RU2527593C1 - Method of thermodiffusion galvanising of products from ferromagnetic materials - Google Patents
Method of thermodiffusion galvanising of products from ferromagnetic materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2527593C1 RU2527593C1 RU2013107419/02A RU2013107419A RU2527593C1 RU 2527593 C1 RU2527593 C1 RU 2527593C1 RU 2013107419/02 A RU2013107419/02 A RU 2013107419/02A RU 2013107419 A RU2013107419 A RU 2013107419A RU 2527593 C1 RU2527593 C1 RU 2527593C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- retort
- zinc
- inductors
- products
- heating
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к антикоррозионной обработке металлических изделий, в частности к нанесению цинкового покрытия на изделия из ферромагнитных материалов способом термодиффузионного цинкования, и может быть использовано в любой отрасли машиностроения, а также других отраслях промышленности.The invention relates to anticorrosion treatment of metal products, in particular to the application of zinc coating on products from ferromagnetic materials by the method of thermal diffusion galvanizing, and can be used in any industry, as well as other industries.
Наибольшее распространение в практике защиты от коррозии нашли следующие методы цинкования: гальваническое, газотермическое цинкование напылением, холодное путем окраски цинконаполненными красками, термодиффузионное цинкование.The following galvanizing methods are most widely used in corrosion protection practice: galvanic, thermal spray galvanizing, cold painting by zinc-filled paints, thermal diffusion galvanizing.
Метод термодиффузионного цинкования, благодаря хорошему сочетанию эксплуатационных, технологических и экологических качеств находит все более широкое применение в различных областях деятельности, многообещающе выглядят перспективы использования метода в практике общего химического и транспортного машиностроения, приборостроения, в строительстве, в частности, при изготовлении закладных деталей.The method of thermal diffusion galvanizing, thanks to a good combination of operational, technological and environmental qualities, is increasingly used in various fields of activity, the prospects for using the method in the practice of general chemical and transport engineering, instrument making, in construction, in particular, in the manufacture of embedded parts, look promising.
Данные натурных испытаний и ускоренных коррозионных испытаний позволяют констатировать, что скорость коррозии термодиффузионного покрытия уже на начальной стадии меньше, чем гальванического. Это объясняется меньшей электрохимической активностью поверхности железноцинкового сплава, чем чистого цинка. На более поздних стадиях испытаний характер зависимости не меняется. Это связано с формированием на поверхности цинка, прочно сцепленных нерастворимых продуктов коррозии, в то время как на поверхности чистого цинка при воздействии агрессивной среды образуются рыхлые плохо сцепленные продукты коррозии, которые легко смываются атмосферными осадками, потоками при контакте с жидкой коррозионной средой, т.е. коррозионный процесс на поверхности гальванического покрытия идет практически без торможения.Data from field tests and accelerated corrosion tests suggest that the corrosion rate of thermal diffusion coatings is already lower than the galvanic one at the initial stage. This is due to the lower electrochemical activity of the surface of the iron-zinc alloy than pure zinc. In the later stages of testing, the nature of the dependence does not change. This is due to the formation on the surface of zinc of strongly bonded insoluble corrosion products, while on the surface of pure zinc when exposed to an aggressive environment, loose poorly bonded corrosion products are formed that are easily washed off by atmospheric precipitation, by streams in contact with a liquid corrosive medium, i.e. . The corrosion process on the surface of the electroplated coating proceeds practically without braking.
Суть термодиффузионного цинкования заключается в том, что в объеме порошковой цинкосодержащей смеси, находящейся в замкнутом пространстве рабочих реторт под действием высокой температуры, цинк переходит в парофазное состояние, отличающееся от газофазного состоянием докритического насыщения. Подвижные атомы паров цинка проникают в пришедшую в движение кристаллическую решетку альфа-железа за счет заполнения вакансий, поскольку под действием температуры атомы железа также пришли в подвижность и во встречное диффузионное движение. Проникшие в структурную решетку железа атомы цинка вступают в термохимические реакции с железом, образуя твердый раствор цинка в альфа-железе (цинковый феррит). С повышением температуры в результате встречной диффузии железа в цинк образуются последующие фазы железоцинкового покрытия.The essence of thermal diffusion galvanizing is that in the volume of the zinc-containing powder mixture located in the confined space of the working retorts under the influence of high temperature, zinc goes into the vapor-phase state, which differs from the gas-phase state of subcritical saturation. The mobile atoms of zinc vapors penetrate into the alpha-iron crystal lattice which has come into motion due to the filling of vacancies, since under the influence of temperature the iron atoms also come into mobility and counter diffusion motion. Zinc atoms penetrated into the iron structural lattice enter into thermochemical reactions with iron, forming a solid solution of zinc in alpha iron (zinc ferrite). With increasing temperature as a result of counter diffusion of iron into zinc, subsequent phases of the iron-zinc coating are formed.
Таким образом, при термодиффузионном цинковании в порошковых цинкосодержащих смесях на поверхности цинкуемого изделия образуется покрытие, состоящее не из металлического цинка, а из железоцинкового сплава, представляющего ряд интерметаллидных соединений железа с цинком и твердые растворы цинка в железе и железа в цинке.Thus, during thermal diffusion galvanizing in zinc-containing powder mixtures, a coating is formed on the surface of the zinc-coated product, which consists not of metallic zinc, but of an iron-zinc alloy, which represents a series of intermetallic compounds of iron with zinc and solid solutions of zinc in iron and iron in zinc.
Сочетание ряда положительных свойств ТДЦ-покрытий, таких как высокая коррозионная стойкость, хорошая адгезия к подложке, пластичность, равномерность покрытия по толщине, обеспечило довольно широкий круг областей применения для изделий, ими покрываемых.The combination of a number of positive properties of TDC coatings, such as high corrosion resistance, good adhesion to the substrate, ductility, uniformity of coating in thickness, provided a fairly wide range of applications for products coated with them.
