Дипломная работа: Термическое отделение для непрерывного отжига металла

4.4 Современные агрегаты цинкования полосы

В мировой практике цинкования полосового проката используются различные модификации способов. На ряду зарубежных и отечественных агрегатов применяется комбинированный способ подготовки поверхности – чисто сендзимировский способ подготовки поверхности обезжириванием и иногда травлением. Причем используется как химическая, так и электрохимическая обработка полос. Последняя обусловлена повышенной загрязненностью поверхности полос, требующей более длительного времени обработки. В настоящее время преимущественное распространение получили агрегаты горячего цинкования двух типов: по способу «Юнайтед стейтс стил» и модернизированному способу «Армко-сендземир». В последнем в качестве исходного материала для цинкования применяется холоднокатаная неотожженная стальная полоса. На нее поверхности имеются остатки прокатной смазки, а также естественная оксидная пленка. Для подготовки поверхности полосы к цинкованию ее подвергают нагреву в печи с окислительной атмосферой до 350−500° С. При этом загрязнения органического происхождения сгорают, а на поверхности стали образуется слой оксида железа толщиной до 3 мкм. Для активации поверхности стали полосу нагревают в печи с восстановительной азотно-водородной атмосферой при высоком содержании сухого водорода (75%). Обычно термическую обработку полосы проводят при температуре 750−950° С с охлаждением до 450° С перед погружением в ванну с расплавом цинка.

Агрегаты цинкования полосы подразделяются на входную, технологическую и выходную части. Рассмотрим участок нанесения покрытия. После подготовки поверхности и термической обработки стальная полоса поступает в ванну с расплавленным цинком. Образование покрытия на полосе происходит в период прохождения ее через ванну цинкования. Из особенностей непрерывного горячего цинкования стальной полосы следует отметить высокую скорость нанесения покрытия. Продолжительность контакта полосы с расплавом цинка при скорости движения полосы 0,5−3 м/с составляет 1−6 с. рассмотрим более подробно ванну цинкования, такт как от ее надежности и работоспособности в значительной мере зависит работа всего агрегата цинкования. На современных агрегатах используют керамические ванны с индукционным обогревом. Эти ванны имеют большой срок службы, обеспечивают равномерный нагрев расплава цинка, что способствует однородному распределению в нем легирующих элементов, позволяет регулировать температуру цинкового расплава в широком диапазоне (440−520° С и более). При использовании керамических ванн значительно уменьшается количество изгари и гартцинка. Кроме того, при периодической замене индукционных отъемных нагревателей не требуется полного выкачивания расплава цинка из ванны. Керамическая ванна состоит из сварной металлической конструкции, футерованной внутри огнеупорными материалами. Толщина футеровки стенок ванны примерно 500 мм, длина 650 мм. Керамическая ванна на агрегате горячего цинкования НЛМК вмещает 240 тонн цинка.

Узел струйного регулирования толщины покрытия.

После выхода полосы из ванны цинковая проводится регулировка толщины слоя нанесенного покрытия. В настоящее время регулирование толщины покрытия на агрегатах непрерывного горячего цинкования стальной полосы осуществляют струйным методом. Оно состоит в том, что газ под давлением подают на поверхность полосы, выходящей из расплава цинка, через щелевые сопла, установленные с обеих сторон полосы. Струйный поток газа препятствует свободному выносу жидкого цинка на поверхностях движущейся полосы, тем самым ограничивая толщину слоя покрытия. В качестве рабочей среды для струйного регулирования применяют воздух, перегретый пар, продукты горения, азот или их смеси. При использовании горячих газов снижается давление струйной обработки.

Вспомогательными параметрами, оказывающими прямое и косвенное воздействие на толщину покрытия являются: геометрические размеры сопел и их расположение (расстояние до поверхности полосы и зеркала расплава, угол наклона струи сопел к горизонтали, ширина щели сопел), характеристика расплава (температура, химический состав, вязкость), температура полосы газа для обдувки, шероховатость поверхности полосы и ее химический состав.

Цинковые покрытия имеют высокую коррозийную стойкость в воздухе, в воде и в некоторых органических средах (бензине, масле), но не стойки в кислотах и щелочах. Горячему цинкованию, помимо листов, труб, проволоки, различной посуды, повергаются детали аппаратуры для получения питьевой воды, спиртов, деталей опреснительных установок, холодильников, газовых компрессоров и т.д.

4.5 Покрытие стали 08Ю методом горячего цинкования

Микроструктура образца стали 08Ю до цинкования представлена на рис. 2, после цинкования на рис. 3.

