钢丝制品热镀锌铝合金生产设备及其生产工艺的制作方法

本发明属于一种钢丝镀锌技术，特别是涉及一种钢丝制品热镀锌铝合金生产设备及其生产工艺。

背景技术：

大量的科学研究和实践表明：锌及锌合金镀层钢丝在空气、水、土壤等环境条件下的腐蚀主要表现为电化学腐蚀为主。研究开发具有抑制和隔离空气、水、土壤等腐蚀介质对钢丝侵蚀的镀层技术是延长钢丝寿命的最有效的措施。研究发现：锌、铝、镁、稀土元素在腐蚀过程中都起到保护钢丝不被侵蚀的作用。其作用主要表现如下：锌—由于较铁低的电子电位，起到了阴极保护作用；铝—由于极易生成al2o3保护膜，起到了有效隔离保护作用；稀土—由于具有细化晶粒净化晶界的作用，被誉为工业味精；镁—由于极易生产氧化镁保护膜，起到了耐腐耐磨作用。

以锌铝合金镀层为例，一般来说，防腐膜形成过程ⅰ镀层初始氧化阶段，以zn阴极保护为主，呈现银白色表面；防腐膜形成过程ⅱ镀层前氧化阶段，以zn阴极保护为主氧化铝保护为辅，呈现无光泽表面；防腐膜形成过程ⅲ镀层后期氧化阶段，以氧化铝膜保护为主以zn阴极保护为辅呈现灰黑色表面；防腐膜形成过程ⅳ镀层持续保护阶段，以氧化铝膜保护为主呈现连续灰黑色表面。

现行较多的工艺为溶剂法，溶剂法前处理过程中大量使用酸、碱、盐等化学溶剂，且能源消耗较大，再者溶剂法，对水的依赖较大生产用水量较大，生产过程中会产生较大量带有溶剂的废水，对环境影响较大。

技术实现要素：

本发明解决了现有技术前处理过程中大量使用酸、碱、盐等化学溶剂，能源消耗较大，生产过程中会产生较大量带有溶剂的废水的问题，提供一种钢丝制品热镀锌铝合金生产设备及其生产工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钢丝制品热镀锌铝合金生产设备，包括钢丝放线模块、钢丝超声波清洗器、管式钢丝氧化还原退火炉、钢丝热镀锌炉、钢丝活化助镀池、钢丝热镀锌铝合金炉和钢丝收线模块，所述钢丝放线模块上的钢丝通过钢丝超声波清洗器清洗后送入管式钢丝氧化还原退火炉内，管式钢丝氧化还原退火炉的输出端对准钢丝热镀锌炉，钢丝热镀锌炉后方配置有钢丝活化助镀池，钢丝活化助镀池的后方配置有钢丝热镀锌铝合金炉，钢丝热镀锌铝合金炉的后方配置有钢丝收线模块，所述钢丝热镀锌炉、钢丝活化助镀池和钢丝热镀锌铝合金炉之间通过提升轮进行传输，所述钢丝活化助镀池与钢丝热镀锌铝合金炉之间配置有钢丝气擦装置和钢丝冷却控制装置。

大部分钢丝放线模块通常有主动和被动放线形式，根据不同的产品特点可供选择把线放线架、工字轮放线机两种基本结构形式，把线放线主要适用于对放线张力控制要求较低，放线速度较低的生产线。工字轮放线主要可以满足放线张力控制要求较高，放线速度较高的生产线。钢丝前处理模块根据处理原理不同，可分为三种技术解决方案。溶剂法钢丝前处理；氧化还原法前处理；溶剂加还原组合法前处理，本技术方案采用的是氧化还原法前处理方案。钢丝收线模块根据用途不同可分为卧式捆卷收线、倒立式收线和工字轮收线。卧式收线：主要适用于收线速度较小，盘重较轻的产品。倒立式收线：主要适用于收线速度较大，盘重较大，包装要求灵活的产品；工字轮收线：主要适用于收线速度较大，盘重较大，包装定型的产品。氧化还原法与溶剂法热镀锌铝合金技术相比具有宽广的适用范围。可以满足：镀锌钢丝生产；锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝生产；锌-10%铝-稀土合金镀层钢丝生产；锌-55%铝-1.6%硅合金镀层钢丝生产；锌-5%铝-镁合金镀层钢丝生产。几乎可以囊括所有锌铝系合金镀层钢丝的生产。利用本发明实现的氧化还原法热镀锌及锌合金镀层钢丝技术在节能减排中的优势，（1）氧化还原法生产技术取消了溶剂法前处理过程中大量使用的酸、碱、盐等化学溶剂，实现了绿色生产。（2）氧化还原法生产技术过程中，钢丝热处理的余热得到充分利用，大幅度减少了热镀锌及锌铝系合金炉工序的能源消耗。（3）氧化还原法生产技术与溶剂法相比，取消了溶剂对水的依赖，大幅度降低了生产用水量。