Следует отметить и экологическую безопасность, т.к. детали цинкуются в герметически закрытых ретортах и не требует создания очистных сооружений, а отходы производства можно использовать в качестве наполнителя бетонных строительных смесей.It should be noted and environmental safety, as parts are galvanized in hermetically sealed retorts and do not require the creation of treatment facilities, and production waste can be used as a filler in concrete building mixtures.
Известно множество способов ТДЦ, в которых в качестве источника цинка используются смеси порошка цинка с инертными наполнителями, используемыми преимущественно для повышения тугоплавкости и текучести источника цинка, что улучшает технологичность его использования и качество покрытия. Они отличаются по составу применяемой смеси для антикоррозийной защиты изделий, по температурному и временному режиму процесса цинкования и, соответственно, конструктивной реализации того или иного способа.There are many known methods of TDC, in which zinc powder mixtures with inert fillers are used as the zinc source, used mainly to increase the refractoriness and fluidity of the zinc source, which improves the manufacturability of its use and the quality of the coating. They differ in the composition of the mixture used for anticorrosive protection of products, in the temperature and time regime of the galvanizing process, and, accordingly, in the constructive implementation of a particular method.
Известен способ нанесения цинкового покрытия путем термодиффузионного цинкования, включающий загрузку изделия или партии изделий в реторту поворотной электрической печи, засыпку насыщающей смеси, содержащую 95-99% цинка, герметизацию реторты, нагрев изделий до заданной температуры 380-600°C, после завершения нагрева до заданной температуры производят сброс давления из реторты, вновь герметизируют ее и осуществляют выдержку при этой температуре в течение периода, необходимого для образования требуемой толщины покрытия, после чего выгружают изделия из реторты.A known method of applying a zinc coating by thermal diffusion galvanizing, including loading the product or a batch of products into a retort of a rotary electric furnace, filling the saturating mixture containing 95-99% zinc, sealing the retort, heating the products to a predetermined temperature of 380-600 ° C, after heating to at a given temperature, release pressure from the retort, reseal it and hold it at this temperature for the period necessary to form the required coating thickness, then unload products from the retort.
После выгрузки производят их мойку и пассивацию в комплексе ванн, состоящем из первой и второй ванн, не имеющих подогрева и используемых для отмывки изделий, и третьей и четвертой ванн с подогревом, в которых осуществляют пассивацию и последующее полоскание изделий с одновременным их разогревом для ускоренного обсыхания (Патент РФ №2117717, опубл. 20.08.1998 г.).After unloading, they are washed and passivated in a bath complex consisting of the first and second baths that do not have heating and used for washing products, and the third and fourth baths with heating, in which passivation and subsequent rinsing of products are carried out with their simultaneous heating for accelerated drying (RF patent №2117717, publ. 08/20/1998).
Известный способ нанесения цинкового покрытия путем термодиффузионного цинкования имеет следующие недостатки: недостаточная управляемость в получении определенной толщины покрытия в течение заданного времени; усложнение процесса цинкования за счет сброса давления в реторте после нагрева ее до температуры 380-600°C и повторной герметизации реторты, а также длительность процесса цинкования - 1-4 часа.The known method of applying a zinc coating by thermal diffusion galvanizing has the following disadvantages: insufficient controllability in obtaining a certain coating thickness for a given time; the complexity of the galvanizing process due to depressurization in the retort after heating it to a temperature of 380-600 ° C and re-sealing the retort, as well as the duration of the galvanizing process - 1-4 hours.
Известен способ нанесения цинкового покрытия путем термодиффузионного цинкования, который заключается в том, что изделие или партию изделий загружают в реторту поворотной электрической печи, засыпают насыщающую смесь, герметизируют реторту, нагревают ее до температуры 150-200°C, производят сброс давления из реторты, вновь ее герметизируют и производят дальнейший нагрев до температуры свыше 300°C, необходимой для протекания процесса термодиффузионного цинкования, и осуществляют выдержку при этой температуре в течение заданного времени, необходимого для образования требуемой толщины покрытия, после чего изделия выгружают из реторты. Для насыщения используют смесь, содержащую не более 99% цинка. Сброс давления из реторты в атмосферу осуществляют с использованием фильтра (Патент РФ №2139366, опубл. 10.10.1999 г.). К недостаткам известного способа относится недостаточно высокая эффективность процесса диффузионного цинкования в связи с тем, что предусмотренный в нем температурный режим значительно ниже температуры диффузионного взаимодействия металла покрытия с поверхностным слоем деталей и не раскрыты возможности повышения качества покрытия на деталях мелкого крепежа, а также обеспечения толщины пленки покрытия на деталях в диапазоне величин от 3,0 до 60,0 мкм.A known method of applying a zinc coating by thermal diffusion galvanizing, which consists in the fact that the product or a batch of products is loaded into a retort of a rotary electric furnace, the saturating mixture is filled, the retort is sealed, it is heated to a temperature of 150-200 ° C, pressure is released from the retort, again it is sealed and further heated to a temperature above 300 ° C, which is necessary for the process of thermal diffusion galvanizing, and they are held at this temperature for a predetermined time, not will need for the formation of the desired coating thickness, after which the product is unloaded from the retort. For saturation, a mixture containing not more than 99% zinc is used. Pressure relief from the retort to the atmosphere is carried out using a filter (RF Patent No. 2139366, publ. 10.10.1999). The disadvantages of this method include the insufficiently high efficiency of the diffusion galvanizing process due to the fact that the temperature regime provided therein is much lower than the temperature of the diffusion interaction of the coating metal with the surface layer of parts and the possibilities for improving the quality of the coating on parts of small fasteners, as well as ensuring film thickness, are not disclosed coatings on parts in the range of values from 3.0 to 60.0 microns.
