Лист 40 мм (149 об.)

Прокатка толстых листов

В развитии толстолистовых станов можно выделить три основных этапа. Первый этап (до середины 50-х годов) - строительство одно-клетевых и двухклетевых толстолистовых станов с двухвалковыми реверсивными и трехвалковыми клетями. На втором этапе (до начала 70-х годов) - преимущественно строились двухклетевые станы с двухвалковой и четырехвалковой клетями с длиной бочки валков 2250 - 2800 мм. Третий этап (до настоящего времени) характеризуется созданием толстолистовых станов, имеющих в своем составе две четырехвалковые клети 3000 - 5500 и нередко мощную клеть с вертикальными валками (при необходимости устанавливают одноклетевые станы).

Характерной тенденцией развития толстолистовых станов является рост ширины прокатываемых стальных листов, достигшей 5300 мм. Это обусловлено потребностями отраслей промышленности, производящих трубы большого диаметра, крупные суда, теплоэнергетические установки, ядерные реакторы и т.п. Длина раскатов достигла 60 м и в перспективе возрастет до 80-100 м, толщина прокатываемых стальных листов (плит) увеличилась до 500 мм.

В качестве рабочих клетей станов применяют реверсивные двух- и четырехвалковые клети (они могут быть универсальными), трехвалковые клети с неприводным средним валком меньшего диаметра (трио Лаута) и отдельно стоящие клети с вертикальными валками.

Двух- и трехвалковые клети в силу присущих им недостатков при строительстве новых толстолистовых станов не устанавливают (иногда двухвалковые клети применяют в качестве горизонтальных окалиноломателей). Современные станы оснащаются четырехвалковыми клетями, характеризующимися большей жесткостью по сравнению с другими типами клетей, что способствует повышению точности и улучшению плоскостности прокатываемых листов.

За последние 10-14 лет диаметры рабочих валков увеличились с 1000 до 1200 мм, а опорных с 1800 до 2400 мм, поперечные сечения стоек станин с 8000 до 12000 см² и масса станин с 200 до 440 т. При этом модуль жесткости возрос от 5 до 12 МН/мм, а максимально допустимая сила прокатки от 40 до 120 МН. Суммарная мощность главных приводных двигателей достигла 24000 кВт, а номинальный момент двигателей - 3000 кН - м.

Применение универсальных клетей в качестве чистовых на двухклетевых станах не получило распространения из-за потери устойчивости листов при обжатии в вертикальных валках. Их применение эффективно при прокатке листов с отношением ширины к толщине менее 60 - 70, что в большей степени соответствует условиям прокатки полосовой стали на универсальных станах.

Клети с вертикальными валками применяют в качестве окалиноломателей; они служат также для выравнивания разноширинности слябов и раскатов, для профилирования слябов (переменного по длине обжатия) и других схем их прокатки с целью получения раскатов с формой в плане, близкой к прямоугольной, и снижения обрези металла. На толстолистовых станах, использующих в качестве заготовок только непрерывнолитые слябы, клети с вертикальными валками устанавливают не всегда. Однако реализуемые с помощью вертикальных клетей возможности воздействия на форму и ширину раската обусловили установку на ряде современных толстолистовых станов вертикальных клетей с силой прокатки 3 - 4 МН, а на станах, прокатывающих слитки или кованые слябы, - мощных вертикальных клетей с максимальной силой прокатки до 11 МН и мощностью привода 9000 кВт и более. За счет устранения конусности слитков и улучшения формы раскатов обеспечивается снижение расхода металла за счет уменьшения обрези до 3 %.

Современные станы по производству толстого листа 40 и более мм оснащаются мощными установками для термообработки, средствами и агрегатами для дополнительных отделочных и других технологических операций, что повышает требования к технологическому уровню основного и вспомогательного оборудования и его рациональному размещению.

Для прокатки толстых листов достаточно широко применяются одно-клетевые станы. Одноклетевые толстолистовые станы (трио Лаута), прокатывающие листы толщиной 4-32 мм, еще имеются на старых металлургических заводах. Длина бочки валков этих станов обычно составляет 1800 - 3850 мм; диаметры приводных валков 650 - 1000 мм, среднего неприводного валка - 450 - 780 мм. Валки приводятся от электродвигателя, переменного тока, как правило, через редуктор, на быстроходном валу которого устанавливают маховик, и шестеренную клеть. Скорость прокатки 2,5 - 3,5 м/с. Такие станы в настоящее время не строятся. Часть существующих станов реконструируется, другие выводятся из эксплуатации.

