ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ГОРЯЧИХ ПОКРЫТИЙ НА ДЛИННОМЕРНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Полезная модель относится к технологии машиностроения и может быть использована для механизированного нанесения горячих антикоррозийных металлических покрытий, например, из цинка, алюминия, олова, свинца или их сплавов, а также других металлов и сплавов на длинномерные металлические изделия, например, трубы.
Известно устройство, технологическая линия для нанесения горячих покрытий на длинномерные изделия, например, для нанесения цинкового покрытия на трубы [1]. Линия содержит транспортные устройства; устройства для разгрузки/загрузки труб; устройства для предварительной механической обработки поверхности труб; технологические ванны с кислотой, щелочью, холодной и горячей водой, и, по меньшей мере, одну ванну с расплавом, а в некоторых случаях, по меньшей мере, одну ванну с флюсом; устройство для сушки поверхности труб; механизированное устройство для цинкования, включающее монорельсовый путь с тяговой цепью и опускающейся балкой; устройство для подогрева расплава; устройство очистки поверхности расплава; устройство охлаждения покрытия; устройство для упаковки и складирования готовых изделий; устройство очистки воздуха в виде приточно-вытяжной вентиляции. Недостатком известной линии является использование горизонтальных ванн с кислотой, щелочью и их растворами, что определяет экологическую вредность известной
линии за счет испарений с больших площадей поверхности ванн. К недостаткам следует отнести необходимость включения в линию устройств для утилизации промывочной воды с остатками химических соединений после предварительной химической обработки изделий, а также затраты на обеспечение необходимых стоков. При этом горизонтальные ванны занимают большие рабочие площади, что снижает производительность линии в целом. К недостаткам следует также отнести недостаточно высокий уровень механизации линии, что приводит к повышению трудоемкости технологического процесса нанесения горячих покрытий.
Прототипом настоящей полезной модели является технологическая роторная линия для нанесения горячих покрытий [2], которая содержит все перечисленные выше устройства известной линии [1], а именно транспортные, разгрузки/загрузки, для предварительной механической обработки, технологические ванны со щелочью, кислотой, промывочные ванны, по меньшей мере, одну ванну с расплавом и в некоторых случаях, по меньшей мере, одну ванну с флюсом, устройство для сушки, устройство для подогрева расплава, устройство для очистки поверхности расплава, устройство для охлаждения покрытия, устройство для упаковки и складирования готовых изделий и устройство для очистки воздуха. Отличием линии по прототипу от известной линии [1] является то, что механизированным устройством для нанесения горячих покрытий является роторное устройство с подвесками и захватами для изделий, а также с приводами подъема и поворота ротора. Использование роторного устройства позволяет повысить производительность линии за счет одновременной обработки несколько изделий. Недостатком линии
по прототипу, как и известной линии [1] является наличие в ее составе габаритных горизонтальных технологических ванн для предварительной химической обработки поверхности изделий. Кроме того, следует отметить недостаточно высокую производительность линии. Это связано с тем, что время выдержки изделий в ванне расплава складывается из времени подогрева изделия до температуры расплава за счет самого расплава и из времени, необходимого для нанесения покрытия. При этом увеличение времени выдержки за счет подогрева изделий приводит к ухудшению качества покрытия, а также к неэкономному использованию расплавленного металла покрытия.
В связи с указанными недостатками устройства по прототипу существует задача создания более компактной и более производительной технологической линии для нанесения горячих покрытий при снижении вредности и трудоемкости.
Поставленная задача решается следующим образом. Технологическая линия для нанесения горячих металлических покрытий на длинномерные изделия, включающая транспортные устройства, устройства разгрузки/загрузки изделий, устройства для предварительной механической обработки поверхности изделий, а также, по меньшей мере, одну вертикальную ванну с расплавом, роторное устройство с захватами и приводами подъема и поворота ротора, устройство для подогрева расплава, устройство охлаждения покрытия, устройство очистки поверхности расплава, устройство для упаковки и складирования готовых изделий и устройства очистки воздуха, дополнена устройством для индукционного нагрева токами высокой частоты, содержащим источник питания и индуктор разъемного или неразъемного типа, причем индуктор
расположен над ванной с расплавом таким образом, чтобы изделия или, по меньшей мере, одно изделие, с помощью устройств захвата и перемещения опускались в ванну с расплавом сквозь петлю работающего индуктора со скоростью, необходимой для очистки и сушки поверхности изделий и достаточной для нагрева изделий или любой части изделия, подлежащей нанесению покрытия, до температуры не ниже температуры расплава в ванне.
