Тема 14 листові й широкосмугові стани

Одним з економічних видів прокату є листовий або широкосмуговий, особливо холоднокатаний.

З листового прокату можна виготовляти досить легкі й найрізноманітніші штамповані й зварені конструкції. Застосуванням зварених конструкцій з листового прокату замість сталевих виливків досягається зменшення їхньої маси в середньому на 30-50%. Зварені труби й багато інших профілів, виготовлені зі смугового прокату, як правило, вдається виконувати більш тонкостінними в порівнянні з гарячекатаними, і їхнє застосування замість останніх знижує витрати металу на 10-15%.

У зв'язку із цими перевагами листового й смугового прокату його виробництво в багатьох країнах випереджає виробництво сталевих виливків, сортового прокату й безшовних труб. На початку століття у загальному обсязі виробництва прокатки частка листового покату в USA і Японії досягла 60-70%. У нашій країні ця частка протягом останнього років становила 36-40%, а в найближчі роки вона повинна зрости до 41-42%.

В останні роки особливо велика увага приділяється розвитку виробництва холоднокатаної смугової й листової сталей. Їхнє застосування замість гарячекатаної сталі вигідно завдяки значно більш високій міцності. Вартість зекономленого металу при цьому набагато вище додаткових витрат, викликаних появою четвертого переділу.

Світове виробництво холоднокатаного листа і його частка в загальному обсязі випуску всього прокату безупинно збільшуються. У нашій країні виробництво холоднокатаного листа ще відстає від потреб промисловості.

У наступні роки очікується подальший ріст споживання листового й смугового прокату й особливо холоднокатаного. Тому одним з найголовніших завдань станобудування в найближчому майбутньому варто вважати посилене будівництво смугових і листових станів для гарячої й, головним чином, холодної прокатки.

Економічні розрахунки свідчать, що найбільш ефективними для виробництва листів зі сталі є широкосмугові безперервні або напів-безперервні стани, які в порівнянні зі станами інших типів вигідніші як за експлуатаційними витратами, так і за первісними питомими витратами. Це пояснюється меншим видатковим коефіцієнтом, більшою продуктивністю стана, а отже, і праці, меншою масою устаткування, що доводиться на одиницю продукції, що випускається, та іншими факторами.

У зв'язку із цим рулонна сталь, тобто метал, отриманий на широкосмугових станах, звичайно на 7-10% дешевше в порівнянні з такою ж сталлю, але в окремих листах, отриманих на станах типу тандем.

До цього варто ще додати, що якість листів, прокатаних на широкосмугових станах, як за допусками, так і за чистотою поверхні вище, ніж на станах типу тандем.

На сучасних широкосмугових станах допуск по товщині смуги, що прокатується, забезпечується в межах ±0,05 мм, а по ширині не більше ±1,9 мм. Механічні властивості металу смуги відповідають вимогам, рівнозначним вимогам, пропонованим до металу, підданому термічній та термомеханічній обробці.

Маса устаткування широкосмугового безперервного стана становить 40 000 т при річній його продуктивності 5-6 Мт, а товстолистового (типу тандем) 50 000–60 000 т при річній продуктивності стану 1,5 Мт. Таким чином, випуск продукції з 1 т устаткування у широкосмугового стана становить 125-150 т/т у рік, а товстолистового стана типу тандем становить 25-30 т/т у рік, тобто в 5 разів менше.

У зв'язку із більшими перевагами широкосмугових станів за останні роки спостерігається прагнення до розширення сортаменту смуг, що прокатуються, збільшення їхньої товщини й ширини. На деяких нових станах товщина сталевих смуг, що прокатуються, що змотуються в рулони, досягає 16 мм; при цьому вона може бути збільшена до 20 мм і більше. Знову споруджувані стани характеризуються також подовженою бочкою валків. Приблизно до 1965 р. будували переважно широкосмугові стани з довжиною бочки 2 000-2 030 мм, а потім стали будувати стани з валками при довжині бочки 2 135-2 285 мм і більше.

На підставі викладеного можна вважати, що найбільш ефективним напрямком подальшого збільшення виробництва сталевих листів є будівництво широкосмугових безперервних і напівбезперервних станів з різною довжиною бочки валків, у тому числі, й більше 2 000-2 500 мм.

У зв'язку з очікуваним подальшим поширенням широкосмугових станів як головних агрегатів для виробництва листового прокату цікаво простежити хід їхнього розвитку.

Першим основним кроком в освоєнні потокової прокатки листів, тобто в усуненні зворотного їхнього руху й здійснення принципу «для кожного проходу – своя кліть», варто вважати створення стану, пущеного в 1923 р. в Ешленді (USA). Однак на цьому стані не вдалося освоїти прокатку досить довгих смуг і змотування їх у рулони. Це завдання було вирішено на наступному стані з довжиною бочки валків 1 070-1 220 мм, створеному з урахуванням досвіду експлуатації стана в Ешленді й пущеного в 1926 р. у Бетлері. На стані була здійснена безперервна прокатка смуг, отже, стан варто визнати дійсно першим у ряді широкосмугових станів.

