Горячее цинкование полос

Первые агрегаты непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) полосы построены в Польше. Разработчиком технологии и оборудования был Сендзи- мир. Первый агрегат цинкования создан в 1931 г. для производства ленты шириной 300 мм, в 1933 г. — второй, для ленты шириной 700 мм, третий — в 1934 г. — для ленты шириной 1000 мм. С 1936 г. агрегаты горячего цинкования, работающие по технологии Сендзимира, начали работать в США, во Франции, Англии и других странах Европы [103].

Горячее цинкование полос

По способу Сендзимира очистку исходной полосы производят в линии путем окислительного нагрева до 470-480°С с образованием на поверхности полосы тонкой окисной пленки, которая восстанавливается при последующем отжиге в восстановительной водородной атмосфере. Охлажденную после этого до 480-520°С полосу с чистой активной поверхностью погружают в цинковый расплав при 450°С.

Для горячего цинкования стальных полос толщиной 0,3-4 мм применяет, в основном, метод бесфлюсового цинкования в непрерывных линиях. В последнее время широко применяют способ безокислительного нагрева полосы в продуктах неполного сгорания при незначительной разнице температур газовой среды (1100-1300°С) и нагреваемого металла (до 700°С). Скорость движения полосы до 3-4 м/с, время нагрева 10-15 с.

При горячем цинковании в цинковом расплаве покрытие на поверхности основного металла состоит из промежуточного диффузионного слоя относительно чистого цинка и далее следуют слои различных фаз. При цинковании металла в непрерывных линиях толщина промежуточного слоя доходит до 7-10% общей толщины покрытия. Поскольку промежуточный слой более хрупкий, чем цинковое покрытие, то чем он меньше, тем лучше.

По способу нанесения возможны двустороннее и одностороннее покрытия. При двустороннем покрытии цинк наносят на обе стороны, причем толщина покрытия одинакова. Обычно же внутренняя сторона изделия либо не требует вообще цинкового покрытия, либо требует покрытия меньшей толщины. В связи с этим разработан ряд способов получения одностороннего цинкового покрытия.

Двустороннее цинкование с удалением покрытия с одной стороны. Этот метод реализован впервые в конце 70-х годов прошлого века. Удаление цинка производят применением шлифовального валка, абразивной ленты, металлической вращающейся щетки (рис.146). Щетку заключают в колпак, в котором поддерживают вакуум. Отделенные частицы цинка, улавливают и используют повторно. Для предотвращения кристаллизации цинка из-за выделения тепла при механической обработке другой стороны полосы опорный ролик охлаждают. Недостатком способа является его достаточно высокая стоимость.

Гзрячее цинкование полос

 

Рис. 146. Схема размещения металлической щетки для удаления покрытия с одной стороны полосы, выходящей из ванны цинкования: 1 — реверсивная металлическая щетка; 2 — опорный приводной ролик; 3 — колпак; 4— полоса; 5 — ванна цинкования

Для снятия цинкового слоя с одной стороны полосы применяют также сдувание его сжатым газом. При производстве полос с разной толщиной цинкового покрытия применяют электролитическое растворение цинка с одной стороны и одновременное нанесение его на другую сторону полосы. При этом в агрегате производят предварительную частичную механическую зачистку покрытия щетками с одной стороны полосы, далее следует травление для удаления с цинкового покрытия оксидной пленки (таким образом обеспечивается хорошая адгезия электролитически осаждаемого цинка на сторону с более толстым покрытием), электролитическое растворение цинка с предварительно зачищенной стороны и одновременное нанесение его на другую сторону полосы. Заключительные операции — промывка полосы и механическая зачистка щетками оцинкованной стороны полосы и очистка рыхлого налета солей электролита со второй стороны полосы с нанесенным тонким покрытием с помощью ролика с поверхностью из мелкого абразива. В электролитическом процессе используется так называемый биполярный эффект. Постоянный ток разной полярности подводят к противоположным нерастворимым электродам. Непосредственно электрического контакта с полосой нет. Используется кислый сульфатный электролит. Таким методом получают полосу толщиной 0,6- 1,5 мм, шириной до 1780 мм с цинковым покрытием 61-98 г/м с одной стороны и менее 30 г/м2 с другой.

Двустороннее цинкование с нанесением на обратную сторону маскировочного покрытия. Для этой цели применяют специальные составы (не вступающие в реакцию с цинковым расплавом) — слой пленки окислов, фольги и т.п.

В качестве легирующих материалов в работе рекомендованы: сажа от сгорания углеводородов; краска, содержащая сажу и сложные композиции на основе окислов или солей.

Схема размещения основного оборудования для нанесения на стальную полосу одностороннего покрытия

Рис. 147. Схема размещения основного оборудования для нанесения на стальную полосу одностороннего покрытия из железоцинкового сплава с использованием маскирующего покрытия:

1 — разматыватель; 2 — ванна электролитической очистки; 3 — узел нанесения маскировочного покрытия; 4 — печь предварительной сушки; 5 — печь безокислнтельного нагрева; 6 — печь восстановительного нагрева; 7— ванна цинкования; 8 — устройство пламенной очистки; 9 — воздушный нож; 10 — печь термодиффузионного отжига; 11 — устройство для удаления маскировочного покрытия; 12 — дрессировочная клеть; 13 — ванна фосфатирования; 14 — узел промасливания; 15 — моталка

Схема устройства огневой очистки поверхности маскировочного покрытия от частиц цинка

Рис. 149. Схема устройства огневой очистки поверхности маскировочного покрытия от частиц цинка: 1 — полоса; 2 — ванна цинкования; 3 — погружной ролик; 4 — желоб; 5 — поддерживающий ролик; 6 — огневое устройство; 7—пламенный очиститель; 8 — сторона полосы с маскировочным покрытием; 9 — воздушный нож

Схема узла нанесения маскировочного покрытия

Рис. 148. Схема узла нанесения маскировочного покрытия: 1 — вспомогательный ролик; 2—накопительный ролик; 3 — ролик, наносящий маскировочное покрытие; 4 — ванна с водной суспензией маскировочного покрытия; 5 — очищающий нож; б — полоса

Схема агрегата для нанесения на полосу одностороннего покрытия из железоцинкового сплава с использованием маскирующего покрытия, работающая на одном из заводов Японии, представлена на рис.147. Отличительными элементами агрегата являются узел нанесения защитного покрытия (рис.148), устройство огневой зачистки поверхности с маскировочным покрытием от частиц цинка (рис.149) и механизм удаления маскировочного покрытия (рис.150).

В работе представлен следующий технологический процесс производства полос с односторонним цинковым или железоцинковым покрытием,

Схема механизма удаления маскировочного покрытия

 

Рис. 150. Схема механизма удаления маскировочного покрытия: 1 — гибочный ролик; 2 — разбрызгиватель воды; 3 — полоса; 4 — сторона полосы с маскировочным покрытием; 5 — удаленное маскировочное покрытие

Основными компонентами маскировочного покрытия являются силикат натрия, тетраборат натрия (бура) и оксид магния. К основному составу могут добавляться также оксиды титана и алюминия. Водная взвесь маскировочного покрытия наносится валковым способом на обезжиренную поверхность верхней стороны полосы. После предварительной сушки в воздушной атмосфере в течение 20 с при 300°С полоса поступает в печь отжига с камерами безокислительного и восстановительного нагрева (атмосфера в камере восстановления 15% Н2, 85% Nj). В результате отжига на непокрываемой цинком поверхности образуется стекловидная пленка (толщиной 20 мкм), препятствующая в дальнейшем смачиванию поверхности полосы цинком.

Добавка в состав маскировочного покрытия тугоплавких оксидов титана и алюминия способствует более полному уменьшению смачиваемости поверхности стекловидной пленки цинком. Основную роль выполняет оксид титана. При температурах отжига 800-900°С на поверхности стекловидной пленки наблюдаются неровные игольчатые кристаллы оксида титана, при температуре выше 900°С они уже поглощаются пленкой покрытия. Оксид алюминия замедляет адсорбцию кристаллов оксида титана стекловидной пленкой. Поскольку стекловидная пленка хорошо отражает расплавленный цинк, то при последующем цинковании почти не происходит прилипания цинка к защитной поверхности полосы. Однако частицы дросса могут оказаться на ее поверхности. Остатки цинка с поверхности стекловидного покрытия удаляют с помощью приспособления для огневой очистки, расположенного над ванной цинкования (см. рис.149).

После цинкования, в процессе которого толщина цинкового потока регулируется «воздушным ножом», полоса проходит через печь термодиффузионного отжига. Стекловидная пленка предохраняет нагретую неоцинкованную поверхность от окисления воздухом. В дальнейшем стекловидная пленка удаляется с помощью ролика, которым сгибают полосу (см. рис.150).

Обработка металла завершается дресировкой, фосфатированием и промасливанием металла. Отмечается, что незначительная диффузия цинка через стекловидную пленку (в пределах нескольких мг/м1 поверхности полосы) способствует при фосфатировании образованию мелких кристаллов фосфатов железа, что благоприятно сказывается при последующей окраске металла у потребителей.