В некоторых случаях линия снабжена, по меньшей мере, одной вертикальной ванной с флюсом.
В некоторых случаях линия снабжена пирометром и/или программируемым контроллером.
Технический результат от применения предлагаемого устройства для нанесения горячего металлического покрытия на длинномерные изделия по сравнению с устройством по прототипу состоит в более экономичном расходовании рабочих площадей, в повышении производительности линии, в улучшении условий труда, в повышении качества покрытия и уменьшении расхода расплава.
Указанный результат достигается за счет того, что часть устройств для предварительной обработки изделий перед нанесением покрытия, а именно габаритные горизонтальные технологические ванны со щелочью, кислотой, холодной и горячей водой, а в некоторых случаях и ванны с флюсом, а также сушильные устройства для сушки поверхности изделий после флюсования заменяются компактным экологически чистым устройством для индукционного нагрева токами высокой частоты. Устройство на меньших площадях выполняет очистку поверхности изделий от загрязнений перед нанесением покрытия,
в том числе от органических загрязнений, в частности, от жировых пленок, а также от окислов и влаги. Кроме того, применение установки для индукционного нагрева изделий перед их погружением в ванну с расплавом до температуры не ниже температуры расплава позволяет сократить время пребывания изделий в ванне с расплавом, и таким образом улучшить качество покрытий. Роторное устройство позволяет оптимально механизировать процесс погружения и подъема длинномерных изделий в вертикальные ванны с расплавом, например, обеспечивая возможность быстрого подъема изделий из ванны после необходимой выдержки, что позволяет получить меньшую толщину покрытия, за счет чего достигается лучшее качество и экономия металла покрытия. При этом индукционное устройство позволяет производить одновременный нагрев нескольких изделий в одном индукторе, что обеспечивается возможностью изменения конструкции индуктора. Предлагаемая линия позволяет обходиться без флюсования и без сушильного устройства, что также отличает ее от устройства по прототипу. Это объясняется тем, что индукционной обработки изделий достаточно для очистки поверхности изделий и для их сушки перед погружением в ванну расплава, а предварительная механическая обработка обычно достаточна для очистки поверхности изделий перед их индукционной обработкой.
В некоторых случаях указанный результат достигается использованием, по меньшей мере, одной вертикальной ванны с флюсом. Ванны с флюсом легко встраиваются в роторное устройство, имеют такие же габариты, как и ванны с расплавом, а время выдержки в них изделий соответствует времени выдержки в ванне расплава. При этом изделие, покрытое флюсом,
высушивается с помощью устройства для индукционного нагрева на следующей после флюсования позиции роторного устройства, опускаясь в ванну расплава сквозь петлю индуктора.
В некоторых случаях указанный результат достигается при использовании дополнительного устройства для измерения температуры, например, пирометра, что позволяет получить хорошую повторяемость результатов нанесения покрытия за счет контроля температуры в рабочих областях. Наличие пирометра позволяет автоматизировать процесс нанесения покрытий, уменьшая количество персонала, находящегося вблизи ванны с расплавом, например, с помощью программированного контроллера для управления и контроля индукционного нагрева изделий и других тепловых процессов линии. Программируемый контроллер также позволяет оптимизировать управление механизмами линии, например, перемещением и поворотом ротора, что повышает производительность линии.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 схематично изображена технологическая линия с четырьмя рабочими позициями при дискретных поворотах роторного устройства на 90 градусов для горячего нанесения металлических покрытий на длинномерные изделия, например, трубы, включая устройство флюсования. На фиг.2 схематично показана одна из позиций роторной установки -нанесение покрытия на одну трубу.
На чертежах показано: 1 - пакет труб; 2 - накопитель пакетов труб; 3 - полувагон; 4 - рольганг; 5 - отсекатель труб; 6 - труба; 7 - устройство для зачистки внутренней поверхности трубы; 8 - сбрасыватель труб; 9 - накопитель труб; 10 - наклонный рольганг; 11 - отсекатель; 12 - подающий рольганг; 13
- устройство зачистки внешней поверхности трубы; 14 - принимающий рольганг; 15 - накопитель труб; 16 - наклонный рольганг; 17 - отсекатель; 18 - роторное устройство; 19 - устройство для захвата труб; 20 - ванна с флюсом; 21 - ванна с расплавом; 22 - индукционный нагреватель для подогрева расплава; 23 - индуктор; 24 - источник питания высокочастотной установки; 25 - накопитель труб; 26 - устройство для упаковки и складирования готовой продукции.
