專利名稱：一種金屬鍍液熔池的加熱方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)中的熱鍍層技術，具體為一種金屬鍍液熔池的加熱方法和設備，特別是腐蝕性金屬液熔池的加熱方法和設備，國際專利主分類號擬為Int.Cl.C25D 3/00(2006.01)。
背景技術：
金屬液體有著廣泛的應用領域，例如核工業(yè)中用液體金屬鈉冷卻某些高溫部件如高速旋轉的軸承、軸套等(中國腐蝕與防護學會主編，核工業(yè)中的腐蝕與保護，北京化學工業(yè)出版社，1993，P133)；玻璃制造業(yè)中浮法生產(chǎn)平板玻璃過程中采用液體金屬錫作為玻璃流平的托舉液，更為普遍而且重要的是在熱鍍鋅工業(yè)中，為防止金屬制品和構件腐蝕大量使用液體金屬鋅進行熱鍍鋅處理(H.巴布利克，熱鍍鋅理論與工藝，冶金工業(yè)出版社，1955)。需要熱鍍鋅的工件包括線材、板材、鋼卷、鋼管、結構件、緊固件等等。所有這些應用都有如何將固體金屬加熱熔化，使之成為液體金屬以便利用的問題。
由于所述的鍍層金屬液體都具有強烈的腐蝕性，因此如何選用適宜的加熱容器材料和以何種方式加熱都成為關鍵技術。就熱鍍鋅工藝而言，將固態(tài)金屬鋅加熱至熔融狀態(tài)，使之成為金屬鋅液體有兩個作用一是消耗掉一部分鋅液，完成金屬制品的表面涂層鍍鋅；二是作為熱量的存儲介質(zhì)和傳導體，供應欲鍍工件的熱量，使之升至熱鍍鋅溫度，保證熱量供應的動態(tài)平衡，完成熱鍍鋅工藝過程。工業(yè)生產(chǎn)中，鍍鋅工藝需要的鋅液非常多，其加熱容器(鋅池或鋅鍋)體積非常大，一般是鍍鋅產(chǎn)量的20-40倍，例如，鋼絲鍍鋅的鋅池容鋅量30-100多噸不等，鍍鋅鋼管的鋅池容鋅量為120噸左右，而大型結構件的鋅池容鋅量最大的可達到700多噸，對于如此巨大的鋅容量，對鋅池(鋅鍋)材料的選擇和加熱方法都成為技術難點問題。此外，巨大鋅池的鋅耗量和耗能量也必然巨大，不利于節(jié)約資源和減少能耗。
目前熔池(如鋅池或鋅鍋)的加熱方法是將金屬鍍液(如鋅液)裝入大的加熱容器中，然后通過外加熱方法、上加熱方法(黃穎，熱鍍鋅熔煉鍋的現(xiàn)狀和發(fā)展，機械工程材料，Vol.1，1982)或內(nèi)加熱方式(曹曉明，溫鳴，劉亞青用于熱鍍鋅內(nèi)加熱的合金管內(nèi)加熱器，第20屆國際熱鍍鋅大會，2003，6，1-6，荷蘭阿姆斯特丹；Cao Xiaoming Wen Ming Immersion Heating forhot-dip Galvanizing by Alloy Tube Immersion heaters，20thInternationalGalvanizing Conference，June1-6 2003，in Amsterdam Holland，)將鋅池中的鋅加熱至熱鍍鋅溫度(460度左右)來實施熱鍍鋅工藝(參見附圖1-3)。這些現(xiàn)有技術中，無論那種所述的加熱方式都存在以下問題1.鍍層(如鍍鋅)液體與其加熱器為同一金屬液(鋅液)，因此為工件鍍層需要，必然使熔池容量巨大，一方面造成熔池的熱負荷過大，需要并浪費了大量寶貴能源，另一方面需要大量投資，使得熱鍍層(如鍍鋅)工藝的成本居高不下，不利實際應用；2.