Тема 15 агрегати для нанесення захисних покриттів

Нанесення різних покриттів на прокат і труби для додання поверхні необхідних фізико-хімічних властивостей і, головним чином, для захисту від корозії з кожним роком одержує все більше поширення.

Так, наприклад, виробництво сталі в USA за останні 15 років збільшилося приблизно на 10%, виробництво сталевого прокату з покриттями зросло більш ніж у два рази, а випуск алюмінієвої смуги з покриттями – більш ніж у три рази.

Всі процеси нанесення покриттів на прокат, як правило, здійснюються на металургійних заводах, де у зв'язку з більшим обсягом виробництва створюються більш сприятливі умови для застосування високопродуктивних агрегатів безперервної дії й для нанесення покриттів.

Наприклад, нанесення електроізоляційного покриття на трансформаторну сталь, на агрегатах, розроблених ВНДІметмашем, виявилося вигідніше, ніж виконання цієї операції на багатьох, у тому числі невеликих заводах, що споживають трансформаторну сталь.

З кінця 70-х років на металургійних заводах почали широко застосовувати попереднє фарбування й лакування прокату, у тому числі й сортового, що охороняє метал від корозії під час перевезення й будівництві й досить полегшує остаточну обробку готової конструкції.

У зв'язку з великою ефективністю застосування в багатьох галузях народного господарства прокату з нанесеними захисними покриттями на найближчі роки намічений розвиток виробництва цього виду прокату більш прискореними темпами в порівнянні з металопродукцією інших видів. При цьому велику увагу варто приділяти розвитку виробництва прокату з полімерним і різними новими видами покриттів як металевими, так і неметалічними.

У конструюванні агрегатів нанесення покриттів слід зазначити два основних напрямки.

Перший – це подальший розвиток принципу безперервності виконання технології нанесення покриттів і прагнення, що випливає звідси, до об'єднання всіх операцій, як по підготовчій обробці прокату, так і по нанесенню на нього покриттів і наступній обробці в одну загальну технологічну безперервну лінію нескінченної дії. При цьому підвищується не тільки продуктивність праці, але й знижуються капітальні витрати, тому що в середньому близько 30% витрат, що витрачаються на спорудження агрегатів нанесення покриттів, доводиться на устаткування для розмотування смуг, їхнього виправлення, петленакопичувачів, повторного змотування й передачу рулонів від одного агрегату до іншого.

Другий – це швидке вдосконалення якості покриттів, розширення їхніх видів і розробка нових методів нанесення. Науково-дослідні роботи в цьому напрямку дають винятково величезний економічний ефект. Вони відкривають невичерпні можливості одержання нових видів прокату з покриттями, зниження його вартості, підвищення продуктивності агрегатів і зменшення їхньої вартості.

Уже відкриті, розроблені й застосовуються нові й нові матеріали покриттів, до яких варто віднести: пластизоли на основі полімерів вінілхлориду, кремнійорганічні смоли й лаки (силікони), суспензії й лаки на основі фторованих полімерів і ряд нових металевих покриттів.

Підвищення швидкості процесу одержання покриттів у безперервних агрегатах досягається застосуванням принципово нових методів нанесення покриттів і сушіння. Наприклад, електроннопроменеве нагрівання скорочує процес отвердіння покриттів у десятки разів.

Одним з основних і продуктивних методів захисту прокату є процес нанесення покриттів у киплячому шарі із застосуванням електростатичного поля. У цьому випадку на холодному прокаті осідають частки порошку полімеру під дією електростатичних сил. Потім прокат нагрівають, частки порошку оплавляються, утворюючи міцне, суцільне покриття.

Перспективним методом є також нанесення покриттів на холодний прокат з мономерів з наступною їхньою полімеризацією й утворенням міцної полімерної плівки безпосередньо на прокаті.

Навіть у такому процесі, що, здавалося б, встоявся, як цинкування, також безупинно з'являються нововведення.

По-перше, старий метод гарячого безперервного оцинковування за схемою Армко-Сендзиміра був значно вдосконалений. Уведено операції травлення перед термообробкою, перехід на пряме відбудовне нагрівання металу високотемпературними продуктами неповного згоряння газу. Застосовано струминне регулювання товщини цинкового шару, індукційне нагрівання ванни цинкування, пластична обробка оцинкованої смуги й ряд інших операцій. Це забезпечило одержання гарячеоцинкованого листа з високими пластичними властивостями, необхідними для штампування виробів, що вимагають глибокої й складної витяжки, листа твердого із прокатним наклепом і листа з тонким цинковим покриттям і покритого сплавом.

По-друге, одержали поширення агрегати електролітичного оцинковування смуги.

Застосування цих агрегатів значно спрощує одержання листа з високими пластичними властивостями й забезпечує економію цинку. Таким способом оцинковують широку смугу на багатьох американських і японських заводах.

Максимальна продуктивність агрегатів досягає 60-70 тис. т/рік при ширині смуги до 1820 мм і швидкості руху близько 30 м/хв.

Електролітичне оцинковування почали застосовувати як ґрунтовку перед наступним фарбуванням ще в 80-х роках. У цьому випадку товщину цинкового шару доводять до 0,25–0,5 мкм, тобто витрата цинку при цьому знижується в 60–100 разів у порівнянні з гарячим оцинковуванням.

По-третє, з'явився вид покриття зі сплаву цинку з нікелем, що наноситься теж електролітичним способом. Корозійна стійкість цього покриття вдвічі більша, ніж цинкового.

