Непрерывный травильный агрегат

Непрерывный травильный агрегат (НТА) состоит из следующих компонентов^[2][3][4]:

• разматыватель;
• тянущие ро­лики;
• прави́льная машина (окалиноломатель) для грубой ломки окалины путём двойного изгиба полосы вокруг роликов небольшого диаметра;
• гильотинные ножницы поперечной резки для отрезания переднего конца полосы;
• стыкосварочная машина для сварки переднего конца полосы с задним концом полосы предыдущего рулона;
• петлевая яма для формирования запаса полосы с целью обеспечения непрерывного движения полосы через НТА;
• травильные ванны;
• про­мывочные ванны с горячей и холодной водой для удаления с полосы остатков кислоты или частиц солей железа;
• сушильная камера с горячим воздухом на 20—30 °С выше температуры окружающей среды;
• гильотинные ножницы поперечной резки и дисковые ножницы для обрезки боковых кромок;
• приёмные мо­талки.

Непрерывные травильные агрегаты бывают двух типов: вертикальные (башенные) и горизонтальные.

В первом случае полоса проходит через закрытую башню, состоящую из нескольких связанных между собой секций. При движении полосы по этим секциям  её обрызгивают с обеих сторон кислотой, которая с большой скоростью стекает по полосе и взаимодействует с окалиной. Такая конструкция позволяет устраивать запас полосы прямо в башне вместо отдельной петлевой ямы.

Горизонтальные травильные агрегаты имеют более простую конструкцию, более экономичны, более производительны и легче обслуживаются^[5][6].

Современный НТА представляет собой комплекс, включающий от трёх до пяти травильных ванн общей длиной 100—120 м. Кроме кислотных ванн (серная кислота H₂S0₄, соляная кислота НСl) используют щелочные (NaOH) и соляные (NaNO₃) ванны.

Скорость движения полосы в НТА от 30—75 м/мин (заправочная) до 300—450 м/мин (рабочая на участке до петлевой ямы) и 5—300 м/мин (в хвостовой части агрегата). Рабочая температура травления находится в пределах 400—500 °С, а средний расход кислоты составляет 15—25 кг/т полосы^[2][3].

В НТА осуществляется непрерывное каскадное травление, когда движение полосы и движение кислотных растворов в травильных ваннах направлены в противоположные стороны. Иными словами, травильный раствор из-за разных уровней травильных ванн течёт из последней ванны к первой, где и сливается в купоросную установку. А добавка кислоты поступает в последнюю ванну по ходу движения полосы. Это позволяет исключить заметное снижение скорости травления при  сливе и замене растворов в отдельных ваннах^[4].

В процессе травления кислотный раствор проникает к металлу полосы сквозь трещины и поры в окалине и реагирует с железом, выделяя водород, который способствует отрыву окалины от металла и ускорению её растворения^[2]. Однако водород может не полностью отрываться от металла с окалиной, а частично диффундировать в металл, понижая его пластичность. Такое нежелательное изменение свойств металла называется водородной (травильной) хрупкостью. Для предотвращения этого явления в раствор вводятся присадки-ингибиторы С-5У, ПВА-446, ТДА), которые адсорбируются на поверхности металла, образуя защитную молекулярную плёнку^[6].

На выходе полосы из последней травильной ванны размещены отжимные ролики, которые служат для минимизации выноса травильного раствора из ванны на поверхности полосы. Из отработанных травильных растворов извлекают железный купорос, затем их обогащают кислотой и снова подают в травильную линию^[4]. Длительное время наиболее распространены были НТА с использованием для травления растворов серной кислоты H₂S0₄. Травление осуществлялось в 14—26 %-ном растворе этой кислоты при температуре 90—95 °С. Для подогрева раствора в него по трубам подают горячий пар^[3].

