| Содержание
ВВЕДЕНИЕ.. 3
1 ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ.. 4
1.1 Холодная прокатка. 4
2 КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ПРОКАТКЕ.. 4
2.1 Требования, предъявляемые к технологическим смазкам и жидкостям.. 4
3 ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СМАЗОК И ОХЛОЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ.. 4
3.1 Загрезнения поверхности листового проката. 4
3.1.1 Пятна эмульсии
. 4
3.1.2 Сажистый налет
.. 4
3.2 Снижение загрязненности холоднокатаных полос. 4
4 ПРИМЕНЕНИЕ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЭМУЛЬСИИ НА ПЯТИКЛЕТЕВОМ СТАНЕ 630 ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ УГЛЕРОДИСТОЙ ЛЕНТЫ... 4
5 ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ ХОЛОДНОКАТАННОГО ПРОКАТА УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ.. 4
ВВЕДЕНИЕ
Рост мощности агрегатов приводит к необходимости отвода большого количества тепла и обеспечения минимальных потерь на трение. Процесс трения непосредственно определяет состояние и качество обрабатываемых поверхностей. Все эти требования обеспечиваются применением различных смазок и охлаждающих средств или жидкостей, совмещающих эти функции.
Особенно большой интерес к технологическим смазочно-охлаждающим средствам проявляется в области процессов обработки металлов давлением и, в первую очередь, при прокатке.
В последние десять — двадцать лет в металлургической промышленности наметились определенные тенденции развития производства, обеспечение которых выдвигает ряд новых требований. В первую очередь необходимо отметить преимущественный рост производства листового проката. Этот рост непосредственно связан с изменением структуры потребления металлопроката, прежде всего в машиностроении. Значительно увеличивается потребление специальных сталей в виде холоднокатаного листа и ленты — динамной, трансформаторной, нержавеющей и высокопрочной.
Одновременно с увеличением объема производства существенно повысились требования к качеству готовой продукции. Современные высокопроизводительные агрегаты в машиностроении рассчитаны на использование металла, обладающего строго постоянными свойствами и бездефектной поверхностью.
Рост объема производства и повышение требований к качеству листа вызвали необходимость пуска новых непрерывных скоростных прокатных станов. Системы технологической смазки и охлаждения этих станов характеризуются не только большой мощностью и значительным объемом используемых жидкостей, но и гибкостью в управлении, универсальностью, совершенством средств очистки.
Важнейшей задачей развития прокатного производства на ближайшие годы является его реконструкция на основе новейших достижений науки и техники. Металлургия и машиностроение являются основой развития народного хозяйства, поэтому качественным изменениям в области создания и эксплуатации металлургических агрегатов уделяется первостепенное значение, при этом, главная роль отводится расширению производства и повышению качества прогрессивных видов металлопродукции. К ним в первую очередь относится листовой прокат и изделия из него. Решение задачи дальнейшего развития производства листового проката при постоянном повышении его качества невозможно без использования последних достижений науки и техники, квалифицированных кадров.
В области производства холоднокатаного листа и ленты до сих пор имеет место значительное технологическое отставание, не до конца используются возможности существующих агрегатов по скорости прокатки и ширине прокатываемой полосы. Качество холоднокатаного листа по отделке поверхности и разнотолщинности еще не всегда находится на уровне лучших зарубежных образцов. В этой области использование имеющихся разработок по подбору технологических смазок, обеспечению необходимого охлаждения должно существенно повлиять на технико-экономические показатели производства и качество продукции.
Рассматриваемые технологические закономерности смазочного действия могут быть с успехом использованы при проектировании новых и реконструкции действующих прокатных станов, при выборе технологических смазок и расчете технологических режимов в производственных условиях.
1 ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ
СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
1.1 Холодная прокатка
Применение технологических смазок и смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) при прокатке обеспечивает снижение трения между валками и полосой и их охлаждение. Прокатка является основным, но далеко не единственным местом их применения. Со смазкой в прокатном производстве связаны предварительное промасливание, отжиг, защитная смазка готовой продукции и т. д. По существу весь комплекс процессов, определяющих физико-химические явления на поверхности металла, обусловлен трением, смазкой и другими внешними средами, воздействующими на поверхность металла. Поэтому вопросы, связанные с эксплуатацией технологических смазок и смазочно-охлаждающих жидкостей, следует рассматривать только в комплексе со всеми элементами производственного цикла холодной прокатки. Определяющим звеном в этой цепи является процесс в очаге деформации.
Рассматривая трение при холодной прокатке, в первую очередь следует определить его место в теории процесса и технологии. Затем необходимо выявить основные закономерности и характер трения для рассматриваемого случая. После этого можно выбрать составы и способы применения технологических смазок и эмульсий.
Рис. 1 иллюстрирует взаимосвязь процесса трения с технологическими факторами прокатки, а также качеством и сортаментом готовой продукции. Трение определяет силовые условия процесса, формирование микрогеометрии поверхности, износ и охлаждение валков. Силовые условия прокатки определяются фрикционными параметрами трения, от которых зависит толщина прокатываемой полосы, точность прокатки и требуемая мощность оборудования.