作为优选，钢丝热镀锌铝合金模块根据不同的热浸镀原理，可分为三种技术解决方案钢丝单镀锌铝系合金、钢丝双热镀锌铝系合金、钢丝电镀加热镀锌铝系合金。

作为优选，所述钢丝放线模块为把放线架或卧式工字轮方向机或立式工字轮放线机。

作为优选，所述管式钢丝氧化还原退火炉包括氧化还原炉体和氢氮混合气体充气装置，所述反应管包设在氧化还原炉体的炉膛内，所述反应管与氢氮混合气体充气装置连通，反应管的内侧充满有氢氮混合气体，所述反应管送入钢丝的前端高度低于反应管的后端高度，所述氧化还原炉体的炉膛内侧与反应管外侧的空腔内设置有燃气喷头，氧化还原炉体分为高温段和恒温段，氢氮混合气体充气装置上配置有气体流量计和混合气体阀。在氧化还原炉内通入氢氮混合气体，氢气含量在25%以上，将钢丝表层的氧化层还原成纯铁，以提高镀层与钢基体的结合度。氧化还原炉中分段加热的高温段温度在1000摄氏度以上，所述氧化还原加热的恒温段温度为700摄氏度至800摄氏度。本发明通过检测燃烧火焰的大小或颜色，来调节混合气体的量和氢气比例；进而实现恒温和高温控制。混合气体从尾部进入，从前端出来，未还原的氢气与进料端的氧气混合燃烧，形成水蒸气，可以消除环境污染。

作为优选，所述反应管的长度范围为12-50米。

作为优选，所述钢丝热镀锌炉和钢丝活化助镀池之间的提升轮位于钢丝热镀锌炉的上方，钢丝热镀锌炉内位于提升轮的下方配置有一个转向轮，钢丝热镀锌炉的上方从下到上对准钢丝依次配置有钢丝擦拭装置和钢丝冷却控制装置。

作为优选，钢丝热镀锌铝合金炉后方的导向提升轮作为垂直引出提升轮，钢丝热镀锌铝合金炉内位于垂直引出提升轮的下方也配置有一个转向轮，所述钢丝气擦装置和钢丝冷却控制装置位于转向轮和垂直引出提升轮之间且对准钢丝。

作为优选，所述钢丝收线模块为卧式收线器、倒立式收线器或工字轮收线器。

一种钢丝制品热镀锌铝合金生产工艺，适用于如上所述的钢丝制品热镀锌铝合金生产设备，包括以下步骤：步骤一，利用钢丝大盘重工字轮进行放线和排线；

步骤二，钢丝超声波清洗；

步骤三，利用管式钢丝氧化还原退火炉对钢丝进行变温式氧化还原一体化前处理；

步骤四，依次通过钢丝控温装置控温、钢丝热镀锌炉热镀、钢丝擦拭、钢丝冷却、钢丝活化助镀、钢丝热镀锌铝合金炉热镀、钢丝气擦以及钢丝冷却步骤对钢丝表面热镀至少一层合金镀层；

步骤五，钢丝倒立式收线。

作为优选，在所述步骤四中，采用了双镀工艺，钢丝先热镀锌，后热镀锌合金。

作为优选，所述步骤四中，钢丝表面的镀层为锌-5%铝-稀土合金、锌-10%铝合金或锌-5%铝-镁合金镀层。

本发明的实质性效果是：利用本发明实现的氧化还原法热镀锌及锌铝合金镀层钢丝技术在节能减排中的优势，（1）氧化还原法生产技术取消了溶剂法前处理过程中大量使用的酸、碱、盐等化学溶剂，实现了绿色生产。（2）氧化还原法生产技术过程中，钢丝热处理的余热得到充分利用，大幅度减少了热镀锌及锌铝系合金炉工序的能源消耗。（3）氧化还原法生产技术与溶剂法相比，取消了溶剂对水的依赖，大幅度降低了生产用水量。

附图说明

图1为实施例1的一种整体流程示意图；

图2为实施例2中钢丝热镀锌炉部分的一种示意图；

图3为实施例3中管式钢丝氧化还原退火炉的一种控制示意图；

图4为实施例2中管式钢丝氧化还原退火炉的一种实际线条图；

图中：1、管式钢丝氧化还原退火炉，2、反应管，3、燃气喷头，4、钢丝热镀锌炉，5、钢丝热镀锌铝合金炉，6、钢丝放线模块，7、钢丝超声波清洗器，8、钢丝收线模块，9、钢丝活化助镀池，11、高温段，12、高温管，13、高温辅助管，17、观察窗，18、燃气阀，19、混合气体阀，21、恒温段，22、恒温管，23、恒温辅助管，31、氢氮混合气体充气装置，32、燃气供气装置,41、钢丝擦拭装置，42、钢丝冷却控制装置，43、风冷装置，44、转向轮，45、提升轮，46、输送管。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本实施例的技术方案作进一步的具体说明。

