一种热镀锌设备的制作方法
【专利摘要】一种热镀锌设备，包括镀锌装置、水冷却槽和两导辊，其中，镀锌装置包括镀锌箱、储锌槽、第一加热装置、第二加热装置，镀锌箱的钢丝出口处设有抹试装置；储锌槽的进口端与镀锌箱的钢丝入口通过气体保护罩密封连通，储锌槽的出口端通过管道和一循环泵与镀锌箱连通；第一加热装置安装于镀锌箱上，第二加热装置安装于储锌槽上；水冷却槽的钢丝入口与镀锌箱的钢丝出口通过气体保护罩密封连通；两导辊分别设置于镀锌箱的钢丝入口处、水冷却槽的钢丝出口处。采用该热镀锌设备所制造的镀锌钢丝具有和热镀锌钢丝同样的防腐性能，同时避免了硬度高塑性差的γ相Fe-Zn合金层的形成，具有和电镀锌层相似的高塑性变形能力。
【专利说明】一种热镀锌设备
【技术领域】
[0001]本实用新型属于镀锌钢丝制造领域，具体涉及一种热镀锌设备。
【背景技术】
[0002]镀锌钢丝因为其优良的防腐性能而被广泛地应用。迄今为止，镀锌工艺有电镀锌和热镀锌两大类。电镀锌工艺是根据电化学原理通过电镀将锌附着在钢丝表面，具有镀层组织均匀、塑性优良的特点，但是镀层薄，工业化生产的电镀锌钢丝表面的镀锌量一般小于每公斤钢丝表面30克。由于电镀锌的镀层薄，其防腐性能比热镀锌钢丝差。
[0003]热镀锌工艺是将钢丝穿过熔融液态的锌，钢丝表面和锌产生反应生成Fe含量从高到低的Y相、δ相、ζ相和η相Fe-Zn合金层，镀锌层厚度大，钢丝表面镀锌量可以超过每公斤钢丝表面30克。当镀锌层中包括含Y相铁锌合金层时，由于Y相铁锌合金层中Fe含量约为25%，δ相Fe-Zn合金层中Fe含量约为10%，ζ相Fe-Zn合金层中Fe含量约为6%，η相中Fe含量〈0.3%，因此整个镀层中Fe的重量百分含量大于4%，典型热镀锌层Fe的重量百分含量为5.6%。但是Fe-Zn合金层中Y相硬度高塑性差，不利于镀锌钢丝进行大变形量的塑性加工。塑性变形后由于镀锌层也发生塑性变形，不易通过金相法观察到Y相合金层，但是由于Y相的存在，以及表面纯Zn层剥落，镀层平均Fe含量会超过5%。
[0004]含碳量超过0.6%的中高碳钢丝在热镀锌过程中形成的Fe-Zn合金镀层要比低碳钢钢丝的Fe-Zn合金镀层厚，并且随着碳含量上升，Fe-Zn合金镀层厚度显著增加。同时钢中含Si量的增加也会显著增加Fe-Zn合金镀层厚度。随着技术进步，市场对高碳高硅的厚镀锌钢丝需求量与日俱增，电镀锌钢丝的镀层厚度难以达到要求，而热镀锌的高碳高硅钢丝扭转性能差，后续大变形量塑性加工困难，其塑性加工成的镀锌钢丝或捻制成钢丝绳的疲劳性能比电镀锌钢丝制作成钢丝绳要低得多。
[0005]目前热镀锌设备均采用锌锅，钢丝先倾斜向下进入装有熔融液态锌的锌锅，经过浸没在锌液里的导辊转向，再垂直或倾斜向上牵引出锌锅。钢丝不可避免会在导辊上刮擦，影响钢丝表面质量和表面保护膜(如电镀层)，进而降低镀锌钢丝扭转性能并导致Y相Fe-Zn合金层的产生。
【发明内容】
[0006]本实用新型目的在于提供一种热镀锌设备，克服现有技术中存在的上述缺陷。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0008]一种镀锌钢丝，由内而外依次包括钢丝和包覆钢丝外表面的镀锌层，其中钢丝为碳重量百分含量大于0.6%的中高碳钢丝，表面镀锌量大于60g/每公斤钢丝。