Пока стан выпускает определенную продукцию, в большинстве случаев нет необходимости снижать трение, которое обеспечивается применяемой смазкой. Однако, если улучшить характеристики трения, то на четырехклетевом стане можно прокатывать лист, для обжатия которого требуется пятиклетевой стан, или даже осуществить то же обжатие за три прохода на реверсивном стане [1]. Максимально возможное обжатие и минимально возможная толщина определяются для каждого стана применением той или иной смазки. Поэтому многоклетевые современные станы холодной прокатки, имеющие обычно диаметр рабочих валков около 600 мм, в зависимости от вида продукции (лист, жесть, высокопрочные стали) используют разные типы смазочно-охлаждающих жидкостей [2].
Точность прокатки по длине и ширине ленты зависит от постоянства условий трения наряду с такими факторами, как равномерность охлаждения, стабильность механических свойств полосы и т. д. [1]. Вид смазки должен быть учтен при расчете возможной разнотолщинности полосы; соответствующим подбором смазки можно добиться получения минимальной разнотолщинности полосы.
Формирование поверхности полосы в самом широком смысле определяется смазкой и инструментом (валки) [3]. Микрогеометрия поверхности проката формируется совместным воздействием на полосу инструмента и смазки. В значительной мере смазка определяет те изменения, которые происходят на поверхности металла в процессе его отжига. Образование сажистых налетов, пятен, цветов побежалости определяется остатками смазки и продуктов износа на поверхности металла после прокатки. Образование многих дефектов поверхности связано с применением смазки, которая может как предотвращать, так и способствовать их появлению. Дефекты могут возникать собственно при прокатке (риски, царапины), после отжига (сажа, пятна) и до прокатки — в результате травмирования поверхности полосы при травлении, смотке и размотке рулонов, транспортировке. Эти дефекты тоже связаны со смазкой и трением, но не столько на самом прокатном стане, сколько при других производственных операциях, где тоже используются различные смазки (например, промасливание подката) и другие жидкости (моющие средства, вода с добавками ПАВ в петлевых ямах).
 Рисунок 1 - Роль трения при прокатке
Таким образом, качество поверхности металла определяется трением, смазкой и рядом поверхностных явлений на всех операциях производства холоднокатаного листа.
К технологическим факторам производства, определяемым применяемой технологической смазкой или смазочно-охлаждающей жидкостью, относятся износ валков и их охлаждение [3,4]. Необходимость охлаждения инструмента (валков) предопределяет широкое применение жидкостей, основной составляющей частью которых является вода, т. е. различного рода эмульсий. Требования к очистке и рециркуляции эмульсий, а иногда и масел приводят к созданию сложных систем технологической смазки и охлаждения прокатных станов, которые наряду с системами смазки агрегатов являются важнейшей составной частью прокатного оборудования. Эти системы включают в себя конструктивные элементы, общие для всего смазочного оборудования, а также ряд специфических узлов и деталей, требующих специальной разработки. От применения той или иной смазки (эмульсии) зависит конструкция системы ее подачи. В зависимости от выпускаемой продукции выбирают способ смазки. Сортамент (по толщине) и качество продукции (по крайней мере, по поверхности проката) определяются процессами, в числе которых трение является одним из ведущих.
Цепь взаимосвязанных технологических операций, в которых трение и смазка играют немаловажную роль, требует полного учета всех факторов, влияющих на условия эксплуатации смазки. Требования, предъявляемые к технологической смазке, очень многосторонни, важнейшие из них:
- обеспечение требуемой смазочной способности, т. е. определенной величины сил
трения или коэффициента трения и предельной нагрузочной способности;
- высокая охлаждающая способность;
- чистота поверхности проката, минимальный износ, хорошее моющее действие, способность к очистке;
- отсутствие коррозии;
- стабильность в эксплуатации и при хранении, биологическая стабильность;
- удобство подачи, для масел — низкая температура застывания и малая вязкость;
- отсутствие вредных воздействий на работающих, т. е. резкого запаха, токсикологического действия;
- способность поддаваться разложению и регенерации.
Требования к технологическим смазкам и смазочно-охлаждающим жидкостям в каждом отдельном случае зависят от вида продукции и оборудования (например, уровень смазочной способности) и наряду с общими показателями включают в себя дополнительные характеристики, специфичные для каждого вида продукции и типа стана [1, 2,].
Выбор и правильная эксплуатация технологических смазок и смазочно-охлаждающих средств и других вспомогательных жидкостей, применяемых в технологии прокатного производства, могут быть осуществлены только на строго научной основе, исходя из механизма их действия.
Можно назвать несколько групп веществ, которые используются как вспомогательные технологические средства при прокатке. Это прежде всего вода, масла минеральные, жировые масла и различные поверхностно активные вещества (ПАВ).
