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1、目 录第一章 总论.31-1-1 热镀锌工业现状.31-1-2 带钢镀锌现状41-1-3 目前国内外的解决办法.61-2 课题引入的意义.71-2-1 课题的内容.71-2-2 本课题的意义.7第二章 立式锌锅装置的设计.9 2-1 锌锅设计总体概述.9 2-1-1 锌锅的设计要求.9 2-1-2 锌锅装置的设计准则.9 2-2 锌锅装置的设计方案10 2-2-1 锌锅锌用量的计算11 2-2-2 锌锅内层材料的选择.11 2-2-3 锌锅加热方式的选择12 2-2-4 锌锅结构设计介绍12 2-3 锌锅装置设计总结.12第三章 液压缸的选择与设计13 3-1 液压缸的设计概述.13 3-2
2、液压缸及其液压活塞杆的设计准则.13 3-2-1 液压杆的设计.13 3-2-2 液压缸的设计.17 3-2-2-1 液压缸的设计准则.17 3-2-2-2 液压缸的设计.17 3-2-3 液压缸的技术要求19 3-3 液压缸及其液压活塞杆的设计总结.19第四章 电动机的选择及其圆柱试样支撑杆的设计21 4-1 电动机及其圆柱试样支撑杆的设计概述.21 4-2 圆柱试样件支撑杆的设计.21 4-3 电动机的选择.24 4-4 电动机的选择及其圆柱试样支撑杆的设计小结25第五章 设备工作原理.26第六章 试验方法29 6-1 材料在锌液中的腐蚀性试验.29 6-2 材料在锌液中的腐蚀磨损性试验.
3、29 6-3 腐蚀磨损试验步骤.29 6-4 试验分析30 6-5 本章小结31第七章 总结.32致谢.33参考文献.34第一章 总论1-1-1 热镀锌工业现状 从1931 年世界上第一条带钢连续镀锌生产线的建成, 热镀锌工艺得到了不断的发展, 形成了如森吉米尔法、美钢联法等多种工艺形式, 特别是其核心设备的新技术在镀锌生产线的运用, 使热镀锌板的质量及热镀锌生产能力有了极大提高, 已成为广泛应用的金属防锈方法之一。目前,热镀锌板已广泛应用于汽车和家电行业, 国际市场上需求持续增长。包钢应市场需求, 于2003 年通过国际招标, 技术引进, 新建了冷轧、镀锌生产线。镀锌线于2005年12月进入
4、试生产阶段。带钢热镀锌线影响产品质量的核心设备主要是退火炉、锌锅、气刀、沉没辊及稳定辊。本文针对关键设备锌锅沉没辊系统进行长寿化研究。由于锌液对部件的腐蚀以及生产过程中部件的磨损, 锌锅中会产生腐蚀形成的产物( Fe- Zn 系金属间化合物) ,降低了各部件的使用寿命, 同时也影响产品的质量;这种定期和不定期的停产维修会造成非常严重经济损失。沉没辊系统的维修是非常重要的, 有效改善沉没辊及前后稳定辊表面的耐锌腐蚀和抗磨损能力, 是确保镀锌板表面质量的一个非常重要的条件。因此沉没辊、稳定辊必须具备耐热、耐锌液腐蚀、抗粘锌、耐腐蚀磨损与耐金属间磨损等性能要求。如何修复并延长其在线的使用寿命, 有效
5、改善其在锌液中的耐腐蚀性能, 提高带钢表面质量, 有效提高镀锌线的生产效率, 降低因辊面质量或频繁换辊造成的板带及原材料等生产成本浪费。金属与周围介质由于化学或电化学作用而遭到破坏，这种现象称为腐蚀。当前社会普遍使用以钢铁为基体的金属结构材料，在实际应用中钢铁材料不可避免的与其他介质（如潮湿空气、其他潮湿气体、水或电解质溶液等）相接触而形成原电池，从而发生电化学腐蚀，使材料性能下降、状态变差，直至损坏变质。由于金属腐蚀而遭受的损失是非常严重的，据统计全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料的量约为金属年产量的 2030。目前对钢铁的腐蚀普遍采用热镀锌保护的方法。热镀锌工艺仍是目前世界上钢铁防腐
