Технология прокатного производства

Исходным материалом для производства проката служат слитки, отлитые в изложницы - для обжимо-заготовочных станов, а для станов готового проката – блюмы, слябы и заготовки, катаные и непрерывнолитые.

При использовании слитков технологическая схема прокатки предусматривает следующие операции: нагрев слитков, прокатка на блюминге или слябинге, обрезка концов раската и порезка его на мерные длины. Далее слябы и крупные блюмы направляют на станы готового проката, а часть блюмов поступает на непрерывно-заготовочные станы (НЗС), где из них получают заготовки меньших размеров для мелкосортных и проволочных станов.

При использовании непрерывнолитых заготовок (блюмов, слябов), они после нагрева или подогрева поступают непосредственно на станы готового проката, минуя обжимо-заготовочные операции.

Слитки отливают из сталей, которые подразделяют по ряду признаков: по химическому составу, по способу производства, по структуре, по назначению, по степени раскисления. Среди них наибольший удельный вес по массе занимают углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380), стали углеродистые качественные (ГОСТ 1050) и стали низколегированные конструкционные (ГОСТ 5058).

Подготовка исходных материалов к прокатке заключается в удалении поверхностных дефектов и нагреве. Удаление поверхностных дефектов – плен, трещин, неметаллических включений и пр., весьма трудоемкая операция. В старых цехах на ней занято до 70% рабочих. Выполняют ее лезвийным инструментом, зачисткой абразивными кругами, огневой зачисткой, станочной обдиркой и пр.

Нагрев металла перед прокаткой осуществляют в нагревательных колодцах, методических печах и печах с выкатным подом. Основная цель нагрева металла – повысить его пластичность и снизить сопротивление деформации. Однако нагрев может иметь и нежелательные последствия – окалинообразование, обезуглероживание поверхностных слоев, перегрев и пережог металла. И если последних трех можно избежать, соблюдая определенные режимы, то в обычных условиях окалинообразование является неизбежным и приводит к потере 1-2 % металла и более, а также ухудшению качества поверхности.

Температура нагрева металла определяется температурным режимом прокатки – температурой начала (t_н) и конца прокатки (t_к). Обычно температуру t_н принимают на 150-200⁰С ниже линии солидуса диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов с таким расчетом, чтобы температура t_к лежала в области однофазного гамма-железа, т.е. в области температур выше линии превращения. Обычно для мало- и среднеуглеродистых сталей t_н = 1250…1280⁰С, для высокоуглеродистых t_н = 1050…1150⁰С, а t_к 950…1050⁰С.

В последние годы с целью экономии энергетических и материальных ресурсов, повышения качества проката переходят на низкотемпературный нагрев и прокатку.

9.1 Технология производства полупродукта.

К полупродуктам относят блюмы со стороной сечения 240…350 мм, заготовки 50…240 мм, слябы толщиной до 350 мм и шириной до 2500 мм. Полупродукты производят на блюмигах, слябингах и заготовочных станах. Наиболее распространены одноклетьевые блюминги. По диаметру валков их подразделяют на малые (Æ 850…1000 мм), средние (Æ 1050…1170 мм) и большие (Æ 1200…1500 мм).

На блюминге можно прокатывать и блюмы, и слябы, а на слябинге – только слябы.

Малые блюминги используют в основном в качестве обжимных клетей заготовочных и рельсобалочных станов.

На рис. 9.1. представлена схема блюминга 1300. Он расположен в четырех пролетах – печном (I), становом или главном (II), машинном (III), скрапном (IV) и адъюстажном (V). Слитки из стрипперного отделения сталеплавильного цеха поступают на железнодорожных платформах в печной пролет, слитки кипящей стали в раздетом состоянии, а спокойной – в изложницах в подорванном от литников состоянии и без прибыльных надставок.

Мостовым клещевым краном слитки сажают в нагревательные колодцы (1) - регенеративного или рекуперативного типов. В силу ряда недостатков, присущих регенеративным колодцам (прямой контакт факела со слитком, неравномерный нагрев, отсутствие представительной точки для контроля температуры в ячейке и пр.), чаще используют колодцы рекуперативного типа.

