張紅田

(新疆八鋼鋼管有限責(zé)任公司)

前言

鋅鍋是熱鍍鋅管和熱鍍鋅構(gòu)件生產(chǎn)的重要設(shè)備,其壽命長(zhǎng)短直接影響熱鍍鋅產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。鋅鍋一般用低碳低硅的鋼板焊接而成,主要牌號(hào)是05F和08F。鋅鍋使用壽命和生產(chǎn)效率受許多因素影響:生產(chǎn)過程中,鋅鍋鐵基材料會(huì)和鋅液反應(yīng),生成鋅鐵合金,對(duì)鋅鍋內(nèi)壁造成腐蝕;在加熱過程中,鋅鍋的內(nèi)外壁存在溫差,會(huì)在鋅鍋厚度方向產(chǎn)生應(yīng)力差;鋅鍋內(nèi)壁(尤其是邊角部位和鋅液位處)會(huì)因鋅鐵合金的積存和附著,導(dǎo)致受熱不均,也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力差;新投用的鋅鍋在加熱升溫熔鋅時(shí)要保證其加熱均勻性,否則會(huì)產(chǎn)生局部過熱;鍍鋅產(chǎn)品單位時(shí)間的產(chǎn)量必須與計(jì)算得出的鋅鍋熱平衡參數(shù)相符,否則會(huì)造成鋅溫過高或待溫。以上情形都會(huì)對(duì)鋅鍋壽命和生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響。一些研究認(rèn)為,為提高鋅鍋使用壽命,可采取鋅鍋材質(zhì)改性、內(nèi)涂工業(yè)陶瓷、雙層復(fù)合材料等方法,但均因工藝復(fù)雜、成本高、能耗大等原因未得到規(guī)模化應(yīng)用[1]。目前熱鍍鋅管和熱鍍鋅構(gòu)件鋅鍋的主要材質(zhì)仍為低碳低硅鋼板,對(duì)低碳低硅鋼板材質(zhì)的熱鍍鋅鍋日常使用、主要操作要點(diǎn)進(jìn)行分析,為提升鋅鍋使用壽命和生產(chǎn)效率提供基礎(chǔ)條件。

1 低碳低硅材質(zhì)鋅鍋的使用

1.1 制作和存放

鎮(zhèn)靜鋼、含碳量和含硅量較高的普通鋼材是不適宜制作鋅鍋的。應(yīng)采用w(C)<0.1%,w(Si)<0.03%的優(yōu)質(zhì)沸騰鋼,同時(shí)避免偏析、雜質(zhì)、夾層、晶粒粗大和裂紋等缺陷。在鋅鍋焊接前對(duì)鋼板進(jìn)行化驗(yàn)、探傷,一般采用E-422焊條(保證化學(xué)成分)進(jìn)行鍋體焊接[2]。焊接后的鋅鍋必須進(jìn)行熱處理,以減小焊接應(yīng)力和加工應(yīng)力,熱處理后的鋅鍋重點(diǎn)對(duì)焊縫和冷彎成型部位再次進(jìn)行無損探傷。鋅鍋冷彎成型時(shí),要確保足夠的圓弧度,避免加工硬化產(chǎn)生過大的加工應(yīng)力。必要時(shí),在鋅鍋外壁靠近加熱爐燒嘴或局部高溫部位加裝防護(hù)板,以減少燒損和氧化。正常情況下,鋅鍋的使用年限為1～2年,產(chǎn)鋼量約4～6萬t。鋅鍋在貯存期間宜加蓋防護(hù),如有冰雪、雨水進(jìn)入鍋內(nèi),必須立即清除,通風(fēng)晾干。在干燥少雨地區(qū),鋅鍋底部可不支墊木,但必須安放在平整的硬質(zhì)地面上。

