Содержание
Характеристика горячекатаной стали..............................................................3
Технология производства горячекатаной стали на реверсивных листовых станах...5
Технологический процесс производства толстых листов.....................................8
Технология производства горячекатаной стали на непрерывных
и полунепрерывных станах..............................................................................14
Технологический процесс на непрерывных и полунепрерывных станах................20
Технико-экономические показатели производства горячекатаных листов.............27
Литература..................................................................................................29
Характеристика горячекатаной стали
Горячекатаную сталь производят на расположенных в одну или две линии одно и двуклетевых станах, полунепрерывных и непрерывных станах и станах специальной конструкции (например, планетарных) в горячем состоянии.
Толстолистовую сталь поставляют толщиной 4—6 мм с интервалом 0,5 мм, 6—30 мм— 1,0 мм, 30—60 мм —2,0 мм, больше 60 мм — 2,0—5,0 мм.
Длина толстолистовой стали должна быть кратной 100 мм, но не менее 1200 мм. По договоренности с заказчиком толстолистовую сталь можно поставлять по теоретической массе, исходя из номинальной толщины листа.
На современных непрерывных прокатных станах горячей прокатки можно прокатать листовую сталь с минимальной толщиной 1,2 мм.
Большая часть листовой горячекатаной стали производится из углеродистой и низколегированной стали.
Толстолистовую котельную и топочную стали прокатывают толщиной 8—60 мм из углеродистых сталей Ст2, СтЗ, 15К, 20К, 25К. (ГОСТ 5520—69); их поставляют в горячекатаном или термически обработанном состояниях. Котельную листовую сталь подвергают испытаниям для определения временного сопротивления разрыву, предела текучести и относительного удлинения, а также ударной вязкости и загиба в холодном состоянии.
Для судостроения используют листовую сталь толщиной 0,9—25 мм из углеродистых сталей Ст1С—Ст5С, Ст4Ф и Ст4Л (ГОСТ 5521—76). Эту листовую сталь подвергают испытаниям на растяжение и на изгиб в холодном состоянии.
В судостроении используют также марганцовистую сталь с содержанием 1,30—1,65% Мg.
Для изготовления сварных мостовых конструкций применяют спокойную углеродистую сталь М16С, а для изготовления клепаных мостовых конструкций — кипящую и спокойную углеродистую сталь СтЗмост. Для мостостроения прокатывают также толстолистовую легированную сталь.
Сталь толстолистовую углеродистую качественную конструкционную прокатывают толщиной 4—60 мм из сталей 08—50. Эту сталь поставляют в термически обработанном состоянии и подвергают испытаниям на растяжение и на загиб в холодном состоянии.
Сталь горячекатаную углеродистую конструкционную для автостроения поставляют толщиной до 14 мм в термически обработанном состоянии и в травленом виде.
По степени штампуемости различают листы глубокой (Г) и нормальной (Н) вытяжки. Листы подвергают механическим испытаниям на растяжение и на загиб в холодном состоянии.
Сталь горячекатаную углеродистую и легированную, качественную, конструкционную для авиастроения прокатывают из сталей 08, 10, 20, 35, 10Г2, 12Г2, 25ХГСА и 35ХГСА. Листы из углеродистой стали прокатывают на толщину до 30 мм, а из легированной стали — до 20 мм. Листы поставляют в термически обработанном состоянии и в травленом виде; их подвергают механическим испытаниям на растяжение и на загиб в холодном состоянии.
В зависимости от состояния поверхности горячекатаная тонколистовая сталь производится третьей и четвертой групп.
Заготовки для локомотивных рам прокатывают толщиной 100 мм и более.
Сталь горячекатаную высоколегированную и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие прокатывают толщиной 0,5—25 мм. Коррозионностойкую сталь производят из сталей 12Х13, 20Х13; кислотостойкие—из сталей 12Х18Н9, 17Х18Н9, 12Х18Н9Т и : др.; жаростойкие—из сталей 20Х23Н13, 20Х23Н18.
Листы поставляют в термически обработанном состоянии и травленом виде.
В зависимости от состояния поверхности и термической обработки листы подразделяют на три группы: А — листы, термически обработанные, травленые; Б — листы, термически обработанные, не травленые; В — листы, термически не обработанные, не травленые.
Применяются следующие виды термической обработки: высокий отпуск до температуры 680—730° С; отжиг при температуре 760—780° С; закалка в воде или на воздухе (температура 1050— 1500° С в зависимости от марки стали).
Сталь трехслойная для отвалов плугов прокатывается толщиной 5,0; 6,0 и 7,0 мм.
Горячекатаная сталь может поставляться также в рулонах шириной от 200 до 2300 мм и толщиной 1,0—10 мм.
Сталь рулонная горячекатаная подразделяется по состоянию поверхности (травленая, нетравленая), виду кромки (обрезная, необрезная, катаная), точности прокатки (повышенной и нормальной точности).
Технология производства горячекатаной стали на реверсивных листовых станах
Характеристика станов
Станы бывают одно- и двуклетевые. Сортамент листов станов линейного типа обусловлен требованием производства листов толщиной выше 16 мм (менее 16 мм — сортамент непрерывных -Г станов) и большой ширины.
На старых металлургических заводах еще имеются одноклетевые толстолистовые трехвалковые станы (трио Лаута), на которых обычно прокатывают листы толщиной 4—25 мм.
Недостатки указанных станов (небольшие обжатия за проход, наличие тяжелых подъемно-качающихся столов, большая разно-толщинность листовой стали по ширине) привели к тому, что в настоящее время эти станы не строят.
Широкое распространение получили одноклетевые четырехвалковые станы, применяемые обычно для прокатки толстолистовой стали большой ширины.
Одним из вариантов одноклетевых станов является стан, имеющий клети с вертикальными валками перед четырехвалковой клетью и за ней. Такие станы могут совмещать функции слябинга и листового стана.
Крупным толстолистовым станом является стан 5335/4065. Он предназначен для прокатки стальных листов толщиной 4,8—45 и плит толщиной до 380 мм, шириной 760—5080 мм: и длиной до 38 м.
Особенность этого стана — возможность перемещения каждой станины по направляющим плитовин на расстояние 635 мм симметрично оси прокатки.
