Традиционные и современные технологии получения проката. Современные технологии производства проката и формирование структуры и свойств. Оборудование для ковки

Исходной заготовкой при прокатке являются слитки: стальные массой до 60 т, из цветных металлов и их сплавов обычно массой до 10 т. При прокатке сортовых профилей стальной слиток массой до 12 т в горячем состоянии прокатывается на крупных обжимных дуо-станах - блюмингах. Получающиеся после прокатки на блюмингах заготовки, чаще квадратного сечения, называются блюмами, они являются полуфабрикатом для дальнейшей прокатки сортовых профилей. Размеры блюмов от 450 х 450 до 150 х 150 мм. Блюмы затем прокатывают на сортовых станах, в которых заготовка последовательно проходит через ряд калибров. Разработку системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля, называют калибровкой. Калибровка является сложным и ответственным процессом. Неправильная калибровка может привести не только к снижению производительности, но и к браку изделий. Чем больше разница в размерах поперечных сечений исходной заготовки и конечного изделия и чем сложнее профиль последнего, тем большее количество калибров требуется для его получения. В зависимости от стадии процесса прокатки различают калибры обжимные (уменьшающие сечение заготовки), черновые (приближающие сечение заготовки к заданному профилю) и чистовые (дающие окончательный профиль).

При прокатке толстых листов стальной слиток массой до 45 т в горячем состоянии прокатывают на крупном обжимном универсальном стане - слябинге или на блюминге. Получаемый полуфабрикат - сляб имеет приближенно прямоугольное сечение толщиной 65-300 мм и шириной 600-1600 мм. Сляб прокатывают (после второго нагрева) в толстый лист большей частью на станах с двумя рабочими клетями (черновой и чистовой), расположенными друг за другом. Перед черновой клетью сбивают окалину. Чистовая клеть кварто имеет рабочие валки меньшего диаметра, чем черновая. После прокатки листы правят и обрезают на заданные размеры.

Тонкие листы прокатывают в горячем и холодном состояниях. Современными станами для горячей прокатки тонколистовой стали являются непрерывные станы, состоящие из двух групп рабочих клетей - черновой и чистовой. Нагретые слябы подают по рольгангу к окалиноломателю, в котором окалина дробится при деформировании в валках с небольшими обжатиями, а затем сбивается водой под давлением до 12 Мн/м 2 . В черновых клетях листы прокатывают с максимальными обжатиями до толщины 15-35 мм. Для получения точного по толщине листа важно соблюдать постоянство температуры прокатки в чистовых клетях. Поэтому после черновых клетей устанавливают воздушное охладительное устройство, понижающее при необходимости температуру листа. Затем лист проходит через чистовой окалиноломатель и поступает в чистовую группу клетей, где может прокатываться до минимальной толщины (1,2 мм). Выходящий из чистовых клетей лист сматывается в рулоны.

Горячекатаные тонкие листы в рулонах поступают на дальнейшую холодную прокатку или передаются на отделочные операции (правку, разрезку и др.), если дальнейшей холодной прокатки не требуется.

Листы тоньше 2 мм в горячем состоянии прокатывать сложно из-за их быстрого остывания: такие листы, как правило, получают холодной прокаткой, которая обеспечивает высокое качество их поверхности и большую точность по толщине. Чаще всего холодную прокатку ведут рулонным способом. Предварительно горячекатаный лист очищают от окалины травлением в кислотах с последующей промывкой. Прокатывают на непрерывных станах кварто и на многовалковых станах; после холодной прокатки материал проходит отделочные операции: отжиг в защитных газах, обрезку кромок, разрезку на мерные листы, полирование и др.

Все большее развитие получает бесслитковая прокатка - получение проката непосредственно из жидкого металла, минуя операции отливки слитков и их горячей прокатки, а также целый ряд вспомогательных операций. В этом случае расплавленный в плавильной печи металл заливают в миксер, откуда он по наклонному закрытому желобу поступает в распределительную коробку, установленную перед валками прокатной клети. Распределительная коробка обеспечивает непрерывное, равномерное поступление жидкого металла в щель между валками-кристаллизаторами, где он кристаллизуется, обжимается и выходит в виде заданного профиля. Таким способом получают, например, алюминиевую ленту толщиной 8-12 мм.

При прокатке бесшовных труб первой операцией является прошивка - образование отверстия в слитке или круглой заготовке. Эту операцию выполняют в горячем состоянии на прошивных станах. Наибольшее применение получили прошивные станы с двумя бочкообразными валками, оси которых расположены под небольшим углом (4-14 °) друг к другу. Оба валка вращаются в одном и том же направлении, т. е. в данном случае используется принцип поперечно-винтовой прокатки. Благодаря такому расположению валков заготовка получает одновременно вращательное и поступательное движения. При этом в металле возникают радиальные растягивающие напряжения, которые вызывают течение металла от центра в радиальном направлении и облегчают прошивку отверстия оправкой, устанавливаемой на пути движения заготовки. Во входном конусе прошивают заготовку, а в выходном конусе раскатывают металл между оправкой и валками и формируют окончательный размер изделия (гильзы).

В сочетании со свободной прокаткой (по свободным размерам) это позволило повысить гибкость производственного процесса. Внедрение непрерывного литья балочных заготовок с размерами, близкими к размерам готового профиля, внесло заметные изменения в процесс производства крупносортного проката. Число проходов при прокатке уменьшилось, прокатные станы снизили свои габариты, процесс прокатки упростился, его экономические показатели улучшились, а энергопотребление сократилось. Кроме того, при прокатке рельсов и балок такие мероприятия, как контроль температурного режима и охлаждение профилей, а при прокатке рельсов также и возможность их упрочнения в линии стана, привели к повышению качества продукции.

Комбинированные мелкосортно-проволочные прокатные станы

На протяжении последних 25 лет максимальная скорость проката на выходе из станов для прокатки катанки возросла с 80 м/с до 120 м/с в результате совершенствования технологии, стимулированного требованиями увеличения производительности. Важнейшим шагом на этом пути, сопровождаемым повышением призводственной гибкости и размерной точности проката, стало внедрение процесса термомеханической прокатки.

Кроме того, масса бунтов катанки увеличилась до 2 т и более. Еще одним направлением совершенствования процесса прокатки катанки было расширение использования непрерывнолитых заготовок. Так как, исходя из металлургических соображений, желательно использовать заготовки максимального поперечного сечения, то даже при минимальной скорости на входе прокатного стана в этом случае требуется повысить скорость на выходе.

Совершенствование процесса за последние 25 лет позволило проводить охлаждение отдельных ниток проката в линии стана и реализовать термомеханическую прокатку катанки, а в результате получать продукцию, более ориентированную на требования заказчиков, т. е. достигать и контролировать требуемые механические свойства продукции уже на стадии горячей прокатки.

Тенденции современного рынка, особенно, рынка высококачественных сталей, проявляются в уменьшении спектра размеров готовой продукции в сортаменте стана и в большем разнообразии марок стали. Для соответствия этим тенденциям необходимо применять различные стратегии прокатки. Производительность прокатного стана в значительной степени зависит от продолжительности процесса переналадки, обусловленного переходом на прокатку другого готового размера или при изменении марки прокатываемой стали.

Мультилинейная технология прокатки. Данная технология, применяемая с целью повышения производительности и производственной гибкости станов для прокатки высококачественной катанки, позволяет использовать стандартизованную калибровку валков, вплоть до чистовых блоков (рис. 1). Это исключает простои обжимных клетей, клетей промежуточной группы и чистовых блоков мелкосортнопроволочного стана, наблюдаемые в традиционных цехах при переналадке стана, связанной с переходом на прокатку другого размера.