[0009]进一步的，所述钢丝的直径大于Imm时，表面镀锌量大于60g/每公斤钢丝；所述钢丝的直径不大于Imm时，表面镀锌量大于76g/每公斤钢丝。
[0010]所述钢丝和镀锌层之间由内而外还包括δ相Fe-Zn合金层、ζ相Fe-Zn合金层和η相Fe-Zn合金层，或者钢丝和镀锌层之间由内而外还包括ζ相Fe-Zn合金层和η相Fe-Zn合金层,或者钢丝和镀锌层之间由内而外还包括η相Fe-Zn合金层。
[0011]进一步的，所述钢丝外整个镀层中铁的重量百分含量小于4%。由于钢丝表面镀锌量大于60g/每公斤，并且钢丝和镀锌层之间没有Y相Fe-Zn合金层，镀锌层厚度在整个镀层厚度的百分比不小于60%，因此，所述钢丝外整个镀层中铁的重量百分含量小于4%。
[0012]所述镀锌层中还含有重量百分含量不超过0.2%的Al。
[0013]另外，本实用新型所述的镀锌钢丝经塑性变形可制成直径小于0.25mm的镀锌钢丝，塑性变形后的钢丝横截面形状为圆形或异形。本实用新型所述的镀锌钢丝经编制可得到钢丝绳或钢丝束，该钢丝绳(或钢丝束)继承了本实用新型镀锌钢丝的防腐性能和高塑性(含高疲劳性能)的优点。
[0014]本实用新型中，镀锌钢丝的镀锌量大于60g/公斤钢丝，达到热镀锌水平，具有和热镀锌钢丝同样的防腐性能；同时避免了热镀锌镀层特有的Y相Fe-Zn合金层的生成，使得本实用新型的镀锌层具有和电镀锌层相似的高塑性变形能力，提高了碳含量大于0.6%的中高碳镀锌钢丝、尤其是高碳高硅镀锌钢丝的镀层塑性性能和钢丝可塑性加工能力。
[0015]本实用新型的镀锌钢丝的制造方法，包括如下步骤:
[0016]I)将钢丝进行电镀锌、或电镀铝或电镀锌铝合金后获得具有电镀层的电镀钢丝，将获得的电镀钢丝的表面进行脱脂助镀处理；
[0017]2)将脱脂助镀处理后的电镀钢丝进入热镀锌设备，电镀钢丝经防氧化气体保护的熔融液态锌进行热镀锌、然后经过防氧化气体保护和水冷后，获得所述镀锌钢丝；其中，热镀锌温度控制在420~500°C之间，热镀锌时间为I~9s，热镀锌时，热镀锌层的厚度通过电镀钢丝走线速度和抹拭装置进行控制，电镀钢丝的走线速度为0.2~1.0m/s，抹拭装置采用具有圆孔的陶瓷片进行抹拭，陶瓷片的圆孔直径为比钢丝直径大0.08~1.0mm。
[0018]上述步骤2)中，经过防氧化气体保护以及水冷后，得到所需镀锌层的镀锌钢丝；其中防氧化气体为氮气；水冷采用从70~95°C高温水冷却段到30~70°C低温水冷却段的梯度冷却方式进行控冷。
[0019]对于热镀锌钢丝，为了进一步增强钢丝表面与镀锌层间的黏合性能，熔融液态锌中可以含有重量百分比浓度≤0.2%的Al。
[0020]上述步骤2)中，热镀锌温度控制在420~500°C之间，热镀锌时间根据电镀层的厚度控制在I~9s，以确保电镀层在热镀锌箱内没有完全熔解，由于Fe向纯锌层扩散的时间不到10s，钢丝表面和液态锌之间形成Y相Fe-Zn合金层的孕育时间不够，确保了没有、相Fe-Zn合金层生成。
[0021]本实用新型的热镀锌设备，包括，镀锌装置，其包括镀锌箱、储锌槽、第一加热装置、第二加热装置，其中，镀锌箱两侧分别设有钢丝入口、钢丝出口，钢丝入口不高于钢丝出口，镀锌箱钢丝出口处设有将熔融液态锌抹拭在钢丝表面的抹拭装置；储锌槽的进口端与镀锌箱的钢丝入口通过气体保护罩密封连通，储锌槽的出口端通过管道和一循环泵与镀锌箱连通；第一加热装置安装于镀锌箱上，第二加热装置安装于储锌槽上；水冷却槽，其两侧分别设有钢丝入口、钢丝出口，水冷却槽的钢丝入口与镀锌箱的钢丝出口通过气体保护罩密封连通；两导辊，分别设置于镀锌箱的钢丝入口处、水冷却槽的钢丝出口处。