Имеются двуклетевые станы для прокатки толстого листа; с расположением рабочих клетей одна за другой (первая клеть — черновая, а вторая — чистовая).
Двуклетевые станы бывают нескольких типов: 1) черновая и чистовая клети трехвалковые Лаута; 2) черновая двухвалковая, чистовая — трехвалковая Лаута; 3) черновая — трехвалковая лл Лаута, чистовая — четырехвалковая; 4) черновая — двухвалко- Ц вая, чистовая — четырехвалковая; 5) черновая и чистовая клети — Ц четырехвалковые.
Производительность двуклетевых станов больше, чем одноклетевых. Качество листов лучше, так как чистовая клеть работает ни на подкате, очищенном от окалины в черновой клети.
В последнее время в качестве чистовой клети начали применять клети четырехвалковые, обеспечивающие прокатку листовой стали с малой разнотолщинностью по ширине, высоким качеством поверхности и большими обжатиями за проход.
Чистовые универсальные клети применяют значительно реже, чем четырехвалковые клети, так как вследствие поперечного прогиба при прокатке широких и сравнительно тонких листов они не обеспечивают эффективного обжатия кромок.
Все большее распространение за рубежом получают комбинированные обжимные листовые станы, на которых осуществляется прокатка в два нагрева, т. е. слябов из слитков в рабочей двухвалковой клети, а затем толстых листов из слябов в той же рабочей клети, но с четырьмя валками. Такие станы наиболее эффективно используют при выполнении небольших заказов широкого сортамента.
Толстолистовые станы оборудуют рабочими клетями различного типа: четырехвалковыми с неподвижными станинами закрытого типа для обеспечения максимальных обжатий за проход, минимальной разнотолщинности и высокой скорости прокатки; четырехвалковыми высокой жесткости с устройствами противоиз-гиба валков; четырехвалковыми с передвижными станинами и, следовательно, с различной длиной бочки валков для прокатки листов с большим диапазоном по ширине и максимальной шириной листов 4000 мм; четырехвалковыми, обеспечивающими повышенную точность толстолистовой стали — бесстанинного типа; комбинированными двух- и четырехвалковыми клетями с двумя — тремя комплектами валков для прокатки слябов и толстых листов с двумя нагревами.
Станы обеспечиваются устройствами для противоизгиба валков: 1) гидравлическими домкратами, при этом усилия домкратов, распирающие шейки валков, совпадают с усилием прокатки; 2) гидравлическими домкратами с приложением усилий, направленных так, что они противоположны усилиям прокатки; 3) противоизгиб опорных валков.
Нажимные механизмы рабочих четырехвалковых клетей толстолистовых станов в большинстве случаев электромеханического типа с приводом от электродвигателя постоянного тока. Кроме того, в качестве нажимных устройств применяют механизмы гидромеханического типа.
Для удаления окалины с поверхности металла перед прокаткой, а также в процессе прокатки устанавливают системы гидросбива, работающие при давлении воды до 10—20 МПа.
Станы для производства толстых листов имеют комплекс оборудования для транспортировки, правки, резки и термической обработки металла.
С целью исключения повреждения нижних поверхностей раската в технологической линии толстолистовых станов применяют транспортные средства шагающего типа. В качестве холодильников применяют холодильники с неподвижными решетками и цепными шлепперами, а также с шагающими и роликовыми холодильниками.
Вид транспортного оборудования (рольганги, шлепперы, крановые приспособления) зависит от принятой схемы технологического потока металла. Конструкции основных видов оборудования, транспортирующего металл, описаны ранее.
Для правки листовой стали в холодном и горячем состояниях применяют многороликовые правильные машины. Скорость правки принимается обычно равной 1—5 м/с. Для правки толстолистовой стали в горячем состоянии правильную машину устанавливают на продолжении рольганга за чистовой клетью, обычно на расстоянии не более 60 м. Иногда конструкция этой машины позволяет отодвигать ее в сторону по специальным направляющим с установкой на этом месте секции рольганга.
Для правки листов из легированных сталей в связи с их высокими механическими свойствами применяют правильно-растяжные машины.
Охлаждение толстолистовой стали на современных листовых станах происходит при транспортировке по рольгангам, роликовым цепным транспортерам и стеллажам-холодильникам со скоростью 0,2—0,5 м/с.
Так как толстые листы иногда поставляют с поверхностью, очищенной от окалины, то в современных цехах предусматривается установка для травления или дробеструйное устройство.
В современных листопрокатных цехах, выпускающих качественную углеродистую и легированную листовую сталь, широко применяют термическую обработку. Наиболее распространенным видом термической обработки углеродистой и низколегированной листовой стали является нормализация, которая улучшает пластические свойства металла и способствует получению мелкозернистой структуры.
На некоторых толстолистовых станах печи для нормализации горячекатаной толстолистовой стали установлены непосредственно в основном технологическом потоке.
Некоторые станы оборудованы печами и устройствами для проведения операций отпуска и закалки с отпуском.
Отделка готовой продукции сопровождается дробеструйной очисткой поверхности листов и антикоррозионной покраской. Участки отделки листов оборудуются установками ультразвукового контроля.
Цехи по производству толстолистовой стали имеют также оборудование для зачистки поверхности листов. Для выборочной или сплошной зачистки применяют машины с абразивным кругом, установленные на самоходных тележках).
Технологический процесс производства толстых листов
Нагретые, в методических печах или в печах с выдвижным подом исходные заготовки подают к стану для прокатки по рольгангам или краном.
Толстые листы на станах линейного типа можно прокатывать различными способами в зависимости от ширины слябов, из которых прокатывают листы. В тех случаях, когда ширина сляба равна ширине листа с необрезными кромками, сляб прокатывают вдоль до необходимой толщины и длины листа.
