专利名称：一种金属镀液熔池的加热方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金行业中的热镀层技术，具体为一种金属镀液熔池的加热方法和设备，特别是腐蚀性金属液熔池的加热方法和设备，国际专利主分类号拟为Int.Cl.C25D 3/00(2006.01)。
背景技术：
金属液体有着广泛的应用领域，例如核工业中用液体金属钠冷却某些高温部件如高速旋转的轴承、轴套等(中国腐蚀与防护学会主编，核工业中的腐蚀与保护，北京化学工业出版社，1993，P133)；玻璃制造业中浮法生产平板玻璃过程中采用液体金属锡作为玻璃流平的托举液，更为普遍而且重要的是在热镀锌工业中，为防止金属制品和构件腐蚀大量使用液体金属锌进行热镀锌处理(H.巴布利克，热镀锌理论与工艺，冶金工业出版社，1955)。需要热镀锌的工件包括线材、板材、钢卷、钢管、结构件、紧固件等等。所有这些应用都有如何将固体金属加热熔化，使之成为液体金属以便利用的问题。
由于所述的镀层金属液体都具有强烈的腐蚀性，因此如何选用适宜的加热容器材料和以何种方式加热都成为关键技术。就热镀锌工艺而言，将固态金属锌加热至熔融状态，使之成为金属锌液体有两个作用一是消耗掉一部分锌液，完成金属制品的表面涂层镀锌；二是作为热量的存储介质和传导体，供应欲镀工件的热量，使之升至热镀锌温度，保证热量供应的动态平衡，完成热镀锌工艺过程。工业生产中，镀锌工艺需要的锌液非常多，其加热容器(锌池或锌锅)体积非常大，一般是镀锌产量的20-40倍，例如，钢丝镀锌的锌池容锌量30-100多吨不等，镀锌钢管的锌池容锌量为120吨左右，而大型结构件的锌池容锌量最大的可达到700多吨，对于如此巨大的锌容量，对锌池(锌锅)材料的选择和加热方法都成为技术难点问题。此外，巨大锌池的锌耗量和耗能量也必然巨大，不利于节约资源和减少能耗。
目前熔池(如锌池或锌锅)的加热方法是将金属镀液(如锌液)装入大的加热容器中，然后通过外加热方法、上加热方法(黄颖，热镀锌熔炼锅的现状和发展，机械工程材料，Vol.1，1982)或内加热方式(曹晓明，温鸣，刘亚青用于热镀锌内加热的合金管内加热器，第20届国际热镀锌大会，2003，6，1-6，荷兰阿姆斯特丹；Cao Xiaoming Wen Ming Immersion Heating forhot-dip Galvanizing by Alloy Tube Immersion heaters，20thInternationalGalvanizing Conference，June1-6 2003，in Amsterdam Holland，)将锌池中的锌加热至热镀锌温度(460度左右)来实施热镀锌工艺(参见附图1-3)。这些现有技术中，无论那种所述的加热方式都存在以下问题1.镀层(如镀锌)液体与其加热器为同一金属液(锌液)，因此为工件镀层需要，必然使熔池容量巨大，一方面造成熔池的热负荷过大，需要并浪费了大量宝贵能源，另一方面需要大量投资，使得热镀层(如镀锌)工艺的成本居高不下，不利实际应用；2.镀液常常不是热的良导体，以镀液本身作为热源，必然也需要并浪费了大量宝贵能源；3.由于熔池内的镀液兼有热源的作用，因此，无法将熔池封闭，造成热源的能耗损失，加热效率不高，同样需要并浪费了大量宝贵能源；4.一般的镀液都具有较强的腐蚀性，它会加快熔池被镀液(如熔锌)的腐蚀速度，造成熔池(如锌锅)短寿，而熔池越大，短寿造成的损失就越大。