鍍液常常不是熱的良導體，以鍍液本身作為熱源，必然也需要并浪費了大量寶貴能源；3.由于熔池內(nèi)的鍍液兼有熱源的作用，因此，無法將熔池封閉，造成熱源的能耗損失，加熱效率不高，同樣需要并浪費了大量寶貴能源；4.一般的鍍液都具有較強的腐蝕性，它會加快熔池被鍍液(如熔鋅)的腐蝕速度，造成熔池(如鋅鍋)短壽，而熔池越大，短壽造成的損失就越大。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術加熱方法的弊端，本發(fā)明主要解決的技術問題是，提供一種金屬鍍液熔池的加熱方法和設備。該加熱方法的金屬鍍層工藝與鍍液加熱工藝分開進行，具有鍍液熔池容量小，能耗低，節(jié)約資源，加熱池加熱快，效率高，能耗少，適于工業(yè)化廣泛應用等優(yōu)點；該金屬鍍液熔池的加熱設備分別設計了金屬鍍液熔池及其加熱池，具有加熱效率高，能耗低，耐腐蝕，壽命長，成本低，節(jié)約資源，適應性廣等特點。
本發(fā)明解決所述加熱方法技術問題的技術方案是設計一種金屬鍍液熔池的加熱方法，該加熱方法把鍍件放入裝有鍍液的小熔池中實施金屬鍍層工藝，該小熔池置于裝有熱良導體金屬液和加熱器的大加熱池中，以獲得金屬鍍層所需的穩(wěn)定熱能。
本發(fā)明解決所述加熱設備技術問題的技術方案是設計一種金屬鍍液熔池的加熱設備，適用于本發(fā)明所述的加熱方法，包括內(nèi)裝加熱器、外包保溫層的大加熱池，其特征在于該加熱設備還包括可裝金屬鍍液的小熔池，且小熔池安裝在還裝有熱良導體金屬液的所述大加熱池中。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明方法及設備一方面將現(xiàn)有技術鍍液作為蓄熱介質(zhì)和熱量傳輸導體的功能轉移，使鍍液熔池只是完成鍍層工藝過程中補充鍍液的功能，不承擔熱量的存儲介質(zhì)和傳導體功能，可將鍍液熔池的容量減少數(shù)十倍甚至上百倍，因而解決了鍍液熔池的儲液量或體積巨大，非正常鍍液消耗巨多，加熱所需能耗驚人的問題；另一方面由于把鍍層工藝與加熱工藝分離，因而可把具有強烈腐蝕性的鍍液導熱體轉換為沒有腐蝕性、導熱性能好，而且價廉易得的金屬液為導熱體，大大縮小了鍍液熔池的容量，提高了鍍液熔池的加熱效率，同時也會因熱負荷的大幅降低，加熱均勻性的增加，不僅節(jié)約了大量寶貴能源，有效地減少了非正常鋅損耗，而且大大提高了鍍層設備的使用壽命，降低了工藝成本，因而具有巨大的經(jīng)濟意義和社會效益。


圖1為現(xiàn)有技術的外加熱方法示意圖；圖2為現(xiàn)有技術的上加熱方法示意圖；圖3為現(xiàn)有技術的內(nèi)加熱方法示意圖；圖4為本發(fā)明一種金屬鍍液熔池的加熱方法和設備的原理示意圖；圖5為本發(fā)明一種金屬鍍液熔池的加熱方法和設備的一種實施例(鋼絲熱鍍鋅)的示意圖；圖6為本發(fā)明一種金屬鍍液熔池的加熱方法和設備另一種實施例(V形槽狀小熔池鋼管熱鍍鋅)的示意圖；圖7為本發(fā)明一種金屬鍍液熔池的加熱方法和設備第三種實施例(U形槽狀小熔池鋼管熱鍍鋅)的示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及其附圖詳細描述本發(fā)明。
