Технология производства холоднокатаных листов из углеродистой стали

Исходным материалом для производства холоднокатаных полос и листов служат горячекатаные полосы толщиной 1,8 - 6,0 мм, поступающие в цех холодной прокатки в рулонах.

Конечной продукцией цехов холодной прокатки рассматриваемого типа являются листы и полосы толщиной 0,3 - 3,0 мм, шириной 2350 мм, из углеродистой стали обыкновенного и повышенного качества, а также из низколегированных сталей. Значительная часть листов и полос выпускается с защитными антикоррозионными покрытиями - цинковым, алюминиевым, полимерными и др.)

Поверхность исходных горячекатаных полос покрыта окалиной (оксидами). Если проводить холодную прокатку заготовок в таком состоянии, то окалина будет вдавливаться в металл, резко ухудшая качество его поверхности. Кроме того, окалина, обладая относительно высокой твердостью, способствует износу прокатных валков. Поэтому первой необходимой технологической операцией является удаление окалины с поверхности горячекатаных полос.

Существует ряд способов удаления окалины, однако широкое практическое применение получили два: химический и механический. Химический способ заключается: в растворении оксидов в кислотах; механический - в осуществлении пластической деформации, способствующей отлущиванию 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 травление горячекатаных полос в цехах холодной прокатки осуществлялось только в растворах серной кислоты; в настоящее время этот способ вытесняется солянокислотным травлением. Использование соляной кислоты в качестве травильной среды имеет ряд существенных преимуществ. Прежде всего, соляная кислота является более активной, чем серная, особенно по отношению к оксидам, что позволяет сократить время травления. Качество поверхности полос после обработки в соляной кислоте лучше, чем после работки в серной. Сокращается выделение водорода, в связи, с чем уменьшается опасность возникновения водородной хрупкости. Соляная кислота легче и полнее удаляется с поверхности полос в промывных ваннах. Большое значение имеет то обстоятельство, что образующиеся при травлении соли соляной кислоты достаточно легко даются термическому расщеплению на хлористый водород и оксиды железа. Оба этих продукта возвращаются в производство. Хлористый водород, растворяясь в воде, дает свежую соляную кислоту, а оксиды железа используются в порошковой металлургии и других отраслях промышленности.

В современных: крупных цехах холодной прокатки травление горячекатаных полос осуществляется в травильных агрегатах непрерывного действия (Приложение 1,рис 1). Каждый такой агрегат состоит из трех частей: головной, средней (технологической) и хвостовой. В головную часть входят разматыватель рулонов, окалиноломатель, правильная машина, гильотинные ножницы, машины для стыковой сварки или сшивки полос (позиции 1-8 на рис 1). Средняя (технологическая) часть агрегата включает дрессировочный стан или растяжную машину для дополнительного механического разрушения окалины, травильные и промывочные ванны, сушильное устройство (позиции 9-15). В хвостовой части aгpeгaтa находятся гильотинные и дисковые ножницы, промасливающее устройство, моталка (позиции 16-20).

Окалиноломатель 2, куда поступает полоса с разматывателя 1, действует по принципу двойного изгиба полосы вокруг роликов малого диаметра. При этом часть окалины удаляется (отлущивается), а другая часть остается на полосе, но растрескивается, что облегчает последующее травление.

Соединение полос с образованием непрерывной ленты осуществляется на стыкосварочной машине 6. Перед этим полосы проходят через правильную машину 4, их концы обрезаются на ножницах 5. После сварки грат (сварной валик) удаляется на установке 7. Для соединения полос из сталей, которые плохо поддаются сварке, используется сшивная машина 8.

Перед поступлением полосы в травильные ванны производится дополнительное механическое разрушение окалины. Для этого применяется дрессировочная клеть 11 (обжатие 2-5 %) или машина пластического растяжения (удлинение до 3 %). Затем следует основная операция - травление. Обычно в состав агрегата входят 4- 5 травильных ванн с каскадным расположением. Наиболее концентрированный, свежий раствор кислоты (например, 20- 23 % H₂SO 4) подается в последнюю по движению полосы ванну. По мере обеднения раствор переливaется в предыдущую ванну и т.д. В первой ванне концентрация раствора падает примерно до 10 %, после чего он направляется на регенерацию. Таким образом, травление ведется по принципу противотока. Из последней травильной ванны полоса поступает на промывку сначала в ванну 13 с холодной водой, а затем в ванну 14 с горячей. После этого полоса проходит через сушильное устройство 15, где она обдувается горячим воздухом.

В хвостовой части агрегата вырезают места сварки на ножницах 17 (с учетом необходимого укрупнения массы рулонов), обрезают боковые кромки полосы на дисковых ножницах 18, промасливают поверхности металла в устройстве 19, сматывают полосы в рулоны на моталке 21. Для получения рулонов заданной массы используются ножницы 20.

Протравленные и промасленные полосы в рулонах поступают на стан холодной прокатки. Чаще всего это четырех- или пятиклетевой непрерывный стан.

Рулоны цепным транспортером подаются в разматыватель стана. Передний конец полосы отгибается специальным устройством и задается в тянущие ролики, которые подводят полосу к валкам первой клети. Пройдя через все клети (с заданным обжатием), передний конец полосы попадает на барабан 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 переводят рабочую скорость. Когда прокатка рулона завершается и в разматывателе остается 2 - 3 витка полосы, скорость стана снова до заправочной. Если поступающие на стан рулоны составлены (сварены) из нескольких полос, то прокатка сварных швов также осуществляется на пониженной скорости (около 5 м/с).

На станах бесконечной прокатки концы полос свариваются, поэтому паузы при прокатке отсутствуют. Во время сварки полоса продолжает поступать в валки из петленакопителя. На этих станах скорость прокатки снижается лишь во время прохождения сварного шва, а также перед разрезкой полосы летучими ножницами и заправкой ее переднего конца на свободную моталку.

Суммарное обжатие при холодной прокатке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей в большинстве случаев находится в пределах 50- 80 %. Большое значение имеет распределение частных обжатий по клетям или проходам (на реверсивных станах); оно влияет на точность прокатки, загрузку оборудования, производительность стана. На практике применяются разные варианты распределения обжатий по клетям непрерывного стана.

Холодная прокатка полос всегда ведется с натяжением. Оно создается принудительно между всеми клетями за счет некоторого рассогласования чисел оборотов валков (по сравнению со свободной прокаткой). В последней клети непрерывного стана переднее натяжение создается действием моталки. На реверсивных станах моталки создают переднее и заднее натяжение.

Положительная роль натяжения заключается, во-первых, в том, что снижается давление металла на валки, и, во-вторых, обеспечивается получение более ровных полос. Однако применение слишком высоких натяжений опасно из-за возникновения разрывов полос при прокатке.

Следующий основной технологической операцией после прокатки - является отжиг, который необходим для устранения наклепа, полученного при холодной деформации, и восстановления пластических свойств металла. Температура нагрева металла (низкоуглеродистой стали) 650-720 ºС. С точки зрения структурных превращений отжиг является рекристаллизационным.

Отжиг осуществляется в колпаковых печах в рулонах (иногда в пачках) или в непрерывных агрегатах с протяжными печами. Наиболее широко распространены одностопные колпаковые печи. Схема такой печи показана в Приложении 2, рис 2.

На неподвижном стенде 1 устанавливается стопа из 3- 5 рулонов 2, которая накрывается муфелем З, изготовленным из жаропрочной стали. Внизу муфель герметизируется песочным затвором 4. Нагрев рулонов осуществляется с помощью переносного колпака 5, в нижней части которого по периметру расположены горелки 6. Колпак футерован легковесным огнеупорным кирпичом. Топливом для горелок, служит природный или коксовый газ, или смесь этих газов с доменным. Продукты сгорания омывают муфель З, нагревают его и через дымовые окна 7 отсасываются эжектором 8. Перед нагревом подмуфельное пространство, где расположены рулоны, заполняется защитным (нейтральным) газом, в качестве которого используется азото-водородная смесь (95- 97 % азота и 3- 5 % водорода). Защитный газ предотвращает окисление поверхности металла при нагреве. Отжиг в защитной атмосфере имеет особое название - светлый отжиг.

С целью выравнивания температуры металла по высоте стопы ускорения процесса нагрева вентилятором 10 осуществляется принудительная циркуляция защитного газа в подмуфельном пространстве. Для прохождения газа между рулонами устанавливаются конвекторные (ребристые) прокладки 11.

Ранее дрессировку проводили на сухих валках. Ныне доказано, лучшие результаты дает дрессировка с технологической смазкой. Изменение смазки (эмульсии) позволяет несколько снизить давление на валки и, самое главное, способствует удалению загрязнений с поверхности полос.

Иногда дрессировка является последней технологической операцией в цехе холодной прокатки. После дрессировки часть рулонов может отгружаться потребителям в неразделанном виде, но большая часть их поступает на разделочные агрегаты для поперечной и дольной резки на листы и более узкие полосы по заказам.