1.2 熔鋅

熔鋅分為兩種情況:一種是新投用鋅鍋;另一種是因停產(chǎn)后復(fù)產(chǎn)或維修后重復(fù)使用的舊鋅鍋。

1.2.1 新鋅鍋熔鋅

新鋅鍋熔鋅主要是碼鋅和升溫。

(1)碼鋅注意事項(xiàng)。碼鋅宜使用小塊0#鋅錠(鋅含量≥99.995%),鋅錠與鋅鍋內(nèi)壁盡量緊密接觸,并留一定的熱膨脹間隙。鋅鍋底部至少鋪設(shè)兩層以上,內(nèi)側(cè)壁至少鋪設(shè)一層以上,碼鋅高度為鋅鍋深度的65%～75%。新鋅鍋第一次投用時(shí),不建議使用重復(fù)凝固后的鋅錠,也不宜添加鋅鋁合金錠和鉛錠,以確保鋅液的純凈度,避免其他微量元素和外來元素與鋅鍋產(chǎn)生不良反應(yīng),影響鋅鍋壽命。碼鋅如圖1所示。鋅錠碼放不穩(wěn)時(shí),可以用小木條支撐,保證鋅錠間隙和穩(wěn)固。碼鋅熔鋅期間,鍋內(nèi)和鍋沿處嚴(yán)禁灑水、噴水、灌水。

圖1 鋅鍋碼鋅示意圖

(2)升溫操作。新鋅鍋第一次使用時(shí),采取不碼鋅對(duì)空鍋進(jìn)行一次升溫和降溫,點(diǎn)火后必須緩慢加熱。爐溫300℃以下時(shí),每小時(shí)升溫≤15℃。鋅鍋加熱爐爐膛重新砌筑時(shí),在100～200℃,必須有6h恒溫保溫,再經(jīng)過20h勻速升溫至300～330℃,保溫24h。爐溫升至300℃后每小時(shí)升溫≤15℃,勻速升至600℃左右后進(jìn)行?；鸾禍?均勻降至室溫。在此期間著重檢查鋅鍋的外形變化及溫度是否均勻,并根據(jù)檢查對(duì)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,確保鋅鍋整個(gè)鍋體溫差均勻,最大限度消除應(yīng)力。

空鍋經(jīng)升溫和降溫后的鋅鍋經(jīng)檢查確認(rèn)沒有問題后,進(jìn)行碼鋅、熔鋅升溫,這個(gè)過程持續(xù)12天左右,其升溫曲線見圖2。

圖2 新鋅鍋熔鋅升溫曲線圖

新鋅鍋升溫過程主要分為五段(以熱鍍鋅管為例,鋅液終點(diǎn)溫度450℃):第1段,點(diǎn)火后小火加熱48h,爐膛溫度勻速升溫至200℃;第2段,200℃時(shí)保溫48h;第3段,經(jīng)48h勻速升溫到300℃時(shí),保溫48h;第4段,經(jīng)36h勻速升溫到440℃時(shí),保溫36h;第5段,第12天,爐膛溫度保持在600℃左右,鋅液溫度保持在450℃左右,鋅液溫度保持在工作溫度,除鋅土,安裝鍍鋅機(jī),準(zhǔn)備生產(chǎn)。

需要注意的是,爐內(nèi)各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫差應(yīng)≤50℃,熔鋅期間爐膛溫度≤600℃。

1.2.2 舊鋅鍋熔鋅

使用過的鋅鍋或者局部缺陷維修后的鋅鍋,再次使用時(shí),不需要對(duì)空鍋進(jìn)行升溫和降溫,可以直接碼鋅、熔鋅,其升溫和熔鋅時(shí)間可適當(dāng)縮短,以減少時(shí)間消耗、提高作業(yè)率。在配備鋅液儲(chǔ)罐時(shí),可在鋅鍋加熱至420℃時(shí),將儲(chǔ)罐中的鋅液回抽至鋅鍋內(nèi)(鋅液儲(chǔ)罐溫度控制在430～440℃之間),這樣升溫時(shí)間可以進(jìn)一步縮短。其升溫曲線見圖3。