Рис. 1. Мультилинейная технология прокатки с использованием петлевого устройства: варианты прокатки на мелкосортно-проволочном стане фирмы Acominas, Бразилия

Основой концепции является комбинация из петлевого устройства, восьмиклетевой блочной группы и блока FRS (FlexibleReducingandSizing) с четырьмя клетями и устройством для быстрой перевалки (рис. 2).

Рис. 2. Блок FRS

Устройство для быстрой перевалки блока FRS позволяет выполнить переход на прокатку другого размера за 5 мин. Так как после перевалки для настройки требуется минимальное время, можно составить гибкую программу прокатки продукции разных размеров из различных марок стали.

Новая концепция прокатного стана обеспечивает также возможность перехода от традиционной прокатки к термомеханической путем простого нажатия кнопки на пульте управления. Выбор маршрута прокатки и направление прокатываемого металла по маршруту, оборудованному выдвижными устройствами для охлаждения и выравнивания температуры (см. рис. 1), позволяет перейти на другой размер проката или другую марку стали в соответствии с принятой стратегией прокатки без вмешательства операторов и без какой-либо настройки оборудования вручную. Эта концепция предполагает также значительное сокращение простоев оборудования .

Общую концепцию дополняет технологическая система контролируемого охлаждения ССТ (Controlled Cooling Technology), которая позволяет моделировать температурные условия прокатки, формирование микроструктуры и требуемые механические свойства. Только после завершения моделирования начинают реальный процесс прокатки с регулированием его параметров в линии стана и автоматическим регулированием режима охлаждения в секциях холодильников .

Для выполнения требований, связанных с ужесточением допусков на размеры горячекатаных профилей и катанки, отказались от трех- и четырехниточной прокатки и вернулись к прокатным станам максимум с двумя нитками, которые разделяются на чистовые однониточные линии как можно раньше по ходу процесса.

В последние несколько лет отмечено также более широкое использование прецизионных систем прокатки с целью получения еще более жестких допусков на размеры сортового проката и катанки.

Гидравлические системы регулирования размеров поперечного сечения проката. На сортовых станах применяют гидравлические системы регулирования размеров, например систему автоматизированного контроля ASC (Automatic Size Control), разработанную в дополнение к механическим системам прецизионного контроля размеров. Эти системы (рис. 3) используют только две клети в станах с чередующимися вертикальными и горизонтальными клетями и позволяют прокатывать весь сортамент продукции (круглые, плоские, квадратные, шестигранные и угловые профили) с допусками, соответствующими 1/4 стандарта DIN 1013.

Рис. 3. Прецизионная система ASC регулирования размеров сортового проката

Обе клети снабжены гидравлическими нажимными устройствами и обеспечивают полностью автоматизированный контроль с использованием мониторов. Регулирование распространяется на всю длину прокатываемой продукции. Специальное измерительное устройство, размещенное между клетями, обеспечивает прокатку без натяжения. Для перехода на другой размер достаточно выдвинуть из линии стана только кассеты с валками и проводками и заменить их в течение 5 мин на другие, используя устройство быстрой перевалки. Регулирование зазора между валками полностью автоматизировано. На участке подготовки валков заменяют только бочки валков и проводки.

Технология прокатки в трехвалковых клетях

Данную технологию начали применять в промышленных масштабах при прокатке сортовых профилей в конце 1970-х годов и затем постоянно совершенствовали .

Особенностью этой технологии является сочетание обжимных и калибровочных проходов в одном блоке клетей (в чистовом блоке при прокатке прутков и в черновом блоке при производстве катанки). Этот блок называется RSB (Reducing and Sizing Block). В соответствии с технологией была внедрена прокатка со свободными размерами, что позволило получать широкий сортамент размеров готовой продукции с довольно жесткими допусками, используя единую калибровку валков, только посредством регулирования положения валков. С одной системой чистовых калибров блок RSB дает возможность получать продукцию с размерной точностью, укладывающейся в допуски 1/4 стандарта DIN 1013 (рис. 4) .

Рис. 4. Пятиклетевой блок RSB (370 мм)

Бесконечная прокатка

Бесконечный процесс ECR (Endless Casting Rolling) (рис. 5), объединяет в одной производственной линии процессы непрерывного литья и прокатки благодаря использованию туннельной печи. В результате интеграции термического оборудования в единый производственный комплекс длительность технологического процесса от жидкой стали до готовой продукции не превышает 4 ч. Процесс ECR можно использовать на станах для прокатки заготовок и фасонных профилей, а также на станах для прокатки сорта и катанки. Линия ECR включает машину непрерывного литья, печь с роликовым подом, прокатный стан с черновой, промежуточной и чистовой группами клетей, холодильник, участок термической обработки, оборудование для резки, контроля качества поверхности, упаковки (формирования и обвязки пакетов).

Рис. 5. Бесконечный процесс литья и прокатки длинномерных профилей (ECR)

В печи с роликовым подом происходит выравнивание температуры металла и нагрев его до температуры прокатки. Кроме того, печь выступает в роли буферного оборудования в случае нарушения работы прокатного стана.

Линия прокатки оборудована бесстанинными клетями и гидравлическим устройством для быстрой перевалки, позволяющим полностью автоматизировать эту операцию. Изменение формы или размеров прокатываемой продукции может быть выполнено за несколько минут. Компьютеризованная управляющая система высшего уровня предварительно рассчитывает и задает номинальные параметры процесса прокатки. На выходных сторонах промежуточных и чистовых групп установлены триангуляционные лазерные датчики, которые измеряют форму и размеры проката. Результаты измерений поступают на монитор системы управления работой стана для расчета корректирующих воздействий на параметры процесса. Компьютеризованная управляющая система высшего уровня накапливает архив производственной информации с целью получения продукции гарантированного качества.

На выходе производственной линии располагается оборудование для термической обработки в потоке стана, для горячей и холодной правки, а также для смотки в бунты. Работой всей линии (от литейного агрегата до термообработки и отделки) управляет автоматизированная система.

Первый агрегат ECR для бесконечной прокатки длинномерной продукции из специальных сталей был введен в действие в 2000 г. .

«Ноу-хау» и оборудование, использованные на агрегате бесконечной прокатки, послужили основой создания сортовых станов с высокой производительностью и повышенным выходом годного. На агрегате EBROS (Endless Bar Rolling System – бесконечная прокатка сортовых профилей) нагретые заготовки соединяют стыковой сваркой. После удаления грата со сварного шва «бесконечная» заготовка поступает в клети прокатного стана. Так как рабочий цикл исключает время холостых простоев и появление обрези, то производительность агрегата повышается на 10-15 %, а выход годного возрастает на 2-3 % .

Станы для производства сортового проката

Как и при производстве катанки, на сортовых прокатных станах в настоящее время применяют только непрерывнолитую заготовку. Исходя из соображений размерной точности проката, при прокатке сортовых профилей придерживаются тенденции отказа от многониточных станов. Подавляющее большинство современных сортовых станов спроектированы и работают как однониточные, с чередованием горизонтальных и вертикальных клетей.

Чтобы обеспечить высокую производительность при прокатке арматурных профилей и соблюдение требуемых жестких допусков на размеры сортового проката из высококачественных и коррозионностойких сталей, прокатку этих видов металлопродукции осуществляют в настоящее время раздельно. Как и при производстве катанки, в производство сортового проката за последние 25 лет внедрены технологические прокатки с контролируемой температурой и термомеханическая прокатка. В настоящее время моталки Гаррета могут сматывать в бунты готовые профили диаметром до 70 мм.

