Очистка горячекатаных полос (подката) от окалины

В процессе горячей прокатки полос и после ее завершения на поверхности подката образуется воздушная окалина. Дальнейшая холодная прокатка возможна только после полной очистки поверхности полосы, Очистка полосы от окалины перед холодной прокаткой должна обеспечивать полное и быстрое удаление окалины, экономичность процесса, отсутствие вредных воздействий на окружающую среду.

Очистка горячекатаных полос (подката) от окалины

Окалина на поверхности полос состоит из трех оксидов железа: Fe,0, (гематит), FeО4 (магнетит) и FeO (вюстит). Непосредственно к металлу примыкает слой вюстита (до 50-60% от общей толщины окалины при окислении малоуглеродистой стали), наружный слой состоит из гематита (до 10% толщины) и между ними слой магнетита (30-40% толщины окалины), Вюстит имеет пористую структуру и при воздействии на него кислоты легко отделяется от металла. Самым плотным слоем является наружный слой — гематит. Он, главным образом, и создает сложности в удалении окалины.

Существует несколько промышленных способов удаления окалины с поверхности листового металла: химический, механический, термический и комбин иро ванный.

Химический способ удаления окалины (травление) заключается в растворении оксидов растворами или расплавами кислот и других реагентов. В листокатном производстве до настоящего времени этот способ является основным, при использовании растворов кислот.

Механический способ удаления окалины — изгиб полосы вокруг роли- диаметром около 100 мм, различных устройств с растяжением, дрессиров- обработка металлическими щетками, дробеструйная обработка. В практике в основном, применяют первые три способа. Следует отметить, что механические способы лишь частично удаляют окалину и могут быть причиной травмирования полос. На Череповецком металлургическом комбинате (ныне ОАО «Северсталь» в 80-х годах прошлого века велись работы по новому механическому способу абразивно-порошковой очистки полос от окалины (АПО).

Сущность процесса АПО состоит в том, что горячекатаная стальная полоса. покрытая окалиной, протягивается через камеры с уплотненным ферромагнитным абразивным порошком. В качестве порошка может использоваться, например, колотая чугунная дробь с частицами определенных размеров, выпускаемая промышленностью [18].

Порошок находится под воздействием магнитного поля и механического воздействия, величина которого регулируется в заданных пределах. Порошок под воздействием магнитного поля теряет сыпучесть, приобретая свойства твердого абразива. Под воздействием регулируемого механического давления частицы порошка проникают острыми гранями в слой окалины и сдирают её при протягивании полосы через камеру АПО.

Процесс АПО можно использовать в комбинации с последующим кислотным травлением, либо как полностью бескислотный процесс очистки горячекатаных полос от окалины.

Основное достоинство процесса — абсолютная экологическая чистота. Ниже и себестоимость процесса, протяженность агрегата (в 4-6 раз меньше, чем агрегатов травления с применением кислоты).

К сожалению, АПО до широкого практического применения довести не удалось.

В настоящее время механические способы удаления окалины применяют в сочетании с химическими способами как предварительную операции для взламывания окалины, то есть, применяют комбинированный способ удаления окалины.

Термический способ основан на реакции восстановления оксидов при нагревании металла в восстановительной атмосфере. Поскольку скорость этой реакции невелика, способ применяют только для удаления очень тонких слоев окалины.

Современная промышленная технология кислотного травления подката в ЦХП сочетает химические и механические процессы. Для очистки горячекатаных полос углеродистой стали распространено травление в растворах серной и соляной кислот.

До середины 60-х годов прошлого века в мировой практике применяли только сернокислотное травление. Эта технология сохранилась еще как в России, так и в Украине, а также в ряде зарубежных стран.

Механизм удаления окалины при сернокислотном травлении заключается в том, что кислота взаимодействует с оксидами железа по уравнениям

2. Очистка горячекатаных полос (подката) от окалины

 

Схема расположения основного оборудования НТА сернокислотного травления показана на рис.5.

 

Технологическая схема непрерывно-травильного агрегата

 

НТА работает по принципу бесконечных агрегатов, что обеспечивается сваркой заднего конца предыдущего и переднего конца последующего рулонов. В НТА, как и в любом непрерывном агрегате, имеются три участка: головной — подготовительный; основной — технологический, на котором производится главный технологический процесс, и хвостовой — отделочный, на котором производятся вспомогательные технические операции — сушка полосы, порезка боковых кромок и разделка бесконечной полосы на отдельные рулоны, нанесение технологической смазки на поверхность протравленной полосы и смотка ее в рулон.

