ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛА С ПОКРЫТИЕМ

Технологическая линия производства литого металла с покрытием
Полезная модель относится к металлургическому производству, а именно к производству вакуумированной стали с последующей обработкой металла давлением, немеханическими способами и может быть использована при диффузионной обработке поверхности металлических изделий, в частности для нанесения защитного покрытия в ваннах с расплавом цинка и других жидких металлов на стальную полосу.
Горячему цинкованию, как правило, подвергают изделия из низкоуглеродистых и низколегированных сталей с содержанием углерода 0,5-0,24 %С.
Углерод является важнейшим элементом, определяющим как структуру, так и свойства стали, ее прочность и поведение при эксплуатации. Он может влиять на реакцию взаимодействия стали с жидким цинком и в конечном итоге на структуру, толщину и свойства образующегося цинкового покрытия. Установлено, что при одинаковых условиях цинкования толщина слоя цинкового покрытия на углеродистых сталях, содержащих более 0,15% углерода, увеличивается приблизительно на 10% по сравнению со сталями, содержащими менее 0,1% углерода.
Для нанесения цинкового покрытия в последнее время используют вакуумированную сталь со сверхнизким содержанием углерода до 0,002%. При этом достигается пластичность продукции категории вытяжки СВ и ОСВ по ГОСТ 9045-80, необходимой для производства автомобильного листа. Высокие показатели пластичности необходимы для штамповки деталей сложной
МПК 23 С 2/06; С 21 С 5/28; С 25 Д 3/22-3/21; В 21В
формы. Поэтому получение вакуумированной стали с низким содержанием 5тлерода позволяет приблизиться к конкурентоспособной продукции.
Известна технологическая линия производства стали, включающая конвертер, вакз матор, установку «печь-ковш и слябовую машину непрерывного литья заготовок, (см. В.И. Шор, Кислородно-конвертерные цехи зарубежных металлургических заводов, // Сталеразливочное производство: Сб. «Обзорных статей/ин-т. Черметинформация. М.,1987г.)
Недостатком данного аналога является большое количество сложного, несовременного оборудования.
Известна также технологическая линия состояш;ая из трех «последовательно соединенных производств: плавильного, ковшевого и разливки металлов. Илавильное производство состоит из конвертера и вакууматора, ковшевое из агрегата «печь-ковш, разливочное - из машин непрерывного литья заготовок, (см. свидетельство РФ на полезную модель № 17781, МИК С 21 С 5/28).
Недостатком этой линии является узкий сортамент выпускаемой стали, ее недостаточная конкурентоспособность для удовлетворения потребностей расширяюп1;егося рынка холоднокатаного металла.
Известно оборудование для нанесения покрытия, входяш;ее в технологическую линию: прокатный стан, агрегат подготовки поверхности металла к покрытию цинком и агрегат непрерывного горячего цинкования, (см. Е. В. Проскуркин, В. А. Попович, А. Т. Мороз «Цинкование, Металл5фгия, 1988г., стр. 134-215).
Недостатком описанной линии является, низкая производительность, недостаточно качественное покрытие, непроцинковка, шероховатость из-за низкого качества подката. Отсюда отсутствие свойств оцинкованного металла, необходимых для применения в автомобилестроении, например таких как коррозийная стойкость.
Наиболее близкой к заявляемой технологической линии является технологическая линия получения оцинкованного проката, включающая в себя стан обработки металла давлением, агрегат подготовки поверхности ленты к цинкованию, агрегат непрерывного горячего цинкования с оборудованием для нанесения покрытия, оборудование для контроля качества оцинкованной ленты, устройства для комплектования готовой продзтсции, автоматизированные системы управления технологическим процессом, (см. Ж. «Сталь, 1999г., № 11, с. 45-46 «Повышение коррозийной стойкости оцинкованного проката).
Недостатком известной технологической линии является малая производительность из-за отсутствия новых мощностей, однородность сортамента выпускаемой продукции, низкая износостойкость, низкие механические и эксплуатационные свойства, неконкурентоспособность продукции. Кроме того, отсутствуют соответствующие современному уровню системы контроля качества и корректировки производственной программы.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расщирение технологических возможностей агрегатов линии, увеличение ее производительности, получение качественной продукции, обладающей свойствами для производства автомобильного листа, конкурентноспособность металлопродукции.
