熱鍍鋅鍋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)

曹雷

摘 要：在熱鍍鋅過程當(dāng)中，熱鍍鋅鍋為關(guān)鍵的設(shè)備。它的使用壽命直接關(guān)乎著熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)的成本。本文對國內(nèi)外的熱鍍鋅鍋技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了簡單分析，并且對企業(yè)熱鍍鋅鍋容易出現(xiàn)變形、鍋沿焊縫容易撕裂以及鋅鍋的底部焊縫四周容易出現(xiàn)開裂以及變形的情況，對熱鍍鋅鍋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)以及優(yōu)化，增加熱鍍鋅鍋使用的壽命，不斷提升了能源的使用效率。除此之外，還大大進(jìn)校了熱鍍鋅生產(chǎn)的成本。

關(guān)鍵詞：熱鍍鋅鍋;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;使用效率

熱鍍鋅是一類對金屬進(jìn)行防腐的有效手段。鋼鐵的材料通過熱鍍鋅之后，其耐腐蝕性能能夠大大提升幾十倍，使用壽命能夠使用二十五年之上。在鍍鋅工藝過程當(dāng)中，熱鍍鋅鍋是一個(gè)非常重要的設(shè)備。它的主要功能為將熔融狀態(tài)的鋅液附著在了鍍件的表面，進(jìn)而形成了一層表面的鍍層，實(shí)現(xiàn)了提升鋼鐵件耐腐蝕的作用[1]。然而，熔融鋅在鋼鐵材料方面有著腐蝕性比較強(qiáng)，進(jìn)而造成了熱鍍鋅鍋使用壽命變短，讓熱鍍鋅鍋使用的壽命直接對鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)的成本發(fā)生直接的影響[2]。因此，本文按照熱鍍鋅層控制技術(shù)國內(nèi)外研究狀況，優(yōu)化改造了熱鍍鋅鍋結(jié)構(gòu)，進(jìn)而大大提升了熱鍍鋅使用的壽命，減小鍍鋅的能量消耗，給企業(yè)生產(chǎn)成本的降低做出了巨大貢獻(xiàn)。

1 國內(nèi)外熱鍍鋅鍋的技術(shù)現(xiàn)狀分析

在熱鍍的溫度環(huán)境當(dāng)中，熱鍍鋅對熔融鋅耐腐蝕性能比較差。在熱鍍的鋅鍋內(nèi)，鐵將會(huì)和鋅液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成了鐵鋅合金，造成了鋅鍋不斷的變薄和變形，進(jìn)而出現(xiàn)穿孔，鋅液泄露以及報(bào)廢的問題，另外還提升了鋅材料的消耗量[3]。所以，對熱鍍鋅鍋的深入研究主要目的為大大提升熱鍍鋅鍋使用的時(shí)間，減小能量的消耗。進(jìn)而減小了熱鍍鋅的生產(chǎn)成本，最后實(shí)現(xiàn)提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的目的[4]。目前，在熱鍍鋅鍋爐技術(shù)研究結(jié)果當(dāng)中，熱鍍鋅鍋材料、鋅鍋的結(jié)構(gòu)以及解熱方法等都存在了巨大的發(fā)展。

1.1 鋅鍋材質(zhì)

制造鋅鍋的材質(zhì)是鋅鍋使用壽命長短的決定因素之一。國外鋅鍋的材質(zhì)多為低硅、低硫、低磷的優(yōu)質(zhì)鋼板，其使用壽命較長，而我國鋅鍋的材質(zhì)多為08F或05F等優(yōu)質(zhì)低碳鋼板使用壽命較短一般在3～24個(gè)月。為解決鋅鍋使用壽命短的問題，自上世紀(jì)70年代中期開始，陸續(xù)研制出防腐涂料并涂敷在鋅鍋內(nèi)表面上，可以延緩鋅液對鋅鍋的腐蝕，增加鋅鍋的使用壽命，如合金涂層、WC-Co涂層及氧化物涂層等。但是，這些措施無法從根本上解決鋅鍋使用壽命短的問題。同時(shí)，無機(jī)耐火材料如耐火混凝土、高鋁耐火磚等也被用于研究制造鋅鍋。如高鋁耐火磚砌筑的陶瓷鋅鍋使用壽命可以達(dá)到10～15年左右，但這種鋅鍋的制造要求高，易發(fā)生滲漏、浮磚等問題，國內(nèi)應(yīng)用的也不多。

