热镀锌板的工艺生产线设计

1 前 言I / 291.1热镀锌的简介热镀锌 Hot Zinc Plating Technics ,它是由热镀锡工艺发展而来,至今已跨入第四个世纪。至今为止,热镀锌仍是钢材防蚀方法中应用最普遍、最有效的工艺措施。在热镀锌发展的三个世纪中,每个世纪的代表人物为：法国化学家马罗英博士、法国巴黎市政工程师索里尔及波兰杰出发明家和工程师森吉米尔。他们对钢铁的热镀锌进行了开创性的实验并发明了和建成了工业性热镀锌生产线,开创了连续、高速、高质量热镀锌的新纪元。我国学者在总结前人的经验基础上,认识到热镀锌对国民经济发展的重要作用。因此,在工业生产中,研究金属腐蚀问题具有十分重要的意义和作用。我们选择锌为金属材料防腐蚀所具备的条件是：第一,我国含锌量丰富,便于取材。第二,锌具有良好的防腐性能。第三,锌产生的腐蚀产物体积膨胀,可以将镀锌层因腐蚀出现的间隙愈合,从而在一定程度上能减缓电化学腐蚀的进一步发展。第四,镀锌层经过铬酸盐钝化后形成多种色彩钝化膜,不仅外观漂亮,而且还能还能提高耐水蒸气腐蚀的性能。因此,锌作为钢铁基体的保护层,不但可以提供阴极保护,而且一旦发生腐蚀,其腐蚀速度还较慢。经过钝化处理的镀锌层的耐腐蚀性能还可以大大提高。这就是为何用锌作为钢铁保护层的原因。热镀锌工艺与其他金属防腐蚀方法相比,在镀层电化学保护性、镀层致密性、镀层耐久性、镀层免维护性、镀层与基体结合力、镀层经济性以及热镀工艺对钢件形状、尺寸的适应性、生产的高效性方面具有其他工艺无法比拟、得天独厚的优势。据日本镀锌协会长达10年的大气暴露实验表明：镀层厚度为86微米的热镀锌层在重工业海洋郊外和城市地带的耐用年限分别为13、50、104、30年。一般而言,上锌量为600克每平方米的镀锌层,其免维护的使用寿命为20-50年,对于建筑用基板不镀锌的彩板,其使用命为3-5年,而基板镀锌的彩板其使用寿命可达20-30年。据调查,热镀锌的成本远低于油漆。因此,热镀锌有很大的现实意义,这就是我国大兴镀锌业的原因。1.2公司镀锌品种类及其技术进展 国钢板热镀锌现状及其发展镀锌钢板广泛地用于轻工、家电、汽车和建筑行业。长期以来我国镀锌板一直属于短线产品,多年来我国镀锌板的自给率约为50%,每年需要大量进口。近年来,带钢镀锌技术的发展和动态主要集中在汽车用板,热轧带钢热镀锌和高耐蚀性热镀锌板三个方面。高表面质量是汽车面板所必须具备的基本条件,镀层表面质量与薄板表面粗糙度、清洁度、带钢化学成分及其冲压成型性有直接的关系,同时热镀工艺、锌液成分、热镀设备也是影响锌层表面质量的重要因素。锌液中的锌渣是影响镀锌表面质量的最重要因素,在现代化生产线中,已用瓷衬锅取代铁锌锅,可以有效地减少锌渣镀锌板表面质量的影响。此外,美丽的锌花是传统热镀锌板典型的特征,由此获得用户的青睐,具有一定的商业价值。但是研究表明锌花表面的不平整性,镀层中的铅含量会影响镀层板在后续加工中的加工性能、涂装性和使用中的耐蚀性。锌花尺寸随铅含量的减少而减小,开裂率和腐蚀率也分别大大降低。目前,新建镀锌生产线均采用无铅镀锌工艺,无铅镀锌已成为当前热镀锌发展的趋势。 普通锌花热镀锌钢带 现代热镀锌钢带是在连续生产线上,将冷轧钢带或热轧酸洗钢带浸入锌含量不低于99%的融态的镀液中,经热浸镀获得的镀锌钢带。热镀锌钢带在所有种类的热浸镀钢带板种类的热浸镀钢带板中占绝大部分。普通锌花又称正常锌花、俗称大锌花热镀锌钢带板是热镀锌钢带板的基本品种,系在锌液含锑或者铅的条件下热浸镀后,在正常凝固过程中,锌晶粒自由长大形成的具有明显锌花形貌的镀层板。普通锌花板表面为尺度在10厘米以下的大而鲜明的锌花,外观光亮美丽；锌层附着性良好,当镀锌板经受十分复杂的变形加工时,锌层不会脱落；热反射性较好,可作为隔热材料；表面光泽保持时间长。普通锌花板用途广泛,可用以做水桶、烟囱、各种粮食容器、厨房用具,在建筑行业可以做屋顶、天花板、墙壁等,在家用电器行业可以做电冰箱、洗衣机、淋浴器等,在汽车行业可以做轿车、卡车、拖车、行车、冷藏车部件,车库门挂水器等,在其他方面可以做设备箱罩、电器柜、仪表盘等。 无锌花热镀锌钢带 无锌花热镀锌钢带板是二十世纪八十年代以后国际上发展起来的热镀锌板新品种。普通锌花热镀锌板是在锌液含少量锑或者铅的条件下生产出来的,锑和铅是促使锌花长大的元素。去掉了锑或铅,使锌液既不含锑也不含铅,热浸镀后,由于不存在促使锌花长大的因素,锌花长不大,生产出来的就是无锌花热镀锌钢带。无锌花板既实用于涂漆涂塑后实用,也实用于裸露实用。无锌花板表面为极其细小而不明显的锌花,半光亮,镀层表面起伏小,外观漂亮悦目；镀锌层耐腐蚀性良好,比普通锌花镀锌层提高约20%；用于涂漆涂塑时,该板具有涂装的覆盖性好、涂层粘附性强、涂装后耐腐蚀性强实用寿命长等优点；镀层附着性好,当镀锌板经受十分复杂的变形加工时锌层不会脱落。无锌花热镀锌钢带在彩板行业可以作为有机涂层,生产彩图钢板,在建筑行业可以做屋顶、天花板各种干货容器,在家电行业可以作为吸尘器的材料,还可作为汽车行业等其他行业的材料,用途十分广泛。