Горячекатаный подкат, смотанный в рулон, поступает по транспортеру в вертикальном положении на НТА (см. рис,5), где его кантуют в горизонтальное положение и подают на двухпозиционный разматыватель. Необходимость двух позиций обусловлена тем, что один рулон будет находиться в позиции постепенной размотки, а другой будет подготавливаться к размотке, чтобы после полного вхождения заднего конца предыдущего рулона в стык к нему подать передний конец следующего рулона.

В качестве устройств для механической ломки окалины применяют окалиноломатели с двойным перегибом с относительно небольшим натяжением, дрессировку в двухватковой клети с обжатием 2,5-3%. Дрессировочные клети всегда устанавливают совместно с роликовыми натяжными устройствами с передней и задней стороны.

Кроме этого, перегибы полосы происходят и в первом петлевом накопительном устройстве, что тоже способствует взламыванию окалины, а также 1 при прохождении роликоправильной машины. В гильотинных ножницах зачищают передние и задние концы полосы и сваривают их, грат снимают специальным устройством.

Далее расположен петлевой накопитель. Он должен обеспечить постоянную скорость движения полосы через травильные ванны при переменной скорости движения (вплоть до остановки) полосы на головном участке НТА. Дело в том, что скорость прохождения ванн — один из главных технологических параметров, определяющих время и режим травления полосы. Оно регламентируется в зависимости от материала полосы и ее размеров.

Травление поверхности полос производится в последовательно расположенных ваннах (обычно их пять), в каждой из которых концентрация H2SO< поддерживается в постоянном диапазоне. При этом так называемый маточный раствор кислоты заливают в последнюю по ходу движения полосы ванну, а далее он самотеком стекает в каждую последующую ванну (каскадный способ подачи травильного раствора), постепенно теряя концентрацию кислоты. В результате попадающая в первую ванну полоса, покрытая окалиной, взаимодействует с достаточно слабым по концентрации травильным раствором, а подойдя к последней ванне с остатками наиболее трудно удаляемой окалины, полоса попадает в наиболее концентрированный раствор и с нее удаляются остатки окалины. На рис.6 показано расположение травильных ванн НТА.

В табл.4 приведен состав травильных растворов в ваннах НТА. В табл.4 показана также концентрация сульфата железа, переходящего постепенно в травильный раствор.

Химические реакции наиболее эффективно протекают при температуре раствора кислоты 90-100 °С, которая поддерживается во всех ваннах с помощью специальных теплообменников, нагреваемых паром.

Отработанный травильный раствор из первой ванны перекачивают в систему регенерации, в которой восстанавливается исходная концентрация H2SO4 и FeS04, а выделяемый из раствора железный купорос утилизируют. Восстановленный травильный раствор вновь подают в травильные ванны.

Схема расположения ванн сернокислотного травления

Рис.6. Схема расположения ванн сернокислотного травления (цифры — номера ванн по ходу движения полосы)

Таблица 4

Состав травильных растворов в ваннах НТА с применением серной кислоты [1]

Номер ванны

Массовая концентрация H2S04,

г/дм3

Массовая концентрация FeS04, Г/дм3

1

170-200

200-240

2

190-230

180-220

3

210-260

160-210

4

230-290

130-190

5

250-330

100-170 —— *——-

При удалении окалины с поверхности полосы необходимо избежать чрезмерного стравливания чистого железа

2. Очистка горячекатаных полос (подката) от окалины

Если это происходит, то возникают как потери металла, так и кислоты, а также появляется «травильный шлам» — нерастворимые составляющие стали — карбиды и сульфаты. Предотвращение реакции (4) обеспечивают введением в травильный раствор ингибиторов — органических веществ, которые адсорбируются на поверхности металла, препятствуя его контактам с кислотой и затормаживают реакцию (4).

После травления полоса попадает в ванны холодной и горячей промывки (см. рис.5), сушильное устройство и во второй петлевой накопитель, функции которого те же, что и первого — обеспечить постоянную скорость полосы в травильных ваннах при переменной скорости движения полосы на хвостовом участке НТА. На гильотинных и дисковых ножницах обрезают кромки полосы и режут её на требуемую длину (или массу). За ножницами установлено промасливающее устройство и моталка.