实施例1：

一种钢丝制品热镀锌铝合金生产设备（参见附图1），包括钢丝放线模块6、钢丝超声波清洗器7、管式钢丝氧化还原退火炉1、钢丝热镀锌炉4、钢丝热镀锌铝合金炉5和钢丝收线模块8，所述钢丝放线模块上的钢丝通过钢丝超声波清洗器清洗后送入管式钢丝氧化还原退火炉内，管式钢丝氧化还原退火炉的输出端对准钢丝热镀锌炉，钢丝通过输送管46输送至钢丝热镀锌炉内进行热镀锌，钢丝热镀锌炉后方配置热镀锌合金炉，钢丝热镀锌合金炉的后方配置有钢丝收线模块。其中，管式钢丝氧化还原退火炉分离为氧化炉和还原炉，由氧化炉和还原炉分别作用后将钢丝表层的氧化层还原成纯铁。所述钢丝放线模块为把放线架或卧式工字轮方向机或立式工字轮放线机。大部分钢丝放线模块通常有主动和被动放线形式，根据不同的产品特点可供选择把线放线架、工字轮放线机两种基本结构形式，把线放线主要适用于对放线张力控制要求较低，放线速度较低的生产线。工字轮放线主要可以满足放线张力控制要求较高，放线速度较高的生产线。钢丝前处理模块根据处理原理不同，可分为三种技术解决方案。溶剂法钢丝前处理；氧化还原法前处理；溶剂加还原组合法前处理，本技术方案采用的是氧化还原法前处理方案。钢丝热镀锌铝合金模块根据不同的热浸镀原理，可分为三种技术解决方案钢丝单镀锌铝系合金、钢丝双热镀锌铝系合金、钢丝电镀加热镀锌铝系合金，钢丝收线模块根据用途不同可分为卧式捆卷收线、倒立式收线和工字轮收线。卧式收线：主要适用于收线速度较小，盘重较轻的产品。倒立式收线：主要适用于收线速度较大，盘重较大，包装要求灵活的产品；工字轮收线：主要适用于收线速度较大，盘重较大，包装定型的产品。氧化还原法与溶剂法热镀锌铝合金技术相比具有宽广的适用范围。可以满足：镀锌钢丝生产；锌-5%铝-稀土合金镀层钢丝生产；锌-10%铝-稀土合金镀层钢丝生产；锌-55%铝-1.6%硅合金镀层钢丝生产；锌-5%铝-镁合金镀层钢丝生产。本实施例几乎可以囊括所有锌铝系合金镀层钢丝的生产。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例（参见附图2和附图4）中，还包括有钢丝活化助镀池9，钢丝热镀锌炉后方配置有钢丝活化助镀池，钢丝活化助镀池的后方配置有钢丝热镀锌铝合金炉，钢丝热镀锌铝合金炉的后方配置有钢丝收线模块，所述钢丝热镀锌炉、钢丝活化助镀池和钢丝热镀锌铝合金炉之间通过提升轮45进行传输，所述钢丝热镀锌炉与钢丝活化助镀池之间配置有钢丝擦拭装置41和钢丝冷却控制装置42。所述钢丝热镀锌炉和钢丝活化助镀池之间的提升轮位于钢丝热镀锌炉的上方，钢丝热镀锌炉内位于提升轮的下方配置有一个转向轮44，钢丝热镀锌炉的上方从下到上对准钢丝依次配置有钢丝擦拭装置和钢丝冷却控制装置。所述钢丝热镀锌铝合金炉之后的提升轮位于钢丝热镀锌铝合金炉的上方，钢丝热镀锌铝合金炉内位于提升轮的下方也配置有一个转向轮，所述钢丝气擦装置和钢丝冷却控制装置位于转向轮和提升轮之间且对准钢丝。钢丝冷却控制装置42为水冷装置，作为优选，还可以配置风冷装置43作为辅助。