Известен способ нанесения цинкового покрытия путем термодиффузионного цинкования, который включает загрузку изделий в реторту поворотной электрической печи, засыпку насыщающей смеси, содержащей 80-90% цинка, причем для формирования цинкового покрытия толщиной 1 мкм засыпная масса насыщающей смеси составляет 7,8-8,2 г на 1 м2, герметизацию реторты, нагрев ее до заданной температуры, выдержку при этой температуре, сброс давления в реторте в течение всего времени процесса цинкования, выгрузку изделий из реторты, мойку и пассивацию их (Патент Рф №2174159, опубл. 27.09.2001 г.).A known method of applying a zinc coating by thermal diffusion galvanizing, which includes loading the products into the retort of a rotary electric furnace, filling the saturating mixture containing 80-90% zinc, and for forming a zinc coating 1 μm thick, the filling mass of the saturating mixture is 7.8-8.2 g per 1 m 2, sealing of the retort, its heating to a predetermined temperature, holding at this temperature, the retort pressure relief at all times during the galvanizing process, the unloading of products from the retort, cleaning and passivation of them (Patent RF 2174159, publ. 27.09.2001 city).
К недостаткам этого способа следует отнести, во-первых, недостаточно высокую производительность процесса по причине применения цинкового порошка, полученного методом воздушного распыления и вследствие этого имеющего на поверхности своих частиц сплошную окисную пленку, которая снижает способность к возгонке цинка; во-вторых, повышенные энергозатраты из-за необходимости нагрева насыщающей смеси, а вместе с ней и обрабатываемых изделий вместе с контейнером до более высокой температуры для того, чтобы обеспечить достаточно высокую способность к возгонке цинка с поверхности частиц, покрытых сплошной окисной пленкой; в-третьих, покрытие не обладает высоким качеством из-за непривлекательного товарного вида, имеющего неравномерный (пятнистый) темно-серый цвет.The disadvantages of this method include, firstly, the insufficiently high productivity of the process due to the use of zinc powder obtained by air spraying and therefore having a continuous oxide film on the surface of its particles, which reduces the ability to sublimate zinc; secondly, increased energy costs due to the need to heat the saturating mixture, and with it the processed products, together with the container to a higher temperature in order to provide a sufficiently high ability to sublimate zinc from the surface of particles coated with a continuous oxide film; thirdly, the coating is not of high quality due to the unattractive presentation having an uneven (spotty) dark gray color.
Общим недостатком вышеуказанных способов является то, что нагрев реторты осуществляется непосредственно электрическим током или электронагревателями внутри реторты и они предназначены для цинкования мелких изделий, поэтому не могут обеспечить равномерного покрытия длинномерных изделий.A common disadvantage of the above methods is that the retort is heated directly by electric current or by electric heaters inside the retort and they are designed for galvanizing small products, therefore, they cannot provide uniform coverage of long products.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ нанесения покрытия на изделия из ферромагнитных материалов путем термодиффузионного цинкования, защищенный патентом РФ №2424351, опубл. 20.07.2011 г.The closest analogue of the present invention is a method for coating products of ferromagnetic materials by thermal diffusion galvanization, protected by RF patent No. 2424351, publ. 07/20/2011 g.
Известный способ включает загрузку изделия или партии изделий в реторту электрической нагревательной установки, выполненной в виде индукторов, засыпку насыщающей цинксодержащей смеси, герметизацию реторты, ее нагрев, выдержку реторты в нагревательной установке в течение периода времени, необходимого для образования требуемой толщины покрытия, и выгрузку изделий из реторты, при этом в процессе цинкования осуществляют непрерывный сброс избыточного давления в реторте, в качестве цинксодержащей смеси используют смесь, содержащую компоненты, мас.%: порошок цинка - 20-25 и глинозем - 75-80, засыпку насыщающей смеси в реторту осуществляют равномерно распределяя ее по всей длине реторты в количестве 8-16% от массы цинкуемых изделий, после герметизации реторты ее размещают внутри индукторов, нагрев корпуса реторты осуществляют вихревыми токами до температуры 300-400°C при вращении реторты, далее осуществляют от одного до восьми колебаний температуры изделий в зоне температуры магнитных превращений материалов, приводящих к магнитострикционным эффектам путем попеременного охлаждения и нагрева корпуса реторты до указанной температуры за счет чередования отключения и включения электропитания индукторов, затем извлекают реторту из индукторов и подвергают ее принудительному охлаждению до температуры, не превышающей 250°C при ее вращении на технологическом столе.The known method includes loading an article or a batch of products into a retort of an electric heating installation made in the form of inductors, filling a saturating zinc-containing mixture, sealing the retort, heating it, holding the retort in a heating installation for a period of time necessary to form the required coating thickness, and unloading the products from the retort, while in the process of galvanizing a continuous overpressure is carried out in the retort, as a zinc-containing mixture, a mixture containing entes, wt.%: zinc powder - 20-25 and alumina - 75-80, filling the saturating mixture in the retort is carried out uniformly distributing it along the entire length of the retort in the amount of 8-16% of the mass of galvanized products, after sealing the retort, it is placed inside the inductors heating the retort body is carried out by eddy currents to a temperature of 300-400 ° C during rotation of the retort, then one to eight temperature fluctuations of the products are carried out in the temperature zone of magnetic transformations of materials, leading to magnetostrictive effects by alternating cooling heating the retort body to said temperature by alternating opening and closing of power inductors is then removed from the retort inductors and subjected to forced cooling to a temperature not exceeding 250 ° C when it is rotated at the process table.
Кроме того, при нанесении цинкового покрытия на партию длинномерных металлических изделий засыпку насыщающей смеси и ее равномерное распределение по всей длине реторты осуществляют порциями, чередуя их каждый раз с загрузкой части партии изделий, составляющей не более половины всей загружаемой партии.In addition, when applying a zinc coating to a batch of long metal products, filling the saturating mixture and distributing it uniformly over the entire length of the retort is carried out in batches, alternating each time with the loading of a part of the batch of products, which is no more than half of the entire loaded batch.
После выгрузки оцинкованных металлических изделий проводят сбор остатка насыщающей смеси с поверхности оцинкованных изделий и/или из полости реторты и восстанавливают исходный состав насыщающей смеси добавлением порошка цинка в количестве, израсходованном на формирование покрытия.After unloading the galvanized metal products, the remainder of the saturating mixture is collected from the surface of the galvanized products and / or from the cavity of the retort and the initial composition of the saturating mixture is restored by adding zinc powder in the amount spent on coating formation.