1.3镀锌板的发展前景随着对镀锌板的消费的增长和应用领域的不断扩大,以及用户对其品种质量性能的不断提高,镀锌生产的各类新技术不断得以开发和应用,镀锌板的品种也逐步向着多样化和高级化的方向发展。据中国钢铁工业协会的预计20XX国的彩涂镀锌板的需求量达800其中建筑以外的用板比例将大大提高。从我国目前消费情况看镀锌板主要用于建筑之上,在家电行业的应用尚处于小批量使用阶段,在交通运输、汽车制造行业的运用还待进一步开发,这些都是镀锌板行业的机遇和挑战,所以说镀锌板行业的前景一片光明。1.4电镀生产线PLC系统电镀设备的选型对保证电镀产品质量和提高生产效率有关键意义。工业电镀生产线工位多、生产复杂,同时在电镀中,其氧化、酸洗、碱洗、电镀等许多工艺具有严重的化学污染和腐蚀,对人的身心健康十分不利,而且人工操作随机性大,影响产品质量。采用可编程序控制器 对生产线各工序实施程序控制可解决以上难题。它改写程序方便、体积小、可靠性高。最新的发展是使用PLC和计算机构成的网络系统。在行车运行方面普遍采用变频调速器以控制行车的运行速度,用接近开关控制行车的准确定位,定位精度可达3mm。和以往的顺序控制器等系统相比具有一下突出优点：抗干扰能力大为提高,控制精度准确,提高了产品质量；由于采用了程序的设计方法,可以根据工艺要求迅速灵活的改变生产流程,系统扩充方便；同时该系统维护简单,使用方便,提高了生产效率,降低了工人劳动强度。图1-1成品图1-2成品2 设计依据与原则2.1公司要求1电镀线采用美钢联法连续热浸镀工艺,工件受镀时间一般为2.5s,生产节拍：20-150m/min。2采用的电镀工艺：锌铝合金。3镀前处理要求在线进行。4镀后处理透明钝化、三价铬彩钝、三价铬黑钝化、六价铬彩钝、封闭及烘干要求在线进行。5整线采用PLC控制,要求控制钢带不偏,并实现对电流、温度的程序控制。6配备循环过滤装置。2.2 产品质量要求2.2.1 产品基本性能要求：1镀层与基体,镀层与镀层之间要有良好的结合力,能在使用中经受冲击、碰撞、振动、弯曲及变形加工等都不脱落。2产品的主要工作面上,镀层要有均匀的厚度和细致的结构,镀层的成本要合理。3镀层要符合所要求的基本性能,比如防护性、装饰性或其他功能性等。4镀层应尽可能减少孔隙数,以保证其力学和电化学防护性能,基体各部位镀层厚度的差异尽可能的小,保证钢板的使用寿命；5镀层应达到规定的其他各项指标,如光亮度,光洁度,整平度,硬度,色彩。2.2.2 厚度,耐蚀性及附着强度的要求1厚度及均匀性依靠气刀的吹扫来控制,具体锌层的厚度依据客户的需求来确定。2耐蚀性通过中性盐雾试验箱来测定,要求试样经240h盐雾试验无白锈,继续试验至720h无红锈即可。3附着强度使用恒温电烘箱来测量,要求在温度3010的烘箱中恒温30min,放入1520水中,镀层无起泡、剥落现象。2.3 生产纲领公司现阶段每条线每年10万吨。经改造设计后的电镀线：年时基数 258d ；生产班数 三班制；班工作时间 8小时； 连续生产。2.4 其他1污水排放要符合省地方标准 省长江流域水污染物综合排放标排放标准。2分考虑地质、物流、高压电、下水道、风向等因素。3电线电路设置符合国家标准,布局整齐.美观4车间平面布置应满足工艺原则在保证正常流水生产的情况下, 零件流动路线应最短。经济原则在保证安全生产, 工作方便的条件下,占用的面积应最小。该生产线由开卷段工艺段、卷取段等部分组成,功能齐全监控能力强结构紧凑可靠稳定既能单独使用,又能完善合理地组成自动生产线动力管线全部敷设在悬挑式地沟,充分利用厂房可用面积生产线采用可编程序控制器PLC作主控,外围电路简单操作维修方便通风设计与工艺有机结合,节省风量。该生产线改善了工作环境,大大缩小开支,提高了产品档次3 生产线的确定3.1镀锌原理3.1.1镀锌机理钢带在密闭状态下进入锌锅,随着锌液从板面很快浸蚀下来微量的铁之后,锌液中的铝与板面的铁迅速反应生成极薄的Fe2Al5中介层；随后,铁与液态锌间进行反应扩散,锌-铁合金层主要组份为FeZn7开始形成并继续长大。图3-1 镀锌板截面图 冷轧钢带 Fe2Al5中介层 FeZn7 + Zn由于Fe2Al5层的阻滞作用,此扩散过程进行得比较缓慢。钢带离开锌锅时,其表面带出液态锌。锌液中锑Sb的作用是促使锌花长大,形成正常的大锌花。锌液温度的目标值：455,或460。锌液中的铁是一种有害的杂质元素。锌液中铁含量超过铁的饱和浓度0.03%,铁就会和锌反应生成低渣等。3.1.2锌液中铁的来源一、是钢带表面在脱脂段未除尽的铁粉；二、是锌液从钢带表面浸蚀下来的铁；三、是锌液从三辊六臂、象鼻槽末端表面浸蚀下来的铁；四、是锌锭本身带来的微量杂质铁。由于铁在锌液中的溶解度很有限当锌液温度为450时,铁在锌液中的溶饱和浓度为0.03,锌液中有了超出溶解度的铁,就可能发生3.1式的反应,还可能发生如下反应：2Fe5AlFe2Al5 3.1Fe 7Zn FeZn7 3.22FeZn75AlFe2Al514Zn 3.33.1式及3.3式反应生成的Fe2Al5,因其比重显著小于锌液,会以较快的速度往上浮,成为面渣又称表渣、浮渣。