Чтобы избежать возникновения «узких мест» в производственном процессе, при производстве профилей как в мерных длинах, так и в бунтах отделочные операции выполняют на непрерывных линиях. Для контроля качества и обеспечения его высокого уровня применяют лазерные датчики и токовихревые дефектоскопы, контролирующие размеры и выявляющие поверхностные дефекты горячекатаного проката .

Крупносортные и рельсобалочные станы

Основной задачей крупносортных станов является экономически эффективное производство высококачественной продукции. При производстве крупносортного проката можно придерживаться одной из двух концепций: первой соответствуют непрерывные станы, второй – реверсивные станы с последовательным расположением клетей и чистовой калибрующей клетью. На непрерывных станах может быть применен процесс ECR.

Технология прокатки на реверсивных станах тандем

Данная технология пригодна для производства средних и крупных сортовых профилей, балок высотой до 1000 мм (с шириной полки до 400 мм), уголков, специальных профилей и рельсов.

Реверсивные прокатные станы тандем включают двухвалковую обжимную клеть, группу из трех последовательно установленных идентичных универсальных/двухвалковых клетей, чистовую универсальную/двухвалковую клети и линию отделки с холодильником, правильной машиной, ножницами, штабелерами и упаковочными машинами.

По сравнению с концепцией без отдельно стоящей чистовой клети такая конфигурация стана обладает следующими преимуществами:

• компактное расположение прокатного оборудования – обжимной клети, промежуточной группы клетей тандем и отдельно стоящей чистовой клети;
• работающая в непрерывном режиме калибровочная клеть на выходе стана позволяет достигать довольно жестких допусков на размеры проката и значительно снизить износ валков;
• уменьшается число прокатных клетей и улучшается использование валков и проводок;
• повышается гибкость применяемой калибровки валков благодаря использованию идентичных, взаимозаменяемых универсальных/двухвалковых клетей;
• уменьшается номенклатура запасных частей и деталей вследствие идентичной конструкции клетей;
• бесстанинные клети с гидравлическими нажимными устройствами, которые могут работать под нагрузкой (SCC – Stand Core Concept); в дополнение к стандартной системе автоматического регулирования размеров профиля можно использовать системы регулирования более высокого уровня с выходом на монитор, связанный с установленным в линии стана триангулометрическим лазерным датчиком для измерения профиля проката;
• короткое время переналадки стана при переходе на прокатку другого размера (20 мин).

При прокатке среднесортных профилей (НЕ 100-260, IPE 100-550, уголки 100-200) можно отметить следующие преимущества прокатки на реверсивных станах тандем по сравнению с традиционной прокаткой на стане без отдельно стоящей калибровочной клети:

• плановые простои, связанные с перевалкой валков, сокращаются до 40 %;
• трудоемкость работ и расходы, связанные с перевалкой валков и заменой вводных и выводных проводок, уменьшаются до 20 %;
• расходы на валки снижаются на 40-60 % в зависимости от готового прокатываемого профиля.

Технология прокатки на универсальных станах и ХН-станах

В соответствии с основными тенденциями на мировом рынке крупносортного проката все ббольшим спросом пользуются сортопрокатные цехи с сокращенным технологическим циклом и низкими производственными расходами. Освоение литья балочных заготовок и сочетание литья заготовок, близких по размерам к готовому профилю, с последующей их прокаткой подготовили предпосылки для объединения процессов литья и прокатки в интегрированную линию для производства широкого сортамента крупносортных профилей, включая пользующиеся большим спросом шпунтовые профили .

При прокатке крупносортных профилей использование современных универсальных клетей в составе реверсивного стана тандем (технология прокатки ХН) стало доминирующим решением (рис. 6). При прокатке в каждом проходе используют все три клети, причем первая универсальная клеть имеет калибровку по схеме Х, а вторая универсальная клеть, выступающая в роли чистовой клети, – калибровку по схеме Н, соответствующую готовому профилю.

Рис. 6. Реверсивная группа стана с последовательным расположением клетей (тандем) для прокатки по схеме ХН

На крупносортных и рельсобалочных станах используют прокатку в реверсивной группе универсальных клетей тандем не только для получения балок и других крупносортных профилей (швеллеров, уголков, профилей для судостроения, специальных профилей и шпунтов), но и как компактную группу клетей для экономичного производства рельсов, предназначенных для работы в условиях тяжелонагруженных и высокоскоростных железных дорог (рис. 7). Эта технология дала возможность производить рельсы с повышенной размерной точностью, улучшенным качеством поверхности при меньшем износе прокатных валков.

Рис. 7. Крупносортный и рельсобалочный стан с линиями термообработки и отделки

Особенности производства рельсов

Рельсы – это прокатная продукция, к которой предъявляют чрезвычайно высокие требования. Спецификации на физические свойства и геометрические параметры, например кривизну, допускаемые отклонения размеров, состояние поверхности, микроструктуру и уровень остаточных напряжений имеют первостепенное значение. Чтобы удовлетворить эти требования, прокатанные рельсы при отделке обрабатывают на машинах горизонтальной и вертикальной правки. Машину горизонтальной правки используют также при производстве крупносортных профилей. В настоящее время имеется возможность производить и отгружать рельсы длиной до 135 м. Рельсы, предназначенные для тяжелых условий эксплуатации, подвергают специальной термической обработке для придания их головкам особой износостойкости по всей длине рельса.

На среднесортных станах (рис. 8) используют как универсальные, так и двухвалковые клети для прокатки стальных строительных профилей – балок, швеллеров, уголков, полосовой стали и специальных профилей.

Рис. 8. Планировка среднесортного стана

Прокатка балок и профилей из балочных заготовок

После того как стало возможным непрерывное литье балочных тонкостенных заготовок, обжатия и усилия при прокатке удалось уменьшить.

Пример, приведенный на рис. 9, показывает, что балочная заготовка со стенкой высотой примерно 810 мм и толщиной 90 мм может быть обжата до размеров, допустимых на входе в универсальную чистовую клеть. Число ребровых калибров зависит от степени деформации балочной заготовки, необходимой для осуществления прокатки в универсальной клети. Возможная схема обжатия балочной заготовки показана на рис. 9 .

Рис. 9. Максимальное и минимальное изменение формы полок и стенки при прокатке балок из балочных заготовок

Показаны также максимальные и минимальные пределы обжатия полки и стенки профиля. Во всех четырех случаях проиллюстрированы коэффициенты вытяжки, при которых получают наиболее крупный балочный профиль (с наибольшей высотой стенки), и обжатия в вертикальных (эджерных) валках для получения профиля минимального размера (с минимальной площадью поперечного сечения).

После освоения прокатки балочных заготовок и внедрения технологии компактного производства балок CBP (CompactBeamProduction) встал вопрос о том, можно ли (и как именно) использовать балочные заготовки при производстве шпунтовых профилей.

Калибровка валков, показанная на рис. 10, представляет процесс прокатки шпунтов Ларсена (корытообразных) на стане с универсальной клетью, предусматривающей два прохода в горизонтальных валках для получения универсального балочного профиля и два прохода в вертикальных (эджерных) валках группы реверсивных клетей тандем для формирования профиля с формой и размерами, требуемыми на входе в чистовую клеть .

Рис. 10. Прокатка шпунтовых профилей (профиль Ларсена) из балочных заготовок

В настоящее время, как было отмечено выше, балочные профили прокатывают из заготовок с использованием технологической схемы ХН. Кроме того, балочные заготовки применяют для производства шпунтов Ларсена и рельсов. Весь сортамент стандартных балочных профилей может быть прокатан всего из четырех размеров непрерывнолитых балочных заготовок. Дальнейшая оптимизация процесса прокатки балок шла по пути приспособления известной технологии компактного производства горячекатаной полосы (CSP) к производству балок. Этот процесс, получивший название CBP, позволил значительно уменьшить число проходов при прокатке.

