Производство листа с полимерным покрытием

Режим отверждения и сшивающие  добавки выбираются в зависимости  от максимальной температуры нагревания метала, от его типа и толщины. Время отверждения колеблется между 20 и 70 секундами при пиковой температуре металла (ПМТ) от 240ºС до 249ºС.  

Помимо стали, к металлам, к которым  применяется технология coil coating относятся  белая жесть и алюминий.

В России именно валковый метод окраски  рулонного металла является основным. Производство осуществляется на оборудовании зарубежных фирм, среди которых наиболее часто встречаются линии FATA.

На рис.5 приведено схематическое изображение непрерывной линии по окраске рулонного металла. В таблице представлен пример перечня оборудования, входящих в линию окраски.

Рис5. Схема процесса coil coating:

1.Разматыватель  2. Сшивка лент3. Накопитель ленты 4. Химическая подготовка поверхности  5. Окрасочные камеры 6. Сушка в печи 7. Водяное охлаждение 8. Нанесение эмали 9. Сушка в печи 10. Водяное охлаждение 11. Накопитель ленты 12. Резка 13. Наматыватель рулонов 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень оборудования, входящий в линию непрерывной окраски рулонного металлопроката:

Наименование оборудования		Доп. описание	Кол-во
Входная опора для рулона			2
Конвейер для подачи рулонов		Комплектуется приводом, подъем осуществляется при помощи гидравлического цилиндра	2
Разматывающее устройство		Приводится в действие приводом, размотка осуществляется при помощи гидравлического цилиндра ротационным соединением	2
Установка тянущих роликов		Комплектуется приводом, цилиндром, гуммированным роликом	2
Ножницы		Приводятся в действие гидравлическим цилиндром	2
Правильная машина		Комплектуется цилиндором	1
Сшивная машина для полос		Приводится в действие гидравлическим цилиндром, за один раз выполняется один шов	1
Входной петледержатель		Комплектуется приводами переменной частоты, 5-ю верхними перемещающимся вальцами,6-ю зафиксированными нижними вальцами, осажденной лентой- 80 см.	1
Линия подготовки поверхно-сти	Установка для обезжиривания поверхности	Лист проходит предварительное  обезжиривание, повторное обезжиривание, 2 раза ополоскивается водой.	1
	Отжимной валик	Комплектуется гидравлическим цилиндром	6
	Секция очистки щетками	Очистка листа происходит с двух сторон	2
	Секция нанесения химреагентов на поверхность листа	Включает  в себя опорный валок, заборный ролик, валковое устройство для нанесения. Химреагенты наносятся на две стороны листа одновременно. Направление и скорость движения заборного ролика и валкового устройства для нанесения регулируются.	1
	Сушильная печь	процесс сушки осуществляется за счёт подвода тепла горячим воздухом при многократной его циркуляции	1
Вентиляторный воздухонагреватель			3
1-я покрасочная камера		Включает в себя опорный валок, заборный ролик и валик для  нанесения покрытия Покрытие наносится на две стороны листа одновременно. Направление и скорость движения заборного ролика и валика  для нанесения покрытия регулируются.	1
1-я сушильная печь		Печь с цепным подом, длиной 28 м. Подогрев воздуха осуществляется продуктами сгорания природного газа. Горелки импортные	1
Охладитель 1-й сушильной камеры		На поверхность листа разбрызгивается  деминерализованная вода	1
2-я покрасочная камера		Комплектуется двумя верхними покрасочными головками для быстрой смены цвета (для нанесения покрытия на верхнюю сторону листа).Покрасочные головки состоят из заборного ролика, дозирующего валика и валика для нанесения покрытия. Покрасочная головка для нанесения покрытия на нижнюю сторону листа состоит из заборного ролика и валика для нанесения покрытия.	1
2-ая сушильная печь		Печь с цепным подом. Подогрев воздуха  осуществляется продуктами сгорания природного газа.	1
Охладитель 2-ой сушильной камеры		На поверхность листа разбрызгивается  деминерализованная вода	1
Инсинератор		При высокой температуре (более  чем 700℃) перерабатывается и сжигается отработанный газ.	1
Выходной петледержатель		Вертикальный, Комплектуется приводами  переменной частоты, верхними перемещающимся вальцами, зафиксированными нижними вальцами, лентой	1
Ножницы		Приводятся в действие гидравлическим цилиндром	1
Установка тянущих роликов		Комплектуется приводом, цилиндром, роликом	1
Сматывающее устройство		Комплектуется приводом,  гидравлическим цилиндром, ротационным соединением.	1
Ремённый захлёстыватель			1
Конвейр для подачи рулонов		Комплектуется приводом, подъем осуществляется при помощи гидравлического цилиндра	1
Выходная опора для рулона			1
Натяжная устанока		Состоит из двух роликов, укомплектованных приводом	5
Система центрирования		Один или два ролика	4
Компьютерное управление технологическим процессом			5
Датчик нагрузки		Фотоэлектронный датчик	1
Направляющий ролик			7
Опорный валок			5
Вентиляционно-охладительная установка			2
Гидравлическая система		Состоит из насосных станций, клапанов и труб.	2
Автоматизированная система управления			1
Программное обеспечения			1