Прямое одностороннее цинкование.

Для реализации этой технологии применяют: регулирование положения поверхности полосы с такой точностью, чтобы нанесение покрытия происходило благодаря поверхностному натяжению (менисковый метод); метод электромагнитного насоса (с помощью индуктора жидкий цинк всасывают в патрубок, а потом с напором через сопло подают на полосу); использование роликовой накатки (жидкий цинк наносят на нижнюю поверхность полосы вращающимся роликом, частично погруженным в расплав в камере с защитной атмосферой).

К первому из указанных способов относятся менисковые. Способ образования мениска расплава в контакте с нижней поверхностью движущейся полосы путем искусственного повышения уровня расплава в первый момент для обеспечения соприкосновения его с полосой разработан и внедрен фирмой «Аггасо Steel» (США) в 1977 г. на АНГЦ завода в Мидлтауне. Полоса после отжига охлаждается до температуры около 450°С и поступает в камеру цинкования, заполненную азотом (рис.151).

Для повышения уровня расплава в первый момент в ванну опускают груз, а затем его поднимают так, чтобы уровень расплава находился примерно на 6 мм ниже поверхности полосы, а образующийся благодаря поверхностному натяжению мениск питал цинком полосу. Этот же груз используют для поддержания постоянным уровня расплава при уменьшении количества цинка в ванне. Слой окислов, образующийся после выхода полосы из азотной атмосферы и имеющих голубой оттенок, удаляют электролитическим травлением.

Схема устройства менискового способананесения одностороннего цинкового покрытия

 

Рис. 151. Схема устройства менискового способананесения одностороннего цинкового покрытия:

1 — камера покрытия; 2 — ролик покрытия; 3 — мениск; 4 — покрываемая полоса; 5 — газовое сопло; 6 — груз; 7 — ванна с расплавом

Гзрячее цинкование полос

Рис. 152. Схема одностороннего горячего цинкования с использованием электромагнитного насоса [142]: 1 — уплотнение; 2 — сопло для удаления излишков покрытия; 3 — отклоняющие ролики; 4 — полоса с покрытием; 5 — направляющие ролики; 6—электромагнитный насос; 7 — ванна с расплавом; 8 — патрубок; 9 — сопло для нанесения цинка; 10 — печь отжига

Полосу с покрытием подвергают дрессировке и промасливанию. Продукцию под названием «Зинкгрип ОС» поставляют в листах и рулонах толщиной 0,75- 2,2 мм, шириной 305-1830 мм с массой цинкового покрытия 60 и 90 г/м:.

Японскими фирмами «Sin Nippon Satetsu» и «Kobe Steel» опробован метод нанесения одностороннего цинкового покрытия на полосу с помощью электромагнитного насоса (рис.152).

Сущность метода заключается в следующем. Индукторы с катушками из медной проволоки устанавливают сверху и снизу участка циркуляционного трубопровода, расположенного вне ванны цинкования. Если систему циркуляции заполнить жидким цинком и пропустить через индукторы ток, то в массе цинка возникает движущая сила. В результате жидкий цинк всасывается через патрубок и, пройдя трубопровод, выходит с некоторым напором через сопло. Высота струи жидкого цинка определяется формой сопла (сужающееся круглое или расширяющееся по бокам прямоугольное), силой тока и напряжением индукторов. При силе тока 700 А и напряжении 30 В высота струи цинка составляет для круглого сопла 210 мм и для прямоугольных сопел 70-80 мм. Разработаны варианты размещения электромагнитного насоса под и над ванной цинкования.

Другим способом прямого одностороннего цинкования является ультразвуковой метод. Цинкование производится при движении полосы вблизи зеркала расплава в камере с защитной атмосферой. Контакт расплава с нижней поверхностью полосы достигается благодаря образованию в расплаве неподвижной волны под действием ультразвука (рис.153) и сохраняется, даже если полоса вибрирует в вертикальной плоскости.

Ультразвук способствует лучшей смачиваемости поверхности полосы расплавом, что особенно важно при обработке спокойных марок стали. Благодаря высокой чистоте расплава в неподвижной волне уменьшается загрязнение оцинкованной поверхности окислами. Фирмами «Asahi Garasu» и «Nihon Parke-rasing» (Япония) разработаны различные варианты размещения генератора ультразвуковых колебаний и вибратора, способы устранения конвекционных потоков в расплаве, организации дополнительного принудительного движения расплава к наконечнику вибратора. Расстояние от нижней поверхности полосы до зеркала расплава составляет до 5 мм. Для защиты непокрываемой стороны полосы направляющие ролики рекомендуется изготавливать из несмачиваемого жидким цинком материала, а центральную часть ролика — из пористого материала для подачи через него газа.

Схема формирования одностороннего покрытия на волне расплава от ультразвуковогогенератора

Рис. 153. Схема формирования одностороннего покрытия на волне расплава от ультразвуковогогенератора:

1 — стальная полоса; 2—расплав цинка; 3 — оцинкованная полоса; 4 — поджимные ролики; 5 — ультразвуковой генератор

Способ роликовой накатки (рис. 154) предусматривает нанесение жидкого цинка на нижнюю поверхность полосы вращающимся роликом, частично погруженным в расплав в камере с защитной атмосферой, или с помощью нескольких роликов. Он является разновидностью обычного роликового способа цинкования. К преимуществам способа относится предотвращение переноса дросса и других отложений с поверхности расплава на полосу.

 Схема одностороннегоцин- кования способом роликовойнакатки

Рис. 154. Схема одностороннегоцин- кования способом роликовойнакатки:

1 — аварийный затвор; 2 — уплотняющий затвор; 3 — наносящий ролик; 4 — стальная полоса; 5 — расплав цинка; 6 — газовый отжим; 7 — поворотные ролики; 8 — валки для удаления цинкового дросса

 

Механическое экранирование в расплаве одной стороны полосы. При этих способах используют механическое экранирование одной стороны полосы с помощью специального приспособления.

Дифференцированное покрытие используют при горячем цинковании методом погружения путем струйного регулирования интенсивности подачи покрытия. Это происходит за счет разной степени приближения сопел либо переменным давлением подачи покрытия в них,

В работе приведены схемы упомянутых способов и подробная технология их реализации.

К концу 70-х годов прошлого века доминирующей конструкцией агрегатов горячего цинкования продолжала оставаться конструкция Сендземира (с использованием печей с окислительной атмосферой и отжигом стальной полосы в линии агрегата). С ней конкурировали конструкции агрегатов фирм «Юнайтед Стейтс Стил» (с применением электролитических технологий обезжиривания и очистки и отжига в линии а]регата), «Кук Нортман» (предварительная обработка отожженных полос путем нанесения флюса и сушка в вертикальной печи), «Селас» (нагрев полосы в вертикальной печи прямого обогрева). Средняя производительность таких агрегатов составляла 100-250 тыс.т/ год, толщина обрабатываемых полос была 0,25-4,3 мм при максимальной ширине 1830 мм. Максимальная скорость движения полосы в печи агрегатов составляла 90 м/мин [140].

Агрегаты непрерывного горячего цинкования, построенные в последующие годы, характеризуются широким сортаментом полос по ширине и толщине, широким диапазоном видов покрытий, струйным регулированием толщины покрытия, исключением роликового регулирования покрытия как неэкономичного и ухудшающего качество поверхности покрытия, применением безокислительного нагрева полос, регулируемым ускоренным охлаждением полос защитным газом, наличием систем автоматического управления технологическим процессом.

В Советском Союзе в 60-70-х годах прошлого века были построены АНГЦ на Магнитогорском, Череповецком металлургических комбинатах и Мариупольском комбинате им.Ильича (рис.155).

Гзрячее цинкование полосВ АНГЦ ОАО «ММК им.Ильича» реализована технология безокислительного нагрева полосы продуктами неполного сгорания газового топлива, термическая обработка со ступенчатым циклом и ускоренным охлаждением с последующей выдержкой металла, дрессировкой и правкой полосы.

 

Толщина холоднокатаных полос, обрабатываемых на агрегате, 0,35-2 мм, ширина 710-1400 мм, максимальная скорость движения полосы в технологической части агрегата 3 м/с. Для повышения пластических свойств оцинкованных полос агрегат снабжен печью отпуска.

Как любой непрерывный агрегат, агрегат цинкования имеет три участка: входной (подготовительный), центральный (технологический, на шгором производят главные технологические операции) и выходной (на нем производят контроль, маркировку, порезку, смотку и др. вспомогательные операции). Участки отделяют друг от друга петлевыми накопителями. Особенностью агрегата является возможность получать после него как рулоны, так и листы.

Аналогичный АНГЦ был построен и на одном из заводов в Германии (рис.156). Он предназначен для оцинкования холоднокатаных полос толщиной 0,35-2,25 мм и шириной 600-1550 мм. Масса исходных рулонов до 30 т, а оцинкованных — до 15 т. Скорость движения полосы на технологическом участке агрегата 2,5 м/с, в головной и хвостовой части — 3 м/с. Этот агрегат отличается от АНГЦ, построенного на Мариупольском металлургическом комбинате им.Ильича вертикальным участком воздушного охлаждения и вертикальным (а не горизонтальным) выходным накопителем полосы.

