PL153453B1 - Urządzenie do ogrzewania kąpieli cynkowej - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 153 453 POLSKA

Patent dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 87 11 25 (P. 269068)

Pierwszeństwo--Int. Cl.⁵ C23C 2/00

CZYTELHIA

OGÓLNA

URZĄD

PATENTOWY

RP

Zgłoszenie ogłoszono: 88 07 21

Opis patentowy opublikowano: 1991 12 31

Twórca wynalazku: Stefan Wyczółkowski

Uprawniony z patentu: Politechnika Częstochowska, Częstochowa (Polska)

Urządzenie do ogrzewania kąpieli cynkowej

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do ogrzewania kąpieli cynkowej, przeznaczonej do cynkowania ogniowego.

Jedno ze znanych urządzeń do ogrzewania kąpieli cynkowej składa się ze stalowej wanny cynkowniczej oraz komór grzewczych, przylegających do bocznych ścian wanny. Wanna cynkownicza wraz z komorami grzewczymi jest osadzona w obmurzu z cegły ogniotrwałej o stosunkowo dużej gęstości, a tym samym i o dużej pojemności cieplnej, z uwagi na wymaganą szczelność, wytrzymałość i odporność na wysoką temperaturę. Całość jest na zewnątrz izolowana warstwą materiału termoizolacyjnego.

Zasadniczą wadą znanego urządzenia jest ograniczona trwałość wanny cynkowniczej, wynikająca z nieuniknionej korozji jej ścian, nie zabezpieczonych od wewnątrz żadnym wyłożeniem, gdyż utrudniałoby ono przepływ ciepła z komór grzewczych do kąpieli cynkowej. W wyniku reakcji fizyko-chemicznej między cynkiem i żelazem na wewnętrznej powierzchni ścian wanny cynkowniczej tworzą się warstwy związku międzymetalicznego Fe-Zn. Proces powstawania poszczególnych faz tego związku ma charakter ciągły, a skutkiem tego jest ubytek żelaza ze ścian wanny, doprowadzający z czasem do całkowitego ich zniszczenia. Intensywność reakcji między żelazem i cynkiem zależy od temperatury i jest najwyższa w zakresie 480-520°C. Z tego też powodu procesy cynkowania ogniowego przeprowadza się przy temperaturach kąpieli cynkowej niższych od 480°C lub wyższych od 520°C. Utrzymanie odpowiedniej temperatury kąpieli cynkowej podczas całego procesu produkcyjnego wymaga systematycznej regulacji dopływu energii do komór grzewczych, stosownie do aktualnych potrzeb. Służy to zabezpieczeniu wanny cynkowniczej przed przegrzaniem, okazuje się jednak zawodne w przypadku wstrzymania produkcji. Z chwilą zatrzymania procesu cynkowania kąpiel cynkowa przestaje być schładzana przez cynkowane wyroby, a do wanny, mimo całkowitego wstrzymania dopływu energii do komór grzewczych, napływa drogą promieniowania ciepło zakumulowane w ogniotrwałym obmurzu komór grzewczych. Przepływ tego ciepła powoduje często podgrzanie kąpieli cynkowej do temperatury powyżej 480°C, na przeciąg czasu zależny od pojemności wanny, powierzchni lustra kąpieli cynkowej i stopnia jego osłonięcia.

153 453

Powyższą niedogodność eliminuje rozwiązanie według wynalazku.

Istota wynalazku polega na tym, że wewnętrzna powierzchnia obmurza komór grzewczych w znanym urządzeniu jest dodatkowo wyłożona cienką, nie przekraczającą 50 mm grubości warstwą materiału ogniotrwałego o gęstości mniejszej od 300 kg/m³ i współczynniku przewodzenia ciepła w temperaturze otoczenia mniejszym od 0,35 W/(nrK).

Z uwagi na warunki termiczne, panujące w komorze grzewczej pieca cynkowniczego, szczególnie korzystne jest zastosowanie wykładziny z materiału glinokrzemianowego, przykładowo materiału włóknistego uformowanego w płyty typu Kerlane lub szamotu porowatego.

Oddziaływanie zastosowanej wykładziny polega głównie na tym, że zmienia ona ukształtowanie pola temperatury obmurza komór grzewczych, tak, że zmniejsza się znacznie ilość ciepła zakumulowanego w wewnętrznych warstwach obmurza. Dzięki temu rozwiązanie według wynalazku sprawia, że z chwilą zatrzymania dopływu energii do komór grzewczych wypromieniowanie niewielkiej ilości ciepła do ścian wanny cynkowniczej powoduje gwałtowny spadek temperatury wewnętrznej promieniującej powierzchni obmurza komór. Skutkiem tego w bardzo krótkim czasie gwałtownie maleje strumień ciepła przekazywanego z obmurza komór grzewczych do wanny cynkowniczej, a co za tym idzie, unika się niekorzystnego podgrzewania kąpieli cynkowej, które to zjawisko występuje w znanych rozwiązaniach.

