При промывании полосы и проволоки применяют струйно-возвратный и эффективный струйный способы. Промывание целесообразно осуществлять водовоздушной плоской струей толщиной около 20 мм, подаваемой под углом 30—35° к поверхности промываемого металла. Иногда для улучшения очистки промывание проводят в щеточно-моечных машинах.
Предельное содержание примесей в промывной воде зависит от их свойств. Если эти примеси не образуют нерастворимых соединений с рабочим раствором, то их содержание может достигать 3—5 г/л. В противоположном случае концентрация нерастворимых соединений должна быть ниже предела растворимости. В литературе опубликованы требования, предъявляемые к качеству промывной воды.
Для промывания проката из углеродистых сталей после травления применяют воду с рН = 6—9, общей жесткостью до 50 ммоль/л с сухим остатком 5 г/л, в том числе до*
1 г/л хлоридов, до 3 г/л сульфатов, до 0,1 г/л железа общего.
1.2. Флюсование
Хорошо протравленные и промытые изделия поступают на заключительную подготовительную операцию — флюсование. Ее проводят для удаления солей и оксидов металлов с поверхности цинкуемого изделия, а также с поверхности расплавленного цинка в месте погружения изделия и, кроме того, для улучшения смачивания поверхности изделия расплавленным цинком путем снижения поверхностного натяжения расплава цинка. Летучие соединения, образующиеся при разложении флюса, способствуют механическому удалению загрязнений на зеркале ванны и создают нейтральную атмосферу в месте погружения изделий в расплав цинка.
В качестве флюса при цинковании в расплаве чаще всего используют смесь из солей хлористого аммония (NH4C1) я хлористого цинка (ZnCl2). Основную роль в таком флюсе играет хлористый аммоний, так как он является поставщиком газообразных хлоридов, образующихся при разложении NH4CI при контакте с расплавленным цинком:
NH4C1-- NH3+HCl
Эта реакция идет в присутствии влаги, которая в большем или меньшем количестве всегда присутствует на изделиях. Влага способствует разложению хлористых солей с образованием активной соляной кислоты. Хлористый водород взаимодействует с оксидом железа , цинка и других элементов, присутствующих на поверхности изделий и на зеркале ванны:
FeO + 2HCl--FeCl2 + H2O,
ZnO + 2HCl--ZnCl2 + Н2О.
Большинство образующихся хлоридов (алюминия, олова, сурьмы, FeCl3) испаряются, так как имеют более низкую температуру кипения, чем температура расплава цинка.
С хлоридом железа (FeCl2) связано образование гарт-цинка — нежелательного продукта процесса горячего цинкования. При контакте с расплавленным цинком FeCl2 восстанавливается до железа: FeCl2 + Zn--Zn Cl2 + Fe.
Образовавшееся железо, взаимодействуя с жидким цинком,переходит в гартцинк, который осаждается на дно ванны цинкования. С увеличением количества железных солен резко увеличивается образование гартцинка. Это еще раз подтверждает необходимость хорошей промывки изделий после операций травления и декапирования.
В практике цинкования в расплаве цинка сложилось два основных процесса: «мокрый» способ цинкования и «сухой». В связи с этим и флюсовую обработку изделий выполняют двумя способами: в расплавленном флюсе или в водном растворе флюса с последующей его сушкой.
Расплавленный флюс готовят из смеси сухих солей (% по массе): NH4C1 (55,4) и ZnCl2 (44,6). Целесообразно применять готовую соль ZnCl2 • 3NH4Cl. Это более удобно, экономично, при этом снижается дымообразование.
Для поддержания активности флюса в него добавляют глицерин, древесные опилки, оксид цинка и другие добавки. Они предотвращают быстрое уменьшение аммиака во флюсе, делают его пенистым.
Применяют флюс, состоящий из ZnCl2-3NH4Cl с добавкой 6 % глицерина, или флюс, следующего состава, % (по массе): NH4C1—42—43; ZnCl2—42—43; ZnO—13—14.
При «сухом» способе цинкования флюсовую обработку стальные изделия проходят в водном растворе флюса с последующей сушкой в специальных сушильных печах (сушилах).
Основные составляющие водных растворов флюсования — хлорид цинка и хлорид аммония. Для повышения эффективности раствора флюсования в него добавляют различные поверхностно-активные вещества (например, ОП-7, ОП-10, сульфопонат). Растворы флюсования подогревают до 50—60 °С, что улучшает обработку изделий и способствует более быстрому высыханию флюса. Подогрев раствора обычно осуществляют паром, который пропускают через змеевик, уложенный на дно ванны флюсования.
