢液容易處理，故較多采用。對只有防銹要求的產(chǎn)品，只需鉻化處理；對涂飾性要求高的產(chǎn)品，電鍍后需進(jìn)行表面調(diào)整(鈦鹽溶液處理)；磷化處理和封閉處理。圖2為電鍍鋅帶鋼生產(chǎn)工藝流程圖。

工藝設(shè)備選型 主要選擇熱鍍鋅用的退火爐和熱浸鍍設(shè)備，以及電鍍鋅用的電鍍槽。

退火爐 熱鍍鋅機(jī)組的主要設(shè)備。有立式爐和臥式爐兩種。立式爐比臥式爐長度短，能改善板型，過時(shí)效處理的時(shí)間長，更宜生產(chǎn)深沖板。產(chǎn)量在20萬t／a以上宜采用立式爐，產(chǎn)量在10萬t／a以下宜采用臥式爐，產(chǎn)量為10～20萬t／a兩者均可。

熱浸鍍設(shè)備 主要是鋅鍋。鋅鍋有鐵鍋(材料為低碳鋼或工業(yè)純鐵)和感應(yīng)鍋兩種。感應(yīng)鍋壽命長，供熱能力強(qiáng)，渣量少，已被普遍采用。鍍層厚度采用氣刀控制。已經(jīng)鍍上鋅的帶鋼，經(jīng)鍍層退火爐處理，使鍍層合金化，以提高熱鍍鋅帶的耐蝕性、涂飾性和焊接性。

電鍍鋅[鋁]槽 有臥式槽和立式槽兩種。近代在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，出現(xiàn)了三種代表類型，即徑流型、魯特納爾(Andritz Ruthner)重力自流型(立式)和液墊型(臥式)。(1)徑流型(圖3)，每個(gè)鍍槽內(nèi)設(shè)一個(gè)直徑約2400mm的導(dǎo)電輥，兩排弧形可溶性陽極沿徑向包繞，間隙可自動(dòng)控制，鍍液從槽底噴入，沿導(dǎo)電輥和弧形陽極中間流動(dòng)，帶鋼運(yùn)行穩(wěn)定，與陽極間距離小，能耗較低，適于單面鍍層；(2)魯特納爾重力自流型(圖4)，采用不溶性陽極，每個(gè)槽內(nèi)設(shè)兩個(gè)陽極盒，鍍液由盒底上升，從盒頂?shù)?ldquo;V”形溢流壩溢出，依靠重力下流形成水幕，充滿帶鋼和陽極間空隙，水幕的寬度由頻率步進(jìn)泵控制。它既具有立式槽的優(yōu)點(diǎn)，又較好解決了單面鍍和雙面鍍的轉(zhuǎn)換問題，適合厚度較薄的產(chǎn)品；(3)液墊型(圖5)，在臥式鍍槽基礎(chǔ)上采用不溶性陽極，在陽極中部設(shè)靜壓噴嘴，前后兩端設(shè)動(dòng)壓噴嘴，利用控制壓力差支托帶鋼，使具有自動(dòng)對中作用，可控制帶鋼在通過線上下±1．0mm內(nèi)波動(dòng)，與普通臥式槽相比，帶鋼與陽極間距離減少了1/4～1/8，從而達(dá)到節(jié)能、沖走陽極產(chǎn)生的氣泡、提高電流密度等效果。以上類型各有利弊，要結(jié)合產(chǎn)品方案確定。

1一導(dǎo)電輥}2一陽極I 3一噴頭；4一鍍槽}5一轉(zhuǎn)向輥
 

    6一擠干輥，7一擠壓輥；8一帶鋼

    圖4  魯特納爾重力自流型鍍槽
 

    l一導(dǎo)電輥；2一母線f 3一陽極盒；4～陽極-
 

5  轉(zhuǎn)向輥；6一緩沖輥；7一擠干輥；8一鍍槽；9一帶鋼

車間組成和平面布置  鍍層車間一般由原料庫跨間、鍍層機(jī)組跨問和成品庫跨間三部分組成。為了縮短原料運(yùn)輸距離和減少包裝費(fèi)用，避免原料在運(yùn)輸中破損，鍍層帶鋼車間一般與冷軋帶鋼車間布置在一起，按生產(chǎn)流程綜合考慮。單獨(dú)的鍍層車間有單跨式和雙跨平行式。單跨式即原料庫設(shè)在跨問端頭，主生產(chǎn)線設(shè)在中部，成品庫設(shè)在尾部；雙跨平行式，即主生產(chǎn)線布置在一個(gè)跨間，原料和成品庫設(shè)在另一跨間。倉庫面積要根據(jù)原料供應(yīng)、產(chǎn)品銷售、運(yùn)輸和設(shè)備檢修等因素確定。在廠房設(shè)計(jì)中要注意：在連續(xù)退火爐區(qū)、化學(xué)處理區(qū)、電鍍區(qū)的主廠房應(yīng)設(shè)置氣樓；電鍍化學(xué)溶液循環(huán)系統(tǒng)地下室設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)；主生產(chǎn)線跨間的廠房起重機(jī)軌面標(biāo)高視退火爐是采用立式還是臥式，活套裝置是采用塔式還是臥式而定。熱浸鍍鋅[鋁、鉛]的鍍層塔使鍍后的帶鋼在無接觸狀態(tài)冷卻到凝點(diǎn)以下，塔頂轉(zhuǎn)向輥中心標(biāo)高約為16～52m，故鍍層塔區(qū)中部突起，把主廠房分割開來。

消耗指標(biāo) 按較高速度的連續(xù)鍍層機(jī)組估計(jì)，每噸連續(xù)熱鍍鋅[鋁、鉛]板的主要消耗指標(biāo)為：基板約1．06～1．09t；鋅40～60kg；鋁25～50kg，鉛錫合金30～55kg；燃料1．06～1．6GJ(鋁1．4GJ，鉛1．6～1．7GJ)；電力56～88kW•h(鋁110kW•h，鉛120kW．h)。每噸連續(xù)電鍍鋅板的主要消耗為：基板約1．05～1．09t，電力約113kw•h。