Badania wykazały, że nakorzystniejsze wyniki uzyskuje się w przypadku zastosowania wykładziny o grubości nie przekraczającej 50 mm. Zastosowanie grubszych wykładzin może powodować efekt odwrotny do oczekiwanego, tj. doprowadzać do przegrzania kąpieli cynkowej po zatrzymaniu procesu produkcyjnego. Ta pozorna nielogiczność wiąże się z dużą wrażliwością kąpieli cynkowej na zmianą temperatury oraz utratę zdolności izolacyjnych przez lekkie materiały ogniotrwałe w wysokich temperaturach. Wrażliwość kąpieli cynkowej na zmianę temperatury wynika z faktu, że różnica między normalną temperaturą roboczą kąpieli a temperaturą początku zakresu intensywnego oddziaływania cynku na żelazo wynosi mniej niż 10°C. Zastosowanie wykładziny o grubości przekraczającej 50 mm powoduje znaczne obniżenie wartości współczynnika przenikania ciepła wykładziny, co doprowadza w efekcie do znacznego podniesienia temperatury wykładziny od strony komory grzewczej i utraty jej zdolności izolacyjnych. Skutkiem tego jest bardzo niewielki spadek temperatury w wewnętrznej warstwie wykładziny. Utrzymująca się w znacznym przekroju wykładziny wysoka temperatura sprawia, że w wykładzinie, mimo małej jej gęstości jest zawarta ilość ciepła zdolna do przejścia w krótkim czasie do wanny cynkowniczej i podgrzania kąpieli cynkowej powyżej temperatury dopuszczalnej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykładowe urządzenie do ogrzewania kąpieli cynkowej w przekroju poprzecznym, natomiast fig. 2 — wykres obrazujący wpływ grubości wykładziny na zmianę temperatury kąpieli cynkowej po nagłym zatrzymaniu procesu produkcyjnego w przykładowym urządzeniu.

Urządzenie (fig. 1) składa się ze stalowej wanny cynkowniczej 1 o długości 4,0 m, szerokości 0,4 m i wysokości 0,8 m, oraz z komór grzewczych 2, przylegających do dłuższych boków wanny. Wanna cynkownicza 1 wraz z komorami grzewczymi 2 jest osadzona w obmurzu 3 o grubości 345 mm, wykonanym z cegły ogniotrwałej, przykładowo szamotowej. Wewnętrzna powierzchnia obmurza 3 komór grzewczych 2 jest dodatkowo wyłożona 20 mm warstwą 4 glinokrzemianowego włóknistego materiału ogniotrwałego typu Kerlane 45 o gęstości 128 kg/m³ i współczynniku przewodzenia ciepła w temperaturze otoczenia 0,21 W/(nrK). Całość jest na zewnątrz izolowana 230 mm warstwą 5 materiału termoizolacyjnego. Komory grzewcze 2 są zasilane spalinami pochodzącymi ze spalania gazu koksowniczego w odrębnych komorach, przy czym ilość spalanego gazu jest regulowana automatycznie, tak by temperatura kąpieli cynkowej podczas procesu cynkowania nie przekraczała 475°C.

Wpływ grubości warstwy 4 na zmianę temperatury kąpieli cynkowej po nagłym zatrzymaniu procesu produkcyjnego w przykładowym urządzeniu, przy istnieniu osłony termicznej w postaci samorzutnie tworzącej się na powierzchni kąpieli warstwy tlenku, ilustruje wykres (fig. 2). Krzywa a na wykresie odnosi się do urządzenia bez warstwy 4, krzywa b — do urządzenia, w którym zastosowano warstwę 4 o grubości 20 mm, krzywa c — do urządzenia z warstwą 4 o grubości 110 mm, krzywa d — do urządzenia z warstwą 4 o grubości 50 mm.

153 453

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Urządzenie do ogrzewania kąpieli cynkowej, składające się z wanny cynkowniczej oraz przylegających do bocznych ścian wanny komór grzewczych, osadzonych w obmurzu z cegły ogniotrwałej, izolowanym na zewnątrz warstwą materiału termoizolacyjnego, znamienne tym, że wewnętrzna powierzchnia obmurza (3) komór grzewczych (2) jest dodatkowo wyłożona nie przekraczającą 50 mm grubości warstwą (4) materiału ogniotrwałego o gęstości mniejszej od 300 kg/m³ i współczynniku przewodzenia ciepła w temperaturze otoczenia mniejszym od 0,35 W/(nvK).

   Temperatura

   474

   1000 2000 3000

   Czas, S fij.2

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

   ' Cena 3000 zł