7. Агрегаты травления полосы

Удаление окалины с поверхности горячекатаной полосы из угле­родистой стали осуществляют в непрерывных травильных агре­гатах, где окалина химически растворяется в кислотных раство­рах. Наибольшей активностью обладает 26%-ный раствор серной кислоты при температуре 95 °С. Для подогрева раствора в него подают по трубам горячий пар.

Так как в поверхностных слоях окалины образуются много­численные трещины и поры, то в них проникает кислотный рас­твор, который, реагируя с железом, выделяет водород; последний способствует отрыву окалины от металла и ускорению ее раство­рения. Для регулирования (замедления) разрушения металла кислотой (проникающей через трещины и поры) применяют так называемые ингибиторы (присадки из органических материалов). При травлении средний расход кислоты составляет 15 - 25 кг/т полосы.

При понижении концентрации кислоты в растворе до 10% раствор сливают и заменяют свежим. Отработанный раствор, содержащий H₂S0₄ и FeS0₄, необходимо нейтрализовать из­вестью для получения нерастворимого осадка (гипса) или исполь­зовать для регенерации раствора H₂S0₄ осаждением железного купороса FeS0₄ (охлаждением или выпариванием).

Травление горячекатаных полос из легированной стали (крем­нистой динамной и трансформаторной, хромистой и хромоникелевой коррозионной и др) имеет свои особенности.

При разматывании рулонов на полосе из этих сталей обра­зуются поперечные изломы, поэтому для повышения пластических свойств (уменьшения изломов) перед травлением такие полосы не­обходимо подвергать термической обработке (отжигу - для крем­нистых сталей и закалке после нагрева до 1050°С - для коррозионностойких сталей). На горячекатаной и термически обработан­ной полосе образуется плотная и плотно соединенная с основным металлом окалина, состоящая из оксидов легирующих элементов.

Такую окалину весьма трудно травить в растворе серной кис­лоты, поэтому применяют специальные растворы, содержащие соляную и азотную кислоты или соли (селитру, поваренную соль).

Процесс травления и в этом случае значительно ускоряется благодаря проникновению раствора к основному металлу через трещины и поры в окалине; выделяющийся при этом водород механически отрывает окалину от металла.

Для интенсификации процесса выделения водорода и ускоре­ния травления применяют электрический ток, т. е. процесс хими­ческого травления дополняют электролитическим процессом.

При электролитическом травлении расходуется меньше кис­лоты, чем при чисто химическом, и, кроме того, не нужно подогре­вать раствор паром, так как требуемая температура раствора достигается благодаря электрическому току. Полоса проходит в ванне между широкими свинцовыми электродами, соединенными с концами вторичной обмотки трансформатора. В качестве элек­тролита используют растворы кислот и солей, хорошо проводящие электрический ток. Плотность тока 0,10 - 0,12А/м² поверхности полосы.

Для полосы из коррозионностойкой стали широко применяют травление в непрерывных линиях, содержащих (кроме кислотных ванн) ванны с расплавом щелочи (70% NaOH) и селитры (30% NaN0₃) при температурах 400 - 500°С. Полоса сначала проходит через этот расплав, окалина становится рыхлой и легко раство­римой в последующих ваннах с кислотными растворами (с серной и смеси серной и азотной кислот).

За последние годы получает широкое применение травление полосы в растворе соляной кислоты (вместо травления в растворе серной кислоты).

На практике выявлены следующие преимущества травления в соляной кислоте: лучшее качество поверхности после травления, уменьшение потерь металла при травлении на 25%; снижение стоимости травления (соляная кислота дешевле серной); повыше­ние интенсивности растворения окалины в 1,6 - 2 раза. Так, при температуре раствора 80 - 90°С и концентрации серной кислоты 15 - 20% и соляной 5 - 15% продолжительность травления в растворе серной кислоты составляет около 60 - 70с, а в растворе соляной кислоты около 30 - 40с (в зависимости от состояния ока­лины на поверхности полосы). Благодаря интенсивности процесса травления в растворе соляной кислоты скорость прохождения полосы в ваннах травления и производительность непрерывной линии травления повышаются в 1,5 - 2 раза.