Технологическая схема АНГЦ:

Рис. 156. Технологическая схема АНГЦ: 1 — разматыватели; 2 — сдвоенные ножницы для обрезки концов полос; 3 — сварочная машина; 4 — ножницы дня обрезки боковых кромок полосы; 5 — входной горизонтальный накопитель полосы; 6 — центрирующие ролики; 7 — печь предварительного нагрева; 8 — печь скоростного нагрева; 9 — зона выдержки; 10 — участок быстрого охлаждения; П — участок замедленного охлаждения; 12 — участок окончательного охлаждения; 13 — наклонный жо- лоб; 14 — ванна цинкования; 15 — цинковый расплав; 16 — газовый нож для регулирования толщины покрытия; 17 — воздушное охлаждение; 18 — выходной вертикальный накопитель; 19 — дрессировочная клеть; 20 — правильно-гибочная машина; 21 — установка хромзтирования; 22 — промасливающая машина; 23 — ножницы для обрезки концов полос; 24 — моталки; 25 — агрегат поперечной резки с пакетирующими устройствами

На рис.157 показано правильно-натяжное устройство с дрессировочной клетью этого агрегата. Он отличается от АНГЦ Мариупольского металлургического комбината им.Ильича тем, что дрессировочная (проглаживающая) клеть и правильная машина расположены между двумя натяжными станциями. Это позволяет повысить плоскостность оцинкованных полос.

Подробнее характеристики оборудования и технологический процесс будут представлены при описании более современных АНГЦ ОАО НЛМК и ОАО ММК.

Первоначально в АНГЦ, действовавших в СССР, для покрытия холоднокатаных полос применяли чистый цинк следующих марок:

Марка цинка… *….. ЦВ Ц0 Ц1 Ц2 ЦЗ Ц4

Содержание Zn, %…. 99,99 99,96 99,94 99,9 98,7 97,5 В работе [140] отмечено, что чистый цинк всегда предпочтителен, если необходимо получить хорошее сцепление покрытия с основой и хорошую пластичность покрытия. Все примеси (кроме алюминия) ухудшают сцепление покрытия с основой. В последние годы в качестве покрытия используют не только чистый цинк или цинк с алюминием, но и покрытия из цинкоалюмини- евых сплавов — галъфан (содержание алюминия остальное цинк) и галь- валюм (содержание алюминия около 55%).

Схема правильно-вытяжного устройства с прогладочной двухвалковой клетью

Рис.157. Схема правильно-вытяжного устройства с прогладочной двухвалковой клетью:

1 — полоса; 2 — натяжные станции; 3 — прогладочная двухвалковая клеть; 4 — правильная машина для устранения волнистости полосы; 5 — петлевая яма с инспекционной петлей

 

Таблица 64

Материал покрытия

Толщина (

на одной стороне), мкм

Масса (с обеих сторон), г/м2

миним.

максим.

средняя

миним.

максим.

Средняя

Цинк

5

45

20

70

600

275

Гальвалюмы

11

20

16

100

185

150

Гапьфан

6

36

15

80

500

200

Алюминий

15

40

22

80

220

120

Гальванил

5

13

7

70

185

100

Покрытия из этих сплавов, по сравнению с покрытием из чистого цинка, имеют меньшую толщину (табл.64) и одновременно дают, в зависимости от вида применения, следующие преимущества:

—    повышенную коррозионную стойкость;

—    повышенную устойчивость к термическим воздействиям;

—    хорошую деформируемость;

—   хорошую способность к удержанию красочных покрытий.

Несколько позже начали применять покрытия из сплава цинк-железо.

Продукцию с таким покрытием получают путем промежуточного отжига оцинкованного материала в технологическом потоке сразу после окончания процесса цинкования. Такое покрытие получило название «гальванил».

Одним из типичных агрегатов горячего цинкования является агрегат, установленный в цехе холодной прокатки листа со станом 2030 ОАО НГЦ MK — АНГЦ-1 (введен в действие в начале 80-х годов прошлого века). Производительность агрегата 500 тыс.т/год. Характеристика покрытий: цинковое (99,76% Zn и 0,25% А1) и цинкоалюминиевое (до 7% А1, остальное Zn) 57- 415 г/м на сторону, железоцинковый сплав — до 150 г/м» на сторону. Защитные покрытия производят погружением полосы в расплав.

Схема расположения основного оборудования агрегата горячего цинкования приведена на рис.158.

Техническая характеристика АНГЦ-1 ОАО НЛМК

Размеры агрегата, мм:

ширинa…………………………………………….. 240000

высота…………………………………………….. 27000

заглубление относительно уровня пола  7300

Размеры покрываемых полос, мм:

толщина……………………………………… 0,35-2,5

ширина………………………………………. 900-1850

Диаметр рулонов, мм:

внутренний…………………………………….. 600

наружный (на входе)…………………… 1200-2200

наружный (на выходе)………………….. 900-2200

Масса рулона, т…………………………………. 45

Скорость покрытия, м/с:

в головной части…………………………. 0,5-4,33

в средней части…………………………… 0,5-3,33

в хвостовой части……………………….. 0,5-4,33

Емкость петлевого накопителя, мм:

на входе………………………………………… 380

на выходе… -………………………………….. 260

Так же, как и другие, АНГЦ-1 имеет три основных участка — входной, центральный (технологический) и выходной — отделочный.

На входной участок рулоны тележками или конвейерами подают к раз- маты вате ля м, полосы правят, измеряют их толщину и обрезают концы. На современных агрегатах сварочные машины представляют собой автоматическое или полуавтоматическое устройство, в котором производят сварку внахлест. Скорость сварки можно регулировать. Во время сварки с помощью пробивного штампа пробивают отверстие для автоматической регистрации и слежения за сварным швом при прохождении им агрегата цинкования.

Перед технологическим участком установлен входной петлевой накопитель горизонтального типа емкостью до 340 м полосы. Его назначение — обеспечить заданную постоянную скорость движения полосы на технологическом участке агрегата, которая является одним из основных параметров процесса цинкования полосы. Натяжные станции по обе стороны накойителя обеспечивают требуемый уровень натяжения как на накопительном участке, так и в накопителе и последующем технологическом участке.

В начале технологического участка расположен блок механизмов и ванн очистки поверхности полосы от загрязнений, образовавшихся при прокатке, транспортировке и хранении полосы. Он состоит из щеточно-моечной ванны и ванны горячей промывки полосы. Щеточно-моечная машина снабжена четырьмя капроновыми щетками, на которые подают 3%-ный раствор едкого натра (температура раствора 70-80°С, давление 224-294 кПа); полосу промывают водой с температурой не ниже 85°С под давлением 224-294 кПа. После щеточной очистки количество загрязнений на полосе не должно превышать 100 мг/м2 на обе стороны.

В башенной печи (см. рис.158, поз./4-/9) за счет применения различных режимов обработки получают металл с широким диапазоном механических свойств — от нагартованного до предназначенного для особо сложной вытяжки. В комплекс печи входят камеры:

—    подогрева — предназначена для нагрева полосы от температуры цеха до 200°С с использованием тепла отходящих газов из камеры безокислительного нагрева;

—    безокислительного нагрева полосы до заданной температуры непосредственным обогревом со сжиганием природного газа (газ сжигается при помощи горелок, в которых он смешивается с воздухом;

—    восстановительного нагрева — предназначена для восстановления окисной пленки на поверхности полосы и нагрева ее до температуры отжига (имеет четыре зоны нагрева). Полоса нагревается радиантными трубами (140 штук), имеющими внутри горелки для сжигания газа;

—   регулируемого охлаждения — предназначена для медленного охлаждения полосы с целью получения заданных механических свойств металла. Охлаждение полосы производится равномерно с помощью труб воздушного охлаждения. Воздух в трубы подают четырьмя вентиляторами, система регулируемого охлаждения полосы разделена на две зоны;

—   ускоренного охлаждения, предназначенную для быстрого охлаждения полос ы до температуры перестаривания (изотермической выдержки). При этом поверхность полосы обдувают с обеих сторон холодным защитным газом через щелевые сопла коллекторов;

Схема ванны цинкования дНГЦ-3 ОАО НЛМК

 

Рис. 159. Схема ванны цинкования дНГЦ-3 ОАО НЛМК: 1 — ванна; 2 — индукторы

перевода гартцинка в изгарь предусмотрены, как и на других АНГЦ, добавки в расплав алюминия. Однако благодаря низкой концентрации свободного алюминия (0,13-0,15%) не происходит разрушения роликов. Ванна (рис.160) разделена на секции цинкования и реакционную. По наклонному дну ванны секции цинкования гартцинк сползает в нижнюю часть реакционной секции и перемешивается пропеллерной мешалкой, которая усиливает движение среды вверх. Добавляемый сверху алю-

Режимы нагрева и охлаждения полос в камерах протяжной печи АНГЦ- 1 ОАО HJJMK представлены в табл.65.