По-четверте, оцинковування одержало великий розвиток і для захисту від корозії інших видів прокату. Триває вдосконалення цього процесу для захисту труб, дроту й різних будівельних профілів, особливо гнутих. Але в останньому випадку оцинковування смуги доцільніше здійснювати перед профілюванням.

Один з агрегатів для гарячого безперервного оцинковування (рис. 15.1) введений у лад в 1977 р. (розроблений ВНДІметмашем спільно зі Стальпроектом для Ждановского металургійного заводу, виготовлений заводами «Славтяжмаш», СКМЗ і ін.).

Забезпечення підвищеної продуктивності можливо при швидкості проходження смуги 3 м/сек. Для цього загальна довжина технологічної лінії, починаючи від розмотувача, включаючи ділянку для підготовки смуги, камеру для нагрівання, піч відпуска, ділянку охолодження, ванну пасивації, правильно-дрессировочний стан і кінчаючи змотуванням у рулони й розрізуванням на картки і їхнє укладання, повинна становити 600-700 м.

Тому лінія для обробки смуги розташована у два, а на більшості ділянок навіть у три поверхи. Завдяки цьому загальну довжину лінії вдалося скоротити до 274 м.

Рисунок 15.1 – Схема агрегату гарячого оцинковування смуги:

1 – размотувач; 14 – моталка;

2 – ролики, що подають ; 15 - установка пассивації;

3 – здвоєні хитні ножиці; 16 – тягнучі ролики;

4 – тягнучі ролики; 17 – правильно-дрессировочный стан;

5 – дискові ножиці; 18 – ванна охолодження;

6 – кромкомоталка; 19 – підвал для мастильних систем правильно-дрессировочного стану;

7 – тягнучі ролики; 20 – відпускна піч;

8 – установка хімічної підготовки смуги; 21 – ділянка нанесення покриття;

9 – підвал для допоміжного устаткування; 22 – петлеутворювач;

10 – листоукладчик; 23 – протяжна піч;

11 – правильна машина; 24 – регулятор натягу смуги;

12 – підвал для мастильних і гідравлічних систем; 25 – тягнучі ролики

13 – барабанні летучі ножиці

Технічна характеристика цього агрегату:

Перетин смуги, що, оцинковується мм:

ширина 750–1550

товщина 0,35–2,25

Маса рулону, т <45

Середня продуктивність, тис. т/рік 200

На агрегаті передбачена автоматизація всього технологічного процесу й, у тому числі, регулювання товщини покриття, що наноситься.

Великий інтерес представляє агрегат для електролітичного цинкування. Цей спосіб оцинковування допускає меншу товщину покриття й дозволяє регулювати її від часток мікрона до 10–15 мкм.

При створенні агрегатів для оцинковування дроту з метою підвищення продуктивності розширюється тенденція до збільшення числа ниток, що одночасно рухаються, що на сучасних агрегатах досягає 16.

Більші вдосконалення були уведені й в області виробництва листового металу для консервної тари (жерсті).

Застосування електролітичного лудіння жерсті замість гарячого, знизило витрату олова приблизно з 19 до 9 кг/т, і перехід на виробництво ектролітично лудженої смуги з диференційованою товщиною покриття, забезпечило зменшення витрати олова до 6 кг/т.

У цей час ведуться інтенсивні роботи з повної заміни олова іншими елементами. Цілком реальним замінником олова є металевий хром (товщина шару близько 0,01 мм), а іншим – гідроокис хрому із захисним лаковим покриттям.

Іншим видом покриття, застосовуваним при виробництві консервної тари, є алюміній. Алюміній наносять на сталь здебільшого електролітичними методами: напилюванням у вакуумі й зануренням у розплав. Головна перевага цього виду покриття – сполучення високої корозійної стійкості з жаростійкістю.

Одним з найбільш перспективних напрямків по нанесенню металевих покриттів на поверхню прокату є вакуумна металізація, сутність якої складається в термічному випарі металів у високому вакуумі й конденсації їхніх пар на поверхні, що покривається.

Покриття прокату у вакуумі має переваги перед іншими процесами нанесення покриттів, наприклад електролітичним.

До основних із цих переваг належать:

1) можливість нанесення покриттів з різних металів на тому самому устаткуванні;

2) збільшення продуктивності агрегатів завдяки підвищенню швидкості нанесення покриттів;

3) поліпшення якості покриттів.

На Україні розробкою агрегатів металізаційного покриття у вакуумі займається ІЕЗ ім. Е. О. Патона, у якому проводяться дослідження технології нанесення покриттів і розробки агрегатів.

Виготовлені ВНДІметмашем декілька металізаційних машин призначені для покриття методом повітря – вакуум – повітря стрічки товщиною до 0,5 мм алюмінієм, хлором, титаном, нікелем, мідними сплавами й іншими металами.

Розглянуті коротенько напрямку розвитку агрегатів для нанесення покриттів на прокат свідчать, що ця галузь металургійного машинобудування по характеру виконуваних технологічних процесів і по їх винятково великій розмаїтості є найбільш складною. Тому саме в ній особливо необхідне посилення науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт.

З огляду на величезне народногосподарське значення цієї галузі машинобудування й необхідність її значно більш форсованого розвитку (в 2–3 рази більше інших галузей), треба в найближчі роки її визнати головною ланкою в розвитку станобудування.