圖3 舊鋅鍋熔鋅升溫曲線圖

舊鋅鍋升溫過程主要分為四段(以熱鍍鋅管為例,鋅液溫度終點(diǎn)450℃,配備鋅液儲(chǔ)罐):第1段,按圖1所示碼鋅,20h勻速升溫到300℃,保溫4h;第2段,20h勻速升溫至440℃,保溫4h;第3段,20h勻速升溫,用測(cè)溫儀測(cè)定鍋內(nèi)壁溫度達(dá)到420℃后,保溫4h,回抽鋅液;第4段,24h勻速升至鋅液工作溫度450℃。

共用時(shí)約120h,鋅液溫度達(dá)到450℃后,保持24h后可以進(jìn)行生產(chǎn)。期間每30min攪動(dòng)一次,攪動(dòng)時(shí)始終沿一個(gè)方向大圈擾動(dòng),使鋅鍋內(nèi)各部位的鋅液溫度盡量均勻。

1.3 溫度控制

鋅鍋運(yùn)行時(shí),必須對(duì)鋅液溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與監(jiān)控。生產(chǎn)熱鍍焊管時(shí)鋅液溫度控制在440～450℃,生產(chǎn)熱鍍鋅構(gòu)件時(shí)鋅液溫度控制在455～465℃。經(jīng)過計(jì)算,不同類別的熱鍍鋅產(chǎn)品的允許供熱強(qiáng)度值及臨界產(chǎn)量見表2。

表2 不同熱鍍鋅產(chǎn)品的允許供熱強(qiáng)度及臨界產(chǎn)量

正常生產(chǎn)時(shí),溫控設(shè)置的幾個(gè)原則:

(1)爐膛溫度不超過700℃;

(2)鋅液溫度控制精度為±5℃,每2h檢查記錄1次;

(3)鋅鍋內(nèi)的熱電偶每周檢查2次,有故障立即更換;

(4)鋅鍋內(nèi)外壁溫度與鋅鍋內(nèi)鋅液溫度的溫差控制在150℃以內(nèi)?？稍阡\鍋蓋板上預(yù)留若干測(cè)溫孔,用手持式測(cè)溫儀測(cè)量鋅鍋外壁溫度。

2 操作和維修要點(diǎn)

2.1 日常操作要點(diǎn)

(1)定期補(bǔ)充鋅錠,以維持鋅液面,補(bǔ)鋅量根據(jù)生產(chǎn)規(guī)格和產(chǎn)量確定;鋅液面至鋅鍋鍋沿距離波動(dòng)范圍控制在100～200mm;補(bǔ)充鋅錠時(shí)需提前預(yù)熱至100～150℃,鋅錠入鍋時(shí)防止鋅液飛濺傷人。

(2)定期清理表面的氧化鋅(表面浮渣),開始生產(chǎn)前需將鋅鍋內(nèi)壁附著的鋅鐵合金清除干凈,防止鋅鍋導(dǎo)熱不均,對(duì)鋅鍋內(nèi)壁造成腐蝕。

(3)鋅鍋內(nèi)的鋅鐵合金由于比重較大、熔點(diǎn)較高,一般以固態(tài)形式沉積在鋅鍋底部,一般稱之為鋅渣或底渣。底渣達(dá)到一定厚度時(shí),鍍鋅機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的鍍件會(huì)粘附底渣,造成產(chǎn)品表面缺陷;底渣積存過多后會(huì)影響鋅鍋導(dǎo)熱,造成局部過熱,加速腐蝕的同時(shí)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,從而影響鋅鍋壽命。一般積存的底渣高度距離鍍鋅機(jī)構(gòu)最低點(diǎn)約100mm時(shí),需要停機(jī)進(jìn)行撈渣作業(yè)。

