Инжиниринг

Автоматизация на линиях горячего цинкования

Автоматизация производства сегодня имеет решающее значение в конкурентной борьбе предприятий на рынке промышленной продукции. Необходимость повышения производительности и снижения издержек требует постоянного анализа производства с целью его оптимизации. И именно с помощью автоматизации скрупулезно собираются все возможные сведения о технологическом процессе, производится их анализ и по его результату корректируются параметры технологии.
14 октября 2013

Линию горячего цинкования стальных конструкций можно отнести к поточному производству. Чаще всего оборудование, обеспечивающее последовательность операций подготовки поверхности и нанесения покрытия, имеет линейное расположение (рис. 1). Однако изделия, подлежащие цинкованию, как правило, значительно отличаются друг от друга как массой, размерами и формой, так и состоянием поверхности (зажиренность, окалина, ржавчина). Это конструкции и изделия из гнутого профиля, стального проката различного сортамента, трубы круглого или прямоугольного сечения.

Технологическая схема линии горячего цинкования

Известно, что качество выпускаемой продукции определяется четким исполнением технологического регламента. Достигнуть требуемого сегодня уровня качества продукции невозможно без применения автоматизированных систем управления производством.

Автоматизация технологии горячего цинкования сопряжена со значительными трудностями, заключающимися в том, что она совмещает различные виды производств: химическая подготовка поверхности в кислых растворах обезжиривания и солянокислых травления, флюсование в растворе хлоридов цинка и аммония, сушка и предварительный подогрев офлюсованных конструкций, погружение в расплав цинка. Кроме того, конструкции, поступающие на горячее цинкование, могут отличаться маркой стали, размером, массой, толщиной элементов.

Химическая подготовка поверхности стальных конструкций требует соблюдения ряда параметров, в числе которых температура, химический состав, концентрация продуктов обезжиривания и травления в соответствующих ваннах. Оператор должен определить продолжительность обезжиривания или травления, учитывая состояние поверхности изделия и кондиции растворов. В технологии горячего цинкования подготовка поверхности является самым медленным этапом. В связи с этим применяют несколько ванн травления. Исходя из того, что по существующей технологии все ванны травления имеют различную концентрацию кислоты и ионов железа, оператору при определении продолжительности травления приходится решать уравнение с двумя неизвестными. Поэтому продолжительность выдержки конструкции в ванне обезжиривания или травления определяют опытным путем. Введение балльной оценки вида и состояния конструкции позволит с помощью автоматизированной системы более точно определять продолжительность подготовки поверхности.

При нанесении покрытия следует определять продолжительность выдержки конструкции в расплаве, контролировать температуру расплава, его химический состав, а также контролировать количество в нем гартцинка и его загрязненность неметаллическими включениями. Кроме того, следует правильно группировать конструкции на траверсе с тем, чтобы они значительно не отличались по массе и толщине металла.

Созданная система автоматизации предусматривает как автоматический сбор информации с помощью датчиков, так и ее сбор вручную (вводит оператор). Однако разработанная система позволяет, при появлении такой возможности, достаточно просто поменять ручной ввод информации на автоматический. В связи с этим система автоматизации является достаточно гибкой, чтобы надежно функционировать в меняющихся условиях производства. Кроме того, система имеет возможность обеспечивать обратную связь и давать исполнительным устройствам сигнал на изменение режимов работы технологического оборудования. Система автоматизации обладает свойствами «живой» легко перенастраиваемой системы, которая при появлении технической возможности и технологической необходимости сможет перевести сбор информации и управление в автоматический режим. Это, по сути, электронный журнал, который не только накапливает и перерабатывает информацию, но и способен при соблюдении определенных условий управлять технологическим процессом.

Принципиальная схема организации такой системы изображена на схеме (рис. 2).

Принципиальная схема автоматиированной системы управления технологическим процессом

Разработка системы автоматизированного управления линией горячего цинкования заставила подвергнуть анализу все этапы нанесения покрытия. При этом были выявлены участки технологии, где можно снизить издержки производства, и определены основные направления совершенствования технологии горячего цикования:

Предварительный подогрев конструкций перед обезжириванием технологическим теплом, в особенности это актуально в холодное время года.

Обезжиривание осуществляется в подогретых растворах с непрерывным перемешиванием. Обеспечивается удаление жиров с поверхности ванны обезжиривания. Имеются предложения для промышленного опробования растворов на основе природных компонентов.

Ванны травления оборудованы системой, обеспечивающей поддержание на заданном уровне концентрацию кислоты и железа. Травление осуществляется в подогретой и непрерывно перемешивающейся соляной кислоте. Бортовые отсосы специальной конструкции обеспечивают удаление паров кислоты с поверхности раствора и конструкций, конденсацию и возврат в травильный раствор.

Участок подготовки поверхности оснащен единой системой подготовки, регенерации технологических растворов и нейтрализации отходов, которая обеспечивает оптимальное содержание в рабочих растворах химических реагентов, образующихся примесей и минимальные объемы отходов.

Система принудительного удаления излишков цинкового расплава и предварительного охлаждения поверхности оцинкованных изделий позволит снизить толщину покрытия и оптимизировать его структуру.

Стальная ванна печи цинкования имеет наружное покрытие, обеспечивающее равномерный прогрев ее поверхности печными газами и исключающее ее местный перегрев. Внутреннее покрытие ванны позволяет цинковать при более высоких температурах и легировать цинковый расплав различными химическими элементами в широком диапазоне концентраций. Срок службы новой ванны может быть увеличен не менее, чем в 2 раза.