本發(fā)明所述金屬鍍液熔池的加熱方法(以下簡稱加熱方法，參見圖4-7)是把鍍件8放入裝有鍍液6的小熔池1中實施金屬制品鍍層工藝。所述的小熔池1置于裝有熱良導體金屬液7和加熱器3的大加熱池2中，以獲得金屬鍍層所需的穩(wěn)定熱能。金屬制品鍍層工藝本身是現(xiàn)有技術。
本發(fā)明加熱方法的關鍵點是把金屬鍍液鍍層工藝與鍍液加熱工藝分離開，使金屬鍍液6僅完成鍍層補液的功能，功能單一化，而把鍍液6的加熱功能另行安排，即把加熱功能交給裝有熱良導體金屬液7和加熱器3并套裝在小熔池1外面的大加熱池2來完成，這樣非常便于加熱功能的調(diào)整與控制。本發(fā)明金屬鍍液熔池的加熱方法所述的金屬鍍液6包括鋅金屬鍍液、鈉金屬鍍液和錫金屬鍍液。但不排除其他金屬鍍液。
本發(fā)明的加熱方法設計了一個小熔池1和一個套裝小熔池(如鍍鋅池或熔鋅池)1的大加熱池2。小熔池1用于熱鍍液(如鋅液)6的補充，大加熱池2用作對其內(nèi)套裝的小熔池1加熱。兩者功能明確，且單一化，非常便于調(diào)整和控制。本發(fā)明所述小熔池1的結構形狀根據(jù)欲鍍工件的形狀特點和運行方式確定；其體積大小根據(jù)鍍液的工藝消耗量和所需的添加頻率確定，并采用高導熱性材料制作。
特別應當指出的是，由于本發(fā)明加熱方法的改進，根據(jù)欲鍍工件的形狀特點和運行方式的不同，完全可以引起鍍層工藝方法的改進或提高。例如，當鍍件8為鋼絲時，本發(fā)明所述小熔池1可以設計為其上開有補液口的管狀結構小熔池1，把常規(guī)的壓入式鋼絲鍍鋅工藝改變?yōu)橹本€式鋼絲鍍鋅工藝，這種改進可以帶來產(chǎn)品質(zhì)量的提高和工藝的順暢。當鍍液6具有腐蝕性時，所述小熔池1的內(nèi)壁要經(jīng)耐金屬鍍層熔液6(如鋅液)腐蝕的處理。因為本發(fā)明小熔池1體積與現(xiàn)有技術相比，大為縮小，因此，對所述小熔池1的內(nèi)壁實施防腐處理具有實際意義和可操作性，投入成本不高，而設備壽命提高，效益顯著。
本發(fā)明所述的金屬鍍液熔池的加熱設備(以下簡稱加熱設備)適用于本發(fā)明的加熱方法。該加熱設備包括內(nèi)裝加熱器3、外包保溫層4的大加熱池2，其特征在于還包括可裝金屬鍍液6的小熔池1，且小熔池1安裝在裝有熱良導體金屬液7和所述加熱器3的大加熱池2中。
本發(fā)明加熱設備的進一步特征是所述小熔池1的結構形狀根據(jù)欲鍍工件8的形狀特點和運行方式確定；其體積大小根據(jù)鍍液6的工藝消耗量和所需的添加頻率確定，并采用高導熱性材料制作，內(nèi)壁經(jīng)耐金屬鍍層熔液腐蝕的處理。高導熱性材料制作的小熔池1可以有效地由大加熱池2中的熱良導體金屬液7獲得熱能，并向其內(nèi)的鍍液有效地傳遞熱能。如果小熔池1內(nèi)的鍍液有腐蝕性，則其內(nèi)壁要經(jīng)耐金屬鍍液腐蝕的處理。防金屬鍍液腐蝕的處理技術為現(xiàn)有技術。
由于鍍鋅工藝應用最為普遍，因此下面以鍍鋅工藝來說明本發(fā)明的加熱方法和設備。所述小熔池1的結構形狀可根據(jù)鍍鋅產(chǎn)品的要求，如欲鍍工件的形狀特點和運行方式來具體設計，如設計為管狀、槽狀結構等，槽狀結構的截面可以設計為矩形、倒梯形、V形或U形等。實施例1-3的小熔池1分別設計為開有補液口的管狀小熔池，V形截面槽狀結構小熔池和U形截面槽狀結構小熔池。小熔池1的體積大小可根據(jù)鍍鋅工藝的消耗量和所需鋅的添加頻率來決定，例如，如果每小時總鋅耗量為50公斤，設定每小時添加兩次，則小熔池1體積可設計為可容裝25公斤鋅的體積大小。小熔池1的材料可選用導熱性高的金屬材料(如普通碳鋼或合金板)制作，小熔池1的內(nèi)壁可做耐熔鋅腐蝕的防腐處理，如對表面進行合金化處理或采用無機涂層等，以避免鋅渣產(chǎn)生，減少鋅液污染，延長其使用壽命。