В составе современных одноклетевых толстолистовых станов, как правило, одна четырехвалковая клеть и клеть с вертикальными валками.

Необходимость обеспечить производство листового проката разнообразного сортамента при минимальных капитальных затратах, а также желание более полно загрузить оборудование привели к созданию за рубежом комбинированных толстолистовых станов. Конструкции и системы станов различны и прежде всего зависят от их назначения. Одни из них предназначены для прокатки слябов и толстых листов, другие -для прокатки только толстых листов различных размеров.

На некоторых станах предусмотрена возможность превращения их из двух- в четырехвалковые и наоборот с применением валков, имеющих различную длину бочки. Это достигается применением специальных устройств или смещением станин вдоль оси валков.

Один из крупнейших в мире комбинированный обжимно-листовой стан 4300 установлен на заводе фирмы "Сумитомо Киндзоку Когё" (Вакаяма, Япония). Рабочая клеть рассчитана на установку комплекта четырех валков с диаметром рабочих валков 1020 мм и опорных 1800 мм, имеющих длину бочки 4300 мм. Комплект двух валков с диаметром 1230 мм и длиной бочки 3000 мм размещается в клети с применением специальной кассеты. По варианту двухвалкового стана прокатывают слитки массой до 25 т в слябы с размерами сечения 100 - 400 х 1200 - 1800 мм. По варианту четырехвалкового прокатывают толстые листы и плиты толщиной 6 -150 мм, шириной 1200 - 40000 мм и длиной до 30 м. Мощность приводных двигателей 2 х 3680 кВт.

Крупнейший толстолистовой стан, оснащенный реверсивной четырехвалковой клетью с раздвижными станинами 4065 - 5335, установлен на заводе фирмы "United States Steel" в Гейри (США). Стан предназначен для прокатки листов и плит толщиной 4,7 - 380 мм, шириной 760 -- 5080 мм длиной до 29 м и массой до 27,62 т из углеродистых и легированных сталей. Диаметр рабочих валков 1000 мм, опорных - 1800 мм. Мощность приводных двигателей 2 х 4470 кВт. В зависимости от ширины прокатываемых листов валки устанавливаемого комплекта могут иметь длину бочки 4065 или 5335 мм.

Строительство комбинированных станов целесообразно в случае необходимости прокатки партий толстолистовой стали широкого сортамента. В условиях СССР строительство таких станов нецелесообразно. Более эффективным является применение специализированных станов.

Следует подчеркнуть, что почти все новые толстолистовые станы проектируют как двухклетевые. С пуском первой очереди станов (вводом в эксплуатацию части оборудования, включая черновую или чистовую клеть) определенное время они работают как одноклетевые, используя в качестве заготовок слитки (если в первую очередь установлена черновая клеть) или слябы (при установке чистовой клети).

Примером такого решения являются толстолистовые станы 5500, введенные в эксплуатацию в конце семидесятых годов на трех металлургических заводах Японии. Станы имеют сходную конструкцию, оборудованы системами управления и контроля с применением ЭВМ, являются наиболее современными, обеспечивающими производство толстых листов широкого сортамента и высокого качества.

Оборудование стана 5500, установленного на заводе фирмы "Кавасаки сэйтэцу" в г. Мидзусиме, расположено в двух основных параллельных пролетах, передаточным звеном между которыми является двухсекционный холодильник. В качестве заготовок используют слябы с толщиной 100 - 300 мм, шириной 1000 - 2400 мм и длиной 2,7 - 4,7 м с максимальной массой 26,2 т. Стан предназначен для прокатки листов и плит толщиной 4,5 - 300 мм (после установки черновой клети и освоения прокатки слитков), шириной 5350 мм и длиной до 57 м.