Предлагаются эффективные способы периодического рафинирования цинкового расплава.

Применение новых технологических решений и инновационного оборудования для их реализации обеспечивает снижение издержек производства, повышение производительности и получение экологических показателей линии горячего цинкования. Следует обратить внимание на то, что предложенная модернизация производства позволит гармонизировать внедрение автоматизированной системы в обновленную технологию горячего цинкования.

Автоматизированная система дает возможность собирать и анализировать информацию о технологических параметрах горячего цинкования. Результаты анализа технологических параметров фиксируются в памяти компьютера, опыт горячего цинкования остается на предприятии, а не накапливается у технологов. Автоматизированная система позволит получать информацию о работе линии цинкования, контролировать основные технические характеристики производства и качество продукции. Доступ к информации обеспечивается на пульте оператора, в диспетчерской, в кабинете руководителя и через интернет. Автоматизированная система поможет оценить применяемые заводом инновации и позволит осуществлять мероприятия по снижению издержек и улучшению экономических показателей производства. Ее освоение даст возможность предприятию разработать и освоить собственную систему организации производства и управления качеством продукции.

Автоматизированная система позволяет в любой момент определить абсолютный и удельный расход цинка химических реагентов, энергоносителей и определить себестоимость той или иной продукции. Разработанная система может эффективно развиваться, она накапливает опыт горячего цинкования и является своеобразным архивом режимов цинкования различных конструкций. В случае возникновения споров с заказчиком по качеству цинкования легко отследить все технологические режимы нанесения покрытия.

Сбор, накопление и обработка информации о технологических режимах горячего цинкования производится следующим образом:

  • Входной контроль.
    Изделиям, навешиваемым на траверсу, присваивают наименование с помощью штрих-кода, при этом фиксируется заказчик, наименование изделия, материал, масса, бригада рабочих, дата. Затем после визуальной оценки конструкции вводят балльную оценку, характеризующую конструктивные особенности конструкции, качество сварных швов, загрязненность поверхности (зажиренность, окалина, ржавчина).
  • Подготовка поверхности.
    В ваннах обезжиривания, травления, промывки, флюсования с помощью датчиков или вручную контролируют заданный уровень растворов, их температуру, РН, химический состав. Регенерация растворов осуществляется непрерывно, что позволяет поддерживать оптимальные составы растворов обезжиривания, травления, флюсования.
    Учитывая химический состав растворов, баллы, присвоенные конструкции на входном контроле и, исходя из накопленного системой опыта, определяют продолжительность обезжиривания и травления. Выбор облегчается тем, что все ванны травления имеют одинаковый химический состав.
  • Предварительный нагрев, сушка.
    Офлюсованные конструкции поступают в камеру сушки и предварительного нагрева. Система в автоматическом режиме определяет продолжительность выдержки и поддерживает заданную температуру в камере.
  • Цинкование.
    Офлюсованные и нагретые конструкции погружают в расплав цинка и после формирования покрытия их извлекают и охлаждают.

Система в автоматическом режиме определяет продолжительность выдержки, поддерживает температуру расплава, сигнализирует об изменении уровня расплава. Оператор вводит данные о химическом составе расплава, периодичности рафинирования, удаления гартцинка, легирования, расходах цинка, легирующих компонентов, рафинирующего флюса, а также о количестве извлеченного гартцинка, золы, шлама.

Автоматизированная система управления технологическим процессом горячего цинкования повышает технологическую дисциплину персонала, способствует повышению производительности оборудования и качества выпускаемой продукции. Анализ накапливаемой в системе информации позволяет определять мероприятия по снижению издержек и повышению производительности оборудования.

Современные линии горячего цинкования должны быть укомплектованы подобными системами. От качества и надежности системы автоматизации во многом зависят успехи предприятия в конкурентной борьбе на рынке горячего цинкования. Если в настоящее время услуга горячего цинкования во многих регионах является дефицитной, то завтра успех предприятия будет определять даже небольшой процент снижения себестоимости продукции.

Действующие в настоящее время в России производства по горячему цинкованию стальных конструкций и изделий не располагают подобными системами автоматизированного управления. Это накладывает определенные ограничения на возможность совершенствования таких производств.

Разработанная автоматизированная система управления технологическим процессом горячего цинкования может быть адаптирована в условиях действующего предприятия. Это потребует незначительной модернизации оборудования и позволит поддерживать высокий уровень производства, как с точки зрения себестоимости и качества выпускаемой продукции, так и экологической и промышленной безопасности.

 

Справка

Марутьян Сергей Васильевич

Родился 13 марта 1948 года в г. Москве, окончил «Московский авиационный технологический институт», кандидат технических наук.

Работал заведующим лабораторией защитных металлических покрытий в ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова, заместителем Генерального директора по науке ЦНИИчермет им. И.П. Бардина.

Ведущий специалист РФ в области защитных металлических покрытий диффузионного типа.

Автор стандартов по горячему цинкованию и алюминированию в СССР.

Разработчик высокопроизводительных инновационных технологий горячего цинкования «ИнНоТех» и горячего алюминирования «АлюмЭкоТех».

Автор ряда отечественных и международных патентов, научных статей.

В настоящее время Президент-Координатор Ассоциации «РосЦинкование», эксперт ряда Отраслевых Союзов России по вопросам инновационных технологий в области защитных металлических покрытий.