Цинковый прокат

Прокатка цинковых заготовок

Прокатка цинка и сплавов на его основе обеспечивает получение листов различной толщины (б): для химических источников тока б = 0,15-2,0 мм, для общего назначения б = 0,12-4,0 мм, для клише б = 1,0-4,5 мм и для офсетной печати б = 0,15-1,0 мм. Кроме этого, прокаткой получают цинковые аноды (б = 5-12 мм), фольгу (б  = 0,05-0,07 мм) и проволоку.

Ниже приведены примерные структура и сортамент цинковых прокатанных полуфабрикатов:

Значительную часть плоских цинковых полуфабрикатов прокатывают по карточной схеме. В состав оборудования при карточной схеме прокатки входят: печь для нагрева слитков, стан предварительной горячей прокатки, станы для промежуточной и окончательной прокатки, гильотинные ножницы, листоправильные установки, дисковые ножницы, а также вспомогательное оборудование.

Технологическая схема предусматривает прокатку нагретых до 150-250°С цинковых заготовок на стане предварительной прокатки за 4-8 проходов до толщины 2,5-6 мм. После горячей прокатки полосы разрезают на карты и подают на станы для промежуточной и окончательной прокатки. Поступающие в горячем состоянии на станы промежуточной прокатки полосы обжимаются с 6 до 2 мм по схеме 6-4-2 мм. Заготовки толщиной 2 мм разрезают на карты и направляют на станы окончательной прокатки, в которых листы деформируются в специально набранных пакетах.

При предварительной прокатке в качестве смазки используют смесь 95 % парафина и 5 % стеарина; при промежуточной и окончательной прокатке - смесь 84 % парафина и 16 % воска или 40 % воска и 60 % канифоли. Выход годного при карточном способе прокатки составляет 50-65 %.

Наряду с карточным находит применение рулонный способ прокатки цинка, который имеет явные преимущества перед карточным способом. При рулонном способе можно проводить горячую и холодную прокатки массивных слитков цинка при более высоких скоростях (2,5-3 м/с), что делает возможным оканчивать прокатку при оптимальных температурах, обеспечивающих получение полуфабрикатов со стабильными механическими и технологическими свойствами.

Существует несколько вариантов технологических схем рулонной прокатки цинка. Выбор схемы прокатки зависит от назначения и масштабов производства ленты. На ряде заводов применяют следующую схему. Слитки, нагретые до 150-250°С, направляют на станы горячей прокатки. Полученные заготовки прокатывают на заготовительных станах, а затем на отделочных. Рулоны разрезают на листы на специальных установках.

В состав оборудования цеха по производству цинкового листа рулонным способом входят нагревательные печи, станы горячей прокатки с гильотинными дисковыми ножницами и с гибочной машиной, заготовительные станы холодной прокатки, станы для окончательной прокатки с дисковыми ножницами и намоточными устройствами, а также чистоправильные машины и другое вспомогательное оборудование.

Один из вариантов технологической схемы рулонной прокатки сводится к следующему. Слитки массой около 500 кг нагревают до 140- 200°С и в горячем состоянии прокатывают на двухвалковом стане за девять проходов по схеме: 83-79-75-71-67-55-43-35-29- 25 мм с обжатиями в первых проходах по 5-6 %. Полученную заготовку толщиной 25 мм обрезают на ширину 670 мм и нагревают до 60°С, после чего прокатывают на полосу толщиной 5 мм за 20 проходов с обжатиями по 1 мм за проход. Окончательную прокатку осуществляют на нереверсивном двухвалковом стане по схеме 5-4, 25-3,50-2,75-2,10-1,5-1,0-0,55-0,25 со скоростью 45-60 м/мин. Полученные рулоны разрезают на листы дисковыми или гильотинными ножницами с применением листоправильной машины.

При горячей и холодной прокатке цинковых заготовок по рулонной схеме следует особое внимание уделять смазке и охлаждению валков для поддержания их температуры на определенном уровне. Для этого используют жидкие смазки и эмульсии. Так, при предварительной горячей прокатке в качестве смазки применяют эмульсию, состоящую из 2-4 % асидилового эмульсола и 96-98 % воды. При прокатке на заготовительных станах, кроме смазки вышеприведенного состава, применяют смесь 15-20 % минерального масла и 80-85 % велосита. При холодной окончательной прокатке на отделочных станах используют в качестве смазки следующие составы: 2-4 % канифоли и 96-98 % керосина; 2-4 % канифоли и 96-98 % велосита; 15-20 % веретенного масла и 80-85 % велосита; 2-4 % олеиновой кислоты и 96-98 % керосина.

Ниже приведены технико-экономические показатели при карточном (размер листов 0,5x476x808 мм) и рулонном способах прокатки цинка:

Как видно, при рулонном способе прокатки выход конечного продукта выше на 10-13 % в сравнении с выходом при карточной схеме. Трудоемкость и стоимость обработки 1 т готовой продукции при рулонной прокатке ниже, чем при карточной, практически в 4 раза. Поэтому одним из направлений совершенствования технологии изготовления цинковых листов является переход с карточного способа прокатки на рулонный.

Бесслитковая прокатка цинковых сплавов

Способ получения полуфабрикатов в виде листов, полос, прутков и др. непосредственно из жидкого расплава называется бесслитковой прокаткой. Этот способ представляет большой практический интерес, так как позволяет совместить в непрерывном процессе отливку и горячую прокатку. Кроме того, он дает возможность полностью исключить процесс литья слитков, их разрезку, фрезеровку, нагрев и горячую прокатку, а также значительно повысить выход годного.