Комплекс ванн цинкования на этом агрегате включает рабочую ванну и две ванны временного хранения цинкового расплава в период ремонта рабочей ванны.

Рабочая ванна представляет собой сварную металлическую конструкцию, футерованную огнеупорными материалами, в состав которых входят плавленно литые огнеупоры, огнеупорные и теплоизоляционные кирпичи и асбестовые панели. Внутренние размеры ванны: ширина 3400 мм, длина 4000 мм, глубина 2200 мм; вместимость ванны по расплавленному цинку 22,5 м3 (240 т). Нагрев ванны индукционный, на боковых стенках ванны закреплены 6 водохлаждаемых индукторов суммарной мощностью 1299 кВт. Схема ванны показана на рис.159.

Таблица 65

Режимы нагрева и охлаждения полос при их термической обработке в зависимости от категории вытяжки [142]

Гзрячее цинкование полос

Примечания. 1. Обозначения категорий вытяжки: Н — нормальная, Г — глубокая, ВГ — весьма глубокая, СВ — сложная, ОСВ — особо сложная. 2. Металл для категорий вытяжки ОСВ должен быть предварительно отожженным. 3. Температура полосы в камере перестаривания при всех режимах 450±30°С.

Схема ванны цинкования фирмы «Ниппон кокан»

Рис. 160. Схема ванны цинкования фирмы «Ниппон кокан»: 1 — цинковальная секция; II — реакционная секция; 1 — керамический тигель; 2 — оцинкованная полоса; 3 — пропеллерная мешалка; 4 — сепаратор; 5 — верхний дросс (изгарь); 6 — индуктор; 7 — нижний дросс (гартцинк); 8 — конвейер для золы; 9 — трубопроводы; 10 — фильтр; 11 — направление движения верхнего дросса; J2 — смесь цинка и верхнего дросса

Ванна для хранения расплава изготовлена из чистого железа, нагревается электросопротивлением, ее вместимость 200 т цинка.

Фирмой «Nippon Кокап» (Япония) разработана конструкция ванны цинкования, из которой можно удалять отходы цинка без остановки агрегата.

 

Гзрячее цинкование полос

 

Освобождаемый цинк рециркулирует в цинковую секцию (на рис.160 показано верхней стрелкой). Частицы железоалюминиевого сплава всплывают на поверхность расплава (изгарь) и вместе с оксидами цинка поступают в сепаратор на переработку для отделения металлического цинка. Расход цинка в такой ванне на 1% меньше, чем в обычной.

После выхода оцинкованной полосы из ванны цинкования производят регулирование слоя нанесенного покрытия. Установки регулирования толщины цинкового слоя струями воздуха позволяют реализовать покрытие в соответствии с заданной толщиной при определенной скорости полосы. Схема установки струйного регулирования толщины слоя защитного покрытия показана на рис.161.

Основным фактором, воздействующим на количество снимаемого и оставляемого на полосе цинка является давление газа в соплах, находящееся во взаимосвязи со скоростью движения полосы. Вспомогательными параметрами, оказывающими прямое или косвенное воздействие на толщину покрытия, являются: размеры сопел и их расположение относительно поверхности поло-

Схема струйного регулирования толщины слоя защитного покрытия на стальной полосе

 

Рис. 161. Схема струйного регулирования толщины слоя защитного покрытия на стальной полосе: 1 — полоса; 2 — заданная толщина покрытия; 3 — эпюра скорости свободной струи газа; 4 — блок сопла; 5 — поток струи газа; 6 — толщина покрытия, выносимого полосой; 7—расплав; 5 — сгоняемый поток жидкого цинка; 9 — область воздействия струи газового потока; 10— струйный порог; 11 — направление движения полосы

Так, в АНГЦ-1 ОАО НЛМК на установке регулирования толщины цинкового покрытия имеется два главных сопла (с обеих сторон полосы) и вспомогательные сопла, предназначенные для удаления излишков цинкового покрытия с кромок полосы. Рабочее давление в главном сопле 39,2-245 кПа, давление во вспомогательных соплах в 1,5 раза выше. Размер щели главного обдувочного сопла 0,6±0,01 мм. Вспомогательное сопло имеет скошенную щель шириной 0-0,8 мм и устанавливается с малой шириной щели к оси полосы. Вспомогательные сопла расположены над главными и могут скользить на них в обоих направлениях, положение вспомогательных сопел регулируется автоматически с помощью фотоэлементной системы детектирования положения кромок полосы.

Возможны и несколько отличные от описанных размеры и форма щели сопел. Для выравнивания давления газа по ширине сопел размеры щели делают переменными с увеличением сечения от середины к краям в среднем на 0,2-0,3 мм, а иногда и более (1,5 в центре и до 2,5 мм у кромок полосы). Высота расположения сопел над зеркалом расплава чаще всего составляет 150— 350 мм. Расстояние от сопла до защищаемой полосы в газовых ножах регулируют в пределах 10-50 мм.

На АНГЦ-1 ОАО НЛМК оцинкованную полосу с дифференцированным по толщине защитным покрытием получают путем Подбора оптимального расстояния между полосой и соплом, обеспечивающим получение покрытия заданной массы. Для этого с каждой стороны полосы на определенном расстоянии индивидуально устанавливают струйные сопла. При этом давление воздуха в соплах с обеих сторон полосы одинаковое. С изменением скорости движения полосы изменяют давление воздуха в соплах.

Аппарат для получения покрытия с минимальным узором кристаллизации цинка на АНГЦ-1 ОАО НЛМК смонтирован на боковой стенке печи отжига покрытия. Тип аппарата — распылительный. Распылительные пневматические сопла расположены на коллекторах, которые имеют боковое н вертикальное смещение. Аппарат оборудован баком вместимостью 1000 л, циркуляционным насосом и системой отсоса паров. Производство металла с мелким узором кристаллизации цинка осуществляется путем обработки незатвер- девшего покрытия водяным туманом, содержащим фосфаты натрия и аммония.

Печь отжига покрытия предназначена для получения покрытий из железоциикового сплава. Полоса из ванны цинкования поступает в зону равномерного нагрева печи отжига, обогреваемой сжиганием газообразного топлива, и выдерживается при заданной температуре. Печь состоит из корпуса, футерованного изоляционными огнеупорами, нагревательного устройства в зоне непосредственного обогрева полосы, аппарата выпуска отходящих газов в зоне выдержки и ходовой тележки для передвижения печи. Система нагрева: непосредственный обогрев полосы горелками панельного типа, смонтированными на стенках зоны нагрева. Число горелок 72 с тепловой мощностью каждой 209,3 МДж/ч. Температура термической обработки низкоуглеродистой стали находится в интервале 454,4—648,8°С, время отжига 10-20 с. Для стали, содержащей титан и хром, оптимальная температура отжига 600°С при длительности 10-30 с.

Схема расположения оборудования дрессировочно-правиль- ного агрегата (а) и правильно-тянущей станции (б) АНГЦ-1 ОАО НЛМК

Рис. 162. Схема расположения оборудования дрессировочно-правиль- ного агрегата (а) и правильно-тянущей станции (б) АНГЦ-1 ОАО НЛМК [141]: 1 — оцинкованная полоса; 2 — прижимной ролик; 3 — входная натяжная станция; 4 — ролик для устранения деформаций полосы; 5 — дрессировочный стан; 6 — ролики для протирания рабочих валков; 7 — промежуточная натяжная станция; 8 — правильно-тянущая машина; 9 — выходная натяжная станция; 10 — рабочие гибочные валки; 11 — рабочий правильный валок; 12 — опорные ролики; 13 — направляющий ролик; 14 — поддерживающие ролики

Дрессировочно-правильные агрегаты предназначены для придания оцинкованной полосе необходимой планшетности, улучшения качества поверхности, устранения узора кристаллизации цинка и повышения механических свойств металла. Схема дрессировочно-правильного агрегата АНГЦ-1 ОАО НЛМК показана на рис.162.

Дрессировочная клеть состоит из собственно четырехвапковой клети, ролика для предотвращения деформаций, роликов для протирания валков, гидроцилиндров профилирования (изгиба) рабочих валков и устройств для перевалки валков. Максимальный диаметр рабочих валков 390 мм, опорных — 800 мм, длина бочки рабочих и опорных валков 2100 мм. Ролик для устранения деформаций предназначен для предотвращения гофрирования полосы, а также для установки уровня прохода при перевалке валков.

Долгое время на дрессировочной клети АНГЦ-1 система приготовления и подачи СОЖ отсутствовала. Так как цинковый слой на поверхности холоднокатаной полосы является достаточно мягким и быстро налипает на валки, то при дрессировке оцинкованного проката в линиях АНГЦ-1 и позже введенном в эксплуатацию АНГЦ-3 (техническим проектом в этом агрегате была предусмотрена рециркуляционная система подачи обессоленной воды) применили дрессировку с увлажнением оцинкованной полосы умягченной (обессоленной) водой, подаваемой на входе дрессировочной клети между рабочими валками и полосой (сверху и снизу полосы), а также между верхним рабочим и верхним опорным валками.