所述大加熱池2的結構形狀可根據(jù)客戶需求設計，以簡單易做為原則，一般可設計為矩形。大加熱池2的體積大小根據(jù)熱平衡計算確定，可參照目前鋅鍋大小的設計方法確定，即按生產(chǎn)量的20-40倍設計。本發(fā)明設備由于所述的優(yōu)點，大加熱池2的體積可適當減小，一般可按生產(chǎn)量的15-30倍設計。大加熱池2的外殼5可采用普通碳鋼板或不銹鋼材料制作，其外部加有保溫層4，同于現(xiàn)有技術。大加熱池2內(nèi)裝入熱良導體金屬液7。所述的熱良導體金屬液是指低熔點、低成本、對一般金屬沒有腐蝕性的熱良導體金屬液。實施例采用金屬鉛液或金屬鉍液。所述的加熱器3置于大加熱池2內(nèi)，所述的加熱器3實施例采用普通的電熱管，安裝方式為內(nèi)加熱，同于現(xiàn)有技術。當然，大加熱池2也可采用其他現(xiàn)有技術方式對所述的小熔池1進行加熱。其熱量可通過優(yōu)良的金屬液導熱體迅速傳至小熔池(鋅池)1內(nèi)，補充熱鍍鋅時工件帶走的熱量(參見圖4)。因本發(fā)明加熱設備所述的大加熱池2僅具有加熱功能，沒有鍍件8出入的要求，因此可以做成全封閉結構，外加保溫層4，也即大加熱池2上安裝有保溫密封蓋13。這種設計一方面可防止熱良導體金屬液(如鉛液)蒸氣逸出，另一方面可大幅提高加熱效率，節(jié)約能源，同時也改善了工作環(huán)境。
還應當說明的是，本發(fā)明加熱方法和設備實施例所涉及的僅是熱鍍鋅工工藝，包括適用于各種鍍鋅產(chǎn)品，如絲、管、板、帶、結構件、緊固件、五金金具等熱鍍鋅的工藝要求外，但其基本原理和結構也適用于其他金屬鍍液(包括腐蝕液體，如鈉金屬液、錫金屬液等)的加熱方法和設備。
下面給出本發(fā)明的具體應用實施例，但本發(fā)明不受實施例的限制實施例1鋼絲熱鍍鋅工藝及設備。
采用本發(fā)明所述的加熱方法及設備用于鋼絲熱鍍鋅生產(chǎn)(參見圖5)。所述小熔池1根據(jù)鋼絲8的形狀特點和鍍鋅運行工藝路線12作成管狀結構，管狀或管式小熔池1上開有或補液口(加鋅口)11，以補充消耗的鋅液，小熔池1至于方形的大加熱池2內(nèi)；大加熱池2內(nèi)裝有鉛金屬液7做導熱體，并有保溫密封蓋13，其內(nèi)的加熱器3通過加熱鉛金屬液7而間接加熱小熔池1中的鋅液6，使之達到并保持熱鍍鋅所需的溫度狀態(tài)。經(jīng)前處理的鍍件鋼絲8從左向右進入管式小熔池(熔鋅池)1實施常規(guī)鍍鋅工藝。左氣刀9用于封堵鋅液流出，右氣刀9’一方面封堵鋅液，另一方面抹拭鋼絲上多余的浮鋅，使之獲得平滑的鍍鋅層，并控制上鋅量的大小。抹拭后的鋼絲鍍層經(jīng)過水冷10固化，即可完成本發(fā)明的鋼絲鍍鋅工藝過程。
