CN1786280A - 预应力线材表面处理工艺 - Google Patents

Abstract

预应力混凝土用钢绞线用线材的表面处理工艺，属于对金属线材的表面处理。线材在连续运动状态下完成以下步骤：先经机械剥壳、矫直和高压水冲洗，然后进行硫酸电解酸洗，再经高压水冲洗、清水漂洗、热水漂洗后进行磷化涂层，然后热水漂洗，再进行硼化后进入拉丝机拉丝。去除氧化铁皮的效果好，酸洗工艺简化，磷化涂层质量稳定，线材品质提高。实现了线材从表面处理到拉丝的连续化生产作业，生产条件改善，生产效率大幅度提高。基本杜绝了对环境的污染，也延长了设备的使用寿命，降低了生产成本。不仅适用于预应力钢绞线专用线材的表面处理，也适用于普通线材的表面处理。

Description

预应力线材表面处理工艺

所属技术领域

本发明涉及线材的加工或处理，具体来说是在制作预应力混凝土用钢绞线所使用的线材时，对其进行表面处理的生产工艺。也涉及普通线材的表面处理工艺。

背景技术

在拉丝前对线材进行表面处理，是生产预应力混凝土用钢绞线产品的一个非常重要的工序。传统的线材进行表面处理的方式是：间歇式盐酸化学酸洗+磷化涂层的方式，采用吊车将线材放入盐酸池中浸泡酸洗，然后再将其放入磷化池内磷化，达到消除线材表面氧化铁皮并附着润滑载体的目的。经表面处理后的线材离线干燥后进入拉丝机生产。其优势是：能根据线材的表面状况和用途，合理控制盐酸化学酸洗和磷化涂层的时间，达到满足不同要求的目的。但在前述的处理方式中，首先由于线材是整卷放入磷化池内，线材间相互接合部位的磷化效果较差，线材表面的磷化质量不稳定；特别是为了保证后续拉丝作业的连续性，一卷线材的尾部要与另一卷线材的头部进行对焊连接，这时在焊接部位的磷化涂层就会被破坏，形成明显的磷化涂层断点。它不仅影响线材的表面质量，而且由于在该断点缺乏磷化涂层的润滑作用，在拉丝中线材表面容易出现划伤条纹如竹节纹等，更会对拉丝模具造成破坏，影响拉丝模具的使用寿命。其次，由于盐酸具有很强的挥发性和强烈的腐蚀性，极易造成环境的污染，损害人体的身心健康，并大大地缩短了设施的使用寿命。而且，排放废旧的盐酸时，需要配备费用高且寿命短的盐酸回收中和处理系统，生产成本较高。第三，由于采用间歇式作业方式，生产周期长，作业率较低，操作人员劳动强度大，线材表面处理的质量低，不能充分体现现代企业的生产模式。

发明内容

本发明的目的是针对传统的对线材进行表面处理的方式所存在的弊端，结合预应力混凝土用钢绞线高强度、低松弛的特点及对所使用线材的特殊要求，首先提高自动化程度，改善产品通条的质量，其次要解决环境污染问题，同时，要降低操作工人的劳动强度，进而提供一种预应力线材表面处理工艺。

本发明的技术解决方案是：预应力线材表面处理工艺，包括酸洗和磷化涂层，线材在连续运动状态下完成以下步骤：先经放线、机械剥壳、矫直和高压水冲洗，然后进行硫酸电解酸洗，再经高压水冲洗、清水漂洗、热水漂洗后进行磷化涂层，然后热水漂洗，再进行硼化后进入拉丝机拉丝。

本发明线材的连续运动是由拉丝机的拉丝动作所带动的。

本发明所述的机械剥壳步骤是采用两组以上的滚轮组来交错滚压并折弯线材。

本发明酸洗前、后的高压水冲洗步骤中，高压水的压力为0.4-0.6公斤/厘米²，在高压水冲洗区域内设有回收氧化铁皮的沉淀池。

本发明硫酸电解酸洗步骤中的酸洗液是浓度10-20％的稀硫酸，在电解槽和线材上均连接有电极，采用阴阳极交换电解法电解，电解槽上设有与储酸槽连通的进酸管道和排酸孔，且在进酸管道上设有酸泵，线材在电解槽内的酸洗时间为10-15秒。