Использование такого способа дрессировки на рабочих валках с исходной шероховатостью 2-5,5 мкм позволяет получить оцинкованный прокат с шероховатостью поверхности полосы Ra до 1,7 мкм. Однако на практике шероховатость полосы Ла- 0,8-1,1 мкм обеспечивается при наработке на рабочих валках дрессировочной клети не более 80 км, интенсивно снижаясь при дрессировке первых 3-4 рулонов.

Недостаточная смазывающая способность воды вызывает налипание частиц цинка на поверхность рабочих валков, провоцирующих возникнове- ние отпечатков на полосе. Включение в работу протирочных щеток для удаления с валков налипших частиц цинка приводит к снижению шероховатости валков за счет абразивного истирания их поверхности и, как следствие — к снижению шероховатости полосы.

С целью уменьшения налипания цинка на рабочие валки дрессировочных клетей, улучшения качества поверхности оцинкованного проката, в 2007 г. на ОАО HJJMK на АНГЦ-1 и АНГЦ-3 начали освоение дрессировки с применением смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) «GeroIub-980» (фирмы «Henkel», Германия).

Установка для приготовления и подачи СОЖ на входные коллекторы дрессировочной клети разработана и создана специалистами ОАО HJTMK в 2006-2007 гг. Она состоит из бака хранения воды, бака хранения концентрата СОЖ, расходного бака, дозирующего насоса, подающего насоса, отсечного электромагнитного клапана (для отсечки подачи СОЖ на дрессировочную клеть), электромагнитного клапана на подаче воды в емкость хранения воды, трубопроводов и запорной арматуры.

Подачу воды в бак хранения воды и его наполнение производят открытием электромагнитного клапана от системы автоматики по показанию датчика нижнего уровня, установленного на емкости хранения воды. Сигнал на закрытие клапана выдается в схему управления клапаном от датчика верхнего уровня, расположенного на емкости хранения воды. Заполнение расходного бака осуществляют запуском дозирующего насоса.

Подача эмульсии на входные коллекторы дрессировочной клети осуществляется включением подающего насоса при открытом отсечном клапане. Распыляясь через форсунки коллекторов, эмульсия смачивает рабочие и опорные валки, образуя защитную антиадгезионную пленку на поверхности валков, препятствующую налипанию цинка на их поверхность. В выходную зону клети для промывки поверхности валков от цинковой пыли, налипшей на поверхность смоченных эмульсией валков, подается под давлением обессоленная вода. Расход воды регулируют открытием-закрытием вентиля на трубопроводе подачи воды. Насос отключается автоматически при снижении уровня эмульсии ниже точки срабатывания нижнего датчика уровня эмульсии в расходном баке.

Поскольку на АНГЦ-3 имелась рециркуляционная система подачи обессоленной воды, то она и была использована для работы с СОЖ. Концентрат СОЖ добавляют в чистовой отсек рециркуляционной емкости, смешивают с водой в заданной пропорции, выдерживают для усреднения концентрации СОЖ в различных частях системы.

В качестве СОЖ используют 2,5-5% эмульсию (рН = 9,3-9,5) концентрата СОЖ «Gerolub-980» в воде.

Результатом внедрения новой технологии дрессировки оцинкованного проката с применением смазочно-охлаждающей жидкости «Gerolub-980» явилось улучшение внешнего вида цинкового покрытия, внешнего вида и свойств лакокрасочного покрытия на цинковой основе, продление срока службы валков, сокращение несоответствующей продукции, полученной во время перевалки рабочих валков (металл без дрессировки) и уменьшение выхода несоответствующей продукции по отпечаткам, связанным с налипанием цинка на валки. Новая технология дрессировки позволила решить задачу стабилизации шероховатости поверхности горячеоцинкованных полос при производстве оцинкованного листа по заказам иностранных автомобильных концернов [144].

Правильно-тянущая машина, установленная в линии АНГЦ-1 (см. рис. 162), служит для правки полосы. Машина четырехвалковая с опрокидыванием крышки корпуса в заднюю сторону, рабочие ролики опираются на опорные. Диаметр рабочих роликов 40 мм, длина 2100 мм.

Следующие операции — пассивация поверхности цинкового покрытия, обдув, струйное охлаждение полосы.

Выходной участок АНГЦ-1 включает петлевой накопитель, обрезку полосы с отбором проб на ножницах и смотку полос на моталках.

Проведенная реконструкция АНГЦ-1 и отработка скорректированной технологии позволили организовать производство автолиста с цинковым покрытием категории вытяжки ОСВ и ВОСВ из сверхнизкоуглеродистых марок стали типа IF.

Применяют и другие наборы оборудования и разновидности технологических процессов горячего цинкования полос. t

В ряде случаев операции очистки холоднокатаной полосы перед оцин- кованием производят в отдельном агрегате.

Так, в работе описан участок очистки поверхности полосы, имеющий следующее оборудование: устройство для обработки полосы щелочью, машина для очистки поверхности полосы щетками, ванны для электролитической очистки и ванны каскадного типа для многократной промывки полос. Участок снабжен подогревательным устройством. Применение каскадной системы движения растворов в ваннах позволяет снизить расход воды. В случае применения в качестве покрытия гальванила и последующего использования оцинкованного металла в автомобильной промышленности, на этом участке располагают травильный агрегат для удаления с поверхности полосы возможных отложений оксида титана перед отжигом В состав агрегата входят травильные ванны, отжимные ролики, щеточная машина, зона каскадной промывки полосы, устройство для отсоса испарении, циркуляционная установка и устройство сушки полосы.

Требуемые механические свойства оцинкованного металла получают применением отжига холоднокатаных полос при температуре 700-850°С (в зависимости от марки стали).

Современные агрегаты для производства оцинкованной полосы с высокими требованиями к качеству поверхности, особенно полосы с покрытием типа гальванил, оборудованы вертикальными печами, так как такая поверхность может быть получена только в печи этого типа. Еще одним преимуществом вертикальной печи является обеспечение исключительно высокой планшетности полосы, выходящей из вертикальной печи. В высокопроизводительных установках с максимальной скоростью движения полосы около 200 м/мин вертикальная печь также превосходит горизонтальную за счет относительно меньшей длины (занимаемой площади) и лучших условий прохождения полосы.

Вертикальные печи, как правило, состоят из зоны подогрева, зоны нагрева, зоны выравнивания температур (томильной зоны), зоны медленного охлаждения и зоны быстрого охлаждения. Эти печи оборудованы системами точного и полностью автоматического управления различными режимами нагрева, учитывающими также изменения марки стали, размеров полосы и скорости установки в целом. Зона нагрева имеет два варианта исполнения: нагрев радиационными трубами или прямой нагрев. Обе системы хорошо зарекомендовали себя на практике для получения полосы требуемого качества. Благодаря меньшей длине и прохождению только одной ветви полосы в зоне нагрева печь с прямым обогревом характеризуется более быстрым срабатыванием при изменениях размеров полосы и режима термической обработки, а также лучшим поведением полосы в зоне нагрева. Эффект очистки полосы из печи с прямым нагревом в достаточной степени удовлетворяет большинство требований, предъявляемых к качеству поверхности. Для полосы, используемой в автомобильной промышленности, очистка перед входом в печь обязательна.

Для установок, которые предназначены для нанесения нескольких различных покрытий, применяют несколько травильных ванн. Такие установки оборудованы или одним устройством для смены ванн, или двумя различными выходами из печи, то есть полоса выходит из печи в двух плоскостях.

На современных установках горячего цинкования применяют исключительно ванны с индукционным обогревом. Существуют ванны прямоугольного сечения с индукторами, расположенными по бокам, и круглые ванны с индукционными катушками по окружности. В зависимости от требований к применяемым покрытиям возможны следующие варианты расположения ванн:

. стационарное расположение с возможностью расширения для монтажа подвижного устройства для нанесения покрытия;

—   центральное расположение с возможность перемещения ванны без ванны предварительного плавления. Такой вариант позволяет работать с двумя или максимально тремя перемещаемыми ваннами. Расплавление покрытия осуществляется в ванне, которая в этот момент не используется для работы. В ваннах круглого сечения расплав содержится в горячем состоянии, если одна из рабочих ванн в это время должна быть опорожнена;

расположение с возможностью перемещения и с ванной для предварительного расплавления (рис.163, а). В этом случае тоже можно работать с двумя или тремя ваннами. Цинк или гальфан плавят в рабочей ванне, которая в этот момент не используется для нанесения покрытия, а алюминий и гальва- люм расплавляют в отдельной ванне (предварительного расплавления). В ван- нах круглого сечения расплав сохраняется в горячем состоянии, когда одну из рабочих ванн необходимо опорожнить;

Расположение ванн горячего цинкования с возможностью перемещения и ванной предварительного расплавления (я); с последовательным стационарным расположением ванн

 

Рис 163. Расположение ванн горячего цинкования с возможностью перемещения и ванной предварительного расплавления (я); с последовательным стационарным расположением ванн (б)

—   последовательное стационарное расположение без ванны для предварительного расплавления (рис.163, б). Используют попеременно две расположенные одна за другой рабочие ванны. Каждую из них используют выборочно. Если используют первую ванну, то часть печи между обеими ваннами должна быть убрана. В круглых ваннах металл сохраняется в горячем состоянии, когда одну из рабочих ванн необходимо опорожнить;

—   стационарное последовательное расположение с ванной для предварительного расплавления. В этом случае цинк или гальфан расплавляют в рабочей ванне, которая в этот момент не используется для нанесения покрытия. Алюминий и гальвалюм расплавляют в отдельной ванне. В ваннах круглого сечения расплав сохраняется в горячем состоянии, когда одну из рабочих ванн необходимо опорожнить. Последовательное расположение ванн применяют на установках с горизонтальными печами.