Изучение ПАВ началось в нашей стране еще в 30-х годах. Широко известны труды П. А. Ребиндера и его школы. Вопросы трения и износа освещены в работах А. С. Ахматова, Б. В. Дерягина, И. В. Крагельского и др. Разработаны теория действия ПАВ, общая теория граничного и жидкостного трения.
Технологические свойства смазочно-охлаждающих средств могут быть подробно рассмотрены с позиций молекулярного и химического их взаимодействия с поверхностью металла. В то же время вязкость смазок определяет такие важнейшие свойства, как охлаждающая способность, влияние на отделку поверхности.
Применение технологических смазочно-охлаждающих средств в подавляющем числе случаев должно обеспечивать значительный теплоотвод. Практически все современные прокатные станы имеют системы технологической смазки и охлаждения, использующие различные эмульсии.
Взаимодействие масел с водой в процессе трения, а затем при очистке смазочно- охлаждающей жидкости является важнейшим фактором их применения и эксплуатации. Роль воды и поверхностно активных веществ также должна рассматриваться с позиций физико- химического взаимодействия жидкостей между собой и с металлическими поверхностями.
Требования к технологическим смазочно-охлаждающим жидкостям в каждом конкретном случае формулируются, исходя из требований всей технологии прокатного производства и качества готовой продукции, а не только условий собственно прокатки на стане. Обеспечение же этих требований наряду с конструктивными мероприятиями по системам технологической смазки и охлаждения производится путем выбора оптимального вида и конкретного состава смазки, причем в этом вопросе следует исходить из природы трения при прокатке и поверхностных физических явлений адсорбции, смачивания, химического взаимодействия и т. п.
2 КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ПРОКАТКЕ
2.1 Требования, предъявляемые к технологическим смазкам и жидкостям
Технологические смазки должны удовлетворять целому ряду требований технического, экономического и санитарно-гигиенического характера. В зависимости от назначения и конструкции прокатного стана перечень требований к смазке может меняться. Однако имеются и общие, основные требования, которые указаны ниже:
- снижение сил внешнего трения (коэффициента трения);
- уменьшение износа и предотвращение налипания металла на валки;
- обеспечение чистоты и оптимальной шероховатости поверхности проката;
- высокая теплоемкость (для смазочно-охлаждающих жидкостей);
- стабильность состава и свойств;
- удобство подачи на валки и металл;
- отсутствие вредного воздействия на металл и оборудование (коррозия и проч.);
- нетоксичность, отсутствие неприятного запаха;
- минимальное загрязнение и простота очистки сточных вод;
- дешевизна и недефицитность (для смазок широкого применения).
Некоторые из указанных требований нуждаются в дополнительном пояснении.
Снижение сил трения на контактной поверхности в очаге деформации, как уже отмечалось, является одним из основных назначений технологической смазки.
Уменьшая коэффициент трения, смазка снижает энергосиловые параметры прокатки - усилие, момент и мощность. Поскольку в большинстве случаев возможности прокатки металла заданных размеров ограничены прочностью деталей рабочей клети и привода валков или мощностью двигателя главного привода, применение смазки позволяет увеличить частные обжатия и сократить число проходов, а также повысить скорость прокатки.
Однако снижение сил трения сопровождается ухудшением захватывающей способности валков. Поэтому уменьшение коэффициента трения ограничено пределом, определяемым условиями захвата:
при подводе полосы к валкам
f3 ≥ α3 (1)
при установившемся процессе прокатки
fу ≥ αу ⁄ 2 , (2)
где принято f3 ≈ β3 и fу ≈ βу
Условия трения при прокатке являются оптимальными тогда, когда величина сил трения минимальна, но достаточна для надежного захвата полосы валками. При выборе технологической смазки необходимо учитывать это основное положение.
Охлаждающие жидкости применяют прежде всего для поддержания рационального температурного режима валков.
В отдельных случаях используют вещества, обладающие одинаково эффективными как смазочными, так и охлаждающими свойствами. Такие вещества называют смазочноохлаждающими жидкостями (СОЖ).
Требования к чистоте поверхности металла особенно высоки при производстве холоднокатаных листов конструкционного назначения. Такие листы (полосы) поступают на отжиг без предварительной очистки. Смазка, остающаяся на поверхности металла, не должна быть причиной образования (при отжиге) черных пятен, сажи, пригаров и других поверхностных дефектов подобного характера. Хорошие результаты дают смазки, обладающие моющими свойствами. Они способствуют удалению с поверхности металла различных загрязнений, как наносимых на предыдущих переделах, так и образующихся в процессе прокатки.
Для обеспечения высокой чистоты и качества поверхности готовой продукции на холоднокатаной полосе должно оставаться минимальное количество смазки, а ее химический состав должен обеспечивать максимальное испарение смазки при отжиге без отложения на поверхности углеродистых коксующихся остатков. Особенно данное условие важно при использовании для отжига колпаковых печей, т.к. в таком случае дополнительная очистка полос перед отжигом как правило не производится. В связи с этим основным типом смазок, применяемых при холодной прокатке листовой углеродистой стали, являются эмульсии минеральных масел.