发明内容
针对现有技术加热方法的弊端，本发明主要解决的技术问题是，提供一种金属镀液熔池的加热方法和设备。该加热方法的金属镀层工艺与镀液加热工艺分开进行，具有镀液熔池容量小，能耗低，节约资源，加热池加热快，效率高，能耗少，适于工业化广泛应用等优点；该金属镀液熔池的加热设备分别设计了金属镀液熔池及其加热池，具有加热效率高，能耗低，耐腐蚀，寿命长，成本低，节约资源，适应性广等特点。
本发明解决所述加热方法技术问题的技术方案是设计一种金属镀液熔池的加热方法，该加热方法把镀件放入装有镀液的小熔池中实施金属镀层工艺，该小熔池置于装有热良导体金属液和加热器的大加热池中，以获得金属镀层所需的稳定热能。
本发明解决所述加热设备技术问题的技术方案是设计一种金属镀液熔池的加热设备，适用于本发明所述的加热方法，包括内装加热器、外包保温层的大加热池，其特征在于该加热设备还包括可装金属镀液的小熔池，且小熔池安装在还装有热良导体金属液的所述大加热池中。
与现有技术相比，本发明方法及设备一方面将现有技术镀液作为蓄热介质和热量传输导体的功能转移，使镀液熔池只是完成镀层工艺过程中补充镀液的功能，不承担热量的存储介质和传导体功能，可将镀液熔池的容量减少数十倍甚至上百倍，因而解决了镀液熔池的储液量或体积巨大，非正常镀液消耗巨多，加热所需能耗惊人的问题；另一方面由于把镀层工艺与加热工艺分离，因而可把具有强烈腐蚀性的镀液导热体转换为没有腐蚀性、导热性能好，而且价廉易得的金属液为导热体，大大缩小了镀液熔池的容量，提高了镀液熔池的加热效率，同时也会因热负荷的大幅降低，加热均匀性的增加，不仅节约了大量宝贵能源，有效地减少了非正常锌损耗，而且大大提高了镀层设备的使用寿命，降低了工艺成本，因而具有巨大的经济意义和社会效益。
图1为现有技术的外加热方法示意图；图2为现有技术的上加热方法示意图；图3为现有技术的内加热方法示意图；图4为本发明一种金属镀液熔池的加热方法和设备的原理示意图；图5为本发明一种金属镀液熔池的加热方法和设备的一种实施例(钢丝热镀锌)的示意图；图6为本发明一种金属镀液熔池的加热方法和设备另一种实施例(V形槽状小熔池钢管热镀锌)的示意图；图7为本发明一种金属镀液熔池的加热方法和设备第三种实施例(U形槽状小熔池钢管热镀锌)的示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及其附图详细描述本发明。
本发明所述金属镀液熔池的加热方法(以下简称加热方法，参见图4-7)是把镀件8放入装有镀液6的小熔池1中实施金属制品镀层工艺。所述的小熔池1置于装有热良导体金属液7和加热器3的大加热池2中，以获得金属镀层所需的稳定热能。金属制品镀层工艺本身是现有技术。
本发明加热方法的关键点是把金属镀液镀层工艺与镀液加热工艺分离开，使金属镀液6仅完成镀层补液的功能，功能单一化，而把镀液6的加热功能另行安排，即把加热功能交给装有热良导体金属液7和加热器3并套装在小熔池1外面的大加热池2来完成，这样非常便于加热功能的调整与控制。本发明金属镀液熔池的加热方法所述的金属镀液6包括锌金属镀液、钠金属镀液和锡金属镀液。但不排除其他金属镀液。
本发明的加热方法设计了一个小熔池1和一个套装小熔池(如镀锌池或熔锌池)1的大加热池2。小熔池1用于热镀液(如锌液)6的补充，大加热池2用作对其内套装的小熔池1加热。两者功能明确，且单一化，非常便于调整和控制。本发明所述小熔池1的结构形状根据欲镀工件的形状特点和运行方式确定；其体积大小根据镀液的工艺消耗量和所需的添加频率确定，并采用高导热性材料制作。