3.2式反应生成的FeZn7,因其比重比锌液大一点,会慢慢地沉到锅底,成为底渣。图3-2镀锌过程平面图3.1.3锌层厚度的控制根据客户的需求及用途的不同,镀锌层的厚度需要灵活调节,所以我们设计了气刀这一装置,目的就是在于控制锌层的厚度及锌层的均匀性,气刀的模型及工作示意图如下图3-3 气刀图3-4气刀平面图3.1.4镀锌板的板型的修整在镀锌生产过程中,会因为某些原因而出现屈服平台,从而出现弯曲波浪等不规则的板型,影响产品的质量及美观性,故设计了拉弯纠直机,目的就在于改变板型。拉矫作用：1、改善镀锌钢带的板形可以获得良好的板形2、消除屈服平台和改善机械性能有利于改善材料的各向异性。未经拉弯矫的钢带,其纵向屈服强度较低,横向屈服强度较高,经拉弯矫之后,纵、横向屈服强度的差值消失或变小,各向异性消失或变弱,获得或基本获得合向同性。拉矫原理： 拉矫发生拉伸作用的是前后力辊,发挥弯曲用的弯曲辊和发挥矫直作用的矫直辊系。 拉矫机能改善钢带的实质：使原来纤维长度不一的钢带在高力和弯曲辊的作用下产生弹性和塑性变形,变形后原来长纤维和短纤维的长度基本趋于一致。 由此总结拉矫的工作原理是：由于前后力辊的作用,使带钢紧紧地贴在弯曲辊和矫直辊的工作辊上,并使出圈带钢发生塑性变形和弹性变形次要,是带钢达到矫直的作用。图3-5 拉 矫 装 置 图拉弯纠直设备 拉矫机主要由两个紧辊组、一个弯曲和矫直机架组成,所用机型分为一弯一矫、两弯一矫、两弯两矫,应用最多的是两弯一矫。1力辊组 在拉伸矫直时,必须有较大的力作用于带钢上。此力由力辊产生,依靠摩擦,将力辊的扭矩化为力传到带钢上。通过控制两辊速度来控制延伸率。1.上弯曲辊 2.下弯曲辊 3.上矫直辊 4.下矫直辊图3-6弯曲纠直辊结构简图2弯曲矫直机架 弯曲矫直机架布置在两力辊之间,由一套弯曲辊和一套矫直辊组成。弯曲辊位于支撑辊上,根据机架不同的结构形式和带钢的不同厚度可采用不同直径。当钢带厚度在1.0mm以下时,就采用25mm的弯曲辊,当带钢厚度超过1.0mm时,就使用60mm的弯曲辊。 两个矫直辊都能单调,像带钢经过最后弯曲后还有些弯曲,同时还出现与纵向弯曲作用相同的横向弯曲,都能通过它消除。弯曲辊的组成： 由于带钢在辊子上产生弯曲变形最大处是在与辊子的接触点,其最小曲率半径即与辊子相同,辊径越小,变形作用越大,因而弯曲辊径在保证适当的前提下尽可能做的比较小。为了使直径很小的弯曲辊有较高的刚度,不致在带钢的作用下自身产生弯曲变形,影响拉矫后的板形,对于带钢用弯曲辊一般都使用支撑辊。最简易的支撑辊有两列,支撑辊分成数节,以安装支架将压力传递到机架上,保证支撑辊不产生弯曲,也就保证了工作辊的刚度。但这种结构工作辊与支撑辊有的地方接触,有的地方处于架空状态,接触到的地方磨损大,而不接触处磨损小,两者之间有一道比较明显的分界线,使工作辊上产生一道道印子,这些印子在与带钢作用时会复印到带钢上形成辊痕。进一步的改进是将支撑辊设计成两层,在外层支撑辊与工作辊之间增加两根通长的中间支撑辊,这就使一节节外层支撑辊造成的不均匀磨损转嫁到中间支撑辊上,减轻了工作辊的不均匀磨损作用,使带钢上的辊印减轻。近几年为了适应高精度的汽车板生产的需要,出现了四层弯曲辊组,使这种影响更为减少。1,矫直条件与矫直后板形的影响因素 拉矫是在力辊的拉伸和弯曲辊连续交替,反复弯曲的联合作用下使带材产生塑性延伸,使原来的纤维伸长而获得矫直的工艺过程。 矫直必须满足：拉矫机前后力辊形成足够的力；弯曲、矫直辊压下量使带钢弯曲变形。 矫直以后的板形首先与原板有关,原板的浪形严重,长短纤维的差越大,矫直以后的长短纤维的差也就越大,矫直后的板还与钢带材料在屈服点以后的塑性和强化特性有关。3.2 .热镀锌工艺流程图3-7生产线工艺流程图3.2 基本工艺流程 主体设备依次组成为：人工上料受卷台开卷机、 二辊夹送机剪切机二辊夹送机焊接机转向辊力辊化学脱脂喷洗+辊刷机电解脱脂水洗+辊刷机水洗+辊刷水洗水洗热风吹扫装置烘干机力辊纠偏机入口活套纠偏机入口活套纠偏机力辊三辊测仪加热炉均热炉炉喉冷却段力辊炉鼻锌锅沉没辊系统气刀冷却装置纠偏机塔顶转向夹送辊风冷装置水淬槽水淬挤干辊热风吹干装置纠偏机转向辊锌层测厚仪力辊 光整系统光整机后挤干辊空气吹扫烘干机力辊拉弯矫直机力辊力辊钝化装置空气吹扫烘干机转向辊出口活套纠偏机出口活套力辊夹送剪切机卷前夹送转向辊卷取机 助卷器卸卷小车人工卸料受卷器。主体设备还包括电控系统、液压系统、气动系统、辅助设备及供辅设备。3.3 工艺过程描述工人通过天车等将带卷放到上料小车鞍座处,小车升高并将带卷运送到开卷机卷筒的中心线上。开卷机卷筒由液压涨开,使其与卷材径胀紧,然后上料小车下降,再回到存放位置,准备操作下一个卷材。开卷机紧靠在卷材的外径上有一个可调节的缓冲辊,当切断捆带时,用于防止带卷突然松开,该缓冲辊还可协助将卷材的头部送入前夹送机中,夹送机输送卷材头部到剪切、焊接机前等待焊接。剪切机用于除去有缺陷的带头,带尾。准备好的带材被引导送入焊接机前的支持位置,直到另一台开卷机上的带材全部放出,其尾部到达焊机接位置时,焊接机将两卷带材焊接在一起。