3 ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СМАЗОК И ОХЛОЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ
Технологические смазки для холодной прокатки разделяют на жиры, масла и эмульсии. В свою очередь, жиры подразделяются на животные и растительные, масла - на минеральные и растительные (органические), а эмульсии - на стабильные и метастабильные.
Эмульсия представляет собой систему из двух жидких фаз, одна из которых (дисперсная фаза) распределена в виде мельчайших капелек в другой (в дисперсионной среде). Дисперсной фазой является масло, а в состав дисперсионной среды входят вода и эмульгаторы (натриевые и калиевые мыла, поверхностно активные вещества, оксиэтилированные жирные кислоты Стеарокс 6, Стеарокс 920 и др.). Под действием эмульгаторов на поверхности капелек масла образуется коллоидно-адсорбционная пленка с достаточно высокой вязкостью и прочностью. Таким образом, капельки масла оказываются изолированными одна от другой и при механическом перемешивании равномерно распределяются в воде, образуя стабильную эмульсию. Для улучшения моющих свойств в стабилизированную эмульгатором эмульсию вводят по- лифосфат натрия и тринатрийфосфат в количестве 0,1 и 0,1-0,2% соответственно. Эмульсии являются одновременно смазывающими и охлаждающими жидкостями (СОЖ).
В настоящее время на отечественных предприятиях наиболее распространенной СОЖ является стабильная эмульсия концентрацией 2-5%. Для ее приготовления используют эмульсолы- композиции, состоящие из масла и эмульгатора, которые поставляются маслохимзаводами. Собственно эмульсия готовится непосредственно в прокатных цехах. Для ее применения станы снабжены специальными циркуляционными системами (рис. 2), в которых СОЖ не разлагается и проходит очистку целиком.
Рисунок 2- Схема простейшей эмульсионной системы стана холодной прокатки:
1-магнитный сепаратор;2-бак-отстойник;3-циркуляционные насосы;4-фильтр;
5-холодильник.
Ранее в отечественной практике в основном применялись эмульсолы Э-2 (Б), ЭТ-1, ЭТ-2, Т, ОМ, ЭП-29, Укринол-211М, Уфол-1. В настоящее время довольно широко распространена эмульсия из эмульсола Квакерол, которая примерно соответствует отечественным по моющим и антикоррозионным свойствам, но обладает более высокой смазочной эффективностью.
За рубежом, на широкополосных быстроходных станах, прокатывающих полосы преимущественно малой толщины, получили распространение 3 - 6% мета- стабильные и нестабильные эмульсии (водомасляные смеси). Метастабильные эмульсии получают при введении в масляную основу небольшого количества эмульгатора. Они имеют сравнительно малую устойчивость и требуют хотя бы слабого, но постоянного перемешивания. В стабильных эмульсиях диаметр капелек масла находится в пределах 0,5-20 мкм, в мета- стабильных 20 - 50 мкм, а в нестабильных превышает 50 мкм. Поэтому по смазочной эффективности нестабильные эмульсии превышают метастабильные, а последние превосходят стабильные. Основой нестабильных и метастабильных эмульсий служит пальмовое масло или его заменители.
3.1 Загрезнения поверхности листового проката
После холодной прокатки на поверхности полосы остаются механические и жировые загрязнения, количество которых определяется различными факторами и может достигать более 600 мг/м2
(рис. 3). Для предотвращения образования при последующей обработке дефектов поверхности в виде «пятен загрязнения» загрязненность поверхности полос после холодной прокатки жировыми остатками должна быть не более 100-120 мг/м , а металлическими частицами - не более 100-150 мг/м2
Рисунок 3- Зависимость загрезненности поверхности холоднокатаных полос от различных факторов:
1,4,5,7- жировые загрязнения;2,3,6,8- механические загрязнения.
Если на поверхности полосы остаются жировые загрязнения то они могут быть в последующем причиной таких видов дефектов как: «пятна эмульсии», «сажистый налет».
Пятна эмульсии-потрескавшиеся остатки эмульсии на поверхности полосы.Они хаотично распределены по поверхности и представляют собой замкнутые участки неправильной формы с темными границами (рис.4).
Пятна эмульсии возникают в результате растрескивания остатков эмульсии.Остатки эмульсии могут не испариться полностью в процессе отжига,причиной чему является неполная обтирка и обдувка полосы.
Рисунок 4 – Пятна эмульсии
Примечания к дефекту «пятна эмульсии»
1. Термин пятна эмульсии по ГОСТ 21014-88 является одним из синонимов определения стандартизованного термина "пятна загрязнения".
2. По ГОСТ 21014-88 пятна загрязнения
- это дефект поверхности в виде пятен, полос, натеков, разводов, образующихся вследствие прилипания жидкости к изделию и дальнейшего неравномерного окисления при нагреве и травлении металла.
