热镀锌锅结构的优化改进

曹雷

摘 要：在热镀锌过程当中，热镀锌锅为关键的设备。它的使用寿命直接关乎着热镀锌产品质量以及生产的成本。本文对国内外的热镀锌锅技术现状进行了简单分析，并且对企业热镀锌锅容易出现变形、锅沿焊缝容易撕裂以及锌锅的底部焊缝四周容易出现开裂以及变形的情况，对热镀锌锅结构进行了改进以及优化，增加热镀锌锅使用的寿命，不断提升了能源的使用效率。除此之外，还大大进校了热镀锌生产的成本。

关键词：热镀锌锅;结构优化;使用效率

热镀锌是一类对金属进行防腐的有效手段。钢铁的材料通过热镀锌之后，其耐腐蚀性能能够大大提升几十倍，使用寿命能够使用二十五年之上。在镀锌工艺过程当中，热镀锌锅是一个非常重要的设备。它的主要功能为将熔融状态的锌液附着在了镀件的表面，进而形成了一层表面的镀层，实现了提升钢铁件耐腐蚀的作用[1]。然而，熔融锌在钢铁材料方面有着腐蚀性比较强，进而造成了热镀锌锅使用寿命变短，让热镀锌锅使用的寿命直接对镀锌产品质量以及生产的成本发生直接的影响[2]。因此，本文按照热镀锌层控制技术国内外研究状况，优化改造了热镀锌锅结构，进而大大提升了热镀锌使用的寿命，减小镀锌的能量消耗，给企业生产成本的降低做出了巨大贡献。

1 国内外热镀锌锅的技术现状分析

在热镀的温度环境当中，热镀锌对熔融锌耐腐蚀性能比较差。在热镀的锌锅内，铁将会和锌液进行化学反应，进而生成了铁锌合金，造成了锌锅不断的变薄和变形，进而出现穿孔，锌液泄露以及报废的问题，另外还提升了锌材料的消耗量[3]。所以，对热镀锌锅的深入研究主要目的为大大提升热镀锌锅使用的时间，减小能量的消耗。进而减小了热镀锌的生产成本，最后实现提升企业的经济效益的目的[4]。目前，在热镀锌锅炉技术研究结果当中，热镀锌锅材料、锌锅的结构以及解热方法等都存在了巨大的发展。

1.1 锌锅材质

制造锌锅的材质是锌锅使用寿命长短的决定因素之一。国外锌锅的材质多为低硅、低硫、低磷的优质钢板，其使用寿命较长，而我国锌锅的材质多为08F或05F等优质低碳钢板使用寿命较短一般在3～24个月。为解决锌锅使用寿命短的问题，自上世纪70年代中期开始，陆续研制出防腐涂料并涂敷在锌锅内表面上，可以延缓锌液对锌锅的腐蚀，增加锌锅的使用寿命，如合金涂层、WC-Co涂层及氧化物涂层等。但是，这些措施无法从根本上解决锌锅使用寿命短的问题。同时，无机耐火材料如耐火混凝土、高铝耐火砖等也被用于研究制造锌锅。如高铝耐火砖砌筑的陶瓷锌锅使用寿命可以达到10～15年左右，但这种锌锅的制造要求高，易发生渗漏、浮砖等问题，国内应用的也不多。

1.2 锌锅结构

根据锌锅各立面之间以及立面与底面的连结方式，锌锅的结构通常可分为三种形式。

第一，锅壁和端部直接组焊在一块平行底板上，其中锅壁和端头均为平面钢板。此结构方式的锌锅底部的焊缝位置将成为应力最大的危险区。尺寸较小的锌锅才适合采用这种结构方式。

第二，锅壁和端部直接组焊在一块平行底板上，其中锅壁为平行立面钢板，端部为U形立面钢板。此结构锌锅的底部转角为直角，这个部位的焊缝区将成为应力最大的危险区和薄弱点，深度较大的锌锅尤其值得注意。一般认为，锌锅深度在2m以上时不适合采用此种结构。