Кроме указанных вариантов расположения существует еще несколько

схем.

Количество образующегося в ваннах шлака прямо пропорционально качеству поверхности оцинкованной полосы. Чем выше скорость движения полосы в установке и чем тоньше полоса, тем больше образуется шлака. Для решения проблемы шлака на некоторых установках предусмотрены устройства для его утилизации. При этом к шлаку добавляют соответствующий флюс. В результате реакции чистый оксид цинка растворяется, а металлический цинк осаждается и его можно вернуть в технологический процесс. Опыт работы показывает, что при реакции между шлаком, флюсом и защитным газом, содержащим менее 13% кислорода, не происходит горения и не выделяется белого дыма. Устройство для утилизации шлака состоит из главной станции обработки, емкости для обработки золы и очистительной башни [142].

Для получения постоянною по толщине покрытия применяли, а во многих случаях и сейчас применяют воздушные ножи. Регулировку их производят вручную. Для стабилизации хода полосы на участке между ванной с расплавом и воздушными ножами применяют стабилизирующие ролики (обычно два).

В настоящее время для снятия излишков покрытия применяют азот вместо воздуха, что в сочетании с улучшенными условиями регулирования позволяет получать минимальную толщину покрытия при высоких скоростях полосы и при поддержании узких допусков по толщине. Еще одним преимуществом применения газообразного азота является повышение качества поверхности покрытия. Регулирование параметров работы этих устройств осуществляют через контур автоматического регулирования в зависимости от результатов измерения толщины покрытия.

Существуют различные мнения о месте расположения прибора для измерения толщины покрытия. Предпочтительно его размещать непосредственно над ножами, то есть в горячей зоне, что сокращает время срабатывания при регулировании толщины покрытия.

Для регулирования массы покрытия с высокой точностью на большинстве установок предусмотрен дополнительный прибор для замера утолщенного покрытия. В контуре регулирования в первую очередь корректируют давление воздуха и, если этого недостаточно, расстояние между соплом и полосой. Расстояние между поверхностью расплава и соплом выбирают заранее в соответствии со скоростью полосы и толщиной покрытия.

Применение в качестве покрытия гальванила преимущественно используют на установках горячего цинкования в Японии. Эта продукция пред- назначена, главным образом, для автомобильной промышленности. В США и Европе доля листов с покрытием, нанесенным по технологии гальванил, относительно мала. Однако большинство новых установок горячего цинкования оборудуют печами для нанесения такого покрытия, чтобы удовлетворять спрос на эту продукцию в будущем, в особенности со стороны автомобильной промышленности и предприятий, изготавливающих детали и комплектующие изделия для автомобилей (рис.164).

Дополнительное устройство для получения материала с покрытием по технологии «гальванил» в линии горячего цинкования

Рис. 164. Дополнительное устройство для получения материала с покрытием по технологии «гальванил» в линии горячего цинкования: 1 — печь отжига; 2 — ванна горячего цинкования; 3 — сопла регулирования толщины покрытия; 4 — дополнительная печь

 

Обычно масса покрытия сплава цинк-железо, нанесенного по технологии гальванил, составляет 160-180 г/м2; покрытие является двусторонним и в его наружном слое содержится 8-12% Fe. Сплав получается в результате нагрева полосы после цинкования примерно до 550°С, причем полоса при этой температуре выдерживается определенное время. Длительность выдержки зависит от массы покрытия, содержания алюминия в цинковой ванне и марки стали.

Для получения сплава можно использовать печь, отапливаемую непосредственно газом или индукционную печь, состоящую из нескольких секций. Возможно и сочетание печей этих двух типов, при котором индукционная часть служит для нагрева, а другая часть — для выдержки. Индукционный нагрев по сравнению с газовым позволяет более точно регулировать температуру при более коротком времени срабатывания системы. По этой причине на новых установках горячего цинкования все в большей степени используют индукционный нагрев.

В работе  акцентировано внимание на особенностях работы дрессировочных станов, предназначенных для обработки полос с существенно отличающимися механическими характеристиками металлической основы.

В этом случае дрессировочный стан предназначен для получения материала с требуемыми шероховатостью и качеством поверхности, а также с оптимальными механическими свойствами. Эти требования трудно выполнимы одновременно, а дрессировочные станы должны иметь возможность работать в больших, чем для обычных дрессировочных станов, диапазонах изменения силы прокатки и величины относительных обжатий.

Так, для высокопрочных сталей с стт = 320 Н/мм2 относительное обжатие дают 1-1,5%, а для микролегированной стали IF с от= 140-160 Н/мм2 обжатие должно быть <0,3% и при этом все требования по планшетности и шероховатости должны быть выполнены. Поэтому при выборе дрессировочного стана должны быть увязаны между собой диаметры валков, сила прокатки, режим натяжения полосы и возможности гидравлических систем.

В комплексе с дрессировочным станом работает и установка правки растяжением, имеющая правильные и изгибающие узлы (см. рис.157). Установки этого типа обычно имеют два блока роликов. В первом блоке (с изгибающими роликами) производят правку полосы, а во втором (с корректирующими роликами) предотвращается или исправляется серповидность, которая может возникнуть при правке. Ролики обоих блоков размещают в кассетах.

Выходной участок агрегата имеет традиционное оборудование для маркировки, контроля качества продукции с осмотром верхней и нижней поверхности полосы, дисковые и кромкокрошительные ножницы. Возможна установка устройства электростатического промасливания полосы. Готовые полосы сматывают в рулоны с помощью моталок.

В зарубежной практике оцинкованный лист повышенной прочности получают чаще всего из сталей, содержащих до 0,25% С и до 1,5% Мп, полосы подвергают термическому обезжириванию и отжигу при температурах соответственно 595-705 и 568-576°С в печи агрегата горячего цинкования. Для цинкования листов повышенной прочности и с хорошей штампуемостью используют стали с добавками титана, ванадия и ниобия, после отжига их в течение 60 с при 700-850°С с резким охлаждением до 450°С .

Производство оцинкованной листовой стали с повышенными прочностными свойствами было освоено и в Советском Союзе на АНГЦ Череповецкого металлургического комбината (ныне ОАО «Северсталь») для предприятий строительной промышленности. Освоено производство упрочненного оцинкованного металла из марок стали Ст1кп, Ст2кп, Ст1пс, Ст2пс толщиной 0,6- 0,8 мм, шириной 1100-1250 мм. Получены свойства 333 МПа; св= 372- 539 МПа. При этом производили отжиг с частичной рекристаллизацией металла при температуре в зоне выдержки печи 730-780°С. Дрессировку производили с относительным обжатием 0,5-1,5%.

Аналогичные исследования были выполнены и на Мариупольском металлургическом комбинате им.Ильича. Оцинкованный лист с повышенными прочностными свойствами получали из стали марок СтЗкп и Ст1кп. Получены свойства ств = 480-650 МПа. При этом частично рекристаллизированную структуру металла получали при температуре 550-560°С для стали марки СтЗкп и 530-540°С — для Ст1кп.

В последние годы достаточно интенсивно продолжают вводить в действие агрегаты горячего цинкования, которые начали было вытесняться агрегатами электролитического цинкования. Основная причина — ужесточение требований по повышению стойкости автомобильных кузовов к атмосферной коррозии. Применение горячего цинкования позволило увеличить массу покрытия, а в сочетании с применением в качестве основы сверхнизкоуглероди- стых сталей (<0,01% С) типа IF это обеспечило получение покрытия с массой 40-60 г/м2 (технологию обозначают GA). Листовая сталь, полученная по технологии GA, отличается высокой стойкостью к атмосферной коррозии (гарантированные 10 лет отсутствия сквозной коррозии и 5 лет ржавчины при внешнем осмотре), хорошей штампуемостью и свариваемостью.

Следует отметить и еще одну тенденцию последних лет — существенное расширение сортамента сталей, используемых в качестве основы для получения оцинкованных полос. Нами уже упомянута сталь IF со сверхнизким содержанием углерода, основная же тенденция — применение высокопрочных сталей с временным сопротивлением до 980 Н/мм2. Так, в качестве примера, в табл.65 приведены показатели прочности и методы упрочнения ста- пей, разработанные фирмой «Kawasaki Steel».

