Разработка элементов системы менеджмента качества и улучшение производства цинка из отходов ванн горячего цинкования
Разработка нового технологического процесса получения цинка из отходов ванн горячего цинкования
жүктеу/скачать 140.97 Kb.
|
| 3. Разработка нового технологического процесса получения цинка из отходов ванн горячего цинкования
качество цинкование отход гартцинк 3.1 Обоснование выбора объекта проектирования Проблема защиты от коррозии стальных конструкций является одной из важнейших технических проблем во всем мире. Одной из наиболее эффективных технологий защиты металлоконструкций от коррозии, развивающихся в последние десятилетия является процесс «горячего цинкования». В России и странах СНГ этот процесс еще не получил достаточного развития, хотя и подтвердил свою высокую экономическую и техническую эффективность. Справка: Голландия имеет 18 заводов цинкования на 16 млн. населения, Германия 180 заводов цинкования на 90 млн. населения, Италия 64 завода на 50 млн. населения, Испания 48 заводов на 46 млн. населения; Более 5% всех стальных конструкций в Европе проходят через «горячее цинкование». на территории РФ работает менее десяти предприятий осуществляющих горячее цинкование. Технология горячего цинкования разработана более 150 лет назад и в настоящее время соответствует самым жестким требованиям по антикоррозийной защите ответственных конструкций. Из всех известных способов защиты стальных конструкций от коррозии горячее цинкование является оптимальным. Сочетание высокой экономической эффективности и повышения надежности конструкций, прошедших обработку методом горячего цинкования, а так же универсальности данного метода по отношению к виду конструкций позволило занять данному способу защиты ведущее место во многих странах мира. Область применения данного вида защиты металлоконструкций от коррозии очень велика: металлические мосты (от пешеходных до автомобильных и железнодорожных). опоры ЛЭП, вышки сотовой связи, опоры канатных дорог, металлические опоры уличного освещения. металлоконструкции каркасов ответственных зданий и зданий с повышенной влажностью в помещениях. металлоконструкции каркасов зданий и оборудования животноводческих ферм, коровников и проч. эксплуатируемых в среднеагрессивной среде. в связи с тем, что цинковое покрытие не взаимодействует с нефтепродуктами, различными растворителями, смазочными материалами использование данного способа защиты целесообразно для применения к большинству конструкций нефтедобывающих, нефтеперегонных и нефтеперерабатывающих предприятий, что в конечном итоге снижает риск аварийных ситуаций вследствие коррозионных процессов (цинк не обладает пирогенным свойством, что так же снижает риск возгораний). многолетним использованием проверено качество защиты горячим цинкованием водопроводных и канализационных труб. В Москве горячее и холодное водоснабжение осуществляется по трубам прошедшим защиту горячим цинкованием. опоры рекламных щитов, перильные и дорожные ограждения, металлические лестницы. конструкции кранов и различного оборудования используемого на речных и морских судах. самые различные металлические конструкции, эксплуатируемые на железной дороге, в том числе элементы контактной сети. и многое другое. По статистическим данным ежегодная потеря металлопроката от коррозии составляет от 5 до 10%, в условиях роста цен на энергоресурсы, а соответственно затрат на воспроизводство металла, защита от коррозии становится наиболее актуальна. Процесс горячего цинкования – процесс, защищающий железо и сталь от образования ржавчины. В сущности, он предполагает погружение металлоконструкции с химически чистой поверхностью в ванну с расплавленным цинком, который реагирует с железом с образованием защитной пленки. Этот принцип остается неизменным в течение 150 лет существования процесса цинкования, но обширные исследования по всем аспектам технологии превратили современное цинкования в технически контролируемое производство. В силу того, что расплавленный цинк не может вступать в реакцию с металлом или сталью покрытой вторичной окалиной или маслом, металлоконструкция перед погружением в расплавленный цинк должна пройти процесс очистки, который включает обезжиривание, пескоструйную очистку и кислотное травление. Затем металлоконструкцию покрывают флюсом для активации поверхности, что улучшает ее «смачивание» цинком и их взаимодействие при погружении. При извлечении конструкции избыток цинка стекает обратно в ванну. Оцинкованное изделие погружают в ванну с водой для охлаждения или оно остывает на воздухе. Существуют два основных способа цинкования различающиеся по методу нанесения флюса. При цинковании с расплавленным флюсом материал после