CN105316615B - 一种精细钢丝热镀锌铝合金的生产线及工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种精细钢丝热镀锌铝合金的生产线及工艺方法，其特征在于该生产线包括按工艺条件依次连接的放线机、助镀槽、高频感应加热装置、锌锅、气体抹试装置、水冷装置和收线机，在高频感应加热装置和锌锅之间设置有前定心调整辊，在锌锅和收线机之间设置有后定心调整辊；所述锌锅为水平溢流式双锌锅结构，包括大锌锅和小锌锅，大锌锅内安装有锌泵，大锌锅采用浸入式合金管电加热，小锌锅采用耐蚀合金锌锅，小锌锅沿生产线方向浸入到大锌锅内，小锌锅上设有锌液入口和溢流口，通过锌泵将大锌锅内的锌液抽入到小锌锅内，通过溢流口将小锌锅内的锌液溢流回大锌锅；所述气体抹试装置包括氮气供给单元、气刀和气刀安装架。

Description

一种精细钢丝热镀锌铝合金的生产线及工艺方法
技术领域
本发明涉及金属制品的防腐蚀技术，具体涉及一种精细钢丝热镀锌铝合金的生产线及工艺方法。
背景技术
现今钢材腐蚀严重，钢材表面热浸镀是钢材防腐最有效的手段之一。目前热浸耐蚀金属镀层主要有锌、铝和锌-铝合金三种镀层,而锌-铝合金是近年来开发的一种优良热浸镀层，它的耐蚀性优于纯锌镀层，而电化学防护性能胜于纯铝镀层，还具有优良的成型性、可焊性和良好的外观。Galfan合金镀层更是由于其良好的耐蚀性能和力学性能为钢丝生产企业所普遍采用。
Galfan合金主要有单浸镀和双浸镀两种工艺。Galfan合金单镀法工艺流程短，节省了能源和物资的消耗，镀层的显微结构也比较容易控制。Luo B H,Bai Z H(Luo B H,BaiZ H,Xie Y Q.The effects of trace Sc and Zr on microstrcture andinternalfriction of Zn-Al eutectoid alloy[J].Materials Science andEngineering A,2004,370:172-176)等人提出,由于Galfan镀液中增加了Al元素，镀液温度、助镀剂类型选择、助镀剂烘干程度、浸镀时间等工艺参数均产生了变化，镀层质量及厚度变化规律不易于探索，而按照传统镀锌工艺参数获得的镀层存在漏镀、毛刺多、锌瘤多等缺陷，所以单镀法工艺一直未被工业生产大规模使用。国内大多数钢丝镀Galfna合金采用先镀锌后镀Galfna合金的双镀法，双镀法已在工业上广泛应用，其不足之处在于该方法生产成本高，由于镀层与基体之间存在比较厚的脆性Fe-Zn合金层导致机械性能差，镀层的韧性、镀层与基体之间的结合力都很低。在钢丝制品竞争激烈的今天,高成本的双镀Galfna合金制品,又很难被市场接受,因此,研究新的生产工艺,降低生产成本,提高镀层的机械性能将大大提高锌铝合金镀层产品的竞争力,对其在我国的推广应用意义重大。
传统的电镀锌具有良好抗疲劳性能，但是耐蚀性较差；而传统热浸镀锌具有良好的耐蚀性能，但过渡层存在硬脆的Fe-Zn合金相，不利于镀锌钢丝后序拉拔。张伦，刘红芳等(电镀锌钢丝绳锌层质量的改善1003-4226,2012.05.007金属制品)采用热镀工艺对精细钢丝进行热浸镀，镀后试样表面质量较差，会出现大量锌瘤堆积现象，且提出的热镀法的热镀锌作业耗能高、耗锌量高，生产成本较高，不利于工业的进一步应用。