Однако в настоящее время все большее распространение, особенно для углеродистой листовой стали, получает способ травления в растворах 20 %-ной соляной кислоты НСl из-за меньшего перехода основного металла в раствор, более высокого качества поверхности у травлёной по­лосы, более длительного сохранения травильного раствора, меньшей тенденции к водородному охрупчиванию стали^[1][4]. При травлении горячекатаных полос из легированной стали (динамной, трансформаторной, коррозионно-стойкой) используются специальные растворы, содержащие соляную и азотную кислоты или соли (селитру, поваренную соль)^[2].

Соляная кислота имеет следующие преимущества перед серной^[2][5][6]:

• большая активность и сокращение времени травления;
• улучшение качества поверхности полосы после травления;
• снижение потерь металла;
• повышение экономичности процесса за счёт большей дешевизны соляной кислоты;
• рост интенсивности растворения окалины в 1,6—2,0 раза;
• сокращение случаев перетрава.

Однако солянокислотное травление имеет и ряд недостатков. Использование более агрессивной соляной кислоты, её летучесть обусловливает необходимость соответствующей защиты травильного оборудования. Опасны также и вредные выделения паров хлористого водорода в атмосферу^[6][7].

В непрерывных травильных агрегатах полоса сначала проходит через щелочные и соляные ванны, в которых происходит разрыхление окалины, после чего она легко растворяется в кислотных ваннах. Для интенсификации выделения водорода и ускорения процесса химического травления его дополняют электролитическим процессом. Такой вариант имеет ряд преимуществ: снижение расхода кислоты и подогрев раствора электрическим током^[2]. Кроме того, для ускорения травления используют ультразвуковое перемешивание раствора в ванне.

• недотрав (высокая скорость полосы, низкая концентрация или температура травильного раствора, неисправность окалиноломателя);
• перетрав (низкая скорость полосы, высокая концентрация или температура травильного раствора, задержка полосы в растворе);
• ржавчина (некачественная промывка и сушка полосы);
• вдавлины (навар или налипание крошки на тянущих роликах);
• царапины, заусенцы, волнистость^[4].

Есть разные варианты по крайней мере частичной замены трудоёмкой и экологически вредной операции травления другими способами удаления окалины с поверхности горячекатаных полос. К ним относятся, в частности, 2- или  4-валковые дрессировочные клети с малыми (до 5 %) обжатиями, а также дробемётные и дробеструйные установки^[6].

В целях повышения эффективности работы травильных агрегатов также разрабатываются процессы травления в турбулентной ванне, что обеспечивает высокую чистоту поверхности при минимальном времени травления и наименьшей температуре раствора, бескислотные способы травления за счет подачи на полосу под давлением смеси железистого песка с водой, абразивных порошков и др. Компания Danieli (Италия) также разработала первую в мире систему водородного удаления окалины в атмосфере с турбулентным потоком водорода^[7][8]. Эти способы могут дополняться лёгким травлением со значительным сокращением расхода кислоты.

В России НТА работают на нескольких крупных металлургических комбинатах с листопрокатным производством, в частности, 3 агрегата — на Череповецком металлургическом комбинате (ПАО «Северсталь»), заводе «ВИЗ-Сталь» в Екатеринбурге (входит в ПАО «НЛМК») и Ашинском металлургическом заводе в Челябинской области (здесь есть линии как кислотного, так и щелочного травления в листопрокатном цехе № 3)^[9].

На Магнитогорском металлургическом комбинате (ПАО «ММК)», в рамках введённого в эксплуатацию нового стана 2000 холодной прокатки конструкции фирмы SMS Demag (Германия), был установлен и непрерывный травильный агрегат турбулентного травления в соляной кислоте, соединённый со станом-тандем в единый технологический блок. Эта линия являлась на тот момент самой протяжённой в мире, имея в своём составе 4 ванны длиной по 35 м каждая и обеспечивая максимальную технологическую скорость 280 м/мин^[10][11].

Из других стран бывшего СССР, два непрерывных травильных агрегата есть в Казахстане на комбинате Qarmet (ранее – Карагандинский металлургический комбинат) в Темиртау.