Продвижение полосы по линии НТА производится с помощью тянущих роликов.

Начиная с конца 60-х годов прошлого века, в мире для удаления окалины начали применять НТА с содянокислотным травильным раствором.

Указаны следующие преимущества солянокислотного травления:

1. Соляная кислота с одинаковой активностью взаимодействует со всеми слоями окалины — вюститом, магнетитом и гематитом, поэтому травление происходит одновременно в наружных и внутреннем слоях. В результате повышается скорость удаления окалины (по сравнению с травлением в серной кислоте — в 1,75-3,5 раза) и, кроме того, верхние слои окалины не отваливаются и не скапливаются на дне ванны, а почти полностью переходят в раствор.

2. Шлам, образовавшийся из остатков окалины, составляет при травлении в соляной кислоте менее 5% от массы удаленной окалины. Он обладает меньшей плотностью, чем при сернокислотном травлении, и легко удаляется со дна ванн и с поверхности полос в ваннах промывки.

3. За счет большей эффективности и скорости травления окалина удаляется с поверхности металла более полно, чем при сернокислотном травлении, В солянокислотных НТА на полосах практически не бывает недотрава, вытравливается даже вкатанная окалина, а полоса имеет на выходе светлую, блестящую и гладкую поверхность.

4.  Сокращение времени пребывания полосы в кислоте, необходимого для полного удаления окалины, и отсутствие шлама позволило отказаться от глубоких травильных ванн и использовать так называемые плоские ванны> глубина которых менее 1 м. Преимущества плоских ванн — интенсивная циркуляция раствора, что обеспечивается небольшим объемом кислоты в ваннах и высокой производительностью циркуляционных насосов, меньшее натяжение полосы в связи с меньшей длиной петли и глубиной её провисания и, как следствие, меньшая вероятность обрыва полосы в травильной ванне. При использовании плоских ванн расход энергоносителей на нагрев растворов снижается на 30%. В случае необходимости получения доступа к полосе, кислоту из всех ванн можно в течение трех минут перекачать в специальный резервуар, при этом подъемные устройства для полосы значительно проще и дешевле, чем используемые в кислотных ваннах.

5. Продукт взаимодействия кислоты с окалиной — хлористое железо — легко растворяется в воде, что обеспечивает возможность полной регенерации всех сточных растворов, без накопления нерастворимых остатков. Химические реакции, протекающие при травлении в растворе соляной кислоты, имеют вид

2. Очистка горячекатаных полос (подката) от окалины

 

При этом, по мере травления, раствор обогащается железом и обедняется кислотой. Регенерированный раствор (с максимальной концентрацией кислоты и минимальным содержанием солей) с установки регенерации подается в последнюю секцию ванны, а отработанный травильный раствор из первой секции направляется в установку регенерации. Для выравнивания концентрации раствора и поддержания рабочей температуры предусматривается циркуляция травильного раствора в каждом отсеке через теплообменник. В процессе циркуляции раствор подогревается до рабочей температуры паром, подаваемым в теплообменник. При травлении с регенерацией растворение окалины идет равномерно по ваннам. Основная часть окалины равномерно растворяется в первых по ходу движения полосы ваннах, а в последней проводится легкое окончательное дотравлнвание, Такой режим обеспечивает получение поверхности высокого качества. Применение регенерации позволяет повысить концентрацию кислоты, а при соответствующей герметизации ванн — и температуру.

Так же, как и при сернокислотном травлении, реакция (8) ведет к поте- металла, чтобы её замедлить и минимизировать указанные потери, при травлении в соляной кислоте применяют ингибитор марки ТДА, который, одновременно с защитой металла от взаимодействия с кислотой, защищает поверхность полосы от коррозии.

На рис.7 представлена схема расположения основного оборудования НТА, в котором применено солянокислотное травление.

Входная часть НТА состоит из пластинчатого транспортера с шагающими балками емкостью до 14 рулонов, транспортируемых в вертикальном положении; устройства для измерения ширины полосы; кантователя рулонов из вертикального в горизонтальное положение; транспортера для передачи рулонов в горизонтальном положении от кантователя к конвейеру; загрузочного цепного конвейера для транспортировки рулонов в горизонтальном положении от транспортера к загрузочной тележке (этот участок на рис.7 не показан).