Как видно из рис. 2 структура образца из стали 08Ю после рекристаллизационного отжига (перед цинкованием) состоит из феррита и небольшого количества цементита третичного. Сталь после цинкования имеет такую же структуру, как и перед нанесением горячего покрытия. Характерная структура высококачественного цинкового покрытия стали 08Ю полученного методом горячего цинкования состоит из четырех зон представлена на рис. 3

Во время погружения в цинковую ванну, имеющую температуру от 430 до 470° С, образуются слои сплава цинка с железом в соответствии с диаграммой состояния Fe − Zn. Этот сплав обычно содержит три фазы: z-фаза, d1-фаза и Г-фаза. Максимальное количество железа содержится в слое покрытия, примыкающем к основному материалу стали, минимальное − в наружном слое цинкового покрытия. В цинковом покрытии, нанесенном горячим методом, может возникнуть большое количество дефектов, влияющих на эксплуатационные качества покрытия. Погружение в горячую ванну при повышенной температуре приводит к уменьшению толщины верхнего слоя цинкового покрытия, а при температуре выше 480° С происходит резкое увеличение скорости образования интерметаллида. Образование чрезмерно толстых слоев интерметаллида уменьшает пластичность покрытия в целом из-за большей хрупкости сплава цинка с железом. Покрытие может отслаиваться от основного слоя, если в дальнейшем полученное изделие подвергнуть изгибу. Кроме того, более тонкий слой чистого цинка обладает пониженной способностью обеспечивать анодную защиту от коррозии основного слоя при эксплуатации.

4.6 Обработка хромированием погружных роликов

Хорошие результаты показало применение в ваннах АНГЦ полосы роликов с покрытием, полученным обработкой методом импульсного электроискрового легирования электролитических осадков хрома с последующей обкаткой. При легировании использовались графитовый анод и анод из твердого сплава ВК8. Этот способ упрочнения был выбран из-за того, что карбиды (в данном случае Cr и W) обладают не только высокой износостойкостью, но и мало смачиваются расплавленным Zn, а потому слабо с ним реагируют.

Хром обладает всеми характерными свойствами металлов – хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току, имеет присущий большинству металлов блеск. По твердости хром превосходит все металлы, он царапает стекло. Главная особенность хрома – его устойчивость к действию кислот и кислорода. Ничтожные примеси кислорода, азота, углерода резко изменяют физические свойства хрома, в частности он становится хрупким, поэтому в качестве конструкционного материала его практически не применяют. Небольшие добавки его придают стали твердость износостойкость. Получить хром без примесей очень трудно. Он устойчив к коррозии на воздухе и в воде

Стойкость роликов, расположенных в ваннах агрегатов непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) полосы, имеет большое значение для экономичности агрегата в целом. Оцинкованный стальной лист имеет широкую область применения, что объясняется его очень хорошей коррозионной стойкостью и невысокой ценой. В последние годы расширилось его применение в виде оцинкованного автолиста, что требует очень высокого качества поверхности, поскольку даже самые незначительные дефекты приводят к браку. Одним из источников появления этих дефектов является момент прохождения полосы через погружной ролик в ванне и через примыкающие к нему стабилизирующие ролики. На рис. 4 схематично показано расположение роликов в ванне, которые постоянно подвергаются воздействию коррозии. В результате на поверхности роликов образуется прочно держащиеся отложения, которые приводят к появлению дефектов в виде ряби на оцинкованном листе. Такие листы не удовлетворяют требованиям автомобильной промышленности.

Процесс коррозии роликов протекает очень быстро и стойкость их, как правило, не превышает 15 дней. Причиной этому является реакция жидкого цинка с материалом роликов. Температура эксплуатации роликов составляет 450˚ С. В связи с этим необходимо получить такую поверхность роликов, которая имела бы возможно меньшую смачиваемость жидким цинком и обладала достаточной износостойкостью.

Для решения поставленных задач хорошо подходят ролики с алитированным покрытием, которое сформировано газотермическим методом с последующей обработкой низкотемпературной плазмой (стабилизирующие ролики); и ролики с покрытием, полученным обработкой методом электроискрового легирования электролитических осадков хрома (донные ролики). Стоимость таких роликов сравнительно невысока, зато срок службы их составляет около 30 дней при постоянном высоком качестве оцинкованной полосы.

Рис. 4. Участок цинкования агрегата непрерывного горячего цинкования полосы (АНГЦ):

1 – направляющий ролик; 2 – ванна; 3 – погружной ролик;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25