Часто толстолистовую сталь прокатывают на станах линейного типа из слябов, ширина которых меньше ширины листов. В таких случаях процесс прокатки состоит из трех стадий. В первой стадии (протяжка), а) слябы прокатывают вдоль для улучшения формы раскатов. Во второй стадии, б) слябы прокатывают поперек для получения требуемой ширины листа. Эту стадию процесса прокатки обычно называют разбивкой ширины листа. Сляб после первых 2—4 проходов поворачивают на 90° и прокатывают поперек его длины. После получения необходимой ширины начинается третья стадия прокатки — получение необходимой толщины (при этом условие получения необходимой длины определено фабрикацией). Для этого раскат снова поворачивают на 90° и прокатывают его вдоль.
При прокатке толстых листов из слябов с шириной меньше ширины листа разбивка ширины листа может и не производиться, если ширина его будет получаться из длины сляба, а длина — из ширины сляба. Это достигается прокаткой сляба в поперечном направлении.
Прокатку таким способом широко не применяют. В этом случае длина сляба ограничивается длиной бочки валка, что ведет к значительному снижению массы сляба и, следовательно, производительности стана.
На старых станах линейного типа, производящих толстый лист из слитков, для получения необходимой ширины листа прокатку часто ведут на угол. В этом случае в первых проходах слиток прокатывают вдоль для снятия конусности и обеспечения одинаковой толщины по длине, после чего проводят прокатку на угол. Для получения раската прямоугольной формы при прокатке на угол его задают в валки то одним углом, то другим. При задаче на угол усилие прокатки металла на валки нарастает постепенно, что для старых станов с нерегулируемой скоростью валков важно, так как иначе могут возникать сильные удары. На современных станах, на которых захват металла можно осуществлять при небольших скоростях, это обстоятельство не является определяющим.
На двуклетевых листовых станах линейного типа около 80% обжатия осуществляется в черновой клети и лишь около 20% —в чистовой, что обеспечивает одинаковую загрузку этих клетей по времени. В зависимости от конечной толщины листа и сляба толщина подката, поступающего в чистовую клеть, различна. Например, при прокатке на этих станах листов толщиной 4—25 мм толщина подката составляет 15—50 мм.
Режим обжатия на толстолистовых станах рассчитывают из условия максимальных обжатий, которые не превышают допустимых усилий прокатки металла на валки, момента прокатки и углов захвата.
Температуру прокатки контролируют фотоэлектрическими пирометрами, данные измерений записываются на ленте.
Для получения удовлетворительной структуры металла после прокатки листы охлаждают на рольгангах холодильника с ребристыми роликами, установленными за чистовой клетью стана. Над роликами и внизу между ними находятся коллекторы с форсунками, присоединенными к цеховым магистралям воды и воздуха. Горячие листы, находящиеся на рольганге, могут охлаждаться водяной пылью из форсунки до 600—700° С.
Профиль валков выбирается таким, чтобы в результате прокатки получить готовый лист с минимальной разнотолщинностью. На рабочих клетях, оборудованных устройством для противоизгиба валков, имеется возможность регламентировать профиль зазора между рабочими валками, при этом листы получаются более ровными с минимальной разнотолщинностью.
Для правильной эксплуатации валков необходимо при остановках стана отключать охлаждающую жидкость, после перевалки валки необходимо укладывать на прокладки, разогрев новых, заваленных в стан валков производится по заданному инструкцией режиму.
Настройка клетей толстолистовых станов или черновых клетей полунепрерывных комбинированных станов (станов, имеющих в качестве черновой клети двух- или четырехвалковую клеть и в качестве чистовой — непрерывную группу клетей) заключается в установке уровня верхней образующей нижнего рабочего валка по отношению к уровню рольгангов; выверке и установке стрелки циферблата, показывающей раствор валков с учетом «пружины» клети.
Уровень верхней образующей нижнего рабочего валка должна - на 30—35 мм превышать уровень рольгангов. Это достигается установкой прокладок соответствующей толщины под подушки нижнего валка.
Горизонтальность нижнего валка проверяют по уровню и устанавливают также с помощью прокладки.
Параллельность валков на черновых клетях толстолистовых станов определяют обычно с помощью нутромера, для чего валки сближают на расстояние примерно 50 мм. Раствор валков замеряют нутромером на расстоянии 100 мм от краев бочки. Перекос валков устраняют включением правого или левого нажимного винта. В зависимости от толщины прокатываемых листов допускается перекос 0,1—1 мм.
На чистовых клетях толстолистовых станов параллельность валков определяют обжатием прутков из низкоуглеродистой стали диаметром 10—15 мм на 4—5 мм. Прутки закладывают на расстоянии 100 мм от краев бочки. По толщине прутков в месте обжатия судят о параллельности валков. Если перекос больше допускаемой величины (в зависимости от толщины прокатываемых листов может составлять 0,05—0,10 мм), его исправляют с помощью включения одного нажимного винта.
Стрелку циферблата устанавливают в нужное положение при соприкосновении валков, а затем ее положение корректируется на величину «пружины» клети после прохода первого сляба (замеряют толщину прокатанного сляба и сопоставляют ее с показанием стрелки циферблата) или положение стрелки заранее устанавливают на 3—5 мм больше раствора валков, а потом проводят корректировку после прокатки пробного сляба.
Обычно регламентируется разность уровней рольганга и проводок или проводок и уровня валка. Так, для стана 2300 Челябинского завода дают разность 10 мм между уровнями рольгангов и проводок и 40 мм между уровнями валков и проводок.
Регламентируется также зазор между проводками и валками. Как правило, он больше для черновой клети стана и меньше для чистовой.
При переходе на прокатку листов нового размера или при изменении марки стали проводят контроль и при необходимости корректируют показания стрелки циферблата.
Чтобы облегчить работу станинных роликов (ролики, расположенные на станинах с задней и передней стороны станов и являющиеся промежуточными между валками и роликами рольгангов), на черновых клетях применяют так называемое нижнее давление. В этом случае диаметр нижнего валка на 4—10 мм больше верхнего. Прокатываемый сляб как бы изгибается вверх и станинные ролики и первые ролики рабочих рольгангов не испытывают значительных ударных воздействий.
На чистовых клетях также применяется нижнее давление, равное 1—3 мм. Однако в некоторых случаях при прокатке средних листов применяют верхнее давление. В этом случае диаметр верхнего валка больше диаметра нижнего валка на 1—2 мм.