1.2 鋅鍋結(jié)構(gòu)

根據(jù)鋅鍋各立面之間以及立面與底面的連結(jié)方式，鋅鍋的結(jié)構(gòu)通常可分為三種形式。

第一，鍋壁和端部直接組焊在一塊平行底板上，其中鍋壁和端頭均為平面鋼板。此結(jié)構(gòu)方式的鋅鍋底部的焊縫位置將成為應(yīng)力最大的危險(xiǎn)區(qū)。尺寸較小的鋅鍋才適合采用這種結(jié)構(gòu)方式。

第二，鍋壁和端部直接組焊在一塊平行底板上，其中鍋壁為平行立面鋼板，端部為U形立面鋼板。此結(jié)構(gòu)鋅鍋的底部轉(zhuǎn)角為直角，這個(gè)部位的焊縫區(qū)將成為應(yīng)力最大的危險(xiǎn)區(qū)和薄弱點(diǎn)，深度較大的鋅鍋尤其值得注意。一般認(rèn)為，鋅鍋深度在2m以上時(shí)不適合采用此種結(jié)構(gòu)。

第三，鋅鍋由兩個(gè)端頭和一段或多段U形板拼接而成，此結(jié)構(gòu)鋅鍋的危險(xiǎn)區(qū)域產(chǎn)生集中應(yīng)力的概率大大減小。目前，國外的大型鋅鍋多采用這種結(jié)構(gòu)形式，國內(nèi)應(yīng)用較少。

1.3 加熱方式

目前，熱鍍鋅工業(yè)中鋅鍋的加熱方式主要有外加熱、電磁感應(yīng)加熱和內(nèi)加熱三種。采用外側(cè)加熱方式的鋅鍋成本低、制造工藝簡單、升溫快、維修方便，應(yīng)用比較廣泛。但鋅鍋工作時(shí)鋅液腐蝕嚴(yán)重，使用壽命短，消耗很大。電磁感應(yīng)加熱與外加熱相比具有鋅耗低，鍍件質(zhì)量較好，溫差較小等優(yōu)點(diǎn)，但鋅鍋維修困難，熔溝與爐體結(jié)合處容易漏鋅，熔溝壽命短。針對前兩種加熱方式的不足，誕生了熱鍍鋅鍋的內(nèi)加熱方式。所謂的內(nèi)加熱就是將耐鋅蝕加熱器插入鋅池中直接加熱鋅液，加熱效率可高達(dá)90%以上，生產(chǎn)環(huán)境好。內(nèi)加熱的難點(diǎn)在于尋求一種可以阻隔發(fā)熱體與鋅液接觸的傳熱材料，這種材料具有耐鋅液腐蝕、耐高溫且傳熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，可以通過材料直接將熱量傳遞至鋅液深處。采用內(nèi)加熱方式能源利用率高，對應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，方便操作維修，易于提高溫度控制精度。在我國，熱鍍鋅內(nèi)加熱應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的時(shí)間較短，工業(yè)化不成熟。