Кроме того, можно прокатывать рельсы Виньеля (с плоской подошвой) из балочных заготовок, как показано на рис. 11. В этом случае значительно сокращается число проходов по сравнению с классической схемой прокатки рельсов в двухвалковых клетях .

Рис. 11. Калибровка валков для прокатки рельсов Виньеля из балочных заготовок

При производстве рельсов закалка головок и термическая обработка в линии стана стали традиционными операциями для получения продукции требуемого качества .

Гидравлические нажимные системы

Современные заготовочные и крупносортные станы, в состав которых включены универсальные/двухвалковые клети, оборудованы автоматизированными гидравлическими нажимными системами, которые позволяют прокатывать готовую продукцию с очень жесткими допусками. Станина со стороны оператора выполнена перемещаемой и имеет возможность выдвигаться вместе с валками (которые могут иметь различную длину бочки) и проводками (рис. 12). Настройка стана при переходе на прокатку другого размера занимает всего 20 мин, что делает экономически оправданным производство малых партий продукции.

Рис. 12. Компактная универсальная/двухвалковая клеть

С помощью цифровой системы управления технологическим процессом (TSC– TechnologicalControlSystem) (рис. 13) установка валков посредством гидравлических устройств может поддерживаться постоянной по всей длине прокатываемого профиля. Каждый гидравлический цилиндр позиционируют так, чтобы зазоры между горизонтальными и вертикальными валками соответствовали предварительно рассчитанным номинальным значениям. Гидравлическая система регулирования межвалкового зазора (HGC – Hydraulic Gap Control) позволяет также предотвратить разрушение валков и станины при возникновении перегрузок. Кроме того, в процессе прокатки нижний валок позиционируют относительно верхнего валка. Деформация клетей, происходящая под действием различных усилий прокатки, компенсируется в ходе прокатки с помощью системы атоматического регулирования размеров проката (AGC – Automatic Gage Control). Все это позволяет применять воспроизводимые и относительно простые схемы калибровок.

Рис. 13. Система управления технологическим процессом

Холодильник с аэрозольным охлаждением, линия селективного охлаждения и лазерная система измерения профиля

Использование водяного тумана в качестве охлаждающей среды на определенном участке холодильника ускоряет процесс охлаждения и обеспечивает следующие преимущества:

• конкретное влияние на кривую охлаждения (рис. 14);
• меньшая площадь холодильника;
• сокращение капитальных затрат;
• низкие эксплуатационные расходы;
• возможность применения модульной системы охлаждения с избирательным включением-выключением секций;
• повышение производительности холодильников в действующих цехах .

Рис. 14. Сравнение различных методов охлаждения и холодильник с аэрозольным охлаждением

Для равномерного распределения температуры в стальном профиле при прокатке двутавровых балок и рельсов между выходной стороной стана и холодильником устанавливают устройство селективного охлаждения, геометрия которого соответствует форме и размерам профиля. В сочетании с системой управления технологическим процессом такое решение дает возможность охлаждения конкретных участков поперечного сечения прокатанного профиля (рис. 15).

Рис. 15. Селективное охлаждение рельсов и балок

Это не только улучшает прямизну прокатанных профилей на холодильнике, но и снижает остаточные напряжения в металле вследствие более равномерного протекания структурных превращений.

Кроме того, могут быть повышены механические свойства проката. Секции избирательного охлаждения могут быть смонтированы и на холодильниках действующих цехов.

Готовые рельсы, балки и другие профили после прокатки измеряют в горячем состоянии методом светоделения. Лазерный луч, направленный на поверхность измеряемого профиля, отражается и улавливается быстродействующим датчиком с высокой разрешающей способностью. Расстояние до поверхности профиля рассчитывается в зависимости от позиции, в которой отраженный луч улавливается датчиком. На основе результатов измерений может быть очерчен контур измеряемого профиля.

Машины для правки профилей и рельсов

Современные машины CRS валкового типа и компактной компоновки для правки профилей (рис. 16, а) оборудованы девятью двухопорными сборными правильными роликами с фиксированным расположением. Все девять роликов имеют индивидуальные приводы. Гидравлические цилиндры могут регулировать положение роликов под нагрузкой или зазора между ними. По сравнению с традиционным правильным оборудованием такие машины имеют следующие преимущества:

• равномерное и симметричное приложение нагрузки, а также более благоприятное распределение в профилях остаточных напряжений;
• компенсация упругого пружинения роликов путем регулирования их положения с помощью гидроцилиндров;
• гидравлический механизм осевой установки каждого из роликов;
• сборка правильных роликов с минимальными зазорами и максимальная точность их установки в процессе правки;
• автоматизированная замена роликов, занимающая не более 20 мин.

Рис. 16. Правильная машина для стальных профилей (а) и рельсов (б), скомпонованная по схеме Н-V

Машины для правки рельсов (рис. 16, б) состоят из горизонтального и вертикального блоков и отличаются повышенной жесткостью конструкции и индивидуальным приводом правильных роликов. В сочетании с машинами для правки рельсов вне линии стана и специальными системами контроля натяжения между правильными роликами эти машины позволяют достигать минимального уровня остаточных напряжений в рельсах, что значительно увеличивает срок их эксплуатации.

Отличительными особенностями машин для правки рельсов являются:

• беззазорная сборка правильных роликов, втулок и опор на регулируемых валах;
• монтаж правильных втулок на валах с помощью байонетных колец и гидравлических систем высокого давления;
• автоматизированная настройка машины при изменении размеров продукции;
• замена правильных роликов в течение 30 мин.

Перспективы

Возрастающие требования, предъявляемые потребителями длинномерного сортового проката в отношении свойств и точности размеров, а также необходимость внедрения ресурсосберегающих технологий заставили технологов освоить производство готовой продукции непосредственно с прокатного нагрева и без дополнительной термической обработки. В некоторых случаях это обеспечивает достижение таких свойств материала, которые невозможно получить при использовании традиционных процессов термической обработки.

Прогресс в области современной контрольно-измерительной аппаратуры и средств автоматизации, а также совершенствование конструкции прокатных станов позволили добиться высокого уровня автоматизации производственного процесса. Следствием этого стал ряд важных достижений, в том числе увеличение выхода годного, повышение качества продукции и обеспечение более стабильных свойств, возможность мгновенного реагирования на отклонения в ходе технологического процесса, точная настройка прокатного оборудования, снижение брака и надежное документирование всего технологического процесса для обеспечения гарантированного качества продукции.

• П.-Й. Мок
• К. Оверхаген
• У. Стелмахер

На протяжении последних лет при совершенствовании технологии сортовой прокатки основное внимание уделялось получению требуемых свойств сортового проката и катанки непосредственно с прокатного нагрева и возможности дальнейшей обработки проката без предварительной термической обработки. В сочетании со свободной прокаткой (по свободным размерам) это позволило повысить гибкость производственного процесса. Внедрение непрерывного литья балочных заготовок с размерами, близкими к размерам готового профиля, внесло заметные изменения в процесс производства крупносортного проката. Число проходов при прокатке уменьшилось, прокатные станы снизили свои габариты, процесс прокатки упростился, его экономические показатели улучшились, а энергопотребление сократилось. Кроме того, при прокатке рельсов и балок такие мероприятия, как контроль температурного режима и охлаждение профилей, а при прокатке рельсов также и возможность их упрочнения в линии стана, привели к повышению качества продукции.