Для ускорения процесса травления применяют перемешивание раствора в ванне (ультразвуком).

Травление горячекатаной углеродистой полосы осуществляют в непрерывных агрегатах (линиях) двух типов: башенных (вер­тикальных) и горизонтальных (как травление в серной кислоте).

Практика эксплуатации показала, что агрегаты травления го­ризонтального типа имеют существенные преимущества перед агрегатами башенного типа: более простая конструкция, меньшая стоимость капитальных затрат на строительство, легче обслужи­вание и ремонт, выше производительность; кроме того, эти агре­гаты могут работать как с использованием серной, так и соляной кислот. Для ускорения травления в агрегатах (как и при серно­кислом травлении) применяют устройства для разрыхления ока­лины (окалиноломатели и дрессировочные клети с натяжными изгибающими роликами). Для того чтобы избежать повреждения поверхности (риски, царапины) в линии травления, полоса дви­жется по роликам (роликовые проводковые транспортеры); в ме­стах скольжения полосы установлены направляющие, облицован­ные латунью или деревом; горизонтальные петлевые устройства имеют натяжные ролики. Так как соляная кислота легко испа­ряется, предусматриваются условия для полной герметизации травильных ванн и отвода паров кислоты, что необходимо для обеспечения нормальных условий работы обслуживающего пер­сонала и защиты оборудования от коррозии.

На рис. 6 представлена схема непрерывного агрегата (НТА) для травления углеродистой горячекатаной полосы толщи­ной 1,5 - 6 мм и шириной 900 - 1850 мм в растворе соляной кис­лоты. Агрегат установлен в цехе холодной прокатки полосы на непрерывном пятиклетевом стане 2000.

Рис. 6 Схема непрерывного травильного агрегата

Рулоны горячекатаной полосы со склада при помощи магнит­ного крана устанавливают на транспортер 1, который подает их к кантователю 2. После кантовки очередной рулон скатывается ,на подъемный стол 3 двухпозиционного разматывателя 4. При помощи скребкового отгибателя передний конец полосы на рулоне отгибается и поступает затем в окалиноломатель 5 и тянущие ролики 6. Окалиноломатель осуществляет грубую ломку окалины путем двойного изгиба полосы вокруг роликов небольшого диа­метра. Далее полоса правится на правильной машине 7 и посту­пает к сдвоенным гильотинным ножницам 8 с нижним резом (вто­рые ножи по движению полосы отрезают передний конец, а пер­вые - задний конец полосы).

Для обеспечения непрерывного процесса травления задний конец полосы предыдущего рулона в стыкосварочной машине 9 сваривается с передним концом полосы последующего рулона; выступающий грат сварного шва срезается резцами гратоснимателя 10. Если материал полосы нельзя сварить (например, нержа­веющую сталь), концы полос сшивают внакладку на сшивной машине 11. В период сварки (сшивки) полос (1 - 1,5 мин) непре­рывность движения полосы через травильные ванны обеспечи­вается за счет запаса полосы (~700м) в горизонтальном петлевом накопителе №1, в котором полоса движется в четыре яруса (петли) под натяжением, создаваемым канатным барабаном на тележке. Далее полоса тянущими роликами 13 подается в дресси­ровочную клеть 14. При натяжении полосы роликами 12 и 15 и обжатии ее на 1 - 2% в дрессировочной клети, служащей вто­рым окалиноломателем, осуществляются дополнительное разруше­ние поверхностной окалины и создание в ней многочисленных трещин для ускорения процесса химического травления в ваннах с раствором соляной кислоты. Кроме того, дрессировочная клеть устраняет изломы, полосы, образовавшиеся при разматывании рулона и прохождении ее через окалиноломатель, а также упроч­няет (создает наклеп) полосу, что уменьшает возможность обра­зования новых изломов при сматывании ее в рулон после трав­ления.