Далее идут устройства, обеспечивающие подготовку рулона и его размотку. Они выполнены в двойном комплекте, чтобы исключить паузу при смене рулонов (см. рис.7).

Передние и задние концы полос режут на гильотинных ножницах и далее полоса поступает к стыкосварочной машине, работающей по принципу оплавления. Она отличается тем, что в ней совмещены все операции по подготовке концов свариваемых полос и зачистке шва, а также штамповочное устройство для пробивки отверстий, используемых для идентификации шва в последующих линиях.

Натяжная станция 5 протягивает полосу через стыкосварочную машину и создает натяжение на входе петлевого накопителя полосы.

 

Расположение оборудования соляно-кислого травления

 

Вместо обычно применяемой двухвалковой клети, дня разрушения окалины в линии НТА стана 2030 применена машина правки растяжением (удлинение полосы примерно на 0,7%), которая имеет ряд преимуществ: стоимость ниже на 20-30%, чем двухвалковой клети, улучшается плоскостность полосы, меньше нагартовывается её поверхность, проще перевалка правильных роликов, нет необходимости их менять при переходе на другой размер полосы. Кроме этого, обеспечивается высокое качество ломки окалины на поверхности полосы. Натяжение полосы (до 360 кН) создается комплектом S-образно расположенных роликов.

С помощью направляющих и центрирующих роликов, изготовленных из чугуна и снабженных поворотной рейкой, полоса направляется в травильную ванну. Травильная ванна представляет собой сваренный из стальных листов бак, разделенный на 5 секций. Размеры ванны: длина 5×26=130 м, ширина в свету 2,5 м, глубина в свету 0,9 м. Поверхность ванны гуммирована. Крышки травильных ванн представляют собой сварные стальные конструкции, гуммированные с внутренней стороны. Между секциями травильной ванны и на выходе из ванны расположены ролики для удаления раствора с полосы. Далее расположена пятикаскадная промывная ванна (способ промывки полосы — струйный). Между секциями и после последней секции установлены отжимные ролики. Последняя технологическая операция в средней части агрегата — сушка полос в установках сушки, представляющих (их две) собой клиновидные трубы, укрепленные на несущей раме. Сушку производят путем подачи горячего воздуха против направления движения полосы.

Выходная часть НТА начинается с натяжной станции 14, обеспечивающей протяжку полосы через среднюю часть НТА, далее следует еще один (выходной) петлевой накопитель. За накопителем установлены направляющие ролики и натяжная станция, протягивающая полосу через накопитель. Боковой штамп предназначен для вырубки круговых сегментов по краям полосы при перестройке кромкообрезных (дисковых) ножниц на новую ширину. Ширина обрезаемой кромки 35-15 мм при толщине полосы 1,2-2,5 мм, и до 10 мм при толщине 2,5-6 мм. Отрезанные кромки режут на мелкие куски кромкок- решительными ножницами (на рис.7 не показаны).

Промасливающая машина с помощью войлочного ролика смазывает полосу таким же маслом, на основе которого изготовлена прокатная эмульсия. Далее установлены гильотинные ножницы, предназначенные для поперечной резки полосы, вырезки швов и проб. Для создания натяжения полосы перед моталками имеются натяжные ролики 20. Для смотки протравленных полос установлены две двухсегменгные консольные моталки. Передача полосы на вторую моталку производится с помощью направляющего стола, расположенного над первой моталкой.

Рулоны с моталок сталкивают на разгрузочные тележки, которые подают их на устройство для транспортировки рулонов, где из взвешивают, обвязывают и маркируют. После этого рулоны поступают на склады травленых рулонов.

Основные параметры процесса солянокислотного травления, определяющие его эффективность, те же, что и при сернокислотном травлении:

—   температура травильного раствора;

—   концентрация компонентов (HCl, FeCl2);

—   время полного удаления окалины, определяющее скорость движения полосы и расход травильного раствора.

Указанные параметры оказывают взаимное влияние друг на друга: при сочетании высокой температуры и максимальной концентрации кислоты скорость травления растет, но наблюдаются большие потери металла. Поэтому при каскадном травлении, где в последних по ходу полосы ваннах концентрация кислоты максимальная, в них следует поддерживать меньшую температуру, чем в первых ваннах.