[0022]进一步，还包括储水槽、循环泵、热交换器，储水槽分别与水冷却槽和循环泵的的进水口相通，循环泵的出水口与热交换器的进口端连接，热交换器的出口端与水冷却槽相通。
[0023]所述水冷却槽为多段式水冷却槽，优选为三段式水冷却槽，包括依次连接的第一段水冷却槽、第二段水冷却槽，第三段水冷却槽,其中,第一段水冷却槽上设有钢丝入口、第三段水冷却槽上设有钢丝出口 ；储水槽分别与第一段水冷却槽和循环泵的的进水口相通，热交换器的出口端与第三段水冷却槽相通。
[0024]进一步，所述抹拭装置为具有圆孔的陶瓷片，陶瓷片的圆孔直径比钢丝直径大
0.08 ~1.0mm。
[0025]进一步，所述镀锌箱的钢丝入口、钢丝出口均为圆孔。
[0026]进一步，所述第一、第二加热装置均为电加热板、或电加热棒或燃气加热装置。
[0027]进一步的，所述镀锌箱放置的方式为水平放置或倾斜放置。
[0028]本实用新型中，锌加热熔化后得到熔融液态锌，熔融液态锌从储锌箱流入镀锌箱，从镀锌箱的钢丝入口处流出，流回储锌箱内，并通过循环泵在镀锌箱和储锌箱之间循环流动。电镀钢丝在导辊导向与定位作用下从镀锌箱的钢丝入口处进入充满熔融液态锌的镀锌箱，从镀锌箱的钢丝出口处穿出，进入水冷却槽冷却，再经过导辊导向与定位，最后进入收线装置。钢丝出口处安装的陶瓷片将熔融液态锌抹拭在电镀钢丝表面，使其表面具有一定厚度的液态锌层。表面抹拭液态锌的钢丝立即进入水冷却槽进行冷却，液态锌经过水冷凝固化成固态镀锌层，最终得到本实用新型的镀锌钢丝。熔融液态锌接触空气的部分全部有防氧化气体保护，微正压控制。所述镀锌箱的长度、镀锌箱与水冷却装置之间的间距均可调。
[0029]优选地，水冷却槽为三段式水冷却槽，冷却水从最后段即第三段水冷却槽依次向第二段、第一段水冷却槽流动，水 温逐渐升高，并通过循环泵和热交换器在水冷却槽和储水槽间循环流动。表面抹拭液态锌 的钢丝从第一段水冷却槽进入，经过从高温水冷却段至低温水冷却段的梯度冷却，从第三段水冷却槽穿出，经过导辊牵引进入收线装置。
[0030]本实用新型的有益效果:
[0031]1.本实用新型镀锌钢丝的镀锌量大于60g/每公斤钢丝，达到了热镀锌水平，其防腐性能中盐雾实验时间达到202小时以上，塑性性能测试中扭转次数达到38次以上，具有优良的防腐蚀性能和可塑性变形能力；
[0032]2.本实用新型镀锌钢丝中钢丝和镀锌层之间没有生成Y相Fe-Zn合金层，钢丝外整个镀层中铁的重量百分含量小于4%，将其拉拔成直径小于0.25mm的钢丝时，锌损≤15%，扭转次数超过21次，镀锌层具有和电镀锌层相似的高塑性变形能力，提高了碳含量大于
0.6%的中高碳镀锌钢丝、尤其是高碳高硅镀锌钢丝的镀层塑性性能和可塑性加工变形能力；
[0033]3.本实用新型的镀锌钢丝经过塑性变形，如拉拔加工，可以得到直径小于0.25mm的钢丝，进一步编制加工获得的钢丝绳或钢丝束，也具有高防腐性能和很好的疲劳性能，具体为盐雾实验时间达到150小时以上，弯曲疲劳次数达到92万次；