До 90% слитков сажают в колодцы в горячем состоянии, что примерно вдвое сокращает время нагрева слитков и соответственно расход топлива и потери металла в окалину.

В зависимости от температуры различают слитки горячего посада, теплого посада и холодного посада с температурой соответственно выше 800⁰С, от 400 до 800⁰С и ниже 400⁰С.

Из колодцев нагретые слитки клещевым краном укладывают на слитковоз – челночного или кольцевого типа (3). Челночные имеют ограниченную пропускную способность и являются узким местом в технологической цепочке, особенно при подаче слитков от дальнейших ячеек. Поэтому более предпочтительны кольцевые слитковозы. На кольце располагают до 3…4 тележек, перемещающихся со скоростью до 6 м/сек.

Боковым сталкивателем (2) со слитковоза слитки сталкивают на поворотный стол, далее на приемный рольганг и по нему передают в становый пролет к блюмингу (5), где их прокатывают на блюмы или слябы.

Главной особенностью блюминга является возможность подъема верхнего валка между проходами на высоту до 1500 мм и реверса валков, что обеспечивает прокатку слитков в прямом и обратном направлениях до получения раскатов заданных размеров. Для калибровки валков блюминга используют систему ящичных калибров с последовательным или симметричным расположением калибров (рис. 9.2 -а, б).

Сила прокатки на блюминге достигает 18 МН, момент прокатки – до 5 МНм. Привод валков осуществляется от одного двигателя через шестеренную клеть или индивидуально на каждый валок. Суммарная мощность двигателей до 12 тыс. квт.

Передача раската из калибра в калибр вдоль оси валков осуществляется манипуляторами. В линейке переднего манипулятора со стороны привода вмонтирован крюковой кантователь. За блюмингом расположены машина огневой зачистки (7) и далее – ножницы (8). На машине огневой зачистки (МОЗ) удаляют поверхностные дефекты. В зависимости от площади и глубины зачистки потери металла составляют до 3 %.

На ножницах удаляют передний и задний концы раската и режут его на мерные длины. Здесь же на передний торец каждого блюма и сляба клеймом наносят паспортные данные слитка. Головную и донную обрезь из под ножниц наклонным транспортером (9) передают в скрапной пролет на железнодорожные платформы.

Ножницы кривошипно-шатунные, обеспечивают усилие резания до 16 МН и число резов до 12 в мин.

От ножниц часть блюмов по рольгангу (10) направляют на непрерывно-заготовочный стан (НЗС), а другая часть и слябы по транспортеру (11) – на адъюстаж для охлаждения и ремонта.

Производительность блюминга 1150 составляет 3…4 млн. т/год, а блюминга 1300 - до 6 млн. т/год (по всаду).

Слябинги по составу и расположению оборудования во многом аналогичны блюмингам. Главным отличием слябинга является наличие кроме горизонтальных валков пары вертикальных, расположенных перед или за клетью. Кроме того валки слябинга не калиброванные, а гладкие.

Прокатывать на блюминге заготовки небольшого сечения экономически нецелесообразно. Поэтому обычно за блюмингом располагают НЗС, на котором из блюмов без подогрева прокатывают заготовки. На рис. 9.3 представлена схема НЗС 900/700/500. Стан состоит из трех групп и обеспечивает получение квадратных заготовок со стороной сечения 240, 190 и 150 мм из второй группы и 120, 100 и 80 мм – из третьей.

По подводящему рольгангу (1) блюмы поступают на поворотное устройство для направления раската здоровым концом вперед, а от него – в первую группу из двух клетей (3) с валками диаметром 900 мм. Вторая группа из шести клетей – две с валками диаметром 900 мм (5) и четыре – по 700 мм (6,7). Во избежание кантовки раската между клетями валки двух клетей 700 расположены вертикально (6). Перед группой установлен кантователь (4).

Из второй группы раскаты сечением 150 мм и выше шлепперами передают на обводной рольганг (8) и далее на ножницы с нижним резом усилием 10 МН.

