Проблемы переработки катанки с механическим удалением окалины
Проблемы переработки катанки с механическим удалением окалины
Низкоуглеродистая проволока и изделия из нее: гвозди, электроды, сетки и др., находят достаточно широкое применение в народном хозяйстве. При внесении изменений в технологический процесс ее производства главной целью должно быть снижение себестоимости готовой продукции. Ввод в эксплуатацию механического способа обработки поверхности катанки от окалины, взамен химического способа травления металла в кислотах, полностью отвечает поставленной цели.
Степень развития технологии этого способа на данном этапе не позволяет в полной мере, заменить им травление, но его явные преимущества заставляют обратиться к доработке всего технологического процесса и соответствующего ему оборудования. Положительными моментами механического окалиноломания является, во-первых, экономическая целесообразность процесса, обусловленная совмещением процессов подготовки поверхности к волочению и последующего процесса волочения, а во-вторых, окалиноломание намного экологичнее травления
Разработка высокотехнологичных и автоматизированных, а, главное, рентабельных процессов подготовки поверхности должна стать одним из основных направлений реконструкции метизного производства.
Процесс производства проволоки в монолитной волоке не дает возможности управления напряженно - деформированным состоянием материала в очаге деформации, поэтому в ряде случаев требуется дополнительная деформационная обработка с целью придания изделию каких-либо определенных пластических свойств. Такой обработкой может являться механо циклическое воздействие на катанку перед волочением в роликовом окалиноломателе. Большинство конструкций окалиноломателей предполагают удаление окалины изгибом катанки на роликах: происходит деформация удлинения, и окалина, как более хрупкое вещество по отношению к более пластичному - стали, ссыпается с поверхности материала. Изгиб катанки происходит по заранее определенному закону, установленному конструкцией окалиноломателя и влияние этого процесса на конечные свойства изделия, в целом, еще недостаточно изучены. В тех случаях, когда нагрузки прикладываются однократно поведение материала хорошо описывается теорией малых упруго - пластических деформаций и теорией идеальной пластичности, но эти закономерности не приемлемы в случаях повторных и, тем более, знакопеременных деформаций.
Таким образом, возникла теоретическая проблема определения влияния механо циклической обработки (МЦО) на механические свойства готового изделия и технологическая, связанная с последующей доработкой конструкции окалиноломателей с целью снижения силовых параметров процесса.
В процессе химического травления также изменяются механические характеристики металла в связи с продиффундировавшим в металл водородом. Таким образом, происходит незначительное увеличение прочностных свойств и резкое снижение вязких свойств. Для повышения интенсификации процессов травления необходимо повышение концентраций и температур растворов кислот, но такие требования отрицательно сказываются на качестве металла, а также ведут к повышению себестоимости готовой продукции. Из этого следует еще одно преимущество роликового окалиноломания: травление требует удлинения всего технологического процесса, дополнительного времени для восстановления вязких свойств длительным вылеживанием или горячей сушкой металла, а механическая подготовка поверхности деформационным изгибом позволяет избежать этих затрат, с одновременным улучшением упруго - пластических характеристик. Известно около 20 систем и типов роликовых окалиноломателей, отличающихся конструкционно по:
- диаметру окалиноломающих роликов;
- их количеству;
- глубине вреза ручья роликов;
- расположению роликов относительно друг друга в пространстве;
- степени фиксации (для катанки диаметром свыше 7,0 мм применяются подвижные ролики).
К двум основным проблемам механической подготовки катанки к волочению относится недостаточное качество поверхности проволоки и повышенный расход волочильного инструмента. Причиной обеих проблем является остаточная пылевидная окалина, остающаяся после грубой очистки в роликовом окалиноломателе. Для сравнения: травлением с катанки удаляется около 98,5% окалины, а с помощью деформационного изгиба 95%.