3. Источниками образования пятен загрязнения являются технологические смазки, смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), налет шлама с промывочной водой, утечки масла с механического и гидравлического оборудования. Пятна загрязнения в процессе прокатки, очистки, отжига, дрессировки, хранения металла на складах под воздействием технологических сред изменяют не только свою форму, но и химический, фазовый состав.
4. Пятна загрязнений на поверхности полос после холодной прокатки имеют вид темных пятен произвольной формы, расположенных в строчку или группами вдоль прокатки. В случае очистки полос на агрегате электролитического обезжиривания (АЭО) пятна загрязнений имеют светло-серый цвет.
Пятна загрязнения на поверхности отожженных холоднокатаных полос чаще всего проявляются в виде пятен пригара эмульсии или сажи, загрязненных окислами железа, углесодержащими продуктами сложного состава. Решающее значение в образовании вида пятен загрязнения имеет состав жировых, минеральных смазок и их эмульсий.
5. Характеристика пятен загрязнения на поверхности холоднокатаных полос, жести определяется факторами:
качеством поверхности горяче- и холоднокатаных полос, главным образом, отсутствием поверхностных дефектов, равномерностью микрорельефа поверхности;
количеством и составом налета шлама на поверхности горячекатаных травленых полос перед их свертыванием в рулон;
показателем рН промывной воды после травления горячекатаных полос;
составом технологических смазок, конструкцией машин смотки или свертывания горячекатаных травленых полос;
процессами холодной прокатки и составом технологической смазки;
способами очистки поверхности холоднокатаных полос во время прокатки и после прокатки;
конструкциями термических печей и процессом отжига металла;
составом защитной атмосферы при отжиге металла;
сроками хранения рулонов металла на всех технологических складах цеха.
(рис. 5 – 6)
| Характеристика дефекта
|
Причины возникновения дефекта
|
Меры предупреждения
образования дефекта
|
| Дефект в виде черных пятен сажи, расположенных на кромках полос с одной или с двух сторон или на всей поверхности полосы на внешних витках рулона.
В сажистых пятнах обнаруживается высокое (до нескольких процентов) содержание углерода, наличие графита и окислов железа.
|
Дефект образуется из-за:
- применения некачественного эмульсола;
- загрязнения атмосферы печи продуктами разложения технологической жидкости (эмульсии, масла) при отсутствии или некачественной продувке подмуфельного пространства колпаковой печи;
- избыточного содержания в защитном газе окиси углерода или метана, которые разлагаются с выделением углерода и последующим его осаждением на поверхности полосы в виде мелкодисперсной сажи;
- плохой циркуляции газа под муфелем и, следовательно, недостаточного удаления продуктов разложения эмульсии из межвиткового пространства.
|
Осуществлять сдув эмульсии с полосы по окончании холодной прокатки.
Использовать эмульсол высокого качества с концентрацией, не превышающей требования технологической инструкции.
Обеспечивать эффективную циркуляцию защитного газа под муфелем, следить за исправностью циркуляционного вентилятора стенда, не допускать перекрытия конвекторными кольцами выходных отверстий защитного газа.
Для удаления продуктов возгонки производить горячую продувку подмуфельного пространства печи в период нагрева и выдержки садки, следить за исправностью запорной арматуры и состоянием трубопроводов на выходе из подмуфельного пространства защитного газа.
|
Рисунок 5- Внешний вид дефекта
Рисунок 6 - Внешний вид дефекта
Задача снижения загрязненности холоднокатаных полос решается комплексно.
Прежде всего, конструкция эмульсионной установки должна обеспечивать высокую степень очистки СОЖ. Для выполнения этого условия в современных циркуляционных системах предусматривается полная фильтрация перед подачей на стан с помощью вакуумных фильтров, устройств для отделения посторонних масел и магнитных сепараторов.
В последней клети часто применяют эмульсию с повышенным содержанием моющих компонентов, которая поступает на стан из автономной системы подачи СОЖ.
Значительное внимание уделяется обеспечению оптимального теплового режима стана - температура валков поддерживается не выше 80°С, а полосы - не выше 180°С. При более высоких температурах создаются предпосылки для термического разложения компонентов технологической смазки, следствием чего является не только увеличение загрязненности холоднокатаных полос, но также возникновение дефектов «штрихи», «пригар эмульсии». Вместе с тем считают, что при смотке в рулон полоса должна иметь температуру 120-140°С, т. к. в таком случае, вследствие испарения остатков жидкости с полосы, будут предотвращаться дефекты «пятна ржавчины».
За последней клетью непрерывных станов применяют специальные системы для обдува полосы.
На станах холодной прокатки для охлаждения валков обычно применяют водомасляные эмульсии. Эмульсию подают через циркуляционную систему с непрерывной очисткой от загрязнений.