Для получения заготовок меньшего сечения раскаты поступают в третью группу из шести клетей с диаметром валков 500 мм, три из которых с вертикальными (11) и три – с горизонтальными валками (12). Перед группой установлены маятниковые ножницы (9) для удаления переднего конца и кантователь (10).

В первых клетях обычно используют систему ящичных калибров, в последующих ромб – квадрат.

За третьей группой установлены летучие ножницы (13) усилием 1,5 МН. После порезки заготовки поступают на пакетирующий рольганг (19) и далее на холодильник (21).

Производительность НЗС обычно соответствует производительности блюминга, за которым он установлен.

Кроме НЗС для производства заготовок используют также обжимно-заготовочные станы линейного типа и с последовательным расположением клетей.

9.2 Технология производства проката на рельсобалочных станах

Сортамент рельсобалочных станов включает железнодорожные рельсы массой от 38 до 75 кг/п.м., трамвайные и подкрановые рельсы, двутавровые балки и швеллеры свыше №24, равнобокие и неравнобокие уголки, зетообразные, круглые и квадратные профили крупных размеров и пр.

В качестве примера рассмотрим технологию производства наиболее ответственного и сложного профиля – железнодорожных рельсов на стане 800.

Стан линейного типа, клети расположены в две линии (рис.7.12). В первой – обжимная дуо-реверсивная клеть 900 (малый блюминг), во второй три клети 800 – черновая и предчистовая трио и чистовая дуо с отдельным приводом. Заготовки сечением 300´340 мм нагревают в методических печах до температуры 1180-1200⁰С. В обжимной клети прокатку осуществляют в ящичных и трех-четырех тавровых калибрах, а в остальных – в пластовых калибрах (рис. 9.4).

Из чистовой клети выходит рельс длиной около 75 м с температурой на уровне 900⁰.

Дисковыми пилами раскат режут на стандартную длину 12,5 или 25 м с учетом термической усадки и припуска на механическую обработку торцов.

Для компенсации термического изгиба при охлаждении рельса на головку, его предварительно изгибают на подошву и в таком виде охлаждают на холодильнике до температуры примерно 600⁰С. Затем следует замедленное охлаждение (противофлокенная обработка) в ямах, до температуры 150…200⁰С в течении 7…8 час.

Охлажденные рельсы правят в роликоправильных машинах (РПМ) и дополнительно концы рельсов на штемпельных прессах. После этого фрезеруют торцы рельсов на стандартный размер и сверлят болтовые отверстия. Наличие дефектов в рельсах контролируют УЗК.

Далее следует термическая обработка рельсов – нормализация в проходных печах или закалка головки рельсов (нагрев ТВЧ до 1000⁰С и охлаждение водовоздушной смесью). Окончательную правку рельсов осуществляют на РПМ в положении стоя и под прессом концов рельсов в положении на боку.

Приемку рельсов проводят ОТК и инспекторы МПС. Контролируют химический состав и структуру рельсовой стали, ее прочностные и пластические свойства, ударную вязкость, излом образцов, полнопрофильных рельсов под копром и пр.

Прокатку балок, швеллеров и др. профилей осуществляют по такой же технологической схеме с некоторыми упрощениями: более широкий температурный интервал нагрева заготовки (1200…1280⁰С), отсутствует предварительный изгиб раската перед холодильником и замедленное охлаждение, меньше объем отделки и контроля качества профилей.

9.3 Прокатка крупно-, средне-, мелкосортного проката и катанки.

Крупный сорт прокатывают на современных станах с последовательным расположением клетей (рис.7.15), реже на станах линейного типа, аналогичных рельсобалочным.

Исходным материалом служат блюмы и заготовки, катанные и непрерывнолитые, квадратного сечения со стороной до 310 мм. Нагретые в методических печах с торцевой задачей и выдачей заготовки по рольгангу поступают в непрерывную группу (одну или две) из нескольких чередующихся клетей с горизонтальным и вертикальным расположением валков. Затем шлепперами раскаты передают на вторую линию, где прокатку осуществляют в обратном направлении в группе из нескольких последовательно расположенных клетей. Расстояние между соседними клетями превышает длину раскатов, и это избавляет от необходимости соблюдать условие постоянства секундных объемов металла. Поэтому на таких станах можно прокатывать профили сложной формы.

