white line white line
Заявки на оборудование просьба присылать в технический отдел на e-mail info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86
white line

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Экономия времени и цинка

Рентабельность производства

В основе линии цинкования лежит цинковая ванна-зона, в которой стальная полоса покрывается тонким слоем цинка для защиты от коррозии. Каждый день операторы сталкиваются с одним и тем же противоречием. С одной стороны, необходимо обеспечить качество покрытия в пределах допустимой себестоимости, а с другой – выполнить норму выработки. При уменьшении расхода цинка сталь окажется недостаточно защищенной, при увеличении этого расхода резко возрастут производственные издержки. Качество сильно зависит от уровня вибраций в полосе, т.к. излишек цинка удаляется воздушным шабером. До сих пор не существовало ни средств для измерения этих вибраций, ни способов их демпфирования. Операторам то приходилось полагаться на визуальный контроль качества продукции, то единственным решением было замедление производства – мера, совсем не популярная в любой отрасли промышленности.

Электромагнитный стабилизатор (ЭМ-стабилизатор) предлагает иное решение. Он способен не только контролировать уровень вибрации в стальной полосе, но демпфировать эти вибрации, постоянно поддерживая их на низком уровне.

Преимущества вибрационного контроля.

Снижение уровня вибрации полосы улучшает контроль работы воздушного шабера и в итоге приводит к тому, что окончательное покрытие оказывается более равномерным. Это означает, что можно уменьшить расход цинка и оптимизировать готовую продукцию с точки зрения производственных издержек, массы и качества.

Большая часть вибрации в линиях цинкования вызывается небольшим числом источников. К ним относятся: не идеальность механических компонентов линий, протяженная, свободная и неподдерживаемая часть полосы, воздуходувные устройства, а также форма и качество самой полосы. В некоторой степени на перечисленные факторы можно влиять путем контроля критических компонентов и параметров, например, состояние роликовых подшипников и выравнивания концевых роликов. Однако полностью устранить вибрации невозможно, при этом они усиливаются при увеличении скорости движения полосы и удлинении её неподдерживаемой части.

К преимуществам ЭМ-стабилизатора относятся:

  1. Повышение качества продукции благодаря более равномерному покрытию;
  2. Увеличение скорости движения полосы при сохранении или повышении качества покрытия;
  3. Повышение комфортности: уменьшение вибрации позволяет приблизить шабер к полосе, в результате чего можно снизить давление воздуха и следовательно уменьшить уровень шумов;
  4. Снижение себестоимости: дополнительный расход цинкового покрытия, являющийся следствием вибрации полосы.

Оборудование ЭМ-стабилизатора

Основными компонентами ЭМ-стабилизатора являются 6 электромагнитов, станция водяного охлаждения и стойка с 3 мя преобразователями частоты и программируемым логическим контролем (ПЛК). Каждый преобразователь частоты управляет током в одной паре электромагнитов. Кроме того, стабилизатор оснащен несколькими датчиками положения с воздушным охлаждением, которые определяют положение полосы в зависимости от времени. Управление стабилизатором осуществляется от блока управления на базе ПЛК.

Это означает, что можно уменьшить расход цинка и оптимизировать готовую продукцию с точки зрения производственных издержек, массы и качества.

Результаты.

Эффективность работы ЭМ-стабилизатора была оценена путём сравнения уровней вибрации и изменения толщины цинкового покрытия с применением и без применения стабилизатора. Стабилизатор был испытан с различными полосами (например, с отожжёнными и не отожжёнными полосами, с защищенной и не защищенной поверхностью, с тонкими и толстыми, с узкими и широкими полосами) и с различными параметрами технологической линии (например, тонкое или толстое покрытие, высокая или низкая скорость движения полосы, сильное или слабое натяжение полосы).

Вибрации и толщина цинкового покрытия.

Как правило, стабилизация уменьшает уровень вибраций в два или большее число раз. Кроме того, стабилизация также уменьшает низкочастотные движения полос.

