Непрерывная разливка цинковых слитков

Когда говорят о непрерывной разливке цинка, многие сразу представляют себе идеальную линию: расплав течёт, кристаллизатор работает, слитки сами падают в стопку. На деле же между этой картинкой и цеховым агрегатом, который то и дело требует внимания, — пропасть. Сам процесс, конечно, не новость, но вот его стабильность, особенно при работе с разными марками цинка и требованиями к слитку — это уже область, где теория без практики молчит. Мне часто приходилось сталкиваться с тем, что заказчики, особенно те, кто модернизирует производство, фокусируются на производительности в тоннах в час, забывая, что ключевой параметр — это равномерность структуры слитка и минимизация облоя. Именно эти, казалось бы, мелочи потом выливаются в проблемы при прокатке или отгрузке. Да и сам кристаллизатор — его геометрия, материал, система охлаждения — это не покупная деталь, а сердце установки, которое нужно рассчитывать и адаптировать под конкретные условия. Вот об этих нюансах, которые редко встретишь в каталогах, и хочется сказать.

Технологическая основа: не просто залить, а управлять кристаллизацией

В основе всего лежит управляемая кристаллизация. Недостаточно просто отвести тепло — нужно обеспечить направленное затвердевание от стенок кристаллизатора к центру. Если фронт кристаллизации будет неровным, в структуре появятся раковины, рыхлости, что для последующей переработки смерти подобно. Мы начинали с довольно простых систем с водяным охлаждением по периметру, но столкнулись с проблемой локального переохлаждения — на углах слитка возникали трещины. Пришлось переходить на секционное охлаждение с индивидуальной регулировкой расхода для каждой зоны. Это сразу добавило головной боли наладчикам, но качество слитка выровнялось.

Материал кристаллизатора — отдельная история. Медь обладает отличной теплопроводностью, но при длительном контакте с цинковым расплавом начинает постепенно растворяться, меняются геометрические размеры канала. Графитовые вставки решают проблему износа, но их тепловые характеристики другие, и режим охлаждения приходится пересчитывать заново. В одном из проектов для завода в Сибири мы использовали комбинированную конструкцию: медный корпус с графитовой рабочей вставкой. Ресурс увеличился в разы, но первоначальная наладка заняла почти месяц — подбирали зазоры и температурный режим, чтобы не было заклинивания слитка.

Сам расплав. Температура литья — кажется, что всё просто: держишь на 20-30 градусов выше точки плавления. Но если в ванне есть колебания температуры, а они почти всегда есть из-за подпитки шихтой, то и слиток получается с переменной структурой. Мы внедрили систему постоянного мониторинга температуры в промежуточном ковше с автоматической подстройкой мощности нагревателей. Не сказать, что это дешёвое решение, но оно позволило сократить брак по внутренним дефектам почти на 15%. Кстати, о шихте — наличие даже небольшого процента примесей, например, кадмия или свинца, серьёзно влияет на жидкотекучесть и усадку. Лабораторный анализ перед плавкой теперь для нас обязательная процедура.

Конструкция линии: где теория сталкивается с вибрацией и износом

Линия непрерывной разливки — это не только кристаллизатор и тянущие валки. Это система транспортировки, резки, укладки, и каждая из этих операций вносит свой вклад в итоговый дефект. Возьмём, к примеру, участок резки. Горячая резка газовыми горелками даёт ровный спил, но термически влияет на зону реза, что для некоторых марок цинка недопустимо. Механическая гильотина — чище, но требует идеальной синхронизации скорости линии и момента реза. У нас был случай на пусконаладке, когда задержка в доли секунды приводила к тому, что нож бил по ещё не до конца вышедшему из кристаллизатора слитку. Результат — деформация и аварийный останов.

Система вытягивания. Казалось бы, простейший механизм с переменной скоростью. Но если валки хоть немного разбалансированы, на слиток передаётся вибрация, которая оставляет на ещё пластичной поверхности риски и волны. Пришлось переходить на приводы с частотным регулированием и устанавливать динамические вибродатчики на станину. Данные с них теперь оператор видит на панели управления. Ещё один момент — контакт валков с горячим слитком. Графитовые накладки снижают сцепление и износ, но их нужно регулярно менять. В графике ППР это теперь одна из ключевых позиций.

Участок укладки и транспортировки. Горячий слиток, падающий даже с небольшой высоты на рольганг или приёмный стол, получает вмятины. Мы экспериментировали с мягкими полимерными лентами и пневматическими амортизаторами. В итоге остановились на системе с плавно опускающимися граблями, которые принимают слиток от гильотины и почти без зазора передают его на конвейер. Решение нестандартное, потребовало дополнительных инженерных проработок, но количество механических дефектов на готовой продукции упало до минимума.

