胡林波

(中電建武漢鐵塔有限公司，湖北 武漢，430011)

0 前言

熱鍍鋅是一種有效的金屬防腐方式。鋼鐵材料經(jīng)過(guò)熱鍍鋅后，其耐腐蝕性能可以提高11～28倍，使用壽命可以達(dá)到25年以上[1-4]。熱鍍鋅鍋是鍍鋅工藝的一個(gè)的關(guān)鍵設(shè)備，其功能是將熔融的鋅液涂覆到鍍件表面，從而形成表面鍍層，提高鋼鐵件的耐腐蝕性能。但是熔融鋅對(duì)鋼鐵材料具有很強(qiáng)的腐蝕性導(dǎo)致熱鍍鋅鍋的使用壽命很短，而熱鍍鋅鍋的使用壽命又會(huì)直接影響到鍍鋅產(chǎn)品的產(chǎn)量和生產(chǎn)成本[5-7]。本文根據(jù)熱鍍鋅鋅層厚度控制技術(shù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，對(duì)某熱鍍鋅鍋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改造，提高了熱鍍鋅鍋的使用壽命，降低了鍍鋅能耗，為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本。

1 國(guó)內(nèi)外熱鍍鋅鍋的技術(shù)現(xiàn)狀

在熱鍍溫度下鋅鍋對(duì)熔融鋅的耐腐蝕性能很差，熱鍍時(shí)鋅鍋中的鐵會(huì)和鋅液反應(yīng)生成鐵鋅合金，導(dǎo)致鋅鍋不斷變薄、變形甚至穿孔，鋅液泄漏和鋅鍋報(bào)廢，鋅耗增加。因此鋅鍋研究的目的是提高鋅鍋的使用壽命，降低能耗，從而降低熱鍍鋅生產(chǎn)成本，最終達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益。近年來(lái)隨著科技的發(fā)展，熱鍍鋅鍋在鋅鍋材質(zhì)、鋅鍋結(jié)構(gòu)和加熱方式等方面有了較大的發(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(zhǎng)短的決定因素之一。國(guó)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(zhǎng)，而我國(guó)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(wèn)題，自上世紀(jì)70年代中期開(kāi)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(duì)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[8-11]。但是，這些措施無(wú)法從根本上解決鋅鍋使用壽命短的問(wèn)題。同時(shí)，無(wú)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(wèn)題，國(guó)內(nèi)應(yīng)用的也不多[12，13]。

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?？煞譃槿N形式。

(1)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。

(2)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2 m以上時(shí)不適合采用此種結(jié)構(gòu)。

(3)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(guó)外的大型鋅鍋多采用這種結(jié)構(gòu)形式，國(guó)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(jiǎn)單、升溫快、維修方便，應(yīng)用比較廣泛[14]。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(duì)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[15-16]。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(guò)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(duì)應(yīng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便操作維修，易于提高溫度控制精度。在我國(guó)，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(kāi)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580 mm，大于鍋沿寬度400 mm，因此鍋沿?zé)o法完全覆蓋爐膛，需另外焊接鋼板加長(zhǎng)鍋沿，鋅鍋工作時(shí)外加鍋沿和鋅鍋本體溫差過(guò)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?tīng)t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(duì)熱鍍鋅鍋的結(jié)構(gòu)實(shí)施了改造，改進(jìn)后的熱鍍鋅鍋結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 改進(jìn)后的熱鍍鋅鍋結(jié)構(gòu)平面示意圖

改進(jìn)措施：(1)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(guò)渡，端頭的兩個(gè)底角成球冠面；(2)將鍋沿寬度由400 mm加寬到650 mm，鍋沿采用和鋅鍋本體相同材料且鍋沿厚度不變；(3)改進(jìn)后鋅鍋尺寸為鍋寬為1 200 mm，鍋壁厚為50 mm，鋅鍋深度為1 650 mm(鋅鍋深度與寬度比例為1.375)，鍋沿寬度為650 mm，厚度為24 mm，端頭底角直徑為400 mm。

3 改進(jìn)后的鋅鍋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)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。

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

(3)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。

(4)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(guò)程中(特別是化鋅升溫和停爐檢修時(shí))不易發(fā)生變形。

(5)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(guò)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。