На первый взгляд, название этой статьи может показаться не связанными друг с другом терминами. Однако такова многосторонняя направленность технологии ConformTM, позволяющая использовать ее как для низкозатратных производственных мощностей большого объема, например в целях рециклинга, так и для очень дорогостоящих процессов малой производительности, относящихся к космическим технологиям и физике высоких энергий.
ТЕХНОЛОГИЯ CONFORMTM, РЕЦИКЛИНГ И КОСМИЧЕСКАЯ
ТЕХНОЛОГИЯ
ТЕХНОЛОГИЯ CONFORMTM, РЕЦИКЛИНГ И
КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
На первый взгляд, название
этой статьи может показаться не связанными друг
с другом терминами. Однако такова многосторонняя
направленность технологии ConformTM, позволяющая
использовать ее как для низкозатратных
производственных мощностей большого объема,
например в целях рециклинга, так и для очень
дорогостоящих процессов малой
производительности, относящихся к космическим
технологиям и физике высоких энергий.
За последние 20 лет фирма Holton
Machinery Ltd успешно спроектировала, смонтировала и
ввела в эксплуатацию ряд установок ConformTM.
Разработки фирмы Holton направлены на постоянное
развитие процесса ConformTM и соответствующего
оборудования. Тем не менее, в настоящее время
фирма Holton сумела внести существенные изменения в
установку и процесс ConformTM, которые позволяют
добиться такого же положительного эффекта, какой
был получен несколько лет назад за счет
внедрения системы автоматического контроля
толщины листа (AGC) на листовых прокатных станах.
Установка ConformTM 2000 фирмы Holton
была представлена на международный рынок в
качестве полноразмерного образца на выставке
Wire/Tube-2000 в Дюссельдорфе. Вид новой установки
представлен на рис. 1.
Одним из наиболее критических
аспектов эксплуатации установки ConformTM фирмы Holton
является контроль ширины и профиля зазора между
инструментом (удерживаемым в так называемой
прессовой колодке) и прессовым колесом. Этот
зазор традиционно устанавливается
компромиссным образом, чтобы соответствовать
особенностям производства продукции как в
условиях “холодного старта”, так и в режиме
нормальных температур. В рамках установки ConformTM
2000 фирмы Holton при нормальном режиме работы под
нагрузкой можно динамически регулировать как
абсолютную величину зазора, так и его профиль.
Это обеспечивает оптимальные стартовые условия
и достижение оптимальных рабочих характеристик.
Это также означает, что небольшой износ
инструмента или колеса в ходе работы может быть
компенсирован.
Последовательное уменьшение
времени установки параметров и стартового
периода, более быстрое достижение рабочей
скорости, снижение количества стартового и
производственного брака и упрощение управления
будут, очевидно, привлекательными для
потребителей установки Conform TM.
Установка ConformTM 2000 фирмы Holton
обеспечивает улучшение этих параметров за счет
использования прогрессивной мехатроники
(соединения оборудования с мини-компьютерами),
включающей комбинацию сенсоров для измерения
зазора, гидромеханические приводы и сложные
системы контроля петлерегулирования с
сенсорными мониторами. Установка ConformTM 2000 фирмы
Holton – это не мечта технологов или
проектировщиков, это уже практическая
реальность. Первая установка подобного типа была
опробована в подразделении фирмы Holton по
исследованиям и специализированному
производству в течение года.
Некоторые из особенностей
установок ConformTM 2000 фирмы Holton будут использованы
для модернизации уже существующих установок; это
позволит получить эффект новых разработок и на
действующем оборудовании.
Установка ConformTM широко
используется в традиционных областях
производства профилей твердых алюминиевых
проводников и отдельных труб, а также для новых
видов продукции – труб с многочисленными
полостями, обшивок телевизионных и других
кабелей, плакирования проволоки класса AS,
производства легированной катанки из литых
прутков и гранул.
В течение нескольких лет
установки ConformTM фирмы Holton используют для
рециклинга алюминиевого скрапа с целью
дальнейшего применения в качестве проволоки для
раскисления в черной металлургии.
В последнее время был отмечен
рост интереса именно к этой сфере применения
установки ConformTM. Имеется немало примеров
использования данной установки для рециклинга
материалов.
Во время обработки алюминиевых
сплавов образуется значительное количество
скрапа на разных технологических стадиях, в
основном при зачистке и резке литых слябов.
Например, при зачистке 10-тонного сляба со всех
сторон количество отходов достигает 300 кг. Кроме
того, еще 20 кг уходит на обрезь переднего и
заднего концов сляба.
Для прокатного цеха
производительностью 100 тыс. т/год объем скрапа
составляет 3200 т/год. Это количество значительно
возрастает для легированных материалов, которые
необходимо зачищать на большую глубину для
обеспечения гомогенности материала. В принципе,
отходы можно отправить в переплав, но из-за их
физической формы потери при переплаве неизменно
высоки.