Технический результат достигается за счет получения стали со сверхнизким содержанием углерода, за счет покрытия металлопроката цинком, за счет достижения высокой пластичности металла, а также за счет введения новых мощностей.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что линия для получения металла с покрытием, например цинком, включает в себя соединенные последовательно и объединенные в единый транспортный контур конвертер с верхней и донной продувкой; вакууматор с патрубками и верхней фурмой для вдувания кислорода, причем всасывающий металл патрубок
вакууматора оборудован фурмами (до 12 штук) с возможностью регулирования подачи аргона в металл снизу; агрегат «печь-ковш, выполненный в виде стационарно оборудованной крышки; слябовые машины непрерывного литья заготовок; стан горячей прокатки полосы; непрерывно-травильный агрегат для подготовки поверхности ленты к цинкованию; двухклетевой реверсивный стан; агрегат непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) с оборудованием для нанесения покрытия, которое дополнительно содержит вторую ванну цинкования, причем совместно с первой они оснаш:ены системой транспортировки и подъема для перемещения ванн с линии на линию, устройство для закалки, агрегат дрессировки с рабочими валками для достижения усилия прокатки, соответствуюш;его различным маркам стали; в качестве нагревательной печи установлена радиантная печь вертикального типа, а на выходе АНГЦ установлены, как минимзпм две моталки с возможностью намотки ленты как сверху, так и снизу.
Технологическая линия для получения металла с покрытием поясняется чертежами (фиг. 1 и фиг. 2.). На фиг. 1 представлена часть технологической линии: соединенные последовательно конвертер 1, вакууматор 2, агрегат «печь-ковш 3, слябовые машины непрерывного литья заготовок 4, стан горячей прокатки 5. Фиг. 2 является продолжением технологической линии, изображенной на фиг. 1. 6 - непрерывно-травильный агрегат, 7 - двухклетьевой реверсивный стан, 8 - агрегат непрерывного горячего цинкования, который имеет входную, технологическую и выходную секции.
Входная секция состоит из разматывателя 9, сварочной машины 10, агрегата предварительной очистки 11, петлевого накопителя полосы 12. Оборудование входной секции АНГЦ работает с остановками.
Технологическая секция АНГЦ состоит из агрегата электрохимической очистки 13 (фиг. 2), нагревательной радиантной печи вертикального типа 14, ванны цинкования 15, установки охлаждения 16, закалки 17, дрессировочного двух или четырех валкового стана 18, правильно-натяжной машины 19, агрегата пассивации 20.
Выходная секция АГНЦ состоит из петлевого накопителя 21, машины обрезки кромок 22, электростатического промасливателя 23, моталок 24.
Технологическая линия для производства металла с покрытием работает следующим образом. Сталь из конвертера 1 поступает в вакууматор 2, который позволяет пол5Д1ить вакуумированную сталь с особо низким содержанием углерода ( 0,001-0,002%), далее - в агрегат «печь-ковш 3, затем в машину непрерывного литья заготовок 4, а затем на стан горячей прокатки 5.
Стан горячей прокатки 5, содержаший методические печи, черновую и чистов)Ж) группы клетей, подает металл, смотанный в рулоны, на непрерывно травильный агрегат 6, подкатом для двухклетевого реверсивного стана 7 служит горячекатаная травленая полоса, из нелигированной и микролигированной углеродистой стали, смотанная в рулон. Рулон не должен иметь сварных швов и подмоток. Кромка полосы должна быть обрезной, без каких либо трещин по краям и структурных дефектов. Механические свойства должны удовлетворять следующим требованиям:
-предел текучести370-600
-временное сопротивление на разрыв 490-690
-максимальное отклонение твердости ± 7%.
Размеры полосы:
-ширина полосыне более 1650 мм;
-толщина полосыне более 5,0 мм;
-допуск по толщине± 7%;
-отклонение от плоскостине более 15 мм /м.
Размеры рулона:
не менее 1000 мм;
не менее 1,5 мм;
-внутренний диаметр610мм;
-масса рулонане более для АНГЦ 35т.
Профиль полосы должен иметь параболическую форму с максимальным увеличением толщины 30-70 мкм, измеряемым по центру и 40 мкм от края полосы. Отклонение толщины от края до края (ассиметрия параболической формы) должна составлять в среднем ноль, но не превышать 30-50 мкм в зависимости от ширины полосы.
Поверхность полосы должна быть равномерно травленой без какихлибо включений, грубых царапин и завальцованных инородных тел. Данная полоса является исходным материалом для АНГЦ.
Движение полосы на АНГЦ начинается с задачи рулона на разматыватель 9 (фиг. 2) и подготовке его переднего конца к сварке на сварочной машине 10. Сварочная машина может работать при максимальной разнице толщины и при максимальной разнице по ширине полосы, равной 300 мм. Сварка концов полосы производиться автоматически.
