8. Агрегаты цинкования и алюминирования полосы

Покрытие поверхности стальных листов цинком (цинкование) является самым распространенным видом защиты металла от кор­розии. Оцинкованные листы можно подвергать гибке, штамповке, сварке, поэтому их широко применяют во всех отраслях народного хозяйства при изготовлении изделий общего назначения (посуда, холодильники), строительстве (кровельный лист), сельском хо­зяйстве (трубы для орошения полей), машиностроении (приборы, . панели, гнутые профили). Для повышения коррозионной стой­кости во многих случаях оцинкованные листы покрывают лако­красками (полимерами).

Современным способом производства оцинкованных листов является непрерывное цинкование движущейся рулонной полосы с последующей выдачей готовой продукции в виде рулонов (опре­деленной массы) или листов. Поштучное цинкование листов - операция малопроизводительная, и ее применяют иногда только на устаревших установках.

Современными агрегатами непрерывного цинкования являются агрегаты горячего цинкования движущейся полосы в ванне с рас­плавленным цинком и электролитического цинкования.

Исходным материалом для цинкования служит холодноката­ная полоса толщиной 0,3 - 1,5 мм в рулонах, поступающих непо­средственно со станов холодной прокатки (минуя агрегаты элек­тролитической очистки и отжига). Обезжиривание (очистка от прокатной смазки) и отжиг полосы осуществляют, в самом агре­гате цинкования.

На рис. 10 представлена схема автоматизированного высо­коскоростного агрегата горячего цинкования горизонтального двухъярусного типа конструкции ВНИИметмаша и Сталь-проекта.

Рис. 10 Схема непрерывного агрегата горячего цинкования стальной полосы

Непрерывный агрегат горячего цинкования состоит из сле­дующих технологических секций.

Входная секция (рис. 10, а) состоит из двух разматывателей рулонов 1 (масса 30 - 40т), работающих поочередно, сдвоенных гильотинных ножниц 2 для обрезки утолщенных концов полосы, правильной машины и подающих роликов 3, электросварочной машины 4 для сварки внахлестку концов полос двух рулонов, небольшой петлевой ямы 5 перед дисковыми ножницами 6 для обрезки боковых кромок полосы, натяжных роликов 7 и четырехъ­ярусного петлевого устройства 8 (аккумулятора с запасом полосы длиной примерно 300 м).

Во время сварки концов полосы двух рулонов входная секция не работает (40 - 60с); последующие секции работают, непре­рывно выбирая запас полосы из накопителя 8.

Электросварочная машина работает в автоматическом режиме при выполнении следующих операций: центрирование концов двух полос, чистовая резка концов, накладка концов, зажим их и сварка, обжатие сварного шва. Все силовые механизмы имеют привод от гидроцилиндров. Утолщение сварного шва не более 15% от толщины полосы; прочность шва не менее 85% от проч­ности основного металла полосы, что обеспечивает последующее движение полосы в агрегате с натяжением и при высокой скорости.

Горизонтально-петлевой аккумулятор работает в автомати­ческом режиме от системы «слежения» за запасом полосы, регу­лирующей скорость движения полосы во входной секции. Кон­цевая тележка накопителя перемещается от канатного барабана, имеющего непосредственный (безредукторный) привод от моментного электродвигателя, что обеспечивает постоянное натяжение полосы во всех петлях при прямом и обратном ходе тележки.

Секция электрохимической очистки (рис. 10, б) состоит из ванн электрохимической очистки (обезжиривания) 9 в щелочном растворе, камеры промывки и сушки 10 и натяжных роликов 11.

Секция термической обработки (рис. 10, в) состоит из регу­лятора натяжения полосы 12, камеры безокислительного на­грева 13, камеры нагрева 14, блока струйного охлаждения 15 и камеры выдержки 16. В камере 13 полоса нагревается до темпе­ратуры 450 - 470°С, при которой сгорают остатки смазки на по­верхности полосы. В камере 14 производится отжиг полосы при 730 - 800°С (для продукции, пригодной для нормальной вытяжки при штамповке) или нормализация при 900 - 950°С (для полосы, предназначенной для глубокой вытяжки). Термическая обработка осуществляется в защитной атмосфере, содержащей 10 – 15% водорода. Предусмотрена возможность увеличения производи­тельности термообработки (скорость полосы до 3м/с) путем интен­сификации прямого восстановительного нагрева полосы в продук­тах неполного сжигания газового топлива в высокотемпературных камерах 13 и 14; при этом при­меняются последующее ступен­чатое ускоренное охлаждение в блоке 15, состоящем из вен­тилятора, водяного холодиль­ника и системы сопел для струйной подачи защитного газа на полосу, и выдержка полосы при температуре около 500°С в камере 16.