同时,在带材上冲一个检测孔,用于检测带材焊缝位置,并可以通过警报系统通知操作者将拉弯矫直机等重要的辊子抬起,避免焊缝对其损伤。带材经过1#力辊进入脱脂段。从脱脂段出来的带材经过2#力辊和纠偏辊,进入入口活套。脱脂段有5个喷淋槽子和1台辊刷机,第一个槽子为化学脱脂槽,用热的碱性清洗液喷洗带材两面,并配有辊刷机,对钢板上下表面进行刷洗,将带材表面的主要杂物清洗干净；第二个槽子为电解脱脂槽,钢带从槽里的热碱液过,并通直流电,加强板面油膜的乳化、清除,进一步净化板面,再进入后续水洗段；第三个槽子为水洗槽,用热水冲洗带材,保证脱脂剂等表面残留液体清洗干净。第四个槽子又为热水冲洗槽,进一步冲洗掉残留在带材上的碱溶液等,并进一步清除钢板表面,最后一个槽子采用纯水清洗钢板表面,置换带材表面各种化学溶液中的有害离子等。在一至五各槽中都有一台卧式喷淋循环泵,每段装有一定数量的喷嘴。每段的出口处和脱脂槽的入口处都装有一对挤干辊,用于挤掉板材表面的溶液,防止带入下一清洗段,造成窜液,挤干辊由气缸调节挤压力。经过脱脂段后的板材通过一段压缩空气吹扫装置,吹掉残留于带材两边缘的水渍；然后经过烘干机,使残余水份全部蒸发掉,为带材进入下一工序做好准备。入口活套在正常情况下是充满的,当入口段在焊接停车时,它仍将供给带材到继续运行的工艺段。入口活套在作业线全速运行时可供给约240m带材。在每卷带材焊接周期完成后重新启动时,整个入口段将高速运行,直到入口活套充满带材,然后入口段自动减速到与脱脂工艺段相同的速度。直到带卷放完为止,再重复下一个工作周期。入口段设有一座主操作控制台,上面设有入口段主控设备控制按键,并带有工控机。从入口活套出来的带材经过纠偏辊和力辊进入三辊测仪,三辊测仪由三根转向辊组成,其中一根设有压力检测,可以显示测量结果。带材离开三辊测仪器后,进入还原退火炉。带材在炉经历加热段、均热段、快速冷却段、力辊热力辊,最后将带钢从退火炉密闭送入锌锅,以保证其在镀锌前不与大气接触。带材离开还原退火炉后经力辊进入感应锌锅热浸镀锌, 锌锅有沉没辊、双稳定辊,其调整机构和安装支架置于锅台上。在控制台上有炉温和锌锅温度显示显示,温度闭环控制。沉没辊等锌锅结构件采用特种耐热耐蚀合金制成。锌锅控温围：4605；沉没辊直径610mm；稳定辊直径200mm。带材离开锌锅后,带材两面均已镀上液态锌,在锌锅的上方经气刀喷出的扁平气流吹刷后,锌层厚度在一定围可调,且可以较好控制镀层的均匀性。离开气刀后的带材表面镀锌层温度仍高于锌层的熔点,所以带有镀层的带材经一段空冷后被送入第一段风冷装置,使锌层完全凝固。经冷却塔顶转向辊和4号纠偏辊后,带材继续进入第二段风冷装置以进一步降低温度。经转向辊后带材继续经过二组风冷装置,使带材及镀层的温度达到150左右,并被送入水淬槽中,以使温度进一步急速降低到预设的温度围40-45,为了防止运行的钢带带出过多的水,从水淬槽出来的钢带需经过水淬挤干辊挤压,再被送入热风装置中进一步干燥。干燥后的带材经纠偏机和转向辊组被送入锌层测厚仪与焊缝检测装置,机组操作人员根据检测结果决定如何处理。锌层测厚仪与焊缝检测预留出来后的带材经5号力辊进入光整机,以达到如下目的：1压平表面锌花2矫正板型；3控制带材表面粗糙度。经光整挤干辊及6号力辊后,带材被送入拉弯矫直机,以进一步矫直带材,并削弱钢带的各向异性。随后带材经7号、8号力辊进入钝化装置,使得带材表面形成一种良好的保护膜,以防止镀层表面发生锈蚀。钝化后的带材经转向辊进入出口活套装置,经9号力辊与出口辊道被送入夹送辊及液压上剪切装置,剪断带材。随后,带材进入出口活套。在换卷期间,卷取机停止卷取板材,此时依靠出口活套的储存钢板,维持工艺段的正常运行。在换卷结束后与卷取机、9号力辊以高速协同运行,在维持工艺段正常速度的同时,恢复活套低的带材存储量。前端被剪齐的带材经卷取机前转向辊及导板被送入到伺服卷取机中。钢卷达到一定量后,经带助卷器的卸卷小车,人工卸卷。3.4 生产线主要设备构成及主要功能序号名称主要功能1开卷机组液压四连杆机构, 主轴可以涨缩,将标准钢卷固定。设备带有动力,用于带力展开成卷的板材。开卷速度、力可调；主轴可制动。2开卷夹送机1#用于换卷时卷材自身的牵引夹送。液压马达传动。3开卷夹送机2#用于换卷时卷材自身的牵引夹送。液压马达传动。并带有标高辊,将两部开卷机的输出板材统一到同一运行高度。4入口剪切机对钢卷不平齐的头尾部分进行剪切,齐头剪切机可对展开的带材进行切头切尾的修整,便于卷与卷之间的连接。5焊接机该设备用于将前一钢卷带材的尾部与后一钢卷带材的头部焊接。前后钢卷带材的头、尾通过焊接实现连续输送。该设备还具备冲检测孔的功能。61号力辊正常运行时调节至开卷机段的板材力,换卷时提供维系生产线稳定运行的拉力。带有液压动力的压辊。7脱脂段脱脂段主要包含如下几个工段及设备：化学脱脂辊刷机+热碱水洗电解脱脂辊刷机+水洗辊刷机+水洗水洗水洗热风吹扫装置；通过以上机组达到对带材进行表面净化处理的目的化学脱脂段去除钢带表面大部分油污电解脱脂段进一步除带钢表面残余油污水洗去除脱脂液及少量油污水洗去除脱脂液纯水洗获得洁净表面挤干辊在上下辊子转动过程中夹送钢带,将经过喷淋清洗的钢带上、下表面的液体挤干。