Перед поступлением в травильную ванну полосу подогревают (для ускорения травления) в индукционной установке 16. Обычно в состав травильных агрегатов входят четыре ванны (№1 - 4) с кислотным раствором длиной каждая 25 - 30 м. Необходимая высота провисания петли в ваннах контролируется при помощи индукционного регулятора 17.

Чтобы не останавливать непрерывный агрегат при необходи­мости смены отработавшего кислотного раствора, применяют так называемый каскадный способ обновления раствора: свежий раствор с концентрацией 15 - 16% кислоты непрерывно подается в (по движению полосы) ванну №4. Из этой ванны раствор пони­женной концентрации непрерывно переливается через перегородку в ванну №3, затем из нее в ванну в №2 и из ванны №2 в ванну №1. Из ванны №1 отработанный раствор (концен­трация кислоты около 3%) непрерывно удаляется в отделение для нейтрализации или регенерации.

Травильные ванны имеют сварной корпус из стальных листов толщиной 10 мм; ванны внутри гуммированы резиной от разъедания кис­лотой и выложены кислото­упорной футеровкой (кирпи­чом). Вдоль боковых стенок имеются коллекторы для отсасывания паров кислоты; сверху ванны плотно на­крыты крышками (с гидравлическим затвором) из кислотоупорного пластика, армированного коррозионностойкой сталью; торцовые щели для входа полосы в ванну №1 и выхода из ванны №4 име­ют уплотнения из кислотостойкой резины. Травильный раствор подогревается в теплообменниках до температуры 90 - 95 °С. При движении вдоль ванн полоса опирается на гра­нитные пороги, установленные на перегородках ванн. При травлении полосы из углеродистой стали выделяются хлори­стые соли железа (хлориды) и водород. Обедненный раствор соляной кислоты, содержащий воду и хлориды железа, непрерывно поступает на регенерацию. В установке для регенерации хлори­стое железо разлагается на оксид железа и соляную кислоту. Оксид железа (в виде спрессованного порошка) используют затем в сталеплавильных печах. Соляная кислота снова поступает в кругооборот травильных ванн.

Из ванны №4 полоса поступает для промывки в ванну 17 с холодной и в ванну 18 с горячей водой. При помощи сопел водой под давлением (10-12)•10⁵ Па с полосы смываются остатки кислот­ного раствора и окалины. С этой же целью в ванне иногда приме­няют нейтрализацию щелочью остатков раствора. Затем полоса проходит сушильную камеру для сушки горячим воздухом и тяну­щими роликами подается в петлевой накопитель №2. Полоса вытягивается роликами 12 и подается к гильотинным ножни­цам 19 для вырезки мест сшивки. Боковые кромки полосы обре­заются дисковыми ножницами 20 и разрезаются на мелкие куски кромкокрошителем 21. В установке электростатического промасливания 22 на полосу наносят тонкий (1 - 2 мкм) слой масла (для предохранения от коррозии при хранении протравленных рулонов на складе перед станом холодной прокатки). В качестве запасных рядом устанавливают обычные промасливающие ро­лики.

На ножницах 23 обрезают передний и задний конец полосы, после чего на моталках 24 полоса сматывается в рулон требуемой массы (15 - 30т и более). Затем рулон сталкивают на транспортер и подают к стану холодной прокатки.

Скорость непрерывного движе­ния полосы через травильные ванны равна 3 - 5 м/с; скорость полосы на головном и хвостовом участках агрегата должна быть больше указанной, так как в дан­ ном случае необходимы периодические остановки для сварки концов двух полос и вырезки сварного шва. Производительность агрегата 1,0 млн. т/год.

Рассмотрим конструкцию отдельных машин и устройств непрерывного травильного агрегата.

Окалиноломатель - изгибатель полосы (рис. 7) конструкции ВНИИметмаша - предназначен для устранения поперечных изгибов на полосе, образующихся при разматывании рулона, для ломки окалины на поверхности горячекатаной полосы в результате двойного изгиба полосы роликами диаметром 140 мм. Толщина полосы 2,5 - 4, ширина 1000 - 2350 мм, предел текучести материала полосы 300 МПа.