Таблица 65

Высокопрочные стали, разработанные фирмой «Kawasaki Steel» для производства горячеоцинкованных полос

Временное сопротивление, Н/мм2

Виды продукции

Легирующие элементы и виды упрочнения сталей

440

Горячекатаная оцинкованная отожженная сталь

С, Мп, упрочнение твердого раствора

Холоднокатаная оцинкованная отожженная сталь

590

Горячекатаная оцинкованная отожженная сталь

Низкоуглеродистая сталь, Ti, Nb, дисперсное упрочнение

Холоднокатаная оцинкованная отожженная сталь

Низкоуглеродистая сталь, Ti, Nb, дисперсное упрочнение, упрочнение мартенситным превращением (двухфазное)

780

Холоднокатаная оцинкованная отожженная сталь

Ti, Nb, дисперсное упрочнение, упрочнение мартенситным превращением (двухфазное)

980

Холоднокатаная оцинкованная отожженная сталь

Упрочнение мартенситным превращением (двухфазное)

Для повышения механических свойств увеличивают содержание в ста- 1Ях углерода и вводят легирующие добавки: марганец, титан, ниобий, кремний, фосфор, а также используют различные виды упрочнений. Из табл.65 видно, что в качестве основы оцинкованной стали используют не только холоднокатаные, но и горячекатаные полосы. Это стало возможным по двум основным причинам — существенное повышение качества горячекатаных полос по всем показателям и производство горячекатаных полос толщиной 1,2 мм и менее, вплоть до 0,8 мм.

* * *

В работе приведены данные по объемам производства оцинкованного листа, произведенного по технологии электролитического и горячего покрытия (рис.165). Из рисунка видно, что объемы производства листа электролитического цинкования, начиная с 1985 г. находятся примерно на одном уровне, а горяче-оцинкованного после 2000 г. начали расти, и автор работы предсказывает и дальнейший его рост при условии улучшения качества отделки его поверхности. Этим объясняется достаточно интенсивное введение в действие новых и реконструкция действующих АНГЦ.

Фирма «An Feng Steel Corp.» (Тайвань) ввела в действие в конце 90-х годов прошлого века цех холодной прокатки листал: НТА, объединенном со станом холодной прокэтки, отжигом рулонов в колпаковых печах, дрессировочным станом, АНГЦ, линией правки и агрегатом упаковки.

Гзрячее цинкование полос

Техническая характеристика НСХП Размеры подката, мм:

толщина……………………………………………. 1,5-6

ширина…………………………………………… 950-1550

Размеры холоднокатаных полос, мм:

толщина………………………………………….. 0,22-3,2

ширина…………………………………………… 930-1537

Масса рулона, т…………………………………….. до 25

Число клетей…………………………………………… 5

Тип клетей…………………………………………… кварто

Размеры валков, мм:

опорных:диаметр бочки……………………. 1420

длина бочки…………………………………….. 1676

рабочих:

диаметр бочки……………………………….. ..585

длина бочки……………………………………… 1676

Общая мощность главного привода, кВт………           26600

Скорость прокатки, м/с………………………………           30,8

НСХП оборудован противоизгибом рабочих валков, устройством осевой сдвижки валков, секционным охлаждением рабочих валков. Для смотки полос применена карусельная моталка.

Техническая характеристика АНГЦ [146]

Размеры обрабатываемых полос, мм:

толщина…………………………………………. 0,4-4,5

ширина…………………………………………. 610-1550

Масса рулона, т……………………………………. <25

Максимальная скорость движения полосы, м/с         1,67

Масса покрытия (на обе стороны), г/м3… 100-600

Годовая производительность, тыс.т……….. 300

В АНГЦ обрабатывают холоднокатаные полосы из рядовых, конструкционных и высокопрочных сталей.

Входная секция оснащена традиционным оборудованием. Для травления металла предусмотрены ванны малой глубины с кирпичной футеровкой и резиновой облицовкой. Натяжение полосы настраивается автоматической системой так, чтобы зазор между полосой и дном ванны оставался постоянным. В печи за четырьмя зонами нагрева и зоной выдержки имеется три зоны струйного охлаждения. Технологический режим АНГЦ должен обеспечить в пределах 249,8-632,2 МПа (в зависимости от марки стали). Для дрессировки полос применен двух клетевой стан с клетями кварто и параметрами, аналогичными НСХП.

На линию обрезки боковых кромок и правки полосы поступают рулоны как с АНГЦ, так и с дрессировочного стана.

Одним из примеров реконструкции АНГЦ может служить агрегат, веденный в эксплуатацию в 1991 г. на предприятии фирмы «Voest Alpine Stahl» (Австрия). Его реконструкция была сделана в 1997 г. После реконструкции на агрегате выпускают полосы толщиной 0,3-1,5, шириной 700-1800 мм. Максимальная скорость движения полосы 2,5 м/с, производительность 350 тыс.т/год, удельная масса покрытия 60-350 мг/м2, покрытие — гальфан. Реконструкция коснулась всех участков агрегатов. Наиболее значимые из них.

Применена печь для отжига вертикального типа с возможностью отжига рядовых, предназначенных для глубокой и весьма глубокой вытяжки и высокопрочных марок стали. В печи установлены ролики со специальным профилем и с керамическим покрытием, которые предотвращают возникновение волнистости и задиров полосы. Участок цинкования оснащен двумя передвижными ваннами, для регулирования толщины покрытия используются специальные ножи новой конструкции, в дрессировочноилстане возможно использование валков двух размеров. Для защиты полосы от «белой ржавчины» предусмотрена установка для нанесения на нее хромового покрытия методом напыления. Технологическим процессом управляет автоматическая система.

В России в последние годы наращиваются мощности по производству оцинкованного автолиста. В начале главы 8 был отмечен ввод в действие на ОАО ММК в 2002 г. нового агрегата для производства горяче-оцинкованного автомобильного листа, в том числе «гальванила». Проектная мощность агрегата 500 тыс.т/год торячеоцинкованного проката размерами 0,4-2×1000- 1650 мм разнообразного назначения: общего, для холодного профилирования, под окраску, для штамповки, способности к вытяжке от весьма глубокой до весьма особосложной, высокопрочного, с железоцинковым покрытием. При этом производство проката способностей к вытяжке ОСВ и ВОСВ должно составлять 100 и 70 тыс.т в год соответственно [148].

Оборудование АНГЦ поставлено фирмой «Danieli». Состав оборудования агрегата традиционно разделен на входную, технологическую и выходную секции, между которыми расположены два вертикальных накопителя полосы вместимостью по 430 м. Во входной секции смонтированы два разматывателя и устройства для задачи передних концов рулонов массой до 35 т, ножницы двойного реза для подготовки концов к сварке, сварочная машина с обкаткой шва, получаемого с минимальным перекрытием 3-5 мм в автоматическом режиме. Одну из команд на сварку отдают два толщиномера, определяющие толщину стыкуемых концов. Получение качественных швов обеспечивается при максимальной разнице толщин, равной 25% меньшей толщины, и при максимальной разнице ширин 300 мм. Важным техническим решением является размещение во входной секции узла предварительной очистки поверхности полосы от загрязнений, образующихся при холодной прокатке, методом химической очистки: погружение в щелочной раствор, обработка в ще- точно-моечной машине с подачей на полосу горячего щелочного раствора, струйная промывка горячей водой и сушка полосы горячим воздухом. Такую очистку проводят для того, чтобы исключить загрязнение всех роликов, особенно входного накопителя, в котором их восемнадцать ( десять подвижных и восемь неподвижных для создания двадцати петель), натяжных, отклоняющих и центрирующих. После входного накопителя размешается узел основной очистки поверхности с блоками щелочной химической и электрохимической обработки, сушильно-.моечными агрегатами, емкостью для промывки распылением перед сушкой. Все растворы приготавливают на деминерализованной воде, для чего смонтирована специальная установка производительностью 30 mj/4. Оба узла очистки имеют замкнутые системы циркуляции.

Основное оборудование технологической секции: печь для химико-термической обработки полосы, узел нанесения покрытия, установка для его термической обработки, башня охлаждения и закалки, четырехвалковая клеть для мокрой дрессировки, изгибно-растяжная машина, секция струйного хромати- рования (пассивации), кромкообрезные ножницы с устройством сплющивания заусенцев, установка электростатического промасливания.

Вертикальная протяжная печь имеет три секции: нагрева, выдержки и охлаждения для термической обработки холоднокатаного проката в атмосфере защитного i-азн с содержанием водорода до 15%. В первых двух секциях, имеющих семь и две зоны регулирования температуры соответственно, полосу нагревают с помощью газовых W-образных радиационных труб. В последней секции полоса обрабатывается с помощью блоков струйного охлаждения, но в ней имеются и электронагреватели для поддержания технологической температуры в процессе запуска или кратковременных остановок. Для контроля положения полосы относительно осевой линии имеются три следящие системы с датчиками по инфракрасному излучению (по контрасту полосы) перед двумя электронагревателями, расположенными в каждой из трех секций печи. Сигналы от них передаются в электронную систему, которая при необходимости дает команду центрирующему устройству. Для визуального контроля оператором предусмотрены еще четыре телекамеры, видеосигнал с которых поступает на монитор главного поста.

