钢管热浸镀锌生产工艺及设备 ＊

杨红英,罗 鸥

(昆明冶金研究院,云南 昆明 650031)

1 前 言

腐蚀对钢铁造成的损失极为严重,仅在中国每年钢铁损失造成的直接经济损失就达到上千亿元。因此,对钢铁的进行防腐处理极其重要,而镀锌被公认为钢铁保护最直接有效的方法之一。

在工艺上,有热镀锌和电镀锌两种。热镀锌具有镀层均匀、附着力强、耐腐蚀性能好、使用寿命长等优点,被广泛应用于工业各领域。电镀锌的耐腐蚀性比热镀锌差,锌层与钢基体分层,锌层较薄,附着在钢管基体上,容易脱落。

镀锌钢管具有较强的耐腐蚀性和强度、刚度,常做为煤气、暖气和水的输送管道。云南昆钢制管有限公司目前有 7条焊管 /冷弯型钢生产线、三条螺旋焊管生产线,综合生产能力 40万 t。为增大产品升值空间,提升产品竞争力,该公司于 2010年投资约4700万元新建两条生产规模为 7万 t/a的镀锌钢管生产线。

2 钢管镀锌工艺流程

黑管→碱洗 (脱脂)→ (水洗)→酸洗 (除锈)→清水漂洗→浸助剂→烘干→热浸镀锌→外吹→内吹→空冷→水冷→钝化→水漂洗→检验→称量→包装入库

2.1 镀前处理工序

镀前处理包括:碱洗、酸洗、漂洗、浸助剂和烘干,前四道工序与传统工艺相同,而对烘干工序做出了改进。

1)部分钢管表面有油污,需进行碱洗。

2)酸洗是为了除去钢管表面的氧化皮。选用盐酸进行酸洗。

每条生产线有酸洗槽 5个,酸洗液为含 15%～18%的盐酸水溶液,室温下,酸洗时间约 15～30 min,酸洗后钢管表面呈银亮色。当酸液中铁盐含量超过 200 g/L,HCl的浓度为 20 g/L时,应予排放,排放的废酸采用焙烧法进行回收处理。

酸洗槽顶部产生的酸雾由引风机引入吸收塔,稀释后回收处理。

3)为除去钢管表面附着的残酸及铁盐,需对钢管进行 2次漂洗,排放废水酸浓度约为 0.5 g/L,2价铁盐含量约为 0.3 g/L。

4)溶剂的作用是从钢管表面除去所有杂质,以保证钢管与锌液洁净接触,形成良好的镀层。

溶剂槽 2个,配有溶剂过滤机一台。溶剂槽的槽液为 NH4CI与 ZnCl2的混合液,NH4Cl与 ZnCl2的重量比为 1.6∶1,其浓度为 400～500 g/L,温度控制在 70～80℃,溶剂处理时间为 7～15 min。

5)为防止钢管浸入锌锅发生放炮现象,需对涂上溶剂的钢管进行烘干,烘干温度控制在 120～200℃左右,烘干时间不低于 150 s,NH4Cl的分解温度约 230℃,故烘干温度不得过高,以免溶剂烧损。烘干坑底部采用铸铁散热片加热,上加盖罩,两侧由烟管引热风向钢管两端微吹,以弥补烘干坑两侧温度稍低之不足,使钢管全长受热均匀。烘干坑较长,钢管在坑内一根紧挨一根的排列,如此可延长烘烤时间,适当降低烘干温度,避免烤焦助剂,从而保证烘干质量。

烘干炉采用链条步进传动,钢管在上料台上铺排整齐后,由链条逐根移进烘干炉,又逐根移出烘干炉,完成烘干工序。

2.2 热浸镀锌工序

经烘干处理的钢管通过烘干炉链条逐根移出,进入炉辊道,然后运送至镀锌炉,由锌锅侧面自动滚入镀锌机中的 3根浸锌螺旋内。为了排出钢管内的空气,3根螺旋的相位不同,使钢管在螺旋上成倾斜状态 (向后上方倾斜)。随着浸锌螺旋的转动,钢管一面向下移动一面形成倾斜角,然后进入锌液,并继续向下移动,与此同时,钢管内的空气由高端排除。最后钢管自动跌落在锌锅内的滑轨上,由拨料机构将其横向拨至外侧,再由提管机的两个提升钩将钢管以 14℃倾斜角提出锌液,这时钢管内的锌液从较低的一端流出。当钢管提升至磁力辊辊面时,便被其吸住并纵向移动到曳出辊道上。