特别应当指出的是，由于本发明加热方法的改进，根据欲镀工件的形状特点和运行方式的不同，完全可以引起镀层工艺方法的改进或提高。例如，当镀件8为钢丝时，本发明所述小熔池1可以设计为其上开有补液口的管状结构小熔池1，把常规的压入式钢丝镀锌工艺改变为直线式钢丝镀锌工艺，这种改进可以带来产品质量的提高和工艺的顺畅。当镀液6具有腐蚀性时，所述小熔池1的内壁要经耐金属镀层熔液6(如锌液)腐蚀的处理。因为本发明小熔池1体积与现有技术相比，大为缩小，因此，对所述小熔池1的内壁实施防腐处理具有实际意义和可操作性，投入成本不高，而设备寿命提高，效益显著。
本发明所述的金属镀液熔池的加热设备(以下简称加热设备)适用于本发明的加热方法。该加热设备包括内装加热器3、外包保温层4的大加热池2，其特征在于还包括可装金属镀液6的小熔池1，且小熔池1安装在装有热良导体金属液7和所述加热器3的大加热池2中。
本发明加热设备的进一步特征是所述小熔池1的结构形状根据欲镀工件8的形状特点和运行方式确定；其体积大小根据镀液6的工艺消耗量和所需的添加频率确定，并采用高导热性材料制作，内壁经耐金属镀层熔液腐蚀的处理。高导热性材料制作的小熔池1可以有效地由大加热池2中的热良导体金属液7获得热能，并向其内的镀液有效地传递热能。如果小熔池1内的镀液有腐蚀性，则其内壁要经耐金属镀液腐蚀的处理。防金属镀液腐蚀的处理技术为现有技术。
由于镀锌工艺应用最为普遍，因此下面以镀锌工艺来说明本发明的加热方法和设备。所述小熔池1的结构形状可根据镀锌产品的要求，如欲镀工件的形状特点和运行方式来具体设计，如设计为管状、槽状结构等，槽状结构的截面可以设计为矩形、倒梯形、V形或U形等。实施例1-3的小熔池1分别设计为开有补液口的管状小熔池，V形截面槽状结构小熔池和U形截面槽状结构小熔池。小熔池1的体积大小可根据镀锌工艺的消耗量和所需锌的添加频率来决定，例如，如果每小时总锌耗量为50公斤，设定每小时添加两次，则小熔池1体积可设计为可容装25公斤锌的体积大小。小熔池1的材料可选用导热性高的金属材料(如普通碳钢或合金板)制作，小熔池1的内壁可做耐熔锌腐蚀的防腐处理，如对表面进行合金化处理或采用无机涂层等，以避免锌渣产生，减少锌液污染，延长其使用寿命。
所述大加热池2的结构形状可根据客户需求设计，以简单易做为原则，一般可设计为矩形。大加热池2的体积大小根据热平衡计算确定，可参照目前锌锅大小的设计方法确定，即按生产量的20-40倍设计。本发明设备由于所述的优点，大加热池2的体积可适当减小，一般可按生产量的15-30倍设计。大加热池2的外壳5可采用普通碳钢板或不锈钢材料制作，其外部加有保温层4，同于现有技术。大加热池2内装入热良导体金属液7。所述的热良导体金属液是指低熔点、低成本、对一般金属没有腐蚀性的热良导体金属液。实施例采用金属铅液或金属铋液。所述的加热器3置于大加热池2内，所述的加热器3实施例采用普通的电热管，安装方式为内加热，同于现有技术。当然，大加热池2也可采用其他现有技术方式对所述的小熔池1进行加热。其热量可通过优良的金属液导热体迅速传至小熔池(锌池)1内，补充热镀锌时工件带走的热量(参见图4)。因本发明加热设备所述的大加热池2仅具有加热功能，没有镀件8出入的要求，因此可以做成全封闭结构，外加保温层4，也即大加热池2上安装有保温密封盖13。这种设计一方面可防止热良导体金属液(如铅液)蒸气逸出，另一方面可大幅提高加热效率，节约能源，同时也改善了工作环境。