Предлагаемое устройство, технологическая линия для горячего нанесения металлических покрытий на длинномерные металлические изделия, например, трубы, включает в себя устройства, которые располагаются на занимаемой площади таким образом, чтобы обеспечить непрерывный процесс нанесения покрытия.
Технологическая линия, например, для нанесения горячего покрытия на трубы, работает следующим образом. Пакеты труб 1 из накопителя труб 2, в которые они поступают из полувагонов 3 с помощью транспортного устройства (не показано) и устройств разгрузки и перемещения (не показаны) подаются на рольганг 4, где пакеты труб 1 распускаются и раскатываются на наклонной части рольганга 4. С помощью отсекателя 5 производится подача труб 6, по одной трубе, на ось устройства 7 механической внутренней зачистки труб 6. Затем трубы 6 поступают с помощью сбрасывателя 8 в накопитель 9, и далее на наклонный рольганг 10, после чего с помощью отсекателя 11 они, по одной трубе, поступают на подающий рольганг 12. Затем каждая труба 6 поступает на устройство 13 для зачистки внешней поверхности трубы, после чего обработанная труба 6 попадает на принимающий рольганг 14, который направляет зачищенные
трубы 6 в накопитель 15. Из накопителя 15 трубы 6 передаются на наклонный рольганг 16 с отсекателем 17 и по одной трубе устанавливаются на ось захвата роторного устройства 18. При этом захват 19 роторного устройства 18 находится в нижнем горизонтальном положении, труба 6 устанавливается в захватывающем устройстве 19 выше центра тяжести трубы и зажимается. Захватывающее устройство 19 выполняется с возможностью вращения и при его подъеме производится установка трубы 6 в вертикальное положение. Затем роторное устройство 18 поворачивается на 90 градусов, где под трубой оказывается ванна 20 с флюсом, и опускается. При этом захватывающее устройство 19 вместе с трубой опускается, и труба погружается в вертикальную ванну с флюсом 20 на глубину, превышающую половину длины трубы, а в это время на следующий захват 19 устанавливается следующая труба 6. После выдержки во флюсе, в результате чего внешняя и внутренняя поверхность большей части трубы покрывается флюсом, производится подъем и поворот роторного устройства на 90 градусов на следующую позицию. При этом первая труба устанавливается над вертикальной ванной 21 с расплавом, вторая - над ванной 20 с флюсом. Температура расплава в ванне 21 поддерживается постоянной с помощью устройства подогрева ванны 22, например индукционным нагревателем, выполненным в виде катушек, по которым пропускается ток промышленной частоты. Над ванной 21 с расплавом располагается петля индуктора 23 для индукционного нагрева токами высокой частоты. Затем роторное устройство с захватывающими устройствами 19 опускается, и первая труба 6 загружается в ванну 21 расплава, предварительно пройдя сквозь петлю работающего индуктора 23,
к которому подводится ток высокой частоты от источника питания 24. Индукционный нагрев обеспечивает сушку поверхностей трубы, покрытой флюсом, ее очистку и скоростной нагрев трубы до температуры не ниже температуры расплава в ванне 21, что в некоторых случаях контролируется пирометром или регулируется программируемым контроллером (не показаны). В ванне 21 расплава труба 6 выдерживается в течение времени, необходимого для осуществления диффузионных процессов. Одновременно вторая труба 6 оказывается погруженной в ванну 20 с флюсом, а установленное на роторной установке 18 следующее - третье захватывающее устройство 19 поднимает третью трубу из горизонтального положения в вертикальное. Затем производится следующий подъем захватывающих устройств 19 вместе с трубами и поворот роторной установки 18 еще на 90 градусов. Следует отметить, что в процессе подъема из ванны с расплавом труба проходит через устройства охлаждения покрытия (не показано), например, обдувается сжатым воздухом, который кроме охлаждения покрытия выполняет очистку покрытых поверхностей от остатков разложения металла покрытия. Затем первая труба переводится в горизонтальное положение с помощью устройства для переворота трубы (после окончания каждого нечетного цикла работы роторной установки) или съема трубы (после окончания каждого четного цикла), после чего роторное устройство с захватом 19 опускается. Для цинкования оставшейся без покрытия поверхности трубы захват 19 разжимается, труба смещается в горизонтальное положение относительно захвата 19, при котором покрытая часть изделия оказывается ниже центра тяжести, затем захват 19 зажимается и при подъеме трубы с захватом, труба переворачивается в
вертикальное положение. Затем цикл нанесения покрытия повторяется и полностью покрытая труба 6 после второго цикла работы роторной установки 18 снимается и подается сначала в накопитель 25, а затем с помощью устройств перемещения поступает на участок упаковки и складирования готовой продукции 26. Линия имеет также устройство для очистки воздуха и устройство для очистки поверхности расплава (не показаны).