锌锅内锌液的温度应严格控制在 450±5℃范围内。

2.3 镀后处理工序

镀后处理工序包括:外吹与曳出、内吹、水冷、检验、钝化、打印。

1)钢管沿磁力辊道前进时,通过一个外吹环,外吹环上有一排小孔,通过压缩空气,可将钢管多余的锌液吹去获得光洁的外表面,外吹气压约0.25～0.4 MPa。

磁力辊道倾斜置放,倾角为 14°,在满足生产节奏的前提下,降低曳出速度,可以控制上锌量,降低锌耗。但曳出时间过长,钢管温度下降过多,会造成管表面附着的锌液粘度过大,不但影响内吹质量,而且使锌耗增加。

2)钢管在 14°倾斜的曳出辊道上移至辊道端部时,步进机构动作,将钢管横移至内吹工位,夹紧机构随着动作将钢管头夹紧,进行内吹,内吹利用高压的过热蒸气,其压力为 1～1.2 MPa,温度为 275℃,内吹时间可调整操纵台上的时间继电器予以控制。内吹可除去钢管内表面多余的锌液,获得光洁的内表面,被除去的锌液形成锌粉,吹入内吹箱,并被引到布袋除尘器,予以回收。

3)钢管在步进机上逐根横移,一直到钢管落在 3个升降拖架上为止。此时托叉下降,将钢管抛入到水冷槽的输送链上,并浸入水中进行水冷,钢管经冷却后,由输送链逐根移出水冷槽,3根输送链倾斜布置,使钢管内部的水及时排出。

水冷槽的温度控制在 80°C左右,冷却水用泵送到冷却塔进行冷却后循环使用,冷却塔的冷却能力为 20万大卡 /h,冷却塔的温降为 7°C,冷却水的循环流量为 30 t/h。

4)钢管经水冷后由输送链移出水冷槽,脱落在检验台架上,经检验将漏镀管挑出放入废品筐内,成品管送入输出辊道。

5)成品管在辊道输送过程中经一个钝化液喷淋吹环,使管表面得到钝化处理,再经一个外吹环,用压缩空气将多余的钝化液吹除,之后钢管被拨上一个烘干台架,台架下铺设蒸汽加热管排,将钢管烤干。

6)钢管经烘干后,进行打印包装,至此整个工艺过程结束。

3 主要工艺设备

3.1 烘干炉

尺寸:长 ×宽 =8 m×7 m。

烘干炉底板为铸铁双面肋板,下部为烘干炉的烟道,烟道内敷设有 ф114钢管换热器,换热器面积为 20 m2,利用镀锌锅炉烟气余热加热筋板从而烘干钢管。此外有一台风量为6600 Nm3/h的循环风机,将烘干炉膛内的空气引入烟道内的换热器,经加热后又喷入炉膛内,以增强钢管的加热效率。

钢管在烘干炉内的输送依靠链条步进驱动,不同规格的钢管在烘干炉内的停留时间不同。

3.2 镀锌炉

镀锌锅尺寸:长 ×宽 ×高 ×厚度 =8000 mm×1600 mm ×2000 mm ×50 mm。装锌量为 152 t。

镀锌炉由镀锌锅、浸锌机构、拨料机构、提升机构、磁力辊、磁力辊升降机构、曳出辊道、猫头叉横移机构几部分组成。镀锌炉的燃料采用煤制气,燃气烧嘴为低压烧嘴。两端有循环风机,风机流量约为燃气排出量的 10倍左右,形成循环再加热的方式,使炉内温度分布均匀。

3.3 除尘器

采用布袋除尘器,过滤面积 200 m2,螺旋输送机自动出灰,压缩空气脉冲阀自动反吹。有暖风机向除尘箱供应暖风,降低结露危害。温度监控,超温报警,紧急情况下水喷淋降温。

4 工艺特点

1)生产线工艺设计优化、引进国内先进设备,从烘干、镀锌到钝化一系列过程均采用链条步进的方式对钢管进行加工处理,高度机械化、自动化,真正实现了产品连续性生产,镀锌锅采用螺旋浸镀的方式,生产效率高,提高了钢管表面镀层质量。

2)生产过程中出现的废气用布袋除尘器回收净化,并将部分烟气引至烘干炉,利用烟气余热烘干烟管;锌灰、锌渣作为生产再熔锌或生产氧化锌的原料予以回收利用;废水、废酸采用焙烧技术进行高效回收利用,整个生产过程做到节能环保。

5 结 语

云南昆钢制管有限公司新建的两条钢管镀锌生产线,利用自身生产钢管的优势,增大了产品的升值空间。该生产线的建立满足了省内对镀锌管的需求。其生产设备运行状况良好,产品质量稳定,达到设计要求。该项目为企业带来了良好的经济效益和社会效益。

[1]刘经国,艾政治.新型钢管热浸镀锌生产线的应用 [J].钢管,2001,30 (1):39-41.

[2]唐春华.提高热镀锌质量的途径 [J].电镀与环保,1989,9(5):4-8.

[3]北京有色冶金设计研究总院,等.重有色金属冶炼设计手册—冶炼烟气收尘通用工程常用数据卷 [M].北京:冶金工业出版社,1996.