Стани цього типу з невеликими змінами набули надалі широке поширення спочатку в USA, а потім і в інших країнах. За такою схемою було побудовано більше 40 широкосмугових станів. Деякі стани будували із чорновою групою, що включає в себе окалинозламувач і одну або дві реверсивні кліті. По цьому ж зразку в 1938 р. був пущений стан з довжиною бочки 1 680 мм на заводі «Запоріжсталь», виготовлений НКМЗ. На ньому прокатували сляби товщиною 70–120 мм, шириною до 1 200–1 500 мм і довжиною до 2,5–5 м; він складався із двох груп:

1) чорнової, що складалася з окалинозламувача, уширювальної кліті (коли ширина листів, що прокатуються, перевищувала ширину слябів) і декількох (звичайно трьох) клітей кварто або дуо з еджерами;

2) чистової, у яку входили окалинозламувач і шість клітей кварто; за чистовою групою були розташовані душируючий рольганг, моталки й конвеєр для передачі гарячекатаних рулонів на склад.

В 60-х роках у цю сталу схему широкосмугових станів були внесені істотні зміни, у результаті чого з'явилися стани «другого покоління», для яких характерні наступні вдосконалення.

1) введений новий режим роботи із прискоренням чистової групи після захоплення моталкою переднього кінця смуги, що є головною відмінною рисою цих станів. Завдяки розробленій системі швидкого спільного прискорення безперервної групи чистових клітей і моталок без порушення петлеутворення між клітями вдалося підвищити швидкості прокатки до 15–20 м/с і більше. У результаті стала можливою прокатка рулонів збільшеної маси. При цьому режимі смуга захоплюється моталкою зі швидкістю 10–12 м/с, а потім стану передається прискорення 0,25–1 м/с² до припустимої швидкості;

2) збільшені розміри вихідних слябів і відповідно маса рулонів, що прокатуються, до 35–40 т і вище або більше 20 т на 1 м ширини смуги;

3) застосовані печі із крокуючим подом або балками, що виключило появу на слябах зон зі зниженою температурою й з дефектами поверхні, що виникають внаслідок зіткнення із глісажними трубами. Печі цієї конструкції можуть мати практично необмежену продуктивність. Так, у стана заводу «Син Ніхон сейтецу» в Оіта (Японія) споруджені печі із крокуючим подом продуктивністю по 420 т/год.;

4) товщина смуг, що прокатуються, збільшена до 12–16 мм;

5) значно підвищена річна продуктивність стану (більш ніж 3–4 млн. т);

6) введені системи автоматичного регулювання профілю смуги, що, прокатується, із противигином валків і керування всім станом за допомогою комп'ютерів.

До числа перших конструкцій описуваного типу широкосмугових станів можна віднести стан 2030 заводу «Бетлехем Стіл» в Уест-Честері (Англія), встановлений в 1966 р., і стани 2135 заводів «Юнайтед Стейтс Стіл» у Гері й «Янгстаун Шіт енд Тьюб» в Іст-Чикаго (USA), пущені в 1968 р. Пізніше були введені стани аналогічного типу в Японії, СРСР, USA, Голландії, Бельгії й інших країн. Для нових станів цього типу характерно неухильне зростання швидкості прокатки й збільшення маси одержуваних рулонів. Так, на стані 2280 фірми «Сін Ніхон сейтецу» у Кіміцу (Японія), пущеному в 1969 р., відносна маса рулону досягала 28,5 т на 1 м ширини смуги; у стана 2250, побудованого в 1971 р. на заводі корпорації «Ніхон стіл», найбільша швидкість прокатки доведена до 27,2 м/с, а маса – до 45 т; на стані заводу Клекнер Верке в Бремені (введеному в дію у 1972 р.) швидкість прокатки становить 23,6–30 м/с. Швидкість близько 30 м/с передбачається також у широкосмугового стана на заводі «Фос сюр Меєр» (Франція).

Таким чином, практика підтвердила раціональність проведених удосконалень широкосмугових станів і дозволяє намітити подальші шляхи їхнього розвитку.

Про швидкість прокатки. У процесі прокатки, коли смуга вже захоплена валками й моталкою, підвищення швидкості, безумовно, доцільно. Судячи з досвіду експлуатації станів холодної прокатки при більш високих швидкостях, працездатність привода валків, їхніх підшипників і шпинделів теж не може бути на перешкоді для підвищення швидкості.

Однак виникає основне питання – чи можна при широкому діапазоні зміни швидкості прокатки, наприклад у межах 10–30 м/с (а може бути, і в ще ширших), зберегти необхідний температурний режим прокатки?

Для відповіді на нього варто розглянути вплив основних факторів на температуру прокатки в безперервних станах.

На безперервному стані, коли прокатується плаский профіль, дотримується співвідношення:

(14.1)

де h₁, h_n – висота перетину (товщина) профілю;

ν₁, ν_n – швидкість прокатки на початку й наприкінці.

Спад температури за одиницю часу обернено пропорційний поточній товщині розкату h_n і буде однаковим (при однаковій вихідній температурі) при проходженні металом рівної відстані в районі перших і останніх клітей. Фактично температура металу при вході в стан вище, ніж при виході; отже, на початку стана при проходженні такої ж відстані температура знижується інтенсивніше.