[0034]4.本实用新型的镀锌箱内无需安装导辊，因此在镀锌过程中钢丝表面的电镀层不会被刮擦，进而不会引起Y相Fe-Zn合金层形成，保 证了镀锌钢丝具有很好的镀层塑性性能和可塑性加工能力。【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本实用新型镀锌钢丝的制造工艺流程示意图；
[0036]图2为本实用新型的热镀锌设备的结构示意图；
[0037]图3为本实用新型实施例1的镀锌钢丝的结构示意图；
[0038]图4为本实用新型实施例2的镀锌钢丝的结构示意图；
[0039]图5为本实用新型实施例3的镀锌钢丝的结构示意图；
[0040]图6为本实用新型实施例4的镀锌钢丝的结构示意图。
[0041]上述图5-6中，I为钢丝，2为镀锌层，3为δ相Fe-Zn合金层，4为ζ相Fe-Zn合金层，5为η相Fe-Zn合金层。
【具体实施方式】
[0042]下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案进一步详细描述。
[0043]参见图2，本实用新型的热镀锌设备，包括导辊15、镀锌装置、水冷却槽17和导辊18，其中，镀锌装置，其包括镀锌箱16、储锌槽22、第一加热装置、第二加热装置，其中，镀锌箱16两侧分别设有钢丝入口 16-1、钢丝出口 16-2，钢丝入口 16-1不高于钢丝出口 16_2，钢丝出口 16-2处设有将熔融液态锌抹拭在钢丝表面的抹试装置24 ;储锌槽22的进口端与镀锌箱16的钢丝入口 16-1通过气体保护罩30密封连通，储锌槽22的出口端通过管道和一循环泵23与镀锌箱16连通；第一加热装置安装于镀锌箱16上，第二加热装置安装于储锌槽22上；水冷却槽17，其两侧分别设有钢丝入口 17-1、钢丝出口 17-2，水冷却槽17的钢丝入口 17-1与镀锌箱16的钢丝出口 16-2通过气体保护罩30’密封连通；导辊15设置于镀锌箱16的钢丝入口 16-1处，导辊18设置于水冷却槽17的钢丝出口 17-2处。
[0044]进一步，所述水冷却槽17为三段式水冷却槽，包括依次连接的第一段水冷却槽17-3、第二段水冷却槽17-4，第三段水冷却槽17-5，其中，第一段水冷却槽17_3上设有钢丝入口 17-1、第三段水冷却槽17-5上设有钢丝出口 17-2。
[0045]进一步，本实用新型的镀锌设备还包括储水槽25、循环泵26、热交换器27，储水槽25分别与第一段水冷却槽17-3和循环泵26的的进水口相通，循环泵26的出水口与热交换器27的进口端连接，热交换器27的出口端与第三段水冷却槽17-5相通。
[0046]进一步，所述抹试装置24为具有圆孔的陶瓷片。
[0047]所述镀锌箱16的钢丝入口 16-1、钢丝出口 16-2均为圆孔。
[0048]所述第一、第二加热装置均为电加热板21、21’。
[0049]所述镀锌箱16放置的方式为倾斜放置。
[0050]实施例1
[0051]如图1所示,直径为0.84mm且碳的重量百分含量为0.7%的高碳低合金钢钢丝100经过热处理后先经过电镀锌，镀锌量为每公斤钢丝表面3g，收在工字轮10上作为原料，从放线装置11上放出，经过脱脂槽12、热水洗槽13和热风干燥装置14，去除电镀锌层表面的油污，获得脱脂处理后的电镀钢丝。
