本發(fā)明涉及型材及管材鍍鋅技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種型材與管材連續(xù)鍍鋅的裝置及方法。

背景技術(shù)：

鍍鋅是指在金屬、合金或者其它材料的表面覆蓋一層金屬鋅，以起到美觀、防銹等作用的表面處理技術(shù)。鍍鋅后的金屬材料在工業(yè)與民用場合都具有廣泛應(yīng)用，目前主要采用的方法是熱鍍鋅。傳統(tǒng)的型材和管材加工工藝中，成品一般會有空水冷卻的過程，在空氣中堆放冷卻會產(chǎn)生一層氧化鐵皮，因此鍍鋅前必須將這層氧化鐵皮去除。在對型材及管材金屬進行熱鍍鋅時，由于截面的不規(guī)則，而且流程上難以做到類似板帶材的全連續(xù)生產(chǎn)，為了保證鋅層的附著力，一般需要將型材和管材首先經(jīng)過酸洗把表面氧化鐵皮去除干凈，為了防止在生產(chǎn)過程中再次氧化及增強附著力，需要在助鍍液中進行處理，在助鍍液中取出烘干后，再進入鋅鍋，來保證熱鍍鋅層的附著力。但是，這樣處理的鍍件在進入鋅鍋后，殘余在金屬表面的助鍍液與鋅鍋內(nèi)的鋅反應(yīng)而產(chǎn)生大量的鋅土和鋅渣，使得鍍鋅成本增加。此外，使用助鍍液的鍍鋅方式耗時較長，流程繁瑣，鍍鋅層厚度不均等問題。由此，本發(fā)明提出一種采用還原法進行預(yù)處理的型材與管材連續(xù)鍍鋅方法，可以實現(xiàn)在不使用助鍍液的情況下進行高質(zhì)量鍍鋅，并能夠大幅度降低鍍鋅材料的消耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種型材與管材連續(xù)鍍鋅的裝置及方法。利用還原法對型材或管材金屬表面進行處理，還原處理后的鍍件在一定溫度下，通過連續(xù)傳輸在保護氣氛下進入鋅鍋內(nèi)進行鍍鋅，既避免了使用助鍍液帶來的危害，又保證了鋅層的附著力，可以有效降低鋅液損耗。

該裝置包括還原爐、鍍鋅件傳輸裝置、鋅鍋、鋅鍋內(nèi)傳輸裝置、保護氣供氣裝置和控制系統(tǒng)，鍍鋅件傳輸裝置穿過還原爐，將需要鍍鋅的管材或型材傳輸至鋅鍋，還原爐分為加熱段、還原段和冷卻段，冷卻段的末端與鋅鍋重疊，鋅鍋內(nèi)傳輸裝置位于鋅鍋內(nèi)，且位于鋅液液面以下，保護氣供氣裝置向還原爐內(nèi)提供保護氣體，控制系統(tǒng)控制整套鍍鋅裝置的運行。

其中，還原爐包括爐體和加熱部分，還原爐爐體內(nèi)設(shè)置熱電偶檢測爐內(nèi)溫度，熱電偶溫度反饋值送入控制系統(tǒng)中進行閉環(huán)控制；采用天然氣等作為熱源，爐內(nèi)通以一定濃度的還原性氣體(氫氣)和保護性氣體(氮氣)，將爐內(nèi)鍍鋅件加熱到還原溫度，在爐內(nèi)進行還原反應(yīng)，使得爐內(nèi)金屬鍍鋅件的氧化鐵皮得以部分還原；還原爐內(nèi)根據(jù)控溫需求分為三個功能區(qū)段，即加熱段、還原段和冷卻段。加熱段主要完成鍍鋅件的預(yù)熱升溫；還原段是鍍鋅件升溫結(jié)束后的還原反應(yīng)主要發(fā)生段；冷卻段是在為了銜接還原爐與鋅鍋對不同溫度的需求而匹配的過渡段。冷卻段的末端與熱鍍鋅鋅鍋重疊，還原爐爐體的末端深入到熱鍍鋅鋅鍋的鋅液表面中，以減少鋅液暴露在空氣中而被氧化產(chǎn)生鋅渣的損失，熱鍍鋅鋅鍋的鋅液表面僅留有一小部分用于移出鍍鋅件。