Интеграция и автоматизация: чтобы оператор был технологом, а не дежурным

Современная установка непрерывной разливки — это, по сути, роботизированный комплекс. Но автоматизация ради автоматизации бессмысленна. Наша задача — дать оператору инструменты для управления процессом, а не просто отображать ему сотни параметров. На одном из объектов мы внедрили SCADA-систему, которая не только собирает данные (скорость литья, температуру в зонах, давление воды), но и строит простые тренды. Если система видит, что температура в средней зоне кристаллизатора трижды за смену выходила за установленный коридор, она не просто сигнализирует, а предлагает проверить форсунки охлаждения. Это переход от реактивного к предиктивному обслуживанию.

Однако софт — это полдела. Все датчики, особенно температурные в агрессивной цеховой среде, требуют регулярной поверки и защиты. Была история, когда из-за окисления контактов термопары в промежуточном ковше система получала заниженные показания и увеличивала нагрев. Расплав перегрелся, что привело к повышенному газонасыщению и пористости слитков. Теперь у нас в регламенте еженедельная проверка калибровки ключевых датчиков с помощью переносных эталонов.

Интеграция с плавильным участком — ещё один вызов. Линия разливки не существует сама по себе. Мы работали над проектом, где нужно было обеспечить бесперебойную подачу расплава от индукционной печи к линии. Решили это через увеличенный по объёму промежуточный миксер-накопитель с системой подогрева. Это дало буфер по времени на обслуживание печи и стабилизировало температурный режим подачи. Такие решения требуют сквозного проектирования технологических процессов, когда печь, транспорт и разливка рассматриваются как единый контур. Именно такой комплексный подход практикует компания ZHONGJI SUNWARD, выступая подрядчиком полного цикла (EPC). Их опыт, основанный на компетенциях материнского Чаншаского института, позволяет не просто поставить оборудование, а спроектировать всю технологическую цепочку, что для такой капризной области, как непрерывная разливка цинковых слитков, критически важно.

Экономика процесса: считать нужно не только тонны

Когда оцениваешь эффективность линии, первая цифра — это, конечно, производительность. Но гораздо важнее показатель выхода годного. Можно гнать тонны, но если 20% слитков идёт в переплав из-за облоя или трещин, вся экономика летит в тартарары. Мы вели подробный учёт брака по причинам: облой из-за износа кристаллизатора, торцевые трещины из-за перепада температур, риски из-за вибрации. Это позволило целенаправленно модернизировать узлы, а не гадать. Например, замена системы смазки кристаллизатора с ручной на импульсную автоматическую снизила расход смазки на 40% и практически свела на нет брак по прихватам.

Энергоёмкость. Основные потребители — это печь и система охлаждения. Рекуперация тепла от охлаждающей воды для предварительного подогрева воздуха или технологических нужд — тема, которая окупается за пару лет. Мы внедрили простейший теплообменник, и теперь тёплая вода идёт на отопление бытовых помещений в цехе зимой. Мелочь, но приятно.

Расходные материалы. Графитовые вставки, насадки для газовых горелок, фильтры для воды — всё это регулярные затраты. Работа с надёжными поставщиками, которые дают стабильное качество, здесь важнее сиюминутной экономии. Потому что разовая партия некондиционного графита может остановить линию на несколько дней. В этом контексте подход ZHONGJI SUNWARD, который включает в себя и изготовление оборудования под собственные проекты, даёт преимущество: они контролируют качество критичных компонентов на своей производственной платформе SUNWARD Интеллиджент, а не закупают их у третьих лиц по принципу наименьшей цены.

Взгляд вперёд: что ещё можно улучшить?

Куда двигаться дальше? Процесс, в общем-то, отлажен. Но всегда есть куда стремиться. Сейчас мы смотрим в сторону более точного прогнозирования структуры слитка на основе данных с датчиков и математического моделирования. Если можно будет заранее, ещё в процессе настройки, смоделировать, как поведёт себя конкретная марка цинка при заданных параметрах, это сократит время пусконаладки для новых продуктов.

Ещё одно направление — это уменьшение габаритов и повышение мобильности установок. Не всем нужна гигантская линия на 100 тысяч тонн. Есть запрос на компактные решения для средних и даже малых производств, которые можно быстро развернуть. Это другой уровень инженерной задачи — создать надёжную и производительную линию в миниатюре.

И, конечно, кадры. Технология становится сложнее, а найти оператора, который понимает не только, какую кнопку нажать, но и что происходит внутри кристаллизатора, всё труднее. Возможно, будущее — в более тесной интеграции систем поддержки принятия решений прямо в интерфейсе оператора, с подсказками и обучающими модулями. В конце концов, даже самая совершенная линия непрерывной разливки цинковых слитков — это всего лишь инструмент в руках человека. И от его квалификации, подкреплённой грамотным проектом и качественным оборудованием, как в решениях от ZHONGJI SUNWARD, зависит конечный результат — ровный, плотный, качественный слиток, готовый к следующему переделу.