Федеральноеагентство по образованию
ГОУВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
Курсоваяработа на тему:
«Холоднаяпрокатка листов, полос и лент»
Студент И.С. Белавина
группы ЭУ-37021
Руководитель С.В. Харитонин
Екатеринбург
2009
Содержание
Введение…………………………………………………………………………… 3
1.Общая характеристика производства холоднокатаных листов. 4
2.Исходная заготовка и ее подготовка к прокатке. 5
3.Типы станов холодной прокатки. 12
3.1Общая характеристика листопрокатных станов. 12
3.1.1Рабочая клеть. 12
3.1.2Шестеренная клеть. 12
3.1.3Двигатель и редуктор. 13
3.1.4Прокатные валки. 13
3.2.Типы станов холодной прокатки. 14
4.Технология производства холоднокатаных листов из углеродистой стали. 16
5. Дефекты холоднокатаных листов,меры по их предотвращению… 22
6. Технико-экономическиепоказатели производства холоднокатаных листов и полос. 25
Библиографическийсписок. 28
Приложение1. 29
Приложение2. 30
Введение
Холодная прокатка по сравнению сгорячей имеет два больших преимущества: во-первых, она позволяет производитьлисты и полосы толщиной менее 0,8 — 1 мм, вплоть до нескольких микрон, чтогорячей каткой недостижимо; во-вторых, она обеспечивает получение продукцииболее высокого качества по всем показателям — точности размеров, отделкеповерхности, физико-механическим свойствам. Эти преимущества холодной прокаткиобусловили ее широкое использование, как в черной, так и в цветной металлургии.
Вместе с тем необходимо отметить, чтопроцессы холодной прокатки являются более энергоемкими, чем процессы горячейпрокатки. При холодной деформации металл упрочняется (наклепывается); в связи сэтим для восстановления пластических свойств приходится проводить отжиг.Технология производства холоднокатаных листов включает большое число переделов,требует применения сложного многообразного оборудования.
1.Общая характеристика производства холоднокатаных листов
В настоящее время доля холоднокатаныхлистов в общей массе тонколистового проката составляет около 50 %. Производствохолоднокатаных листов, полос и лент продолжает интенсивно развиваться. Основнуюмассу (примерно 80 %) холоднокатаных листов составляет низкоуглеродистаяконструкционная сталь толщиной 0,5 — 2,5 мм, длиной до 2300 мм. Такуютонколистовую сталь широко используют в автомобилестроении, поэтому часто ееназывают автолистом.
Методом холодной прокатки производятпочти всю жесть — продукцию, идущую в больших количествах для изготовленияпищевой тары, в частности консервных банок. Материалом для жести также служитнизкоуглеродистая сталь, но в большинстве случаев жесть выпускают с защитнымпокрытием, чаще всего — оловянным. Жесть прокатывают в виде полос толщиной0,07-0,5 мм, шириной до 1300 мм. К числу распространенных видов холоднокатанойпродукции также относятся: декапир — травленая и отожженная сталь, применяемаяпри производстве эмалированной посуды и других изделий с покрытиями; кровельныйлист (часто выпускается оцинкованным), низколегированные конструкционные стали.Особо следует отметить две важные группы легированных сталей — коррозионностойкую (нержавеющую) и электротехническую (динамную итрансформаторную).
В цветной металлургии холоднаяпрокатка применяется для получения тонких полос, листов и лент из алюминия иего сплавов, меди и ее сплавов, никеля, титана, цинка, свинца и многих другихметаллов. Наименьшую толщину имеет фольга. Например, алюминиевая фольгавыпускается в виде полос минимальной толщиной 0,005 мм, шириной до 1000-1500мм. Разнообразие сортамента холоднокатаной листовой продукции обеспечиваетсяприменением прокатных станов различной конструкции, с очень разнымитехническими характер тиками и уровнями производительности.
2.Исходная заготовка и ее подготовка к прокатке
При производстве прокатных изделийисходным материалом служат слитки и заготовки. Наиболее удобны при прокатке,нагреве и транспортировке слитки и заготовки квадратного и прямоугольногосечений. Поэтому для производства сортового проката чаще всего используютслитки и заготовки квадратного и близких к нему сечений, для прокатки листа — прямоугольного сечения. Производство бесшовных труб может выполнятьсянепосредственно из слитков и заготовок круглого сечения. По высоте слиткампридают некоторую конусность, значение которой принимается в зависимости отвида стали и способа разливки, формы поперечного сечения слитка и егоназначения. Так, слитки из углеродистых и низколегированных сталей отливают сконусностью менее 3 %, из высоколегированных сталей — с конусностью 3 — 6 %.
Масса и форма слитка определяютсявидом материала, типом и конструкцией прокатного стана, сортаментом получаемыхизделий и пр. На заготовочных станах прокатывают слитки массой до 1500 кг, наблюмингах — 3 -10 т и выше, на слябингах — 8 — 25 т. для специальных видовпроизводства применяют и более крупные слитки. При прокатке цветных металловразмеры слитков могут существенно различаться. Например, слитки алюминиевыхсплавов (Д1, Д16, АМг3 11 др.), получаемые полунепрерывным литьем, имеют массу1,4 — 7,45 т.