本发明磷化涂层前、后的热水漂洗步骤中热水的温度为60-80℃，线材在热水中加热的时间为6-8秒。

本发明的磷化涂层步骤中，磷化槽内的磷化液为快速磷化液，磷化槽上设有与储液槽连通的进液管道和排液管道，且在进液管道上设有泵，磷化槽内磷化液的温度为75-90℃，线材在磷化槽内磷化的时间为25-35秒。

本发明的硼化步骤中硼化温度为80-90℃，线材经过硼化的时间为6-8秒。

本发明在硼化步骤完成后对线材进行烘干，烘干温度为80-100℃。

本发明的有益效果：1是采用在线机械剥壳+硫酸电解酸洗+快速磷化涂层的方式对预应力混凝土用钢绞线线材进行连续表面处理，并直接进入拉丝机的表面处理工艺。实现了线材从表面处理到拉丝的连续化生产作业，减少了中间周转环节，减轻了操作人员的劳动强度。生产效率可以大幅度提高，若进一步完善控制系统，可以建立由计算机控制的钢绞线自动化生产线，其产品质量和产量还可进一步提高。而且本工艺方法不仅适用于预应力钢绞线专用线材的表面处理，也能兼容其他金属制品的如普通线材的表面处理。2是通过采用机械剥壳的方法先期去除了线材表面大部分的氧化铁皮，降低了酸洗的工艺负荷，同时采用硫酸电解酸洗，通过电化学反应所产生的氢气来剥离附着在钢基上的氧化铁皮，去除氧化铁皮的效果好，减少了酸洗溶液的消耗量和处理时间，也有利于氧化铁皮的回收，使酸洗工艺简化，生产条件改善，工效提高。3是采用快速磷化液，同时在磷化前、后增加了热水预热、保温和硼化、烘干工序，保证了磷化的质量。4是先进行线材的对焊连接，再进行表面处理及磷化涂层，整个线材全长上不会形成磷化涂层的断点，不仅提高了线材的外观质量，而且改善了线材在下步拉丝时的工艺性能，杜绝了线材表面的拉丝划伤条纹，减少了对拉丝模具的磨损。5是整套生产工艺通过拉丝机牵引线材作连续运动，各工序设置合理，衔接紧凑，线材长度及直径方向均处于均衡工艺条件状态，加强了线材通条及断面(长度方向和直径方向)处理的均匀性。线材产品的表面质量和内在品质都有提高。6是用挥发性较小的稀硫酸取代了挥发性和腐蚀性较强的盐酸，其稀硫酸和磷化液从投放到再利用的过程均处于全封闭和零排放的状态，基本杜绝了对环境的污染，也延长了设备的使用寿命，降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图

图2是电解槽2及储酸槽21的结构示意图

图3是磷化槽3和储液槽31的结构示意图

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：

参见图1，与现有的线材表面处理方法不同，本发明工艺方法首先将成卷的线材放于卧式放线架上，头部穿入机械剥壳机，尾部可与另一卷线材对焊连接；然后在连续运动状态下完成以下步骤：先经放线、机械剥壳、矫直和高压水冲洗，然后进行硫酸电解酸洗，再经高压水冲洗、清水漂洗、热水漂洗后进行磷化涂层，然后热水漂洗，再进行硼化后进入拉丝机拉丝。线材1的连续运动是由拉丝机的拉丝动作所带动的。本工艺方法是针对含碳量较高的预应力混凝土用钢绞线用线材的加工而设计的，但同样也可以适用于普通线材的表面处理。