Бесслитковая прокатка цинковой полосы непосредственно из жидкого металла может быть легко осуществлена на агрегатах, основой которых служат установки валкового и ротационного типов. На агрегатах первого типа, состоящих из двухкамерной плавильной печи, машины непрерывной прокатки валкового типа, листо-правильной машины, ножниц, устройства для обрезки кромок и моталки, можно получать ленты шириной до 1000 м. Шихту (отходы, чушки и др.) загружают в первую камеру печи емкостью около 2000 кг, а жидкий металл течет по специальному каналу в отстойную камеру такой же емкости. Работа плавильной печи регулируется таким образом, что металл, поступающий на разливочную машину, имеет строго определенную температуру.

Расплавленный металл перед выпускным отверстием отстойной камеры поддерживают на постоянном уровне несколько выше центров валков; металл таким образом находится постоянно под гидростатическим давлением. Главным узлом установки являются валки, которые не только создают профиль полосы, но и отводят тепло, а также сообщают движение полосе. В валках имеются каналы для циркуляции охлаждающей воды.

Металл кристаллизуется сразу же ниже линии центров валков, и валки захватывают уже твердый металл. Окружная скорость валков точно синхронизирована со скоростью затвердевания. Если валки вращаются слишком быстро, то цикл прерывается, а если медленно, то образуется избыток жидкого металла в приемном устройстве перед валками.

Практикой установлено, что необходимо поддерживать температуру металла возможно более низкой, чтобы получаемый металл имел минимальный размер зерна и быстрее затвердевал, а следовательно, чтобы производительность установки была высокой. Описанный агрегат может выпускать полосы толщиной около 6 и шириной до 1000 мм со скоростью 0,75-1 м/мин.

После выхода из валков полоса поступает в правильную машину, проходит операцию обрезки кромок и сматывается в рулон. Когда рулон достигает заданной массы (1,35-3,5 т), оператор обрезает полосу, рулон удаляют от агрегата и начинается наматывание нового рулона.

Установка другого типа для бесслитковой прокатки показана на рис. 73. Из плавильной печи расплавленный металл поступает через регулировочный клапан в кристаллизатор. Кристаллизатор литейной машины представляет собой барабан диаметром 1,5 м, по наружной поверхности которого проточены кольцевые канавки с поперечным сечением, равным поперечному сечению выпускаемых заготовок. Толщина заготовок 12,5-25, ширина 150-300 мм. Для получения заготовок разных размеров на вал литейной машины устанавливают различные барабаны. Барабан охватывается, как шкив, бесконечной лентой из нержавеющей стали, которая натягивается тремя натяжными роликами. Жидкий металл поступает в зазор между лентой и барабаном, кристаллизуется в полости, образованной кольцевой проточкой барабана и стальной лентой, и выходит в виде заготовки. Барабан и лента интенсивно охлаждаются водой. Температура расплавленного металла должна быть 430-440°С. Благодаря быстрому охлаждению получается мелкозернистая структура заготовки.

После кристаллизации горячая заготовка подается в двухвалковый стан горячей прокатки, где она прокатывается с большими обжатиями (например, с 12,5 до 5 мм). После горячей прокатки лента охлаждается и попадает в двухвалковый стан холодной прокатки, где также прокатывается с большими обжатиями. После прокатки лента либо режется специальными ножницами на листы, либо наматывается на моталки со снимающимся барабаном. В то время как один бунт снимается с моталки, второй наматывается. Скорость выхода цинковых лент из валков стана холодной прокатки может быть доведена до 2-3 м/с.

В работе показана принципиальная возможность получения рулонной цинковой заготовки методом бесслитковой прокатки на промышленных агрегатах АБРАП-1000 (агрегат бесслитковой прокатки алюминиевой полосы) с кристаллизатором валкового типа. При освоении технологии получения цинковой рулонной заготовки были учтены теплофизические и литейные свойства цинка. В частности, при использовании агрегата АБРАП-1000 для разливки цинка применили менее интенсивное охлаждение валков кристаллизатора, чем это было предусмотрено конструкцией агрегата. Повышенный перегрев цинка до температуры 560°С для обеспечения разливки цинка по "открытой" литниковой системе привел к необходимости применения специальных мер по уменьшению окисляемости жидкого металла. Специфические свойства цинка наложили свои ограничения и на размеры отливаемых заготовок. Так, пониженные пластические свойства цинка (при температурах формирования заготовки) явились препятствием для получения заготовок толщиной более 6 мм из-за образования трещин на внешней стороне заготовок при их изгибе.

Типичные механические свойства образцов, вырезанных из цинковых полос толщиной 4 мм, полученных методом бесслитковой прокатки, приведены ниже (вдоль заготовок/поперек заготовок):

σ_в, МПа = 90-110/70-90; σ_0,2, МПа = 40-50/не опред.; δ,% = 8-12/12-2,5; HB, МПа = 270-430/не опред.

Цинковые заготовки, полученные методом бесслитковой прокатки, прокатывали затем на ленты толщиной до 0,5 мм рулонным способом на станах холодной прокатки. Качество этих лент оказалось более высоким, чем полученных из заготовок и прокатанных традиционным методом из слитка.