鍍鋅件傳輸裝置包括傳送帶、齒輪和擋板，傳送帶通過齒輪傳動，齒輪由電機驅(qū)動，傳送帶上均勻布置擋板，需要鍍鋅的管材或型材放置于相鄰擋板中間。鍍鋅件傳輸裝置由相應(yīng)的機械傳送機構(gòu)和驅(qū)動電機組成，負責將待鍍鋅的型材或管材由前道工序輸送進入還原爐內(nèi)，并完成還原爐內(nèi)的鍍鋅件移動，實現(xiàn)鍍鋅件最終傳輸?shù)戒\鍋的入口位置，并交付鋅鍋內(nèi)傳輸裝置。

保護氣供氣裝置為還原爐提供還原性氣體和保護性氣體，其中，還原性氣體為H₂，保護性氣體為N₂；爐內(nèi)和鍋外氣體氣氛由控制系統(tǒng)通過驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥控制。

鋅鍋內(nèi)放置加熱后的鋅液，鋅鍋內(nèi)設(shè)置熱電偶檢測鍋內(nèi)鋅液溫度，熱電偶溫度反饋值送入控制系統(tǒng)中進行閉環(huán)控制。鋅鍋完成型材或管材的熱鍍鋅過程。

鋅鍋內(nèi)傳輸裝置包括擋板、齒輪和鏈條，且結(jié)構(gòu)與鍍鋅件傳輸裝置相同，鏈條與傳送帶作用相同，鋅鍋內(nèi)傳輸裝置與鍍鋅件傳輸裝置緊密銜接，鋅鍋下游鍍鋅件出口處設(shè)置出鍋吹掃裝置。鋅鍋內(nèi)傳輸裝置負責完成將還原后的鍍鋅件連續(xù)移入鋅鍋中，經(jīng)控制系統(tǒng)設(shè)定的鍍鋅流程及預(yù)訂時間完成鍋內(nèi)鍍鋅操作后，再將鍍鋅件移出鋅鍋進行后續(xù)處理。

控制系統(tǒng)由計算機處理器和信號I/O接口組成，負責完成還原爐內(nèi)的溫度閉環(huán)控制、鍍鋅件傳輸裝置和鋅鍋內(nèi)傳輸裝置的邏輯與節(jié)奏控制、還原爐和鋅鍋提供所需還原與保護氣氛控制等。

采用該裝置進行鍍鋅的方法，具體為：管材或型材置于鍍鋅件傳輸裝置上，傳輸至還原爐內(nèi)，在還原爐內(nèi)管材或型材表面氧化層與還原性氣體進行反應(yīng)，表面的氧化層得到還原，然后，通過傳送帶進入鋅鍋完成鍍鋅，鍍鋅完成后，通過鋅鍋內(nèi)傳輸裝置傳輸出鍋，出鍋時通過出鍋吹掃裝置對鍍鋅后的管材或型材進行表面吹掃。

通過與板材在連續(xù)流程下的鍍鋅流程對比可以發(fā)現(xiàn)，當金屬材料表面不存在氧化層，即表面基本為純鐵，且金屬鍍件本體溫度與鋅液溫度相同或略高時，鋅層的附著力及鍍鋅效果可以達到理想狀態(tài)。

本發(fā)明采用連續(xù)的鍍鋅流程裝置設(shè)計，其中還原爐與鋅鍋并列連續(xù)放置，還原爐與鋅鍋入口及鍋內(nèi)傳輸裝置采用協(xié)同一體化動作，鍍鋅件全程采用還原性氣氛保護，由獨立的控制器完成傳送裝置的速度、位置等控制，同時完成還原爐與鋅鍋的溫度、保護及還原氣體氣氛含量等控制。

本發(fā)明所涉及的基本原理是，利用待鍍鋅件在還原爐加熱氣氛中利用氧化鐵皮在升溫過程中的相變，通過調(diào)整升溫工藝，控制加熱速率和溫度實現(xiàn)對還原時氧化鐵皮組織中氧化鐵皮結(jié)構(gòu)的控制，以得到最適宜鍍鋅的鍍鋅件溫度和表面組織成分。如果升溫速率太低，將會降低生產(chǎn)效率；加熱速率又不易過快，氧化鐵皮的相變需要一段時間才能完成，當鍍鋅件加熱至還原溫度時，相變尚未完成，如要達到所要求還原效果，就需要延長時間保溫，如此會降低生產(chǎn)效率，同時增加還原加熱段長度，還將造成能量的浪費。