На стане бесконечной прокатки 1700 ОАО «Северсталь» в 2006 г. был реконструирован НТА с переводом его на солянокислотное травление и заменой глубоких травильных ванн (аналогачных рис.б) на секции плоского типа. Схема травильной ванны с оборудованием, обеспечивающим циркуляцию раствора соляной кислоты, показана на рис.8.

Благодаря плоской конструкции секций, в них обеспечен турбулентный режим травления: раствор соляной кислоты подается на поверхность полосы сверху и снизу через специальные форсунки с большой скоростью струй (см. рис.8). Общая глубина секций ванны не превышает 1 м, а уровень раствора в секциях (толщина слоя жидкости) составляет 150 мм. В результате объем кислоты, находящийся в травильной ванне, как уже было отмечено ранее, на порядок меньше, чем при сернокислотном травлении, а натяжение полосы в плоских секциях ванны не превышает 20-40 кН, что в 2-3 раза меньше, чем в глубоких ваннах (снижение мощности натяжных станций и уменьшение вероятности обрывов полосы).

Как видно из схемы рис.8, представленный на ней солянокислотный НТА имеет травильную ванну с тремя секциями. Длина каждой секции 37 м. Длина ванны 111м. Верхние боковые кромки секций образуют лоток, в который опускаются крышки. Металлоконструкция секций ванны имеет кислотостойкое покрытие и в дополнение к этому — двухслойную керамическую облицовку из керамических блоков на цементе с синтетической смолой. Для контактирующих с кислотой частей толщина этой футеровки около 150 мм, двухслойная, а для всех прочих элементов конструкции толщина 70 мм (один слой). На основных крышках смонтированы погружные крышки, которые вместе с кислотостойкой футеровкой формируют профиль канала турбулентного травления. Двойная крышка ограничивает.высоту травильного канала, улучшает герметичность ванны, сводит к минимуму испарения кислоты, снижает тепловые потери, уменьшает количество отсасываемых газов.

Мелкий травильный канал обеспечивает высокую скорость и кинетическую энергию потока и тем самым высокую турбуленцию, а также предотвращает образование шлама. Небольшой объем травильного раствора дает возможность поддерживать с высокой точностью его заданную концентрацию и активность, облегчает регулирование температуры раствора.

Турбулентное травление н высокая кинетическая энергия подаваемой на полосу кислоты имеют следующие преимущества:

—   предотвращают попадание кислоты в камеру отжимных роликов путем создания на выходе каждой из секций травильной ванны интенсивного встречного потока;

—  обеспечивают полное орошение поверхности полосы даже при высокой скорости её движения и эффективное проникновение кислоты в окалико- вые трещины;

—   ускоряют процесс травления путем быстрого разогрева полосы благодаря хорошей передаче тепла вследствие интенсивного орошения;

—   обеспечивают быстрый обмен кислоты на поверхности полосы,

Из схемы рис.8 видно, что секции отделены друг от друга промежуточными камерами с отжимными роликами, ограничивающими переток раствора из одной секции в другую. Турбулентный режим движения раствора обеспечивается в каждой секции автономной циркулярной системой, показанной на рис.8 на примере травильной секции №3. Циркуляция раствора осуществляется по маршруту: циркуляционный бак —» фильтры -> насосы —) теплообменники -> коллекторы с форсунками, находящиеся в секциях травильной ванны —> раствор кислоты в канале внутри секции циркуляционный бак.

Особенность этой схемы состоит в том, что каскадное перетекание раствора навстречу движению полосы происходит не через секции травильной ванны, а через циркуляционные баки: из третьего бака во второй, из второго в первый. В третий бак заливают свежие порции раствора, поддерживая необходимые его концентрации в третьей секции, откуда выходит полностью очищенная от окалины полоса, Из первого бака, в котором концентрация железа в растворе максимальна, отработанный раствор поступает в систему регенерации. Имеется возможность подачи свежей кислоты и технической воды в циркулярные баки №2 и №1 при необходимости корректировки в них концентрации раствора.

 

Схема травильных ванн с циркуляционным оборудованием НТА

 

К основным недостаткам солянокислотного травления относятся — высокая агрессивность соляной кислоты, большая летучесть, опасность попадания в атмосферу ядовитых газов хлора. В связи с этим из всех емкостей, показанных на рис.8, происходит эффективный отсос газов и испарений, обеспечивающий защиту окружающей среды и обслуживающего персонала от вредных выбросов. В дальнейшем отсасываемые пары и газы улавливаются и используются при регенерации соляной кислоты.

