1.2 Информационный поиск

Для производства холоднокатаной листовой стали в зависимости от её марки и назначения применяют различные схемы технологического процесса, которые характерны только для данного вида проката, а цехи часто именуются по их специализации (цехи углеродистых сталей, динамной стали, жести и др.). Тем не менее для всех цехов холодной прокатки листа имеются общие для всех технологические операции: удаление окалины с поверхности горячекатаной полосы, прокатка, термическая обработка полосы, отделка готового проката, упаковка и отгрузка.

Исходным материалом для производства холоднокатаной листовой стали является полоса (толщиной 1,8-6,0 мм), полученная на полунепрерывных или непрерывных станах горячей прокатки.

Наиболее существенным изменением в комплексе НТА-НСХП, следует считать создание совмещенных линий «травление-прокатка». Совме­щение в единый комплекс НТА и НСХП возникло в начале 90-х годов прошлого века. На конец 1999 г. из действовавших в мире более чем 200 НСХП около 70 из них совмещены с НТА. Причем чаще всего совмещенные линии НТА НСХП создают на уже действующих НСХП путем их реконструкции [6].

На предприятиях фирм «Arcelor Sidmar», «Тhyssen Krupp Steel» и «VOEST-Alpine» объединение агрегатов сопровождалось модернизацией оборудования как на НТА, так и на НСХП.

Поскольку расположение НТА и НСХП не меняли, то схемы их соеди­нения между собой различаются. Лишь на одном предприятии удалось объе­динить НТА и НСХП без поворота движения полосы, а в остальных комплек­сах их пришлось применить один, два и даже три раза. Наиболее сложная схе­ма комплексе (с тремя поворотами движения полосы) — на заводе фирмы «ФЕСТ-Альпине Шталь». Головная часть объединенного комплекса аналогична головной части НТА, включая входное накопительное устройство. Далее следует устройство правки полос растяжением, с помощью которого правят плоскостность полос и одновременно разрушают окалину. Из этого устройства полоса поступает в тради­ционные травильные и промывочные ванны и в сушильное устройство. Про­межуточное петлевое накопительное устройство предназначено как для на­копления запаса полосы перед НСХП.

После промежуточного накопителя полоса поступает в выходной накопитель, расположенный непосредственно пе­ред НСХП. Наличие двух петлевых накопителей (промежуточного и выходно­го) необходимо для создания запаса полосы, обеспечивающего стабильную работу комплекса даже в случае аварийных или плановых кратковременных остановок (например, на перевалку валков) НСХП.

За выходным накопителем расположена натяжная станция, обеспечива­ющая стабильное натяжение полосы на входе в НСХП. На НСХП установлена новая клеть, диаметры рабочих валков которой на 20% мень­ше, чем не прежних клетях, оборудованная осевой сдвижкой и системой противоизгиба рабочих валков, а также их секционным охлаждением. Далее следует традиционная прокатка и смотка холоднокатаных полос.

В результате авторы работы [6] делают заключение, что реконструк­ции, проведенные фирмами «Axcclor Sidmar», «Thyssen Krupp Steeb и «VOEST-Alpine Stahl», позволили получить высококачественный прокат и снизить се­бестоимость продукции.

Еще одним примером строительства нового НСХП 1700, совмещенного с НТА, может служить комплекс на заводе фирмы «Tata Steel». Оборудование стана изготовлено фирмой «Hitachi». Стан введен в эксплуатацию в 2000 г. и пред­назначен для прокатки полос толщиной 0,25-2,54 и шириной 800-1580 мм из низкоуглеродистой стали и стали IF с защитными покрытиями. Стан пятикле­тевой, все клети шестивалковые с осевой сдвижкой промежуточных валков.

Диаметры валков: рабочих 425, промежуточных 490, опорных 1300 мм, длина бочки 1700 мм. Максимальная скорость прокатки на НСХП 20 м/с, мак­симальная скорость движения полосы в ванне травления 3 м/с.

Схема размещения оборудования на головном участке НТА традицион­на. Травильная ванна секционная (4 секции). Особенность комплекса — стро­гое регулирование натяжения полосы в среднем и выходном петлеобразователях и на входном участке НСХП, которое создается регулятором натяжения с помощью роликов и поддерживается в заданном режиме трехроликовым устройством.