辊刷机旋转时用刷辊表面的刷毛刷理钢板上下表面,刷掉板面铁粉。支撑辊带动力,调速控制。81#吹扫装置将带材表面水分吹掉9烘干机1#将进行过表面净化处理的带材烘干102号力辊调整带材进入入口活套前力111号纠偏装置确保带材对中进入入口活套122号纠偏装置确保带材在入口活套对中运行13入口活套在换卷期间,开卷机停止输送带材,此时依靠该机组释放所储存的钢板,维持工艺段的正常运行。在换卷结束后与开卷机、1号、2号力辊以高速协同运行,在维持工艺段正常速度的同时,恢复活套的带材存储量。143号纠偏装置确保带材离开入口活套后在3号力辊中对中运行153号力辊正常运行时调节板材进入还原退火炉的力16三辊测仪测量带材进入还原退火炉前的力17还原退火炉1通过加热、保温与冷却,使带材发生再结晶从而改善金相组织,并消除应力,改善带材的力学性能,获得强度和塑性良好匹配；2通过高温使带材表面的残余油污裂化挥发,通过炉高温和氢气的作用,将带材表面的氧化铁还原为纯铁,达到净化带材表面的目的。带材进入锌锅前不与大气接触。184号力辊正常运行时调节离开还原退火炉和即将进入感应锌锅的带材的力。19沉没辊装置使带材在锌锅转向运行20上下稳定辊使带材的运行平稳21气刀1调节锌层的厚度；2使锌层分布均匀22冷却塔刚镀上锌的带材温度很高,需要冷却使锌层凝固并进一步降低带材温度。23水淬槽使带材的温度迅速下降到预设温度24水淬挤干辊挤干从水淬槽中出来的带材25热风装置进一步吹干从水淬挤干辊中出来的带材26转向辊改变带材的运行方向27锌层测厚仪测量镀锌层的厚度,以便根据结果做调整28焊缝检测装置检测焊缝位置,以便操作人员降低机组速度,抬起矫直机工作辊,防止焊缝对矫直机工作辊的破坏。295号力辊调节带材进入光整机前的力30光整系统1压平带材表面锌花；2矫正板型；3控制带材表面粗糙度31光整机后挤干辊挤干湿法光整后的带材32吹扫装置2#将带材表面的光整液吹掉33烘干机2#对潮湿的带材进行烘干346号力辊调整进入拉弯矫直机前带材的力35拉弯矫直机进一步矫正板型,削弱带材的各向异性。367号力辊调整离开拉弯矫直机后带材的力378号力辊调整进入钝化装置前带材的力38钝化装置在带材表面形成一层保护膜,在一定期间防止锌层表面锈蚀。39吹扫装置3#对带材边部钝化液进行吹扫,避免形成边部黄斑40烘干机3#对带材表面的钝化膜进行烘干,使之附着在带材表面41出口活套在换卷期间,卷取机停止卷取板材,此时依靠该活套储存钢板,维持工艺段的正常运行。在换卷结束后与卷取机、9号力辊以高速协同运行,在维持工艺段正常速度的同时,恢复活套低的带材存储量。429号力辊调整离开出口活套和即将进入卷取机带材的力43夹送辊及上剪切剪切带材44卷取机将镀完锌的钢带卷取成钢卷45助卷器协助卷取机完成带材卷取46卸卷小车将卷成的钢卷卸下,并移到指定位置3.5主要设备与技术规格说明1、鞍座设备总体说明：钢结构鞍座,用于临时存放料卷。设备组成：钢结构框架,与钢卷接触部位采用尼龙块螺拴连接。设备总体说明：在上下卷时输送钢卷。人工放置钢卷,然后由电机减速机传动,使滚轮在轨道上转动。配备机械及电气限位。钢卷到位后的升降由液压缸推动完成。设备组成：设备主体包括小车机架,托料架及尼龙块、行走机构及其电机减速机驱动系统、液压升降系统及导向、电缆架、导轨等。3、开卷机设备总体说明：悬臂式四棱锥开卷机,用于在生产线上展开原料卷。主轴的涨缩,由液压系统完成。主轴的转动,由电机、减速机驱动。在上卷时压住钢卷,以防钢卷弹开。换卷时与夹送机导板配合,将带头送入生产线,协助工人完成换卷作业。开卷速度、力可调；主轴电机反力制动。设备组成：设备主体包括主轴、扇形板、轴端回转副、机座、主轴驱动系统南洋电机、XX减速机及编码器、液压涨缩系统、压辊、压辊位置检测等。 4.开卷夹送机1#设备总体说明：配合开卷机完成换卷穿带作业。传动机构采用液压马达上辊驱动方式,上辊具有气动压下机构。带有辅助托板,气缸推动。穿带作业完成后,上辊抬起,设备处于待机状态。设备组成：设备主体包括机架、上辊、下辊、压下气缸副、导板、液压马达、轴承副等。主要参数：5.开卷夹送机2#设备总体说明：配合开卷机2#完成换卷穿带作业。设备组成：同1#夹送机6.入口剪切机设备总体说明：换卷时用于剪切料头由缺陷的部分。采用斜剪液压上传动机构。并具有钢板压下定位机构。设备组成：设备主体包括机架、剪刃、连杆、液压缸等。7. 焊接机设备总体说明：本焊机是为普通碳素带钢板连续表面处理镀锌、镀铝生产线卷板接头工序设计的专用焊机,它是该生产流水线上的一个重要设备。设备组成：龙门式机身；上、下焊接小车；传动装置；入口、出口夹钳；焊接轮总成；焊机的工作原理及其作用将准备好的带材引导送入焊接机前的支持位置,直到另一台开卷机上的带材全部放出,其尾部到达焊机接位置时,焊接机将两卷带材焊接在一起。