Секция цинкования (рис. 10, г) состоит из наклонного канала 17, наполненного защитным газом, ванны 18 с расплав­ленным цинком и натяжным роликом 20. По наклонному каналу 17 полоса (не со­ прикасаясь с воздухом) при температуре около 500°С по­ступает в ванну с расплавленным цинком (температура 440 - 460°С). Толщина покрытия полосы цинком регулируется при помощи бесконтактного струйного устройства 19 (вместо приме­нявшихся ранее отжимных роликов). Цинковая ванна имеет ке­рамическую футеровку и обогрев при помощи съемных индукторов. Секция охлаждения (рис. 10, д) состоит из печи 21 для от­пуска (320 - 350°С) и камеры охлаждения оцинкованной полосы воздухом. Секция правки и дрессировки (рис. 10) состоит из стана 23 для дрессировки полосы и правильно-натяжных роликов 24. Дрессировка (прокатка с небольшим обжатием 0,5 - 3,0%) и правка применяются с целью повышения качества по­верхности полосы (планшетности), что необходимо для последую­щего нанесения полимерных покрытий. Контроль степени обжатия (вытяжки) осуществляется при помощи индукционных им­пульсных датчиков и регуляторов натяжения полосы. Далее полоса проходит через ванну пассивации 25 с раствором хромо­вого ангидрида для закрепления на поверхности декоративных рисунков («цинковых цветов»), образующихся при кристаллиза­ции цинка в камере охлаждения.

Выходная рулонная секция (рис. 10) состоит из горизонталь­ного петлевика 26, ножниц и плавающих моталок 27 для попереч­ной резки и сматывания готовой полосы в рулоны определенной массы. Выходная листовая секция (рис. 10) предназначена для получения готовой оцинкованной продукции в листах и состоит из небольшого петлевика 28, правильных многороликовых ма­шин 29 и 31 летучих барабанных ножниц 30 и трех укладчиков листов 32 в пачки длиной 1 - 6м (1-, 2- и 3-й сорт). Для правильного направления полосы при ее движении преду­смотрены центрирующие ролики (в горизонтальных петлевиках перед печью термической обработки, перед ванной цинкования, перед правильно-дрессировочной установкой). В качестве датчи­ков положения полосы по отношению оси агрегата применены линейки с набором фотосопротивлений, засвечиваемых люмине­сцентными трубками. Скорость движения полосы через ванну с расплавленным цинком 0,5 - 3м/с; производительность агре­гата 100 - 200 тыс. т/год.

На рис. 11 представлена схема непрерывного агрегата Элек­тролитического цинкования стальной полосы.

Рис. 11 Схема непрерывного агрегата электролитического цинкования стальной полосы

Процесс производства электролитически оцинкованной полосы состоит из трех этапов:

1. подготовки поверхностей полосы: очистки (обезжиривания) в горячем щелочном растворе (едкий натр) или в электролитической ванне с таким же электролитом, а затем травления в растворе серной или соляной кислоты;

2. электроли­тического покрытия в сульфатном электролите (ZnS0₄). Ток напря­жением 12 - 20В подводят к движущейся через ванну с электро­литом полосе через медный токоподводящий ролик (катод) от выпрямителей 20 - 30кА; анодом являются нерастворимые свин­цовые пластины в электролите, между которыми движется полоса;

3. обработки покрытия: фосфатирования в ваннах с фосфатом цинка, титана и других металлов, пассивации в растворе хромовой кислоты, промывки и сушки. В результате поверхность приобре­тает голубоватый или золотистый цвет.

Ванна покрытия внизу имеет цилиндрическую форму и изнутри покрыта листом из сплава свинца (анод). Внутри ванны вращается токоподводящий приводной барабан диаметром 1500 мм из меди с хромированной поверхностью (катод).

Электролит подается насосом из бака 5 в зазор 1 - 8мм между анодом (свинцовая стенка ванны 4) и катодом (медный барабан 8) непрерывно и вытекает через верхние патрубки 6 в расположенный внизу циркуляционный бак. После очистки, травления и промывки полоса подается роликами 1, 2 в ванну покрытия, плотно огибает центральный барабан (катод) и электролитически покрывается слоем цинка с наружной стороны (первая секция); если необхо­димо покрытие с противоположной стороны, полоса проходит через вторую ванну (вторая секция). Натяжение полосы 40 - 70МПа, напряжение 9В, сила тока 25кА, толщина покрытия 1 - 10 мкм, температура электролита 40 - 50°С, скорость полосы 2 - 3 м/с.

Далее полоса поступает в ванны для обработки покрытия (фосфатирования, хромирования и т. п.).

Производительность современных непрерывных агрегатов элек­тролитического покрытия цинком 50 - 150 тыс. т/год; расход дефицитного цинка сокращается в 5 - 10 раз по сравнению с го­рячим цинкованием.

Горячеоцинкованные листы (с более толстым покрытием) применяют для изготовления деталей, подвергающихся повышен­ной коррозии. Электролитически оцинкованные листы (с тонким покрытием) применяют в более легких условиях коррозии и для изделий, получаемых глубокой штамповкой. Для повышения антикоррозионных свойств электролитически оцинкованные листы подвергают дополнительному покрытию (краской, лаками, хромом, алюминием, никелем, полимерами).