本实施例中，管式钢丝氧化还原退火炉不在分离设立，而是采用以下形式，包括氧化还原炉和氢氮混合气体充气装置31，所述氧化还原炉包括反应管2，所述反应管的外侧设有炉膛，所述反应管与氢氮混合气体充气装置连通，反应管的内侧充满有氢氮混合气体，待加工的钢丝贯穿反应管，所述反应管送入钢丝的前端高度低于后端高度，所述炉壁内侧与反应管外侧的空腔内设置有燃气喷嘴3，氧化还原炉前后分为高温段11和恒温段21，更可以设置为：燃气喷嘴中布置在所述高温段对应的单位体积内的高温燃气喷嘴数量大于所述燃气喷嘴中布置在恒温段对应的单位体积内的恒温燃气喷嘴数量，氢氮混合气体充气装置上配置有气体流量计。本实施例通过对还氧炉分段加热包括高温段（1000（摄氏度）以上）和恒温段（700-800（摄氏度））的方式来提高钢丝加热的效率。本实施例根据钢丝的特点进行选择，将钢丝送入反应管内，然后依据用于执行变温式氧化还原一体化前处理工艺进行加工，本实施例中，氢氮混合气体从尾部进入，从前端出来，未还原的氢气与进料端的氧气混合燃烧，形成水，以消除环境污染；还原炉的前端高度低于后端高度，利用氢气密度较小，可以保证管内始终充满氢气，氮气主要保证管内正压和排挤空气，不参与还原反应；钢丝在管内进行还原反应，而在管外与炉内壁之间，上下设置燃气喷嘴，对管外壁进行加热，高温段具有多个密布的喷嘴，可快速加温，而在恒温段则只有少数喷嘴，用于补充加热。

所述氧化还原炉上设置有至少一个用于观察燃气喷嘴燃烧火焰的大小或颜色的观察窗17。所述高温段炉壁与所述恒温段炉壁之间存在有间隙4。这段间隙的长度至多是所述恒温段长度的1/3，通过这段间隙能够将恒温段和高温段进行隔离，防止恒温段和高温段之间温度传导，导致温度控制较差的问题。所述反应管的长度范围为12-50米。过长则钢丝悬挂下垂，易擦碰管内壁；过短，则升温不均匀，还原效果差。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例(参见附图3)中，还包括有燃气供气装置32，所述氢氮混合气体充气装置上配置有用于控制氢氮混合气体流量的混合气体阀19，每个燃气喷嘴均通过一个对应的燃气支管与燃气总管连通，所述燃气总管与所述燃气供气装置连通，所述燃气总管上配置有控制燃气流量的燃气阀18，所述混合气体阀和燃气阀均为电磁调节阀。本实施例采用了混合气体阀对充入的气体流量进行控制，通过混合气体阀保证管内压力的平衡，进一步的可以单独采用氢气输入和氮气输入单独控制的方式，通过单独输入控制，来保证管内氢气含量超过25%。所述反应管的长度范围为12-50米。本实施例中，还包括有配置在高温段的高温辅助喷嘴和设置在恒温段的恒温辅助喷嘴，所述高温辅助喷嘴的数量少于高温喷嘴的数量，所有高温辅助喷嘴间隔排布在高温喷嘴中，所述恒温辅助喷嘴的数量少于恒温喷嘴的数量，所有恒温辅助喷嘴间隔排布在恒温喷嘴中，所述高温辅助喷嘴通过高温辅助管13与燃气供气装置连通，所述恒温辅助喷嘴通过恒温辅助管23与燃气供气装置连通，所述高温辅助管和恒温辅助管上分别设置有对应的电磁调节阀。本实施例中采用了高温辅助管和恒温辅助管的设计，在加工状态下的温度调节一般只对高温辅助管和恒温辅助管中进入的燃气量进行调节，而不对高温管12和恒温管22的进入燃气量进行调节，调节的幅度较小，属于微调，能够起到快速反应的效果。

一种钢丝制品热镀锌铝合金生产工艺，适用于如上所述的钢丝制品热镀锌铝合金生产设备，包括以下步骤：步骤一，利用钢丝大盘重工字轮进行放线和排线；

步骤二，钢丝超声波清洗；

步骤三，利用管式钢丝氧化还原退火炉对钢丝进行变温式氧化还原一体化前处理；

步骤四，依次通过钢丝控温装置控温、钢丝热镀锌炉热镀、钢丝擦拭、钢丝冷却、钢丝活化助镀、钢丝热镀锌铝合金炉热镀、钢丝气擦以及钢丝冷却等步骤对钢丝表面热镀至少一层合金镀层。在所述步骤四中，采用了双镀工艺，钢丝先热镀锌，后热镀锌合金。钢丝表面的镀层为锌-5%铝-稀土合金、锌-10%铝合金、锌-5%铝-镁合金镀层。

步骤五，钢丝倒立式收线。

利用本发明实现的氧化还原法热镀锌及锌铝合金镀层钢丝技术在节能减排中的优势，（1）氧化还原法生产技术取消了溶剂法前处理过程中大量使用的酸、碱、盐等化学溶剂，实现了绿色生产。（2）氧化还原法生产技术过程中，钢丝热处理的余热得到充分利用，大幅度减少了热镀锌及锌铝系合金炉工序的能源消耗。（3）氧化还原法生产技术与溶剂法相比，取消了溶剂对水的依赖，大幅度降低了生产用水量。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。