同时,在带材上冲一个检测孔,用于检测带材焊缝位置,并可以通过警报系统通知操作者将拉弯矫直机等重要的辊子抬起,避免焊缝对其损伤焊机的工作原理是将搭接在一起的焊接材料作为导体材料,焊机上下焊轮作正负电极,利用热阻效应使带钢搭接处融化后焊接在一起8. 力辊设备总体说明：用于在板材传送过程中调整前后工序用设备间的力。设备组成：设备主体包括机架、力辊、压辊、油缸、压辊架、轴承座、电机、编码器、减速机、联轴器、制动器等。力辊的作用原理及其作用1. 力辊是电气控制设备开卷主操作台通过对电流的控制调节滚轴的转速从而达到对局部力的控制2. 用于力控制时,力辊可使生产线中的力分段,并维持某段钢带力恒定；用于速度控制时,可隔段力使之不能传导,并控制本工艺段的整体速度。 9. 脱脂段脱脂段包括化学脱脂段-电解脱脂段-水洗-水洗-纯水洗-挤干辊-辊刷机-烘干机等总体说明：清洗处理设备喷淋通道采用不锈钢焊接制作,循环槽采用碳钢衬胶结构。压紧挤干机采用两根橡胶辊,偏心机构设计。上辊由气缸压下,无动力传动,使钢板上、下表面在喷淋液体中输送。辊刷机采用两根尼龙盘状毛刷辊通过电机、万向连轴节连接,逆向旋转清洗钢参考工艺流程：钢板进入挤干化学脂机挤干辊刷机挤干电解脱脂双挤干水刷机挤干水刷机挤干水喷机挤干水喷机双挤干吹水钢板导出9.1 挤干辊设备由上辊下辊辊架及气缸组成,气缸压力可调,进而调整上下辊压力,其作用是挤干板面水并防止相邻槽液窜液。9.2 辊刷机设备结构等总体说明：设备由上下各一个辊刷及各一个支撑辊组成,分别刷洗钢板的上下表面,辊刷压力由气缸压力调节。9.3 化学脱脂段设备结构及总体说明：设备由循环箱、喷淋清洗通道等组成循环系统由立式管道泵、喷淋管侧抽式、喷嘴、阀门等组成供水管,并配有溢流回流调压管,可调节喷淋水流压力,循环槽采用钢衬胶形式,槽液采用蒸汽加热。段中配置2套辊刷机,4组刷辊.9.4 电解脱脂段9.5 清洗系统1水刷1#,2# 2水喷1#,2# 10.入口活套设备总体说明： 该活套在正常状态下,移动小车位于活套顶部,活套有效套量约200米带钢。在1#、2#开卷机进行换卷作业时,入口段停止供料,改由入口活套将储存的带钢继续向工艺段输送,确保生产的连续进行。结构形式为立式活套,下辊固定,上辊行走。行走小车由电机、减速机、卷扬机,链条、链轮同步传动。传动系统带有绝对值编码器,活套设有减速点、同步点、停止点检测。前活套后还安装有纠偏辊,保证自开卷至前处理化涂机间带钢的运行能平稳、对中,给后续工艺段提供良好的运行基础。设备组成： 设备主体包括固定架、行走车、摆动架、转向辊、托辊、轨道等传动系统,由电机、减速机、卷扬、钢丝绳10. 1,2,3,4号纠偏装置设备总体说明： 该设备用于控制板带的对中运行。采用双辊式对中结构。设备组成： 设备主体包括固定机架、转动机架、滚轮、限位框、对中辊、轴承副、油缸、油缸定位块等。11. 还原退火炉设备总体说明：用于板材的还原退火,达到改善带材力学性能,使带材发生再结晶已消除带材在冷轧过程中形成的加工硬化及各向异性,达到带材强度与塑性的良好匹配。同时利用炉的高温和还原气体裂化带材表面的油脂和对带材表面的氧化铁进行还原反应,达到进一步进化带材表面的作用。整个还原退火炉分三个工作段：1加热段；2均热段；3快速冷却段。加热段作用：用电加热器交错布置在钢带上下两侧将不同品种的钢带加热到其退火的规定温度。电加热可保持带钢表面清洁。炉充满保护气和少量氢气,氢气在高温下还原钢带表面的氧化物。氮气：保护炉钢带不被气氧化。炉托辊：托起钢带水平通过退火炉。氢氮混合气：还原钢带表面氧化铁。均热段作用：均热段的作用是对刚刚达到退火温度的钢带进行短时间的保温,使钢带部温度与表面达到一致。将钢带保持在规定的退火温度均匀保温一段时间,通常保温20秒。提供一定的的时间供铁原子重新结晶排布。 冷却段作用：冷却段是将钢带从均热温度冷却到带钢入锌锅温度,钢带入锌锅温度要和锌液温度一致。 风机将炉保护气体抽出,经循环水冷却、再送回炉冷却钢带。快速喷气冷却一般只需要一个行程就可达到冷却要求,由于冷却速度快,喷气压力高,为防止钢带抖动造成跑偏或断带。通常在冷却段前后设置紧辊,将加热段和冷却段的力断开。快冷段的风机并不是时时打开的,视板温而定。均衡段：均衡段是在炉设500800KW的电加热装置,以便对钢带进行保温、均衡,使带钢横断面温度保持一致,采用此手段可以基本上消除带钢的核心热,最终得到一个准确的带钢入锌锅温度露点：表征气体干湿程度的物理量。和空气一样,退火炉里的露点表征的干湿程度也是指水汽含量的高低。露点越高,湿度越大。均热段：均热段共分3段,每段即相互独立又相互影响,每段的温度可以单独控制。总工作长度为17500mm。13.感应锌锅设备总体说明：1感应锌锅用于完成对锌锭的溶化主要包括：锅体、感应体等。2三辊六臂主要用于带材在锌锅转向及稳定带材。主要包括：沉没辊及前、后稳定辊3气刀系统主要用于将带材表面多余的锌液吹掉,保证板面达到标准锌层主要包括：气刀本体、气刀风机等。14.冷却塔设备总体说明：冷却塔用来冷却镀锌后的带材,使带材表层的液态锌层充分凝固。冷却塔由塔体、风冷器、水淬、热风等设备组成15.