травления и промывки погружают в цинковую ванну, на поверхности которой плавает слой флюса. При сухом цинковании слой флюса высушивают на поверхности материала перед погружением в чистую ванну с расплавленным цинком. Процесс оцинковывания состоит из трех основных этапов: подготовка поверхности; оцинковывание; проверка. Рисунок 3. Схема линии горячего цинкования Навеска продукции осуществляется вручную, как правило, путем подвески и увязки металлоконструкций на траверсы проволокой диаметром 3–6 мм (в зависимости от массы изделий). При оцинковании мелких изделий для повышения производительности навески могут применяться специальные приспособления. Размер изделий, их конструктивные особенности важны для рационального выбора способа навески и количества навешиваемых изделий, т. о. для различных конфигураций цинкуемых изделий требуются особые, индивидуальные способы навески. На качество и толщину цинкового покрытия оказывает влияние угол наклона изделия к поверхности расплава цинка в ванне цинкования (чем больше угол наклона, тем меньше толщина и лучше качество поверхности покрытия). Угол навески цинкуемых изделий ограничен габаритными размерами ванн подготовки и ванны цинкования. Для стального проката этот угол составляет 10–45 градусов. Последним этапом технологического цикла оцинкования изделий является съем оцинкованной продукции с траверс для отгрузки. Для сохранения качества цинкового покрытия при съеме изделий необходимо соблюдать ряд требований: изделия должны быть охлаждены; должны быть исключены контакты, а также удары и падения между собой и пр. металлическими предметами; отгрузка и увязка оцинкованных изделий должна осуществляется тканевыми тросами. Обезжиривание. Поверхность стали подлежащая цинкованию, всегда, за исключением редких случаев, в большей или меньшей степени загрязнена маслами или жирами. Эти компоненты появляются на металлоконструкциях вследствие предшествующих обработок и / или манипуляций, которым они подвергались. Это особенно касается деталей, изготовленных из листа. Жиры и масла, подвергаясь старению при контакте с атмосферой, модифицируются, что порой еще больше затрудняет их удаление. Жировое покрытие действует как непроницаемая оболочка на оксидах, из-за чего не происходит полного процесса кислотного травления. Часто жировые вещества проникают вглубь пор на поверхности и не обнаруживаются при поверхностном визуальном обследовании. Обезжиривание поверхности металлоконструкций имеет все основания рассматриваться в качестве основной процедуры всего цикла химической подготовки к процессу горячего цинкования. Эффективное обезжиривание дает гарантию выполнения успешного качественного процесса травления. Травление. Металлы имеют свойство окисляться, т. о. сталь всегда покрыта слоями оксидов, состоящих из химических соединений железа с кислородом и водой, состав и толщина которых зависят от условий, при которых они формировались. Оксидный слой препятствует реакции жидкого цинка с железом и потому должен быть устранен до металлургического процесса цинкования. Если и существуют ситуации, при которых очистка проводится механически (пескоструйная очистка), в огромном большинстве случаев металлоконструкции проходят химическую обработку процедурой кислотного травления. Кислоты, используемые при горячем оцинковании, следующие: соляная кислота и серная кислота. Из двух кислот, в технологии цинкования предпочтительней первая, поскольку она активна при температуре окружающей среды, и создаёт меньше проблем на следующей стадии химической обработки. Промывка. Операция промывки необходима для предотвращения переноса хлоридов железа и кислоты HCl в ванну флюсования, а далее и в ванну цинкования. Железо представляет собой «нежелательный» элемент в растворе флюсования. Сам по себе хлорид железа обладает некоторым флюсующим действием, однако его наличие имеет и некоторые отрицательные стороны: соли железа в активной форме вызывают перенос ионов Fe2 в ванну цинкования, с последующим увеличением количества гартцинка; при контакте с атмосферой железо окисляется, его окисленные компоненты являются малорастворимыми и стремятся пристать к поверхности изделий, что вызывает появление участков, где металлургическая реакция между цинком и железом произойти не сможет. Значение pH-показателя: с одной стороны, слишком высокий pH способствует выпадению цинка из раствора флюсования, уменьшая его активность; с другой стороны, повышение кислотности означает присутствие свободной кислоты, большую коррозийность. По всем этим причинам проводятся регламентированные периодические химические анализы растворов, которые позволяют осуществлять сбалансированную корректировку всех имеющихся параметров. Флюсование. Другой