Рис. 7 Окалиноломатель – изгибатель полосы

После пропуска переднего конца полосы от разматывателя в тянущие ролики верхняя траверса 1 с опорными роликами опускается при помощи двух гидравлических цилиндров 3, а нижний опорный ролик вместе с первым изгибающим роликом поднимается при помощи двух гидравлических цилиндров 4. Опорные ролики приводятся от электродвигателя через редуктор.

Электростыкосварочная машина (рис. 8) конструкции ВНИИметмаша предназначена для сварки встык концов двух полос с целью об печения непрерывного движения полосы через травильные ван и получения больших рулонов (массой 25т и более) протравленной полосы для повышения производительности стана холодной прокатки. Прочность шва при сварке должна быть равна прочности материала полосы (для исключения разрывов полосы при холодной прокатке). Концы полос необходимо строго центрировать при сварке. Толщина их должна быть одинаковой.

Сварка осуществляется оплавлением и сдавливанием концов полос. При помощи роликов 1 и 2 концы полос подаются в машину до упора в калибровочный клин 3, перемещающийся по вертикали при помощи рычажно-гидравлического привода. Оба конца фиксируются в медных зажимах; зажимы 4 установлены на неподвижной плите 5, а зажимы 6 - на подвижной плите 7. Плиты и зажимы электрически изолированы между собой.

Рис. 8 Схема электростыкосварочной машины

Медные зажимы присоединены к концам вторичной обмотки 8 трансформатора 9. Первичная обмотка 10 подключена к сети пере­менного тока.

После подъема клина 3 плита 7 перемещает зажим 6 к зажиму 4, концы полос сближаются и при их контакте происходит оплавле­ние торцов. Для получения плотного шва торцы «осаживаются» при дальнейшем движении плиты 7 с зажимом 6. Цикл сварки концов (включая обратный ход плиты 7) 25 - 30 с. Затем при по­мощи роликов 1 и 2 полоса передвигается к установленному рядом гратоснимателю (резцового или фрезерно-барабанного типа), ко­торый снимает грат со сварного шва с обеих сторон полосы.

Полный цикл сварки концов и съема грата занимает 1,0— 1,5 мин, в течение которых в травильные ванны полоса непрерывно подается из петлевого накопителя №1.

Гидравлический пресс конструкции УЗТМ (рис. 9) для механического соединения (сшивки) концов двух полос приме­няют в том случае, если материал полосы (например, коррозион-ностойкая сталь) не позволяет осуществлять сварку. В то же время сшивная машина является резервной на случай выхода из строя стыкосварочной машины.

Машина представляет собой гидравлический четырехколонный пресс усилием 4,5МН с подвижной нижней траверсой 1.

Рис. 9 Гидравлический пресс для механического соединения концов двух полос (внакладку)

Ход траверсы, опирающейся на гидроцилиндр 2, равен 90мм.На нижней траверсе 1 установлен штамп 3 с пуансонами, на верхней траверсе 4 укреплены матрицы. При помощи пневматические цилиндров 5 опускаются упоры, которые фиксируют положение концов двух полос. При ходе траверсы 1 вверх пуансоны выру­бают и отгибают вверх «языки» (соответствующие форме пуансонов и матриц) на обоих концах полосы. При помощи тянущих роли­ков место вырубки языков растягивается. при этом языки на заднем конце полосы упираются в просечки на верхнем переднем конце полосы (нижняя траверса 1 опущена). Затем полоса «про­катывается» этими роликами, которые «прижимают» языки, об­разуя места сшивки полос. Обычно в штампе устанавливают 7 - 9 пуансонов в два ряда в шахматном порядке, и таким образом при сшивке на полосе будет расположено 7 - 9 языков. После травле­ния полосы перед сматыванием ее в рулон места сшивки вырезают гильотинными ножницами.

Конструкция машин, входящих в агрегат травления (разматывателя, правильных машин, гильотинных ножниц, дисковых ножниц, моталки), аналогична описанным выше.