Технология и оборудование холоднокатаного листового проката

Требования к размерам, точности и форме такого листового металла установлены ГОСТ 19904. Прокат, поставляемый в виде полос, имеет толщину         0,35-3,0 мм при ширине 500-2300 мм. При поставке в листах размеры проката находятся в следующих пределах: толщина 0,35-5,0; ширина 500-2300 и длина 1000-4500 мм.

В России основными стандартами, регламентирующими свойства конструкционной холоднокатаной листовой стали, являются ГОСТ 16523 и            ГОСТ 9045.

Углеродистая сталь обыкновенного качества по ГОСТ 16523 поставляется без особых требований, так как при дальнейшей обработке она не подвергается сложной вытяжке. Из качественной  углеродистой стали прокатываются листы, предназначенные для изготовления изделий листовой штамповкой. Особое место занимают стали 08кп, 08пс и 08Ю по ГОСТ 9045, которые предназначены для изготовления деталей автомобилей.

Пригодность листового проката для штамповки характеризуется  категориями вытяжки. В ГОСТ 16523 предусмотрено две категории вытяжки – нормальная (Н) и глубокая (Г). Такой металл пригоден для изготовления изделий относительно простой формы (цилиндрических колпачков, поддонов и т. п.). Для формирования более сложных поверхностей (например, деталей автомобильных кузовов) необходимо использовать холоднокатаный листовой прокат со свойствами, соответствующими  требованиям ГОСТ 9045.  Здесь предусмотрены следующие категории металла: ВГ – весьма глубокой  вытяжки, СВ – сложной вытяжки, ОСВ –  особо сложной вытяжки, ВОСВ – весьма особо сложной вытяжки. Классификация металла на категории вытяжки в связи с его свойствами приведена в таблице 2.2.

Группа отделки поверхности I. Такая листовая сталь считается наиболее качественной. На ее лицевой стороне не допускаются отдельные мелкие риски и царапины длиной более 20 мм. На обратной стороне могут быть царапины и раковины-вдавы глубиной не более ¼ суммы предельных отклонений по толщине. На обеих сторонах не допускаются цвета побежалости, пятна загрязнения и серые пятна. Предусмотрены также требования к шероховатости, по которым поверхность подразделяется на глянцевую, матовую и шероховатую. Нормируемыми характеристиками шероховатости являются среднее арифметическое отклонение профиля от средней линии и средний шаг неровностей профиля по средней линии.

 

Таблица 2.2- Нормы механических свойств  листовой стали различных категорий вытяжки

Категория вытяжки	, МПа	, МПа	, % при толщине, мм			,  (не более)	Глубина лунки2, мм
			От 0,5 до 1,5 вкл.	Св. 1,5 до 2,0 вкл.	Св. 2,0 до 3,0 вкл.
	(не более)		(не менее)
Н	-	380-5001	26	26	29	-	7,4 – 11,8
Г		380-5001	26	26	29	-	7,2 – 11,9
ВГ	-	265-363	28	29	30	-	8,5 – 12,1
СВ	206	255-353	34	38	-	48	8,7 – 12,2
ОСВ	196	255-323	36	40	-	46	9,1 – 12,4
ВОСВ	186	255-323	40	42	-	46	9,3 – 12,6

 

Группа отделки поверхности II. На лицевой стороне могут быть риски и царапины длиной не более 50 мм. На обеих сторонах не допускаются дефекты, глубина которых превышает ½  суммы предельных отклонений по толщине и выводящие за номинальный размер по толщине, а также  цвета побежалости на расстоянии более 50 мм от кромок. Также предусматривается  производство металла с шероховатостью, согласованной с заказчиком.

Группа отделки поверхности III. На любой стороне листа не допускаются дефекты, глубина которых превышает ½ суммы предельных отклонений по толщине и выводящие прокат за номинальные размеры по толщине. Допускаются цвета побежалости и пятна загрязнения на обеих сторонах. Цвета побежалости могут быть на любой стороне на расстоянии не более 200 мм от кромок (группа IIIa), а по согласованию с заказчиком – на всей поверхности (группа IIIб). Холоднокатаный прокат с поверхностью данной группы считается наименее качественным.

 

 

 

 

Для производства конструкционной холоднокатаной листовой стали выполняют технологические операции, изображенные на рисунке 2.1

 

.

Рисунок  2.1 - Схема производства конструкционной холоднокатаной листовой стали

 

2.2 Оборудование и технология производства холоднокатаного проката

2.2.1 Удаление окалины травлением

 

Исходной заготовкой для производства холоднокатаной листовой стали является подкат. Как правило, он используется в виде полос, свернутых в рулон. В отдельных случаях (главным образом при производстве хролоднокатаного металла из высоколегированных сталей специального назначения) применяют подкат в виде  листов или сутунки (карточек  малой массы).

свойства и микроструктура подката оказывают существенное влияние на свойства готового холоднокатаного металла. Разумеется, указанная взаимосвязь опосредована режимами обработки металла в цехе холодной прокатки. Однако она настолько существенна, что для получения холоднокатаной листовой стали с требуемыми свойствами необходимо разрабатывать и поддерживать сквозную технологию ее производства, выбирая оптимальное сочетание режимных параметров как при переработке подката, так и при его прокатке на ШСГП и даже при выплавке и разливке стали.

Окалина на поверхности углеродистой стали после горячей прокатки состоит из трех компонентов, которые в общем случае образуют несколько слоев.

В настоящее время наиболее эффективным, а потому и наиболее распространенным способом очистки горячекатаной полосы от окалины является травление. При травлении стали в системе “металл-окалина - кислота" происходят химические, электрохимические  и механические  процессы.

Наиболее современными агрегатами для очистки полос от окалины являются непрерывные травильные агрегаты (НТА), в которых собственно травление совмещается с такими операциями как правка, обрезка концов и кромок полос, их промасливание, укрупнение или разукрупнение рулонов.

НТА состоят из трех участков (частей).

Головной участок включает машины и механизмы, предназначенные для задачи полосы в агрегат, предварительного механического разрушения окалины, правки и соединения отдельных полос в непрерывную ленту.

Средняя (технологическая) часть включает оборудование, предназначенное для дополнительного механического разрушения окалины, окончательного ее удаления химическим путем, промывки и сушки полосы. В зависимости от ориентации полосы при воздействии травильного раствора различают агрегаты горизонтального и башенного типов.

Хвостовой участок включает оборудование для обрезки кромок и промасливания полосы, сматывания ее в рулоны и уборки рулонов от агрегата.

На рисунке 2.2 приведена схема непрерывно-травильного агрегата горизонтального типа, работающего на растворе серной кислоты и предназначенного для очистки от окалины полос из углеродистых и низколегированных сталей.

 

 

1 – разматыватель  головчатый; 2 – окалиноломатель  роли-ковый; 3 – ролики тянущие  сдвоенные; 4 – машина правильная  роли-ковая; 5 – ножницы гильотинные  сдвоенные; 6 – машина стыкосва-рочная; 7 – машина сшивная; 8 – гратосниматель;  9 – ролики тянущие одинарные;               10 – яма петлевая входная; 11 – устройство для смыва окалины; 12 – устройство натяжное;                13 – клеть дрессировочная; 14 – ванна травильная; 15 – ванна холодной промывки; 16 – ванна горячей промывки; 17 – устройство сушильное; 18 – яма петлевая выходная; 19 – ножницы гильотин

Рисунок 2.2 - Схема непрерывного агрегата травления в растворе    серной кислоты

 

Первые агрегаты солянокислого травления по составу оборудования были практически идентичны  агрегатам, в которых используются растворы серной кислоты. Однако к середине 70-х годов 20 века состав оборудования НТА существенно изменился. На рисунке 2.3 приведена схема агрегата, установленного на НЛМК.

 

1 – разматыватель  барабанный; 2 – ролики тянущие; 3 – машина правильная роликовая;          4 – машина стыкосварочная интегрированная; 5 – станция натяжная; 6 – накопитель петлевой входной; 7 – ролики натяжные; 8 – окалиноломатель изгибно-растяжной; 9 - ванна травильная;       10 – секция холодной промывки; 11 – секция горячей промывки; 12 – устройство сушильное;        13 – накопитель петлевой выходной; 14 – штамп боковой; 15 – ножницы дисковые кромкообрезные; 16 – ролики натяжные; 17 – машина промасливающая; 18 – ножницы гильотинные делительные; 19 – моталка барабанная

Рисунок 2.3 - Схема непрерывного агрегата травления в растворе соляной кислоты

 

2.2.2 Типы и основные особенности станов холодной прокатки

 

Непрерывные станы

Непрерывные станы  холодной прокатки содержат от 2 до 6 клетей, а также вспомогательное оборудование для задачи в стан исходной заготовки (подката) и уборки прокатанного металла. Количество рабочих  клетей  стана  определяется необходимостью получения готовой полосы заданных размеров и свойств  из  подката  определенной толщины с минимальными затратами за один пропуск металла через стан. Например, при производстве жести (толщина готового металла 0,15-0,36 мм, суммарное обжатие 85-95 %) для прокатки горячекатаной полосы на конечную толщину используют 5 и 6 клетевые  станы, а станы для дрессировки жести (суммарное обжатие до 2,5-3,0 %)  имеют 2  клети.

С момента появления непрерывных станов (30-е годы 20 века) в производство холоднокатаной листовой стали началось внедрение рулонного способа, предусматривающего передачу металла от агрегата к агрегату в виде рулона. К середине 60-х годов окончательно сформировался тип непрерывного стана холодной прокатки с рулонным питанием (СРП).

В головной части такого стана установлен один разматыватель,  а в хвостовой - одна моталка. При таком составе оборудования прокатка очередной полосы возможна только после выдачи из моталки предыдущего рулона, что существенно  снижает  коэффициент использования оборудования.  Кроме того, среди причин потерь времени работы стана заметную долю составляют аварийные  перевалки рабочих валков,  вызванные травмированием их бочек концами полосы.  Чтобы уменьшить затраты времени на  замену рабочих валков, станы снабжают устройствами для механизированной перевалки.

К станам именного такого типа относится стан 2500  
ОАО ММК (рисунок 2.4).

 

1 - разматыватель; 2 –ролик прижимной; 3 - ролики подающие;  
4 – проводка роликовая центрирующая; 5 - стол роликовый проводковый; 6 -  клеть рабочая; 7 – ролик тензометрический; 8 - моталка; 9 – захлестыватель

Рисунок 2.4 - Схема расположения оборудования непрерывного стана 2500 ММК

 

При рулонном питании стана обеспечивается непрерывность прокатки одной полосы. Однако при задаче и выдаче концов имеют место неустановившиеся режимы работы,  что приводит к образованию некондиционных участков полосы, и тем  самым - к повышенному расходу металла. Кроме того, необходимость передачи рулонов от агрегата к агрегату увеличивает площадь цеха за счет  промежуточных складов металла,  обуславливает необходимость дополнительных затрат ресурсов  (трудовых,  временных,  энергетических и др.) на их перемещения,  затрудняет комплексную автоматизацию производства. Поэтому уменьшение числа прерываний технологического процесса в целом и отдельных операций считают  основным направлением совершенствования производства холоднокатаной листовой стали.

Холодная прокатка  на  непрерывном стане без прерываний была достигнута в результате установки в головной части стыкосварочной машины для соединения заднего конца предыдущего рулона с передним концом следующего и летучих ножниц в хвостовой части для  деления бесконечной полосы  на  отрезки заданной массы.  Чтобы обеспечить безостановочную работу участка клетей при  сварке  концов  полос, между  стыкосварочной машиной и первой рабочей клетью размещается накопитель полосы.  Таким образом, появился стан с бесконечным питанием (СБП),  на  котором  практически  исключена нестабильность процесса прокатки концов полосы. К станам именно такого типа относится стан 2030 Новолипецкого металлургического комбината (рисунок 2.4).

 

1 – тележка загрузочная; 2 –  разматыватель барабанный; 3 – ролик  прижимной; 4 – ролики тянущие; 5 –  машина правильная; 6 – ножницы  гильотинные; 7 – ролики отклоняющие; 8 – машина стыкосварочная; 9 –  ролики натяжные; 10 – накопитель петлевой; 11 – ролик направляющий; 12 – разматыватель двухголовчатый;                13 – клеть рабочая; 14 – ножницы барабанные; 15 – транспортер магнитный;              16 – моталка; 17 – захлестыватель

Рисунок  2.4 - Схема расположения оборудования СБП 2030 НЛМК

 

Стремление сократить  число прерываний технологического процесса логично привело к идее исключить смотку полосы в рулон  при ее передаче от агрегата удаления окалины к стану холодной прокатки. В СССР такое решение было предложено в 1961 г. Агрегат, совмещающий травление и прокатку (НАТП),  включает модуль травления (МТ) и прокатный модуль  (МП),  в  хвостовой  части  которого установлены летучие ножницы и две моталки. Головная часть МТ содержит ножницы и стыкосварочную машину, которые позволяют соединять отдельные полосы в бесконечную ленту. Перед участком травления предусмотрен петлевой накопитель,  обеспечивающий  безостановочное движение полосы через агрегат.

Совмещенный агрегат обеспечивает более высокий выход  годного,  чем СБП.  Во-первых,  как и на стане с бесконечным питанием, вся полоса прокатывается с натяжением и поэтому практически  исключаются  отходы в виде некондиционных по толщине концевых участков рулона. Во-вторых, в НАТП отсутствуют неизбежные при раздельной работе агрегатов смотка полосы в рулон после травления и размотка рулона перед станом,  которые, как известно, часто являются причиной  царапания  поверхности  полосы.  В-третьих,  исключение транспортировки и складирования травленых рулонов  перед  станом холодной прокатки практически предотвращает смятие кромок и коррозию полосы.