Способ позволяет получить требуемую толщину покрытия за счет осуществления нескольких циклов цинкования, расширить номенклатуру цинкуемых изделий, в том числе и длинномерных металлоизделий. Наличие сменного оборудования (технологических столов) обеспечивает непрерывность производственного процесса нанесения цинкового покрытия на металлические изделия за счет того, что окончательное охлаждение реторты и выгрузку изделий из нее осуществляют вне электронагревательной установки.The method allows to obtain the required coating thickness due to the implementation of several galvanizing cycles, to expand the range of galvanized products, including long metal products. The presence of replaceable equipment (technological tables) ensures the continuity of the production process of applying a zinc coating to metal products due to the fact that the final cooling of the retort and the unloading of products from it are carried out outside the electric heating installation.
Основными недостатками прототипа является длительность процесса цинкования, которое проводится в несколько циклов, причем осуществляют их с охлаждением реторты, с последующим нагревом, поэтому возрастает расход электроэнергии, но равномерного покрытия изделия трудно достигнуть, т.к. разные зоны поверхности реторты нагреваются с перепадом температуры, так, зона реторты, находящаяся под индуктором, нагревается сильнее, чем в зоне между индукторами.The main disadvantages of the prototype is the duration of the galvanizing process, which is carried out in several cycles, moreover, they are carried out with cooling of the retort, followed by heating, therefore, the energy consumption increases, but it is difficult to achieve uniform coating of the product, because different zones of the surface of the retort are heated with a temperature difference, so the zone of the retort, located under the inductor, is heated more than in the zone between the inductors.
Кроме того, совмещение процессов нагрева и охлаждения цинкуемых деталей в одном агрегате значительно снижает производительность процесса и экономические показатели. Относительно низкое содержание цинка в цинкосодержащей смеси при высокой температуре на поверхности изделия позволяет получить качественное покрытие, но увеличивает расход электроэнергии и время образования покрытий толщиной более 100 мкм.In addition, the combination of processes of heating and cooling of zinc-coated parts in one unit significantly reduces the productivity of the process and economic indicators. The relatively low zinc content in the zinc-containing mixture at high temperature on the surface of the product allows to obtain a high-quality coating, but increases the energy consumption and the time of formation of coatings with a thickness of more than 100 microns.
Технической задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков способа-прототипа путем повышения равномерности нагрева поверхности реторты, уменьшения времени цинкования, путем выбора оптимального содержания цинка в цинковой смеси и оптимальной температуры нагрева, в зависимости от заданной толщины цинкового покрытия, а также повышение надежности и удобства эксплуатации установки независимо от длины и конфигурации изделия.The technical task of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype method by increasing the uniformity of heating the surface of the retort, reducing the time of galvanizing, by choosing the optimal zinc content in the zinc mixture and the optimal heating temperature, depending on the specified thickness of the zinc coating, as well as improving the reliability and ease of operation of the installation regardless of the length and configuration of the product.
Технический результат достигается за счет того, что в известный способ термодиффузионного цинкования изделий из ферромагнитных материалов, включающий загрузку изделия или партии изделий в реторту электронагревательной установки, выполненной виде индукторов, равномерную засыпку насыщающей цинксодержащей смеси, герметизацию реторты, помещение реторты внутри индукторов нагревательной установки и нагрев вихревыми токами при вращении реторты до заданной температуры, после чего отключают электропитание индукторов установки, выдерживают реторту в нагревательной установке в течение периода времени, необходимого для образования требуемой толщины покрытия, при этом в процессе цинкования осуществляют непрерывный сброс избыточного давления в реторте, затем извлекают реторту из индукторов, подвергают ее охлаждению и производят выгрузку оцинкованных изделий, внесены изменения и дополнения, а именно:The technical result is achieved due to the fact that in the known method of thermal diffusion galvanizing of products from ferromagnetic materials, including loading the product or a batch of products into the retort of the electric heating unit, made in the form of inductors, uniformly filling the saturating zinc-containing mixture, sealing the retort, placing the retort inside the inductors of the heating installation and heating eddy currents when the retort is rotated to a predetermined temperature, after which the power to the inductors of the installation is turned off, withstanding they retort in the heating installation for a period of time necessary for the formation of the required coating thickness, while in the process of galvanizing a continuous overpressure is released in the retort, then the retort is removed from the inductors, it is cooled and the galvanized products are unloaded, changes and additions are made, namely:
- размещение реторты внутри индукторов осуществляют посредством дополнительных механизмов продольного перемещения ее;- placement of the retort inside the inductors is carried out by means of additional mechanisms for its longitudinal movement;
- нагрев поверхности реторты до заданного значения осуществляют в две стадии, причем на первой стадии нагревают ее до температуры, равной 85-90% заданного значения, которую измеряют в зоне индукторов посредством дополнительно установленных в этих зонах термопар;- heating the surface of the retort to a predetermined value is carried out in two stages, and in the first stage it is heated to a temperature equal to 85-90% of the set value, which is measured in the inductor zone by means of thermocouples additionally installed in these zones;
- при достижении температуры поверхности реторты в зоне индукторов значения указанного диапазона отключают электропитание индукторов и осуществляют продольное перемещение реторты в сторону выхода из печи на величину, равную расстоянию между индукторами;- when the temperature of the surface of the retort in the zone of the inductors is reached, the values of the specified range turn off the power to the inductors and carry out the longitudinal movement of the retort towards the exit from the furnace by an amount equal to the distance between the inductors;
- затем включают электрическое питание индукторов нагревательной установки и дополнительных механизмов вращения реторты в момент касания ее поверхности;- then turn on the electric power to the inductors of the heating installation and additional mechanisms of rotation of the retort at the moment of touching its surface;
- продолжают нагрев реторты вихревыми токами до достижения заданной температуры в смещенных зонах реторты, составляющей 250-550°С в зависимости от cодержания цинка, составляющего 10-50 мас.% в цинковой смеси, и массы загруженных в реторту изделий;- continue to heat the retort by eddy currents until the specified temperature in the displaced zones of the retort is reached, which is 250-550 ° C, depending on the zinc content of 10-50 wt.% in the zinc mixture and the mass of the products loaded into the retort;
- время выдержки реторты в нагревательной установке определяют в зависимости от состава и требуемой толщины покрытия, составляющей от 30 до 300 мкм.- the exposure time of the retort in the heating installation is determined depending on the composition and the required coating thickness, component from 30 to 300 microns.
Конкретное оптимальное значение заданной температуры и время выдержки для получения заданной толщины покрытия при различных составах порошковой цинковой смеси были определены эмперическим путем, в результате исследований, проведенных на установке, реализующей заявляемый способ.The specific optimal value of the set temperature and the exposure time to obtain the specified coating thickness for various compositions of the zinc powder mixture were determined empirically, as a result of studies conducted on the installation that implements the inventive method.
Нагрев реторты, находящейся под индуктором, до заданной температуры в два этапа, позволяет избежать перегрева цинкуемого изделия, т.к. в этой зоне температура выше, чем на поверхности реторты в зоне между индукторами, а продольное перемещение реторты позволяет обеспечить равномерность нагрева изделий, а следовательно, и качество покрытия. Диапазон температуры на первой стадии в пределах 85-90% от заданного значения позволяет оптимизировать процесс цинкования изделий без существенного их охлаждения.Heating the retort under the inductor to a predetermined temperature in two stages avoids overheating of the galvanized product, because in this zone, the temperature is higher than on the surface of the retort in the zone between the inductors, and the longitudinal movement of the retort allows for uniform heating of the products, and hence the quality of the coating. The temperature range at the first stage within 85-90% of the set value allows you to optimize the process of galvanizing products without significant cooling.
Соответственно, для реализации заявляемого способа известная установка термодиффузионного цинкования дополнительно оснащается средствами, обеспечивающими осуществление процесса, в частности дополнительными термопарами, подъемными средствами механизмов продольного перемещения и вращения реторты и т.п.Accordingly, for the implementation of the proposed method, the known thermodiffusion galvanizing plant is additionally equipped with means ensuring the implementation of the process, in particular with additional thermocouples, lifting means of the mechanisms of longitudinal movement and rotation of the retort, etc.
Учитывая тот факт, что для равномерности нагрева изделия необходимо обеспечить вращение реторты, т.к. при продольном смещении ее она выходит из сцепления с основным приводом вращения, на рамном основании дополнительно установлены механизмы, обеспечивающие вращение смещенной реторты, а в систему управлении работой установки внесены соответствующие изменения.Given the fact that for uniform heating of the product, it is necessary to ensure the rotation of the retort, because when it is displaced longitudinally, it disengages from the main rotation drive, mechanisms for ensuring the rotation of the displaced retort are additionally installed on the frame base, and the corresponding changes have been made to the installation operation control system.
Сущность заявляемого способа термоддифузионного цинкования изделий из ферромагнитного материала поясняется на примере работы установки, реализующей его.The essence of the proposed method of thermal diffusion galvanizing products from a ferromagnetic material is illustrated by the example of the installation that implements it.
Реализация способа и один из вариантов конструкции установки приведены на следующих рисунках. На фиг.1 схематически изображен процесс загрузки реторты в электрическое нагревательное устройство; на фиг.2 показаны размещение реторты в индукторах и конструкция механизмов продольного перемещения и вращения реторты, установленных на основании установки; на фиг.3 приведена блок-схема системы управления процессом цинкования; на фиг.4 - конструкция загрузочного устройства цинкосодержащей смеси в реторту.The implementation of the method and one of the installation design options are shown in the following figures. Figure 1 schematically shows the process of loading a retort into an electric heating device; figure 2 shows the placement of the retort in the inductors and the design of the mechanisms of longitudinal movement and rotation of the retort installed on the basis of the installation; figure 3 shows a block diagram of a process control system for galvanizing; figure 4 - design of the loading device of the zinc-containing mixture in the retort.
На фиг.1 показаны корпус 1, индукторы 2, привод вращения реторты 3, рамное основание 4, реторта 5, технологический стол 6 (на фиг.1 изображен один, но их может быть два-три и более в зависимости от реализуемого способа нанесения покрытия), стойки 7 рамного основания, механизм 8 продольного перемещения реторты, механизм 9 вращения реторты при смещении ее, пальцы 10, фиксирующие рабочее положение реторты, водило 11, реборда 12, крышка реторты 13, дренажный патрубок 14, транспортная тележка 15, подъемные ролики 16, барабаны 17 с приводом 18, приводы 19, 20 соответственно механизмов продольного перемещения и вращения реторты.Figure 1 shows the housing 1, the inductors 2, the rotation drive of the retort 3, the frame base 4, the
На фиг.2 показана конструкция индукторов 2, размещенных на рамном основании 4 с опорами 7, каждый из которых состоит из трехсекционной катушки с секциями 21, 22, 23, снабженные токоподводом 24 с системой охлаждающих коллекторов. На фиг.2 также показана реторта 5 в рабочем положении, ролики 9 механизма вращения реторты и привод механизма 8 продольного перемещения реторты 5.Figure 2 shows the design of the inductors 2 placed on the frame base 4 with supports 7, each of which consists of a three-section coil with sections 21, 22, 23, equipped with a current supply 24 with a system of cooling collectors. Figure 2 also shows the
На фиг.3 приведена блок-схема системы управления работой установки, содержащая основные блоки: блок регулирования (контроля) 25 температуры нагрева поверхности реторты 5, блок управления 26 тиристорного источника питания индукторов 2, блок управления 27 основным приводом вращения реторты 5, блок управления 28 приводами продольного перемещения реторты 5, как вдоль технологического стола 6, так и внутри нагревательного устройства (индукторов 2), контроллер 29, осуществляющий работу установки по специальной программе для конкретного варианта реализации способа. На фиг.3 стрелками показано, что контроллер 29 соединен с входами и выходами каждого блока управления соответствующим механизмом установки. Блок-схема может изменяться в зависимости от конкретного выполнения установки и программы реализации способа нанесения цинкового покрытия.Figure 3 shows a block diagram of a control system for the operation of the installation, containing the main blocks: control unit (control) 25 of the heating temperature of the surface of the
На фиг.4 показано загрузочное устройство смеси для цинкования, которое содержит загрузочный бункер 30, привод 31, установленный на основании 32 и предназначенный для вращения шнека 34, размещенного в трубе 33. На фиг.4 приведены также реторта 5, технологический стол 6 с транспортной тележкой 15, барабаны 17 и привод 18.Figure 4 shows the loading device of the galvanizing mixture, which contains a loading hopper 30, a drive 31 mounted on the base 32 and designed to rotate the
Процесс термодиффузионного цинкования металлических изделий ведется в следующей последовательности:The process of thermal diffusion galvanizing of metal products is carried out in the following sequence:
- на участке входного контроля производят отбор изделий, пригодных к цинкованию;- at the site of the input control, the selection of products suitable for galvanizing;
- в выбранную для проведения очередного цикла цинкования реторту, размещенную на одном из технологических столов, загружают партию подлежащих цинкованию изделий, засыпают необходимое количество цинксодержащей насыщающей смеси в требуемом соотношении компонентов, равномерно распределяя ее по всей длине реторты, закрывают крышку реторты и размещают загруженную реторту внутри индукторов;- in the retort selected for the next galvanizing cycle, placed on one of the technological tables, load a batch of products to be galvanized, fill in the required amount of zinc-containing saturating mixture in the required ratio of components, uniformly distributing it along the entire length of the retort, close the retort cover and place the loaded retort inside inductors;
- проводят процесс термодиффузионного цинкования в индукторах нагревательной установки, обеспечивая двухстадийный нагрев корпуса реторты до заданной температуры, при одновременном вращении реторты в индукторах, после проведения первой стадии нагрева, отключают электропитание катушек индукторов и смещают реторту в продольном направлении, затем продолжают нагрев реторты до достижения заданной температуры, вращая ее за счет дополнительных механизмов вращения. Выдерживают в течение времени для образования требуемой толщины покрытия, производят выгрузку реторты из индуктора на технологический стол и ее принудительное охлаждение. В процессе цинкования осуществляют непрерывный сброс избыточного давления в реторте;- conduct the process of thermal diffusion galvanizing in the inductors of the heating installation, providing a two-stage heating of the retort body to a predetermined temperature, while rotating the retort in the inductors, after the first stage of heating, turn off the power to the inductor coils and shift the retort in the longitudinal direction, then continue to heat the retort until it reaches the specified temperature, rotating it due to additional rotation mechanisms. It is maintained for a time to form the required coating thickness, the retort is unloaded from the inductor to the technological table and forced cooling. In the process of galvanizing, continuous overpressure in the retort is carried out;
- на технологическом столе осуществляют принудительное охлаждение корпуса реторты до 100-130°C и выгружают изделия из реторты;- on the technological table carry out forced cooling of the retort body to 100-130 ° C and unload the products from the retort;
- производят мойку и пассивацию оцинкованных изделий, и контроль качества покрытия.- perform washing and passivation of galvanized products, and coating quality control.
Ниже приводится описание конкретных примеров осуществления заявляемого способа термодиффузионного нанесения цинковых покрытий на различные металлические изделия.The following is a description of specific embodiments of the inventive method of thermal diffusion deposition of zinc coatings on various metal products.
Пример 1. Входной контроль изделий допускает наличие на них ржавчины, отдельных пятен масел и т.п. В исходном состоянии реторта 5 расположена на технологическом столе 6, опираясь на подъемные ролики 16 механизма продольного перемещения реторты. Проведено цинкование проката черного металла в виде уголка 25×25×4 длиной 3,5 м в количестве 250 кг. Материал уголка - сталь 3. Требуемая толщина покрытия - 30 мкм. Приготовлена навеска насыщающей смеси, содержащая 5 кг порошка цинка и 20 кг глинозема. В полость реторты диаметром 350 мм и длиной 4,5 м, расположенной на технологическом столе 6, загружены металлоизделия и засыпана насыщающая смесь в два приема порциями по 125 кг уголка, чередующимися с порциями по 12,5 кг порошка. Технологический стол 6 с помощью транспортной тележки 15 располагают напротив горловины индуктора 2, закрывают реторту 5 герметичной крышкой 13 и с помощью подъемных роликов 16 перемещают вдоль технологического стола 6 и внутри индукторов 2 до достижения первых роликов механизма 8 продольного перемещения реторты в нагревательном устройстве. Для размещения ее в рабочем положении внутри индукторов необходимо согласовать ось вала основного привода 3 с осью реторты, что достигается за счет выставления на нужную высоту механизма 8 продольного перемещения реторты с помощью винтового домкрата, снабженного приводом (на фиг.2 не показан), включение которого осуществляется по команде контроллера 29, являющегося программатором системы управления работой установки. Когда установка соосности вала основного привода и реторты закончена, включается реверсивный привод 22 роликов продольного перемещения реторты в индукторах 2, и она фиксируется в рабочем положении посредством пальцев 10, которые вошли в отверстия водила 11, установленного на валу привода 3. После этого контроллер 29 системы управления подает команды на блоки 26, 27 на включения тиристорных источников питания индукторов 2 и вращение привода 3 реторты 5 соответственно, а также на отключение автономного двигателя роликов продольного перемещения 8 и опускание их, посредством винтового домкрата в исходное положение. В каждой катушке (21, 22, 23) индукторов 2 создается переменный магнитный поток, который пронизывает корпус реторты 5, а также металлоизделия и насыщающую смесь, находящиеся в ней, вызывая возникновение вихревых токов. При этом в изделиях из ферромагнитного материала величина вихревых токов в десятки и сотни раз превышает величину токов, индуктируемых в корпусе реторты 5, выполненном из нержавеющей стали. Вследствие этого большая часть электроэнергии, подводимой к индукторам 2, поглощается металлоизделиями, где в соответствии с законом Джоуля-Ленца она превращается в тепловую энергию. В качестве заданной температуры принимается оптимальная (380°C) для конкретной реализации способа. Нагрев корпуса реторты до температуры 325°C, что составляет 85% от заданной температуры поверхности реторты в зоне индуктора 2, осуществляется в течение 20 минут. Температура измеряется термопарами, установленными в зоне индукторов 2 (во второй секции поз.22) и между индукторами (на фиг.2 не показаны). При этом температура металлоизделий достигает 820-855°C. В этот момент от блока 25 контроля температуры в систему управления (контроллер 29) выдавался сигнал на отключение электропитания индукторов и формирование сигнала на подъем механизмов 8 продольного перемещения реторты с последующим перемещением ее на величину, равную расстоянию между индукторами. Насыщающая смесь оказывается практически прозрачной для электромагнитного поля и нагревается в основном за счет конвективного теплообмена от корпуса реторты 5 и радиационного нагрева от металлоизделий, находящихся в соприкосновении с ней и подвергающихся постоянному совместному с ней перемешиванию при вращении реторты 5. При этом в зоне непосредственного контакта с металлом находится лишь часть насыщающей смеси, в которой образуется расплав цинка. Остальное количество смеси благодаря наличию в ней глинозема, являющегося инертным огнеупорным материалом, выполняет роль теплового экрана, что предотвращает выгорание и испарение находящегося в ней цинка и дает возможность повторного использования остатков насыщающей смеси. В ходе всего процесса цинкования с помощью патрубка 14 происходит непрерывный сброс избыточного давления в реторте. Пары воды, смазки и смазочно-охлаждающих жидкостей, имеющихся на поверхности изделий, удаляются из реторты 5 в атмосферу.Example 1. Incoming inspection of products allows for the presence of rust, individual oil stains, etc. In the initial state, the
Одновременно с перемещением реторты 5 формируется сигнал на подъем механизмов вращения реторты и включение электропитания индукторов. За это время корпус реторты охладился на 15-25°C. Затем произвели в течение 5-6 минут нагрев реторты до заданной температуры 380°C и последующее отключение электропитания индукторов 2. Выдержка производилась в течение 10 минут, которое предопределяет толщину покрытия 30 мкм. После этого реторту с помощью механизма 8 продольного перемещения извлекли из нагревательной установки и поместили на технологический стол 6, где с помощью подъемных роликов 16 перемещают вдоль него. Ролики 16 опускают и, установив реторту 5 на барабаны 17, включают привод 18 вращения реторты на технологическом столе. Технологический стол отвозят в сторону для охлаждения, которое может быть принудительным или естественным, охлаждение вращающейся реторты осуществляли до 130°C. Охлажденные металлоизделия были извлечены из реторты. Остаток насыщающей смеси собран в мерную емкость. На процесс цинкования израсходовано 2,7 кг порошка цинка. Контроль толщины покрытия в трех точках по длине изделия показал, что она составляет 29-31 мкм. Проведенные металлографические исследования подтвердили уменьшение пористости нанесенного покрытия по сравнению с покрытиями, полученными известными способами. При этом его твердость и ударная вязкость существенно возросли.Simultaneously with the movement of the
На освободившееся место помещают сменную реторту 5, предварительно подготовленную к цинкованию на соответствующем ей технологическом столе 6, и начинают цикл цинкования следующей партии изделий.A
Порядок проведения процесса термодиффузионного цинкования изделий из ферромагнитных материалов не изменяется в зависимости от толщины покрытия, но с целью сокращения времени цинкования с ростом толщины покрытия целесообразно увеличить содержание цинка в порошковой смеси, что приводит к корректировке параметров процесса.The procedure for conducting the thermal diffusion galvanizing of products made of ferromagnetic materials does not change depending on the thickness of the coating, but in order to reduce the time of galvanizing with increasing coating thickness, it is advisable to increase the zinc content in the powder mixture, which leads to adjustment of the process parameters.
В нижеприведенной таблице указаны оптимальные параметры процесса термодиффузионного цинкования, а также вышеописанного примера осуществления способа.The table below shows the optimal parameters of the process of thermal diffusion galvanizing, as well as the above-described example of the method.
Время проведения процесса термодиффузионного цинкования по прототипу, в зависимости от толщины покрытия составляет от 2 до 4-х часов, а по предлагаемому способу в пределах 1,2-2 часа. Во всех примерах, приведенных в таблице, контроль прочности сцепления покрытия определялся по ГОСТ Р9. 915-2010.The time of the process of thermal diffusion galvanizing according to the prototype, depending on the thickness of the coating, is from 2 to 4 hours, and according to the proposed method within 1.2-2 hours. In all the examples given in the table, the control of adhesion of the coating was determined according to GOST R9. 915-2010.
Таким образом, результатом использования предлагаемых изобретений является значительное уменьшение длительности технологического цикла нанесения антикоррозионного цинкового покрытия, сокращение затрат электроэнергии, сокращение расхода цинкового порошка, обеспечение высокого качества цинкового покрытия при увеличении его толщин до 300 мкм и расширении номенклатуры цинкуемых изделий, а также улучшение управляемости процесса цинкования, в части получения требуемой толщины покрытия.Thus, the result of using the proposed inventions is a significant reduction in the duration of the technological cycle of applying an anticorrosive zinc coating, reducing energy costs, reducing the consumption of zinc powder, ensuring high quality zinc coating with an increase in its thickness to 300 μm and expanding the range of zinc-coated products, as well as improving process control galvanizing, in terms of obtaining the required coating thickness.
Способ позволяет увеличить надежность работы устройства за счет введения дополнительных механизмов вращения реторты, оснащенных автономным приводом, что значительно облегчает эксплуатацию устройства при использовании установки. Это обуславливает возможность широкого применения заявляемых технических решений в машиностроении и других отраслях промышленности.The method allows to increase the reliability of the device due to the introduction of additional mechanisms of rotation of the retort, equipped with an autonomous drive, which greatly facilitates the operation of the device when using the installation. This makes it possible to widely use the claimed technical solutions in mechanical engineering and other industries.