Для измерения толщины проката используют приборы, работа которых основана на сравнении остаточной интенсивности радиоактивных измерений, прошедших через измеряемую полосу и эталонный образец. Используют два вида излучения: рентгеновское и ?-лучи.
Для измерения полос и листов толщиной 7—52 мм применяют измеритель толщины ЦИТРА-П1. Действие измерителя толщины основано на методе прямого измерения степени ослабления интенсивности измерения, прошедшего через измерительный лист. Измерительная головка прибора смонтирована на тележке, перемещающейся по расположенным под рольгангом рельсам.
Результаты измерения в виде абсолютных значений выдаются на цифровое табло. Имеется также печатающее устройство для регистрации результатов измерения на бумажной ленте.
Все операции, которым подвергается лист после прокатки на стане для придания ему товарного вида, называются отделочными. Операциями отделки являются: правка, охлаждение, термическая обработка, осмотр и зачистка поверхности, разметка нерезка, клеймовка и маркировка, взвешивание, формирование по заказам и сдача на склад.
На современных листопрокатных станах все отделочные операции производятся в потоке, а отделочные агрегаты и механизмы соединены между собой рольгангами и поперечными транспортерами (шлепперами).
В зависимости от марки стали и назначения толстолистовой стали технологические операции по отделке могут быть следующие.
Прокатанный лист поступает к правильной машине для правки в горячем состоянии. На некоторых станах устанавливают две правильные машины — одну для правки листов толщиной до 20— 25 мм, а вторую — для более толстых листов. Температура правки зависит от толщины листа и температуры конца прокатки и составляет 700—1000° С. Перед правильной машиной иногда устанавливают ножницы для обрезки концов листа.
Если листы не требуют термической обработки (обычно листы из углеродистых и некоторых низколегированных сталей), то они после правки охлаждаются.
Охлаждение листов на современных станах происходит при их перемещении по рольгангам и холодильникам.
На старых заводах листы иногда охлаждают в штабелях. Этот способ охлаждения представляет собой своего рода термическую обработку. Медленное охлаждение несколько снижает предел текучести, повышает относительное удлинение.
Охлаждаясь на рольгангах, листы одновременно перемещаются к инспекторскому столу. Здесь производится осмотр верхней поверхности листа. Затем лист с помощью специальных рычажных кантователей переворачивается и производится осмотр нижней поверхности листа. Обнаруженные дефекты поверхности листа затем удаляются зачисткой.
Следующей операцией отделки листовой стали является обрезка переднего и заднего концов для получения листов заданной длины, а также боковых кромок для получения заданной ширины. Обрезка концов листов производится на гильотинных ножницах, установленных в потоке. Боковые кромки листов толщиной до 30 мм обрезаются дисковыми ножницами, которые позволяют получать заданную ширину без разметки листа. Если обрезка боковых кромок производится на гильотинных ножницах, то требуется предварительная разметка листов.
После обрезки листы передаются для зачистки обнаруженных дефектов, маркировки, формирования по заказам и отгрузки.
Все большее применение на толстолистовых станах получает термическая обработка с применением специальных средств. Термическая обработка может осуществляться с помощью ускоренного водяного или водо-воздушного охлаждения листов с прокатного нагрева, или в закалочных роликовых машинах с прокатного нагрева, позволяющих получить ровный лист с равномерной структурой. В этом случае термическую обработку осуществляют в технологическом потоке стана.
В некоторых случаях для проведения термической обработки строят специальные отделения; нагрев проводят в специальных печах.
Так, автоматизированный агрегат, предназначенный для термической обработки листов толщиной 5—75 мм, шириной до 4300 мм и длиной 12 000 мм, оборудован закалочной печью, закалочным прессом, отпускной печью, конвейером для охлаждения листов на воздухе и передаточными тележками.
Наиболее распространенными видами термической обработки следует считать нормализацию и закалку с последующим отпуском. В результате термической обработки прочность листов повышается на 20—25% при сохранении достаточного уровня пластичности.
Технология производства горячекатаной стали на непрерывных и полунепрерывных станах
Характеристика станов
Для современного развития листовых станов горячей прокатки характерно широкое строительство непрерывных и полунепрерывных станов. Это объясняется их большей экономичностью по сравнению с линейными станами, более высокой производительностью, большей точностью готовой продукции и лучшим качеством поверхности листов.
На новых широкополосовых непрерывных станах, оснащенных в высокой степени механизированными и автоматизированными средствами, производят листовую сталь толщиной от 1,0—1,2 мм до 12—16 мм и шириной до 1850—2150 мм из катаных или литых слябов толщиной до 250—300 мм, длиной до 10—12 м и массой до 40—45 т.
Допуск по толщине горячекатаных полос, получаемых на широкополосовых станах, составляет ± (0,025—0,05) мм. Расчетная скорость прокатки на этих станах достигает 30 м/с. Непрерывные широкополосовые станы горячей прокатки состоят из 11—14 рабочих клетей (с окалиноломателями до 14—16 клетей), объединенных в две группы, в том числе до семи-восьми четырехвалковых клетей в чистовой непрерывной группе.
Современные широкополосовые непрерывные станы горячей прокатки с семиклетевой чистовой группой обеспечивают получение листов с минимальной толщиной около 1,0 мм. Это расширяет возможность использования в машиностроении сравнительно дешевого горячекатаного листа вместо холоднокатаного.
Длина современных широкополосовых станов находится в пределах 550—600 м. Это сделало тепловой режим при прокатке тонких полос в чистовой непрерывной группе весьма напряженным.
Стремление к сокращению длины черновой группы, а следовательно, и уменьшению времени прокатки привело к объединению Двух-трех последних черновых клетей в непрерывную группу.
В случае, когда при прокатке толстых полос требуется дополнительное время для их охлаждения, в черновой группе широкополосовых станов иногда устанавливают рабочие двухвалковые клети с быстродействующими нажимными механизмами для подъема верхнего валка, в которых проводят несколько проходов.
Прокатку в чистовых клетях современных широкополосовых станов ведут с ускорением, что способствует уменьшению разно-толщинности и выравниванию температуры полосы по длине. Перепад температуры переднего и заднего концов полосы уменьшается до 10-12 град, что в 1,5-2 раза меньше перепада температур при постоянной скорости прокатки, а иногда и полностью.
