СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ДРОССА Российский патент 1996 года по МПК C23C2/06 C23C2/12 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве листовой стали с горячим алюмоцинковым покрытием.

Процессы горячего покрытия листовой стали методом погружения в цинксодержащий расплав сопровождаются образованием побочных продуктов - дроссов, представляющих собой соединения цветных металлов с железом. Дроссы, имеющие меньшую плотность, всплывают на поверхность ванны, а дроссы с большей плотностью оседают на дне. Во всех случаях дроссы загрязняют рабочий расплав и полосу, уменьшают рабочий объем ванны, поэтому требуется их периодическое удаление.

При горячем алюмоцинковании стальных полос в расплаве, содержащем 40-45% цинка, образуются плотные дроссы, которые осаждаются на дне ванны. Донные дроссы образуют прочное сцепление с поверхностью ванны и представляют из себя монолитное тело, содержащее 25-30% цинка, 12-20% железа, 3-4% кремния, остальное алюминий и примеси.

Известны способы удаления донного дросса из керамической ванны для горячего цинкования стальных полос, по которым образующийся дросс состава FeZn₇ в виде мелких частиц, стекающих по наклонному дну в реакционную секцию, перемешивают в расплаве цинка с алюминием. Химически более активный алюминий вступает в реакцию с донным дроссом:
2FeZn₇ + 5Al --> Fe₂Al₅ + 14Zn
Образующееся легкое соединение Fe₂Al₅ всплывает на поверхность ванны, откуда осуществляют его выемку [1, 2]
Недостатки этих способов состоят в том, что они не пригодны для удаления дросса при алюмоцинковании полосы, т.к. обpазующийся дросс не вступает в химическое взаимодействие с алюминием.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ удаления дросса из ванны для горячего алюмоцинкования стальных полос, с регламентированной концентрацией цинка в рабочем расплаве 42,2-44,5% включающий механическое разрушение монолитного тела дросса на дне ванны и его выемку [3]
Недостатки известного способа состоят в следующем. Образующийся при алюмоцинковании донный дросс имеет высокую прочность сцепления с поверхностью ванны и представляет из себя монолитное тело, устойчивое к механическим разрушающим воздействиям. Механическое разрушение дросса и его выемка являются трудоемкой операцией и требуют длительной остановки агрегата алюмоцинкования, а также приводят к разрушению поверхности ванны.

Целью изобретения является уменьшение трудоемкости и времени удаления дросса.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе удаления дросса из ванны для горячего алюмоцинкования стальных полос, с концентрацией цинка в рабочем расплаве 40-45% согласно предложения, в донной части ванны создают слой расплава с концентрацией цинка 50-63% при толщине слоя 0,05-0,08 от общей глубины расплава в ванне.

Известное и предложенное технические решения имеют следующие общие признаки. Оба они являются способами удаления дросса из ванны для горячего алюмоцинкования стальных полос. В обоих случаях концентрация цинка в рабочем расплаве составляет 40-45%
Отличия предложенного способа состоят в том, что в донной части ванны создают слой расплава с повышенной до 50-64% концентрацией цинка, тогда как в известном способе во всем объеме ванны концентрация цинка одинаковая, равная 40-45% Кроме того, в предложенном способе регламентирована толщина слоя с повышенной концентрацией цинка, составляющая 0,05-0,08 от общей глубины расплава в ванне, чего в известном способе нет.

Указанные отличительные признаки проявляют во всей совокупности новые свойства, не присущие им в известных совокупностях признаков, и заключающиеся в уменьшении трудоемкости и времени удаления дросса. Это свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "Существенность отличий".

Сущность изобретения состоит в следующем. Дросс, образующийся при взаимодействии с алюмоцинковым рабочим расплавом, имеет более высокую плотность, чем расплав с концентрацией цинка C_p 40-45% поэтому опускается вниз. В зависимости от температуры рабочего расплава и его состава, его плотность составляет d_p 3,60-3,81 г/см³, тогда как плотность дросса d_g 4,51-5,52 г/см³. Опускающиеся частицы дросса, достигая слоя расплава у донной части ванны с повышенной концентрацией цинка до C_э 50-63% и плотностью расплава d_э 5,56-5,62 г/см³, превышающей плотность дросса d_g, остаются в расплаве во взвешенном состоянии, не осаждаясь на дне ванны. Это исключает возможность уплотнения частиц, возникновения монолитного тела, связанного с поверхностью ванны. Жидкий слой с частицами дросса может быть легко удален как после скачивания из ванны верхнего слоя рабочего расплава, так и при работе агрегата посредством погружения всасывающего патрубка на глубину залегания дросса под уровнем рабочего слоя расплава. Часть образующегося дросса в дисперсном состоянии удаляется из ванны движущейся стальной полосой.

Концентрация цинка в рабочем расплаве C_p 40-45% является оптимальной с точки зрения эксплуатационной стойкости листов. Если цинка в рабочем расплаве будет больше 45% то это приведет к ухудшению жаростойкости изделий из листов, покрытых алюмоцинковым сплавом. Снижение концентрации цинка менее 40% ухудшает протекторную защиту покрытия и сокращает срок службы изделий из-за электрохимической коррозии.

Экспериментально установлено, что если концентрация цинка в слое расплава у донной части ванны C_э будет менее 50% то не исключено (при неблагоприятном сочетании условий) опускание частиц дросса на дно ванны, образование монолитного тела дросса и мостиков связи с поверхностью ванны. Удаление отложений донного дросса в этом случае является трудоемкой и длительной операцией. Увеличение концентрации цинка C_э более 63% нецелесообразно, т.к. не приводит к дальнейшему уменьшению трудоемкости и времени удаления дросса, а увеличивает толщину переходного слоя к составу с рабочей концентрацией расплава 40-45% уменьшая тем самым объем рабочего расплава и ухудшая стабильность работы агрегата.