очень важной стадией в процессе горячего цинкования является подготовка поверхности стали, теперь уже, по крайней мере, теоретически очищенной после обезжиривания и кислотного травления, для того, чтобы сделать ее пригодной для последующей операции, на которой выполняется термо-металлургическая реакция с цинком. В теперь уже повсеместно используемом «сухом» методе (сухое цинкование) данная стадия называется «предварительное флюсование». В ней поверхность деталей покрывается пленкой неорганического кристаллического соединения, называемого «флюсом». При горячем цинковании требуется, чтобы сталь была идеально чистой до самого погружения в расплавленный цинк; действительно, только «металлические чистые» поверхности могут реагировать друг с другом. Слой флюса служит для достижения этой цели благодаря своим следующим свойствам: он удаляет загрязнения и нерастворимые соли, оставшиеся на поверхности деталей после травления; предотвращает образование оксидов и / или солей, которое могло произойти во время ожидания и транспортировки к цинковой ванне; освобождает от оксидов поверхность ванны цинкования в зоне, в которой происходит погружение обрабатываемых деталей. Таким образом, можно сказать, что флюс ведет себя как «очищающая пена», которая посредством очень сложных химических реакций предотвращает образование оксидов, удаляет остаточные соли и другие поверхностные загрязнения, предохраняя одновременно обрабатываемые поверхности от контакта с окружающей атмосферой. Кроме того, слой флюса действует как посредник между расплавленным цинком, который имеет очень высокое поверхностное натяжение, и сталью. Без этого промежуточного компонента расплавленный цинк не смог бы полностью «смочить» поверхность цинкуемых изделий. Фаза высушивания после флюсования очень важна. Действительно, если реакции, приводящие к появлению флюсующих свойств, начинаются на водном этапе, когда соли флюса, откладываются на поверхности стали, то полностью они заканчиваются на фазе сушки. Именно на этой фазе, когда раствор, концентрируясь, теряет воду, металлические соединения получают характеристики «сильной кислоты» способствующей активному взаимодействию расплава цинка со сталью. Также, на стадии сушки осуществляется предварительный подогрев цинкуемого материала. Температура изделий на выходе из сушильной печи составляют примерно 70–100°C. В сушильной камере необходимо наличие хорошей вентиляции, способствующей сушке изделий и удалению влаги из окружающего объема. Если температуры в сушильной печи слишком высокие, имеется опасность, что соль разложится и преждевременно начнет свое действие, оставив мало флюсующего вещества для реакции между цинком и металлом на этапе цинкования. С другой стороны, если сушка неполная и остается слишком много влаги на поверхности, имеется риск нового окисления какого-то участка поверхности, что приведет к дефектам покрытия. Цинкование. Для качественной работы ванны цинкования используется цинк высокого стандарта качества для полной уверенность в том, что любой нежелательный элемент не снизит требуемого качества покрытия. Это значит, что для создания такого покрытия должен использоваться цинк, соответствующий классам Zn 1 (99,995%) или Zn 2 (99,95%) в соответствии с нормативами EN 1179 и ISO 752 или Ц0 и Ц1 по ГОСТ 3640–94. В процессе горячего цинкования металлоконструкции погружаются в ванну с расплавленным цинком (430–450°С) и в результате реакции на поверхности изделия образуется ферроцинковый сплав, представляющий собой надежную антикоррозийную защиту, состоящую из нескольких слоев с различным удельным соотношением железа и цинка. Начиная от поверхности стали, первым расположен Гамма-слой (γ) толщиной около 1 мкм, состоящий из сплава стали и цинка, в котором последнего элемента присутствует около 25%. Следующим расположен Дельта-слой (d), содержащий порядка 10% железа, на котором располагается Дзета-слой (z). В Дзета-слое (z) присутствует 7% железа и можно видеть кристаллы, ориентированные по высоте. Слой, лежащий снаружи от него и называемый Эта-слой (h), можно рассматривать как почти чистый цинк, поскольку при температуре окружающей среды максимальное содержание железа в нем составляет 0,008%. Поэтому цинкование является очень востребованным видом защиты металла от коррозии. Но так же он является и безотходным видом производства так как его отходы в виде изгари цинка и гартцинка направляются на дальнейшую переработку. Так как отходов от ванн горячего цинкования образуется много около 7200 тн. изгари и 8000 тн. гарта в год по России. То считаю целесообразным выбрать именно переработку отходов гартцинка. жүктеу/скачать 140.97 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|