При рівномірному нагріванні сляба по довжині температура θ₁ прокатки переднього кінця буде вище температури прокатки заднього кінця θ₂; таким чином, по ходу прокатки з'являється температурний градієнт, рівний:

, (14.2)

де t – час проходження сляба.

Цей градієнт буде зростати зі зменшенням товщини h₁ і знижуватися зі збільшенням швидкості v₁; але так як їхній добуток h₁v₁, відповідно до формули (14.1), зберігається постійним на всій лінії стану, то градієнт спаду температури для всіх клітей стана буде приблизно однаковий.

На всіх широкосмугових станах є розрив між швидкістю прокатки в чорновій і чистовій групах клітей (рис. 14.1).

Рисунок 14.1 – Схема безперервного стану з розривом між чорновою й чистовою групами клітей:

l – довжина сляба; θ₁, θ₂ – температури входу переднього й заднього кінців сляба в першу кліть стана; l_p – довжина розкату; v₁, v₂ – швидкості виходу із чорнової групи й входу в чистову групу.

Коли чистова група працює із прискоренням, швидкість входу v₂ розката в чистову групу спочатку менше швидкості виходу v₁ із чорнової групи, а потім між швидкостями приймається зворотне співвідношення (v₂ > v₁), щоб середня пропускна швидкість обох груп була однаковою. Якщо ця умова дотримується (що в принципі обов'язково), то неважко переконатися, що величина розглянутого температурного градієнта істотно не зміниться. Час, протягом якого передній кінець пройде шлях, що дорівнює довжині розкату lp при його виході із чорнової групи, мабуть, повинен бути приблизно рівний часу входу в чистову групу, тобто

з умови рівного завантаження обох груп стану. При збільшенні довжини рольганга між обома групами стану це співвідношення не змінюється.

Якщо пропускні здатності обох груп зробити різними, то істотно зменшити різницю в температурах обох кінців розкату не вдається. При співвідношенні v₁ > v₂ і тій же швидкості v₂ різниця температури обох кінців сляба знизиться пропорційно зменшенню часу входу сляба в чорнову групу;

де h₀, h_p – товщина сляба й розкату, що входить у чистову групу стана;

l – довжина сляба.

У цьому випадку, однак, з'явиться додаткова різниця в температурі внаслідок того, що час виходу розкату із чорнової групи перевищить час входу в чистову групу. Очевидно, пропорційно цьому збільшенню часу виходу буде зростати різниця температури обох кінців:

Іншими словами, кінцева різниця температури переднього й заднього кінців розкату при вході в чистову групу в результаті підвищення v₁ при тому ж значенні v₂ буде зростати.

На основі того ж рівняння можна проаналізувати й випадок, коли v₁ < v₂ (при незмінному значенні v₂); однак цей випадок нереальний, тому що при такому співвідношенні швидкостей чорнова група буде стримувати продуктивність усього стану.

Таким чином, можна зробити висновок, що зазначений температурний градієнт (14.1), а також різниця температур переднього й заднього кінців зберігаються й при вході розкату в чистову групу.

Єдиним шляхом до усунення цієї температурної нерівномірності може бути встановлення відповідного режиму прокатки в самій чистовій групі.

Тепловий баланс металу, що прокатується, на ділянці від виходу з однієї кліті до виходу з наступної можна виразити рівнянням:

(14.3)

де Q₁ – втрати тепла внаслідок випромінювання, ккал/год.:

,(14.4)

Τ₁ і Т₂ – температура смуги й навколишнього середовища, ºК;

С – постійна випромінювання абсолютно чорного тіла,

С = (4,88÷5,2)·100⁴ кал/(м²·год.·ºК⁴);

ε – коефіцієнт, що залежить від характеру поверхні, для вуглецевої сталі ε ≈ 0,8;

L – відстань між клітями стану, м;

b – ширина смуги, що прокатується, м;

Q₂ – віддача тепла між клітями стана конвекцією й при охолодженні водою (при відсутності водяного охолодження цей член незначний у порівнянні з першим);

Q₃ – втрати тепла при зіткненні металу, що прокатується, з валками, ккал/год.;

(14.5)

де k – коефіцієнт теплопередачі, ккал/(м²·год.·°С);

θ_м і θ_в – температури металу, що прокатується, і поверхні валків (середня по дузі захвату), °С;

r – радіус валка;

δh – лінійне обтиснення;

μ – коефіцієнт Пуассона матеріалу валків;

Ε – модуль пружності валків, H/мм²;

р_ср – середня нормальна контактна напруга по дузі захвата, кгс/мм²;

Q₄ – нагрівання металу в результаті пластичної деформації і тертя металу, що прокатується, з поверхнею валків, ккал/год.:

h₀, h₁ – висота перетину, м;

v₁ – швидкість виходу прокату з валків, м/год.

Стосовно до одиниці довжини смуги перші три члени лівої частини рівняння (14.3) з підвищенням швидкості прокатки повинні зменшуватися; четвертий член, навпаки, при заданій температурі буде трохи зростати у зв'язку з можливим перевищенням швидкості деформації над швидкістю рекристалізації й відповідним збільшенням опору деформації й контактної напруги р_ср.