本发明放线步骤与现有工艺的相同之处是在拉丝过程中要进行两卷线材之间的头尾端对焊连接。与现有工艺不同之处是两卷线材之间的对焊连接是在磷化涂层步骤前进行。其焊缝接点与线材一道进入下面的表面处理工序，焊缝接点处有均匀的磷化涂层，线材的连续性较好，从表面上根本看不出焊缝接点的位置。焊缝接点处工艺性能改善，对下步拉丝工艺基本没有影响，同时可延长拉丝模具的使用寿命。

在机械剥壳步骤中，是采用两组以上的滚轮组来交错滚压并折弯线材1。可以采用相交成120°的三组剥壳机进行机械剥壳，每组剥壳机中两个剥壳轮固定，另一个剥壳轮采用液压的方式调整压下量来改变线材的弯曲程度。矫直步骤是采用相交成90°的两组矫直轮将线材排直为笔直的条状。在机械剥壳和矫直过程中，通过对线材1表面进行的反复滚压、折弯并碾直，既矫直了线材，又使线材表面的氧化铁皮脱落，掉在剥壳机和矫直机的底部，机械剥壳和矫直过程可以去除线材表面80-90％的氧化铁皮，这些氧化铁皮可直接回收，不带进下一工序中。

经过矫直的线材即进入高压水冲洗工序，可以在线材的外圆周方向等分设置三个喷嘴向线材表面喷射其压力为0.4-0.6公斤/厘米²的高压水。直接去除线材表面附着的蓬松细微氧化铁皮。在高压水冲洗区域内设有回收氧化铁皮的沉淀池。沉淀池可设置在喷嘴的下方，高压水冲洗掉的氧化铁皮流入沉淀池，其过滤后的清水可循环使用，而沉淀的氧化铁皮可以挖出晾干后回收。在连续运动状态下，线材在其喷嘴下通过的时间可以很短，一般约1秒即可。高压水冲洗过程，进一步清洁了线材的表面，可以去除线材表面2-4％左右的氧化铁皮，也减轻了下步化学处理工序的处理量。

参见图2，线材经过高压水冲洗后，以洁净的外表面进入硫酸电解槽2，在电解槽2和线材1上均连接有电极25，采用阴阳极交替电解法进行电解，在电解槽2的下方是储酸槽21，电解槽2的底板即是储酸槽21的上盖板。电解槽2上设有与储酸槽21连通的进酸管道22和排酸孔23，且在进酸管道22上设有酸泵24，酸洗液是浓度10-20％的稀硫酸，线材1在电解槽2内的酸洗时间为10-15秒。在这一时间和浓度范围内，酸洗液去除线材表面上氧化铁皮的效果较好，其生产效率也大有提高。

硫酸电解酸洗步骤的目的主要是靠电化学反应原理所产生的氢气剥离紧紧地附着在线材1钢基上的氧化铁皮，在本发明方法中，这种方式比传统的靠酸与氧化铁皮起化学反应来消除氧化铁皮的方式针对性强，用料省，能耗低，更为经济，效果更好。可以去除线材表面3-6％的氧化铁皮，硫酸的浓度控制在10-20％之间，硫酸的消耗量非常小，约消耗1.5公斤/吨。不生产时，稀硫酸流回储酸槽21里，使线材1脱离酸洗液；生产时，靠酸泵24将酸洗液(稀硫酸)通过进酸管道22抽到电解槽2内进行工作，同时电解槽2内的酸洗液又不断通过排酸孔23流回下方的储酸槽21内，在保持电解槽2内酸洗液液面高度(淹没线材)的前提下，在电解槽2和储酸槽21之间形成一个平衡而又相对封闭的流动循环系统。这一系统还可避免酸洗液外漏而污染周边环境。酸洗液中携带的氧化铁皮在储酸槽2内沉淀，经过一段时间后，将储酸槽21内的氧化铁皮挖出，放入专用容器，加石灰水进行中和处理后晾干回收。当需要清洗储酸槽21时，可将酸洗液(稀硫酸)导入一备用槽内，待清洗完后，重新抽回利用。清洗储酸槽21的水以及随后的高压水，可导入中和池中和后循环使用，所产生的氧化铁皮淤泥挖出晾干后回收。当硫酸浓度不能满足工艺要求时，直接往储酸槽21内补充浓硫酸来调整浓度。