Технологии окраски рулонного  металла методом coil coating постоянно  совершенствуются. Особенное внимание уделяется процессу химической подготовки металла и этапу сушки покрытия. От эффективности этих процессов в первую очередь зависит качество продукции и продуктивность производства. В качестве современных решений в области сушки покрытия можно привести использование инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Безусловно, появление на рынке новых полимерных покрытий с усовершенствованными рецептурами также способствует повышению уровня выпускаемой продукции.

Порошковая окраска рулонного металла (powder coil coating).

Порошковое окрашивание является менее распространенным методом  окраски металлопроката. Этот процесс проходит при более высоких температурах и требует более высоких энергозатрат, что  в свою очередь делает его менее экономичным. В то же время в России существуют линии порошковой окраски рулонного металла.

Технология включает в себя следующие  этапы:

1. Разматывание и выпрямление

Разматывающее устройство держит рулон  в натянутом состоянии и центрирует размотанный участок металлической полосы. Выпрямляющее устройство облегчает заправку рулона на линию, позволяет выпрямлять полосу и устранять кривизну в ходе разматывания рулона.

2. Предварительная химическая подготовка

Проводится с целью улучшения  адгезионных свойств порошкового  покрытия и состоит из обезжиривания стального листа, промывки, деоксидации, промывки и пассивации.

3. Нанесение порошковой краски

Осуществляется в кабине напыления, оснащенной пневмоэлектростатическими пистолетами и системой рекуперации порошковой краски. Наличие двух кабин обеспечивает быстрый переход с одного цвета краски на другой.

4. Полимеризация краски

Отверждение нанесенной порошковой краски происходит в печи полимеризации (температура 200-2600 С) за счет инфракрасного излучения, образующегося при каталитическом сжигании подаваемого природного газа.

5. Охлаждение и контроль качества

Слой полимеризованной краски и  рулонный металл охлаждаются потоком  воздуха (при комнатной температуре) перед нанесением защитной полимерной пленки. 
Затем производится контроль физико-механических свойств окрашенного слоя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автоматизация.

Технический прогресс в любой отрасли  промышленности неразрывно связан с  развитием автоматизации управления  установками, технологическими процессами, производствами и предприятиями в целом.

Оснащение цехов новыми агрегатами и оборудованием, обладающими быстродействием и точностью, недоступными при ручном управлении, увеличение единичной  мощности агрегатов и установок, оптимизация режимов их работы, переход от ручного регулирования процессов к автоматическим системам управления ими — главные направления технического прогресса в производстве.

Широкое использование при автоматизации  цехов современных методов и  средств автоматического управления, высокопроизводительных - методов формирования, обработки и передачи информации позволяет коренным образом повысить эффективность производства.

Быстрое развитие АСУ технологическими процессами и установками цехов выдвигает все новые задачи в их теории и практическом применении.

Любой технологический процесс  осуществляется с помощью определенного  технологического комплекса оборудования, инструментов, средств управления и  т.д., а также документов, регламентирующих последовательность, режим, организационные особенности, количественные и качественные цели выполнения процесса.

Высокопроизводительный технологический  объект типа агрегата полимерных покрытий представляет собой совокупность автоматизированного технологического оборудования и высокоэффективных средств управления и образует автоматизированный технологический комплекс.

Автоматизированное технологическое  оборудование в совокупности со всеми  техническими, технологическими и другими средствами, непосредственно обеспечивающими осуществление технологического процесса, и сам технологический процесс являются технологическими объектами управления.

Требования, предъявляемые к объектам управления, зависят от особенностей технологического процесса, целевых функций системы управления и других факторов.

Одним из наиболее эффективных средств  управления технологическими объектами  являются системы централизованного управления, создаваемые на основе новейших научных достижений в области теории управления, использующие экономико-математические методы и высокоэффективную вычислительную и управляющую технику. Такие системы управления получили условное наименование АСУ ТП (автоматизированные системы управления технологическими процессами).

Основные цели автоматизации технологических  процессов цехов состоят в повышении качества покрытия за счет более жесткого соблюдения размерных и металлургических допусков, в уменьшении отходов металла на обрезь и некондиционный прокат за счет стабилизации режима работы, в повышении производительности стана в результате оптимизации загрузи оборудования и сокращения простоев, в облегчении три да операторов и повышении его производительности в улучшении организации и совершенствовании управления производством.

 

Потенциал производственных линий  может быть использован с большей эффективностью в случае оптимизации систем контроля и автоматизации. Основной целью этого мероприятия является повышение выхода годной продукции путем увеличения ее доли с более узкими допусками, повышения производительности, снижения расхода энергии и материалов.