Внутренние поверхности ёмкостей, трубопроводов, насосов и другого оборудования покрывают специальными кислотостойкими материалами: резиной, керамикой, пластиками.

В каждой травильной ванне установлены температурные датчики, датчики уровня травильного раствора, автоматические клапаны для быстрого опорожнения ванны, происходящего через циркуляционный бак.

На основании опыта и проведенных исследований, автор работы [] ] рекомендует при солянокислотном трехкаскадном травлении горячекатаных полос поддерживать параметры травления в соответствии с данными табл.5.

Продолжительность травления существенно зависит от толщины обрабатываемой полосы, так как, чем толще полоса, тем медленнее она остывает после горячей прокатки и на ней успевает образоваться более толстый слой окалины.

Технологические параметры травления в соляной кислоте при использовании трехсекционных травильных ванн

2. Очистка горячекатаных полос (подката) от окалины

Таблица 6

Время травления и рабочие скорости движения полосы через плоские соляжжислотные ванны

2. Очистка горячекатаных полос (подката) от окалины

Время травления в плоских ваннах соляной кислотой полос из малоуглеродистых конструкционных (в том числе — автомобильных) сталей и зависящие от него скорости движения полосы указаны в табл.6.

Таблица 5

Параметры, указанные в таблицах 5 и 6, регулируются и поддерживаются путем интенсивной циркуляции кислоты в каждой секции, обеспечиваемой автономным комплектом оборудования.

После выхода из ванны травления полоса проходит через камеру с двумя комплектами отжимных роликов, в которой размещены направляющие для полосы, обеспечивающие её повторное центрирование, а затем поступает в ванны промывки, где происходит удаление остатков кислоты и продуктов травления. Промывка полосы при солянокислотном травлении имеет большое значение, так как даже незначительные остатки соляной кислоты вызывают быстрое ржавление полосы во время хранения на складе травленых рулонов. Схема ванн промывки с циркуляционным оборудованием показана на рис.9.

Полоса последовательно проходит через пять промывочных ванн и секцию окончательной промывки, а затем подсушивается горячим воздухом. Заполнение промывочных ванн водой производится каскадом, идущим обратно направлению движения полосы, путем перелива из предыдущей ванны через специальное отверстие в разделяющей ванны перегородке. Заполнение последней ванны предусмотрено путем подачи воды на коллекторы окончательной промывки.

Излишек воды из промывочной ванны №1 (последней по ходу воды) сливается в утилизационный бак (возвратный резервуар отработанной промывной воды), откуда насосами перекачивается на регенерацию. Промывку осуществляют технической водой, а в ванне окончательной промывки — конденсатом, перекачиваемым насосами из бака сбора конденсата от теплообменников. При нехватке конденсата предусмотрена подача в конденсатный бак химически очищенной воды из отдельной линии. Циркуляция воды конденсатного бака и промывочной ванны №5 (первой по ходу воды) предусмотрена через пароводяные теплообменники, подогревающие промывочную воду до температуры 85°С. После окончательной промывки полоса подается в сушильную камеру (см. рис.9), где производится сушка поверхности полосы воздухом, подогреваемым в калорифере паром до температуры 110°С.

Испарения проходят через сепаратор, в котором отделяются капли кислоты, и подаются в абсорбционную колонну, где проходят через слой насадки, орошаемой технической водой. Кислые стоки от абсорбера собирают в отдельную ёмкость и направляют на регенерацию.

Отработанный травильный раствор поступает на склад растворов НТА. Далее он попадает в замкнутый цикл установки регенерации соляной кислоты, задачи которой состоят в следующем:

—   восстановить массовую концентрацию соляной кислоты в растворе с 5-7 до 16- 18%-ной и подать её в последнюю секцию травильной ванны;

—   понизить в отработанном травильном растворе концентрацию оксида железа, образовавшегося при стравливании с полосы окалины, с 23-25 до 9- 11%, приемлемого для повторного использования в НТА;

—   обеспечить полную защиту окружающей среды от паров, пыли и сточных вод, содержащих остатки соляной кислоты, хлорида железа, частицы железа и его оксидов;

—   перекачать сточные воды, не содержащие вредных веществ, в циркуляционную систему цеха или предприятия;

—   отходящий газ очистить от остатков НС1 (в виде пара и капель) и пыли (в составе которой могут быть остатки Fe203) до предельно допустимых концентраций (ПДК) и выбросить в атмосферу.