经过酸洗的线材，需再进行高压水冲洗，以洗净线材表面上残留的酸洗液，以避免将其带入磷化涂层过程中。这一步骤中的技术要求与酸洗前的高压水冲洗步骤基本相同。

磷化涂层前的热水漂洗步骤是对冲洗干净的线材进行预先加热的过程，为保证线材磷化的效果，需要对残留在线材表面的酸液进行清洗，同时要提高线材磷化时的初始温度。本发明采用了热水预热的方式，可以设置一个水槽，从加热水箱不断向水槽内注入热水，水槽底部降温后的热水回流到加热水箱，继续加热后又被泵入水槽中，在保持水槽内液面高度(淹没线材)的前提下，形成一封闭的循环加热系统。

磷化涂层后的热水漂洗步骤则是一个保温过程，其目的是加强线材上的磷化涂层的固化。这一步骤中的设施与磷化涂层前的热水漂洗设施相同。

磷化涂层前、后的热水漂洗步骤中热水的温度为60-80℃，线材1在热水中加热的时间均为6-8秒。在此时间内其线材表面的温度一般可达到60-80℃。

快速磷化涂层是本发明至关重要的一个工序，特别是在对含碳量较高的预应力混凝土用钢绞线用线材进行磷化涂层时，快速磷化涂层就显得更加重要。由于线材的含碳量高(含碳量为0.80-0.85％)，直径大(直径可达12-13毫米)，而总压缩率最大值达到了84.85％，因此，必须在较短时间内(约30秒左右)使线材的表面快速生成厚度达到9微米的磷化涂层才能满足拉丝生产的要求。

参见图3，快速磷化涂层步骤中磷化槽3及储液槽31的结构与硫酸电解步骤中电解槽2及储酸槽21的结构基本相同。只是磷化槽3中无需设置电极而且储液槽31与磷化槽3是分置的。磷化液应采用快速磷化液，如购买天津特盖得、沈阳帕卡濑精公司生产的磷化液。磷化槽3上设有与储液槽31连通的进液管道32和排液管道33，且在进液管道32上设有泵34，磷化槽3内磷化液的温度为75-90℃，为保证磷化槽3内磷化液的温度，本发明采用先对储液槽31内磷化液进行加热，然后用泵34将热磷化液从进液管道32注入磷化槽3中的办法，持续向磷化槽3内供给热磷化液，而已降温的磷化液则下沉至磷化槽3的底部，从排液管道33内流回储液槽31，在保持磷化槽3内磷化液液面高度(淹没线材)的前提下，形成一个平衡而又相对封闭的流动循环系统。这一封闭的系统也可避免磷化液外泄而污染周围环境。线材1在磷化槽3及磷化液内连续通过，在运行途中迅速形成磷化涂层，其磷化的时间为25-35秒。磷化的时间也可更长一些，但其生产效率相对降低，成本相对提高。在本工艺条件下25-35秒所形成的磷化涂层就可以达到质量要求。

由于磷化时间很短，过水后线材表面的酸性又易使其表面氧化，为此，在经过磷化涂层和热水漂洗步骤后，要对线材进行高温硼化处理，硼化处理的主要目的是中和磷化涂层上的酸液，同时使磷化涂层固化。硼化步骤中，硼化液采用通用的硼酸，硼化温度为80-90℃，线材1经过硼化的时间为6-8秒。当环境温度较高，湿度较低时，经过硼化后的线材其表面已经干燥，线材可直接进入拉丝机拉丝。

若经过硼化后线材表面仍未干燥，则应进行烘干。烘干环节能烘干线材表面的水分，同时也加快了磷化膜的固化速度，为其立即进入拉丝机奠定了坚实的基础。一般的做法是在生产线上设置一台烘干机对线材进行烘干。其烘干温度为80-100℃，烘干的时间约为6-8秒。