2.2 鋅鍋維修

鋅鍋內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)腐蝕凹坑、鋅液面不正常降低,同時(shí)煙囪排放大量白煙,可判斷為鋅鍋漏鋅。發(fā)現(xiàn)漏鋅后須立即停止生產(chǎn),并對(duì)鋅鍋漏點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊。一般使用CO2氣保焊機(jī)進(jìn)行補(bǔ)焊,也可采用電弧焊。補(bǔ)焊工藝宜采用逐層疊補(bǔ)填焊。補(bǔ)焊主要參數(shù)見表3。

表3 鋅鍋補(bǔ)焊參數(shù)

補(bǔ)焊注意點(diǎn):

(1)焊材在焊接前進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱溫度不小于200℃;

(2)焊接時(shí)先清除鋅鍋表面粘附的鋅和鋅鐵合金層,打磨至鋅鍋鋼板基層后再進(jìn)行焊接;焊接完成后,對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行打磨,與鋼板原厚度保持一致;焊縫緩冷至室溫,不得急冷;

(3)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)嚴(yán)禁進(jìn)行補(bǔ)焊。

2.3 鋅鍋更換

鋅鍋正常使用超過2年,或累計(jì)產(chǎn)量超過6萬t,或出現(xiàn)鼓包、凹坑、裂縫等嚴(yán)重故障時(shí),需進(jìn)行鋅鍋更換。

其操作要點(diǎn):

(1)更換的鋅鍋在使用前,用機(jī)械方法清除浮銹、氧化皮、雜物,清除面應(yīng)平整、光滑。

(2)為保證吊裝安全便利,可在鍋沿邊部焊接4～6個(gè)吊耳,吊耳對(duì)稱設(shè)置,厚度30～60mm;安裝完畢后去除吊耳,焊接部位打磨平整;二次焊接吊耳時(shí)應(yīng)錯(cuò)位,不得在同一位置焊接。

(3)鋅鍋移動(dòng)時(shí),應(yīng)采取安全可靠的措施謹(jǐn)防鋅鍋跌落、傾斜、側(cè)翻和旋轉(zhuǎn)。

(4)使用前按間距200×200(mm)網(wǎng)格點(diǎn)測(cè)量、記錄各點(diǎn)壁厚。

鋅鍋正常使用期間,每6個(gè)月進(jìn)行一次定修,包括外觀檢測(cè)、表面清理、壁厚測(cè)量、探傷、局部缺陷消除、附件更換等。

3 鋅鍋熱平衡

鋅鍋爐膛加熱帶入的熱量、鍍件和熱損失帶走的熱量經(jīng)熱平衡計(jì)算,可以得出單位時(shí)間內(nèi)不同規(guī)格產(chǎn)品的產(chǎn)量(見表4)。低于這個(gè)產(chǎn)量時(shí),鋅鍋的設(shè)備能力未得到充分發(fā)揮;高于這個(gè)產(chǎn)量時(shí),會(huì)導(dǎo)致鋅液溫降過快,造成停產(chǎn)待溫,并增加了鋅鍋內(nèi)外壁的溫差。在生產(chǎn)過程中需避免這些情況的發(fā)生,才能獲得穩(wěn)定可控的生產(chǎn)節(jié)奏,達(dá)到提高鋅鍋壽命、提高生產(chǎn)效率的目的。

表4 熱鍍鋅焊管單位時(shí)間產(chǎn)量表

續(xù)表4:

4 結(jié)束語

在生產(chǎn)過程中,嚴(yán)格執(zhí)行對(duì)低碳低硅鋼板材質(zhì)的熱鍍鋅鍋日常使用要求及主要操作要點(diǎn)。

熱鍍鋅鍋生產(chǎn)實(shí)踐表明:

(1)鋅鍋采用合適的材質(zhì),制作前后具備完善的檢測(cè)和探傷條件,是確保鋅鍋質(zhì)量的基礎(chǔ)。

(2)正常生產(chǎn)時(shí),合理的鋅鍋的日常操作和維修,有利于提高鋅鍋壽命。

(3)按照鋅鍋熱平衡計(jì)算的結(jié)果確定單位時(shí)間的產(chǎn)量,有利于提高鋅鍋的壽命和提高生產(chǎn)效率。