На рисунке 7 показана принципиальная схема установки приготовления эмульсии и систем охлаждения двухклетьевого прокатно-дрессировочного стана 630 и пятиклетьевого стана 630 холодной прокатки углеродистой ленты. Установка включает в себя бак 1, насос 2, гидродинамический диспергатор 3, разделитель 4, напорный трубопровод 5, трубопровод возврата масла 6, обратный 7 и раздаточные 8 и 9 трубопроводы. Эмульсию получают при смешивании эмульсола с водой в два этапа. На первом этапе эмульсол и воду в объемном соотношении 3:2—7 подают на насос 2, а затем на диспергатор 3. После диспергирования смесь поступает в разделитель, в котором происходит отделение незаэмульгировавшего масла, и затем по трубопроводу 6 оно возвращается на повторное диспергирование. В качестве разделителя используют напорный гидроциклон. Концентрированную эмульсию подают в бак 1. На втором этапе прекращают подачу эмульсола и разбавляют эмульсию до заданной концентрации путем подачи на диспергирование концентрата из бака 1 и воды. После заполнения бака подачу воды прекращают и эмульсию перемешивают до получения однородной смеси. Готовую эмульсию подают в системы охлаждения станов 630 по раздающим трубопроводам 8 и 9.
 Рисунок 7- Принципиальная схема систем приготовления и применения смазочно-охлаждающей эмульсии на пяти- (𝜤) и двухклетевых (𝜤𝜤) станах 630:
15-насос;25-трубопровод подачи инжектируемой эмульсии;П-присадка;Вз-воздух;
Вд-вода;Э-эмульсол;остальное обозначение-в тексте.
Приготовление эмульсии данным способом позволяет увеличить степень диспергирования масла в воде вследствие повторной подачи незаэмульгировавшего масла через разделитель на диспергирование. При других способах приготовления незаэмульгировавшее масло всплывает в отстойниках и безвозвратно теряется.На пятиклетьевом стане 630 охлаждение валков проводят 1,5—3,5 %-ной эмульсией на основе эмульсола ОМ. Эмульсию подают на валки 10, затем собирают в отстойниках 11 и 12, в которых проходит ее грубая очистка от механических примесей и свободных масел. Отстойники сообщается между собой в средней части трубой, в результате чего в отстойнике 11 задерживается значительное количество масел и механических примесей. В дальнейшем накапливающиеся загрязнения удаляют из отстойника 11 во время чистки системы охлаждения. Из отстойников эмульсию через эжектор 13 подают во флотатор 14, где она очищается от мелкодисперсных загрязнений. Окончательную ее очистку проводят в магнитных сепараторах 16. Очищенную эмульсию собирают в баке 17, а затем подают на стан.
В процессе прокатки эмульсию подают из бака 17 нагнетательным насосом 18 по напорному 19 и питающему 20 трубопроводам в коллекторы охлаждения 21 (клапан 22 открыт). Одновременно по трубопроводу 23 подают смесь сжатого воздуха и эмульсии, полученную в инжекторе 24. После окончания прокатки клапан 22 закрывают. Вследствие непрерывной подачи воздуха в инжектор при закрытом клапане остатки эмульсии вытесняются из трубопровода 20 через коллекторы 21 воздухом.
Данный способ охлаждения позволяет уменьшить температуру валков на 3—5  и очистить питающий трубопровод от остатков эмульсии. Устранение в трубопроводе застойной зоны из эмульсии при прекращении ее подачи из системы позволяет предотвратить разложение эмульсии бактериями и выделение из нее загрязнений с последующим их попаданием на прокатываемый металл.
Для улучшения моющих свойств в эмульсию вводят полифосфат натрия и тринатрийфосфат в количестве 0,1—0,5 и 0,1—0,2 % соответственно. Эти присадки перемешивают в смесителе 26. В смеситель постоянно поступает эмульсия из рабочей камеры флотатора 14, а затем вытекает в камеру очищенной эмульсии, обеспечивая полное растворение присадок. Моющие присадки в эмульсии позволяют уменьшить расход эмульсола и загрязненность поверхности проката.
Таблица 1 - Качество поверхности ленты при прокатке на стане 630 с добавлением в эмульсию тринатрий- фосфата (слева от косой черты) и полифосфата натрия (справа от косой черты):
| Содержание присадок,массовая доля, %
|
рН эмульсии
|
Загрязненность ленты,мг/м2
|
Расход эмульсола, кг/т проката
|
| -/-
|
6,7
|
870
|
2,98
|
| 0,1/0,2
|
7,5
|
600
|
2,47
|
| 0,2/0,2
|
7,8
|
710
|
2,23
|
| 0,1/0,1
|
7,5
|
820
|
2,52
|
| 0,5/0,2
|
8,2
|
760
|
2,15
|
Система охлаждения двухклетьевого прокатно-дрессировочного стана содержит флотатор 27, насос 28у
напорный трубопровод 29, коллекторы охлаждения 30. Эмульсию подают на валки через коллекторы 30. Загрязненную эмульсию собирают во флотаторе 23 и после очистки снова подают на валки. Концентрация эмульсии составляет 7-10 %, ее количество в системе не превышает 40 м3
. Величина обжатий ленты не превышает 15 %. При незначительном объеме системы охлаждения двухклетьевого стана и малых величинах обжатий эмульсия практически не разрушается. Кроме того, установлено, что ее подача между валками и прокатываемой полосой способствует дальнейшему дроблению капель масла и получению более стабильной эмульсии. В связи с этим эмульсию стали использовать для подпитки системы охлаждения пятиклетьев'ого стана. Концентрированную эмульсию из флотатора 27 подают во флотатор 14 по трубопроводу 3/, а затем разбавляют водой до требуемой концентрации.