При деякій критичній швидкості v_кр, що залежить від товщини смуги, обтиснення, діаметру валків і багатьох інших факторів і, зокрема, від товщини шару окалини між смугою й валками, четвертий член повинен перевищити суму всіх втрат:

(14.6)

У цьому випадку температура металу, що прокатується, θ_м буде підвищуватися.

При подальшому рості швидкості наступить процес, при якому підвищення температури θ_м стане рівним температурному градієнту (14.2) або перевищить його:

(14.7)

Підвищення температури смуги зі збільшенням швидкості було досліджено на шестиклітьовій чистовій групі; результати цих досліджень свідчать, що температура істотно підвищується зі збільшенням швидкості прокатки й що при швидкості близько 20 м/с наступають ізотермічні умови прокатки (фактично, однак, ця швидкість сильно залежить від товщини смуги, що прокатується: чим товще смуга, тим нижче критична швидкість).

З урахуванням прискорення стану температура повинна змінюватися приблизно за графіком, показаним на рисунку 14.2. Спочатку смуга проходить через чистову групу із заправною швидкістю vзап порядку 10–12 м/с (ділянка 1–2);після захвату смуги моталкою в точці 2 (рис. 14.2) починається прискорення.

Рисунок 14.2 – Зміна швидкості v і температури смуги θ в останній кліті чистової групи при роботі стану із прискоренням: 1–2 – ділянка роботи на заправній швидкості v зап; 2–3 – прискорення до початку розігріву (до досягнення критичної швидкості v кр); 3–4 – ділянка розігріву до необхідної температури прокатки; 4–5 – ділянка стана із прискоренням від vmax1 до vmах2 c початком застосування водяного охолодження.

Коли швидкість перевищить v _кр (у точці 3),температура починає рости відповідно до виразу (14.7). При досягненні максимально припустимої температури прокатки θ_max (у точці 4)можна або на цьому обмежити подальше підвищення швидкості до v_max1, або продовжувати підвищення швидкості до v_max2 (до точки 5),але ввести додаткове водяне охолодження, інтенсивність якого у зв'язку з температурним градієнтом dθ/dt у міру просування смуги повинна трохи зменшуватися.

Наведений загальний аналіз теплового режиму прокатки свідчить про те, що застосування підвищених швидкостей прокатки (перевищуючих v_кр) створює умови для усунення температурного градієнта, але при такому підвищенні буде потрібно застосування додаткового водяного охолодження смуги в чистовій групі. В остаточному підсумку це корисно, тому що дозволяє точніше встановити необхідний температурний режим прокатки.

Таким чином, на знову проектованих станах варто створювати умови для застосування швидкостей прокатки 30-35 м/с і більше.

Про сортамент продукції, що прокатується. На станах, пущених у Японії, передбачений широкий сортамент листів, що прокатуються. Наприклад, на стані 2280 заводу «Сін Ніхон сейтеду» у Кіміцу товщина смуг, що прокатуються, становить від 1 до 16 мм при їхній ширині від 500 до 2180 мм, а на споруджуваному стані 1780 фірми «Ніхон Кокан» у Фукуямі прокатуються смуги товщиною 0,8 мм. Тим часом на станах, побудованих за останні роки в USA, Голландії й Німеччині, мінімальна товщина листів, що прокатуються, прийнята рівна 1,2 мм, тому що гаряча прокатка більш тонких листів економічно не виправдується. Для нових станів, мабуть, найбільш правильним рішенням буде їхня спеціалізація. Навряд чи доцільно на всіх нових станах прокатувати листи товщиною 16 мм, як це здійснено на стані 2000 Новолипецького заводу (Росія).

На стані із занадто широким діапазоном товщини, при прокатці товстих листів 10-20 мм не використовують наявні потужності електродвигунів і швидкості прокатки в чистовій групі, а при прокатці тонких листів не потрібен довгий рольганг перед моталками, необхідний тільки для охолодження товстих листів. Застосування безперервно-литих слябів і підвищення швидкості прокатки уможливлюють подальше збільшення маси рулону, що прокатується. Це збільшення особливо ефективне, коли стан часто працює в режимі прискорення і гальмування, що чергуються, і, отже, підвищення маси рулону, що прокатується, істотно підвищує його продуктивність.

Таким чином, відносна маса рулону на новому стані повинна бути набагато більшою, ніж на діючих станах, тобто вона повинна скласти близько 35 т на 1 м ширини смуги. При цьому масу рулону рекомендується збільшувати не за рахунок товщини вихідних слябів більш, ніж 250–300 мм (що ускладнить конструкцію МБЛЗ), а за рахунок довжини сляба. При застосуванні сучасних печей із крокуючим подом цілком можливо довести довжину сляба до 18–22 м.

Про склад основних машин стану та їхнє розташування. У більшості широкосмугових станів другого «покоління» чорнова група складається із шести послідовно розташованих горизонтальних клітей і чотирьох еджерів з розрахунку на застосування слябів товщиною до 300 мм.

При сучасній масі рулону, а отже, і розкату, чорнова група в її класичному вигляді, коли відстань між її клітями більше довжини розкату, виявляється надмірно розтягнутою. Частково цей недолік усунуто у стана 2235, введеного в експлуатацію на заводі Оіта (Японія) в 1971 р.: розтягнутість чорнової групи зменшена завдяки скороченню числа клітей із шести до чотирьох, причому кліть № 2 зроблена реверсивною. При такій схемі кліті вдалося не тільки знизити капіталовкладення, але й без скорочення продуктивності стана застосувати сляби однієї товщини для всього сортаменту смуг, що прокатуються.

Введення реверсивної кліті замість трьох нереверсивних до складу чорнової групи варто визнати доцільним, тому що це підвищує маневреність стана (при ритмі прокатки в середньому близько 60-90 сек. реверсивна кліть устигає зробити навіть не три, а п'ять проходів) і скорочує капіталовкладення.

Техніко-економічні розрахунки свідчать, що на широкосмугових станах доцільне застосування безперервно-литих слябів не тільки постійної товщини, як це зроблено на стані 2235 заводу в Оіта, але й обмеженої ширини (одним або двома розмірами).

При виборі розміру безперервно-литих слябів необхідно завжди мати на увазі, що при переході з лиття слябів одного перетину на інший треба заміняти або перебудовувати декілька кристалізаторів і вторинних зон кристалізації. Цей перехід значно складніше, ніж при прокатці слябів на слябінгу з одного розміру на іншій. Крім того, при перестановці кристалізаторів на лиття більш вузьких слябів знижується продуктивність машини для безперервного лиття й порушується ритм подачі ковшів від конвертерів.

Тому в реверсивної кліті чорнової групи повинні бути передбачені потужні вертикальні валки з калібром, які за п'ять проходів могли б значно зменшити ширину сляба залежно від ширини смуг, що прокатуються. Для скорочення розтягнутості чорнової групи варто врахувати досвід пущених ще в 1969 р. станів: 1780 заводу в Касіма (Японія), 2135 заводу в Індіана Харбор і 2235 заводу в Еймейдені (Нідерланди). У цих станів дві останні кліті чорнової групи розташовані поруч, так що вони утворюють двохклітьовую безперервну групу й тому загальну довжину чорнової групи вдалося скоротити на 80–100 м.

При проектуванні стана 2000 для Новолипецького металургійного заводу було докладно вивчено питання про можливість об'єднання всієї чорнової групи, за винятком перших двох клітей, у безперервну групу. У результаті цього вдосконалення досягається скорочення довжини будинку й рольгангів, зниження втрат тепла й зменшення окалиноутворення.

У зв'язку із цією перевагою при проектуванні широко-смугового стану 2000 для Череповецького металургійного заводу, уведеного в дію в 1975 р., було прийнято сміливе рішення про установку трьох останніх клітей чорнової групи одна поблизу іншої (рис. 14.3). Завдяки цьому вперше у світовій практиці вдалося здійснити безперервну прокатку в чорновій групі.

Об'єднання чорнових клітей в одну загальну безперервну групу різко скоротило довжину стана, знизило капіталовкладення й відповідно зменшило втрати тепла сляба, що прокатується, що дозволило регулювати температуру кінця прокатки в більш широких межах.

Можна вважати, що спорудження й успішне освоєння цього стану відкрили нову сторінку в створенні широкосмугових станів третього покоління.

Отже, чорнова група нових широкосмугових безперервних станів повинна складатися з реверсивної кліті з потужними вертикальними валками й трьохклітьової безперервної групи з еджерами.

Для скорочення занадто великої відстані між чорновою й чистовою групами стана, що отримується у зв'язку зі збільшеною відносною масою рулону (до 30 т/м), можна рекомендувати переміщення останньої чорнової кліті із складу чорнової групи до складу чистової, передбачивши в чистовій групі вісім клітей, що дозволить не віддаляти чистову групу занадто далеко від чорнової.

Рисунок 14.3 – Схема широкосмугового стана 2000 з безперервною чорновою групою:

1 – методичні печі; 2 – чорнова група клітей (три останні – безперервні);

3 – летючі ножиці; 4 – чистова група клітей;

5 – душируючий рольганг; 6 – перша й друга групи моталок.

Моталки для змотування тих смуг, які прокатують із прискоренням стана, повинні бути розташовані якнайближче до чистової групи клітей, щоб скоротити час роботи стана на заправній швидкості.

Ця відстань визначається залежно від часу, необхідного для охолодження смуги від температури кінця прокатки (830–950°С) до максимально припустимої температури змотування (500–600°С). При досить інтенсивній подачі води для охолодження згадана відстань може бути досить скорочена, однак для охолодження товстих смуг (8-16 мм) цієї скороченої відстані не вистачить.

Оскільки товсті смуги прокатують зазвичай на заправній швидкості без переведення стану на режим прискорення, моталки для них варто встановлювати можливо далі від чистової групи, тобто смугу необхідно остудити до досить низької температури змотування.

До початку змотування повинен бути повністю завершений розпад аустеніту в перлітній області.

Для високопродуктивних широкосмугових станів, що прокатують смуги, товщина яких обумовлена більшим діапазоном, рекомендується навіть три групи моталок.

Наявність проміжної групи моталок може бути виправдана при прокатці й змотуванні смуг середньої товщини, які вигідно прокатувати з режимом розгону й гальмування, але не вдається остудити до необхідної температури змотування на ділянці до першої групи моталок.

Про вдосконалювання конструкції робочих клітей. Близько 50 років тому почали застосовувати робочі кліті більш жорсткої конструкції. Були значно збільшені діаметри опорних валків і їхніх підшипників, перетини стійок станин, діаметри натискних гвинтів та ін.

На станах 1780 і 2235–2285 почали ставити опорні валки діаметром 1570 і 1630 мм відповідно. Площа перетину стійки станини в цих станів прийнята близько 7 000 см².

Подальше збільшення розмірів робочих клітей за останні 30-35 років припинилося.

Головну увагу в цей час приділено вдосконалюванню систем установлювання валків. При роботі із прискоренням, оскільки від зміни швидкості залежить температура смуги, що прокатується, і товщина масляної плівки в підшипниках опорних валків, будь-яка жорсткість робочих клітей без безперервної корекції положення валків не може забезпечити необхідну точність розмірів смуги, що прокатується.

По суті основна вимога, пропонована до систем установлювання валків, формулюється двома умовами:

1) відстань між валками повинна визначатися не тільки показаннями товщиноміра, встановленого на стані. При сучасних високих швидкостях цей метод автоматизації не може дати задовільних результатів як би швидко не реагувала система переміщення валків на показання товщиноміра. Основою регулювання повинен бути метод обліку збурювань, тобто безперервна корекція міжвалкової відстані залежно від факторів, які можуть вплинути на положення валків;

2) переміщення валків повинно здійснюватися в міру одержання відповідного імпульсу з максимальною швидкістю й точністю.

Перша умова може бути виконана із застосуванням відповідних датчиків, що вказують значення окремих факторів, що впливають на положення валків, і наступною передачею отриманої інформації через комп'ютер для керування механізмом переміщення валків. Наприклад, на положення валків сильно впливає пружна деформація кліті, яка у свою чергу залежить від температури прокатки, товщини вихідної смуги, швидкості прокатки, натягу й т.п.

Найбільш надійним методом виключення впливу пружної деформації є установлення в станині надійної месдози (пресдуктора). Зміна показань месдози повинна відповідно змінювати положення валків. Це досягається тим, то заздалегідь з'ясовується залежність пружної деформації кліті від навантаження (рис. 14.4, а, крива 1). Отриманий графік дозволяє оцінити, наскільки варто перемістити валки при зміні навантаження на месдозу.

Якщо, наприклад, підвищилася вихідна товщина з h₀ до h'₀ і зусилля при прокатці стало виражатися не кривою 2, а кривою 3, відповідно варто зблизити валки, щоб компенсувати додаткову пружну деформацію Δs від збільшення зусилля на ΔΡ.

Очевидно, що закономірність зміни положення валків залежно від коливання вихідної товщини буде виражатися рівнянням

Одночасно сигнал повинен надходити й на систему противигину валків. Тому що стріла прогину валків при такій їхній перестановці повинна зберегтися колишньою, зусилля противигину у зв'язку зі збільшенням зусилля прокатки повинно відповідно зменшитися. Залежність зусилля противигину від зусилля прокатки при переході на прокатку смуг іншої ширини повинно коректуватися.

Якщо, зокрема, підвищилася температура прокатки й зусилля при прокатці смуги від товщини h₀ до h₁ стало виражатися кривою 2,а не кривою 1 (рис. 14.4, б)і навантаження зменшилося на величину ΔΡ, то валки повинні негайно автоматично переміститися у взаємно протилежних напрямках на величину Δs, що виражається рівнянням:

Якщо зміна положення валків повинна відбуватися в результаті деякого коректування товщини на виході h₁ наприклад на величину Δh₁ (рис. 14.4, в), то величину Δs можна визначити за формулою

Таким чином, на всіх листових станах повинні бути передбачені месдози, які можна встановлювати під натискними гвинтами, під нижньою подушкою або над гайкою натискного гвинта. Згідно даним європейської практики, доцільніше всього ставити месдози під нижньою подушкою. Аналогічно усувається й вплив, надаваний товщиною масляної плівки на положення валків. Зі збільшенням швидкості товщина масляної плівки в підшипниках зростає й відповідно зменшується міжвалкова відстань. Залежно від швидкості й зусилля на підшипник товщина плівки може змінюватися в середньому на 0,6 мм. Крім зусилля на валки, необхідно вимірювати також швидкість, щоб можна було безупинно компенсувати зміну товщини масляної плівки відповідним переміщенням валків. Отже, механізм установлювання валків сучасних робочих клітей повинен являти собою автоматичну систему, що складається із трьох елементів: 1) датчиків-товщиномірів на вході й виході, месдози, вимірника швидкості валків, покажчика ширини смуги; 2) ЕОМ, що обробляє покази цих датчиків; 3) гідравлічних циліндрів, що заміняють натискні гвинти, і золотників, керуючих положенням циліндрів. Ще одна важлива вимога, пропонована до систем установлювання валків, здійсненна лише при повній відмові від класичної схеми настановного механізму, що складається з натискних гвинтів і

Рисунок 14.4 –Пружна деформація кліті й зміна зусиль прокатки ΔΡ залежно від обтиснення: а– при різній вихідній товщині смуги h0 і h'o; б – при різній температурі смуги товщиною h0 на вході; в – при коректуванні кінцевої товщини смуги h1 на величину Δh1; інші позначення й пояснення див. у тексті.

електродвигунів, через занадто повільну його дію. За останні роки добре зарекомендували себе гідравлічні циліндри, установлювані або замість натискних гвинтів, або між подушками опорних валків. У першому випадку переміщення валків досягається прямим прикладенням тиску рідини проти повного зусилля прокатки, а в другому – прикладення додаткового зусилля, що деформує робочу кліть.

Якщо, наприклад, необхідно збільшити товщину смуги, що прокатується, на Δh₁, то валок потрібно перемістити на Δs (рис. 14.5). Зусилля прокатки при цьому зменшиться на ΔР.

У другому випадку зусилля гідравлічних циліндрів, що розпирають подушки, підвищують із таким розрахунком, щоб викликати додаткову деформацію (кліті без валків) на величину Δh₁.

Аналіз обох способів показує, що по міркуваннях швидкодії слід віддати перевагу другому способу. Обсяг переміщуваної рідини при зміні міжвалкового простору на однакову величину Δh₁ у гідравлічній системі повинен бути пропорційний заштрихованій ділянці, показаній на рис. 14.5. У другому випадку він значно менше, отже, це більш маневрений спосіб.

Крім того, зміни міжвалкової відстані другим способом простіше узгоджуються із противигином, якщо зусилля на валки при цьому змінюється незначно. Використовуючи автоматизацію переміщення валків залежно від показання месдоз, варто мати на увазі, що при цій системі з'являється велика різниця в зусиллях на станинах і валках. На підставі сказаного можна зробити наступні висновки: 1) нові широкосмугові стани треба будувати, докорінно вдосконалюючи їхню конструкцію в порівнянні з діючими станами; 2) можливо й доцільно застосування швидкостей виходу металу з валків 30–35 м/с і вище з водяним охолодженням смуги в чистовій групі; 3) відносна маса смуги на 1 м ширини рулону повинна становити близько 30-35 т/м. Для прокатки смуг шириною 2 м сляби при товщині 250–300 мм повинні мати довжину близько 15–20 м і масу 60–70 т; 4) рекомендується включати в чорнову групу реверсивну кліть із потужними вертикальними валками й дві – три безупинно розташовані кліті з еджерами; 5) чистова група повинна складатися з 8 клітей;

Рисунок 14.5 – Схема визначення роботи, що затрачується гідросистемою на зміну міжвалкової відстані, при сприйнятті повного зусилля прокатки (а) і тільки зусилля додаткової деформації кліті (б).

6) робочі кліті повинні мати месдози й автоматичну гідравлічну установку валків із противигином, що працює за допомогою комп'ютера;

7) перша група моталок для тонкої смуги повинна бути розташована якомога ближче до чистової групи, що скоротить час роботи стана на заправній швидкості. Ця відстань залежить від часу, необхідного для охолодження смуги з 830–950°С (температура кінця прокатки) до 500–600°С, тобто максимально припустимої температури змотування. На думку ряду дослідників, зазначена відстань може бути дуже скорочена при досить великій кількості води, що подається для охолодження.

Прокатка смуг товщиною 8–16 мм відбувається в межах заправної швидкості без переходу на режим прискорення стану. Тому моталки для товстих смуг не обов'язково розташовувати поблизу чистової групи, навпаки; їх варто встановлювати можливо далі, наскільки цього вимагає режим охолодження смуги.

Завдяки переходу на швидкості прокатки до 30–35 м/с і застосуванню питомої маси рулонів близько 30 т/м ширини смуги продуктивність широкосмугових станів третього покоління повинна бути значно вище, ніж у станів другого покоління. У станів з довжиною бочки 1700–2000 і 2200–2500 мм річна продуктивність повинна бути порядку 6,5–9 і 8–10 млн. т відповідно.

Ці дані визначені з урахуванням того, що швидкість прокатки варто вибирати, виходячи з умови оптимального температурного режиму прокатки, тобто температури кінця прокатки, рівній 830–950°С, залежно від марки сталі, а також температури змотування не вище 550–600°С для вуглецевих і 500°С для низьколегованих сталей.

Наступна відмінна риса широкосмугового стану третього покоління – більш раціональне сполучення їх з машинами безперервного лиття слябів.

Для цього стан розміщують у загальній будівлі з машинами для безперервного лиття, а отже, і з конвертерами, оскільки це буде єдиний технологічний комплекс, розрахований на продуктивність стану 6,5–10 млн. т/рік.

Сполучення стану із МБЛЗ повинно характеризуватися, по-перше, загальною транспортною системою для слябів, що складається з рольгангів і трансферкарів. Необхідно, щоб ця система забезпечувала безперервну й швидку доставку гарячих слябів до методичних печей стана й вогневе чищення слябів у потоці.

По-друге, товщина й ширина слябів, що відливаються, повинна бути по можливості обмеженою, щоб не містити занадто великий парк кристалізаторів і уникнути часті перебудови на лиття слябів іншого перетину.

Конструкція реверсивної кліті, установлюваної в головній частині чорнової групи, повинна забезпечувати редукування слябів по ширині й товщині в межах, необхідних для зручності експлуатації МБЛЗ.

На стані повинні прокатуватися листи як зі слябів, відлитих безперервним методом, так і з кованих.