 

Отработанный раствор со склада с помощью пневмонасосов через фильтры поступает в рекуператор установки регенерации, в котором этот раствор подогревается до 92-94°С. Подогретый раствор подается в реактор (рис.10). Реактор представляет собой стальную башню, футерованную огнеупорным кирпичом, отапливаемую четырьмя газовыми горелками. Отработанный раствор подается через распылительные сопла, разогревается до температуры 6СЮ°С и растворенный в нем хлорид железа FeCl2 термически разлагается на мелкодисперсный оксид железа Fe,0, и газообразный хлористый водород в соответствии с реакцией

2. Очистка горячекатаных полос (подката) от окалины

Оксид железа в циклонах (см. рис.10) отделяют от отходящих газов и ссыпают в нижнюю часть реактора, а оттуда по пневмопроводу перемещают в бункер (рис.И), снабженный трубопроводами для транспортировки порошка оксида железа, питателями, дозировочным шнеком для загрузки порошка в дозировочную тарелку. Оксид железа может отгружаться либо в виде порошка, либо в виде гранул. Он может быть использован и на аглофабриках.

 

Схема бункера для приемки и отгрузки оксида железа

 

Содержащие хлор газы из рекуператора подают в абсорбционную колонну (рис.12). Абсорбционная колонна в комплексе с рекуператоромдц>ед- назначеньт для теплообмена между отходящими из реактора газами и подаваемым сверху травильным раствором, а также для очистки газов от остатков пыли и насыщения раствора хлористым водородом, хлористым и хлорным железом.

В частности, содержащие хлор газы проходят через насадку абсорбционной колонны, орошаемую сверху промывочной водой. Вода поглощает НС1, содержащийся в газе и стекает в нижнюю часть колонны. Если концентрация полученного раствора низкая, то раствор может повторно подаваться в реактор. Для дополнительной очистки газов от соединений, содержащих хлор, они из абсорбционной колонны подаются в колонну доочистки (рис.13). В ней газы проходят через титановые решетки.

Схема абсорбционной колонны

Рис.12. Схема абсорбционной колонны [7]:

1 — подводящий газоход; 2 — промывная вода; J — отводящий газоход; 4 — насадка; 5 — футеровка; 6 — отвод регенератора

Схема колонны доочистки

Рис.13. Схема колонны доочистки:

1 — подводящий газоход; 2 — подача промывной воды; 3 — подача конденсата; 4 — отводящий газоход; 5 — титановые решетаде; б — гидрозатвор; 7 — отвод промывной воды

Схема реактора

 

Все описанные процессы и их параметры (расходы, концентрации, температуры) в современных установках регенерации соляной кислоты автоматически контролируются и регулируются.

Качество поверхности протравленной полосы в большинстве случаев контролируется визуально, однако на некоторых НТА уже начинают использовать оптические системы для оценки качества травления полос с регистрацией данных в ЭВМ.

Схема расположения основного оборудования непрерывного травильного агрегата башенного типа

НТА горизонтального типа характеризуются большой длиной линии и сложной системой вентиляции. При остановках НТА возможен перетрав полосы. Эти недостатки в значительной мере устраняются в НТА башенного типа (рис.14). Головная и хвостовая часть агрегата такие же, как и в НТА горизонтального типа, а средняя часть (включая располагающиеся перед и за ней петлевые накопительные устройства) выполняется в виде башни. Так, НТА башенного типа фирмы «Ruthner» (Австрия) имеет башню высотой около 70 м. Полоса при движении через башню, огибая поочередно серию барабанов, расположенных в верхней и нижней частях башни, образует ряд вертикальных петель. В первой и последней по ходу движения полосы секциях башни петли имеют возможность менять свою длину, играя роль входного и выходного накопителя. Нижние барабаны в этих секциях холостые и установлены в каретках, перемещающихся в вертикальных направляющих. Верхние барабаны стационарные и могут быть оснащены приводами для транспортировки полосы. Средняя часть башни выполняется в виде закрытой шахты, в которой производят травление и промывку полосы. На последней перед выходным петлевым устройством восходящей ветви полосы расположены нейтрализационная установка и сушильное устройство.