2 熱鍍鋅鍋的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

原熱鍍鋅鍋鍋壁和端部直接組焊在一塊平行底板上，其中鍋壁、端頭和平行底板均選用08F優(yōu)質(zhì)低碳平面鋼板。此鋅鍋底部的焊縫周圍易變形甚至開裂，鋅鍋使用壽命只有6個(gè)月。且鋅鍋外側(cè)和爐膛外殼的間距為580mm，大于鍋沿寬度400mm，因此鍋沿?zé)o法完全覆蓋爐膛，需另外焊接鋼板加長鍋沿，鋅鍋工作時(shí)外加鍋沿和鋅鍋本體溫差過大，熱脹冷縮不一致性導(dǎo)致鍋沿焊縫出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，導(dǎo)致熔融鋅流入爐膛燒斷電爐絲引起故障。外接鍋沿受熱變形上翹還會(huì)造成爐膛密封不嚴(yán)，導(dǎo)致爐膛熱量損失大，能源利用率低。根據(jù)企業(yè)老廠房改造與治理的實(shí)際情況，在考慮經(jīng)濟(jì)效益、作業(yè)方便等基礎(chǔ)上，對熱鍍鋅鍋的結(jié)構(gòu)實(shí)施了改造。

改進(jìn)措施：第一，鋅鍋選用08F優(yōu)質(zhì)低碳鋼板，鋅鍋是由一段預(yù)彎成U形的鋼板與端頭板組焊而成。其中鋅鍋端頭板包含鋅鍋的端頭立面和小部分側(cè)立面及底面，面與面之間為圓弧過渡，端頭的兩個(gè)底角成球冠面。第二，將鍋沿寬度由400mm加寬到650mm，鍋沿采用和鋅鍋本體相同材料且鍋沿厚度不變。第三，改進(jìn)后鋅鍋尺寸為鍋寬為1200mm，鍋壁厚為50mm，鋅鍋深度為1650mm（鋅鍋深度與寬度比例為1.375），鍋沿寬度為650mm，厚度為24mm，端頭底角直徑為400mm。

3 改進(jìn)后的鋅鍋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

第一，結(jié)構(gòu)改進(jìn)可以使鋅鍋的危險(xiǎn)區(qū)，包括底面與立面的轉(zhuǎn)接處、端立面與側(cè)立面的轉(zhuǎn)接處，產(chǎn)生應(yīng)力集中的傾向大大減小。

第二，改進(jìn)后的鋅鍋只有豎焊縫無橫焊縫，減小了焊縫應(yīng)力腐蝕，且焊縫位置避開了鋅鍋易發(fā)生局部過熱和強(qiáng)烈腐蝕的部位。

第三，改進(jìn)后的鋅鍋可使用自動(dòng)電渣焊技術(shù)，填充電極用與鋅鍋鋼板完全相同的低硅材料軋制或拉制而成。

第四，改進(jìn)后的鋅鍋鍋沿和本體材料一致，熱漲冷縮系數(shù)一致，鋅鍋出廠前進(jìn)行整體退火，鍋沿在工作過程中（特別是化鋅升溫和停爐檢修時(shí)）不易發(fā)生變形。

第五，改進(jìn)后的鋅鍋鍋沿可以完全覆蓋爐膛，減少了爐膛的熱量損失，提高了能源利用率，為企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本。

4 使用效果

經(jīng)過上述分析可以看出，經(jīng)過將近三年的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行表明，鋅鍋的使用壽命由6個(gè)月增加至12個(gè)月。鋅鍋鍋沿保溫性能提高，能耗降低。鋅鍋單位耗電量由2015年的143.65°/t降低到2017年的139.3°/t，能耗減少3%。減少了鍋沿漏鋅的風(fēng)險(xiǎn)，提高了生產(chǎn)的安全性。此次對熱鍍鋅鍋爐進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)和改善值得進(jìn)行廣泛推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]李春燕.清潔高效的熱鍍鋅成套設(shè)備的研發(fā)[J].表面工程資訊，2012，64（03）：26-27.

[2]賀俊光，周旭東，李興霞.國內(nèi)外耐熔融鋅腐蝕材料研究縱橫[J].材料保護(hù)，2004，7（37）：33-35.

[3]苗立賢，苗瀛.實(shí)用熱鍍鋅技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.