經(jīng)測試，還原爐內(nèi)升溫至550攝氏度還原后，型鋼與管材金屬的氧化鐵皮還原效果最好。進行保溫還原后的金屬表面氧化鐵皮全部被還原為鐵，而且被還原的鐵會覆蓋在金屬表面。本發(fā)明采用在10％～15％濃度的氫氣氣氛中進行還原反應(yīng)，經(jīng)過60s左右完成還原過程。還原溫度不宜太低，如果還原溫度過低，則還原反應(yīng)速率較低，需要較長的時間才能完成還原過程，將導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低，同時增加還原爐的體積；而且低溫還原純鐵后可能形成多孔鐵，不利于鋅層的附著性；如果還原爐內(nèi)溫度過高，又會造成能源的浪費，且不利于帶鋼的力學性能。一般氫氣體積濃度應(yīng)該控制在10％～15％，如果氫氣濃度過低，會造成還原反應(yīng)驅(qū)動力不夠，造成還原速率慢，還原時間長。試驗表明，經(jīng)過這種還原爐后其表面氧化鐵皮將被還原為純鐵，這層還原產(chǎn)物與基體緊密接觸，為后續(xù)的熱鍍鋅附著性提供良好條件。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

上述方案中，不需要在鍍鋅件表面涂助鍍液，避免助鍍液殘留于鋅液形成鋅土，高效的還原爐及鋅鍋內(nèi)的傳送裝置可以極大的節(jié)約生產(chǎn)時間，鋅鍋的保護氣氛進一步減少了高溫鋅液的氧化渣，有效降低了生產(chǎn)成本。相對于現(xiàn)有方法，不再需要使用助鍍液，并且爐內(nèi)的傳送裝置及溫度和氣體氣氛含量受控于控制器，縮短了生產(chǎn)時間，具體體現(xiàn)在：

1、不需要在鍍鋅件表面涂助鍍液，避免助鍍液殘留于鋅液形成鋅土?？梢杂行Ы档蜕a(chǎn)工藝對環(huán)境的影響。

2、控制器控制爐內(nèi)的氣體氣氛，使爐內(nèi)還原反應(yīng)最大化。鋅鍋的保護氣氛進一步減少了高溫鋅液的氧化渣，有效降低了生產(chǎn)成本。

3、高效的還原爐及鋅鍋內(nèi)的傳送裝置可以極大的節(jié)約生產(chǎn)時間。該裝置允許批量流水線式鍍鋅，集中控制器控制工藝進程，完整的傳送裝置以及高溫還原方法，使鋅層的附著力比原鍍鋅工藝大大提高。能夠降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的型材與管材連續(xù)鍍鋅的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的還原爐內(nèi)主要結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3為本發(fā)明的鋅鍋內(nèi)主要設(shè)備布置示意圖；

圖4為本發(fā)明的帶有還原爐的連續(xù)鍍鋅流程圖；

圖5為本發(fā)明的控制系統(tǒng)功能示意圖。

其中：1-還原爐；2-鍍鋅件傳輸裝置；3-鋅鍋；4-鋅鍋內(nèi)傳輸裝置；5-保護氣供氣裝置；6-控制系統(tǒng)；7-鋅液；8-出鍋吹掃裝置；9-擋板；10-齒輪；11-傳動帶；12-管材或型材；13-電機；14-鏈條。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發(fā)明提供一種型材與管材連續(xù)鍍鋅的裝置及方法。

如圖1所示，該裝置中鍍鋅件傳輸裝置2穿過還原爐1，將需要鍍鋅的管材或型材12傳輸至鋅鍋3，還原爐1分為加熱段、還原段和冷卻段，冷卻段的末端與鋅鍋3重疊，鋅鍋內(nèi)傳輸裝置4位于鋅鍋3內(nèi)，且位于鋅液7液面以下，保護氣供氣裝置5向還原爐1內(nèi)提供保護氣體，控制系統(tǒng)控制整套鍍鋅裝置的運行。

圖4所示為帶有還原爐的連續(xù)鍍鋅流程圖，所涉及到的熱浸鍍鋅生產(chǎn)線前后工藝設(shè)備主要包括酸洗池、入口水洗池、還原爐1、熱鍍鋅鋅鍋3、出口冷卻水及氣吹、產(chǎn)品打包等。其中上料裝置與酸洗池相連、酸洗池與水洗池相連、水洗池與還原爐1相連，還原爐1與鋅鍋3相連。設(shè)備之間通過傳輸裝置傳輸鍍鋅件，還原爐1與鋅鍋3內(nèi)部也配備傳輸裝置，負責鍍鋅件的位置控制。所有設(shè)備通過控制器集中控制。型材和管材通過上料裝置進入傳輸設(shè)備上，進入酸洗池，洗去鍍鋅件表面雜質(zhì)，再經(jīng)水洗池水洗，洗去酸液，排除雜質(zhì)成分對鍍鋅件鍍鋅的干擾，鍍鋅件從水洗池取出后進入還原爐。