鋼絲熱鍍鋅的工藝采用本發(fā)明的加熱方法和設備后，小熔池1的容鋅量較目前現(xiàn)有技術的容鋅量減少96％以上。與現(xiàn)有技術相比，一個年產(chǎn)量達6000噸鋼絲鍍鋅生產(chǎn)線的熱鍍鋅鍋的容鋅量為30噸，而本發(fā)明方法和設備獲得相同年產(chǎn)量的小熔池1的容鋅量僅為1噸左右，為現(xiàn)有技術容鋅量的3.3％。此外，現(xiàn)有技術的鋼絲鍍鋅方式是采用壓入式鍍鋅，也即將鋼絲壓入熱鍍鋅鍋，再由壓線輪將鍍件鋼絲8導出的鍍鋅方式。這種鍍鋅方式的鋼絲8行走阻力大，接觸點多，抖動性大，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。而本發(fā)明方法和設備可把壓入式鍍鋅改變?yōu)橹本€式鍍鋅，這種直線式鍍鋅方法的鋼絲行走平穩(wěn)，鍍層表面非常平滑，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提高。同時，由于采用封閉式(管式小熔池)鍍鋅、熔鋅量很少，鋅耗很低，鋅的有效利用率可達到98％以上，而現(xiàn)有技術的有效利用率僅為85％。此外，本發(fā)明實施例的大加熱池2采用了全封閉結構，加熱器3及導熱金屬液7可以置于全封閉的外有保溫層4的大加熱池2內(nèi)加熱，熱量散失少，加熱效率高，與目前的加熱方式和設備相比，本發(fā)明可節(jié)能至少40％以上。
實施例2鋼管熱鍍鋅工藝及設備。
本發(fā)明加熱方法及設備用于鋼管熱鍍鋅生產(chǎn)(參見圖6)。
所述的小熔池(熔鋅池)1根據(jù)鍍件鋼管8的特點和鍍鋅時運行工藝路線或行走方向12作成截面為V形的槽狀結構。該小熔池1至于方形的大加熱池2內(nèi)，大加熱池2內(nèi)裝有導熱體鉍金屬液7，并有保溫密封蓋13，加熱器3通過加熱鉍金屬液7而間接加熱小熔池1中的鍍鋅液6，使之達到和保持熱鍍鋅所需的溫度狀態(tài)。經(jīng)前處理的鍍件鋼管8從所述V形槽狀熔鋅池1的左上方進入，按照現(xiàn)有技術實施鍍鋅工藝后，由所述V形槽狀熔鋅池1的右上方輸出，完成鋼管鍍鋅的工藝過程。
鋼管熱鍍鋅的工藝采用本發(fā)明的加熱方法和設備后，熔鋅池1的容鋅量較目前現(xiàn)有技術的容鋅量可減少90％以上。與現(xiàn)有技術相比，一個年產(chǎn)量達6萬噸鋼管鍍鋅生產(chǎn)線的鋅鍋的容鋅量為120噸，采用本發(fā)明方法和設備，如獲得相同年產(chǎn)量，小熔池1的容鋅量為12噸左右，僅為現(xiàn)有技術容鋅量的10％。同時，由于小熔池1的熔鋅量很少，熔鋅與空氣接觸面積小，鋅灰生成量較現(xiàn)有技術減少90％以上；由于小熔池1體積小，方便實現(xiàn)防腐處理，因此由于小熔池(鋅鍋)1產(chǎn)生的鋅渣可以完全避免，研究表明，由此產(chǎn)生的積極效果是每噸鋼管至少可以節(jié)鋅10公斤，僅此一項，一條年產(chǎn)6萬噸生產(chǎn)線年可以節(jié)鋅600噸，相當節(jié)約資金2100萬元。此外，本發(fā)明實施例的大加熱池2可采用全封閉結構，加熱器3及導熱金屬液7可以置于全封閉的外有保溫層4的大加熱池2內(nèi)加熱，熱量散失很少，加熱效率高，與目前的加熱方式和設備相比，本發(fā)明可節(jié)能至少40％以上。
實施例3鋼管熱鍍鋅工藝及設備。
本發(fā)明加熱方法及設備用于鋼管熱鍍鋅生產(chǎn)(參見圖7)。