Магнитогорский металлургический комбинат (ММК) в 2011 году ввел в эксплуатацию стан 2000 для холодной прокатки металла. Это оборудование является на сегодня уникальным для России и включает непрерывную линию, обеспечивающую турбулентное травление металла в соляной кислоте, и пятиклетевой стан, имеющий производительность до 2,3 миллиона тонн металла в год. Сортаментом выпускаемой продукции является холоднокатаный лист в рулонах массой до 43,5 тонн, толщиной полосы 0,28-3,0 мм и шириной 850-1880 мм [6].

В 1984 году фирма МДЗ «Маннесман Демаг Зак Гмбх» разработала технологию травления полос в турбулентном потоке, являющуюся развитием идеи травления в плоских ваннах. Отсек травления в турбулентном потоке выполнен в виде горизонтального канала, размещенного в травильной ванне. Верхнее перекрытие канала исключает свободную поверхность испарения кислоты. Создание турбулентного потока осуществляется с каждой стороны входа и выхода каждого отсека травильной ванны. При этом устройства для создания турбулентного потока служат одновременно в качестве динамического уплотнения для кислоты. Отработанная кислота через боковые спускные каналы, расположенные по обе стороны от турбулентной камеры, поступает в спускные камеры на входе и выходе из отсека. Туда же поступают дренажные стоки от динамического уплотнения турбулентной камеры. Отсюда кислота самотеком возвращается в сборник. Между сборником кислоты для каждого из отсеков ванны осуществляется каскадная циркуляция растворов. Турбулентное травление является наиболее перспективным при создании совмещенных линий, такие как НТА-СХП.

Современная металлургия стремится к повышению объемов производства, улучшению качества продукции в соответствии с растущими требованиями потребителей, уменьшению обслуживающего персонала и травильно-прокатный агрегат полностью соответствует этим тенденциям.

В резуль­тате создания объединенных комплексов НТА - НСХП и выполненной на них модернизации достигнуто:

• повышение производительности на 20-50%;

• снижение обрези на концах полос;

• снижение брака по дефектам, возникающим при заправке и выходе полосы из валков НСХП с 1,4 до 0,45%;

• уменьшение числа перевалок и перешлифовок валков на 45%, а следо­вательно, и парка валков;

• снижение численности обслуживающего персонала на участке трав­ления и прокатки на 30-50%;

• уменьшение расходов на ремонты на 25%;

- сокращение длительности цикла производства продукции до двух суток. Отмечено также улучшение качества продукции, условий труда и сокра­щение числа несчастных случаев.

К этому следует добавить, что при объединении НТА и НСХП суще­ственно снижается площадь, занимаемая цехом, за счет промежуточных скла­дов, которые были необходимы для хранения протравленных рулонов, снижа­ется число крановых операций по снятию травленых рулонов с НТА, транс­портировке их на склад и со склада к НСХП, а главное, устраняется трудоемкая операция заправки полосы в стан [6].

Обзор показывает, что общее мировое направление усовершенствования оборудования для производства холоднокатаного металла – это объединение оборудования в единый комплекс, что позволяет значительно увеличить качество продукции и производительность, при этом существенно уменьшая производственные затраты на его эксплуатацию. Поэтому в данной работе считаю необходимым рассмотреть объединенный травильно-прокатный агрегат как наиболее перспективный.

Для снятия наклепа, получения необходимых структур и свойств металл после холодной прокатки подвергают рекристаллизационному светлому отжигу в колпаковых печах или проходных печах. Режим отжига зависит от химического состава и чистоты металла, структуры металла горячекатаной полосы и степени холодной деформации. Высокие пластические свойства низкоуглеродистой стали можно достичь рекристаллизацией и перерекристаллизацией холоднокатаной стали. Интенсивность и завершенность этих процессов определяются скоростью нагрева, температурой рекристаллизации, продолжительностью выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения [7].

Для подавляющего большинства сталей оптимальные условия рекристаллизации соответствуют низкотемпературному отжигу в интервале температур собирательной рекристаллизации от 580 – 590 °С до точки Режим отжига характеризуется медленным нагревом 10 – 35 °С/ч до температуры рекристаллизации 650 – 720 °С, выдержкой при данной температуре в течении 12 – 22 ч для выравнивания температуры по сечению рулона и длительным охлаждением 5 – 15 °С/ч [7].