Качество самого слитка существенновлияет на свойства прокатных изделий. Слиток считается качественным, еслиусадочная раковина, рыхлость, ликвация, макроструктура, газовые пузыри,неметаллические включения и другие внутренние пороки находятся в допустимыхпределах, а поверхностные дефекты (трещины, плёны, завороты и пр.) отсутствуют.Практикой установлено, что получение стального слитка с высокими качественнымипоказателями тем труднее, чем больше масса слитка и выше степень легированияметалла. Это объясняется тем, что, во-первых, с увеличением массы слиткавозрастают несовершенства технологического процесса разливки, которые приводятк появлению поверхностных дефектов, во-вторых, большая масса слитка создаетменее благоприятные условия его кристаллизации из жидкой фазы, что приводит кхимической и структурной неоднородности, нарушению целостности (усадочныераковины, пористость, внутренние трещины). Строение слитка, его плотность,неравномерность механических свойств по сечению, неметаллические включения игазонасыщенность оказывают существенное влияние на свойства готового проката.Поэтому в цехах, производящих слитки, непрерывно совершенствуются и внедряютсяновые технологические процессы, способствующие уменьшению дефектов слитка. Так,весьма эффективные результаты дает разливка металла в вакууме. При этом заметноснижается его загрязнение неметаллическими включениями (в 2 — 5 раз), к лучшемуизменяются состав этих включений и распределение их по сечению слитка,уменьшается содержание газа в стали, особенно водорода.
Существенно улучшается качество сталипри рафинировании синтетическими шлаками. При этом снижается содержание серы (в2 -3 раза), кислорода (на 30 — 50%), неметаллических включений (в 2 -4 раза),уменьшается пораженность волосовинами (в 5 -10 раз), повышается ударнаявязкость, уменьшается склонность к хрупкому разрушению. Эффективным средствомот окисления металла при разливке является защита струи инертными газами,например аргоном. Защитная атмосфера снижает содержание кислорода (в 1,5 — 1,8раза) и неметаллических включений в стали. Слиток становится более плотным,улучшаются его пластические свойства. Все это повышает качество проката. Дляответственных изделий из некоторых сталей (шарикоподшипниковая,трансформаторная и др.) слитки массой до 10 т изготовляют электрошлаковымпереплавом, что обеспечивает высокую плотность слитка и низкое содержаниенеметаллических включений и газов. Изделия из такого металла обладают высокимиэксплуатационными показателями.
Однако полностью избежать появлениядефектов слитков не удается. Поэтому перед нагревом слитки следует осматривать,а поверхностные дефекты удалять. К сожалению, такая возможность существует невсегда. Надо помнить, что на металлургических заводах до 90 -95 % слитков сразупосле разливки в горячем состоянии поступают в нагревательные колодцы или печи,что практически исключает возможность тщательного осмотра слитков. Кроме того,близкозалегающие подкорковые пузыри, и неметаллические включения проявляютсялишь в процессе прокатки и могут быть обнаружены только на заготовках. Поэтомутехнологическая схема производства проката «слиток — полупродукт — готовыйпрокат» в данном случае является весьма целесообразной, так как дефекты слитка,в том числе и трудно обнаруживаемые, выявляются на полупродукте и могут бытьудалены. Это гарантирует получение прокатных изделий с необходимымикачественными показателями их поверхности.
Полупродукт или заготовка служитисходным материалом при производстве различных изделий на станах, производящихготовый прокат. К полупродукту относятся следующие виды проката:
1. Блюмы — заготовки квадратного илиблизкого к нему сечения, получаемые на блюминге или непрерывной разливкой.Сечения блюмов принимаются в пределах 400х400 -150х 150 мм. При этом следуетиметь в виду, что на ряде блюмингов получают фасонную (чаще всего разрезную)заготовку для прокатки крупных балок, швеллеров и других профилей.
2. Слябы — заготовки прямоугольногосечения, получаемые на слябинге, блюминге или непрерывной разливкой. Слябыимеют толщину от 50 до 300 мм, а ширину от 500 до 1800 мм и более.
3. 3аготовка — полупродуктквадратного или близкого к нему сечения размером от 150х 150 до 50х50 мм. Этотвид полупродукта прокатывают на заготовочных станах и получают непрерывнойразливкой, а в некоторых случаях при обработке легированных сталей и сплавов — ковкой.
4. Сутунка — листовая заготовка дляпрокатки листов штучным способом; имеет толщину от 6 до 50 мм и ширину от 150до 500 мм.
Подготовка заготовок к прокаткезаключается в удалении имеющихся на поверхности дефектов: плён, волосовин,трещин, неметаллических включений, закатов, подрезов, царапин. Все этовыявляется тщательным осмотром заготовок. При производстве легированных сталей,чтобы вскрыть и обнаружить невидимые из-за слоя окалины дефекты поверхности,производят травление металла в растворах кислот или очистку поверхности другимспособом.
Необходимость удаления поверхностныхдефектов на заготовках вызывается тем обстоятельством, что они, как правило, неустраняются в процессе последующей прокатки, а переходят на готовый продукт. Удалениедефектов, т. е. зачистка исходных материалов, полностью окупается увеличениемвыхода годных прокатных изделий. Поэтому на металлургических заводах до 70%заготовок из углеродистых сталей и до 100% из легированных подвергают зачистке.Удаление поверхностных дефектов на заготовках представляет собой весьматрудоемкую операцию. Поэтому на ряде металлургических заводов создаютспециальные участки подготовки металла к прокатке, где обычно занято от 40 до80% рабочих прокатного цеха.