还应当说明的是，本发明加热方法和设备实施例所涉及的仅是热镀锌工工艺，包括适用于各种镀锌产品，如丝、管、板、带、结构件、紧固件、五金金具等热镀锌的工艺要求外，但其基本原理和结构也适用于其他金属镀液(包括腐蚀液体，如钠金属液、锡金属液等)的加热方法和设备。
下面给出本发明的具体应用实施例，但本发明不受实施例的限制实施例1钢丝热镀锌工艺及设备。
采用本发明所述的加热方法及设备用于钢丝热镀锌生产(参见图5)。所述小熔池1根据钢丝8的形状特点和镀锌运行工艺路线12作成管状结构，管状或管式小熔池1上开有或补液口(加锌口)11，以补充消耗的锌液，小熔池1至于方形的大加热池2内；大加热池2内装有铅金属液7做导热体，并有保温密封盖13，其内的加热器3通过加热铅金属液7而间接加热小熔池1中的锌液6，使之达到并保持热镀锌所需的温度状态。经前处理的镀件钢丝8从左向右进入管式小熔池(熔锌池)1实施常规镀锌工艺。左气刀9用于封堵锌液流出，右气刀9’一方面封堵锌液，另一方面抹拭钢丝上多余的浮锌，使之获得平滑的镀锌层，并控制上锌量的大小。抹拭后的钢丝镀层经过水冷10固化，即可完成本发明的钢丝镀锌工艺过程。
钢丝热镀锌的工艺采用本发明的加热方法和设备后，小熔池1的容锌量较目前现有技术的容锌量减少96％以上。与现有技术相比，一个年产量达6000吨钢丝镀锌生产线的热镀锌锅的容锌量为30吨，而本发明方法和设备获得相同年产量的小熔池1的容锌量仅为1吨左右，为现有技术容锌量的3.3％。此外，现有技术的钢丝镀锌方式是采用压入式镀锌，也即将钢丝压入热镀锌锅，再由压线轮将镀件钢丝8导出的镀锌方式。这种镀锌方式的钢丝8行走阻力大，接触点多，抖动性大，产品质量难以保证。而本发明方法和设备可把压入式镀锌改变为直线式镀锌，这种直线式镀锌方法的钢丝行走平稳，镀层表面非常平滑，产品质量稳定提高。同时，由于采用封闭式(管式小熔池)镀锌、熔锌量很少，锌耗很低，锌的有效利用率可达到98％以上，而现有技术的有效利用率仅为85％。此外，本发明实施例的大加热池2采用了全封闭结构，加热器3及导热金属液7可以置于全封闭的外有保温层4的大加热池2内加热，热量散失少，加热效率高，与目前的加热方式和设备相比，本发明可节能至少40％以上。
实施例2钢管热镀锌工艺及设备。
本发明加热方法及设备用于钢管热镀锌生产(参见图6)。
所述的小熔池(熔锌池)1根据镀件钢管8的特点和镀锌时运行工艺路线或行走方向12作成截面为V形的槽状结构。该小熔池1至于方形的大加热池2内，大加热池2内装有导热体铋金属液7，并有保温密封盖13，加热器3通过加热铋金属液7而间接加热小熔池1中的镀锌液6，使之达到和保持热镀锌所需的温度状态。经前处理的镀件钢管8从所述V形槽状熔锌池1的左上方进入，按照现有技术实施镀锌工艺后，由所述V形槽状熔锌池1的右上方输出，完成钢管镀锌的工艺过程。