Полунепрерывные широкополосовые станы, в состав которых входят шесть—десять рабочих клетей, характеризуются сравнительно невысокой стоимостью. Их применяют для небольшого объема производства, при выпуске сложного сортамента, включая высоколегированные стали.
Черновая группа клетей оборудована, как правило, одной универсальной четырехвалковой клетью.
В некоторых станах в черновую группу входят, кроме универсальных четырехвалковых клетей, универсальные двухвалковые клети, вертикальный и горизонтальный двухвалковые окалиноломатели.
Как правило, чистовая группа состоит из шести четырехвалковых клетей, аналогичных клетям непрерывных широкополосовых станов.
Расстояния между клетями черновой группы стана выбираются такими, чтобы раскат одновременно находился только в одной клети.
При прокатке в чистовой непрерывной группе клетей широкополосовых станов горячей прокатки раскат одновременно находится в нескольких или во всех клетях.
Черновая группа клетей непрерывного широкополосового стана состоит из четырех или пяти клетей с горизонтальными валками и клетей с вертикальными валками и чернового окалиноломателя. Число четырехвалковых клетей с горизонтальными валками определяется толщинами слябов и раската для чистовой группы vЛРТРМ.
Встречаются широкополосовые станы, черновая группа клетей которых оборудована окалиноломателями с вертикальными валками, трех универсальных двухвалковых клетей и трех универсальных четырехвалковых клетей.
Чистовая группа клетей состоит из шести-семи четырехвалковых клетей. В зависимости от условий охлаждения раската после черновой группы и сортамента стали расстояние между черновой и чистовой группами клетей составляет 40—100 м.
Перед чистовой группой прокатных клетей устанавливают летучие ножницы для обрезки передних, а в ряде случаев и задних концов раската и чистовой окалиноломатель. За отводящим рольгангом чистовой группы прокатных клетей устанавливаются моталки для смотки полосы в рулоны.
На одном из отечественных заводов эксплуатируется непрерывный широкополосовой стан 2000, рассчитанный на перекатку полос толщиной 1,2—12 мм и шириной 900—1850 мм в рулонах массой до 36 т со скоростью прокатки до 20 м/с из литых слитков сечением 200-250х900-1850 мм и длиной до 10,5 м. Стан состоит из четырехвалковых рабочих клетей и трех двухвалковых клетей (окалиноломатель с горизонтальными и вертикальными валками), объединенных в две группы.
Стан оборудован методическими нагревательными печами, которые снабжены устройствами для загрузки и выгрузки слябов, летучими ножницами для обрезки переднего конца полосы перед чистовой группой клетей, системой гидросбива окалины (вода подается под давлением до 14 МПа), устройством для охлаждения полосы перед смоткой в рулоны, а также моталками с устройствами для передачи рулонов на конвейер. Кроме того, вне потока предусмотрены средства отделки готовой продукции.
Все основные технологические операции прокатки на широкополосовом стане 2000 механизированы и автоматизированы. Мощность главных приводов стана 119 тыс. кВт.
В отличие от стана 2500 черновая группа клетей стана 1700 состоит из клети с вертикальными валками, чернового окалино-ломателя, одной черновой четырехвалковой клети и четырех черновых универсальных четырехвалковых клетей.
Клеть с вертикальными валками диаметром 1000 мм предназначена для обжатия слябов по ширине, что позволяет значительно сократить сортамент слябов. Кроме того, в этой клети происходит взрыхление окалины на поверхности слябов.
Установка пятой черновой клети позволяет увеличить толщину слябов, благодаря чему увеличивается масса рулонов и производительность не только этого стана, но и слябинга.
Удаление окалины с поверхности раската осуществляется водой с рабочим давлением до 12 МПа за черновым окалиноломателем, перед третьей, четвертой и пятой черновыми клетями.
Чистовая группа клетей состоит из чистового двухвалкового окалиноломателя с валками диаметром 700 мм и семи чистовых четырехвалковых клетей с рабочими валками диаметром 700 мм и опорными 1400 мм. Перед чистовой группой клетей установлены летучие ножницы для обрезки переднего конца раската.
Всю листовую сталь, прокатываемую на этом стане, сматывают в рулоны тремя моталками, установленными на продолжении отводящего рольганга. Скорость прокатки в последней клети стана 1700 составляет 18 м/с, что обеспечивает необходимую температуру конца прокатки листов толщиной до 1,2 мм.
Различают полунепрерывные листовые полосовые станы двух типов — с одинаковой длиной бочки валков в каждой группе клетей и такие, у которых длина бочки валков в черновой группе больше. Станы второго типа — комбинированные, устанавливают на металлургических заводах с сортаментом и программой производства листового проката, предусматривающими выпуск не только рулонного проката, но и частично листового проката большей ширины и габаритов, чем это предусматривает характеристика рабочих клетей чистовой группы.
Так, на станах 2800 (1700 и 2300) 1700 в черновой группе клетей можно прокатывать толстолистовую сталь и ширина листа может достигать соответственно 2600 и 2100 мм, а в непрерывной чистовой группе клетей — рулоны шириной до 1550 мм.
Прокатанные листы в этом случае по шлепперу, расположенному между клетью 2800 и чистовой группой клетей 1700, передаются на дальнейшую обработку на листоотделку.
Прокатка листовой стали толщиной до 6 мм и шириной до 1550 мм заканчивается в непрерывной группе клетей, при этом полоса сматывается в рулоны моталками.
Наличие реверсивной черновой клети в полунепрерывных станах позволяет выбирать обжатие за проход и число проходов в зависимости от физико-механических свойств, что имеет важное значение при прокатке высоколегированных и труднодеформируемых сталей (например, трансформаторной, нержавеющей и др.). При прокатке таких сталей необходимо регулировать обжатия и скорость прокатки.
Рабочие клети современных широкополосовых станов выполняют четырехвалковыми. Рабочие валки этих клетей имеют диаметр до 1120—1270 мм и ширину до 1525—1625 мм. Черновые универсальные клети снабжены вертикальными валками диаметром до 865 мм. Чистовые четырехвалковые клети оборудованы рабочими валками диаметром до 725—825 мм, опорные валки имеют такой же диаметр, как и валки в черновой группе.