Характеристики линии.

Качественные показатели:

  • скорость линии: до 180 м/мин;
  • ширина: 1100 – 2040 мм;
  • толщина: 0,6 – 1,6 мм;
  • годовой объём производства: 500 тыс. т.

Прочие наблюдения.

ЭМ-стабилизатор был установлен на автоматизированной линии компании TKS. На этой линии в больших объемах выпускается материал с защищенной поверхностью, в связи с чем поверхности должны быть исключительно высокого качества. Именно по этой причине стабилизатор не должен оказывать какого бы то ни было отрицательного воздействия на поверхность.

При проведении этих испытаний:

Никакого отрицательного воздействия на качество поверхности визуальным контролем выявлено не было;

ЭМ-стабилизатор значительно уменьшает изменения массы покрытия, что ведет к уменьшению на 25% перерасхода цинка (с 4 г/м2 до 3 г/м2).

Полученные результаты также подтвердили, что ЭМ-стабилизатор как нельзя более подходит для использования в промышленном оборудовании с цинковой ванны. Он может выдерживать присутствие цинковой пыли и температуру до 100°С.

Хорошие результаты даёт размещение стабилизатора на высоте примерно 1,8 м от воздушного шабера. Многообещающие результаты ожидаются от компоновок, в которых стабилизатор будет размещен еще ближе к шаберу.

Заключение.

Внедрение ЭМ-стабилизатора на линии цинкования в компании TKS, Германия, показало преимущества уменьшения вибраций и рыскания стальных полос в процессе нанесения цинкового покрытия. Результаты показали возможность значительного снижения себестоимости и повышения качества продукции без каких-либо отрицательных последствий. Эта возможность была доказана стабилизатором, размещенным на расстоянии около 1,8 м от воздушного шабера. Предполагается, что эти результаты удастся улучшить по мере приближения стабилизатора к шаберу, т.е. эффект стабилизации будет еще выше.



ЭМ-стабилизатор, монтированный на воздушном шабере

ЭМ-стабилизатор обеспечивает:

  • бесконтактную амортизацию колебаний
  • корректировку планшетности полосы эл-магнитными силами.

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали    Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Преимущества

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
  • Улучшение качества оцинкованой поверхности
  • Уменьшенный разброс толщины покрытия
  • Более близкое расстояние от воздушной насадки до полосы позволяет наносить более тонкое цинковое покрытие
  • Уменьшение количества нежелательных форм полосы, поперечного изгиба, W-образных, S-образных
  • Улучшенное проникновение цинка
  • Увеличение производительности линии
  • Увеличенная скорость линии
  • Сокращение рабочего цикла
  • Экономия цинка

Сокращение вибраций полосы влияет на разброс цинкового покрытия

качание Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
скручивание
со стабилизацией
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
без стабилизации
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

ТКS – Измерения веса цинка 0.6 м от центр. полосы


Эксперимент

Установка на производственном участке

Данные испытаний
Ширина: 250 мм
Скорость: >200 м/мин
Толщина: 0.5-1.0 мм
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
непрерывная работа при 148 м/мин

Система стабилизатора

Конфигурация системы: структура контроллера

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Контроллер ЭМ-стабилизатора использует концепцию базовых форм. Контроллеры оптимально настраиваются на все размеры полос, используя модель процесса


Принцип действия

Модуль ЭМ-стабилизатора с 3 – 7ю магнитными парами

Контроль вибраций и изгибов с 3 магнитными парами
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
Также контроль S- и W-образных форм с 5 или 7 магнитными парами
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Фотографии магнитного модуля ЭМ-стабилизатора

Цинковая ванна с ЭМ-стабилизатором в работе
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Вид сбоку ЭМ-стабилизатора
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Фотографии шкафов электромагнитных стабилизаторов

Электрические шкафы

Шкаф управления
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
Электрический шкаф
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
Шкаф управления серводвигателем
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Управление серводвигателем – Активация рамы

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Привод рамы с четырьмя электрическими сервоприводами.
Скорость открывания и закрывания рамы: 40 мм/с

  Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

В рабочем положении, 60 мм между магнитами
В положении покоя, 260 мм между магнитами

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Возможность наклона рамы для регулировки высоты рабочей поверхности.