• сортовой прокат,
• мелкосортно-проволочный стан,
• крупносортный стан,
• рельсобалочный стан,
• процесс прокатки,
• отделка,
• термическая обработка.

• Burkhardt, M.; Müller, H.; Ellis, G.: Iron Steel Techn. (2004) Nr. 2, S. 50/55.
• Brune, E.; Koller, F.; Kruse, M.; Mauk, P.J.; Plociennik, U.: stahl u. eisen 114 (1994) Nr. 11, S. 87/92.
• Filippini, S.A.; Ammerling, W.J.: Further developments in wire rod and bar production using the 3-roll technology, Proc. AISTech 2008, 5.–8. Mai 2008, Pittsburgh, USA, Vol. 2.
• Hüllen, P. van; Ammerling, J.: Targets, imple mentation and operating results of the modernization project of a bar mill for engineering steel, Proc. 3. Europ. Rolling Conf., METEC Congress 2003, 16.–20. Juni 2003, Düsseldorf, S. 171/76.
• Alzetta, F.: Iron Steelmak. 29 (2002) Nr. 7, S. 41/49.
• Austen, T.; Ogle, D.; Hogg, J.: EBROS – endless bar rolling system, Proc. AISE Annual Convention and Steel Expo 2002, 30. Sept. – 2. Okt. 2002, Nashville, USA, S. 1/24.
• Knorr, J.S.: BHM – Berg- und Hüttenm. Monatshefte 146 (2001) Nr. 1, S. 2/6.
• Hensel, A.; Lehnert, W.; Krengel, R.: Der Kalibreur (1996) Nr. 57, S. 37/47.
• Mauk, J.: Verfahren zum Walzen schwerer Profile – Vergleich und Bewertung aus umformtechnischer Sicht, Proc. 27. Verformungskundliches Kolloquium, 8.–11. März 2008, Planneralm, Österreich, Montanuniversität Leoben, S. 155/80.
• Engel, G.; Feldmann, H.; Kosak, D.: Der Kalibreur (1987) Nr. 47, S. 3/24.
• Cygler, M.; Engel, G.; Flemming, G.; Meurer, H.; Schulz, U.: MPT – Metallurgical Plant and Technology Intern. 17 (1994) Nr. 5, S. 60/67.
• Pfeiler, H.; Köck, N.; Schroder, J.; Maestrutti, L.: MPT – Metallurgical Plant and Technology Intern. 26 (2003) Nr. 6, S. 40/44.
• Moitzi, H.; Köck, N.; Riedl, A.: Modernste Schienenproduktion – Technologiewechsel an der Schienen walzstraβe, 28. Verformungskundliches Kolloquium, 13. Feb. 2009, Planneralm, Österreich, Montanuniversität Leoben, S. 53/60.
• Lemke, J.; Kosak, T.: Walzen von Profilen aus Beam Blanks, Freiberger Forschungshefte, Reihe B, Bd. 306, 2000, S. 198/214.

Прокатка – это способ обработки пластическим деформированием – наиболее распространенный. Прокатке подвергают до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов. Способ зародился в XVIII веке и, претерпев значительное развитие, достиг высокого совершенства.

Сущность процесса: заготовка обжимается (сдавливается), проходя в зазор между вращающимися валками, при этом, она уменьшается в своём поперечном сечении и увеличивается в длину. Форма поперечного сечения называется профилем.

Процесс прокатки обеспечивается силами трения между вращающимся инструментом и заготовкой, благодаря которым заготовка перемещается в зазоре между валками, одновременно деформируясь. В момент захвата металла со стороны каждого валка действуют на металл две силы: нормальная сила и касательная сила трения(рис. 10.1).

Рис. 10.1. Схема сил, действующих при прокатке

Угол – угол захвата, дуга, по которой валок соприкасается с прокатываемым металлом – дуга захвата, а объём металла между дугами захвата – очаг деформации.

Возможность осуществления прокатки определяется условием захвата металла валками или соотношением ,

где:– втягивающая сила - проекция силы тренияна горизонтальную ось;– выталкивающая сила – проекция нормальной реакции валковна горизонтальную ось.

При этом условии результирующая сила будет направлена в сторону движения металла.

Условие захвата металла можно выразить:

Выразив силу трения через нормальную силуи коэффициент трения:, и, подставив это выражение в условие захвата, получим:

или .

Таким образом, для захвата металла валками необходимо, чтобы коэффициент трения между валками и заготовкой был больше тангенса угла захвата.

Коэффициент трения можно увеличить применением насечки на валках.

При прокатке стали = 20…25 0 , при горячей прокатке листов и полос из цветных металлов –= 12…15 0 , при холодной прокатке листов –= 2…10 0 .

Степень деформации характеризуется показателями:

– абсолютное обжатие: (– начальная и конечная высоты заготовки);

относительное обжатие:

Площадь поперечного сечения заготовки всегда уменьшается. Поэтому для определения деформации (особенно когда обжатие по сечению различно) используют показатель, называемый вытяжкой (коэффициентом вытяжки).

где: – первоначальные длина и площадь поперечного сечения,– те же величины после прокатки.

Вытяжка обычно составляет 1,1…1,6 за проход, но может быть и больше.

Способы прокатки

Когда требуется высокая прочность и пластичность, применяют заготовки из сортового или специального проката. В процессе прокатки литые заготовки подвергают многократному обжатию в валках прокатных станов, в результате чего повышается плотность материала за сч¨т залечивания литейных дефектов, пористости, микротрещин. Это прида¨т заготовкам из проката высокую прочность и герметичность при небольшой их толщине.

Существуют три основных способа прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно – винтовая (рис.10.2).

Рис. 10.2. Схемы основных видов прокатки:

а – продольная; б – поперечная; в – поперечно – винтовая

При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис.10.2 а). Заготовка втягивается в зазор между валками за сч¨т сил трения. Этим способом изготавливается около 90 % проката: весь листовой и профильный прокат.

Поперечная прокатка (рис. 10.2.б). Оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения – в противоположном.

В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечивается профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят специальные периодические профили, изделия представляющие тела вращения – шары, оси, шестерни.

Поперечно – винтовая прокатка (рис. 10.2.в). Валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл получает ещё и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Применяется для получения пустотелых трубных заготовок.

В качестве инструмента для прокатки применяют валки прокатные , конструкция которых представлена на рис. 10.3. В зависимости от прокатываемого профиля валки могут быть гладкими (рис.10.3.а), применяемыми для прокатки листов, лент и т.п. и калиброванными (ручьевыми) (рис. 10.3.б) для получения сортового проката.

Ручей – профиль на боковой поверхности валка. Промежутки между ручьями называютсябуртами . Совокупность двух ручь¨в образует полость, называемуюкалибром , каждая пара валков образует несколько калибров. Система последовательно расположенных калибров, обеспечивающая получение требуемого профиля заданных размеров называетсякалибровкой .

Рис. 10.3. Прокатные валки: а – гладкий; б – калиброванный

Валки состоят из рабочей части – бочки 1 , шеек2 и трефы3 .

Шейки валков вращаются в подшипниках, которые, у одного из валков, могут перемещаться специальным нажимным механизмом для изменения расстояния между валками и регулирования взаимного расположения осей.

Трефа предназначена для соединения валка с муфтой или шпинделем.

Используются роликовые подшипники с низким коэффициентом трения, = 0,003…0,005, что обеспечивает большой срок службы.

Исходные заготовки для сортовых станов - блюмы - последовательно пропускают через ряд калибров. В зависимости от стадии процесса прокатки различают калибры обжимные (уменьшающие сечение заготовки), черновые (приближающие сечение заготовки к заданному профилю) и чистовые (дающие окончательный профиль). В качестве примера на рис. 7 показана система из 9 калибров для получения рельсов. После прокатки прутки разрезают на мерные заготовки и правят в холодном состоянии.