6、蚀方法中最基本、最古老、最广泛、最普遍、最有效的方法之一，至今它在钢铁材料防蚀涂层中仍占有重要的地位。热镀锌工艺使得钢铁表面生成一层镀锌层，镀锌层能对钢铁作牺牲阳极保护。当耐腐蚀的镀锌层十分致密时，能有效地将易腐蚀的钢铁基体与外界电解质隔离开，使工件免受电解质的腐蚀；当镀锌层出现钢铁暴露点或因腐蚀或机械损伤暴露出钢铁基体时，锌和铁以及周围的电解质构成微电池，此时锌仍为阳极，铁为阴极，所以锌充当微电池的阳极被腐蚀，使得铁基体受到保护。钢丝经过热镀锌后，其耐蚀性可以提高 1128 倍。用于热镀锌的钢铁材料品种较多，其中主要有板、管、丝和线材。此外有些铸件和机械部件也采用热镀锌涂层防蚀。目前热镀锌防
7、护已广泛应用于冶金、建材、电力、通讯、交通等国民经济各个领域。在全世界锌的总产量中 40的锌被应用于热镀锌防护工业中。在一些工业发达国家中，热镀锌的金属制品率已达 50以上，而我国则不足 6。市场对热镀锌制品的需求量的增加速度是十分惊人的，十年间仅欧洲市场对热镀锌钢板的需求就从 1974 年的 42 万吨增加到 1984 年的 154.5 万吨。随着我国国民经济的快速发展，我国对热镀锌制品的需求必将逐年增加。2002 年我国镀锌钢板产量约为12 万吨，用锌量约 12 万吨；其他镀锌钢材（包括钢管、丝网等）约 200 万吨，用锌量约 12 万吨；路桥、电力等基础设施建设工程镀锌结构用锌量约 15
8、 万吨；其他各种镀锌产品用锌量约 10 万吨。随着汽车工业的发展，尤其是以奥运会为代表的各项现代化建筑工厂的启动，将直接或间接的促进镀锌板的整体消费上升，因此热镀锌技术潜在的市场空间是非常巨大的。镀锌已成为我国最主要的锌消费领域。热镀锌在金属的使用上起了很大的作用，避免了很大的浪费，节省了很多的材料，在国民生产中占有很大的作用。1-1-2 钢带镀锌现状由于熔融锌的腐蚀作用，给锌冶炼和镀锌行业带来很大的资源浪费，使长期在液态锌中工作的部件如锌锅、搅拌器、沉没辊、稳定辊以及轴套和臂套因受到极为严重的腐蚀或磨蚀而过早失效。本文即是设计一套装置对沉没辊臂试样件进行摩擦磨损性能的测试。带钢连续热镀锌生产
9、过程中，带钢通过浸在锌液（温度为 4605，含铝 0.12%-0.15%）中的沉没辊而改变运动方向，即由进锌锅变为出锌锅，镀锌层凝固冷却。沉没辊是一个被动的转向辊，靠带钢与辊表面的摩擦力驱动，起到张紧带钢的作用。现代的宽带钢连续热浸镀锌机组的沉没辊直径在 500700mm 之间。随钢带运动而转动的沉没辊通过两侧的轴套支撑固定在固定架上，轴套起到滑动轴承的作用。沉没辊、稳定辊及轴套是带钢连续热镀锌生产线中的重要消耗部件。因受到液态锌的侵蚀以及与带钢表面的滑动摩擦磨损，辊面和轴套会很快受腐蚀磨损而失效，直接影响镀锌板的质量和产量。国内外采用的沉没辊现在一般用高铬镍的不锈钢制造，一般需要 1015
10、天更换一次，而沉没辊的轴颈以及轴瓦由于接触应力较大，损坏更快。轴套属滑动摩擦，接触应力也较大，液锌腐蚀磨损条件对其材质的要求更为苛刻。目前使用的耐热钢或钴基合金的轴套使用寿命一般在 20 天以下。图 1.1 实际生产中失效的沉没辊和轴套图 1.2 热镀锌板生产线的工作过程示意图从图中得知，沉没辊和稳定辊的轴套与支撑它们的臂套相互滑动摩擦，其中臂套不动，轴套转动，所以臂套受磨蚀较重。多年来，镀锌行业已经投入大量的科研经费研究轴套和臂套的新材料，但是都没有达到预期的效果。每次更换沉没辊、轴套及其稳定辊时，整条生产线停机大约 8 小时，加上开机停机前后的生产调整时间，对热镀锌生产影响甚大。同时由于采
11、用钢铁材料的沉没辊及其支撑装置被锌液腐蚀磨损后，溶入锌液中生成含锌约 94的固体锌渣，沉入锌池底部，造成大量的锌损耗（约占热镀锌全部用锌量的 2025）。由于锌渣的存在，必须在设备上安置刮刀，使设备复杂化。锌渣过多时，还会影响沉没辊的转动和镀锌板的质量，必须定期从锌池中捞除，为此需要配置专业设备。如果同时考虑这些因素的影响，造成的经济损失相当巨大。据初步估算，若能将沉没辊和轴套的使用寿命提高一倍，该生产线每年可以增加几千万的产值。因机械零部件间有相对运动的存在，致使摩擦磨损与液态合金腐蚀同时并存且相互作用，更缩短了零件的使用寿命，严重影响实际生产，于是耐锌液腐蚀磨损材料及其制成的沉没辊的摩擦磨损性能的研究提上日程。研究沉没辊轴套材料的腐蚀磨损失效问题很复杂：材料首先要耐锌腐蚀，国内外许