Температурные режимы обработки полос из разных сталей и разного назначения обеспечиваются автоматически по специальной программе по сигналу от пирометров, установленных в конце каждой секции печи, и от термопар, размещенных в каждой зоне вблизи проходящей полосы. Адгезия покрытия обеспечивается химическим и электрохимическим обезжириванием в узлах предварительной и окончательной очистки, которые по проекту должны справляться с загрязненностью не более 800 мг/м’, а также восстановлением оксидов в защитной атмосфере печи, в которой допускается содержание кислорода не более 20 ррш и влажность не выше -20°С (по точке росы). Выходной желоб, по которому полоса попадает в расплав цинка, снабжен пневматическим поршневым устройством для герметизации рабочего пространства печи во время кратковременных остановок, и системой азотной завесы для исключения подсоса цинковых паров в печь.

Узел нанесения покрытия включает в себя две индукционные керамические ванны цинкования емкостью по 180 т. В первой ванне расплав на основе цинкалюминиевых сплавов ЦАО, ЦАОЗ, ЦАОА с добавкой сурьмы в виде ци1 ис-сурьмянистого сплава ЦсуА (с алюминием) и Цсу (без алюминия). Этот состав расплава используется для получения покрытия с узором кристаллизации.

Во второй (сменной) ванне наводится расплав без сурьмы. Он предназначен для получения покрытия без узора кристаллизации под окраску, а для последующего отжига покрытия в расплаве снижают содержание алюминия. Таким образом, для получения покрытий разных типов предусмотрено пять комбинаций режимов работы сменных ванн, узла термической обработки покрытия и дрессировочной клети. Замена ванн происходит в течение 1 ч.

Толщина и равномерность покрытия на выходе полосы из расплава обеспечиваются изменением расхода воздуха в установке струйного регулирования («воздушные ножи») фирмы «Fontaine» по данным непрерывных замеров сканирующей микропроцессорной рентгеновской системы, установленной после закалочного бака (в «холодной» зоне). С помощью этой установки получают покрытия массой от 75 до 570 г/м2 (на обе стороны) или от 5,3 до 40 мкм (на одну сторону).

Получение железоцинкового покрытия обеспечивается отжигом в процессе индукционного нагрева полосы до 480-525°С после выхода из ванны на высоте около 8 м. Выдержка при этой температуре в течение 6-10 с осуществляется в вертикальной печи, расположенной над индуктором (процесс «Galvanneal»). При этом за счет реактивной диффузии, преимущественно железа, в покрытие массой 75-180 г/м2 происходит образование интерметаллических соединений FeZn3, FeZn7, FejZn21. Качественное железоцинковое покрытие без чешуек на поверхности должно состоять преимущественно из фаз FeZn7 и Fe5Zn21> причем оптимальное соотношение содержания фаз должно быть на уровне 10:1. Общее содержание железа в покрытии должно составлять 9-12% без чистого цинка на поверхности. Максимальная скорость движения полосы при этой операции — не более 120 м/мин.

После формирования покрытия с последующим отжигом и без него полоса попадает в блоки струйного охлаждения для полной кристаллизации до верхнего отклоняющего ролика, расположенного на высоте 52 м от уровня пола цеха. После дальнейшего охлаждения на воздухе до температуры не более 170°С полоса проходит через закалочный бак с деминерализованной водой и затем просушивается горячим воздухом в V-образных коллекторах.

После выхода из башни охлаждения полоса, имеющая температуру не более 50°С, при необходимости подвергается дрессировке в четырехвалковой клети с опорными приводными валками с подачей в очаг деформации смазочно-охлаждающей жидкости (мокрая дрессировка). В состав СОЖ входит деминерализованная вода и 10-50 г/л средства «Gerolub-980» фирмы «Henkel». Такая эмульсия, приготовленная в специальной системе и содержащая поверхностно-активные вещества (ПАВ) и органический ингибитор коррозии, предотвращает налипание частичек цинка на рабочие валки и обеспечивает их хорошую очистку с помощью щеток, установленных на выходной стороне клети. Степень обжатия изменяется от 0,3 до 1,8%, натяжение — от 57 до 70 Н/ мм’ в зависимости от назначения проката. На выходе из клети предусмотрен сДув СОЖ и установлена моечная машина с сушкой для удаления ее следов с поверхности полосы. Для улучшения плоскостности предусмотрена правка полосы в изгябно-растяжной машине с суммарной деформацией не более 2% и подачей тонко распыленной деминерализованной воды.

От коррозии (белой ржавчины) покрытия защищаются благодаря пассивации или промасливанию. При химической пассивации распыляют расгвор (в настоящее время на основе средства «Passerite-225w» фирмы «Henkel») температурой 30±5°С, удаляют его излишки и сушат полосу. Промасливание проводится в выходной секции, в которую полоса попадает после выходного накопителя, обрезки кромок (при необходимости), сплющивания заусениев и прохождения участка контроля поверхности с помощью вертикальных зеркал, контроля плоскостности, толщины и ширины. Электростатическое промасливание проводится при напряжении поля до 2 кВ консервационным маслом, имеющим при распылении температуру до 70°С. При этом в соответствии с заданием масса масляной пленки может регулироваться в пределах 0,5-2 г/м2 с каждой стороны полосы. Возможно нанесение масляной пленки разной массы на каждую сторону либо одностороннее промасливание. Конечной операцией на АНГЦ является смотка полос в рулоны массой от 5 до 35 т с внутренними диаметрами 508 или 610 мм на две моталки, оборудованные системой коррекции положения кромок с точностью ±1 мм.

В процессе прохождения полосы по агрегату, длина которой при полностью заполненных накопителях равна около 2 км, выполняется ее автоматическое центрирование относительно продольной оси на разматывателях и моталках с помощью пяти двухроликовых и двух однороликовых центрирующих устройств. Обвязанные одной упаковочной лентой рулоны краном подаются на линию упаковки или на агрегат поперечной резки для получения листов длиной от 1500 до 6000 мм. Для аттестации всей гаммы продукции АНГЦ и проведения исследований приобретено новое лабораторное оборудование, в том числе разрывные машины «Zwick-ЮО», прибор тлеющего разряда GDA- 750 фирмы «Spectro» для послойного анализа покрытия и др.

В настоящее время на ОАО ММК производят горячеоцинкованный прокат для холодного профилирования, под покраску (с «минимальными блестками», что обеспечивается определенным составом расплава цинка и дрессировкой) и для штамповки, освоена сквозная технология производства горяче- оцинкованного проката категории вытяжки ВОСВ из IF-стали, а также оцинкованного проката по требованиям ASTM А653М и EN 10142.

Аналогичный АНГЦ ОАО ММК введен на ОАО НЛМК, который также поставлен фирмой «Danieli».

На ОАО «Северсталь» в 2004-2005 г.г. введен в действие агрегат горячего цинкования для производства оцинкованного автолиста по лицензии фирмы «Arcelor».

В 1998 г. на ОАО «ИСПАТ-Кармет» введен в эксплуатацию агрегат АНГА-1700, предназначенный для производства полос с цинковым и алюмо- цинковым покрытием методом горячего погружения стальных холоднокатаных полос в ванны с расплавом покрытий [149]. Особенностью производства является использование холоднокатаных полос как с НСХП-1700, так и с НСХП-1400. При этом к подкату для АНГА-1700 сформулированы следующие требования: шероховатость 0,7-1,5 мкм, загрязненность поверхности полосы <800 мг/м2, неплоскостностъ <10 мм. Прототипом разработанной сквозной технологии послужила технология производства стальной основы для изготовления белой жести.

Комплексная технология включила в себя регламентированный режим выплавки стали в конвертере, обеспечивающий необходимую окисленность металла при выпуске; режим раскисления стали, снижающий склонность ее к вторичному окислению; ужесточение контроля технологии вследствие оценки качества слитков по категориям; использование специально подобранной стартовой засыпки канала сталеразливочного ковша, центрирующих устройств, более качественных шиберных пят, зашита поверхности слитка; оптимизированные режимы нагрева металла в колодцах и зачистка металла. Кроме того, максимально возможные объемы кипящих сталей были заменены полуспокойными. Внедрение этих мероприятий позволило существенно улучшить качество слитков и получаемых из них слябов. Была введена промежуточная оценка качества металла на соответствие пригодности к цинкованию после НТА.

Наибольшие технологические изменения внесены в процесс холодной прокатки полос на станах 1700 и 1400. Основные особенности технологии производства подката для АНГА на стане 1700 заключаются в использовании в клетях 1-4 шлифованных рабочих валков шероховатостью не более 0,8 мкм и раздельной подаче на последнюю клеть НСХП-1700 малоконцентрированной эмульсии, выполняющей одновременно роль смазки и моющего раствора. Особенности технологии на НСХП-1400 состоят в прокатке полос в первых пяти клетях и окончательном формировании шероховатости поверхности и плоскостности полос в последней клети, работающей в режиме дрессировки.

Освоение сквозной технологии производства стальной основы для цинкования обеспечило ОАО «ИСПАТ-Кармет» возможность выполнения заказов на производство проката толщиной от 0,3 до 2 мм с цинковым и алюмо-оцинкованным покрытиями.

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий