ЛИСТОВАЯ ПРОКАТКА СТАЛИ

Общая схема процессов производства листового проката показана на рис. 8.1. На этой схеме сплошными линиями изображаются часто использующиеся потоки металла, а потоки, которые возникают при производстве отдельных видов продукции, отмечены пунктирными линиями.

Практика показала, что наиболее эффективным способом производства горячекатаных листов и полос является прокатка на непрерывных и полунепрерывных станах. Такие листы применяют также в качестве подката для станов холодной прокатки.

В качестве заготовок для прокатки на широкополосных станах служат только слябы, что дает при прокатке следующие преимущества: улучшение качества поверхности и механических свойств готовых листов; более равномерный нагрев и эффективный контроль температуры прокатки; более высокая производительность станов; снижение количества типоразмеров изложниц при одновременном увеличении среднего веса слитков.

Перед прокаткой слябов с их поверхности производят удаление дефектов, которые выявляют путем осмотра с применением пробной зачистки.

Для этого применяют огневую зачистку, строжку и фрезерование, а также пневматическую вырубку отдельных дефектов. Для зачистки слитков в горячем состоянии используют термофрезерные станки. Особо высокие требования предъявляются к качеству поверхности слитков и слябов из легированных и высоколегированных сталей.

Рис. 8.1. Схема технологических процессов производства листового проката

Наиболее распространенным и эффективным способом удаления поверхностных дефектов является огневая зачистка, в процессе которой поверхностный слой металла, нагретый до высокой температуры, воспламеняется в струе кислорода, сжигается и удаляется с поверхности заготовки. Но хотя огневая зачистка отличается высокой производительностью, высокой степенью механизации и автоматизации этот способ сопровождают значительные потери металла. Огневую зачистку применяют для подготовки слябов в основном из углеродистых и низколегированных сталей. Огневая зачистка слитков и слябов легированных и нержавеющих сталей выполняется с применением специальных флюсов, повышающих температуру зачистки и образующих защитные легкоплавкие шлаки. В последние годы в связи с возрастающими требованиями к экономии энергии и повышению выхода годного при производстве высококачественного проката все более широкое применение находит выборочная огневая зачистка.

Другими способами устранения дефектов являются пневматическая вырубка и абразивная зачистка. Кроме того, находятся в стадии разработки и внедрения электрофизические и электромеханические способы зачистки, а также обработка поверхности методом иглофрезерования и отслаивания, ротационная строжка, поверхностно-плазменный переплав и др.

Для нагрева слябов перед прокаткой на толстолистовых или широкополосных станах применяют нагревательные колодцы, камерные печи с выдвижным подом, методические толкательные печи и печи с шагающими балками. Для нагрева слитков применяют регенеративные и рекуперативные нагревательные колодцы, а также камерные печи.

Оптимальная скорость нагрева слитков выбирается из условия соблюдения допустимого перепада температур по сечению, а выбор температурного интервала и времени выдержки при нагреве определяется размерами слитка, его химическим составом и особенностями стана.

Сортамент специализированных толстолистовых станов охватывает практически полностью размерный ряд толстолистовой стали, обусловленный действующими стандартами на горячекатаный листовой прокат. Некоторые виды продукции толстолистовых станов обладают специальными свойствами (например, биметаллический или многослойный листовой прокат, толстые листы, полученные контролируемой прокаткой, и т.д.), которые делают их прокатку на станах других типов невозможной или экономически нецелесообразной.

Современные толстолистовые станы оснащаются четырехвалковыми клетями, характеризующимися большей жесткостью по сравнению с другими типами клетей, что способствует повышению точности и улучшению плоскостности прокатываемых листов. Кроме того эти станы оснащаются мощными установками для термообработки, средствами и агрегатами для дополнительных отделочных и других технологических операций, что повышает требования к технологическому уровню основного и вспомогательного оборудования и его рациональному размещению.

Для листовых станов, в отличие от сортовых, профилировка валков сводится к расчету выпуклости или вогнутости бочки валков, которая зависит от типа стана и его сортамента (рис. 8.2).

Основные технологические операции при производстве толстых листов включают подготовку и нагрев заготовок, прокатку, термообработку и отделку листов.

Необходимая структура и требуемые механические и технологические свойства горячекатаной листовой стали достигаются термической или термомеханической обработкой. Термическую обработку производят со специального нагрева или с использованием тепла прокатного нагрева. Основные виды термической обработки горячекатаного листового проката: нормализация, отжиг, отпуск, закалка, закалка с отпуском.

а	б	в

Рис. 8.2. Профилировка рабочих валков листовых станов: а, б – вогнутость; в – выпуклость

Нормализация заключается в нагреве металла до температур на 5 – 50 °С выше верхней критической точки , кратковременной выдержке при этой температуре с последующим естественным охлаждением на воздухе или ускоренным охлаждением. Нормализация горячекатаных полос, смотанных в рулон, применяется для выравнивания микроструктуры по длине и ширине полосы (листа), а также улучшения свариваемости, уменьшения склонности стали к старению и повышения прочностных характеристик.

При низких показателях пластичности, завышенных пределах прочности и твердости применяют смягчающий отжиг. При смягчающем отжиге металл нагревают чуть ниже температуры , и после продолжительной выдержки при этой температуре охлаждают вместе с печью. Смягчающему отжигу с целью улучшения пластичности в основном подвергаются углеродистые, низколегированные и легированные марки стали.

При отпуске листовой прокат нагревают до температуры ниже критической точки , выдерживают при этой температуре и охлаждают с заданной скоростью. По уровню температуры нагрева металла различают три вида отпуска – низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск производится при 130 – 240 °С, средний при 250 – 450 °С и высокий при – 450 – 700 °С. Основное назначение отпуска заключается в снятии внутренних напряжений. Иногда отпуск применяется как завершающий вид термообработки после закалки, нормализации, а также после прокатки и регулируемого охлаждения с прокатного нагрева. Применение отпуска позволяет значительно повысить пластичность металла.

При закалке листовую сталь нагревают до температур выше верхней критической точки (до 50 °°С – полная закалка) или в интервале (неполная закалка) и быстро охлаждают водой или на воздухе до температуры окружающей среды. Закалка с последующим отпуском (как правило, при температурах ниже ) повышает вязкость и прочность стали.

Основным оборудованием для термообработки являются проходные печи, в которых обрабатывается около 90 % всего листового проката.

Для придания металлу требуемых геометрических размеров (за исключением толщины), устранения волнистости, удаления поверхностных дефектов и окалины производится отделка листового проката, а также операции охлаждения листа, контроль и упаковка.

Правку горячекатаного проката проводят в горячем и холодном состоянии. Для горячей правки полос применяют правильные машины и операцию правки ведут при температуре металла 680 – 700 °С.

При широком сортаменте стана устанавливают две машины горячей правки: одну для листов толщиной 5 – 25 мм, другую – для правки листов толщиной 20 – 40 мм и более. Холодную правку в холодном состоянии проводят после горячей для металла ответственного назначения.

Наибольшее распространение для правки толстых листов получили пяти- и одиннадцатироликовые правильные машины. Горячекатаные рулоны с непрерывных широкополосных станов, предназначенные для дальнейшей холодной прокатки, по подземному конвейеру транспортируются в цех холодной прокатки, где складируются для окончательного охлаждения. Основная часть товарной горячекатаной листовой стали отгружается потребителю в виде листов.

Для разделки рулонной полосы на листы используют агрегаты поперечной резки двух типов – тихоходные и быстроходные.

При поставке металла в рулонах основной операцией отделки являются обрезка кромок или продольная резка на узкие полосы с одновременной обрезкой кромок. Для этой цели служат агрегаты трех типов: только для обрезки кромок; продольной резки с обрезкой кромок; для укрупнения рулонов с одновременной обрезкой кромок. Наиболее широко распространены агрегаты второго типа, как более универсальные.

Производство холоднокатаного листового проката

Холодная прокатка обеспечивает получение полос и листов с высокой чистотой поверхности, узкими допусками на геометрические размеры, с необходимыми механическими и физическими свойствами.

Общая схема получения стальной холоднокатаной листовой продукции представлена на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Общая схема получения стальной холоднокатаной листовой продукции

Основным способом получения холоднокатаных листов является рулонная прокатка, при которой обеспечивается: возможность механизации и автоматизации большинства технологических операций; повышение производительности труда; увеличение выхода годного металла за счет уменьшения отходов и улучшения качества продукции; улучшение геометрической формы и свойств металла вследствие непрерывности и стабильности технологического процесса.

Наиболее перспективным является способ бесконечной холодной прокатки полос на непрерывных станах со стыковой сваркой концов полосы перед прокаткой двух соседних рулонов, что позволяет осуществить абсолютную непрерывность процесса и повысить производительность станов.

Исходной заготовкой для холодной прокатки листовой и полосовой стали являются горячекатаные рулоны, поступающие главным образом с непрерывных листовых станов горячей прокатки.

Горячекатаные рулоны подаются в разматыватель травильных агрегатов полностью остывшими по всему сечению рулона (до температуры не более 80 – 90 °С) во избежание образования поперечных изломов на разматываемых полосах, по причине которых в дальнейшем горячекатаный травленый металл переводится в брак по низкому относительному удлинению. Температура металла, предназначенного для дальнейшей холодной прокатки, при поступлении в тянущие ролики окалиноломателя допускается не выше 100 °С. Для производства холоднокатаных листов и лент используется следующая основная технологическая схема:

- химическая, механическая или комбинированная (травление с предварительной дрессировкой) очистка поверхности полосы;

- холодная прокатка в один или несколько циклов с промежуточными отжигами или без них;

- обезжиривание;

- окончательная термическая обработка в рулонах или в агрегатах непрерывного отжига;

- дрессировка (дополнительная холодная прокатка с небольшим обжатием);

- отделка (обрезка кромок, правка, резка на мерные длины, промасливание);

- контроль и отгрузка продукции.

Холодную прокатку листов и полос осуществляют на непрерывных и реверсивных станах.

Повышение качества холоднокатаной листовой стали осуществляется за счет совершенствования технологических процессов в цехах холодной прокатки и улучшения качества горячекатаной полосы, являющейся подкатом станов холодной прокатки.

При холодной прокатке тонких полос выбирают подкат толщиной 2,0 – 2,5 мм, что объясняется трудоемкостью получения горячей прокаткой полос толщиной менее 2 мм и условиями стыковой сварки полос (при сварке тонких полос получается некачественный шов).

Для соединения полос на непрерывных агрегатах (в частности, на агрегатах непрерывного травления) в настоящее время используется электросварка.

Для удаления окалины с поверхности горячекатаных полос применяются два способа: механический и химический.

К механическому способу относят дробеструйную и дробеметную обработку, изгибание полосы вокруг роликов в окалиноломателе и дрессировку. В результате механического воздействия на поверхность полосы окалина взламывается и удаляется.

К химическому способу относят обработку поверхности полосы различными химикатами. При этом вследствие химических реакций окалина отделяется от основного металла. С целью повышения чистоты поверхности ее промывают водой, сушат или обдувают сжатым воздухом для удаления остатков окалины и продуктов ее превращения. В современных цехах холодной прокатки углеродистых и низколегированных сталей травление горячекатаного подката осуществляется в растворах серной и соляной кислот.

Эффективность удаления окалины с поверхности горячекатаных полос сталей зависит: от физико-химического состава и толщины слоя окалины, степени ее разрыхленности, концентраций и температуры травильных растворов и наличия ингибиторов.

Обжатия по клетям стана распределяют исходя из условия их равномерной загрузки и обеспечения оптимальных условий регулирования толщины полосы. При этом величина усилия прокатки должна быть меньше максимально допустимой, определяемой прочностью элементов рабочей клети, и момент прокатки не должен превышать величины, определяемой мощностью двигателя при данной скорости прокатки.

Повышение качества холоднокатаного листа и увеличение произ­водительности прокатных станов осуществляется за счет улучшения качества подката и оснащения станов холодной прокатки системами автоматического регулирования толщины, натяжения и плоскостности.

Прокатка жести

Основные требования, предъявляемые к жести, зависят от ее назначения, как тары для пищевой промышленности, изготавливаемой с помощью различных способов деформации, начиная от глубокой штамповки и кончая изготовлением паяных корпусов консервных банок.

На станах холодной прокатки прокатывают жесть шириной 1000 мм и более. Наибольшее распространение получила белая жесть, которую изготавливают из черной жести путем нанесением на нее тонкого слоя олова. Исходным материалом для холодной прокатки жести являются горячекатаные и холоднокатаные рулоны, поступающие главным образом с непрерывных листовых станов горячей и холодной прокатки. Наибольшая толщина горячекатаного подката составляет обычно 2,5 мм. Толщина холоднокатаной ленты в зависимости от ее назначения в основном составляет 0,16 – 0,36 мм. Выпускается также жесть толщиной 0,076 – 0,1 мм.

Холодная прокатка жести обычно производится на непрерывных пяти- и шестиклетевых станах в рулонах массой до 30 – 35 т. Скорость прокатки на современных станах достигает 30 – 35 м/с. В зависимости от толщины выпускаемой жести существуют две основные схемы организации процесса холодной прокатки. Первая – предусматривает холодную прокатку на непрерывном стане за один этап без промежуточных отжигов. Таким образом производят жесть толщиной 0,15 мм и выше. Вторая – предусматривает промежуточный отжиг после прокатки на непрерывных пяти- или шестиклетевых станах и последующую холодную прокатку на двух- или трехклетевых непрерывных станах. Особотонкую жесть толщиной 0,070 – 0,1 мм получают прокаткой на многовалковых реверсивных станах.

Шестиклетьевые станы имеют ряд преимуществ по сравнению с пятиклетевыми, так как на них можно прокатывать исходный подкат с увеличенной толщиной или снижать обжатия металла в клетях, что положительно отражается на качестве поверхности жести.

Суммарное обжатие при прокатке жести на непрерывных пяти- или шестиклетьевых станах по первой схеме достигает 90 %, а при прокатке во второй клети – 50 %. Окончательная прокатка на двух- или трехклетьевых станах по второй схеме осуществляется с суммарным обжатием до 30 – 35 %.

Дрессировка является конечной операцией технологического процесса производства холоднокатаных листов, существенно влияющей на качество поверхности, физико-механические свойства и штампуемость металла. Дрессировка – это холодная прокатка с малыми обжатиями в пределах 0,5 – 3 %. Дрессировка холоднокатаного металла обеспечивает придание мягкому листовому металлу некоторой упругости и исключение изломов и перегибов, а также улучшение качества его поверхности. Поверхность листов после дрессировки становится ровной, матовой или глянцевой, что обеспечивает хороший внешний вид покрытия при операции окраски, лакировки и лужения. Коробоватость и волнистость холоднокатаного металла уменьшаются. Эффективность регулирования планшетности полосы существенно повышается при использовании на дрессировочных станах систем регулирования профиля и формы листового проката. Применение малых обжатий обеспечивает упрочнение поверхностного слоя металла и сохраняет недеформированным внутренние слои, в результате чего предотвращается образование линий сдвига при штамповке и создается хорошее сочетание механических свойств. При дрессировке снижается предел текучести, уменьшается относительное удлинение, наблюдается небольшой рост твердости. Прочность у конструкционной стали практически не изменяется.

Дрессировке подвергается только полностью остывший металл. Повышенные температуры приводят к интенсивному старению металла со значительным ухудшением механических свойств, что объясняется ускорением процесса диффузии атомов азота и кислорода к дислокациям при повышении температуры. Так, при дрессировке листа, имеющего температуру более 40 °С, возрастает предел текучести и уменьшается относительное удлинение.

После дрессировки и отделки рулоны отгружают потребителю или режут на листы или полосы соответствующих размеров на агрегатах поперечной или продольной резки.

Резка холоднокатаного металла осуществляется на высокоскоростных агрегатах, оснащенных барабанными ножницами, обеспечивающими скорость резки 4 – 6,5 м/с. Обрезка боковых кромок листов осуществляется с помощью дисковых ножниц, установленных в линии агрегата резки. Современные агрегаты резки листовой стали оборудованы системами автоматической сортировки листов по толщине, а также листов с дефектами раковины, расслоя и др. Для этой цели агрегаты оснащены рентгеновскими бесконтактными измерителями и ультразвуковыми дефектоскопами.

Механические свойства готового металла определяются по выборочным испытаниям листов, отобранных от данной партии металла.

В зависимости от группы отправления, назначения и качества металла готовую продукцию упаковывают в металлические пакеты, короба, контейнеры, деревянные ящики и решетки.

Прокатка тонкой и тончайшей ленты

Основным способом производства тончайших лент из различных сталей и сплавов является прокатка на станах, имеющих рабочие валки малого диаметра. Эффективность использования рабочих валков малого диаметра стимулировала разработку различных конструкций рабочих клетей – четырехвалковых, комбинированных и многовалковых (6-, 12- и 20-валковых).

Наибольшее распространение в отечественной и зарубежной практике получили 20-валковые станы. В зависимости от сортамента прокатываемой продукции 20- валковые станы могут быть условно разделены на две группы.

Станы первой группы, получившие в настоящее время наиболее широкое распространение, предназначены для прокатки полос и лент толщиной 1 – 50 мкм. В клетях таких станов применяются рабочие валки диаметром 3 – 30 мм при длине бочки 60 – 400 мм. В качестве подката используется холоднокатаная лента толщиной 0,03 – 1 мм в зависимости от сортамента выпускаемой продукции и диаметра рабочих валков.

Станы второй группы служат для прокатки полос толщиной более 50 мкм. В клетях таких станов применяются рабочие валки диаметром 45 – 80 мм при длине бочки 450 – 1200 мм. В качестве подката применяют холоднокатаные полосы толщиной 1 – 1,5 мм, а для некоторых станов с моталками, обеспечивающими натяжение до 10 – 12 т, применяют горячекатаный подкат толщиной до 3 мм.

При производстве тончайших полос и лент на многовалковых станах режимы обжатий выбирают с учетом двух условий: увеличивают максимально обжатия за проход при достаточно низкой скорости прокатки, обеспечивающей надежный отвод тепла, образующегося в процессе деформации; осуществляют прокатку с небольшими обжатиями при максимальной скорости для получения полос с высоким качеством поверхности.