Смугові стани для холодної прокатки сталі й кольорових металів повинні в першу чергу характеризуватися підвищеною точністю листів, що прокатуються, і меншою товщиною.

Рішення цього завдання зажадає здійснення ряду заходів, найголовнішими з яких є:

1) підвищення точності обробки валків, особливо опорних, у яких ексцентриситет, незважаючи на їхній великий діаметр (>1,5 м), повинен бути зведений до мінімуму (≤0,02 мм);

2) перехід на напружені конструкції робочих клітей, що виключають вплив пружної деформації, станин і натискних механізмів;

3) застосування швидкодіючих гідравлічних регуляторів міжвалкової відстані (товщини), оснащених індукційними вимірниками переміщення з точністю до 2 мкм.

Аналіз конструкції й роботи станів холодної прокатки сталевих смуг, побудованих за останні роки, свідчить, що відбувається зменшення товщини смуг, що прокатуються, і подальше збільшення маси рулонів, числа клітей безперервних станів і швидкості прокатки. Так, наприклад, у Японії був пущений стан 2185 з наступними параметрами: товщина смуги 0,25–3,2 мм, маса рулону до 60 т, швидкість прокатки до 30,5 м/с.

Аналогічне положення створилося з холоднопрокатними станами У Японії стани 1700 прокатують смуги товщиною 0,25–3,2 мм, маса рулону досягає 50 т, і працюють вони зі швидкістю до 30 м/с.

У 1972 р. на заводі «Рассельштейн» (Німеччина) був пущений жерсте прокатний шестиклітьовий стан 1450 із показниками – мінімальна товщина 0,15 мм, маса рулону до 46 т і швидкість прокатки до 40 м/с.

Якщо при цьому згадати, що 20–30 років тому безперервні холоднопрокатні стани будували для автолистів трьохклітьовими, а для жерсті – п’ятиклітьовими, маса рулону не перевищувала 20-30 т, а швидкість прокатки передбачали не більше 20–30 м/с, то можна припустити, що зазначені параметри холодної прокатки надалі ще більше підвищаться. Мінімальна товщина листів, що прокатуються, знизиться, зокрема, для жерсті до 0,08–0,12 мм і до стана відповідно буде додана ще одна кліть, а маса рулону й швидкість прокатки зростуть. У нових станів так само, як у станів гарячої прокатки, маса рулонів досягне 30–40 т на 1 м, а швидкість прокатки в станів 1700-2200 і жерстепрокатних підвищиться приблизно до 40 і 50–55 м/с відповідно.

Було б, однак, неправильно думати, що подальший розвиток безперервних станів холодної прокатки характеризується тільки ростом цих показників.

Широке застосування знайшли безперервні стани зі стиковим зварюванням кінців смуги перед прокаткою двох сусідніх рулонів. У цьому випадку забезпечується повна безперервність процесу прокатки, що скорочує втрати часу на заправлення переднього кінця смуги, знижує відходи металу на не докачані кінці й підвищує стабільність і ефективність виробництва.

Для цієї мети перед станом розташовують ножиці для обрізки кінців, стикозварювальну машину й акумулятор смуги, що забезпечує невпинну прокатку під час зварювання, а за станом передбачають летучі ножиці.

Стан такого типу, що складається з п'яти клітей кварто 1420 і призначений для прокатки смугової сталі товщиною 0,15–1,6 мм зі швидкістю до 30,5 м/с, працює на заводі у Фукуяма. Аналізуючи його роботу, можна переконатися, що його застосування для холодної прокатки всілякої, але однотипної смугової сталі дає гарні результати.

Переваги цього стану, крім підвищення продуктивності, складаються також у зниженні витрати валків, підвищенні точності смуг, що прокатуються, і економії праці при заправленні смуги.

З підвищенням швидкості й точності холодної прокатки смуг велика увага повинна бути звернена на стабілізацію температурного режиму роботи валків. Щоб уникнути коливання температури робочих і опорних валків (що може негативно позначитися на точності смуги, що прокатується) необхідно забезпечити відповідне відведення Q_B тепла від валків, обумовлене тепловим балансом.

де Q_пр – кількість тепла, що виділяється в осередку деформації в результаті пластичної формозміни й тертя металу, що прокатується, об поверхню валків;

ΔQ_п – різниця між кількістю тепла в смузі під час її виходу з валків і кількістю тепла при її вході в валки.

Величина Q_B, від якої залежить нагрівання валків, зі збільшенням швидкості прокатки повинна трохи зменшитися, тому що при цьому поліпшуються умови змащення й небагато знижується тиск на валки. Але в безперервних станах скорочується час охолодження смуги між клітями стана, і тому смуга надходить у другу й наступні кліті стана менш охолодженою. Отже, валки цих клітей будуть нагріватися інтенсивніше.

У зв'язку із впливом цих двох факторів відзначено, що зі збільшенням швидкості прокатки температура нагрівання валків росте повільніше. Із проведених розрахунків можна зробити висновок, що за умовами теплового балансу можливе застосування підвищених швидкостей прокатки. Але при цьому потрібно більш інтенсифіковане охолодження валків і смуги між клітями стана.

Дата добавления: 2015-10-21