Рис. 7.

Производство листового проката.

Исходную заготовку - сляб - прокатывают (после второго нагрева) в толстый лист большей частью на станах с двумя рабочими клетями (черновой и чистовой), расположенными друг за другом. Перед черновой клетью сбивают окалину. Чистовая клеть кварто имеет рабочие валки меньшего диаметра, чем черновая. После прокатки листы правят и обрезают на заданные размеры.

Тонкие листы прокатывают в горячем и холодном состояниях. Горячую прокатку ведут на непрерывных многоклетьевых станах, имеющих 2 группы клетей (черновую и чистовую). Перед каждой группой в окалиноломателях очищают листы от окалины. Выходящий из чистовых клетей лист сматывается в рулон. Далее листы в рулонах передаются на отделочные операции (правку, разрезку и др.) или на дальнейшую холодную прокатку. С уменьшением толщины листов до определенной величины горячая прокатка сопровождается быстрым остыванием металла, растет сопротивление деформации и увеличиваются отходы металла в окалину из-за неизбежных частых подогревов. Поэтому листы тоньше 2 мм в горячем состоянии прокатывать сложно, и такие листы, как правило, получают холодной прокаткой, которая обеспечивает лучшее качество их поверхности и большую точность по толщине. Холоднокатаный лист катают из горячекатаного. Предварительно горячекатаный лист очищают от окалины травлением в кислотах и промывают. Прокатывают на непрерывных станах кварто и на многовалковых станах с применением смазки. Для снятия наклепа проводят промежуточный отжиг в печах с защитной атмосферой, после чего направляют на дальнейшую прокатку или на дрессировку (холодная прокатка с небольшим обжатием 0,5-5 % за один проход без смазки). В результате дрессировки повышается прочность, улучшается штампуемость и качество поверхности. Далее проводят отделочные операции: обрезка кромок, разрезка на мерные листы, нанесение антикоррозионных покрытий (цинк, олово, алюминий, пластмасса, лак), полирование и др.

Производство труб.

Бесшовные трубы. При прокатке бесшовных труб первой операцией является прошивка - образование отверстия в круглой заготовке. Прошивку выполняют в горячем состоянии на прошивных станах (схема поперечно-винтовой прокатки, рис. 8, двумя бочкообразными валками, оси которых расположены под углом (4-14°) друг к другу. Валки вращаются в одном и том же направлении. В результате этого заготовка 2 получает одновременно вращательное и поступательное движение. В зоне деформации заготовки преобладают радиальные растягивающие напряжения, что приводит к разрыхлению центральной части заготовки, образованию полости и облегчает прошивку отверстия оправкой 3, устанавливаемой на пути движения заготовки.

Вторую операцию - последующую прокатку полученной гильзы в трубу нужных диаметра и толщины стенки - производят на раскатных станах (схема продольной прокатки). Гильзу раскатывают между двумя валками 1 с последовательно расположенными круглыми калибрами и оправкой 2 (рис. 8). Оправку закрепляют на длинном стержне так, чтобы зазор между оправкой и калибром валка определял толщину стенки трубы. Перед прокаткой в следующем калибре трубу поворачивают на 90° . Бесшовные трубы по механическим, физическим, эксплуатационным свойствам превосходят литые и сварные, но значительно дороже.

Сварные трубы. Сварные трубы получают из плоской заготовки - ленты, называемой штрипсом , по следующей технологии: ленту сворачивают в трубу в формовочном непрерывном стане дуо с числом клетей от 5 до 12 (рис. 9).

Рис. 8.

При выходе из последней клети стана трубная заготовка поступает в электросварочный агрегат, где кромки трубы прижимаются друг к другу роликовыми электродами и свариваются. Далее трубу правят, калибруют, разрезают на мерные куски, производят другие отделочные операции. Кроме электросварки сопротивлением, применяют печную сварку, автоматическую электродуговую под флюсом, индукционную.

Рис. 9.

Рис. 10.

Проволочные станы бывают полунепрерывные и непрерывные и предназначены для прокатки проволоки-катанки диаметром 5-10 мм. Проволоку меньшего диаметра получают волочением.

Производство специальных видов проката

К специальным видам прокатки относят прокатку профилей периодического сечения, колес, шаров, колец и др. Периодические профили изготавливают, в основном, поперечной и поперечно-винтовой прокаткой. На рис. 10. показана схема стана поперечной прокатки.

Щуп 4 скользит по копировальной линейке 3, жестко связанной с кареткой 2 натяжного устройства. В зависимости от профиля копировальной линейки 3 рабочие валки 1 по мере ее движения сближаются или расходятся, изменяя соответственно диаметр прокатываемого профиля. Периодические профили применяют как фасонные заготовки для последующей штамповки и как заготовку под окончательную механическую обработку (полуоси автомобилей, ступенчатые валы и др.

На рис. 11, б дана схема стана поперечно-винтовой прокатки. Здесь валки 6 и 8 вращаются в одну и ту же сторону. Ручьи валков соответствующей формы сделаны по винтовой линии. Заготовка 5 при прокатке получает вращательное и поступательное движение; от вылета из валков она предохраняется центрирующими упорами 7. Такие станы используют для прокатки заготовок шаров и сферических роликов подшипников качения. На рис. 11 показана последовательность изготовления железнодорожного колеса.

Рис. 3.19.

Исходной заготовкой являются слитки или прокат круглого сечения. После нагрева заготовку осаживают на гидравлическом прессе и прошивают отверстие (рис. 11, а); затем на более мощном прессе формируют в штампе ступицу, диск и контур обода (рис. 11, б). Полученная заготовка поступает на колесопрокатный стан, где раскатывают диск, прилегающий к ободу, раскатывают обод и окончательно оформляют гребень на ободе колеса (рис. 11, в).

Производство гнутых профилей.

Горячей прокаткой фасонных профилей невозможно получить стенки с толщиной менее 2-3 мм. Фасонные тонкостенные профили, легкие, но жесткие, сложной конфигурации и большой длины, можно получить методом холодной гибки листового материала на специальных гибочных роликовых станах. Станы имеют 6-20 последовательно расположенных клетей непрерывного типа. В каждой паре гибочных роликов меняется форма листовой заготовки, постепенно приобретая к последней клети заданную форму (рис. 12).

Площадь сечения не меняется. Толщина заготовок из листовой стали или цветных металлов 0,3-20 мм, а максимальная ширина 600-2500 мм.

Рис. 12.

При одних и тех же прочностных свойствах гнутые профили на 25-40 % легче горячекатаных фасонных профилей, что обусловливает их широкое применение в автомобильной и авиационной промышленности, в машиностроении и строительстве (рис. 13).

Рис. 13. Основные виды гнутых профилей: а, г - профили с элементом двойной толщины; б - профили замкнутого типа; в - гофрированные профили

Прокатный стан - это совокупность привода, шестеренной клети, одной или нескольких рабочих клетей. Прокатные станы классифицируют по трем основным признакам: по числу и расположению валков; по числу и расположению рабочих клетей; по их назначению. Прокатка металла осуществляется при прохождении его между валками, вращающимися в разных направлениях. При прокатке металл обжимается, в результате чего толщина полосы уменьшается, а ее длина и ширина увеличиваются.

Технология прокатки включает:

• Подготовку слитков и заготовок к прокатке;
• Определение режима нагрева в зависимости от химического состава стали и сечения заготовки;
• Определение режима деформации (калибровка);
• Вопросы охлаждения стали после прокатки;
• Пооперационный и конечный контроль качества проката.

В процессе разливки стали в изложницы, нагрева и прокатки слитков и заготовок образуются поверхностные дефекты, которые должны быть удалены. Основными поверхностными дефектами слитков являются плены, образующиеся в результате разбрызгивания стали при разливке, трещины.

Поверхностные дефекты удаляют до (первый вариант) или после (второй вариант) прокатки.

Слитки, охлажденные перед посадкой в нагревательные колодцы, осматривают, и обнаруженные поверхностные дефекты удаляются.

С поверхности слитков, поступающих горячими для посадки в нагревательные колодцы, дефекты не удаляют перед прокаткой.

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству поверхности готового проката, принимают первый или второй вариант.

Глубина поверхностных дефектов на заготовках составляет 2-3 мм, и дефектный слой подлежит выборочному или сплошному удалению.

Применяют следующие способы удаления поверхностных дефектов:

• Сжигание на определенную глубину дефектного поверхностного слоя;
• Строжку, обдирку на токарных станках;
• Вырубку пневматическими зубилами и специальными машинами;
• Зачистку наждаками.

Для сжигания дефектного поверхностного слоя применяют автогенные резаки при выборочном удалении дефектов и машины огневой зачистки при сплошном удалении дефектной поверхности.

Как указывалось выше, основная масса слитков поступает в нагревательные колодцы в горячем состоянии, и, следовательно, перед прокаткой поверхностные дефекты удалить невозможно. В связи с этим современные обжимные прокатные станы оборудуют машинами огневой зачистки для сплошного удаления дефектов в потоке.

После окончания прокатки заготовки в горячем состоянии подаются в машины огневой зачистки, в которых одновременно со всех сторон газорежущими блоками cжигается слой металла толщиной 1,5-2,5 мм.

Подготовка широкополосной заготовки перед холодной прокаткой заключается в удалении окалины, образовавшейся на поверхности металла. Удаление окалины с поверхности полос углеродистых сталей осуществляется в растворе серной кислоты. Активный процесс растворения окалины происходит при содержании серной кислоты 26 % и температуре раствора ~ 95°С.

Травление горячекатаной широкополосной стали производят в непрерывных травильных агрегатах. Катанку и сортовой металл, предназначенный для дальнейшего волочения, травят в специальных баках.

Калибровка валков

Калибровкой решаются следующие задачи:

• Установление числа пропусков;
• Установление формы и размеров поперечного сечения полосы после каждого пропуска;
• Последовательность чередования форм полосы.

Прокаткой получают простые (круг, квадрат, полоса и др.) и сложные (рельсы, балки, уголки и др.) по форме виды проката.

Прокатка сортовой и листовой стали производится при большем или меньшем числе пропусков через валки.

При каждом пропуске через валки уменьшается площадь поперечного сечения полос и при необходимости придается грубая форма конечному прокату.

Прокатка листов и широкополосной стали производится на гладкой бочке валка. Калибровкой листовых валков определяется профиль образующей бочки.

При горячей прокатке бочка валков выполняется вогнутой, при холодной — выпуклой. Вогнутость компенсирует тепловое расширение бочки валка, выпуклость — прогиб валка от усилия прокатки.

Для получения необходимой формы проката на бочке валков сортовых прокатных станов нарезаются на вальцетокарных станках кольцевые проточки различной формы.

Кольцевая проточка на одном валке называется ручьем. Ручьи двух валков образуют калибр.

Форма калибров, используемая для получения проката простой формы, — квадрата, круга, показана на рис. 1 (в, е, ж).

Овальные калибры применяют в сочетании с квадратными и круглыми калибрами (рис. 1, 6, в и др.), ромбические калибры — в сочетании с квадратными калибрами (рис. 1, д).

Прямоугольные (ящичные) калибры (I, II) используют для вытяжки металла на блюмингах, непрерывных заготовочных станах и черновых клетях сортовых станов.

Рис. 1. Схема калибровки валков мелкосортного стана 250

В зависимости от назначения различают четыре группы калибров:

1. Вытяжные, служат для уменьшения площади поперечного сечения;
2. Подготовительные, производят дальнейшее уменьшение площади поперечного сечения и придают полосе грубую форму готового проката;
3. Предчистовые, производят дальнейшее уменьшение площади поперечного сечения и подготавливают получение конечной формы проката;
4. Чистовые, придают полосе окончательную форму.

Прокатка сортовой и листовой стали производится в несколько пропусков через валки. Распределение обжатий по пропускам производится с учетом усилия на валки, мощности главного электродвигателя, прочности деталей рабочей клети, условий захвата металла валками, пластичности металла.

При прокатке литого металла обжатие в первых проходах принимают небольшим, так как пластичность металла низка вследствие крупнозернистого строения. С учетом изложенных факторов добиваются возможно минимального числа пропусков. На рис. 1 схематично представлена калибровка валков мелкосортного стана 250.

В зависимости от площади поперечного сечения готового проката квадратная заготовка получает обжатие во всех 12 клетях (рис. 1, б, е), или только в восьми клетях при прокатке заготовки диаметром диаметром 18-19 мм (X, в). На валках первых двух клетей нарезаны ящичные калибры. На валках рабочих клетей III, IV, V, VI нарезаны ручьи калибров системы овал — квадрат.

На валках предчистовых и чистовых рабочих клетей нарезаны ручьи калибров, предназначенных для подготовки и получения круглого, квадратного и углового профилей.

Контроль технологического процесса

В процессе металлургического производства осуществляется плавочный контроль, контроль производственных процессов, а также готовой продукции. Плавочным контролем устанавливается соответствие слитков данной плавки техническим условиям: определяется качество стали, соответствие качества стали для проката определенной продукции. На основании результатов плавочного контроля назначается технология прокатки слитков данной плавки.

Контроль производственных процессов осуществляется на участках:

• Складирования слитков, заготовок;
• Нагрева перед прокаткой;
• Прокатки слитков на заготовку и заготовки на готовую продукцию;
• Резки, правки заготовок и готового проката;
• Охлаждения после горячей прокатки и термической обработки;
• Отделки, маркировки и сдачи готового проката.

Контроль производственных процессов осуществляется на основании технологических инструкций каждого участка.

Контроль готовой продукции устанавливает соответствие готового проката требованиям ГОСТа или техническим условиям: по физическим и механическим свойствам, по внутренним и поверхностным дефектам, по размерам и прямолинейности (плоскостности) проката и др.

Технологические схемы прокатного производства на металлургическом заводе

В зависимости от исходного материала на металлургических заводах применяют две схемы производства проката (рис. 2). При использовании в качестве исходного материала слитков 1 в технологической схеме предусматривается участок нагревательных колодцев и обжимного стана — блюминга или слябинга 2, 3.

Рис. 2. Схема производства проката

При использовании в качестве исходного материала блюмов или слябов технологический процесс начинается с заготовочных станов — непрерывного заготовочного стана 4 при сортовой прокатке или широкополосного стана горячей прокатки 5 при листовой прокатке.

Последующие технологические операции получения проката одинаковы для обеих схем. При производстве сортового проката заготовка поступает на крупносортные и среднесортные 9 станы, мелкосортные, проволочные 6 и штрипсовые 7 станы. Непосредственно из блюмов производится прокатка на рельсо-балочных и крупносортных станах 8. При листовом производстве заготовка поступает на одно- и многоклетевые станы холодной прокатки 10. На толстолистовых станах в качестве исходного материала используют слитки и слябы.

Производство блюмов

Блюмом называется квадратная заготовка со скругленными углами сечением до 400×400 мм.

В зависимости от сортамента блюмов, требуемой производительности применяют одноклетьевые двухвалковые реверсивные и многоклетьевые блюминги.

Рис. 3. План расположения оборудования блюминга 1300

Наибольшее распространение получили одноклетьевые блюминги.

Современным обжимным станом является мощный автоматизированный одноклетьевой блюминг с диаметром валков 1300-1500 мм. На рис. 3 показана схема расположения оборудования блюминга 1300. Слитки из сталеплавильного цеха подаются в пролет нагревательных колодцев 1 на платформах по железнодорожным путям. Нагретые до температуры прокатки слитки массой 10-15 т мостовым краном с клещевым захватом извлекаются из нагревательных колодцев и передаются на платформу слитковоза 2. Четыре слитковоза, непрерывно двигаясь по кольцевому пути, попеременно подходят к приемному рольгангу 3 блюминга. Очередной слитковоз автоматически останавливается параллельно приемному рольгангу, и слиток сталивается на ролики рольганга стационарным сталкивателем реечного типа. Подводящим и раскатным рольгангами 4 слиток транспортируется к рабочей клети блюминга. В линии подводящего рольганга установлен поворотный стол — весы, которым слиток автоматически взвешивается и при необходимости поворачивается в горизонтальной плоскости на 180°. Роликами рабочего рольганга слиток подводится к валкам рабочей клети 5.

Рис. 4. Калибровка валков блюминга

Рабочая клеть блюминга 1300 состоит из двух массивных стальных станин массой 105 т каждая. В узле станин на текстолитовых подшипниках смонтированы валки диаметром 1300 мм и длиной бочки 2800 мм, изготовленные ковкой из хромоникелевой стали. Установка зазора между валками обеспечивается винтовым нажимным механизмом с электромеханическим приводом, уравновешивание верхнего валка с подушками осуществляется рычажно-грузовым механизмом. Каждый валок приводится во вращение электродвигателем постоянного тока МП-110-65 мощностью 6800 кВт, 0—60—90 об/мин через универсальные шпиндели с вкладышами скольжения.

На рис. 4 показана калибровка валков блюминга. Прокатка слитка производится в первом широком калибре. По мере уменьшения сечения раскат передается в ящичные калибры II, III, IV (см. рис. 4). Если на блюминге прокатывают небольшое количество слябов, то первый калибр выполняют посередине валка для равномерного распределения усилия прокатки на левый и: правый подшипники. Заданную ширину (до 1000 мм) обеспечивают пропуском сляба на ребро через ящичные калибры. За 9-13 пропусков через валки слитки прокатываются в блюмы сечением 300×300—370×370 мм.

Кантовка раскатов перед нечетными пропусками и установка их по длине бочки валка против нужного калибра обеспечиваются крюковым кантователем, встроенным в линейку манипулятора, и манипуляторами, установленными с обеих сторон рабочей клети. Окалина, образовавшаяся на поверхности слитка в процессе нагрева, разрушается при первых пропусках через валки с небольшим обжатием и смывается водой. Под рабочей клетью имеется канал, по которому окалина потоком воды транспортируется в отстойную яму 6 (см. рис. 3). Прокатанные блюмы поступают на машину огневой зачистки 7, установленную после рабочей клети, и транспортным рольгангом передаются на участок ножниц 8.

На ножницах производится обрезь переднего и заднего концов блюма для удаления усадочной раковины и дефектных концевых участков, а также резка блюма на мерные длины. Обрезь при прокатке углеродистой кипящей стали составляет 3-5 %, при прокатке спокойной стали — до 17,5% от массы слитка. Обрезанные части блюмов попадают на конвейер, которым загружаются железнодорожные платформы.

Для исключения пересортицы производится клеймение блюмов и обрези. Зачищенные и обрезанные блюмы по рольгангу 9 поступают для дальнейшей прокатки на непрерывный заготовочный стан. На блюминге 1300 возможна прокатка слябов толщиной 100-200 мм и шириной до 1000 мм. Годовая производительность автоматизированного блюминга 1300 составляет 5,5-6 млн. т слитков. При специализированном листовом производстве в качестве обжимного стана устанавливается слябинг с диаметром валков 1150— 1250 мм. В рабочей клети слябинга предусмотрены вертикальные валки, которые обеспечивают обжатие по ширине. На слябинге прокатывают слитки массой до 30 т в слябы толщиной 150-300 мм и шириной 1000— 1550 мм. Производительность слябинга составляет 6,5 млн. т слитков в год.

Производство заготовок

Заготовочные станы предназначены для прокатки блюмов в заготовки сортовых, проволочных и трубопрокатных станов. В зависимости от специализации заготовочные станы прокатывают из блюмов сечением ЗООx300—370×370 мм: крупную сортовую заготовку квадратного сечения от 125×125 до 140×140 мм и блюмы сечением 200×200 мм; сортовую квадратную заготовку сечением от 80×80 до 120×120 мм; круглую заготовку диаметром 75-300 мм для трубопрокатных станов.

На рис. 5 показана схема расположения оборудования непрерывного заготовочного стана (НЗС) 900/700/500.
Блюмы без подогрева поступают на НЗС по рольгангу 1. НЗС состоит из трех групп рабочих клетей.

Рис. 5. План расположения оборудования НЗС 900/700/500

Номинальный диаметр валков по группам рабочих клетей равен: I — 900 мм, II — 700 мм и III — 500 мм. Перед II к III группами рабочих клетей установлены кантователи 2 и 6. В линии отводящего рольганга 3 установлены ножницы усилием 8 МН для резания заготовок сечением 120×120 мм. После третьей группы рабочих клетей заготовки сечением 60×60—80×80 мм поступают на холодильник 5. Как следует из рассмотренной схемы технологического процесса прокатки заготовки на НЗС 900/700/500, в каждой группе рабочих клетей прокатка осуществляется по принципу непрерывного процесса, и поэтому необходимо добиваться постоянства секундных объемов металла в группах клетей.

При калибровке валков НЗС определяется постоянная калибровки: C=FD p n(1+S h), где F — площадь поперечного сечения прокатываемой полосы; D p — рабочий диаметр валков; n — число оборотов валков; S h — опережение металлом валков.

Прокатка в непрерывных группах рабочих клетей без подпора или большого натяжения возможна только при равенстве постоянной калибровки всех клетей в каждой группе НЗС. Расстояние между группами рабочих клетей принимается несколько большим, чем длина раската, выходящего из последней клети предыдущей группы НЗС, и добиваться постоянства между группами клетей не требуется.

Регулирование постоянной калибровки осуществляют изменением числа оборотов валков. Гибкая регулировка числа оборотов валков обеспечивается индивидуальным приводом каждой рабочей клети. За последней клетью НЗС установлены летучие ножницы 4, которыми заготовки режутся на мерные длины 8-12 м.

Скорость выхода заготовок из третьей группы НЗС 5-7 м/с. Разрезанные заготовки собираются в пачки на пакетирующем рольганге и передаются на холодильники стана.

После остывания заготовки осматривают, производят удаление дефектов поверхности.

Годовая производительность НЗС 900/700/500 составляет ~ 5 млн. т.

На сортовых прокатных станах получают профили круглого сечения диаметром до 220 мм, квадратного сечения со стороной квадрата от 8 до 220 мм, прямоугольного сечения высотой от 4 до 60 мм и шириной от 12 до 350 мм, равнобокие и неравнобокие уголки с шириной полки от 16 до 250 мм, балки и швеллеры высотой до 300 мм, катанку диаметром 5-9 мм. Швеллеры и балки высотой до 600 мм прокатывают на рельсо-балочных станах и на специальных балочных прокатных станах высотой до 1000 мм, шириной полок до 420 мм.