整个线材1的运动由拉丝机的拉力作为动力，在开始的环节里，可以采用人工或送丝机推动线材1完成上述步骤，当拉丝机开始对线材1进行拉丝时，线材1就可作连续的直线运动，并在连续运动的状态下完成对线材表面处理的各操作步骤。线材在各步骤中所需占用的时间，可以通过设置各步骤内设备的长度来控制和调整。

在试验中，申请人使用昆明重机厂生产的两台拉丝机，采用本发明工艺同时对两根线材1进行表面处理及拉丝，其线材1的含碳量为0.79-85％，直径为11-13毫米，直线运行速度为0.6-1.0米/秒，一个台班的产量可达30余吨。经硫酸电解处理后其线材1表面的氧化铁皮含量低于1％，磷化涂层的质量和厚度均满足产品质量要求。操作人员的劳动强度大大降低，生产效率大幅提高。而且线材在下步拉丝工艺中的工艺性能改善，拉丝模具的使用寿命提高20-40％，拉丝后线材表面基本无划伤条纹。整条生产线均处于全封闭和零排放状态，没有使用挥发性很强和腐蚀性强烈的盐酸，浓硫酸、磷酸盐等原料，对酸洗液、磷化液及水做到从使用到回收到再利用的全过程循环利用，杜绝了对环境的污染，降低了原料消耗，延长了设备的使用寿命，经济效益、社会效益和环境效益均比较显著。本工艺若用于普通线材的表面处理其生产效率将更高。

Claims (9)

1.预应力线材表面处理工艺，包括酸洗和磷化涂层，其特征在于：线材(1)在连续运动状态下完成以下步骤：先经放线、机械剥壳、矫直和高压水冲洗，然后进行硫酸电解酸洗，再经高压水冲洗、清水漂洗、热水漂洗后进行磷化涂层，然后热水漂洗，再进行硼化后进入拉丝机拉丝。

2.根据权利要求1所述的预应力线材表面处理工艺，其特征在于：线材(1)的连续运动是由拉丝机的拉丝动作所带动的。

3.根据权利要求1或2所述的预应力线材表面处理工艺，其特征在于：所述的机械剥壳步骤是采用两组以上的滚轮组来交错滚压并折弯线材(1)。

4.根据权利要求1或2所述的预应力线材表面处理工艺，其特征在于：酸洗前、后的高压水冲洗步骤中，高压水的压力为0.4-0.6公斤/厘米²，在高压水冲洗区域内设有回收氧化铁皮的沉淀池。

5.根据权利要求1或2所述的预应力线材表面处理工艺，其特征在于：硫酸电解酸洗步骤中的酸洗液是浓度10-20％的稀硫酸，在电解槽(2)和线材(1)上均连接有电极(25)，采用阴阳极交换电解法电解，电解槽(2)上设有与储酸槽(21)连通的进酸管道(22)和排酸孔(23)，且在进酸管道(22)上设有酸泵(24)，线材(1)在电解槽(2)内的酸洗时间为10-15秒。

6.根据权利要求1或2所述的预应力线材表面处理工艺，其特征在于：磷化涂层前、后的热水漂洗步骤中热水的温度为60-80℃，线材(1)在热水中加热的时间为6-8秒。

7.根据权利要求1或2所述的预应力线材表面处理工艺，其特征在于：磷化涂层步骤中，磷化槽(3)内的磷化液为快速磷化液，磷化槽(3)上设有与储液槽(31)连通的进液管道(32)和排液管道(33)，且在进液管道(32)上设有泵(34)，磷化槽(3)内磷化液的温度为75-90℃，线材(1)在磷化槽(3)内磷化的时间为25-35秒。

8.根据权利要求1或2所述的预应力线材表面处理工艺，其特征在于：硼化步骤中硼化温度为80-90℃，线材(1)经过硼化的时间为6-8秒。

9.根据权利要求1或2所述的预应力线材表面处理工艺，其特征在于：在硼化步骤完成后对线材(1)进行烘干，烘干温度为80-100℃。

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