На неподвижном стенде устанавливается стопа из 3 – 5 рулонов, которая накрывается муфелем, изготовленным из жаропрочной стали. Внизу муфель герметизируется резиновым уплотнителем. Нагрев рулонов осуществляется с помощью переносного колпака, в нижней части которого по периметру расположены горелки. Колпак футерован легковесным огнеупорным кирпичом. Топливом для горелок служит природный или смеси коксового и доменного газа с теплотой сгорания 35,7и 6,7 МДж/м² соответственно. Продукты сгорания омывают муфель, нагревают его и через дымовые окна отсасываются эжектором. Перед нагревом подмуфельное пространство, где расположены рулоны, заполняется защитным (нейтральным) газом, в качестве которого используется водород. Защитный газ предотвращает окисление поверхности металла при нагреве.

С целью выравнивания температуры металла по высоте стопы и ускорения процесса нагрева вентилятором осуществляется принудительная циркуляция защитного газа в подмуфельном пространстве. Для прохождения газа между рулонами устанавливаются конвекторные (ребристые) прокладки.

Сокращение площадей термоотделения, количества незавершенной про- дукции, цикла обработки при обеспечении равномерности свойств дости- гается использованием агрегатов непрерывного отжига. Проходные печи башенного и горизонтального типа начали применять в 40-х годах для от- жига жести. Полоса подвергалась ускоренному нагреву до 720 — 730 °С, выдержке, замедленному до 500 °С и ускоренному охлаждению до 120- 180 °С в атмосфере защитного газа и окончательному охлаждению воз- духом до 60°С. При продолжительности отжига менее 100 с получали по- лосу с равномерными свойствами по длине. Однако температурно-ско- ростной режим отжига не был отработан для сталей, предназначенных для глубокой вытяжки, и не обеспечивал ее получения.

Основное назначение установленного в цехе холодной прокатки угле- родистых сталей агрегата непрерывного отжига — термообработка холоднокатаных полос в режиме обезуглероживания, рекристаллизации и комбинированного отжига, получение рулонов различной вытяжки, СВ, ОСВ, повышенными требованиями к отдел- ке поверхности по ГОСТ 9045 — 93, а также получение конструкционной высокопрочной листовой холоднокатаной стали с временным сопротив- лением до 650 МПа [7].

После отжига металл подвергается дрессировке. Дрессировка — это небольшое (3 — 5%) обжатие полосы на дрессиро- вочном стане. Он представляет собой одноклетевой стан кварто с разматывате- лем и моталкой. Прокатка на нем осуществляется в один проход.

Основное технологи- ческое назначение дрессировки состоит в предотвращении появления линий скольжения при последующей штамповке изделий из отложенно- го металла. Для этого необходимо наклепать тонкие поверхностные слои полосы. Дрессированный металл при испытаниях на растяжение не имеет на кривой растяжения "площадки" и "зуба" текучести. Кроме того, дрес- сировка несколько снижает относительное удлинение и предел текучести, повышает твердость полосы [7].

Чтобы полу- чить определенную шероховатость листа, необходимо вести прокатку на вал- ках, имеющих шероховатость с несколько большим значением по показателю R_a . Рабочие валки дрессировочного стана первоначально шлифуют до зеркаль- ного блеска. Чтобы получить насеченные валки, необходимо на валках дрессировочного ста- на создать шероховатость до ≥ 4 мкм. Это осуществляется путем насечки валков на дробеметной машине за три-пять проходов [7].

В цехе холодной прокатки углеродистых сталей предусмотрено отделение покрытий, состоящее из агрега- тов горячего цинкования полос, электролитического цинкования и на- несения полимерных покрытий.

Главным свойством оцинкованного листа является его коррозионная стой- кость. Различают несколько разновидностей цинкосодержащих покрытий и методов их нанесения. Основным видом является двухстороннее покрытие из расплава цинка с одинаковым или разным по толщине покрытием с обеих сторон, а также лист с односторонним покрытием. Для экономии цинка, а также для улучшения коррозионной стойкости, свариваемости и других характеристик применяют покрытия в виде сплавов цинка с железом, с алюминием (гальвалюм), с полимерами (цинкрометалл).