Оптимальная относительная толщина слоя в донной части ванны с концентрацией цинка C_э 50-63% определена экспериментально. При относительной толщине слоя менее 0,05, этот слой не обладает стабильностью, и вследствие перемешивания расплава, обусловленного движением полосы, имеет место нарушение сплошности слоя, что снижает его экранирующую эффективность и приводит к опусканию дросса на дно ванны с образованием монолитного тела. В результате увеличивается трудоемкость и время удаления дросса из ванны. Увеличение относительной толщины слоя более 0,08 оказалось неэффективным, т.к. практически не уменьшая трудоемкости и времени удаления дросса, приводило к снижению объема рабочего расплава, Постепенному повышению концентрации цинка в рабочем расплаве и нарушению стабильности процесса алюмоцинкования.

Примеры реализации способа.

В отдельно установленной от агрегата алюмоцинкования плавильной печи готовят рабочий алюмоцинковый расплав с концентрацией цинка (по массе) C_p 43% Плотность рабочего расплава равна d_p 3,73 г/см³. Рабочий расплав перекачивают в ванну агрегата горячего алюмоцинкования, имеющей общую глубину расплава H_o 1700 мм. Перекачивание ведут до повышения уровня рабочего расплава до 1590 мм. После этого во второй плавильной печи готовят экранирующий алюмоцинковый расплав с концентрацией цинка по массе C_э 56% и плотностью d_э 5,60 г/см³. В ванну агрегата горячего алюмоцинкования опускают погружной патрубок и в донную часть ванны ("под уровень") закачивают экранирующий алюмоцинковый расплав. Поскольку плотность d_э больше, чем d_p, на дне ванны образуется слой расплава с концентрацией цинка С_э 56% Экранирующий сплав закачивают до подъема уровня рабочего расплава с уровня 1590 мм до H_o 1700 мм. При этом толщина экранирующего слоя на дне ванны составит H_э 110 мм, а отношение H_э/H_o 0,065.

После этого обрабатываемую полосу опускают посредством погружного ролика в рабочий расплав и осуществляют ее горячее алюмоцинкование. Продукты взаимодействия стали с алюмоцинковым расплавом (дросс), плотность которых d_g 4,51-4,53 г/см³, в виде отдельных частиц опускаются ко дну ванны. Но поскольку в донной части ванны имеется экранирующий слой H_э с плотностью d_э 5,60 г/см³, частицы дросса не достигают дна ванны, оставаясь на границе раздела слоев различной плотности во взвешенном состоянии. Отсюда слой расплава с частичками дросса откачивают в специальную емкость, периодически добавляя в ванну рабочий расплав.

При этом трудоемкость удаления дросса составляет Q 8 чел/час, а время удаления, включающее остановку агрегата алюмоцинкования, τ=4 часа в месяц.

Возможно осуществление способа, когда экранирующий слой в донной части ванны создают погружением в рабочий расплав слитков чистого цинка. Слитки, имеющие большую плотность, опускаются на дно ванны, постепенно расплавляются и, смешиваясь с рабочим расплавом, образуют в донной части экранирующий слой расплава с концентрацией цинка 56% в толщине 0,065 от общей глубины расплава в ванне. Варианты реализации способа и показатели их эффективности приведены в таблице.

Как следует из таблицы, в случае реализации предложенного способа (варианты N 2-4) достигается уменьшение трудоемкости и времени удаления дросса из ванны агрегата горячего алюмоцинкования стальных полос. При запредельных значениях параметров (варианты 1, 5-9) трудоемкость и время удаления дросса возрастают. Также увеличение трудоемкости и времени удаления дросса имеют место при реализации способа-прототипа (вариант 10), при этом ванна получает механические повреждения в процессе разрушения монолитного тела дросса.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что формирование в донной части ванны для горячего алюмоцинкования жидкого экранного слоя с концентрацией цинка 50-63% и толщиной 0,05-0,08 от общей глубины расплава в ванне позволяет поддерживать частицы дросса во взвешенном состоянии на границе раздела слоев алюмоцинкового расплава различной плотности, препятствует образованию монолитного тела дросса и его сцеплению с поверхностью ванны, облегчает удаление жидкой фазы вместе с дроссом. За счет этого достигается уменьшение трудоемкости и времени удаления дросса. В качестве базового объекта был принят способ-прототип. Рентабельность предложенного способа превышается на 400% ТТТ1

Способ удаления дросса из ванны горячего алюмоцинкования стальных полос с концентрацией цинка в рабочем расплаве 40-45% включает предварительную подготовку дросса к удалению и выемку его из ванны. Предварительную подготовку дросса к выемке ведут за счет создания в донной части ванны слоя расплава с концентрацией цинка 50-63% при толщине слоя 0,05-0,08 от общей глубины расплава в ванне. Выемку дросса ведут с границы раздела слоев различной плотности путем откачки слоя расплава с частичками дросса. 1 табл.

Способ удаления дросса из ванны горячего алюмоцинкования стальных полос с концентрацией цинка в рабочем расплаве 40 45% включающий предварительную подготовку дросса к удалению и выемку его из ванны, отличающийся тем, что предварительную подготовку дросса перед выемкой проводят путем создания в донной части ванны слоя расплава с концентрацией цинка 50 63% при толщине слоя 0,05 0,08 от общей глубины расплава в ванне, а выемку дросса ведут с границы раздела слоев различной плотности путем откачки слоя расплава с частичками дросса.