[0052]然后将脱脂处理后的电镀钢丝经过塑料导辊15，该导辊15倾斜向上45°，进入热镀锌设备。
[0053]如图2所示，镀锌箱16的钢丝入口 16-1和钢丝出口 16_2均设有气体保护罩30、30’，气体保护罩30、30’内通入氮气，防止熔融液态锌和空气中的氧气反应而氧化。熔融液态锌从储锌槽22经循环泵23注入到镀锌箱16，熔融液态锌的流入量和镀锌箱16钢丝入口16-1中流出的熔融液态锌的流出量相等，保证镀锌箱16中充满熔融液态锌，流出的液态锌重新流回储锌槽22中。镀锌箱16四周和储锌槽22四周安装有电加热板21、21’，通过热电偶检测液态锌的温度来控制电加热板21、21’的加热功率，保证镀锌箱16内液态锌温度控制在440?450°C。
[0054]镀锌箱16可以通过拼接实现不同长度的调整，本实施例的镀锌箱16长度为I米，在镀锌箱16的钢丝出口 16-2处设有抹拭装置24，抹拭装置24采用具有圆孔的陶瓷片进行熔融热态锌抹拭，陶瓷片上的圆孔直径为1.0mm,电镀钢丝的走线速度为0.5米/秒，钢丝表面的镀锌量达到100克/公斤钢丝。表面涂抹有熔融液态锌的钢丝从镀锌箱16的钢丝出口 16-2出来后，立即进入到三段式水冷却槽中，水从最高的第三段水冷却槽17-5段向前流动，水温逐渐升高，依次经第二段水冷却槽17-4和第一段水冷却槽17-3流出，水温从第三段60°C到第一段95°C逐渐升高。镀锌钢丝则经历了从高温水冷却段至低温水冷却段的梯度冷却。最后镀锌钢丝110经过导辊18，进入到收线装置19。
[0055]电镀锌钢丝在镀锌箱里停留的时间为2s，电镀锌层没有完全熔解，钢丝表面和液态锌之间形成Y相Fe-Zn合金层的孕育时间不够，因此钢丝和镀锌层之间没有形成Y相Fe-Zn合金层。抹拭陶瓷片装置控制镀锌层厚度，使钢丝表面液态锌的质量达到IOOg/公斤钢丝。液态锌经过水冷凝固化成固态镀锌层，镀层为纯锌结构，即获得了本实施例的镀锌钢
丝产品。
[0056]本实施例获得的镀锌钢丝如图3所示，由内而外依次包括钢丝I和包覆钢丝外表面的镀锌层2，钢丝和镀锌层之间没有Fe-Zn合金层。其中钢丝为碳重量百分含量为0.7%的中高碳钢丝，镀锌层表面的镀锌量为IOOg/公斤钢丝，钢丝外整个镀层中铁的重量百分含量为0.1%。经实验室检测，本实施例镀锌钢丝的防腐性能测试中，盐雾实验时间达到240小时，塑性性能测试中扭转次数达到52次。
[0057]该镀锌钢丝经过17道次的水箱拉丝机拉拔，得到直径0.13mm镀锌钢丝，镀层重量为85g/kg，锌损仅为15%，扭转次数达到26次(测试方法:100xDia)。再经过管绞机进行捻制，得到3x3x0.13的镀锌钢丝绳。经实验室检测，对镀锌钢丝绳的防腐性能测试中，盐雾实验时间达到150小时；疲劳性能中弯曲疲劳次数达到92万次。
[0058]实施例2
[0059]熔融液态锌中添加0.18%的Al，并降低钢丝走线速度至0.4m/s,使电镀锌钢丝在镀锌箱里停留的时间为2.5s，钢丝直径、摸拭装置中陶瓷片上的圆孔直径，以及其他工艺及设备同实施例1，即获得如图4所示的镀锌钢丝。
[0060]本实施例制备的镀锌钢丝具有η相Fe-Zn合金层5结构，镀锌层厚度在整个镀层厚度的百分比不小于60%，如图4所示，其中钢丝为碳重量百分含量为0.9%的中高碳钢丝，镀锌层的镀锌量为94g/公斤钢丝，钢丝外整个镀层中铁的重量百分含量0.5%。