Стойкость волок, по ряду проведенных исследований, в значительной степени зависит от того, каким способом катанка охлаждалась с прокатного нагрева, т.к. окалина, состоящая преимущественно из вюстита, образующегося при низкотемпературной обработке, очень хорошо осыпается с поверхности катанки, потому что имеет низкую твердость 270-350 единиц (по Виккерсу). Напротив, тонкий и твердый слой окалины магнетит и гематит - прочно сцеплен с поверхностью металла, плохо отделяется, попадает в волоку и налипает на ее стенки, способствуя преждевременному выходу последней из строя. Хорошие результаты показывает использование при волочении катанки с механически удаленной окалиной сборных волок. Их применение позволяет увеличивать производительность одной волоки в 2 и более раза.
Совершенствование стойкости волок может идти по следующим направлениям:
- улучшение конструкции сборной волоки и самой технологии сборки волок;
- повышение механических свойств твердого сплава за счет его термообработки;
- подбор марки сплава вольфрам-карбид, имеющего наименьшую склонность к расколу.
Для создания устойчивого процесса волочения и хорошего качества поверхности готовой проволоки в линиях с механическим удалением окалины необходимо использовать специальные виды смазок. К ним предъявляются следующие требования:
- смазка должна быть устойчивой при повышенных температурах и давлениях, т.к. из-за развитой микрогеометрии поверхности катанки (большая величина выступов), и, следовательно, большого захвата смазки поверхностью при входе в волоку, возникает повышенное давление;
- смазка должна состоять из смеси мелких и грубых частиц, т.к. недостаток мелких частиц приводит к тому, что мелкие поры на поверхности проволоки не закрываются, а отсутствие грубых частиц приводит к уменьшению оросительной способности смазки.
Основным вопросом остается разработка такого процесса окалиноломания, который удалял бы практически всю окалину с поверхности. Для решения этого вопроса необходимо совершенствовать как устройство самого окалиноломателя, так и систему последующей тонкой очистки катанки. Окалина ссыпается с поверхности металла за счет изгиба и растяжения, и в результате удлинения катанки на роликах изгибающего устройства. Но необходимо также удалить и оставшиеся 4-6% окалины, в основном находящейся в порах шероховатой поверхности катанки. Оставшийся слой пылевидной окалины удаляется с помощью разнообразных способов тонкой очистки. Выбор конструкции оборудования для тонкой очистки необходимо производить, исходя из особенностей технологического процесса, требуемых свойств готового изделия, а, также принимая во внимание техническую базу предприятия, на котором предполагается производить реконструкцию.
В условиях небольших метизных предприятий более экономичен автономный метод, т.к. такая установка не исключает возможности использования подтрава после роликового окалиноломания, а также разработка процессов нанесения подсмазочного слоя и последующей сушки не требует дополнительной реконструкции, потому что может быть задействовано оборудование, применяемое сейчас после травления в растворах кислот.
Любая из, предложенных к внедрению в производство, конструкций роликового окалиноломания должна отвечать следующим требованиям:
- универсальность;
- компактность;
- непрерывный режим работы;
- высокая производительность;
- возможность совмещения различных методов обработки (подтрав, нанесение подсмазочного слоя и т.д.);
- равномерность обработки и высокое качество поверхности;
- возможность достижения высокого уровня автоматизации.
Кроме неоспоримого преимущества механической подготовки поверхности по экологическим показателям необходимо отметить и высокую экономическую эффективность проекта установки роликового окалиноломателя в потоке волочильного стана. Значительное уменьшение себестоимости готовой проволоки объясняется, в первую очередь, следующими факторами:
- снижение затрат по закупке дорогостоящих полуфабрикатов (травленая катанка) или материалов (кислоты, кислотоупорные материалы, подсмазочные покрытия и др.);
- т. к. удаление окалины происходит непосредственно перед операцией волочения, то уменьшаются транспортные расходы, и сокращается время, необходимое на обработку проволоки. Широкий рынок сбыта метизов, производимых из углеродистых и низколегированных марок стали, в частности, рынок сбыта строительных материалов, позволяет быстро реализовывать продукцию, в связи с чем происходит увеличение прибыли, и появляется возможность постепенного наращивания мощностей производства, т. к. данная реконструкция производства относится к быстроокупаемым новшествам.
Зайцева М.В., кандидат технических наук