После сварки участок полосы со сварным швом перемешается на инспекционный стол, где производится оценка качества шва. При этом в районе сварного шва создается натяжение полосы, после чего оператор производит его визуальную оценку. При обнаружении полного или частичного разрушения шва, сваренный участок полосы подается обратно в сварочную машину, где производится вырезка дефектного шва и повторение цикла сварки. Полный цикл сварки от остановки линии на входе АНГЦ до ее пуска составляет 45-60 сек.
Если к моменту полного выбора полосы из входного накопителя 8 концы полос не будут сварены, то автоматически производится аварийная остановка агрегата. После сварки полос создается требуемое напряжение, оборудование входной секции разгоняется до скорости, превышающей скорость движения полосы в технологической секции, и во входной накопитель 8 набирается запас полосы для обеспечения непрерывной работы агрегата при
следующем цикле. После заполнения входного накопителя, скорости входной и технологической секций синхронизируются.
Операция очистки полосы проводится для удаления загрязнений с ее поверхности, образовавшихся при прокатке, и включает в себя: химическую, химико-механическую (обработка в щелочно-моечной машине с подачей на полосу струй горячего обезжиривающего раствора), электрохимическую и механическую очистку ( с подачей на полосу стрз горячей воды).
Очистка полосы производиться в два этапа, при этом полоса последовательно проходит через ванны очистки в следующем порядке. Предварительная очистка перед входным накопителем производиться в агрегате предварительной очистки 11 перед входным накопителем 12. Агрегат предварительной очистки представляет из себя ванну щелочной химической очистки методом погружения. Затем на полосу подается струя горячего щелочного раствора, после чего осуществляют промывку полосы струей горячей воды и сушка горячим воздухом. Основная чистка производиться после входного петлевого накопителя 12 в технологической секции АНГЦ в агрегате электролитической очистки 13 и начинается с ванны щелочной химической очистки методом погружения, затем полоса поступает в щелочно-моющую машину с подачей на полосу струй горячего щелочного раствора, после чего полосу погружают в ванну электрохимической очистки, далее на полосу вновь подают струю горячей воды в следзтощей щелочно-моющей машине, после чего полоса постзшает в ванну струйной промывки горячей воды, а затем сушиться горячим воздухом.
Химическая и химико-механическая обработка полосы, как в секции предварительной АПГЦ, так и в секции технологической производиться в обезжиривающих растворах с концентрацией Na ОН 10-20 г/л. Электрохимическая очистка проводиться в растворе с концентрацией Na ОН 20-50 г/л. Температура щелочных растворов 75-90° С. После цредварительной и основной очисток и промывки поверхности полосы ее сушат: в сушилках воздухом.
подогретым до температуры 100-140°С. Подогрев воздуха для сушки полосы осуществляется в паровых калориферах. Воздух подается на полосу под давлением 250мм вод.ст. с расходом воздуха 6450 м /час- для входной секции и 3870м /час - для технологической.
После очистки и сушки поверхности полоса подается в печь 14 для термообработки - рекристаллизационного отжига, обеспечиваюш;его механические свойства готового оцинкованного проката.
Печь протяжная вертикальная имеет три секции обработки: секцию нагрева, выдержки и охлаждения. В первых двух секциях нагрев металла происходит газовыми W-образными радиационными трубами. В последней секции полоса обрабатывается в блоках струйного охлаждения.
Охлажение подката после нагрева и выдержки при термообработке производится для обеспечения температуры полосы , близкой к температуре расплава цинка в ванне цинкования . Охлаждение оцинкованной полосы в вертикальном калибре при движении вверх происходит от 460°С до 285°С, а при перемещении вниз до температуры 160°С.
Оборудование для нанесения покрытия представляет собой две ванны 15с необходимым оборудованием, оснащенным системой транспортировки и подъема для перемещения ванн с линии на линию. Для непрерывного нанесения покрытия на стальную полосу ванны 15 оборудованы индукционным нагревом. Внутренние размеры ванны: длина 4100 мм, щирина 3200 мм, при глубине 2100 мм.
В процессе непрерывного горячего цинкования погружением, при котором металл основы погружается в расплавленный металл покрытия, на поверхности соприкосновения металлов в результате диффузии образузуется слой сплава. Этот слой обеспечивает прочность нанесенного покрытия. Температура оцинкованной полосы не должна превышать 290 , за это время должна полностью произойти кристаллизация цинкового покрытия и оно должно приобрести достаточные механические свойства. Толщина
покрытия регулируется после погружения. Основной технологией регулировки толщины покрытия является процесс газового отжима, который обеспечивает однородную поверхность без канавок, шлаков и утолщений. Закалка в ванне 17 с водой до температуры менее 50 С - это как бы закрепление или можно назвать фиксирование той структуры, которая получилась до этого посредством всех операций, описанных выще.