В качестве нажимных устройств широко применяются электромеханические нажимные механизмы, хотя они имеют большую инерционность. Быстродействие появившихся в последнее время реечных и клиновых гидравлических нажимных механизмов в 3— 4 раза выше, однако из-за сложности конструкции широкого распространения они пока не получили.
Между рабочими клетями непрерывной группы размещают электромеханические, гидравлические или пневмогидравлические петлерегуляторы, обеспечивающие постоянное межклетевое натяжение полосы в процессе прокатки.
Для перевалки рабочих клетей чистовой группы станов применяют быстродействующие механизированные устройства, обеспечивающие смену валков всех чистовых клетей и последней черновой клети в течение 5 мин. На некоторых станах смену рабочих валков осуществляют с помощью мостовых кранов. В этом случае на один конец перешлифованного валка надевают муфту-противовес. Двумя крюками мостового крана валок с муфтой подают к рабочей клети. Свободный конец муфты надевают на конец (треф) сменяемого валка. Подушки рабочего валка освобождают от подушек опорного валка и затем краном валок с подушками извлекают из рабочей клети. После этого краном валки поворачивают на 1800 и новый валок с подушками вводят в рабочую клеть.
Для получения листов с минимальной продольной разнотолщинностью стан оборудуется системой автоматического регулирования толщины (САРТ). Поперечную разнотолщинность уменьшают, используя системы противоизгиба валков.
Используемый ранее в практике метод подбора профиля валков и его температурное регулирование в процессе прокатки оказались малонадежными из-за большой инерционности.
В связи с повышением скорости прокатки на широкополосовых станах более 10 м/с оказалось необходимым вначале заправлять передний конец полосы в моталку при скорости не свыше 10—11 м/с, а затем осуществлять постепенный разгон стана до максимальной расчетной скорости. Рекомендуемые ускорения принимают равными 0,05—0,1 м/с.
Для получения листов с заданными структурой и механическими свойствами современные станы оборудованы установками для душирования выходящей из последней клети полосы. На одном из станов была опробована установка роликов с перекосом в двух перпендикулярных плоскостях, обеспечивающих тонкой полосе, принимающей желобчатую форму, устойчивое положение при транспортировании.
На современных широкополосовых станах уборка горячекатаных полос осуществляется в виде рулонов.
На агрегатах непрерывной резки производят резку рулонов толщиной 1,2—10 мм на листы длиной 1,5—12 м. Кроме этого, осуществляют также обрезку боковых кромок, правку, сортировку, маркировку, укладку в стопы, взвешивание и упаковку листов в пачки.
В последнее время в линии агрегата поперечной резки устанавливают дрессировочную клеть, оборудованную летучими микрометрами для управления нажимными винтами этой клети. Дрессировка уменьшает разнотолщинность и волнистость прокатанных листов.
Наиболее распространенным видом термической обработки углеродистой и низколегированной стали является нормализация. Ее проводят в проходных печах, установленных на участке листоотделки цеха.
Листоотделочное отделение непрерывных и полунепрерывных станов горячей прокатки может быть оборудовано также агрегатами травления периодического действия, отдельно стоящими гильотинными ножницами, агрегатами продольной резки для роспуска рулонов на полосы и другим оборудованием.
Технологический процесс на непрерывных и полунепрерывных станах
Слябы, нагретые в методических печах до заданной температуры, выдаются на отводящий печной рольганг и транспортируются к первой клети.
На современных непрерывных широкополосовых станах первой клетью является клеть с вертикальными валками. Если ширина сляба несколько больше необрезной ширины листа, то сляб обжимают до необходимых размеров. При боковом обжатии слябов окалина взламывается без опасности вдавливания ее в поверхность металла. Этот способ удаления окалины эффективен, если обеспечивается деформация полосы в вертикальных валках по всей ее ширине. Опыт показывает, что при максимально возможном обжатии вертикальными валками 30—40 мм проникновение деформации по ширине сляба со стороны каждого вертикального валка составляет 400—500 мм, поэтому применение окалиноломателя с вертикальными валками особенно эффективно в том случае, когда ширина сляба находится в пределах 1000—1200 мм. Следует заметить, что эффективно применение окалиноломателей с вертикальными валками и при прокатке более широких слябов.
Валки окалиноломателей обычно непрофилированные (цилиндрические) с гладкой поверхностью или с неглубокой насечкой, которая улучшает процесс ломки окалины.
Следующей операцией является удаление окалины в черновом окалиноломателе, установленном перед черновой группой клетей. Обжатие в черновом горизонтальном окалиноломателе составляет 5—20%, этого достаточно для раздробления окалины, которую затем сбивают водой под давлением.
После вертикального и горизонтального окалиноломателей сляб поступает к черновой группе клетей непрерывного широкополосового стана.
Длина бочки валков всех черновых клетей одинакова. Диаметр рабочих валков первых клетей может быть больше, чем последних.
В вертикальных валках черновых клетей применяют небольшие обжатия, примерно равные уширению полосы при прокатке ее в горизонтальных валках. Такое обжатие достаточно, чтобы ширина полосы была одинакова по всей длине, а на боковых кромках ее не образовались трещины. В последнее время на станах с уширительной клетью вертикальные валки позволяют отказаться от пресса за клетью.
Допустимые относительные обжатия в клетях черновой группы находятся в пределах 20—50%.
Толщина подката, выходящего из черновой группы клетей, зависит от толщины прокатываемых листов и числа клетей в чистовой группе; она обычно равна 15—36 мм. По выходе из черновой группы клетей раскат проходит под струями воды высокого давления, что способствует удалению окалины. При прокатке в универсальных клетях раскат находится одновременно в горизонтальных и вертикальных валках.
Стан 1700 в составе черновой группы имеет горизонтальный окалиноломатель с диаметром валков 900 мм и длиной бочки 1700 мм четырехвалковую клеть с валками 950/1950 Х 1700 мм, универсальную четырехвалковую клеть .с горизонтальными валками 950/1350х1700, вертикальными с диаметром 800 мм и длиной бочки 250 мм, а также три универсальные четырехвалковые клети с горизонтальными валками 880/1250х1700 мм и вертикальными 800х250 мм.