如圖1所示為還原爐及鋅鍋區(qū)域工藝布置示意圖。還原爐1與熱鍍鋅鋅鍋3部分是完成鍍件的鍍鋅的重點工作區(qū)域。鍍鋅件傳輸裝置2由相應(yīng)的機械傳送機構(gòu)和驅(qū)動電機組成，負責將待鍍鋅的型材或管材由前道工序輸送進入還原爐1內(nèi)，并完成還原爐1內(nèi)的鍍鋅件移動，實現(xiàn)鍍鋅件最終傳輸?shù)戒\鍋的入口位置；其內(nèi)部的保護氣裝置為還原爐1和鋅鍋3提供所需的還原性氣體(氫氣)和保護性氣體(氮氣)，爐內(nèi)和鍋外氣體氣氛由控制系統(tǒng)6通過驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥控制。此部分的主要工藝流程為：鍍件經(jīng)還原爐入口傳送裝置進入還原爐1，還原爐1內(nèi)充有還原保護氣體，氣體氣氛由氫氮氣體組成。在加熱段迅速將鍍鋅件的溫度加熱到還原溫度，并發(fā)生部分還原反應(yīng)；保溫段是氫氣與鍍件表面的氧化層進行還原反應(yīng)的重點區(qū)域；經(jīng)控制系統(tǒng)設(shè)定的工藝時間后，鍍鋅件從還原爐的保溫段進入冷卻段，在該區(qū)域逐步降低鍍鋅件溫度至鋅鍋匹配溫度。后續(xù)進一步利用鍍鋅件傳輸裝置2將鍍件送入鋅鍋內(nèi)傳輸裝置4，實現(xiàn)鍍鋅件在鋅鍋內(nèi)的鍍鋅反應(yīng)后按邏輯流程移出鋅鍋。

圖2所示為還原爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。鍍鋅件傳輸裝置2包括傳送帶11、齒輪10和擋板9，傳送帶11通過齒輪10傳動，齒輪10由電機13驅(qū)動，傳送帶11上均勻布置擋板9，需要鍍鋅的管材或型材12放置于相鄰擋板9中間。根據(jù)還原爐的功能和控溫需求分為三個區(qū)段，即加熱段、還原段和冷卻段。加熱段主要完成鍍鋅件的預(yù)熱升溫；還原段是鍍鋅件升溫結(jié)束后的還原反應(yīng)主要發(fā)生段；冷卻段是在為了銜接還原爐與鋅鍋對不同溫度的需求而匹配的過渡段，且冷卻段與熱鍍鋅鋅鍋直接對接，以實現(xiàn)鋅鍋內(nèi)鋅液的保護性氣氛覆蓋，降低氧化損失。鍍鋅件通過傳輸裝置依次經(jīng)過這三個部分，首先進入加熱段，鍍鋅件在此段溫度升高至還原反應(yīng)適宜的溫度。經(jīng)實驗測試，采用天然氣等作為熱源，加熱溫度至550攝氏度，可以達到最佳的還原效果，爐內(nèi)通以一定濃度的還原性氣體(氫氣)和保護性氣體(氮氣)。本發(fā)明采用在10％～15％濃度的氫氣氣氛中進行還原反應(yīng)，經(jīng)過60s左右完成還原過程。鍍鋅件在還原段充分還原鍍鋅件表面的氧化產(chǎn)物，進行保溫還原后的金屬表面氧化鐵皮全部被還原為鐵，而且被還原的鐵會覆蓋在金屬表面，為后續(xù)的鍍鋅件鍍鋅做準備。還原爐爐內(nèi)設(shè)置有熱電偶檢測爐內(nèi)溫度，熱電偶溫度反饋值送入控制系統(tǒng)中進行閉環(huán)控制。控制器實時控制爐內(nèi)溫度和氣體含量。鍍鋅件在還原段徹底還原后，進入冷卻段，對鍍鋅件進行降溫，降溫至鋅鍋內(nèi)溫度，避免溫度過高或過低的情況下，鍍鋅件進入鋅鍋產(chǎn)生過量氣體或殘渣，有助于減少廢氣固的排放。

圖3所示為熱鍍鋅鋅鍋設(shè)備的內(nèi)部布置示意圖。鋅鍋3內(nèi)放置加熱后的鋅液7，鋅鍋3內(nèi)設(shè)置熱電偶檢測鍋內(nèi)鋅液7溫度。鋅鍋內(nèi)傳輸裝置4包括擋板9、齒輪10和鏈條14，且結(jié)構(gòu)與鍍鋅件傳輸裝置2相同，鏈條14與傳送帶11作用相同，鋅鍋內(nèi)傳輸裝置4與鍍鋅件傳輸裝置2緊密銜接，鋅鍋3下游鍍鋅件出口處設(shè)置出鍋吹掃裝置8。鍍鋅件從還原爐的冷卻段輸出進入鋅鍋內(nèi)，在鋅鍋完成型材或管材的熱鍍鋅過程，內(nèi)部的傳輸裝置設(shè)置有擋板、齒輪、鏈條。擋板固定于傳送帶上，有效分隔鍍鋅件之間的間距、固定鍍鋅件的位置，使鍍鋅件在傳輸裝置上穩(wěn)定運輸。齒輪與鏈條完成傳輸裝置的循環(huán)輪轉(zhuǎn)的運動過程，有效節(jié)省傳輸裝置所占據(jù)的鋅鍋空間。鋅鍋內(nèi)傳輸裝置與鍍鋅件傳輸裝置緊密銜接，負責完成將還原后的鍍鋅件連續(xù)移入鋅鍋中，按順序依次將鍍鋅件移入鋅鍋內(nèi)，完成鍍鋅操作?？刂葡到y(tǒng)設(shè)定傳送帶的移動及暫停的時間間隔，是鍍鋅件充分并均勻的鍍鋅。在設(shè)定的時間完成鍋內(nèi)鍍鋅操作后，將鍍鋅件移出鋅鍋。鋅鍋內(nèi)放置有加熱后的液態(tài)金屬鋅，要求鋅液面完全高于傳輸裝置。鍍鋅件進入鋅鍋后浸于鋅液中，鋅鍋內(nèi)傳輸裝置的鏈條與齒輪的運動過程可實現(xiàn)連續(xù)鍍鋅。熱鍍鋅鋅鍋內(nèi)部設(shè)置有熱電偶檢測鍋內(nèi)鋅液溫度，熱電偶溫度反饋值送入控制系統(tǒng)中實現(xiàn)對鋅鍋內(nèi)溫度的閉環(huán)控制。

經(jīng)傳送裝置從鋅鍋中移出的鍍鋅件，進入循環(huán)冷卻水中充分冷卻，使其溫度降為室溫，冷卻后的鍍鋅件在流水線上成品打包，至此鍍鋅件完成所有的鍍鋅過程。

圖5為實現(xiàn)整個連續(xù)鍍鋅控制的控制器功能示意圖?？刂葡到y(tǒng)由計算機處理器和信號I/O接口組成，負責完成還原爐內(nèi)的溫度閉環(huán)控制、鍍鋅件傳輸裝置和鋅鍋內(nèi)傳輸裝置的速度、邏輯與位置控制、還原爐和鋅鍋提供所需還原與保護氣氛含量等控制。上述所有工藝設(shè)備均受控于計算機控制器，使之成為一個整體無間斷的完成鍍鋅件的鍍鋅工作?？刂破髟阱冧\工藝中的功能主要有：還原爐爐溫控制、入口段速度控制、保溫段速度控制、鍋內(nèi)傳輸裝置位置控制、氣體氣氛控制?？刂破魍ㄟ^控制氫氮進氣口和排氣口，實時控制爐內(nèi)的氫氮含量，使其含量比控制在規(guī)定范圍內(nèi)，高質(zhì)量完成型材及管材的還原工作；此外，控制器還需要協(xié)同鍍鋅件的溫度與傳輸速度邏輯匹配，使鍍鋅件入鋅鍋時的溫度與鋅液溫度基本相同，避免產(chǎn)生過量煙霧，符合環(huán)保要求。

采用這種帶有還原爐的連續(xù)熱鍍鋅方法后，鍍鋅件表面不需要再進行涂助鍍液操作，避免助鍍液殘留于鋅液在鋅鍋中形成鋅土，高效的還原爐及鋅鍋內(nèi)的傳送裝置可以極大的節(jié)約生產(chǎn)時間，鋅鍋的保護氣氛進一步減少了高溫鋅液的氧化渣，能夠有效降低了生產(chǎn)成本。經(jīng)實驗測試，該方法的使用能夠提高生產(chǎn)效率30％倍，減少鍍鋅原料損失60％～70％。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。