Эти потери могут быть уменьшены
за счет быстрого ввода материалов в плавильную
печь, но для этого обычно требуется
использование насоса или другого подобного
устройства. Альтернативой является
брикетирование материала перед переплавом.
Однако большая часть оборудования для
брикетирования обеспечивает коэффициент
консолидации ~85 %, что обусловливает тенденцию к
последующему всплытию брикетов в расплаве. Для
некоторых реагентов, например,
алюминиево-литиевых отходов зачистного
производства, трудности переплава усугубляются
тенденцией к окислению. В подобных случаях
отходы просто вывозят на мусорные свалки.
Производственный скрап
(например стружка и обрезь) может быть возвращен
в производственный цикл благодаря процессу
ConformTM. Продукция с установок ConformTM может
принимать разнообразные формы. Как уже
отмечалось, конечной продукцией может быть
твердая проволока, пригодная для переплава, или
проволока для раскисления в черной металлургии.
В зависимости от вида сплава и чистоты
загружаемого материала продукт прессования
может представлять собой сплошной профиль или
толстостенную трубу и использоваться для
изделий некритического назначения.
Показатель производительности
является функцией обрабатываемого сплава и
сложности процесса прессования; обычно он
составляет 100-200 кг/ч. Загрузочный материал
поступает в вибробункер, при этом скорость
подачи контролируется электронными приборами.
Схематически процесс показан на рис. 2. На рис. 3
представлены результаты применения установки
ConformTM при использовании стружки в качестве
загрузочного материала. В данном примере
применялась стружка из алюминиево-литиевого
сплава, который известен трудностями при
переплаве именно в форме стружки и традиционно
вывозится на мусорные свалки.
Установка ConformTM способна
обработать большое количество разнообразного
загружаемого материала в дополнение к твердой
катанке, используемой большинством
производителей. Исследован широкий спектр
порошков и гранулированных материалов и
определена область, в которой имеется огромный
потенциал; это применение быстро
кристаллизующихся (RS) материалов в качестве
загрузочных. Такие материалы обычно
представляют собой маленькие частицы ленты и
являются идеальным загрузочным материалом для
установок ConformTM. Благодаря короткому отрезку
времени обработки при непрерывном роторном
прессовании свойства, присущие RS-материалам, в
значительной степени сохраняются, что
выражается в отличных характеристиках конечной
продукции (в сравнении даже с RS-материалом, но
обрабатываемым по традиционной технологии).
Хотя алюминиево-литиевые сплавы
широко используются в аэрокосмической
индустрии, здесь это не связано с космосом. В
течение нескольких лет фирма Holton Machinery
осуществляла специализированные
производственные испытания на собственной линии
Holton ConformTM, установленной на заводе в Борнмуте. Эти
работы иногда включали операции по сравнительно
низким технологиям, что было связано с временной
перегрузкой клиентов фирмы Holton (т.е. компаний,
использующих установки производства фирмы Holton),
которые были не в состоянии удовлетворить
немедленные запросы своих заказчиков, и фирма
Holton охотно пришла им на помощь. Однако в основном
эти работы относились к граничным технологиям
областей физики высоких энергий и космической
технологии. Работы велись для таких организаций,
как Национальная ускорительная лаборатория
Fermilab, Европейская лаборатория физики высоких
энергий (CERN), Японская исследовательская
организация высокоэнергетических ускорителей
(KEK). Большая часть исследований была выполнена в
сотрудничестве со Швейцарским федеральным
институтом технологии в Цюрихе (ETH). Недавний
специализированный проект, выполненный с
участием ETH, ERN и Европейского космического
агентства (ESA), был посвящен производству
материала для обмоток сверхпроводимых магнитов,
являющихся частью эксперимента с
альфа-магнитным спектрометром (AMS 02). Эта
установка предназначена для Международной
космической станции, куда она будет доставлена
космическим челноком “Спейс Шаттл”, вероятно, в
2003 г. (рис. 4).
Работы, выполненные на
установке ConformTM фирмы Holton, включали плакирование
60 тыс. м сверхпроводящего кабеля высокочистым
алюминием. Наружные размеры плакированного слоя
составили 2х1,6 мм при центральном
сверхпроводящем сердечнике 0,67 мм.
Сверхпроводящий кабель для сердечника был
изготовлен компанией-сестрой фирмы Holton – Outokumpu
Superconductors (обе фирмы являются подразделениями
концерна Outokumpu). Загрузочный материал из
высокочистого алюминия поступил от фирмы Pechiney
(Франция).
Таким образом, фирма Holton Machinery
показала наиболее практическим способом, что
применение установки ConformTM может быть
многогранным в рамках алюминиевой
промышленности, охватывая даже те области,
которые многим казались очень далекими –
рециклинг и космическую технологию.
Рис. 1. Установка ConformTM фирмы
Holton
Рис. 2. Загрузка порошков и
гранулированных материалов в установку Conform TM
Рис. 3. Пример
алюминиево-литиевой
зачистной стружки до и после
процесса ConformTM
Рис. 4. Альфа-магнитный
спектрометр для Международной космической
станции