第三，锌锅由两个端头和一段或多段U形板拼接而成，此结构锌锅的危险区域产生集中应力的概率大大减小。目前，国外的大型锌锅多采用这种结构形式，国内应用较少。

1.3 加热方式

目前，热镀锌工业中锌锅的加热方式主要有外加热、电磁感应加热和内加热三种。采用外侧加热方式的锌锅成本低、制造工艺简单、升温快、维修方便，应用比较广泛。但锌锅工作时锌液腐蚀严重，使用寿命短，消耗很大。电磁感应加热与外加热相比具有锌耗低，镀件质量较好，温差较小等优点，但锌锅维修困难，熔沟与炉体结合处容易漏锌，熔沟寿命短。针对前两种加热方式的不足，诞生了热镀锌锅的内加热方式。所谓的内加热就是将耐锌蚀加热器插入锌池中直接加热锌液，加热效率可高达90%以上，生产环境好。内加热的难点在于寻求一种可以阻隔发热体与锌液接触的传热材料，这种材料具有耐锌液腐蚀、耐高温且传热性能好等优点，可以通过材料直接将热量传递至锌液深处。采用内加热方式能源利用率高，对应的设备结构简单，方便操作维修，易于提高温度控制精度。在我国，热镀锌内加热应用于生产实践的时间较短，工业化不成熟。

2 热镀锌锅的结构改进

原热镀锌锅锅壁和端部直接组焊在一块平行底板上，其中锅壁、端头和平行底板均选用08F优质低碳平面钢板。此锌锅底部的焊缝周围易变形甚至开裂，锌锅使用寿命只有6个月。且锌锅外侧和炉膛外壳的间距为580mm，大于锅沿宽度400mm，因此锅沿无法完全覆盖炉膛，需另外焊接钢板加长锅沿，锌锅工作时外加锅沿和锌锅本体温差过大，热胀冷缩不一致性导致锅沿焊缝出现撕裂现象，导致熔融锌流入炉膛烧断电炉丝引起故障。外接锅沿受热变形上翘还会造成炉膛密封不严，导致炉膛热量损失大，能源利用率低。根据企业老厂房改造与治理的实际情况，在考虑经济效益、作业方便等基础上，对热镀锌锅的結构实施了改造。

改进措施：第一，锌锅选用08F优质低碳钢板，锌锅是由一段预弯成U形的钢板与端头板组焊而成。其中锌锅端头板包含锌锅的端头立面和小部分侧立面及底面，面与面之间为圆弧过渡，端头的两个底角成球冠面。第二，将锅沿宽度由400mm加宽到650mm，锅沿采用和锌锅本体相同材料且锅沿厚度不变。第三，改进后锌锅尺寸为锅宽为1200mm，锅壁厚为50mm，锌锅深度为1650mm（锌锅深度与宽度比例为1.375），锅沿宽度为650mm，厚度为24mm，端头底角直径为400mm。

3 改进后的锌锅结构特点

第一，结构改进可以使锌锅的危险区，包括底面与立面的转接处、端立面与侧立面的转接处，产生应力集中的倾向大大减小。

第二，改进后的锌锅只有竖焊缝无横焊缝，减小了焊缝应力腐蚀，且焊缝位置避开了锌锅易发生局部过热和强烈腐蚀的部位。

第三，改进后的锌锅可使用自动电渣焊技术，填充电极用与锌锅钢板完全相同的低硅材料轧制或拉制而成。

第四，改进后的锌锅锅沿和本体材料一致，热涨冷缩系数一致，锌锅出厂前进行整体退火，锅沿在工作过程中（特别是化锌升温和停炉检修时）不易发生变形。

第五，改进后的锌锅锅沿可以完全覆盖炉膛，减少了炉膛的热量损失，提高了能源利用率，为企业节约了生产成本。

4 使用效果

经过上述分析可以看出，经过将近三年的实际生产运行表明，锌锅的使用寿命由6个月增加至12个月。锌锅锅沿保温性能提高，能耗降低。锌锅单位耗电量由2015年的143.65°/t降低到2017年的139.3°/t，能耗减少3%。减少了锅沿漏锌的风险，提高了生产的安全性。此次对热镀锌锅炉进行结构改进和改善值得进行广泛推广和应用。

参考文献

[1]李春燕.清洁高效的热镀锌成套设备的研发[J].表面工程资讯，2012，64（03）：26-27.

[2]贺俊光，周旭东，李兴霞.国内外耐熔融锌腐蚀材料研究纵横[J].材料保护，2004，7（37）：33-35.

[3]苗立贤，苗瀛.实用热镀锌技术[M].北京：化学工业出版社，2014.