Таким образом, обеспечивается периодическое обновление эмульсии на пятиклетьевом стане.
На стане 630 ЛПЦ-8 в качестве СОЖ используются эмульсии на основе следующих эмульсолов :Квэкерол-1914 производства фирмы «Квэкер-Кэмикл»(Голландия) и Ринол-1 производства АО «Рязанский нефтеперерабатывающий завод».
Таблица 2 - Физико-химические показатели эмульсолов
| № п/п
|
Наименование показателей
|
Эмульсолы
|
| Квэкерол-1914
|
Ринол-1
|
| 1
|
Плотность,г/см3
|
0,915
|
0,922
|
| 2
|
Кислотное числоБ мг КОН/г
|
5,9
|
16
|
| 3
|
Число омыления, мг КОН/г
|
105
|
85-105
|
| 4
|
Температура вспышки, 
|
202
|
196
|
| 5
|
Вязкость при 40 
|
47,5
|
35-75
|
| при 50
|
| при 100
|
6,6
|
| 6
|
Влага , %
|
Отс.
|
Не более 1,5
|
| 7
|
рН 5 %-ной эмульсии
|
6,6
|
7,5-9,5
|
Таблица 3 – Средняя загрязненность поверхности холоднокатаного и отожженного металла,прокатанного на стане 630 ЛПЦ-8 с использованием различных типов эмульсолов
| Толщина, мм
|
Средняя загрязненность поверхности металла марок 08пс,08кп, мг/м2
|
| Квэкерол-1914
|
Ринол-1
|
| После проката
|
После отжига
|
После проката
|
После отжига
|
| 0,5-0,85
|
290
|
205
|
699
|
242
|
| 0,9-1,2
|
287
|
147
|
795
|
306
|
| 1,25-2,0
|
488
|
130
|
1097
|
244
|
| Среднее значение
|
355
|
160
|
864
|
264
|
В конце пятой клети идет сдув эмульсии с полосы.
5 ПУТИ СНИЖЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ ХОЛОДНОКАТАННОГО ПРОКАТА УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
Известно, что загрязнение углеродосодержащими соединениями отрицательно влияет на такие свойства поверхности листового проката, как фосфатируемость, способность к адгезии покрытий, сопротивление коррозии после окраски изделия из него .Особенно эти свойства ухудшаются при наличии на поверхности остаточного углерода, превышающего 8 мг/м2
.
Потребители холоднокатаного металла предъявляют жесткие требования к загрязнению поверхности углеродсодержащими соединениями. Объясняется это тем, что при производстве продукции из таких полос, например при окраске и лакировке, возможен брак. Кроме того, повышенное содержание на поверхности аморфного или графитизированного углерода может привести к появлению на изделиях пористой коррозии .
Углеродсодержащие соединения состоят из остатков технологической смазки, сажи, графита и цементита.
В связи с этим необходимо определить параметры технологии, влияющие на чистоту поверхности холоднокатаного листа, и устранить причины, способствующие ее снижению.
Выделение углеродосодержащих отложений происходит при отжиге холоднокатаного металла в колпаковых печах.
Согласно кинетике процессов, при высокой скорости протекания реакций выделения углерода становится невозможным управление этой реакцией .
Уменьшение образования углеродосодержащих соединений возможно путем снижения количества реагирующих веществ - потенциальных носителей углерода при обеспечении низкой скорости протекания реакций.
В общем случае среднюю скорость химической реакции можно записать :
где  - изменение концентрации реагирующего вещества (продуктов реакции);
 - интервал времени протекания реакции.
Из зависимости (3) следует, что снижение скорости реакции может обеспечиваться за счет уменьшения числителя (∆С) и увеличения знаменателя (∆t).
При анализе подмуфельной атмосферы установлено, что основным реагентом, содержащим углерод и способствующим его выделению, является группа СН (СН4
до 40 %). Из литературных данных [2] известно, что при температуре 200 - 700°С метан (СН4
) разлагается с выделением углерода по следующей реакции:
 (4)
Уменьшение ∆С возможно за счет снижения содержания углеродосодержащих реагентов в подмуфельном пространстве. Это достигается выдуванием газообразных углеродосодержащих продуктов с начала нагрева в течении 30 часов.
Увеличение ∆t возможно за счет замедления скорости нагрева при испарении углеродосодержащих соединений. Это обеспечивается проведением промежуточных выдержек в процессе нагрева садки.