Датчики

  • Тип: вихревой датчик положения
  • Чувствительность распознавания: 4-44 мм
  • Максимальная температура: 150°C
  • Разрешение: 2 μm до 25 Гц, 0.005 % полномасштабный выходной сигнал (ПВС)
  • Линейность: ±80 μm при ±0.2% ПВС
  • 10-12 датчиков для 3 магнитных пар (Стандарт. Возможен выбор.)
  • 12-14 датчиков для 5 магнитных пар (Стандарт. Возможен выбор.)
  • Датчики с воздушным охлаждением
  • Не чувствителен к помехам от индукторов печи
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Водо-воздушное охлаждение с ионообменником

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
  • Охлаждающая способность: 6 кВт при температуре окружающей среды 28°C
  • Максимальная температура окружающей среды: 40°C
  • Допустимое рабочее давление: 10 бар
  • Расход охлаждающей воды: 6 л/мин
  • Напряжение: 380 В
  • Частота: 50 Гц
  • Источник питания: 1.4 кВт
  • Вес: 120 кг
  • Вес с водой: 210 кг
  • Со счетчиком воды
  • Инновационная водяная охлаждающая система

Обзор технических характеристик ЭМ-стабилизатора

Исходные характеристики:

  • Ширина полосы: 200-2100 мм (в зависимости от настроек магнита)
  • Толщина полосы: 0.2- 3.0 мм
  • Макс. температура окружающей среды: 120 °C
  • Воздушный зазор между магнитами: 60 мм
  • Скорость полосы: до 200 м/мин

Оборудование с осушенным воздухом

  • Общий расход сжатого воздуха для охлаждения датчиков приблизительно 500 л/мин

Датчики

  • Вихревые датчики положения
  • Скорость распознавания: 4-44 мм
  • Не чувствительны к помехам индукторов печи

Энергообеспечение

3 пары магнитов

  • 3 конвертера типа ACS
  • Общая средняя мощность: ~5 кВт
  • Макс. (пиковая) мощность: ~18 кВт

7 пар магнитов

  • 7 конвертеров типа ACS
  • Общая средняя мощность: ~6 кВт
  • Макс. (пиковая) мощность: ~18 кВт

Магнитный модуль

3 пары магнитов

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
  • 6 магнитов
  • Габаритные размеры в рабочем положении: 2200×900×660 (д×в×ш)
  • Вес: 1400 кг ~2700 кг с опорной балкой
  • 10 датчиков (или более)
  • Привод с помощью сервоприводов

7 пар магнитов

  • 14 магнитов
  • Габаритные размеры в рабочем положении: 2200×900×660 (д×в×ш)
  • Вес: 1400 кг~2700 кг с опорной балкой
  • 14 датчиков (или более)
  • Привод с помощью сервоприводов


Установка

Установка магнитного модуля

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
На балке воздушного шабера
  Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
На отдельно стоящей раме
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
На воздушном шабере
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
На раме с опорными стойками
  Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
Навесной с платформы

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

ЭМ-стабилизатор в охлаждающей башне

Установка ЭМ-стабилизатора в охлаждающей башне для снижения риска удара рядом стоящих конструкций.