钢管热镀锌的工艺采用本发明的加热方法和设备后，熔锌池1的容锌量较目前现有技术的容锌量可减少90％以上。与现有技术相比，一个年产量达6万吨钢管镀锌生产线的锌锅的容锌量为120吨，采用本发明方法和设备，如获得相同年产量，小熔池1的容锌量为12吨左右，仅为现有技术容锌量的10％。同时，由于小熔池1的熔锌量很少，熔锌与空气接触面积小，锌灰生成量较现有技术减少90％以上；由于小熔池1体积小，方便实现防腐处理，因此由于小熔池(锌锅)1产生的锌渣可以完全避免，研究表明，由此产生的积极效果是每吨钢管至少可以节锌10公斤，仅此一项，一条年产6万吨生产线年可以节锌600吨，相当节约资金2100万元。此外，本发明实施例的大加热池2可采用全封闭结构，加热器3及导热金属液7可以置于全封闭的外有保温层4的大加热池2内加热，热量散失很少，加热效率高，与目前的加热方式和设备相比，本发明可节能至少40％以上。
实施例3钢管热镀锌工艺及设备。
本发明加热方法及设备用于钢管热镀锌生产(参见图7)。
本实施例除所述的小熔池(熔锌池)1设计为U形截面的槽状结构外，余同实施例2。
权利要求
1.一种金属镀液熔池的加热方法，该方法把镀件放入装有镀液的小熔池中实施金属镀层工艺，该小熔池置于装有热良导体金属液和加热器的大加热池中，以获得金属镀层所需的稳定热能。
2.根据权利要求1所述金属镀液熔池的加热方法，其特征在于所述小熔池的结构形状根据欲镀工件的形状特点和运行方式确定；其体积大小根据镀液的工艺消耗量和所需的添加频率确定，并采用高导热性材料制作。
3.根据权利要求1所述金属镀液熔池的加热方法，其特征在于所述小熔池的内壁经耐金属镀层熔液腐蚀的处理。
4.根据权利要求1所述金属镀液熔池的加热方法，其特征在于所述的热良导体金属液是指低熔点、无腐蚀性的金属液体。
5.根据权利要求4所述金属镀液熔池的加热方法，其特征在于所述热良导体金属液是指铅金属液或铋金属液。
6.根据权利要求1-5任一项所述金属镀液熔池的加热方法，其特征在于所述的金属镀液包括锌金属镀液、钠金属镀液和锡金属镀液。
7.一种适用于权利要求1-5任一项所述的加热方法的金属镀液熔池的加热设备，包括内装加热器、外包保温层的大加热池，其特征在于该加热设备还包括可装金属镀液的小熔池，且小熔池安装在还装有热良导体金属液的所述大加热池中。
8.一种适用于权利要求6所述的加热方法的金属镀液熔池的加热设备，包括内装加热器、外包保温层的大加热池，其特征在于该加热设备还包括可装金属镀液的小熔池，且小熔池安装在还装有热良导体金属液的所述大加热池中。
9.根据权利要求7所述的金属镀液熔池的加热设备，其特征在于所述小熔池的结构形状根据欲镀工件的形状特点和运行方式确定；其体积大小根据镀液的工艺消耗量和所需的添加频率确定，并采用高导热性材料制作；所述的大加热池上安装有保温密封盖。
10.根据权利要求9所述的金属镀液熔池的加热设备，其特征在于所述小熔池的结构形状为其上开有补液口的管状小熔池，或者为V形或U形截面的槽状结构小熔池。
全文摘要
本发明涉及一种金属镀液熔池的加热方法和设备。该加热方法把镀件放入装有镀液的小熔池中实施金属镀层工艺，该小熔池置于装有热良导体金属液和加热源的大加热池中，以获得金属镀层所需的稳定热能。该加热设备包括内装加热源、外包保温层的大加热池，其特征在于该设备适用于本发明所述的加热方法，还包括可装金属镀液的小熔池，且小熔池安装在装有热良导体金属液的所述大加热池中。本发明加热方法和设备把金属镀层工艺与镀液加热工艺分开进行，具有镀液熔池容量小，能耗低，节约资源，加热池加热快，效率高，能耗少，适于工业化广泛应用等优点。
文档编号C23C2/04GK101016609SQ20071005690
公开日2007年8月15日 申请日期2007年3月12日 优先权日2007年3月12日
发明者曹晓明, 温鸣, 曹博皓 申请人:河北工业大学, 天津市工大镀锌设备有限公司