Первая очередь стана (годовая производительность 1,2 млн.т) включает склад слябов, две методические шестизонные печи с шагающими балками производительностью 220 т/ч каждая, три камерные печи производительностью 10 т/ч каждая, установку гидросбива окалины с давлением воды 17 МПа, чистовую четырехвалковую клеть с диаметрами рабочих и опорных валков 1200 мм и 2400 мм соответственно и длиной бочки 5500 мм, роликоправильную машину горячей правки, холодильник шагающего типа с площадью секций 2520 м² и 4360 м², скрапные ножницы, кромкообрезные ножницы, ножницы продольной и поперечной резки, роликоправильную машину холодной правки и другое вспомогательное оборудование.

В состав оборудования второй очереди входят: черновая четырехвалковая клеть, линия резки толстых листов № 2, линия газовой резки плит, линия термообработки листов, линия дробеструйной очистки.

Стан рассчитан на прокатку по обычной технологии и по контролируемому режиму с максимальной силой прокатки до 100 МН. Модуль жесткости клети 12 МН/мм. Мощность главных электродвигателей 2 х 8000 кВт. Нажимное устройство электромеханическое двухскоростное. Скорость перемещения нажимных винтов: во время пауз между проходами - 32 м/с, при регулировании толщины - 1,71 мм/с при силе прокатки до 60 МН. Предусмотрено дооборудование стана гидравлическим нажимным устройством и установкой противоизгиба опорных валков.

Для правки листов в горячем состоянии установлена 11-роликовая правильная машина, имеющая 54 опорных ролика. Диаметр рабочих роликов 275 мм, шаг роликов 290 мм. Максимальная сила правки 16 МН. Мощность привода роликов 1000 кВт. Для правки плит применяют правильные прессы с силой правки до 40 МН.

Линия резки включает скрапные рычажно-качающиеся ножницы, предназначенные для обрезки концов листов с максимальной толщиной 40 мм (σ_в = 600 Н/мм²). Обрезка кромок производится на сдвоенных кромкообрезных ножницах со скоростью 18 - 42 м/мин. Дисковые ножницы выполняют продольную резку листов толщиной до 25 мм 600 Н/мм². Поперечная резка листов производится на ножницах, конструкция которых подобна скрапным.

Холодная правка листов 6 - 40 мм осуществляется на роликоправильной машине реверсивного типа, имеющей 9 рабочих и 67 опорные роликов. Диаметр рабочих роликов 280 мм, шаг регулируется в пределах 450 - 470 мм. Мощность привода 560 кВт, усилие правки до 35 МН.

Поверхностные дефекты слябов удаляются на линии огневой зачистки производительностью 150 тыс. т/мес, установленной на складе слябов. После пуска второй очереди стана его производительность возрастет до 3,6 млн.т в год.

Основными преимуществами двухклетевых толстолистовых станов, получивших наиболее широкое распространение по сравнению с одно-клетевыми, являются большая производительность и лучшее качество поверхности. В качестве рабочих на двухклетевых станах применяют двухвалковые клети, трех- и четырехвалковые в различных сочетаниях. В России типичными представителями двухклетевых станов, имеющих клеть с вертикальными валками и рабочие клети черновую двухвалковую и чистовую четырехвалковую, являются станы 2800, установленные на Орско-Халиловском, Череповецком и Коммунарском металлургических комбинатах. Современным требованиям в наибольшей мере отвечают толстолистовые станы с четырехвалковыми клетями.

В последние годы в развитых капиталистических странах введено в эксплуатацию 14 толстолистовых станов. В России были построены крупнейшие толстолистовые станы 3600 и 3000 на металлургических комбинатах "Азовсталь" и им. Ильича. В 1985 г. введен в эксплуатацию стан 5000 на Ижорском заводе, ведется строительство стана 3600 на 3СМК.

Толстолистовой стан 3600, введенный в эксплуатацию в 1973 г. на "Азовстали", имеет в составе мощную клеть с вертикальными валками, черновую и чистовую четырехвалковые клети. Стан предназначен для прокатки листов толщиной 5-50 мм, шириной 2000 - 3300 мм и длиной до 28 м и плит сечением 50 - 200 х 2000 - 3200 мм из углеродистых и легированных сталей с о_в до 1180 Н/мм². Заготовками служат литые и катаные слябы с размерами 110 - 250 х 1100 - 1900 х х 2300 - 3400 мм и слитки с размерами 450 - 940 х 1300 - 2000 х 2000 - 3000 мм массой до 37 т. Клеть с вертикальными валками рассчитана на допускаемую силу прокатки 10,8 МН и максимальный крутящий момент 1600 кН•м. Диаметр вертикальных валков 900 мм, длина бочки 1400 мм, мощность привода 3600 кВт.