Пример реализации изобретения 1. Был выполнен макет опытной технологической линии для горячего цинкования труб с роторным устройством, имеющим четыре рабочие позиции при повороте ротора на 90 градусов. Были выполнены оригинальные устройства для захвата труб, их переворота и перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскости. Подлежащие цинкованию трубы диаметром 43 мм и толщиной стенки 3 мм зачищали механическим способом снаружи и изнутри до зеркального блеска (без применения травления и обезжиривания). Для нагрева труб перед цинкованием был использован высокочастотный генератор ВЧИ-100/0,066 с частотой 66 кГц и колебательной мощностью 100 кВт с петлевым индуктором, а также вертикальная ванна с расплавом цинка, представляющая собой тигель в виде трубы диаметром 76 мм с толщиной стенки 3 мм, длиной 350 см из стали 08кП. Расплав в ванне разогревали с помощью спирально охватывающего его ТЭНа, снабженного теплоизоляцией. Электрическая мощность, подводимая к ТЭНу, регулировалась тиристорным преобразователем, и при стартовом нагреве ванны для расплавления цинка, потребляемая мощность составила 4 кВт, а далее рабочую температуру цинка в ванне, равную 460 градусов Цельсия, поддерживали при потреблении мощности
приблизительно 0,8 кВт. Температуру нагрева цинка в ванне контролировали тремя термопарами, размещенными на разной высоте ванны. Трубы после механической обработки последовательно закрепляли по одной в захватах роторного устройства, поднимали с помощью механизмов вертикального перемещения, выполняли поворот на 90 градусов и затем опускали. Скорость опускания поддерживали приблизительно равной 1,2 м/мин. При опускании каждой трубы или нескольких труб одновременно в ванну с расплавом через петлю индуктора, включали высокочастотный генератор. Температуру нагрева трубы до 460 градусов Цельсия контролировали и при этой температуре трубу загружали в расплав. Мощность, потребляемая от высокочастотного генератора, составила приблизительно 60 кВт. При погружении на глубину 300 см перемещение трубы и высокочастотный генератор отключали. Производили выдержку трубы в ванне в течение 20 секунд и начинали вертикальную выгрузку трубы из ванны. При необходимости в процессе подъема трубы сжатым воздухом сдували избыток цинка и продукты отходов горячего цинкования. Рабочие испытания макета предлагаемой технологической линии показали, что полученные образцы отвечают всем требованиям, предъявляемым на трубы оцинкованные, полученные методом горячего цинкования как внешней, так и внутренней поверхности труб, при уменьшении необходимых рабочих площадей и при снижении вредности технологического процесса цинкования по сравнению с устройством по прототипу. 2. Производили нанесение покрытий с предварительным флюсованием поверхности изделий. Для флюса использовали ванну таких же размеров, как и ванна с расплавом. Высушивали
поверхности, покрытые флюсом, с помощью индукционного нагрева при прохождении трубы сквозь петлю индуктора. Полученные образцы имели хорошее качество покрытия как наружной так и внутренней поверхности, но было отмечено, что применение флюсования не является необходимым в большинстве случаев, а только в некоторых особых случаях. 3. Линию оснастили пирометром, который установили вблизи индуктора и ванны расплава, для контроля рабочей температуры. Затем вместе с пирометром для контроля температуры в рабочих областях линии и для управления работой устройства для индукционного нагрева использовали программируемый контроллер, что позволило улучшить качество покрытий за счет лучшей повторяемости технологии нагрева. Также использовали программируемый контроллер и для управления по разработанной программе перемещением и поворотом роторного устройства, что позволило повысить надежность работы линии.
Источники информации.
1. Руководство по горячему цинкованию. Пер. с немецкого под ред. М.И.Огинского. Москва-Металлургия, 1975 г. с.181, 187-189, 190-194, 204, 206, 241, 252, 253-254, 263, 289.
2. Патент РФ №1401069