Измерение массы и  толщины покрытия. Система измерения массы покрытия осуществляет замеры отдельных слоев покрытия. Для этого необходимо  получить множество значений измеренной толщины по основному материалу и материалу покрытия. Измерение толщины листа производится в определенной последовательности:

- измерение стального базового  материала и оцинкованного стального  листа;

-измерение предварительной обработки(например, хрома)

- измерение грунтового(первичного) слоя;

- измерение чистового покрытого слоя.

 

На каждом отдельном этапе измерения  требуются данные о предыдущем измерении  и множество значений измеряемой толщины материала покрытия с целью определения массы покрытия.

Множество значений измеряемой толщины покрытия определяется с помощью лабораторной измерительной системы непосредственно перед подачей полосы на линию нанесения покрытия. Измерения осуществляются во влажном и сухом состояниях покрытия (мокрый и сухой показатели соответственно). Применяется также расчет сухого показателя через мокрый.

Масса покрытия может быть определена на верхней и нижней поверхностях полосы, во влажном или сухом состояниях. Места измерения мокрого показателя расположены непосредственно за установкой нанесения покрытия, откуда передаются результаты измерения для быстрого контроля массы покрытия. Места измерения сухого показателя расположены за каждой сушильной печью. Измерения слоя первичного и чистового покрытия производят раздельно. Из-за небольшого расстояния (воздушного зазора) между подвергаемой покрытию полосой и измерительной головкой (около 20 мм при измерениях первичного и чистового покрытий) в измерительную систему встроена система слежения за сварным швом.

Контроль на практике. В современной литературе имеется мало работ, описывающих контроль процессов нанесения полимерного покрытия. Большинство линий нанесения полимерного покрытия все еще работают в ручном режиме или оборудованы простыми контролерами типа PL. Оба этих способа контроля приносят не удовлетворительные результаты из-за сложного характера процесса и большого «мертвого времени». В любом случае представляется очевидным, что автоматический контроль массы полимерного покрытия все еще не находит широкого промышленного применения.

Современный контроль толщины  полимерного покрытия.

Структура контроллера. Разработка многовариантного каскадного контроллера, основанного на принципе Morari- внутреннего управления моделью, была обусловлена «мертвым временем» между измерениями сухого и мокрого покрытия, что связано со схемой  технологического процесса.

Для учета различных условий  процесса (тип покрытия, износ, задиры) усилие параметров контроллера адаптировали жестким методом расчета показателей усиления (т.е. с учетом стратегии переключения). Поскольку применение различных типов покрытия обусловливает изменения параметров процесса, контроллера должен четко воспринимать эти изменения.

Поэтому контроллер спроектирован  так, что даже при погрешности  параметра в 30% никакого перерегулирования  не требуется (показания сбрасываются за предельно короткое время)

Факторы усиления рассчитываются заранее  на основе зарегистрированных данных и заносятся в таблицу. Данные для полимерных материалов, не вошедшие в таблицу, рассчитываются путем  простых предварительных испытаний.

Характер работы. Для упрощения контроля оператор запускает рабочий режим системы нанесения покрытия с параметрами, близкими к требуемым. Оператор выбирает скорость вращения валиков и усилие прижатия их к полосе с целью получения окрашенной поверхности хорошего качества. Затем контроллер переводит систему нанесения к рабочей точке и стабилизирует ее параметры с учетом возможных колебаний, вызванных изменениями скорости вращения валиков, температуры и вязкости материала покрытия. Контроллер также вносит необходимые изменения в номинальную толщину цветного покрытия.

Преимущества. Основные преимущества новой системы контроля заключается в следующем:

- явная компенсация «мертвого  времени»;

- наличие модульной структуры  обеспечивает последовательное  опробование контрольных функций;

- возможность простого регулирования оператором мультивариантного контроллера путем изменения одного параметра;

- простое и плавное переключение  между тремя режимами контроля (только мокрое измерение, мокрое и сухое измерение, только сухое измерение).

Автоматическая система. Концепция контроля была разработана с использованием автоматической системы MEVInet, работающей на базе LogicCAD/32. Система MEVInet - стандартизированная система для автоматизации агрегатов в областях измерения, контроля, визуализации и управления качеством.

При разработке этой системы были учтены следующие основные требования:

- максимально возможная прозрачность  компьютерной техники и программного  обеспечения (модульная конструкция,  многопроцессорная система);

- использование стандартных операционных  систем (Windows 2000, CE);

- графическая конфигурация функций  измерения и регулирования (IEC H31-3);

- стандартизированная связь между  отдельными системами (Ethernet, TCP/IP, InterBus-S, Fire Wire);

- время регулирования на отдельных  уровнях адаптировано к процессу;

- дистанционное обслуживание.

 

Все необходимые данные о процессе поступают в центр управления (Рис.6), с которого ведется наблюдение за процессом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 6. Центр управления процессом производства листа с полимерными покрытиями.