В описываемом агрегате применены солянокислотный раствор и струйный способ его подачи на полосу. По высоте шахты установлено несколько поперечных рядов сопел для подачи травильного раствора. Стекая по полосе, раствор равномерно омывает полосу по всей её ширине и после этого собирается в нижней части шахты в закрытый бак. Состав травильного раствора: 10- 12% HCI, 10-13% FeCl2 (хлорид железа); температура раствора 70-75°С. Промывка полосы также струйная. Выполняют её в несколько ступеней с циркуляцией промывочной воды. В первых ступенях используют холодную, а в последней — надетую до 70°С воду. После промывки полосу подвергают нейтрализации 2% водным раствором едкого натра (NaOH) при температуре 80°С и сушке горячим воздухом, нагретым до 90°С. Скорость движения полосы в технологической части достигает 180м/мин.

В последние годы сообщений о строительстве НТА башенного типа не было. Основной их недостаток — наличие башни большой высоты, что удорожает цех с таким агрегатом, усложняет грузопотоки в цехе и пр. В Советском Союзе не было построено ни одного НТА башенного типа.

Нами представлены традиционные технологии травления горячекатаного подката, широко применяемые на высокопроизводительных непрерывных станах холодной прокатки листов и полос.

Наряду с этим, поиски новых технологий удаления окалины перед холодной прокаткой продолжаются. Так, фирмой «Danieli» (Италия) разработан процесс удаления окалины с горячекатаной полосы, получивший название «водородное удаление окалины». Первая промышленная установка начала работать на заводе «Ispadue Works» фирмы «Sesto AI Reghena» (Италия) (рис.15).

Основным оборудованием на установке являются: нагревательная печь, реактор и охлаждающая секция. В нагревательной печи нагревают горячекатаную полосу до температуры 500-800°С. Она зависит от химического состава и толщины окалины, а также от марки стали полосы. Возможно применение как газового (более экономичного), так и индукционного нагрева.

Нагретую до заданной температуры полосу передают в реактор, где происходит восстановление окалины в атмосфере с турбулентным потоком водорода. Содержание водорода в атмосфере реактора находится в диапазоне от 30 до 100%. Оно зависит от тина окалины, марки стали полосы и скорости её движения. Турбулентное движение водорода обеспечивается вентиляторами, смонтированными в реакторе над и под полосой. В процессе удаления окалины подают свежий водород и удаляют образующийся пар. Между нагревательной печью и реактором, а также реактором и холодильником установлены газонепроницаемые уплотнения.

В установке применены холодильники радиаторного типа, которые обеспечивают плавное начальное охлаждение смесью азота и водорода (содержание водорода примерно 5%). Далее имеется установка струйного охлаждения, позволяющая иметь скорость охлаждения до 15°С/с Температура полосы на выходе холодильника должна быть примерно 120°С во избежание повторного окисления металла.

Если после прохождения установки на поверхности полосы остаются частицы непротравленной окалины, то их удаляют с помощью щеток (стальных или нейлоновых).

На промышленной установке, приведенной на рис.15, выполнены эксперименты на горячекатаных полосах толщиной 1-4, шириной 610-1500 мм из низкоуглеродистой и высокопрочной стали. Масса рулонов была 28 т, максимальная скорость обработки 30 м/мин. Эксперименты показали, что качество удаления окалины с полосы при использовании нового способа значительно лучше, чем при кислотном способе, что позволяет производить продукцию, заменяющую холоднокатаную. Поэтому проектом предусмотрена установка дрессировочного стана, который обеспечит получение горячекатаных полос по механическим свойствам и форме (вероятно, точности) соответствующих требованиям, предъявляемым к холоднокатаным полосам и листам. Возможно также получаемую горячекатаную полосу, очищенную от окалины, использовать для оцинкования. В этом случае после установки водородного удаления окалины устанавливается цинковальная секция.

Только за счет более качественного удаления окалины можно осуществить замену холоднокатаного листа горячекатаным. Да и автор пишет о возможности остатков окалины на полосе. что свидетельствует о не таком уж качественном удалении окалины.

То есть, способ перспективен, но необходима сравнительная оценка экономических показателей традиционного способа удаления окалины и разработанного. В случае положительного для нового способа результата продолжить его доработку, как в улучшении качества удаления окалины, так и в повышении производительности установки.

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий