张红田
(新疆八钢钢管有限责任公司)
锌锅是热镀锌管和热镀锌构件生产的重要设备,其寿命长短直接影响热镀锌产品的生产成本。锌锅一般用低碳低硅的钢板焊接而成,主要牌号是05F和08F。锌锅使用寿命和生产效率受许多因素影响:生产过程中,锌锅铁基材料会和锌液反应,生成锌铁合金,对锌锅内壁造成腐蚀;在加热过程中,锌锅的内外壁存在温差,会在锌锅厚度方向产生应力差;锌锅内壁(尤其是边角部位和锌液位处)会因锌铁合金的积存和附着,导致受热不均,也会产生应力差;新投用的锌锅在加热升温熔锌时要保证其加热均匀性,否则会产生局部过热;镀锌产品单位时间的产量必须与计算得出的锌锅热平衡参数相符,否则会造成锌温过高或待温。以上情形都会对锌锅寿命和生产效率产生影响。一些研究认为,为提高锌锅使用寿命,可采取锌锅材质改性、内涂工业陶瓷、双层复合材料等方法,但均因工艺复杂、成本高、能耗大等原因未得到规模化应用[1]。目前热镀锌管和热镀锌构件锌锅的主要材质仍为低碳低硅钢板,对低碳低硅钢板材质的热镀锌锅日常使用、主要操作要点进行分析,为提升锌锅使用寿命和生产效率提供基础条件。
1.1 制作和存放
镇静钢、含碳量和含硅量较高的普通钢材是不适宜制作锌锅的。应采用w(C)<0.1%,w(Si)<0.03%的优质沸腾钢,同时避免偏析、杂质、夹层、晶粒粗大和裂纹等缺陷。在锌锅焊接前对钢板进行化验、探伤,一般采用E-422焊条(保证化学成分)进行锅体焊接[2]。焊接后的锌锅必须进行热处理,以减小焊接应力和加工应力,热处理后的锌锅重点对焊缝和冷弯成型部位再次进行无损探伤。锌锅冷弯成型时,要确保足够的圆弧度,避免加工硬化产生过大的加工应力。必要时,在锌锅外壁靠近加热炉烧嘴或局部高温部位加装防护板,以减少烧损和氧化。正常情况下,锌锅的使用年限为1～2年,产钢量约4～6万t。锌锅在贮存期间宜加盖防护,如有冰雪、雨水进入锅内,必须立即清除,通风晾干。在干燥少雨地区,锌锅底部可不支垫木,但必须安放在平整的硬质地面上。
1.2 熔锌
熔锌分为两种情况:一种是新投用锌锅;另一种是因停产后复产或维修后重复使用的旧锌锅。
1.2.1 新锌锅熔锌
新锌锅熔锌主要是码锌和升温。
(1)码锌注意事项。码锌宜使用小块0#锌锭(锌含量≥99.995%),锌锭与锌锅内壁尽量紧密接触,并留一定的热膨胀间隙。锌锅底部至少铺设两层以上,内侧壁至少铺设一层以上,码锌高度为锌锅深度的65%～75%。新锌锅第一次投用时,不建议使用重复凝固后的锌锭,也不宜添加锌铝合金锭和铅锭,以确保锌液的纯净度,避免其他微量元素和外来元素与锌锅产生不良反应,影响锌锅寿命。码锌如图1所示。锌锭码放不稳时,可以用小木条支撑,保证锌锭间隙和稳固。码锌熔锌期间,锅内和锅沿处严禁洒水、喷水、灌水。
图1 锌锅码锌示意图
(2)升温操作。新锌锅第一次使用时,采取不码锌对空锅进行一次升温和降温,点火后必须缓慢加热。炉温300℃以下时,每小时升温≤15℃。锌锅加热炉炉膛重新砌筑时,在100～200℃,必须有6h恒温保温,再经过20h匀速升温至300～330℃,保温24h。炉温升至300℃后每小时升温≤15℃,匀速升至600℃左右后进行停火降温,均匀降至室温。在此期间着重检查锌锅的外形变化及温度是否均匀,并根据检查对燃烧系统进行调整,确保锌锅整个锅体温差均匀,最大限度消除应力。
空锅经升温和降温后的锌锅经检查确认没有问题后,进行码锌、熔锌升温,这个过程持续12天左右,其升温曲线见图2。
图2 新锌锅熔锌升温曲线图
新锌锅升温过程主要分为五段(以热镀锌管为例,锌液终点温度450℃):第1段,点火后小火加热48h,炉膛温度匀速升温至200℃;第2段,200℃时保温48h;第3段,经48h匀速升温到300℃时,保温48h;第4段,经36h匀速升温到440℃时,保温36h;第5段,第12天,炉膛温度保持在600℃左右,锌液温度保持在450℃左右,锌液温度保持在工作温度,除锌土,安装镀锌机,准备生产。
需要注意的是,炉内各个测温点的温差应≤50℃,熔锌期间炉膛温度≤600℃。
1.2.2 旧锌锅熔锌
使用过的锌锅或者局部缺陷维修后的锌锅,再次使用时,不需要对空锅进行升温和降温,可以直接码锌、熔锌,其升温和熔锌时间可适当缩短,以减少时间消耗、提高作业率。在配备锌液储罐时,可在锌锅加热至420℃时,将储罐中的锌液回抽至锌锅内(锌液储罐温度控制在430～440℃之间),这样升温时间可以进一步缩短。其升温曲线见图3。
图3 旧锌锅熔锌升温曲线图
旧锌锅升温过程主要分为四段(以热镀锌管为例,锌液温度终点450℃,配备锌液储罐):第1段,按图1所示码锌,20h匀速升温到300℃,保温4h;第2段,20h匀速升温至440℃,保温4h;第3段,20h匀速升温,用测温仪测定锅内壁温度达到420℃后,保温4h,回抽锌液;第4段,24h匀速升至锌液工作温度450℃。
共用时约120h,锌液温度达到450℃后,保持24h后可以进行生产。期间每30min搅动一次,搅动时始终沿一个方向大圈扰动,使锌锅内各部位的锌液温度尽量均匀。
1.3 温度控制
锌锅运行时,必须对锌液温度进行实时测量与监控。生产热镀焊管时锌液温度控制在440～450℃,生产热镀锌构件时锌液温度控制在455～465℃。经过计算,不同类别的热镀锌产品的允许供热强度值及临界产量见表2。
表2 不同热镀锌产品的允许供热强度及临界产量
正常生产时,温控设置的几个原则:
(1)炉膛温度不超过700℃;
(2)锌液温度控制精度为±5℃,每2h检查记录1次;
(3)锌锅内的热电偶每周检查2次,有故障立即更换;
(4)锌锅内外壁温度与锌锅内锌液温度的温差控制在150℃以内。可在锌锅盖板上预留若干测温孔,用手持式测温仪测量锌锅外壁温度。
2.1 日常操作要点
(1)定期补充锌锭,以维持锌液面,补锌量根据生产规格和产量确定;锌液面至锌锅锅沿距离波动范围控制在100～200mm;补充锌锭时需提前预热至100～150℃,锌锭入锅时防止锌液飞溅伤人。
(2)定期清理表面的氧化锌(表面浮渣),开始生产前需将锌锅内壁附着的锌铁合金清除干净,防止锌锅导热不均,对锌锅内壁造成腐蚀。
(3)锌锅内的锌铁合金由于比重较大、熔点较高,一般以固态形式沉积在锌锅底部,一般称之为锌渣或底渣。底渣达到一定厚度时,镀锌机构带动的镀件会粘附底渣,造成产品表面缺陷;底渣积存过多后会影响锌锅导热,造成局部过热,加速腐蚀的同时产生较大的热应力,从而影响锌锅寿命。一般积存的底渣高度距离镀锌机构最低点约100mm时,需要停机进行捞渣作业。
2.2 锌锅维修
锌锅内壁发现腐蚀凹坑、锌液面不正常降低,同时烟囱排放大量白烟,可判断为锌锅漏锌。发现漏锌后须立即停止生产,并对锌锅漏点进行补焊。一般使用CO2气保焊机进行补焊,也可采用电弧焊。补焊工艺宜采用逐层叠补填焊。补焊主要参数见表3。
表3 锌锅补焊参数
补焊注意点:
(1)焊材在焊接前进行预热,预热温度不小于200℃;
(2)焊接时先清除锌锅表面粘附的锌和锌铁合金层,打磨至锌锅钢板基层后再进行焊接;焊接完成后,对焊缝区域进行打磨,与钢板原厚度保持一致;焊缝缓冷至室温,不得急冷;
(3)环境温度低于5℃时严禁进行补焊。
2.3 锌锅更换
锌锅正常使用超过2年,或累计产量超过6万t,或出现鼓包、凹坑、裂缝等严重故障时,需进行锌锅更换。
其操作要点:
(1)更换的锌锅在使用前,用机械方法清除浮锈、氧化皮、杂物,清除面应平整、光滑。
(2)为保证吊装安全便利,可在锅沿边部焊接4～6个吊耳,吊耳对称设置,厚度30～60mm;安装完毕后去除吊耳,焊接部位打磨平整;二次焊接吊耳时应错位,不得在同一位置焊接。
(3)锌锅移动时,应采取安全可靠的措施谨防锌锅跌落、倾斜、侧翻和旋转。
(4)使用前按间距200×200(mm)网格点测量、记录各点壁厚。
锌锅正常使用期间,每6个月进行一次定修,包括外观检测、表面清理、壁厚测量、探伤、局部缺陷消除、附件更换等。
锌锅炉膛加热带入的热量、镀件和热损失带走的热量经热平衡计算,可以得出单位时间内不同规格产品的产量(见表4)。低于这个产量时,锌锅的设备能力未得到充分发挥;高于这个产量时,会导致锌液温降过快,造成停产待温,并增加了锌锅内外壁的温差。在生产过程中需避免这些情况的发生,才能获得稳定可控的生产节奏,达到提高锌锅寿命、提高生产效率的目的。
表4 热镀锌焊管单位时间产量表
续表4:
在生产过程中,严格执行对低碳低硅钢板材质的热镀锌锅日常使用要求及主要操作要点。
热镀锌锅生产实践表明:
(1)锌锅采用合适的材质,制作前后具备完善的检测和探伤条件,是确保锌锅质量的基础。
(2)正常生产时,合理的锌锅的日常操作和维修,有利于提高锌锅寿命。
(3)按照锌锅热平衡计算的结果确定单位时间的产量,有利于提高锌锅的寿命和提高生产效率。
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