Растворы флюсования контролируют по содержанию хлорида цинка и хлорида аммония, железа, а также по плотности и кислотности. Для поддержания необходимой кислотности флюса на дно ванны флюсования помещают чушки цинка. Следует строго следить за содержанием железа в растворе флюсования, так как его увеличение ведет к повышению образования гартцинка. Обычно, если содержание железа достигает 1,5—2 г/л в растворе флюсования, его направляют на регенерацию. После регенерации и корректировки раствор можно снова использовать для обработки изделий. Заключительная стадия флюсовой обработки — сушка флюса.
В процессе сушки на поверхности изделий образуется равномерный высушенный слой флюса. При этом происходит подогрев изделий, что облегчает нагрев ванны цинкования и улучшает технико-экономические показатели ее работы. Кроме того, образующаяся плотная пленка из солей предохраняет поверхность изделий от окисления до-погружения их в расплавленный цинк. Когда слой флюса достаточно высушен, исключаются всплески расплавленного цинка при погружении изделий в ванну цинкования.
Сушку офлюсованных изделий проводят в сушильных печах (камерах) с газовым или электрическим обогревом. Температура в печи и продолжительность обработки должны обеспечивать полное высыхание флюса на изделии. При использовании водных растворов флюсования на основе хлорида цинка и хлорида аммония оптимальная температура поверхности изделия 120—150 °С (флюс сохраняет свои свойства, не происходит его разложение). В связи с этим режим сушки устанавливают в каждом конкретном случае в зависимости от массы и вида изделий.
1.3. Особенности подготовки полосовой стали
Особо следует остановиться на подготовке поверхности при цинковании полосы.
Общая загрязненность поверхности полосовой стали в исходном состоянии может достигать 1800 мг/м2. Количество и вид загрязнений зависят от многих факторов, главными из которых являются условия горячей прокатки, травления, холодной прокатки, материал прокатной смазки. Загрязнения на поверхности холоднокатаной стали делятся на механические (продукты износа металла — металлическая пыль) и жировые (остатки прокатной смазки). Кроме того, при травлении горячекатаной стали образуются загрязнения в виде остатков солей железа неорганических кислот, например, FeCl3 FeSO4, Fe2(SO4)3.
Поверхность полос, отожженных в колпаковых печах, может иметь загрязнения от термического разложения смазки и остатки металлической пыли. После отжига полос непрерывным способом на их поверхности могут быть остатки сухих компонентов от моющих растворов, чаще всего содержащих гель кремниевой кислоты.
Требования к чистоте поверхности полосовой стали перед цинкованием высоки и в соответствии с ними загрязненость должна быть менее 40 мг/м2.
Современные агрегаты непрерывного горячего цинкования оснащены необходимыми средствами для подготовки поверхности полосы. В зависимости от способа горячего цинкования и конструкций агрегатов применяют разные методы подготовки поверхности полосы.
1.3.1. Химическая подготовка
Подготовка поверхности полосы с применением обезжиривающих растворов проводится по схеме: химическое и (или) электрохимическое обезжиривание, промывка и сушка .
Операцию химического обезжиривания осуществляют в один или два этапа — замочка и щеточно-моечная обработка. Основное назначение замочки — снизить вязкость и поверхностное натяжение жировой пленки и, таким образом, ослабить ее связь с основой и частично оторвать от поверхности металла. Щеточно-моечная обработка со струйной подачей обезжиривающего раствора предназначена для более полного удаления оставшейся части жировой фракции загрязнений, при этом за счет механического воздействия капроновых щеток сталь очищается от механических примесей.
Электрохимическое обезжиривание применяется для окончательной очистки полосы от последних следов загрязнений, находящихся в микроуглублениях ее поверхности. Режимы электрохимической очистки различны и для конкретных условий производства определяются экспериментальным путем.
На некоторых агрегатах цинкования после обезжиривания проводят химическое или электрохимическое травление в слабых растворах кислот. Основное назначение этой операции — активация поверхности стали за счет стравливания возможных оксидных пленок.
В настоящее время для обезжиривания поверхности полос в агрегатах цинкования используют, в основном, щелочные растворы и иногда органические растворители. В качестве основных компонентов водных щелочных растворов применяют гидроксиды (NaOH, КОН), карбонаты ;(Na2CO3, СаСОз), фосфаты (Na3PO4, Na2HPO4, Na4P2O7, Na2H2P2O7, Ка5Рз0ю), силикаты (Na2Si03, Na2Si205) и др. Для обеспечения эмульгирования и смачивания в раствор обезжиривания вводят поверхностно-активные соединения.
После электрохимического обезжиривания следует двухступенчатая струйная промывка полосы. Температура воды в ваннах промывки первой ступени 60—65, второй ступени 90—95 °С. Сушку полосы производят горячим (85— 90 °С) воздухом.