Горячая прокатка тонких листов
Листы шириной до 2300 мм и толщиной 1,5—15 мм являются основным видом продукции листовых станов горячей прокатки. Для их массового производства построены непрерывные широкополосные станы с длиной бочки до 2000 (иногда до 2500) мм (например, стан 2000 ОАО «Северсталь») и скоростью прокатки до 19—25 м/сек. Исходной заготовкой являются слябы толщиной до 250 мм, шириной, равной ширине листа, и массой до 20—35 т, поступающие со слябинга или машины непрерывного литья заготовок. Клети этих станов разделяются на черновую и чистовую группы. Главное предназначение черновой группы: максимально быстро уменьшить толщину раската сохранив равенство толщины раската по ширине и толщине. Основная задача чистовой группы: обеспечить заданные геометрические параметры готовой полосы при соблюдении механических свойств, качественных требований поверхности, требований по макро и микроструктуре.
После огневой зачистки и обрезки переднего и заднего концов на ножницах слябинга слябы большой толщины сразу подаются рольгангом к первой клети стана. Слябы, требующие дополнительной зачистки, и тонкие слябы передаются транспортером на склад для охлаждения и зачистки огневыми резаками на стеллажах. Учитывая большие толщину заготовки и высокую производительность стана, устанавливают несколько 4÷5 методических печей. Для удаления со слябов окалины применяют клети - окалиноломатели и гидросбив. Нагретый сляб попадает вначале на дуо-окалиноломатель с вертикальными валками для ломки окалины на боковых гранях сляба, затем на дуо-окалиноломатель с горизонтальными валками для ломки оставшейся окалины путем небольшого обжатия сляба по толщине. За каждым окалиноломателем расположены коллекторы с соплами для сбива разрушенной окалины водой под давлением 120 бар (120 am). Очищенный от печной окалины сляб последовательно прокатывают в 4—5 универсальных клетях кварто, оборудованных устройством для гидросбива окалины. Перед второй (чистовой) группой из 6—7 клетей кварто на летучих ножницах отрезается передний конец полосы и разрыхляется окалина на дуо-окалиноломателе. За последней клетью полосу охлаждают на рольганге водяным душем до 600—650 °С для получения равномерной мелкозернистой структуры металла. Далее полоса свертывается в рулон на одной из трех моталок стана и по транспортеру передается в цех холодной прокатки или на отделку в цехе горячей прокатки. Отделка состоит из продольной и поперечной резки, нормализации или закалки, травления, правки и т.п. на специализированных непрерывных линиях.
Приведем для иллюстрации основные данные отечественного тонколистового стана 2000 (рис. 5). Стан предназначен для прокатки литых слябов сечением до 300x1850 мм массой 18— 36 т в рулонную полосу сечением 1,2—16 х 1850 мм. На стане установлено четыре методические печи. Черновая группа стана состоит из одной горизонтальной двухвалковой клети, четырех универсальных клетей кварто с горизонтальными 1200/1600 мм и вертикальными валками 900 мм; чистовая группа — из семи клетей кварто 800/1600 мм и двух групп моталок. Для удаления окалины предусмотрены вертикальный окалиноломатель и горизонтальная клеть дуо перед черновой группой и клеть окалиноломатель перед чистовой группой.
Кроме рабочих клетей в состав черновой группы входят устройства для гидравлического сбива окалины с поверхности полосы водой высокого давления, рабочие рольганги, направляющие линейки и промежуточный рольганг со сбрасывателем подката с линии стана. Требуемая температура раската при смотке обеспечивается ускоренным охлаждением металла водой на душирующих установках.
Охлажденную полосу, смотанную в рулон, кантуют и передают на конвейер рулонов.
Холодная прокатка листов
Холодную прокатку в сочетании с термической обработкой применяют для полос толщиной менее 4—6 мм для получения точных размеров по ширине и длине полосы, заданной структуры и свойств, а также чистоты поверхности. Холоднокатаные полосы являются массовым видом продукции, поэтому подготовка к прокатке, собственно прокатка и отделка полос производятся рулонным способом.
Перед холодной прокаткой рулоны, поступившие из цеха горячей прокатки, обрабатывают на непрерывных агрегатах. Здесь сваривают концы рулонов, удаляют окалину (перегибанием полосы вокруг роликов, обжатием на 4—8%, дробеметной очисткой, химическим или электрохимическим травлением), обрезают неровную боковую кромку, после чего полосу свертывают в рулоны массой до 50 т. При необходимости в агрегат встраивается проходная печь для термической обработки.
Для получения тонких полос с малой разнотолщинностью исключительно большое значение имеет жесткость клети и стабильность процесса прокатки. Вследствие упругой деформации валков, подушек, нажимных винтов и станины клети толщина полосы на выходе больше установленного зазора Н1между валками на величину ΔН1 упругой отдачи. Отношение давления металла на валки Р к ΔН1 называется жесткостью клети С:
Разнотолщинность по ширине холоднокатаной полосы обусловлена: 1) изменением прогиба, износа и температурного расширения по длине бочки валка; 2) изменением по ширине полосы факторов, влияющих на контактные напряжения, а через них на упругую отдачу валков: разнотолщинности исходной заготовки (подката), натяжения, подачи смазки и т. д. Для уменьшения разнотолщинности по ширине листа валки профилируют при шлифовке, регулируют интенсивность подачи эмульсии по длине бочки валков (тепловая профилировка валков) и применяют принудительную профилировку опорных (рис. 6) и рабочих валков, изгибая их в ходе прокатки с помощью гидромеханических устройств. Максимальное усилие противоизгиба не превышает 30% усилия прокатки.
Рис.6 Гидромеханическое устройство для противоизгиба опорных валков клети кварто
Разнотолщинность по длине полосы обусловлена разнотолщинностью подката, колебаниями коэффициента трения и натяжения. Коэффициент трения при прокатке с жидкой смазкой заметно уменьшается при увеличении скорости прокатки (разгоне стана) и возрастает при торможении. Для управления толщиной полосы тонколистовые станы оснащают системами автоматического регулирования.
Для увеличения производительности и уменьшения разнотолщинности целесообразно увеличивать массу рулона и специализировать непрерывные станы по сортаменту. При этом сокращается время пауз разгонов и торможения стана, настройки на новый размер и стабилизируется температурный режим валков. Давление металла на валки при холодной прокатке значительно уменьшается, если применять рабочие валки малого диаметра, переднее и заднее натяжение, а также смазочно-охлаждающие жидкости.
После холодной прокатки наклепанный металл подвергают рекристаллизационному отжигу. Для отжига используют муфельные колпаковые печи с защитной атмосферой.
В последние годы в цехах холодной прокатки установлены непрерывные линии, на которых производят следующие технологические операции: 1) электрохимическая очистка полосы от остатков смазки перед отжигом; 2) рекристаллизационный и другие виды отжига в проходных печах с защитной атмосферой; 3) нанесение металлических (Sn, Zn, Al и др.), пластмассовых и лаковых покрытий; 4) поперечная резка на листы, продольная резка на ленты; 5) контроль качества, отбраковка и упаковка готовой продукции.
Важной технологической операцией в прокатных цехах является дрессировка — холодная прокатка без смазки с обжатием 0,5—3%. Целью дрессировки является поверхностное упрочнение полосы для предотвращения образования грубых полос скольжения при холодной штамповке, правка и получение гладкой поверхности. Для дрессировки устанавливают специализированные станы с диаметром рабочих валков около 500 мм. Для полос толщиной 0,1—0,5 мм применяют непрерывные двухклетьевые станы; для полос большей толщины — одноклетевые станы. Дрессировка производится в один или несколько проходов после отжига.