转向辊设备总体说明：16.光整机设备总体说明：光整机作用如下：1光整表面；2精整板型；3控制带材表面粗糙度的目的。17.拉弯矫直机设备总体说明：拉弯矫直机用于进一步矫正板型。采用两弯两矫18钝化装置设备总体说明：在带材表面形成一层保护膜,在一定期限防止带材表面锈蚀。19出口活套设备总体说明该活套在正常状态下,移动小车位于活套底部,活套不储存带钢。在收卷机进行收卷作业时,出口段停止供料,改由工艺段将带钢继续向出口活套输送储存,确保生产的连续进行。结构形式为立式活套,下辊固定,上辊行走。行走小车由电机、减速机、卷扬机,链条、链轮同步传动。活套设有减速点、同步点、停止点检测。出口活套后还安装有纠偏机。设备组成： 设备主体包括固定架、行走车、摆动架、转向辊、托辊、轨道等传动系统,由电机、减速机、卷扬、钢丝绳20夹送辊及上剪切设备总体说明：换卷时用于剪切料头有缺陷的部分。采用液压剪刀、斜剪液压下传动机构。并具有钢板压下定位机构设备组成：设备主体包括机架、剪刃、压辊、连杆、液压缸等。21、卷取机设备总体说明：采用液压涨缩悬臂式卷取机,主要有卷筒、涨缩轴,减速箱,传动电机,制动系统和液压伺服闭环纠偏系统组成。卷取纠偏机构采用闭环伺服控制,执行系统为液压伺服系统。设备组成该设备主要包括移动机架、大轴及扇形板、电机、减速机、制动器、直线导轨副、固定机架等。22、助卷器设备总体说明该设备用于卷取换卷时自动缠绕带钢料头,在完成4-6圈缠绕后助卷器退回待机位置。采用皮带缠绕形式,通过油缸进行紧。设备组成该设备主要包括导轨、移动油缸、紧油缸、摆动油缸、带轮、皮带、机架、连接杆等。23、卸卷小车设备总体说明：在上下卷时输送钢卷。人工放置钢卷,然后由电机减速机传动,使滚轮在轨道上转动。配备机械及电气限位。钢卷到位后的升降由液压缸推动完成。设备组成：设备主体包括小车机架、随动盖板、托料架及尼龙块、行走机构及其电机减速机驱动系统、液压升降系统及导向、收线架、导轨等。4 辅助设备的确定序号设备名称辅助功能其他辅助设备1转向辊组按工艺要求调整带钢走向 2托辊支架等连接开收卷段设备 3双层平台等钢结构对中、化涂炉、面涂炉、强冷等的安装平台,检查台,钢梯及安全护栏 4液压系统控制整线液压元器件 5气动系统控制整线气动元器件6配气系统调节配置加热炉用保护气体7水循环系统将加热炉及水淬用循环水送回循环水泵房；提供事故用水8天车上原料,卸产品,安装设备等序号设备名称辅助功能电气和自动化系统1设备电缆及桥架连接电器设备与控制系统 2对中检测控制系统含检测、控制、液压伺服驱动 3纠偏检测控制系统含检测、控制、液压伺服驱动 4基础自动化系统全线在线设备控制系统,工控机22屏 5软件系统应用软件和系统软件 6操作台用于人工参与控制整线运行 5 车间平面布置设计5.1 车间组成及人员分配热镀锌生产线车间主要由生产部分、辅助部分和办公室及生活部分组成。5.1.1 生产车间包括开卷机、焊机、液压剪、清洗设备、退火炉、锌锅、冷却塔、钝化箱、风机、烘干机、卷取机等设备。生产线的长度为800m,中间人行道为30m,在生产线的两边分别放置操作和液压站。5.1.2 辅助车间包括放料区、待镀区、废品区、待检区、成品区、液压站、配电房、配气站和仓库,休息室,药品存放室等。5.1.3人员分配在电镀流水生产条件下,生产工人的数量应根据实际情况而定,如生产量、劳动强度等。生产工人：由电镀操作工、生产技术科人员和天车工、清洁工等操作人员组成。辅助工人：在该生产线条件下,钳工、电工、运输工、点检员。5.2 电镀生产对厂房建筑的要求 电镀车间在生产中使用大量的酸、碱、盐等化工原料和水、电、汽等多种动力,产生和排出大量的腐蚀性液体和气体,室的温度、施镀亦较高,所以对厂房位置、形式、参数、建筑防腐蚀、防暑降温、采光、降噪、三废治理等都有相应的要求。对建筑物的防腐蚀要求：根据国家标准工业建筑防腐蚀设计规腐蚀程度分类表规定：电镀车间液相腐蚀属于类,气相腐蚀属于类2等。对建筑物防腐蚀要求如下25:1建筑物的承受构件除具有足够的强度、刚度和稳定性以外,应具有较好的抗腐蚀性能,并根据具体情况采取相应的防腐蚀措施。2酸洗间、电镀间的地面应耐酸、耐碱、耐水、耐热,不渗漏易清洗,防滑,并具有足够强度和抗蚀性。3腐蚀地面应有适当的坡度,坡向排水明沟或地漏。4电镀车间宜采用塑料门窗或石蜡浸渍的木门窗。6 废水处理废水排放要严格根据省地方标准长江流域水污染物综合排放标准。在电镀废水排出时必须达到国家标准以免污染环境,处理过程中应采取合理方案在低能、高效条件下完成废水处理。电镀电镀锌镍合金后废水来源主要有：水洗、电镀带出液、检测水等。其中,最主要的是水洗。废水中含有Zn2+、Ni2+、P、Cl-、Cr6+、Cr3+等,其中最主要处理废水中的Cr3+和少量的Cr6+。废酸碱的处理 将废酸与废碱中和,使其PH值在6.58.5之间。含铬废水的处理含铬废水是电镀中的主要废水来源之一。本电镀线采用三价铬钝化和低铬酸盐钝化,并且钝化后采用泵循环水洗,使得含铬废水浓度大大降低。