В настоящее время установка проходит опытно-промышленные испытания, целью которых является оптимизация параметров процесса, в зависимости от вида и формы изделий, используемых в различных отраслях промышленности, после окончания которых будет разработана техническая документация для широкого внедрения заявляемого способа.Currently, the installation is undergoing pilot tests, the purpose of which is to optimize the process parameters, depending on the type and shape of products used in various industries, after which technical documentation will be developed for the widespread implementation of the proposed method.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013107419/02A RU2527593C1 (en) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | Method of thermodiffusion galvanising of products from ferromagnetic materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013107419/02A RU2527593C1 (en) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | Method of thermodiffusion galvanising of products from ferromagnetic materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013107419A RU2013107419A (en) | 2014-08-27 |
| RU2527593C1 true RU2527593C1 (en) | 2014-09-10 |
Family
ID=51455979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013107419/02A RU2527593C1 (en) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | Method of thermodiffusion galvanising of products from ferromagnetic materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2527593C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2597460C2 (en) * | 2015-02-19 | 2016-09-10 | Виктор Иванович Кубанцев | Method of forming protective coating |
| RU2799465C1 (en) * | 2023-01-25 | 2023-07-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Protective coating application method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2243375A (en) * | 1990-04-26 | 1991-10-30 | Ajax Magnethermic Corp | Galvanneal heating of coated strips at edges |
| US5126522A (en) * | 1989-07-14 | 1992-06-30 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Induction heating apparatus for preventing the formation of stripes on plated steel |
| RU2139366C1 (en) * | 1998-12-22 | 1999-10-10 | Закрытое акционерное общество "СИГН" | Method of application of zinc coating by sherardizing with use of hot process |
| RU2174159C1 (en) * | 2000-09-21 | 2001-09-27 | Штыкан Исаак Лейбович | Method of sherardizing and plant for its embodiment |
| RU2424351C2 (en) * | 2009-08-17 | 2011-07-20 | Виктор Иванович Кубанцев | Procedure for application of zinc coating and installation for its implementation |
-
2013
- 2013-02-19 RU RU2013107419/02A patent/RU2527593C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5126522A (en) * | 1989-07-14 | 1992-06-30 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Induction heating apparatus for preventing the formation of stripes on plated steel |
| GB2243375A (en) * | 1990-04-26 | 1991-10-30 | Ajax Magnethermic Corp | Galvanneal heating of coated strips at edges |
| RU2139366C1 (en) * | 1998-12-22 | 1999-10-10 | Закрытое акционерное общество "СИГН" | Method of application of zinc coating by sherardizing with use of hot process |
| RU2174159C1 (en) * | 2000-09-21 | 2001-09-27 | Штыкан Исаак Лейбович | Method of sherardizing and plant for its embodiment |
| RU2424351C2 (en) * | 2009-08-17 | 2011-07-20 | Виктор Иванович Кубанцев | Procedure for application of zinc coating and installation for its implementation |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2597460C2 (en) * | 2015-02-19 | 2016-09-10 | Виктор Иванович Кубанцев | Method of forming protective coating |
| RU2799465C1 (en) * | 2023-01-25 | 2023-07-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Protective coating application method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013107419A (en) | 2014-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bicao et al. | Effects of zinc bath temperature on the coatings of hot-dip galvanizing | |
| Hebbale et al. | Microstructural investigation of Ni based cladding developed on austenitic SS-304 through microwave irradiation | |
| RU2424351C2 (en) | Procedure for application of zinc coating and installation for its implementation | |
| Di Cocco et al. | Damaging micromechanisms in hot-dip galvanizing Zn based coatings | |
| JP6974469B2 (en) | Zinc alloy plated steel with excellent spot weldability and corrosion resistance | |
| ATE458838T1 (en) | METHOD FOR HOT-DIP COATING A FLAT STEEL PRODUCT MADE OF HIGH-STRENGTH STEEL | |
| Lazurenko et al. | Formation of Ti-Al intermetallics on a surface of titanium by non-vacuum electron beam treatment | |
| RU2527593C1 (en) | Method of thermodiffusion galvanising of products from ferromagnetic materials | |
| Liang et al. | Formation of interfacial compounds and the effects on stripping behaviors of a cold-sprayed Zn–Al coating on interstitial-free steel | |
| Bhavsar et al. | Structural characterization of aluminized steel heat treated in different environments | |
| Blumenau et al. | Wetting force and contact angle measurements to evaluate the influence of zinc bath metallurgy on the galvanizability of high-manganese-alloyed steel | |
| Najafizadeh et al. | Multi-objective optimization of process parameters in pack siliconizing on AISI D2 steel | |
| KR20170005838A (en) | Method for producing a steel component which is provided with a corrosion-resistant metal coating, and steel component | |
| RU2237745C1 (en) | Method and process line for deposition of compound-profile steel articles | |
| EP3561144A1 (en) | Method of depositing a zinc layer on the surface of steel elements and a unit for deposition of a zink layer on the surface of steel elements | |
| Fatimah et al. | Role of V2O5 particles on the microstructures and corrosion behavior of Al–Mg–Si alloy via plasma electrolysis | |
| RU2570856C1 (en) | Methods of coating production on items out of low and high alloyed steels, non-ferrous metals or their alloys by method of thermodiffusion galvanising | |
| Zhao et al. | Effect and controlling mechanism of vanadium on Fe–Al interface reaction in Al–Zn bath | |
| RU2500833C1 (en) | Application method of corrosion protection coating onto metal products by thermodiffusion zinc plating | |
| Yan et al. | Phase transitions of plasma sprayed Fe–Al intermetallic coating during corrosion in molten zinc at 640° C | |
| RU132447U1 (en) | INSTALLATION FOR APPLICATION OF ZINC COATING ON PRODUCTS FROM FERROMAGNETIC MATERIALS BY THERMAL DIFFUSION ZINC | |
| RU2597460C2 (en) | Method of forming protective coating | |
| CN101592022A (en) | The method of utilizing metallurgical structure growth of multi-component alloy that waste rods and pipes is repaired | |
| KR20150120680A (en) | Mechanical Plating Method | |
| RU2799465C1 (en) | Protective coating application method |