本實施例除所述的小熔池(熔鋅池)1設計為U形截面的槽狀結構外，余同實施例2。
權利要求
1.一種金屬鍍液熔池的加熱方法，該方法把鍍件放入裝有鍍液的小熔池中實施金屬鍍層工藝，該小熔池置于裝有熱良導體金屬液和加熱器的大加熱池中，以獲得金屬鍍層所需的穩(wěn)定熱能。
2.根據(jù)權利要求1所述金屬鍍液熔池的加熱方法，其特征在于所述小熔池的結構形狀根據(jù)欲鍍工件的形狀特點和運行方式確定；其體積大小根據(jù)鍍液的工藝消耗量和所需的添加頻率確定，并采用高導熱性材料制作。
3.根據(jù)權利要求1所述金屬鍍液熔池的加熱方法，其特征在于所述小熔池的內(nèi)壁經(jīng)耐金屬鍍層熔液腐蝕的處理。
4.根據(jù)權利要求1所述金屬鍍液熔池的加熱方法，其特征在于所述的熱良導體金屬液是指低熔點、無腐蝕性的金屬液體。
5.根據(jù)權利要求4所述金屬鍍液熔池的加熱方法，其特征在于所述熱良導體金屬液是指鉛金屬液或鉍金屬液。
6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述金屬鍍液熔池的加熱方法，其特征在于所述的金屬鍍液包括鋅金屬鍍液、鈉金屬鍍液和錫金屬鍍液。
7.一種適用于權利要求1-5任一項所述的加熱方法的金屬鍍液熔池的加熱設備，包括內(nèi)裝加熱器、外包保溫層的大加熱池，其特征在于該加熱設備還包括可裝金屬鍍液的小熔池，且小熔池安裝在還裝有熱良導體金屬液的所述大加熱池中。
8.一種適用于權利要求6所述的加熱方法的金屬鍍液熔池的加熱設備，包括內(nèi)裝加熱器、外包保溫層的大加熱池，其特征在于該加熱設備還包括可裝金屬鍍液的小熔池，且小熔池安裝在還裝有熱良導體金屬液的所述大加熱池中。
9.根據(jù)權利要求7所述的金屬鍍液熔池的加熱設備，其特征在于所述小熔池的結構形狀根據(jù)欲鍍工件的形狀特點和運行方式確定；其體積大小根據(jù)鍍液的工藝消耗量和所需的添加頻率確定，并采用高導熱性材料制作；所述的大加熱池上安裝有保溫密封蓋。
10.根據(jù)權利要求9所述的金屬鍍液熔池的加熱設備，其特征在于所述小熔池的結構形狀為其上開有補液口的管狀小熔池，或者為V形或U形截面的槽狀結構小熔池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬鍍液熔池的加熱方法和設備。該加熱方法把鍍件放入裝有鍍液的小熔池中實施金屬鍍層工藝，該小熔池置于裝有熱良導體金屬液和加熱源的大加熱池中，以獲得金屬鍍層所需的穩(wěn)定熱能。該加熱設備包括內(nèi)裝加熱源、外包保溫層的大加熱池，其特征在于該設備適用于本發(fā)明所述的加熱方法，還包括可裝金屬鍍液的小熔池，且小熔池安裝在裝有熱良導體金屬液的所述大加熱池中。本發(fā)明加熱方法和設備把金屬鍍層工藝與鍍液加熱工藝分開進行，具有鍍液熔池容量小，能耗低，節(jié)約資源，加熱池加熱快，效率高，能耗少，適于工業(yè)化廣泛應用等優(yōu)點。
文檔編號C23C2/04GK101016609SQ20071005690
公開日2007年8月15日 申請日期2007年3月12日 優(yōu)先權日2007年3月12日
發(fā)明者曹曉明, 溫鳴, 曹博皓 申請人:河北工業(yè)大學, 天津市工大鍍鋅設備有限公司