После второй линии раскаты шлепперами передают в третью линию, откуда из чистовой клети - к пилам горячей резки и далее на холодильник. Готовый прокат режут на пилах холодной резки на мерные длины, правят в РПМ, удаляют поверхностные дефекты и упаковывают для отправки на склад готовой продукции.

Все клети стана имеют индивидуальный привод. Каждая группа и отдельно стоящие клети оснащены кантователями.

Производительность подобных станов доходит до 2 млн. т/год.

Средний и мелкий сорт прокатывают на станах непрерывного и полунепрерывного типов с последовательным расположением клетей. Технологическая схема аналогична схеме прокатки крупного сорта.

Катанку производят на современных проволочных непрерывных станах. Нагретые заготовки перед станом сваривают торцами в бесконечную плеть. В непрерывной черновой группе (одной или двух) прокатку ведут в четыре нитки. Затем поток раздваивается на две промежуточные непрерывные группы клетей (по две нитки на каждую), а после них снова раздваивается на четыре нитки, которые прокатывают в блоках чистовых клетей – двух- или трехвалковых.

Для обеспечения равномерного охлаждения катанки ее на выходе из чистовых блоков интенсивно охлаждают и витками укладывают на движущийся транспортер с регулируемым охлаждением, после которого укладывают в бунты массой до 2 т. Затем бунты уплотняют, обвязывают и отправляют на склад готовой продукции.

Клети черновых групп могут иметь общий или индивидуальный привод, как и блоки чистовых клетей. Скорость прокатки на таких станах достигает 120 м/сек, производительность – до 1 млн. т/год.

В черновых группах установлены аварийные летучие ножницы, а после чистовых блоков – для порезки на заданную массу бунта.

9.4 Технология производства листов

9.4.1 Производство горячекатаных листов и полос. Толстые листы прокатывают на специализированных толстолистовых станах (ТЛС) и широкополосных станах горячей прокатки (ШСГП). На ТЛС полистно катают листы толщиной от 5 до 160 мм и более, на ШСГП – полосы толщиной до 20 мм с последующей порезкой на листы.

Используют преимущественно ТЛС двух- и трехклетевые с последовательным расположением клетей, например, стан 3600 МК «Азовсталь». В качестве заготовки применяют непрерывнолитые и катаные слябы толщиной до 350 мм массой до 16т, а для особо толстых листов и плит – слитки массой до 30 т и более. Слябы нагревают в методических печах, а слитки – в нагревательных колодцах или печах с выдвижным подом.

Первую клеть с вертикальным или горизонтальным расположением валков используют в качестве окалиноломателя. Вторая клеть – черновая дуо или кварто, чаще универсального типа, в которой производят разбивку ширины и обжатие сляба по толщине.

После второй клети особо толстые листы и плиты передаточной тележкой направляют в отделение термической обработки и отделки. Для получения листов меньшей толщины раскаты докатывают в чистовой клети кварто, на которую приходится примерно 25% обжатия от общего.

Удаление окалины с поверхности листов на всех клетях осуществляют с помощью гидросбивов с давлением воды до 17 МПа. С передней и задней стороны клети оборудованы манипуляторами, а для разворота слябов - рольгангами с коническими роликами.

Из чистовой клети раскаты поступают в роликозакалочную машину и далее на охлаждение и отделку. Их режут на листы заданных размеров, которые правят в РПМ, подвергают ультразвуковому, визуальному и другим видам контроля. Для повышения служебных свойств листы подвергают термической обработке (нормализации, закалке и пр.).

Производительность ТЛС составляет более 1 млн. т/год.

Горячекатаные полосы, в том числе толстые, прокатывают на непрерывных или полунепрерывных ШСГП. На них производят до 90% листовой стали, благодаря их более высокой производительности и высоких технико-экономических показателей по сравнению с ТЛС.