省半岛流域水污染物综合排放标准规定废水中镍的允许排放浓度为一级标准为0.5mg/L,二级标准为1.5mg/L,六价铬的标准值分别为0.2mg/L和0.5mg/L。含铬废水处理方法有很多,主要有离子交换、电解法、化学法、活性炭法和蒸发法。化学法一次投资少,易于上马,且一般操作简单,工艺改革较容易。亚硫酸盐还原处理法的优点主要是处理后水能够达到排放标准,并能够回收利用氢氧化铬,设备和操作也较为简单。其基本原理是:在酸性条件下,使废水中的六价铬还原成三价铬,然后加碱调节pH值,使其形成氢氧化铬沉淀而去除,废水得到净化。常用的亚硫酸盐有: NaHSO3、Na2 SO3、Na2 S2O5 等。处理流程如图6-1：图6-1 亚硫酸盐处理法处理含铬废水工艺流程结 论镀锌板的生产线的设计从原始资料的收集、整理到设计方法、计算都正确的执行了国家电镀行业有关的技术方针、政策和安全可靠、经济实用、符合国情的原则,以及国家电镀的有关标准、规、规程、规定的要求,在参数的选择和计算上力求做到精益求精,从而设计出满足实际且经济的镀锌生产线,以满足国和国外对镀锌板的需求。本次镀锌板生产线的设计主要包括了生产线整个工艺流程的确定及生产线中主要设备的设计和确定,包括开卷机、焊机、力辊、钝化装置、纠偏机、卷曲机等,并对镀锌液的选取,镀锌机理的分析,锌层厚度的控制,各工序段处理时间,能源介质的消耗及废水的处理等都做了详细的论述,使其真的能满足镀锌的连续性和高质量性。真正做到生产的产品能够满足客户的需求,使产品能够向更好更精的方向发展。致 经过多番查阅和修改,这篇毕业论文终于完稿.在撰写论文的过程中,得到了老师和同学们热情,无私的帮助,本人在此谨表示深深的感!首先,我要衷心感我的指导教师郝文思老师几个月来对我耐心的指导和无微不至的关怀。在论文的选题,查找资料,撰写过程到反复修改,乃至定稿,都得到了郝老师的悉心指导,郝老师有着严谨的治学态度,忘我的工作态度以及正直的为人和宽广的胸怀,是我们的楷模,也使学生铭记于心,这些将影响我今后的学习和工作,将使我受益终身。其次,我要感班里所有的同学,他们总是在我遇到困难的时候伸出友谊之手,在论文的写作及校正过程中,他们更是给了我大量的建议和帮助,在此向他们表示感! 设计过程中难免有错误或不足之处,恳请老师给予批评指正。最后,我要感机电工程系的所有老师和同学,感他们在三年以来对我的的支持和帮助。参考文献1 王鸿建主编.电镀工艺学工业大学.1995.2 品华,屠振密.电镀锌及锌合金M.:机械工业,2002.3 立明,王玥.电镀工艺与设备M.：化学工业,2005.4 田伟.锌镍合金工艺及性能研究.西北工业大学硕士毕业论文2004.66 熊刚,邹群,蔡群英等.NZ-918碱性锌镍合金镀液的工艺性能.材料保护,1994.7 步婷,子栋.电镀锌镍合金. 化学化工学院,电子电镀学术研讨会论文集.8 景双,哲龙,安茂忠.电镀锌基合金的应用与发展J.材料保护,1993,26:15.9 安茂忠,屠振密,景双.Zn-Ni合金镀层耐蚀性的研究J.中国腐蚀与防护学报,1989, 9.10瑞庭,简谈化学除油工序中需要注意的问题.腐蚀与防护.2001,6.11 立明,王玥.电镀工艺与设备M.:化学工业,2005.12 品华,屠振密.电镀锌及锌合金M.:机械工业,2002,3.13 杜楠,吴浩杰等.汽车零件锌铝合金电镀工艺实践.表面技术.2008,6.14景双,安茂忠,哲龙,屠振密等.锌-铝合金电镀工艺及应用.材料保护,1995.15 蒲海丽,王建华,雄.三价铬钝化的探讨J .电镀与环保,2004 ,2.16 建军.三价铬钝化技术及其最新进展J . 电镀与环保, 2002 ,6.17 吴以南.锌镀层的三价铬钝化J . 电镀与环保, 2003 , 2.18 施镇涛.镀锌用三价铬彩虹色钝化剂及其制造方法:中国,1584 117P.2004.19方明.镀锌黑钝化工艺J.表面技术,1996,4.20秀英.三价铬钝化在生产中的应用J.电镀与环保, 2006 ,3.21 代文彪.镀锌三价铬钝化的工艺与性能的研究:表面工程技术创新研讨会论文集C.: 出版者不详 ,2005.22卢燕平,何英等.锌镍合金镀层的铬酸盐钝化.科技大学学报1994.23中国电镀网zgdiandu./technology/Common%20sense/.24 黎德育,宁,邹忠利.电镀材料和设备手册.:化学工业.2007.2.25 作兴,郝建军,安成强.防护车间与设备.:东北大学.2002.2.26 全禹.钢带热浸镀工艺和品种.：.2009.6.目录1 前言11.1热镀锌的简介11.3镀锌板的发展前景21.4电镀生产线PLC系统22 设计依据与原则52.1公司要求52.2 产品质量要求52.3 生产纲领52.4 其他63 生产线的确定73.1镀锌原理73.2 .热镀锌工艺流程123.3 工艺过程描述133.4 生产线主要设备构成及主要功能143.5主要设备与技术规格说明164 辅助设备的确定225 车间平面布置设计235.1 车间组成及人员分配235.2 电镀生产对厂房建筑的要求236 废水处理24结论25致26参考文献27