Чистовая группа состоит из горизонтального окалиноломателя с диаметром валков 600 мм и длиной бочки 1700 мм и шести четырехвалковых клетей с валками 650/1300х1700 мм.
Температура раската после черновой группы зависит от марки стали, толщины подката, скоростей прокатки и др. Обычно она находится в пределах от 1040—1060 до 1050—1100° С.
В черновой группе клетей нет необходимости строго соблюдать соответствие скоростей между клетями. Поэтому в качестве привода этих клетей используют более дешевые двигатели переменного тока, обычно синхронные, возбуждаемые от тиристорных возбудителей.
После прокатки в черновой группе раскат передается к чистовой группе непрерывного стана. После выхода раската из черновых клетей стана его передний и задний концы в подавляющем числе случаев вытянуты в виде «языка» и «хвоста». Основной причиной получения «языков» и «хвостов» является неправильная форма сляба, поступающего на прокатку. Полоса, прокатанная из сляба, имеющего форму параллелограмма, имеет «язык» и «хвост», расположенные противоположно. Сляб, имеющий в плане форму правильной трапеции (высота трапеции — ширина сляба), прокатывается в полосу, у которой язык и хвост расположены по одну сторону продольной оси. У полосы, прокатанной из сляба, имеющего форму односторонней трапеции, наблюдается либо язык, либо хвост. Более холодные, чем раскат, языки и хвосты могут оставить на валках чистовой группы отпечатки. Кроме того, при прокатке в чистовой группе раската с языками и хвостами существует опасность застревания их в валках. Чтобы предотвратить подобные явления, языки обрезают на летучих ножницах, установленных перед чистовым окалиноломателем.
После обрезки на ножницах переднего конца раскат проходит через чистовой окалиноломатель, обеспечивающий обжатие 5—10%, достаточное для взламывания окалины.
Полоса при проходе через окалиноломатель находится одновременно в нескольких клетях непрерывного стана, поэтому скорость вращения валков окалиноломателя должна соответствовать скоростям прокатки во всех клетях чистовой группы.
Необходимым условием прокатки в чистовой группе клетей является постоянство секундных объемов. При распределении обжатий в клетях чистовой группы вальцовщик следит за нагрузкой двигателей, чтобы она не превышала предельно допустимой величины.
Обычно прокатку ведут с небольшим петлеобразованием. Это делается для предотвращения утяжки полосы. Петлю между клетями поддерживают петледержателем.
Современные станы имеют скорость прокатки в последней клети непрерывной группы до 30 м/с. Проводка переднего конца раската через все клети непрерывной группы и заправка переднего конца полосы в моталки при такой скорости практически невозможны. Поэтому первоначальная операция пропуска переднего конца полосы через клети и заправка в моталку осуществляются на скорости не более 10 м/с. После заправки переднего конца в моталки стан разгоняется до заданной рабочей скорости.
Из-за необходимости регулирования скорости прокатки в широких пределах в качестве привода для клетей непрерывных групп широкополосовых станов применяют двигатели постоянного тока.
Как указывалось выше, при непрерывной прокатке тесно взаимосвязаны параметры очага деформации всех клетей непрерывной группы. Важным параметром является межклетевое натяжение, которое, создавая переднее и заднее натяжения, меняет условия деформаций. Чем выше эти натяжения, тем меньше усилия прокатки, а это в свою очередь ведет к уменьшению величины Упругих деформаций. Однако чрезмерное натяжение вызывает утяжку полосы, в результате чего размер по ширине полосы выходит за пределы минимально допускаемых величин.
Поэтому величины межклетевых натяжений выбирают в зависимости от пластических свойств металла при температуре прокатки..
Обычно наблюдается тенденция к увеличению удельных натяжений в последних межклетевых промежутках и подъему общего уровня удельных межклетевых натяжений при прокатке тонких широких полос, а также полос из легированных сталей.
Для непрерывных широкополосовых станов чрезвычайно важен температурный режим прокатки. Температурные условия прокатки зависят от конструктивных особенностей стана (схема расположения основного оборудования, протяженность технологических линий) и особенностей технологического процесса (температура нагрева слябов, толщина подката и готовой полосы, скоростной режим прокатки).
На станах горячей прокатки листа температурный режим регламентируется по участкам стана в зависимости от толщины готовой продукции и требуемых свойств.
Установлено, что оптимальная температура конца прокатки на полосовых станах 840—920 (для тонких полос более низкая температура), а температура смотки 550—650° С. Относительное обжатие в предпоследней клети непрерывной группы не должно превышать 25%, а в последней 10—15%.
При этих условиях получается требуемая структура и механические свойства не только в готовой продукции, но и в подкате для последующего передела в цехах холодной прокатки. В табл. 19 приведен температурный режим прокатки на непрерывном широкополосовом стане 2000.
Температура прокатки контролируется фотоэлектрическим пирометром ФЭП-4, предназначенном для измерения и записи температуры неподвижных или движущихся тел. Прибор устанавливается таким образом, чтобы измерению не мешала окалина на поверхности раската или пары воды, идущей на охлаждение валков и полосы.
Требуемую температуру смотки полос всего диапазона толщин получить на отводящем рольганге полосового стана при естественном охлаждении невозможно. Для регламентированного охлаждения полос применяют душирующие установки.
Охлаждение полосы может быть как ламинарное (струи воды свободно падают на поверхность полосы), так и струйное под давлением. Струйное охлаждение под давлением применяют для охлаждения полосы снизу.
При ламинарном охлаждении вода вытекает из баков через трубки. Баки обычно объединены в несколько секций.
В результате больших температурных перепадов в валках возникают внутренние напряжения, которые могут привести к их поломке. Поэтому особое внимание следует уделять разогреву и охлаждению валков в период работы прокатного стана. С этой целью в период разогрева применяют предварительный подогрев валков перед закалкой в стан. Задачей предварительного подогрева является нагрев валков до температур, соответствующих их установившемуся тепловому режиму при нормальной работе стана.