На ШСГП в качестве заготовок используют слябы, которые нагревают в методических печах (1, рис.9.5). Нагретые слябы по рольгангу (2) поступают в черновой окалиноломатель (3) с горизонтальным или вертикальным расположением валков и далее в уширительную клеть (4), после которой иногда устанавливают пресс (5) для обжатия сляба по ширине.

После этого слябы поступают в черновую группу последовательно расположенных клетей (6, 7, 8), как правило, кварто универсального типа, и далее – в чистовую непрерывную группу клетей – кварто (11…16). Перед ней установлены летучие ножницы для обрезки переднего конца (9) и чистовой окалиноломатель (10). Удаление окалины с поверхности раскатов осуществляют с помощью гидросбивов.

После чистовой группы клетей полосы интенсивно охлаждают в душирующих устройствах и сматывают на моталках в рулон.

Порезку полосы на листы заданных размеров осуществляют на агрегатах продольной и поперечной резки. Часть полос в рулонах поступает в цехи холодной прокатки (ЦХП).

Полунепрерывные ШСГП представляют собой комбинацию из ТЛС в качестве черновой группы и непрерывной чистовой группы клетей. Из черновой группы выдают толстые листы, а из чистовой – толстые и тонкие полосы, смотанные в рулон.

9.4.2 Производство холоднокатаной листовой стали. На ШСГП производят полосы толщиной 0,8 мм и более. Между тем для многих изделий требуется листы меньших толщин. Кроме того, горячекатаные листы имеют поверхность, непригодную для изготовления лицевых деталей изделий. Поэтому рулоны горячекатаных полос направляют в ЦХП для дальнейшей прокатки.

Технологией предусмотрены следующие операции: травление, прокатка, очистка поверхности, отжиг, дрессировка, отделка.

Травление полос осуществляют с целью удаления с их поверхности прокатной окалины. Для этого используют непрерывные травильные агрегаты (НТА) с серной или соляной кислотами (рис. 9.6) Полосу из разматывателя (1) с помощью тянущих роликов (2) задают в РПМ (3). На гильотинных ножницах (4) обрезают задний конец предыдущей полосы и передний конец следующей и сваривают их в непрерывную ленту на стыкосварочной машине (5). Место стыка зачищают на гратоснимателе (6). Эти операции выполняют на неподвижной ленте. Чтобы обеспечить непрерывность процесса травления, предусмотрен петленакопитель (8), из которого полоса непрерывно поступает в травильные ванны (10).

В промывочной ванне (11) с поверхности полос смывают остатки кислотных растворов и сушат в камере (13). На дисковых ножницах (14) обрезают боковые кромки полос, далее на ножницах поперечной резки (15) удаляют места их стыковой сварки и вновь сматывают в рулоны на моталке (16).

Холодную прокатку полос осуществляют на одноклетьевых (четырех- или многовалковых) станах в режиме реверсивной прокатки за несколько проходов или на многоклетьевых станах с рулона в рулон. В процессе прокатки на валки интенсивно подают смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) – смесь эмульсола с водой.

На многоклетьевых станах прокатывают жесть и тонкие полосы толщиной от 0,14 мм, а на одноклетьевых многовалковых станах – тончайшую ленту толщиной до 0,002 мм.

Для снятия наклепа металл подвергают отжигу в колпаковых печах (рулонами) или в агрегатах напрерывного отжига (полосой) при температуре около 900⁰С. Предварительно в агрегатах электролитической очистки с поверхности полос удаляют остатки эмульсии и различные загрязнения.

Для повышения штампуемости листы подвергают дрессировке путем прокатки с небольшим обжатием - 1…2%.

В процессе отделки полосы режут на листы заданных размеров на агрегатах продольной и поперечной резки, правят, наносят защитные и/или декоративные покрытия и пр.

Кроме порулонного способа в последние годы в ЦХП начали внедрять принципы бесконечной прокатки и отделки в непрерывных агрегатах травления, прокатки, очистки поверхности, отжига и дрессировки.