[0061]钢丝经实验室检测，防腐性能测试中盐雾实验时间达到216小时，塑性性能测试中扭转次数达到48次。
[0062]实施例3
[0063]降低钢丝走线速度0.25m/s，使电镀锌钢丝在镀锌箱里停留的时间为4s，其它工艺及设备同实施例1。
[0064]本实施例制备的镀锌钢丝具有ζ相Fe-Zn合金层4和η相Fe-Zn合金层5结构，镀锌层厚度在整个镀层厚度的百分比不小于60%，如图5所示，其中钢丝为碳重量百分含量为0.8%的中高碳钢丝，镀锌层的镀锌量为90g/公斤钢丝，钢丝外整个镀层中铁的重量百分含量1.2%ο
[0065]钢丝经实验室检测，防腐性能测试中盐雾实验时间达到202小时，塑性性能测试中扭转次数达到40次。
[0066]实施例4
[0067]降低钢丝走线速度0.2m/s，使电镀锌钢丝在镀锌箱里停留的时间为5s，其它工艺及设备同实施例1，即获得镀锌钢丝。
[0068]本实施例制备的镀锌钢丝具有δ相Fe-Zn合金层3、ζ相Fe-Zn合金层4和η相Fe-Zn合金层5结构，镀锌层厚度在整个镀层厚度的百分比不小于60%，如图6所示，其中钢丝为碳重量百分含量为0.72%的中高碳钢丝，镀锌层的镀锌量为80g/公斤钢丝，钢丝外整个镀层中铁的重量百分含量3.2%。
[0069]钢丝经实验室检测，防腐性能测试中盐雾实验时间达到210小时，塑性性能测试中扭转次数达到38次。
【权利要求】
1.一种热镀锌设备，其特征在于，包括， 镀锌装置，其包括镀锌箱、储锌槽、第一加热装置、第二加热装置，其中，镀锌箱两侧分别设有钢丝入口、钢丝出口，钢丝入口不高于钢丝出口，钢丝出口处设有将熔融液态锌抹拭在钢丝表面的抹拭装置；储锌槽的进口端与镀锌箱的钢丝入口通过气体保护罩密封连通，储锌槽的出口端通过管道和一循环泵与镀锌箱连通；第一加热装置安装于镀锌箱上，第二加热装置安装于储锌槽上； 水冷却槽，其两侧分别设有钢丝入口、钢丝出口，水冷却槽的钢丝入口与镀锌箱的钢丝出口通过气体保护罩密封连通； 两导辊，分别设置于镀锌箱的钢丝入口处、水冷却槽的钢丝出口处。
2.如权利要求1所述的热镀锌设备，其特征在于，还包括储水槽、循环泵、热交换器，储水槽分别与水冷却槽和循环泵的的进水口相通，循环泵的出水口与热交换器的进口端连接，热交换器的出口端与水冷却槽相通。
3.如权利要求1或2所述的热镀锌设备，其特征在于，所述水冷却槽为多段式水冷却槽。
4.如权利要求3所述的热镀锌设备，其特征在于，所述水冷却槽为三段式水冷却槽，包括依次连接的第一段水冷却槽、第二段水冷却槽，第三段水冷却槽，其中，第一段水冷却槽上设有钢丝入口、第三段水冷却槽上设有钢丝出口 ；储水槽分别与第一段水冷却槽和循环泵的的进水口相通，热交换器的出口端与第三段水冷却槽相通。
5.如权利要求1所述的热镀锌设备，其特征在于，所述抹拭装置为具有圆孔的陶瓷片。
6.如权利要求1所述的热镀锌设备，其特征在于，所述第一、第二加热装置为电加热板、电加热棒或燃气加热装置。
【文档编号】C23C2/38GK203382813SQ201320439347
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2013年7月23日
【发明者】胡东辉 申请人:江苏宝钢精密钢丝有限公司