Дрессировочный стан 18 осуществляет как бы разглаживание бугорков путем незначительной прокатки с коэффициентом удлинения, зависящим от марки стали (от 0,3 до 1,8%). Для достижения усилия прокатки, соответствующего различным маркам стали, необходимо два диаметра рабочих валков.
В правильно-натяжной мащине 19 полоса растягивается посредством регулирования скорости устройства натяжения полосы на выходе по отнощению к скорости устройства натяжения полосы на входе таким образом, чтобы коэффициент вытяжки был постоянным. Удлинение составляет 0,62,0% в зависимости от марки стали и размера полосы. Правка оцинкованного проката необходима для повыщения его плоскостности.
В секции пассивации (хроматизации) 20 осуществляется пассивация оцинкованной полосы в растворе хромовой кислоты или в кислом растворе соли хрома IV. Пассивация необходима для предохранения цинкового покрытия от коррозии при транспортировке и хранении. Контакт цинка с этим раствором вызывает химическую реакцию, в результате которой образуется конверсионный слой сложного химического состава: в нем присутствуют оксиды и гидрооксиды цинка, хромат цинка и смесь оксидов и гидрооксидов хрома III и хрома IV. Когда хроматизированный цинк встзшает в контакт с коррозионной средой, хром IV высвобождается в виде хроматов, являющихся ингибиторами коррозии.
KJ
через второй петлевой накопитель 21, затем через машину обрезки кромок 22 и далее в электростатический промасливатель 23. Последний обеспечивает равномерное покрытие полосы маслом.
Поверхностная плотность масляной пленки на каждой стороне полосы составляет 0,5-2,0 г/м. Температура масла в баке подачи на распылители до 70 °С.
Для промасливания используют два типа концентрированных масел по согласованию с потребителем:
1)масло, обладающее защитными свойствами по отнощению к цинковому покрытию;
2)масло, которое наряду с защитными свойствами, в дальнейшем обеспечит щтамповку изделий из оцинкованного проката без применения дополнительной смазки.
Оцинкованный металл или готовая продукция в полосах сматывается в рулоны на моталках 24 и упаковывается на агрегате упаковки в рулоны, а также в листы, порезанные и упакованные на агрегате поперечной резки и упаковки. Рулоны с моталок перекладываются на передаточную тележку, и далее с помощью мостового крана складируются на складе.
Контроль оцинкованного металла проводится перед смоткой в рулоны и включает в себя: проверку плоскостности на горизонтальном столе; осмотр поверхности обеих сторон листа на станции визуального осмотра; замер толщины проката рентгеновским толщинометром; замер щирины оцинкованного проката.
Пспользование предлагаемой технологической линии для производства металла с покрытием по сравнению с известной позволяет увеличить производительность линии за счет создания новых мощностей (агрегата доводки стали, двухклетевого реверсивного стана холодной прокатки), получить более качественную и конкурентоспособную продукцию за счет расширения сортамента выплавляемой стали и организации производства новейших видов холоднокатанного листа из стали IF со сверхглубокой вытяжной, а также за счет установки в АГНЦ агрегатов закалки и дрессировки, обладающую свойствами, необходимыми для автомобилестроения и соответствующую ГОСТ 19904-90 и ГОСТ 9045-93.
В частности в соответствии с ГОСТ 9045-93 требования к щтампуемости листа категорий вытяжки ВГ (весьма глубокой), СВ (сложной вытяжки) и ОСВ (особо сложной вытяжки) выражается в баллах ферритного зерна. Они составляют 6-9 баллов. При наших исследованиях эти цифры составляли 6,7 и 8 баллов. Еще два главных показателя для металла, пригодного в автомобилестроении - это отношение предела текучести стт к пределу прочности Оп,
то есть у и твердость по Бринелю.
при исследовании в лабораторных условиях оцинкованного листа по
заявляемой технологической линии отношение у для СВ составляло 0,7,
а для ОСВ не более 0,66. Показатель 0,66 соответствует требованиям для автомобилестроения.
Твердость по Бринелю при лабораторных исследованиях в одном случае была 44, во втором - 45, а в третьем - 46. Для автомобильного листа она не должна превышать 46.
Таким образом, на основании показателей, приведенных выше, оцинкованный лист, полученный в соответствии с заявляемой полезной моделью, является качественным, вполне конкурентоспособным для продвижения его на рынок автомобилестроения.