目前国内外研制生产粗规格的钢丝较多，并且工艺也成熟，由于较细钢丝抗拉强度小，拉拔过程易断，细钢丝生产中抹试问题一直不能解决，钢丝的上锌量不易控制，易出现锌瘤堆积现象。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种精细钢丝热镀锌铝合金的生产线及工艺方法。该生产线引入高频感应加热装置对钢丝进行烘干预热处理，显著缩短了烘干时间，引入气体抹试装置进行气体抹试，保证了钢丝表面的均匀性，同时对锌锅进行改进，设计为水平溢流式双锌锅结构，能够更好地控制上锌量，能耗低，更方便管理。该工艺方法不仅满足了钢丝耐蚀性的基本要求，还解决了单独Galfan漏镀、锌瘤多等缺陷，也解决了双镀Galfan合金高成本、机械性能差的问题。
本发明解决所述生产线技术问题采用的技术方案是：提供一种精细钢丝热镀锌铝合金的生产线，其特征在于该生产线包括按工艺条件依次连接的放线机、助镀槽、高频感应加热装置、锌锅、气体抹试装置、水冷装置和收线机，在高频感应加热装置和锌锅之间设置有前定心调整辊，在锌锅和收线机之间设置有后定心调整辊；
所述锌锅为水平溢流式双锌锅结构，包括大锌锅和小锌锅，大锌锅内安装有锌泵，大锌锅采用浸入式合金管电加热，小锌锅采用耐蚀合金锌锅，小锌锅沿生产线方向浸入到大锌锅内，小锌锅上设有锌液入口和溢流口，通过锌泵将大锌锅内的锌液抽入到小锌锅内，通过溢流口将小锌锅内的锌液溢流回大锌锅；
所述气体抹试装置包括氮气供给单元、气刀和气刀安装架，在大锌锅内壁上部，且在小锌锅后方安装有气刀支架，气刀支架上安装有气刀，且气刀能在气刀支架上前后移动，氮气供给单元与气刀相连。
本发明解决所述工艺方法技术问题采用的技术方案是：提供一种精细钢丝热镀锌铝合金的工艺方法，该工艺方法使用上述的生产线，具体工艺步骤是：
(1)对直径为0.6-1.2mm的钢丝进行电镀锌处理，得到电镀锌钢丝；
(2)将步骤(1)的电镀锌钢丝装入放线机，控制钢丝走线速度为40-50m/min，在常温下直接浸入助镀槽内的助镀剂中，进行助镀，得到助镀后的钢丝；
(3)经过步骤(2)的钢丝进入高频感应加热装置中，烘干至助镀后的钢丝表面的助镀剂盐膜出现熔融为止；其中高频感应加热装置中的感应加热电流为8-22A；
(4)调整锌锅前后的前定心调整辊和后定心调整辊的位置，将步骤(3)烘干后的钢丝浸入锌锅进行热浸镀；
(5)将步骤(4)热浸镀后的钢丝提出锌锅，在气体抹试装置中进行气体抹试，控制气体抹试中气体温度为380-450℃，气流量为2-4m3/h，气体压力为0.4-0.8MPa；
(6)通过水冷装置采用循环水对步骤(5)处理后的钢丝进行降温冷却，调节收线，实现钢丝热镀锌铝合金。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明生产线中采用高频感应加热装置对钢丝进行烘干及预热，能够快速地将助镀后的钢丝进行烘干，显著缩短烘干时间。
2)本发明生产线采用气体抹试装置，气刀可以在气刀支架上前后移动，可以更方便地调整钢丝的上锌量，氮气供给单元为在线既热加热系统，可以自动设定氮气的加热温度，实现气体温度的自动控制。
3)传统的倾斜式双独立锌锅结构，由于倾斜放置，增加了摆放及设计难度，同时此种锌锅流出的锌液量很大，易发生喷射现象，不好控制；且双独立锌锅为两套加热系统，不易管理，操作麻烦，能耗大，不能有效控制钢丝出口的上锌量。本发明生产线中采用水平溢流式双锌锅结构，由大锌锅为小锌锅供给热量，镀锌时小锌锅的锌液由锌泵从大锌锅里抽出供给，钢丝穿过小锌锅实现镀锌。锌液从小锌锅的溢流口溢流回大锌锅。锌泵为特殊的耐蚀结构，工作时锌泵浸入在大锌锅中，将锌液抽入到小锌锅中。采用变频结合溢流控制方式控制锌泵的流量以保证小锌锅锌液面的高度恒定。
4)对于精细钢丝来说采用传统的木炭抹拭，由于木炭颗粒较大易燃烧，并且镀层均匀性差，因此起不到抹拭效果；而新型的电磁抹拭，由于钢丝较细，电磁场内的高温易使细钢丝烧断或者改变其力学性能。本发明工艺方法采用气体抹试方式，选择热氮气为保护性气体，能够有效控制钢丝的上锌量，并保证了钢丝表面的均匀性。
5)本发明克服了单镀Galfan合金易产生的漏镀的问题，应用电镀法代替双镀法的第一步镀锌，不仅使提高了钢丝的抗疲劳性能及塑性，且该工艺方法得到的产品表面更平整光亮、耐腐蚀性强、镀层组织致密、上锌量高。
附图说明
图1为本发明精细钢丝热镀锌铝合金的生产线一种实施例的工艺流程图；
图2为本发明精细钢丝热镀锌铝合金的生产线一种实施例的锌锅结构示意图；
图中，1.放线机；2.助镀槽；3.高频感应加热；4.前定心调整辊；5.锌锅；6.气体抹试装置；7.水冷装置；8.后定心调整辊；9.收线机；51.大锌锅；52.小锌锅；53.锌液入口；54.锌泵；55.溢流口；61.气刀。
具体实施方式
本发明精细钢丝热镀锌铝合金的生产线(简称生产线，参见图1-2)包括按工艺条件依次连接的放线机1、助镀槽2、高频感应加热装置3、锌锅5、气体抹试装置6、水冷装置7和收线机9，在高频感应加热装置3和锌锅5之间设置有前定心调整辊4，在锌锅5和收线机9之间设置有后定心调整辊8；
所述锌锅5(参见图2)为水平溢流式双锌锅结构，包括大锌锅51和小锌锅52，大锌锅51内安装有锌泵54，大锌锅51采用浸入式合金管电加热，小锌锅52采用耐蚀合金锌锅，小锌锅52沿生产线方向浸入到大锌锅51内，小锌锅52上设有锌液入口53和溢流口55，通过锌泵54将大锌锅51内的锌液抽入到小锌锅52内，通过溢流口55将小锌锅52内的锌液溢流回大锌锅51，控制小锌锅内锌液液面高度恒定；
所述气体抹试装置包括气刀61、氮气供给单元和气刀安装架(图中未标出)，在大锌锅内壁上部，且在小锌锅后方安装有气刀支架，气刀支架上安装有气刀61，且气刀能在气刀支架上前后移动，氮气供给单元与气刀相连。图2中箭头所在直线为待加工的钢丝。
本发明生产线的进一步特征在于所述气刀61的孔径为3mm或6mm。
本发明精细钢丝热镀锌铝合金的工艺方法(简称工艺方法)的具体工艺步骤是：
(1)对直径为0.6-1.2mm的钢丝进行电镀锌处理，得到电镀锌钢丝；
(2)将步骤(1)的电镀锌钢丝装入放线机，控制钢丝走线速度为40-50m/min，在常温下直接浸入助镀槽内的助镀剂中，进行助镀，得到助镀后的钢丝；
(3)经过步骤(2)的钢丝进入高频感应加热装置中，烘干至助镀后的钢丝表面的助镀剂盐膜出现熔融为止；其中高频感应加热装置中的感应加热电流为8-22A；
(4)调整锌锅5前后的前定心调整辊4和后定心调整辊8的位置，将步骤(3)烘干后的钢丝浸入锌锅5进行热浸镀；
(5)将步骤(4)热浸镀后的钢丝提出锌锅5，在气体抹试装置6中进行气体抹试，控制气体抹试中气体温度为380-450℃，气流量为2-4m3/h，气体压力为0.4-0.8MPa；
(6)通过水冷装置7采用循环水对步骤(5)处理后的钢丝进行降温冷却，调节收线(调节收线也就是生产时根据放线速度调节速度)，实现钢丝热镀锌铝合金。
本发明工艺方法的进一步特征在于所述高频感应加热装置中的感应加热电流为12-20A。
本发明工艺方法的进一步特征在于所述助镀剂为热浸镀Galfan合金助镀剂，该助镀剂的组成为：氯化锌100-150g/L，氯化钾20-30g/L，氟化钠10-20g/L，氯化亚锡5-10g/L，羧酸盐阴离子表面活性剂5-15g/L，余量为去离子水。该助镀剂为无烟助镀剂，热浸镀过程几乎没有烟尘冒出。其中，氯化锌可以在镀件表面生成一层致密的保护膜，起到隔离保护的作用，有效防止镀件经除脂、酸洗后工件再次氧化；氯化钾(KCl)可以使盐膜更容易干透，同时减少烟尘的产生，不会对环境带来伤害，满足环保的要求；氟化钠(NaF)的加入可以效防止钢丝的二次氧化，并改善钢基与镀液的浸润性，氟化物在水中的溶解度比较小，本申请中加入氟化钠的量为10-20g/L，可以有效防止钢丝的二次氧化；氯化亚锡(SnCl2)可以与工件表面的铁发生置换反应，在钢基表面生成一薄层锡，保护钢基表面，防止其再次氧化。
本发明采用电镀锌钢丝代替传统热镀锌工艺中的热镀纯锌工艺。应用电镀法代替“双镀法”的第一步镀锌，即先电镀后热镀，显著提高了钢丝的抗疲劳性能及塑性，使得产品表面更平整光亮、耐腐蚀性强。本发明中电镀锌钢丝常温下直接浸入助镀剂，即助镀剂不需要加热，能够进一步清洗钢板表面残留的铁盐和氧化物，同时防止钢基表面再次氧化；使镀液表面的张力减小，改善熔锌对铁的润湿性；抵消氧化锌、氧化铝等氧化物的影响。
本发明在助镀之后，钢丝经过高频感应加热装置烘干。因为熔融的镀液遇带水分的钢丝会引起镀液的爆裂，所以在浸蘸助镀剂后的钢丝在进入锌合金镀液之前需要烘干，将液体状态的助镀剂膜转化为固体状态的助镀剂膜，消除生产过程中存在的安全隐患。高频感应加热装置内有玻璃管，钢丝在其中穿过，钢丝通过高频感应加热装置时，瞬时提供大量热能，将助镀后的钢丝进行烘干加热，至钢丝表面助镀剂盐膜轻微熔融。钢丝经过高频加热之后浸入锌锅热镀，期间应清理锌锅液面氧化物、浮渣等。本发明抹拭方式为气体抹拭，而气体抹拭需要在走丝过程中保持足够的稳定性不能发生抖动，所以需要调整好锌锅前后定心调整辊的位置。本发明采用气体抹拭，通过调节气流量和气体压力，以及走丝速度可以有效控制钢丝的上锌量及钢丝表面质量。热镀锌钢丝在高温下急易氧化，所以经过气体抹拭之后应立即降温冷却，本发明采用循环水冷却。随即张力调节收线，完成钢丝热浸镀。
本发明中所述的精细钢丝是指直径为0.6-1.2㎜的钢丝，本发明工艺方法中步骤(1)为钢丝的电镀工艺，该电镀工艺可采用现有技术，步骤(2)-步骤(6)中始终控制钢丝的走线速度为40-50m/min。
实施例1
本实施例精细钢丝热镀锌铝合金的生产线包括按工艺条件依次连接的放线机1、助镀槽2、高频感应加热装置3、锌锅5、气体抹试装置6、水冷装置7和收线机9，在高频感应加热装置3和锌锅5之间设置有前定心调整辊4，在锌锅5和收线机9之间设置有后定心调整辊8；所述锌锅5为水平溢流式双锌锅结构，包括大锌锅51和小锌锅52，大锌锅51内安装有锌泵54，大锌锅51采用浸入式合金管电加热，小锌锅52采用耐蚀合金锌锅，小锌锅52沿生产线方向浸入到大锌锅51内，小锌锅52上设有锌液入口53和溢流口55，通过锌泵54将大锌锅51内的锌液抽入到小锌锅52内，通过溢流口55将小锌锅52内的锌液溢流回大锌锅51，控制小锌锅内锌液液面高度恒定；所述气体抹试装置包括气刀61、氮气供给单元和气刀安装架，在大锌锅内壁上部，且在小锌锅后方安装有气刀支架，气刀支架上安装有气刀61，且气刀能在气刀支架上前后移动，氮气供给单元与气刀相连。
本实施例应用江苏宝钢精密钢丝有限公司成熟的电镀锌工艺，对钢丝进行电镀，现利用该公司生产的电镀锌钢丝(0.87㎜)进行试验。
该工艺方法的步骤是：
(1)对钢丝进行电镀锌处理，得到电镀锌钢丝(此实施例中采用江苏宝钢精密钢丝有限公司生产的电镀锌钢丝(0.87㎜)，该公司生产的电镀锌钢丝可以商购得到)；
(2)将步骤(1)的电镀锌钢丝装入放线机，控制钢丝走线速度为40-50m/min，在常温下直接浸入助镀槽内的助镀剂中，进行助镀，得到助镀后的钢丝；
(3)经过步骤(2)的钢丝进入高频感应加热装置3中，烘干至助镀后的钢丝表面的助镀剂盐膜出现熔融为止；其中高频感应加热装置中的感应加热电流为14A；
(4)调整锌锅5前后的前定心调整辊4和后定心调整辊8的位置，将步骤(3)烘干后的钢丝浸入锌锅进行热浸镀；
(5)将步骤(4)热浸镀后的钢丝提出锌锅5，在气体抹试装置6中进行气体抹试，控制气体抹试中气体温度为400℃，气流量为2m3/h，气体压力为0.4MPa；
(6)通过水冷装置7采用循环水对步骤(5)处理后的钢丝进行降温冷却，张力调节收线，实现钢丝热镀锌铝合金。
原材料：电镀钢丝，电镀钢丝直径0.87mm
热浸镀锌铝合金的助镀剂组成为：氯化锌100g/L,氯化钾20g/L，氟化钠20g/L，氯化亚锡10g/L，十二烷基甘油醚羧酸盐阴离子表面活性剂15g/L，余量为去离子水。
该试验采用气刀抹拭，气体是具有保护性的热氮气，氮气加热为自动控温加热，气刀距离锌液液面的距离为10-20cm，若距离较大，钢丝冷却速度快，待钢丝的温度降低后抹拭效果较差。
本实施例中采用的钢丝走线速度为40m/min，热浸镀温度为440℃，抹拭气体为氮气，气刀孔径为3mm。
本实施例精细钢丝热浸镀锌铝合金塑性好、表面平整光亮、耐腐蚀性强，且镀层组织致密，过渡层薄，塑性强，有利于进一步的拉拔，抗拉强度为1226MPa，扭转试验达90次，实际工业生产中同种钢丝镀锌后，抗拉强度约为1000MPa，扭转试验75次以上均为合格，本实施例完全满足生产要求，且性能更好。
实施例2
本实施例所用生产线同实施例1，仍应用江苏宝钢精密钢丝有限公司成熟的电镀锌工艺，对钢丝进行电镀，现利用该公司生产的电镀锌钢丝(1mm)进行试验。
该工艺方法的步骤是：
(1)对钢丝进行电镀锌处理，得到电镀锌钢丝(此实施例中采用江苏宝钢精密钢丝有限公司生产的电镀锌钢丝(1㎜))；
(2)将步骤(1)的电镀锌钢丝装入放线机，控制钢丝走线速度为40-50m/min，在常温下直接浸入助镀槽内的助镀剂中，进行助镀，得到助镀后的钢丝；
(3)经过步骤(2)的钢丝进入高频感应加热装置3中，烘干至助镀后的钢丝表面的助镀剂盐膜出现熔融为止；其中高频感应加热装置中的感应加热电流为15A；
(4)调整锌锅5前后的前定心调整辊4和后定心调整辊8的位置，将步骤(3)烘干后的钢丝浸入锌锅进行热浸镀；
(5)将步骤(4)热浸镀后的钢丝提出锌锅5，在气体抹试装置6中进行气体抹试，控制气体抹试中气体温度为400℃，气流量为2m3/h，气体压力为0.5MPa；
(6)通过水冷装置7采用循环水对步骤(5)处理后的钢丝进行降温冷却，张力调节收线，实现钢丝热镀锌铝合金。
本实施例中热浸镀锌铝合金的助镀剂组成为：氯化锌150g/L,氯化钾30g/L，氟化钠15g/L，氯化亚锡5g/L，木质素醇醚羧酸盐阴离子表面活性剂10g/L，余量为去离子水。
本实施例中采用的走线速度为50m/min，热浸镀温度为440℃，抹拭气体为氮气，气刀孔径为6mm。
本实施例的精细钢丝热浸镀锌铝合金塑性好、表面平整光亮、耐腐蚀性强，且镀层组织致密，过渡层薄，塑性强，有利于进一步的拉拔，抗拉强度为1996MPa，扭转试验达120次，实际工业生产中同种钢丝镀锌后抗拉强度约为1800MPa，扭转试验100次以上均为合格，本实施例完全满足生产要求，且性能更好。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种精细钢丝热镀锌铝合金的生产线，其特征在于该生产线包括按工艺条件依次连接的放线机、助镀槽、高频感应加热装置、锌锅、气体抹拭装置、水冷装置和收线机，在高频感应加热装置和锌锅之间设置有前定心调整辊，在锌锅和收线机之间设置有后定心调整辊；
所述锌锅为水平溢流式双锌锅结构，包括大锌锅和小锌锅，大锌锅内安装有锌泵，大锌锅采用浸入式合金管电加热，小锌锅采用耐蚀合金锌锅，小锌锅沿生产线方向浸入到大锌锅内，小锌锅上设有锌液入口和溢流口，通过锌泵将大锌锅内的锌液抽入到小锌锅内，通过溢流口将小锌锅内的锌液溢流回大锌锅；
所述气体抹拭装置包括氮气供给单元、气刀和气刀安装架，在大锌锅内壁上部，且在小锌锅后方安装有气刀支架，气刀支架上安装有气刀，且气刀能在气刀支架上前后移动，氮气供给单元与气刀相连。
2.根据权利要求1所述的精细钢丝热镀锌铝合金的生产线，其特征在于所述气刀的孔径为3mm或6mm。
3.一种精细钢丝热镀锌铝合金的工艺方法，该工艺方法使用权利要求1所述的生产线，具体工艺步骤是：
(1)对直径为0.6-1.2mm的钢丝进行电镀锌处理，得到电镀锌钢丝；
(2)将步骤(1)的电镀锌钢丝装入放线机，控制钢丝走线速度为40-50m/min，在常温下直接浸入助镀槽内的助镀剂中，进行助镀，得到助镀后的钢丝；
(3)经过步骤(2)的钢丝进入高频感应加热装置中，烘干至助镀后的钢丝表面的助镀剂盐膜出现熔融为止；其中高频感应加热装置中的感应加热电流为8-22A；
(4)调整锌锅前后的前定心调整辊和后定心调整辊的位置，将步骤(3)烘干后的钢丝浸入锌锅进行热浸镀；
(5)将步骤(4)热浸镀后的钢丝提出锌锅，在气体抹拭装置中进行气体抹拭，控制气体抹拭中气体温度为380-450℃，气流量为2-4m3/h，气体压力为0.4-0.8MPa；
(6)通过水冷装置采用循环水对步骤(5)处理后的钢丝进行降温冷却，调节收线，实现钢丝热镀锌铝合金。
4.根据权利要求3所述的精细钢丝热镀锌铝合金的工艺方法，其特征在于所述高频感应加热装置中的感应加热电流为12-20A。
5.根据权利要求3所述的精细钢丝热镀锌铝合金的工艺方法，其特征在于所述助镀剂为热浸镀Galfan合金助镀剂，该助镀剂的组成为：氯化锌100-150g/L，氯化钾20-30g/L，氟化钠10-20g/L，氯化亚锡5-10g/L，羧酸盐阴离子表面活性剂5-15g/L，余量为去离子水。
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