Удаление поверхностных дефектовосуществляется различными способами в зависимости от вида зачищаемого дефекта,назначения и химического состава зачищаемого металла, стадий прокатного пределаи др.
Вырубка пневматическим зубиломвыполняется с использованием пневматических молотков различных типов. Удалениедефектов производится в направлении оси заготовки, так как при поперечнойвырубке такие дефекты, как трещины, зачеканиваются и становятся невидимыми.Канавка, получаемая при вырубке, должна быть достаточно пологой, а отношениеширины к глубине канавки принимается не менее 6. Меньшее соотношение ведет кпоявлению в процессе последующей прокатки складок и закатов на готовом изделии.Данный способ зачистки металла малопроизводителен, требует значительной затратыфизического труда. Однако он продолжает использоваться на металлургическихзаводах при выборочной зачистке дефектов, снятии заусенцев.
Зачистка абразивными кругами сразличными размером зерна и твердостью применяется при удалении сравнительномелких дефектов с поверхности металла, а также более крупных дефектов на стали,имеющей повышенную твердость. Обычно сталь повышенной твердости зачищаютсравнительно мягкими кругами, что предохраняет их от «засаливания», так какзатупленные зерна своевременно выкрашиваются и обнажаются новые более острые.При зачистке стали пониженной твердости используют более твердые круги, так какв данном случае необходимо иметь одновременный износ абразивного вещества ибакелитовой связки.
Удаление поверхностных дефектовнаждачными кругами производится в поперечном направлении, так как обнаружитьтрещины и волосовины при продольной чистке, т. е. в направлении залеганиясамого дефекта, значительно труднее.
Следует иметь в виду, что зачистканаждачными кругами при большой стружке может служить причиной появления такназываемых шлифовальных трещин. Это явление происходит из-за значительногоместного разогрева зачищаемого участка металла и затем интенсивного охлажденияего вследствие отвода теплоты в остальную массу металла, т. е. в результатедействия термических напряжений.
Зачистка металла абразивными кругамиприменяется в основном при производстве легированных дорогостоящих сталей, таккак только в этом случае данный способ удаления поверхностных дефектовстановится экономически целесообразным. Сам процесс зачистки малопроизводителен,трудоемок и требует все в большей мере применения механизированных станков,которые устраняют тяжелый ручной труд и позволяют использовать круги большеймассы, что значительно повышает производительность зачистки.
Огневая зачистка сводится к выжиганиюметалла вблизи поверхностного дефекта пламенем газокислородной смеси, при этомудаляется и сам дефект. В качестве горючих газов используют ацетилен,коксовальный и природный газ, пропан.
Сам процесс зачистки складывается издвух последовательных операций: нагрева металла до температуры воспламенения исжигания места дефекта в струе кислорода. При этом за доли секунды наповерхности металла температура повышается до 2500 — 31000С,интенсивно понижаясь при удалении от поверхности. Чтобы избежать появленияопасных термических напряжений, огневую зачистку производят на металле вподогретом состоянии, обычно до 250 — 600 ОС в зависимости отсклонности стали к образованию термических трещин.
Огневую зачистку выполняют ручным имашинным способами. Ручная зачистка с помощью газокислородных резаков, хотя именее производительная, позволяет выборочно удалять поверхностные дефекты.Скорость ручной зачистки обычно составляет 15 — 18 м/мин. Один рабочий огневойзачистки заменяет, по крайней мере, 15 вырубщиков, удаляющих дефектыпневматическими молотками.
Машинная огневая зачистка металлавыполняется как в потоке непосредственно на рольганге за блюмингом илислябингом, когда металл имеет еще высокую температуру, так и на складе. Машинаогневой зачистки в потоке устанавливается на пути движения металла к ножницам.В зависимости от сортамента и состояния поверхности раската наружный слойглубиной 0,5 — 3,5 мм сжигается по всей поверхности. После такой зачистки блюмыи слябы могут, минуя сортировку на складе, подаваться горячими в печи дляподогрева до температур последующей прокатки. Это значительно сокращает штатысклада заготовок и площади, занятые под складские помещения.
Существующие машины огневой зачисткив технологическом потоке и автоматическом режиме обеспечивают 100%-ную зачисткуметалла после блюмингов и слябингов. Их производительность 4 — 6 млн. т/год.Обычно скорость зачистки блюмов составляет 0,3 — 0,5 м/с, слябов — 0,4 — 0,75м/с.
На ряде заводов установлены машиныдля зачистки горячего металла в технологическом, потоке фрезами, которыеобеспечивают высокую производительность и достаточно качественную зачисткуодновременно всех сторон полупродукта.
Кроме рассмотренных способов удаленияповерхностных дефектов со слитков и заготовок применяют и другие, напримеробточку на специальных токарных станках, строжку, фрезерование в холодном иподогретом состоянии. Эти дорогостоящие способы зачистки поверхностиполупродукта применяются при получении сортового проката листов и труб изжаропрочных, нержавеющих и других высоколегированных сталей, в технологическомотношении очень сложных, к качеству поверхности которых предъявляются весьмавысокие требования.