Качество профиля горячекатаной полосы, полученной на непрерывных станах, определяется отсутствием волнистости и коробоватости. Эффективным мероприятием по уменьшению продольной разнотолщинности является увеличение жесткости и автоматизация рабочих клетей чистовой группы.
Поперечная разнотолщинность полосы определяется профилем рабочих валков в момент прокатки.
Тепловая профилировка недостаточно эффективна вследствие значительной тепловой инерционности валков. Противоизгиб валков является эффективным способом управления.
При настройке клетей широкополосовых станов проверяют горизонтальность и параллельность валков.
Превышение нижнего рабочего валка над уровнем рольгангов обычно составляет 20—50 мм.
Проверку параллельности валков первых одной-двух клетей черновой группы проводят с помощью нутромера, валков всех остальных клетей стана — путем обжатия прутков. На разных станах допускается перенос в черновых клетях до 0,3—0,05 мм, в клетях чистовой группы до 0,1—0,02 мм.
Указателями растворов горизонтальных валков широкополосовых станов являются продуктиметры, установленные на приборных щитках вальцовщиков. Продуктиметры настраиваются следующим образом.
В черновой группе, где имеется возможность непосредственного измерения толщины полосы, продуктиметры устанавливают так, чтобы они показывали толщину выходящей из клети полосы.
В непрерывной группе клетей для установки продуктиметров на «нуль» включают электродвигатели нажимных винтов, доводят валки до соприкосновения и при определенном превышении тока двигателя над током холостого хода двигатели отключаются и продуктиметры устанавливают на «нуль». Технологическими инструкциями регламентируется превышение тока или усилия прижатия валков, если на стане есть силоизмерители (месдозы).
Непрерывную группу клетей настраивают на так называемый настроечный профиль, который определен для каждого стана. Для этого профиля в инструкции приводятся показания продуктимеров и скорости прокатки по клетям.
Вертикальные валки настраивают и перестраивают по отношению номинальной ширине полосы.
Клети непрерывной группы перестраивают в соответствии с таблицами перестройки, в которых предусматривается изменение растворов между валками и скоростей прокатки при изменении толщины или ширины готовой полосы.
Выводные проводки должны плотно прилегать к рабочим валкам и не иметь зазоров и перекосов. Нижнюю проводку устанавливают на 30—50 мм ниже верхней образующей нижнего рабочего валка.
Направляющие линейки располагают симметрично оси прокатки, их растворы на 60—80 мм шире прокатываемой полосы.
При прокатке на полунепрерывных станах раскат для непрерывной группы готовят на реверсивных обжимных клетях, где режим обжатий назначается исходя из условий захвата. Все остальные технологические параметры прокатки листовой стали такие же, как и при прокатке на непрерывном стане.
Прокатанная полоса сматывается моталками и затем рулоны передаются в цех холодной прокатки или на листоотделку.
В листоотделке рулоны могут быть упакованы и отправлены заказчику. Часть рулонов направляется на порезочные агрегаты и в виде листов также отправляется заказчику. Если требуется термическая обработка или травление, то проводят эти технологические операции.
Для окончательной отделки поверхности листов, уменьшения разнотолщинности, устранения волнистости и коробоватости листовой металл подвергают дрессировке, т. е. прокатке с небольшими обжатиями. Дрессировочные клети устанавливаются в линиях агрегатов поперечной резки либо отдельно.
Технико-экономические показатели производства горячекатаных листов
К технико-экономическим показателям, характеризующим производство листовой стали, относятся: производительность стана, расход металла, валков, воды, а также энергетические затраты (электроэнергия, пар, сжатый воздух, топливо) на тонну готовой листовой стали.
Технически возможная часовая производительность листового стана может быть определена так: А = 3600 G/Т, а практически возможная часовая производительность А =36000 GKи /Т, где G—масса заготовки; Т—ритм прокатки; К—коэффициент использования стана.
Ритм прокатки включает в себя время собственно прокатки и время пауз между отдельными проходами и заготовками.
Коэффициент использования стана Ки учитывает различные простои, связанные с организацией производства.
Коэффициент использования стана находится в пределах 0,87—0,95.
Расход металла определяется потерями металла на угар в нагревательных устройствах и во время прокатки, на обрезку боковых кромок и концов и на брак.
Наибольший расход металла наблюдается при прокатке толстолистовой стали на станах линейного типа, где величина боковой обрезки (при прокатке из слябов) составляет 5—10%. Обрезь переднего и заднего концов составляет также 5—10%. Расходные коэффициенты при прокатке толстолистовой стали из слябов следующие:
|
Кипящая углеродистая сталь |
1,18—1,23 |
|
Спокойная углеродистая сталь |
1,20—1,25 |
|
Низколегированная сталь |
1,20—1,27 |
Расход электроэнергии включает в себя расходы на прокатку, отделку и термообработку листов. Для толстолистовых станов линейного типа он составляет 60—70 кВт· ч/т.
Расход топлива при производстве толстолистовой стали на 1 т составляет примерно 2520 МДж.
Расход валков на толстолистовых станах линейного типа находится в пределах 1,20—1,30 кг на 1 т листовой продукции.
Расход воды при производстве толстолистовой стали составляет 2100—2600 м/ч.
Расходные коэффициенты при прокатке на непрерывных станах горячей прокатки в листах и рулонах (значения в скобках):
|
Кипящая углеродистая |
1,065—1,075 (1,03—1,05) |
|
Спокойная углеродистая |
1,075 (1,03—1,075) |
|
Низколегированная |
1,075 (1,075) |
Расход электроэнергии для непрерывных и полунепрерывных станов составляет около 60 кВт-ч/т, расход топлива 21 Мдж/т; расход валков 0,8—1,5 кг/т, расход воды 7500 м/ч.
ЛИТЕРАТУРА
1 Ефименко С.П., Следнев В.П. Вальцовщик листопрокатных станов. - М.: Металлургия, 1981
2 Целиков А.И. Основы теории прокатки. - М.: Металлургия, 1965
3 Бровман М.Я., Зеличенок В.Ю. Усовершенствование технологии прокатки толстых листов. - М.: Металлургия, 1969
4 Выдрин А.М. Процесс непрерывной прокатки. - М.: Металлургия , 1970