Результаты и опыт

Первая установка в SSAB, Швеция

  • Старая технологическая линия
  • Масса покрытия: до 200 г/м2, сторона
  • Полосы: промышленные, оцинкованные
  • Скорость: до 130 м/мин
  • Ширина: 1300 мм
  • Толщина: до 2 мм
  • Годовая производительность: 150 тыс.тонн
  • ЭМ-стабилизатор установлен на расстоянии 2.0 м над воздушным шабером
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Экономия цинка - SSAB

  • Снижение стандартных отклонений толщины покрытия до 25%
  • Нормальный уровень избыточного слоя цинкового покрытия 5%
  • Потенциальная экономия цинка составляет 1.25% от общей массы цинка
Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Установка в TKS, Германия

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали
Магнитный модуль ЭМ-стабилизатора - 3 пары
  • Масса покрытия: 50-70 г/м2, сторона
  • Полосы: оцинкованные/отожженные оцинкованные для автомобилестроения
  • Скорость движения полосы: до 180 м/мин
  • Ширина: 1100-2040 мм
  • Толщина: 0.6-1.6 мм
  • Годовая производительность: 500 000 тонн
  • ЭМ-стабилизатор установлен на расстоянии 1.8-2.0 м над воздушным шабером
  • ЭМ-стабилизатор первого поколения – без функции контроля формы

Описание тестирования - TKS

  • Протестировано более 150 рулонов
  • 50% рулонов со стабилизацией и 50% без стабилизации
  • Тестирование охватило самые различные виды полос и параметры технологической линии
  • Масса покрытия измерялась холодным датчиком, а колебании полосы датчиками положения ЭМ-стабилизатора
  • Диапазон массы покрытия колеблется в пределах 50-70 г/м2
  • Без функции контроля формы

Снижение колебаний от частоты – TKS

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Со стабилизацией
Без стабилизации

Экономия цинка – TKS

Толщина полосы, [мм] Ширина полосы, [мм] Скорость линии, [м/мин] Общая экономия цинка, [г/м2] Вес покрытия, [г/м2, сторона]
0.65 1519 107 1.15 50
0.69 1734 117 1.16 50
0.75 1824 118 1.07 50
0.80 1738 100 2.50 50
1.16 1722 88 2.35 50
1.21 1475 73 2.59 50
1.46 1830 74 2.97 50

Электромагнитный стабилизатор на линии цинкования рулонной стали

Метод оценки потенциальной экономии цинка

  • Посчитать значение для каждого рулона
  • Сравнить значения при выключенном и включенном стабилизаторе
  • Пример: сокращение расхода на 4,4 г/м2 уменьшение высоты неровности профиля на 8.7 г/м2

Экономия цинка

Проанализированы 474 рулона

  Стабилизатор отключен Стабилизатор включен  
  Среднее [г/м2] 2 сигма [г/м2] Среднее [г/м2] 2 сигма [г/м2] Экономия цинка [г/м2]
Верхняя сторона 54,3 7,8 54,5 5,7 2,2
Нижняя сторона 55,9 7,1 56,0 5,2 1,9
Общее кол-во рулонов [шт] 236 238  
Верхняя сторона. Кол-во рулонов с 2 сигма>12 г/м2 [шт] 14 5,9% 1 0,4%  
Нижняя сторона. Кол-во рулонов с 2 сигма>12 г/м2 [шт] 12 5,1 % 1 0,4 %  


Общие характеристики и выводы:

  • Хорошее снижение колебании и контроль формы
  • Количество магнитов определяется фактической формой полосы (проводит анализ на основании профиля покрытия)
  • Очень быстрая активная цепь управления >103 Гц обеспечивает:
    • точное снижение колебаний
    • эффективную работу ЭМ-стабилизатора даже при высокой скорости линии
  • Не мешает другому оборудованию
  • Не влияет на жидкий слой цинка
  • Не притягивает (не намагничивает) полосу
  • Водоохлаждаемые магниты отличаются мощной и компактной конструкцией
  • Низкое потребление электроэнергии <10 кВт для всей системы
  • Монитор процесса для визуализации рабочих характеристик и формы полосы
Сообщить об ошибке на сайте ENCE GmbH, Switzerland / ENCE gmbH, Schweiz / ЭНЦЕ ГмбХ, Швейцария © ENCE GmbH