При пластической обработке цветныхметаллов подготовке слитков и заготовок уделяется также весьма серьезноевнимание, причем помимо зачистки поверхности иногда применяют предварительнуютермическую обработку. Так, например, перед прокаткой слябы алюминиевых сплавов(типа Д16, В95), получаемых полу непрерывным литьем, подвергаютгомогенизирующему отжигу, проглаживают на двухвалковом стане с небольшимиобжатиями для выравнивания основных граней, правят в горячем состоянии нароликоправильной машине, подвергают горячей резке на необходимые длины ифрезеруют. Часто перед окончательной прокаткой слябов на листы их плакируютчистым алюминием так, что листовой дюралюминий имеет плакирующий слой на каждойстороне, который составляет 2 — 4 % общей толщины листа. Плакированиевыполняется в процессе горячей прокатки фрезерованного сляба, покрытого с обеихсторон листами чистого алюминия.
3. Типы станов холодной прокатки
3.1 Общая характеристика листопрокатных станов
Прокатным станом называюткомплекс машин и агрегатов, предназначенных для осуществления процесса прокаткиметалла, дальнейшей его обработки (правки, резки) и транспортирования.
Оборудование прокатногостана можно подразделить на 2 группы – основное, расположенное в рабочей линиистана, и вспомогательное, служащее для транспортирования и отделки прокатываемойполосы. Рабочая линия состоит из рабочей клети и линии привода, включающей вобщем случае двигатель, редуктор, шестеренную клеть и соединительные детали.Число клетей прокатного стана зависит от его назначения и у некоторых становдостигает нескольких десятков. Каждая клеть может иметь свою линию привода.
3.1.1 Рабочая клеть
Прокатные валкиустановлены в рабочей клети, которая воспринимает давление прокатки. По числувалков различают двух-, трех- и четырех — валковые (горизонтальные) клети.Существуют так же многовалковые клети (до 20 валков). Если направление вращениявалков может изменяться в процессе прокатки, клеть называют реверсивной. Есливалки вращаются в одном направлении, клеть нереверсивная. Рабочие клети,имеющие горизонтальные и вертикальные валки называют универсальными.
3.1.2 Шестеренная клеть
Для распределениякрутящего момента одного двигателя между несколькими рабочими валками служитшестеренная клеть. Это – редуктор, передаточное отношение которого равноединице, а роль шестерен выполняют шестеренные валки. Соединительные детали,посредством которых крутящий момент передается от шестеренной клети прокатнымвалкам, называют шпинделями. Концевые части шпинделей (головки) бывают различнойформы; наибольшее распространение получили шпиндели с универсальными итрефовыми головками. В основу конструкции универсальных шпинделей положенпринцип шарнира Гука, поэтому шпиндели могут передавать вращение и крутящиймомент под углом наклона до 8-10 градусов. Благодаря шарнирной конструкцииуниверсальные шпиндели могут работать плавно; вместе с тем они позволяютпередавать большие крутящие моменты, поэтому их применяют для привода валковкак листовых и сортовых станов, так и для обжимных, толстолистовых изаготовочных станов.
3.1.3 Двигатель и редуктор
Применяютэлектродвигатели постоянного и переменного тока синхронные и асинхронные.Двигатели постоянного тока устанавливают на реверсивных станах и станах сшироким диапазоном изменения числа оборотов валков, асинхронные двигателипеременного тока применяют, когда для работы прокатного стана не требуетсяизменение числа оборотов валков в широких пределах. Асинхронные двигатели срегулированием числа оборотов можно также применять аналогично двигателямпостоянного тока, а синхронные двигатели переменного тока – на станах спостоянным оборотом валков.
3.1.4 Прокатные валки
Прокатные валкилистопрокатных станов имеют гладкую бочку. Их устанавливают в клети на двухопорах (наиболее распространенные тип крепления валков). Основные части валка:
· Бочка –деформирующая часть валка;
· Шейка – служитопорными участками для установки валка в подшипниковых узлах;
· Концевые участки– предназначены для соединения со шпинделями и могут иметь различнуюконфигурацию в зависимости от конструкции шпинделя.
3.2 Типы станов холодной прокатки
Станы холодной прокаткистали и цветных металлов изготовляются следующих типов:
· листовые — дляштучной прокатки;
· листовые широкополосные— для рулонной прокатки;
· лентопрокатные —для прокатки ленты толщиной от 1 мкм до 4 мм и шириной от 20 до 600 мм,сматываемой после прокатки в бунты или рулоны;
· фольгопрокатные —для прокатки полосы толщиной менее 0,1 мм;
· плющильные — дляобжатия проволоки в узкую ленту; станы для холодной прокатки труб.
Холодная прокаткарулонной стальной полосы осуществляется на следующих станах:
· Непрерывныхчетырехвалковых: трех-, четырех-, пяти- и шестиклетевых с бочкой валков длиной500/2500 мм;
· Реверсивныхчетырехвалковых одноклетевых с бочкой валков длиной 200/2000 мм;
· Многовалковыхреверсивных (главным образом двадцативалковых) с бочкой валков длиной 1200/2000мм для прокатки тонких (0,1/0,5 мм) и весьма тонких полос (до 2 мкм), полос илент из легированных сталей и специальных сплавов.
Для дрессировки рулоннойстальной полосы (холодная прокатка с небольшими обжатиями в пределах 0,5/3,0%)применяют четырехвалковые станы: одноклетевые нереверсивные, одноклетевыереверсивные, двухклетевые нереверсивные.
Холодную прокатку полос илистов из алюминиевых сплавов осуществляют на реверсивных и нереверсивныходноклетевых четырехвалковых станах с бочкой валков длиной 1700/2800 мм или нанепрерывных станах (двух-, пятиклетевых) с бочкой валков той же длины. Холоднуюпрокатку алюминиевой фольги толщиной 5/15 мкм и шириной до 1000 мм ведут на реверсивных или нереверсивных фольгопрокатных станах.
При рулоннойпрокатке полос с обеих сторон рабочей клети устанавливаются намоточно-натяжныебарабаны — моталки, которые служат для разматывания рулонов перед подачейметалла в валки и сматывания при выходе из валков. Наиболее производительныелистовые станы — непрерывные; они также выгоднее в отношении использованиямоталок и др. вспомогательного оборудования. Моталки у непрерывных становрасполагаются только сзади, а спереди находятся механизмы для подачи рулонов,разматывания их и направления металла в валки первой рабочей клети.
4.Технология производства холоднокатаных листов из углеродистой стали
Исходным материалом для производствахолоднокатаных полос и листов служат горячекатаные полосы толщиной 1,8 — 6,0мм, поступающие в цех холодной прокатки в рулонах.
Конечной продукцией цехов холоднойпрокатки рассматриваемого типа являются листы и полосы толщиной 0,3 — 3,0 мм,шириной 2350 мм, из углеродистой стали обыкновенного и повышенного качества, атакже из низколегированных сталей. Значительная часть листов и полосвыпускается с защитными антикоррозионными покрытиями — цинковым, алюминиевым,полимерными и др.)
Поверхность исходных горячекатаныхполос покрыта окалиной (оксидами). Если проводить холодную прокатку заготовок втаком состоянии, то окалина будет вдавливаться в металл, резко ухудшая качествоего поверхности. Кроме того, окалина, обладая относительно высокой твердостью,способствует износу прокатных валков. Поэтому первой необходимойтехнологической операцией является удаление окалины с поверхности горячекатаныхполос.
Существует ряд способов удаленияокалины, однако широкое практическое применение получили два: химический имеханический. Химический способ заключается: в растворении оксидов в кислотах;механический — в осуществлении пластической деформации, способствующейотлущиванию окалины с поверхности полосы, или дробеметной (дробеструйной)обработке. В настоящее время оба эти способа часто применяются совместно,причем химический, называемый травлением, является основным, а механический –предварительным.
До середины 60-х годов травлениегорячекатаных полос в цехах холодной прокатки осуществлялось только в растворахсерной кислоты; в настоящее время этот способ вытесняется солянокислотнымтравлением. Использование соляной кислоты в качестве травильной среды имеет рядсущественных преимуществ. Прежде всего, соляная кислота является болееактивной, чем серная, особенно по отношению к оксидам, что позволяет сократитьвремя травления. Качество поверхности полос после обработки в соляной кислотелучше, чем после работки в серной. Сокращается выделение водорода, в связи, счем уменьшается опасность возникновения водородной хрупкости. Соляная кислоталегче и полнее удаляется с поверхности полос в промывных ваннах. Большоезначение имеет то обстоятельство, что образующиеся при травлении соли солянойкислоты достаточно легко даются термическому расщеплению на хлористый водород иоксиды железа. Оба этих продукта возвращаются в производство. Хлористыйводород, растворяясь в воде, дает свежую соляную кислоту, а оксиды железаиспользуются в порошковой металлургии и других отраслях промышленности.
В современных: крупных цехах холоднойпрокатки травление горячекатаных полос осуществляется в травильных агрегатахнепрерывного действия (Приложение 1, рис 1). Каждый такой агрегат состоит изтрех частей: головной, средней (технологической) и хвостовой. В головную частьвходят разматыватель рулонов, окалиноломатель, правильная машина, гильотинныеножницы, машины для стыковой сварки или сшивки полос (позиции 1-8 на рис 1).Средняя (технологическая) часть агрегата включает дрессировочный стан илирастяжную машину для дополнительного механического разрушения окалины,травильные и промывочные ванны, сушильное устройство (позиции 9-15). Вхвостовой части aгpeгaтa находятся гильотинные и дисковые ножницы,промасливающее устройство, моталка (позиции 16-20).
Окалиноломатель 2, куда поступаетполоса с разматывателя 1, действует по принципу двойного изгиба полосы вокругроликов малого диаметра. При этом часть окалины удаляется (отлущивается), адругая часть остается на полосе, но растрескивается, что облегчает последующеетравление.
Соединение полос с образованиемнепрерывной ленты осуществляется на стыкосварочной машине 6. Перед этим полосыпроходят через правильную машину 4, их концы обрезаются на ножницах 5. Послесварки грат (сварной валик) удаляется на установке 7. Для соединения полос изсталей, которые плохо поддаются сварке, используется сшивная машина 8.
Перед поступлением полосы втравильные ванны производится дополнительное механическое разрушение окалины.Для этого применяется дрессировочная клеть 11 (обжатие 2-5 %) или машинапластического растяжения (удлинение до 3 %). Затем следует основная операция — травление. Обычно в состав агрегата входят 4- 5 травильных ванн с каскаднымрасположением. Наиболее концентрированный, свежий раствор кислоты (например,20- 23 % H2SO 4) подается в последнюю по движению полосы ванну. Помере обеднения раствор переливaется в предыдущую ванну и т.д. В первой ваннеконцентрация раствора падает примерно до 10 %, после чего он направляется нарегенерацию. Таким образом, травление ведется по принципу противотока. Изпоследней травильной ванны полоса поступает на промывку сначала в ванну 13 схолодной водой, а затем в ванну 14 с горячей. После этого полоса проходит черезсушильное устройство 15, где она обдувается горячим воздухом.
В хвостовой части агрегата вырезаютместа сварки на ножницах 17 (с учетом необходимого укрупнения массы рулонов),обрезают боковые кромки полосы на дисковых ножницах 18, промасливаютповерхности металла в устройстве 19, сматывают полосы в рулоны на моталке 21.Для получения рулонов заданной массы используются ножницы 20.
Протравленные и промасленные полосы врулонах поступают на стан холодной прокатки. Чаще всего это четырех- илипятиклетевой непрерывный стан.
Рулоны цепным транспортером подаютсяв разматыватель стана. Передний конец полосы отгибается специальным устройствоми задается в тянущие ролики, которые подводят полосу к валкам первой клети.Пройдя через все клети (с заданным обжатием), передний конец полосы попадает набарабан моталки. С помощью захлестывателя начинается намотка полосы на барабан.Все указанные начальные операции выполняются на малой, заправочной скорости(0,5- 2,0 м/с). После намотки на барабан 3-4 витков полосы стан переводятрабочую скорость. Когда прокатка рулона завершается и в разматывателе остается2 — 3 витка полосы, скорость стана снова до заправочной. Если поступающие настан рулоны составлены (сварены) из нескольких полос, то прокатка сварных швовтакже осуществляется на пониженной скорости (около 5 м/с).
На станах бесконечной прокатки концыполос свариваются, поэтому паузы при прокатке отсутствуют. Во время сваркиполоса продолжает поступать в валки из петленакопителя. На этих станах скоростьпрокатки снижается лишь во время прохождения сварного шва, а также передразрезкой полосы летучими ножницами и заправкой ее переднего конца на свободнуюмоталку.
Суммарное обжатие при холоднойпрокатке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей в большинствеслучаев находится в пределах 50- 80 %. Большое значение имеет распределениечастных обжатий по клетям или проходам (на реверсивных станах); оно влияет наточность прокатки, загрузку оборудования, производительность стана. На практикеприменяются разные варианты распределения обжатий по клетям непрерывного стана.
Холодная прокатка полос всегдаведется с натяжением. Оно создается принудительно между всеми клетями за счетнекоторого рассогласования чисел оборотов валков (по сравнению со свободнойпрокаткой). В последней клети непрерывного стана переднее натяжение создаетсядействием моталки. На реверсивных станах моталки создают переднее и заднеенатяжение.
Положительная роль натяжениязаключается, во-первых, в том, что снижается давление металла на валки, и,во-вторых, обеспечивается получение более ровных полос. Однако применениеслишком высоких натяжений опасно из-за возникновения разрывов полос припрокатке.
Следующий основной технологическойоперацией после прокатки — является отжиг, который необходим для устранениянаклепа, полученного при холодной деформации, и восстановления пластическихсвойств металла. Температура нагрева металла (низкоуглеродистой стали) 650-720ºС. С точки зрения структурных превращений отжиг являетсярекристаллизационным.
Отжиг осуществляется в колпаковыхпечах в рулонах (иногда в пачках) или в непрерывных агрегатах с протяжнымипечами. Наиболее широко распространены одностопные колпаковые печи. Схема такойпечи показана в Приложении 2, рис 2.
На неподвижном стенде 1устанавливается стопа из 3- 5 рулонов 2, которая накрывается муфелем З,изготовленным из жаропрочной стали. Внизу муфель герметизируется песочнымзатвором 4. Нагрев рулонов осуществляется с помощью переносного колпака 5, внижней части которого по периметру расположены горелки 6. Колпак футерованлегковесным огнеупорным кирпичом. Топливом для горелок, служит природный иликоксовый газ, или смесь этих газов с доменным. Продукты сгорания омывают муфельЗ, нагревают его и через дымовые окна 7 отсасываются эжектором 8. Переднагревом подмуфельное пространство, где расположены рулоны, заполняетсязащитным (нейтральным) газом, в качестве которого используется азото-водороднаясмесь (95- 97 % азота и 3- 5 % водорода). Защитный газ предотвращает окислениеповерхности металла при нагреве. Отжиг в защитной атмосфере имеет особоеназвание — светлый отжиг.
С целью выравнивания температурыметалла по высоте стопы ускорения процесса нагрева вентилятором 10осуществляется принудительная циркуляция защитного газа в подмуфельномпространстве. Для прохождения газа между рулонами устанавливаются конвекторные(ребристые) прокладки 11.
Ранее дрессировку проводили на сухихвалках. Ныне доказано, лучшие результаты дает дрессировка с технологическойсмазкой. Изменение смазки (эмульсии) позволяет несколько снизить давление навалки и, самое главное, способствует удалению загрязнений с поверхности полос.
Иногда дрессировка является последнейтехнологической операцией в цехе холодной прокатки. После дрессировки частьрулонов может отгружаться потребителям в неразделанном виде, но большая частьих поступает на разделочные агрегаты для поперечной и дольной резки на листы иболее узкие полосы по заказам.
5. Дефектыхолоднокатаных листов, меры по их предотвращению
В зависимостиот назначения холоднокатаной стали, к ней предъявляют различные требования, втом числе требование соответствующей отделки ее поверхности. Эти требованияоговорены соответствующими стандартами и техническими условиями. В ряде случаевхарактеристика поверхности листов устанавливается эталонами, согласованнымимежду поставщиком и заказчиком. Высокое качество поверхности холоднокатаногометалла во многом предопределяется состоянием поверхности подката.
Виды дефектовхолоднокатаных листов и полос очень многочисленны. Некоторые из них специфичны,т.е. относятся только к какому-либо конкретному виду продукции. Например, припроизводстве листов с покрытиями большое место в отбраковке занимают дефектыпокрытий. Отдельные виды продукции имеют классификаторы дефектов, включающие30-40 и более наименований. Ниже рассмотрены только самые типичные видыдефектов, причем многие из них свойственны как холоднокатаным, так игорячекатаным листам.
1.Несоблюдение точности размеров и формы листов и полос.
Посколькухолоднокатаные листы в основной массе значительно тоньше, чем горячекатаные, напервый план выходят такие дефекты, как поперечная и продольная различнаятолщина листа, волнистость, коробоватость. Предупреждение их достигается оптимальнойпрофилировкой валков, применением противоизгиба, введением автоматическогоуправления процессом прокатки.
2. Нарушениецелостности металла.
Основнойпричиной возникновения дефектов такого рода (дыры, трещины, рваная кромка,плены, расслоения и др.) является плохое качество металла исходнойгорячекатаной заготовки. Вместе с тем некоторые дефекты типа нарушенияцелостности могут возникать в результате неправильного осуществления процессапрокатки. При задаче в валки коробоватых полос, когда имеется тенденция кобразованию продольной складки, в зоне деформации одна часть полосы смещаетсяотносительно другой части. На поверхности металла проступают светлые линии,расположенные под некоторым углом к направлению прокатки. Такой дефектназывается порезом (или «елкой», если линии располагаются симметрично впродольном направлении). Причиной возникновения этого нередкого дефектаявляется неудачно подобранная профилировка валков, неравномерное распределениеобжатия по ширине полосы.
3. Дефектыповерхности листов и полос относятся к числу наиболее распространенных. Онивозникают на разных переделах. При травлении горячекатаных полос возможнынедотрав и перетрав. В первом случае на поверхности полосы остаются темныеполосы или пятна нестравленной окалины; во втором — поверхность металлаполучается грубо шероховатой, разъеденной кислотным раствором. Появление этихдефектов требует изменения режима травления. В процессе прокатки на поверхностиполос иногда образуются углубления (надавы) или выступы (бугорки). Отпечатки ввиде надавов разных форм и размеров обычно появляются вследствие навариваниячастиц металла на поверхность валков. В этом случае необходима зачисткаповерхности валков, например наждачной шкуркой или абразивным бруском. Бугоркиобразуются при наличии на поверхности валков вмятин или раковин (отвыкрошивания). Валки с грубыми дефектами поверхности должны быть заменены.
Распространеннымвидом повреждения холоднокатаных листов и полос является вкатаннаяметаллическая крошка. Дефект возникает в результате попадания кусочков металлана поверхность прокатываемой полосы. Часто кусочки металла отрываются с кромокполосы, когда на кромках имеются трещины или заусенцы.
Присоприкосновении металла с острыми краями проводковой арматуры, притранспортировке и других операциях на поверхности полос образуются риски ицарапины. Эти дефекты также могут возникать в результате относительногосмещения витков полосы в рулоне при его намотке, размотке и перемещении. Некоторыевиды поверхностных дефектов образуются при отжиге холоднокатаного металла. Так,при наличии на поверхности металла после прокатки значительных остатковтехнологической смазки (эмульсии) возможно появление при отжиге темных пятен иразводов, располагающихся в основном вблизи кромок полос или листов. Этотдефект часто называют пригаром эмульсии. Для его предотвращения следуетизбегать применения слишком концентрированных эмульсий и в максимальной степениудалять остатки смазки с поверхности полос после прокатки, что достигаетсясдуванием или другими метолами.
4. Отклоненияпо структуре и физико-механическим свойствам металла зависят главным образом отвыполнения предписанных режимов термической обработки. Вместе с тем следуетиметь в виду большое влияние режимов деформации, которые должны быть выбраны сучетом конечных свойств металла.
6. Технико-экономические показатели производствахолоднокатаных листов и полос
Производительностьстанов холодной прокатки зависит от сортамента прокатываемых полос, скоростипрокатки, массы рулонов и количества сварных швов в них, длительности простоевстана и других факторов. Большое влияние на производительность оказываетстепень автоматизации станов.
Практическивозможная часовая производительность определяется по общей формуле. Подвеличиной G в данном случае следует понимать массу рулона. Коэффициентиспользования стана Ки составляет 0,85-0,90. Такт прокатки Т можно представитькак сумму машинного времени Tм и времени пауз Тп. При определении машинноговремени Тм необходимо учитывать изменение скорости на протяжении прокаткирулона. Как отмечалось ранее, на непрерывных станах скорость снижается в периодзаправки полосы и выдачи заднего конца, а также при прохождении сварных швов. Например,при прокатке на непрерывном стане двойных рулонов в соответствии с диаграммой(циклограммой) на рис. 182 машинное время будет Тм = Т1 + Т2 + Т3 + Т4+ Т5 + Т6+ Т7 + Т8. Время паузы Тп = Т9.
/>
При прокаткена реверсивных станах часовая производительность определяется по формуле:
где Тм — сумма машинного времени во всех проходах; Тв — сумма времени вспомогательныхопераций; Тп — сумма времени пауз между проходами.
Нижеприведены практические данные по часовой производительности основных типовстанов при холодной прокатке углеродистых конструкционных сталей и жести:
Тип стана Производительность,т/ч
Непрерывный,4-или 5-клетевой....……………..........150-500
Бесконечнойпрокатки, 5-клетевой .........…………....250-800
Непрерывный,5- или 6-клетевой жестепрокатный ..50-200
Одноклетевыйреверсивный кварто.........…………....30-100
Большойразбег в значениях часовой производительности для станов одного и того же типаобъясняется сильной зависимостью этого показателя от толщины и шириныпрокатываемых полос. При прокатке специальных сталей и цветных металловпроизводительность значительно, часто в несколько раз, ниже, чем при прокаткеуглеродистых сталей. Например, при прокатке широкополосной нержавеющей стали нареверсивных многовалковых станах производительность составляет примерно 5-15т/ч.
Фактическоечисло часов работы в году, необходимое для расчета годовой производительности,для большинства станов холодной прокатки находится в пределах 7000-7500; вотдельных случаях оно бывает меньше, порядка 6000-6500 ч.
Показателирасходе металла, других материалов и энергоносителей существенно зависят отвида продукции, типа прокатного стана и принятой технологии на всех переделах.При производстве распространенных видов холоднокатаных листов и полос расходныйкоэффициент металла Крм (от горячекатаной заготовки) составляет:
Вид продукции
Полосы илисты из углеродистой и низколегированной стали..1,06-1,11
Жесть белаяэлектролитического лужения ..........…………… 1,08-1,13
Электротехническаясталь ......................……………………… До 1,37
Расходэлектроэнергии при прокатке углеродистой стали, жести и электротехническойстали соответственно составляет: 90-120, 250-400 и 400-550 кВт-ч/т. Эти данные включаютзатраты электроэнергии на термообработку и отделку металла.
Расход теплана термообработку углеродистой стали составляет 0,96-1,1 МДж/т.
Расходкислоты на травление существенно зависит от вида применяемой кислоты.
Присернокислотном травлении на 1 т горячекатаных полос расходуется 10-15 кг H2SO4 (концентрацией 96%); при солянокислотном, с учетом регенерации — 2-3 кг НС1 (концентрацией 33 %). В этом проявляется одно из преимуществ солянокислотного травления.
Расход валков(рабочих) на 1т проката составляет: на непрерывных и реверсивных станах кварто0,6-1,5 кг, на многовалковых станах 0,5— 0,6 кг, на дрессировочных ставах 0,1—0,2 кг. Расход опорных валков примерно в 1,5 раза ниже, чем рабочих.
Основнуючасть себестоимости холоднокатаных листов и полос, как и горячекатаных,составляет стоимость исходной заготовки. Расход по переделу в цехе холоднойпрокатки в большинстве случаев находятся в пределах10-20% себестоимости.
Библиографический список
1. «Технологияпроцессов обработки металлов давлением» П.Н. Полухин, А. Хензель, В.П Полухин идр., М: Металлургия 1988, 408 с;
2. «Технологияпрокатного производства» А.П. Грудев, Л.Ф. Машкин, М.И. Ханин, М: Металлургия1994, 651 с:
3. «Прокатноепроизводство» П.И. Полухин, Н.М. Федосов, А.А. Королев, Ю.М. Матвеев, М:Металлургия 1982, 696 с
4. «Обработкаметаллов давлением» Ю.Ф. Шевакин, В.Н. Чернышев, Н.А. Мочалов, М: ИнтерметИнжиринг 2005, 496 с.
Приложение 1
/>
Приложение 2
/>
Рис. 2 Схема дляодностопной колпаковой печи для отжига рулонов
1- стенд; 2- стопарулонов; 3- муфтель; 4- песочный затвор; 5- песочный нагревательный колпак; 6-инжекционная горелка; 7- дымовое окно; 8- эжектор; 9- труба для подачизащитного газа; 10- вентилятор; 11- конвекторная прокладка; 12- труба длявыхода защитного газа.