Существуют еще несколько источников выделения углеродосодержащих соединений. Ненасыщенные жирные кислоты, свободные карбоновые кислоты (продукты окисления составляющих эмульсола) и окислы металлов (например, "недотрав") могут образовывать на поверхности полосы в очаге деформации железные мыла, которые сдувом прокатной эмульсии не удаляются и в процессе отжига также являются источниками появления углеродсодержащих соединений. Поэтому иногда под "сажей" на поверхности обнаруживаются окислы. Этот вид углеродсодержащих загрязнений проведением горячей продувки при термическом отжиге не устраняется.
Кроме метана, при отжиге образуются и другие газы: с непредельной связью (этилен, пропилен) и ароматические углеводороды. При конденсации этих газов образуются полимерные продукты типа смолы, которые после возгонки при отжиге оседают на кромке и также дают "сажистый налет".
Уменьшение количества и концентрации реагирующих веществ можно достичь за счет уменьшения масляной составляющей, остающейся на полосе после холодной прокатки.
Следует отметить, что однозначно выявлено влияние концентрации масляной фазы на количество загрязнений на поверхности холоднокатаного листа. Чем ниже концентрация эмульсии, подаваемой на стан холодной прокатки, тем меньше остается масляной составляющей на полосе после прокатки, и следовательно, образуется меньше органической части загрязнений при термическом отжиге. Однако, снижение масляной составляющей должно иметь ограничение, так как чем ниже концентрация ее в эмульсии, тем больше образуется продуктов износа за счет увеличения коэффициента трения, которые является катализаторами процесса науглероживания.
Предлагается следующая технология, заключающаяся в следующем:
♦ нанесение смазочного слоя на подкат до холодной прокатки в линии непрерывно-травильного агрегата (НТА);
♦ ведение процесса холодной прокатки с подачей метастабилыюй эмульсии малой концентрации (до 1,0%) на основе минеральных масел.
При этом особенность ведения процесса производства состоит в использовании двухслойной системы смазки при холодной прокатке (рис. 8), а именно:
•формирование 1-го смазочного слоя на подкате до холодной прокатки в линии НТА;
•формирование моюще-охлаждающего 2-го слоя в процессе холодной прокатки.
Функциональное назначение 1-го смазывающего слоя - это предохранение поверхности полосы от механических повреждений при смещении неплотносмотанных витков рулона и максимально возможного разделения поверхностей полосы и валка в процессе прокатки; снижение коэффициента трения; сохранение разделительно-смазочных свойств до последней клети стана и необходимой способности удаляться с полосы.
Назначение 2-го слоя - это обеспечение стабильного теплового баланса процесса холодной прокатки, когда разница между температурой смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на входе и выходе из клети имеет минимальные значения; дозированного удаления 1-го слоя промасливателя в первых 4-х клетях стана и формирование смазочного клина в 5-ой клети.
 Рисунок 8 – Функциональная схема использования двухстадийной смазки при холодной прокатке. Целесообразно уменьшение веществ, являющихся катализаторами выделения углеродосодержащих соединений при термическом отжиге {Fe, Si, CI, К, Cci). Их источниками являются, как отмечалось выше, шлам после травления и частицы износа металла при травлении и холодной прокатке.
Следует отметить сильное влияние наличия на поверхности полосы Fe+1
и которые являются катализаторами крекинга углеводородов масляных остатков и приводят к образованию полимерных и сажистых налетов холоднокатаного металла при отжиге.
С целью снижения количества частиц износа и масляной составляющей на полосе после травления и холодной прокатки необходимо соблюдение следующих параметров технологии производства:
Параметры травления
•степень защиты металла ингибитором от кислотной коррозии не менее 80%;
•работа только при максимальном изгибе полосы всеми роликами окалиноломателя и соблюдение величины обжатия в дрессировочной клети не менее 1% после перевалки рабочих валков;
•эффективность промывки, сушки (рН не менее 6);
•загрязненность поверхности полосы на выходе из линии НТА, оцененная при помощи реплик, снятых лентой "скотч", с коэффициентом отражения не ниже 70%.
Параметры холодной прокатки
•постоянный сдув эмульсии на выходе из стана;
•постоянная промывка полосы в третьем межклетевом промежутке;
•температура подаваемой эмульсии не выше 50°С.
И поставить специальную систему сдува эмульсии в конце пятой клети.
Одной из последних разработок в данном направлении является система DS (Dry Strip), разработанная фирмой SMS Demag (рис. 9). С помощью этой системы эмульсия не только сдувается, но и отсасывается с кромок полосы.В результате обеспечивается как высокая степень очистки от остатков эмульсии, так и эффективная сушка полосы.
Рисунок 9 – Система DS:
1-полоса;2-щелевое сопло для создания воздушной завесы;3-сопло для сдува СОЖ к кромкам; 4 отсос СОЖ с кромок.
|