Проектом предусмотрена установка перед вертикальной клетью горизонтального двухвалкового окалиноломателя с размерами валков 1250 х 2300 мм. Черновая клеть имеет рабочие валки диаметром 1130 мм и опорные - 1800 мм. Привод валков индивидуальный, мощность каждого двигателя 6920 кВт; скорость прокатки до 6 м/с. Рабочие валки чистовой клети имеют диаметр 1030 мм, опорные 1800 мм. Рабочие валки приводятся во вращение от двух электродвигателей мощностью по 8800 кВт каждый. Рабочие валки вращаются в подшипниках качения, опорные - в подшипниках жидкостного трения.

Нагрев слябов производится в пяти методических четырехзонных печах с шагающим подом, оборудованных устройствами безударной выдачи слябов. Ширина печей 7,9 м, длина 31,5 м, производительность 125 т/ч. Для нагрева слитков предназначены четыре группы нагревательных колодцев с размерами ячеек 9850 х 3330 х 4564 мм.

К особенностям стана 3600 следует отнести установку поворотных рольгангов не только у черновой клети, но также на передней и задней стороне вертикальной клети. Это обеспечивает применение более рациональных схем прокатки и эффективное управление формой раската.

Стан 3600 оснащен уникальными средствами для термообработки и отделки проката. Три нормализационные печи с роликовым подом длиной по 113 м предназначены для нормализации в потоке листов толщиной 5-50 мм. Производительность каждой печи 187 т/ч. Закалка листов в потоке производится на роликозакалочной машине, установленной за чистовой клетью на расстоянии 44 м. Охлаждение листов осуществляется путем подачи воды под давлением 0,88 МПа. Для термической обработки листов вне потока установлены две закалочные печи роликового типа. Для замедленного охлаждения и термической обработки плит толщиной 50 - 200 мм применяют камерные печи с выдвижным подом.

Для горячей и холодной правки листов различной толщины установлены специализированные роликоправильные машины. Стан оборудован тремя холодильниками дискового типа площадью 1600 м² (два) и 1300 м². Предусмотрено дополнительное охлаждение особо толстых листов.

Обрезка боковых кромок и разделка стальных листов толщиной 5 - 50 мм производится на отдельных линиях резки, оснащенных дисковыми и сдвоенными кромкообрезными ножницами продольной резки и ножницами поперечной резки. Последние работают по принципу "катящегося" реза, совершают 18 резов в минуту и рассчитаны на силу резания до 19 МН. Порезка плит осуществляется на агрегате огневой резки. Производительность стана 1,75 млн.т в год.

В соответствии с требованиями технологии контролируемой прокатки, обусловливающими значительное увеличение силы и момента прокатки, а также мощности, развиваемой приводными двигателями рабочих клетей, проектируемые прокатные станы должны иметь в составе основное и вспомогательное оборудование с более высокими характеристиками, в полной мере отвечающими условиям проведения этого процесса. Примером этого является предназначенный для ведения контролируемой прокатки толстолистовой стан 3000 металлургического комбината имени Ильича, первая очередь которого введена в эксплуатацию в 1984 г.

Стан предназначен для производства листов толщиной 8 - 25 мм, шириной 1500 - 2700 мм, длиной 12,1 - 24,2 м из низколегированных конструкционных сталей типа (06-14)Г2САФБ, прокатываемых по контролируемому режиму, и листов толщиной 5 - 25 мм с теми же размерами по ширине и длине из других конструкционных марок стали, прокатываемых по традиционной технологии.

Исходными заготовками для производства листов являются литые слябы толщиной 200 - 315 мм, шириной 1250 - 1900 мм, длиной 2500 - 2800 мм и массой 4,9 - 13,0 т, а также катаные слябы толщиной 100 - 240 мм, шириной 1100 - 1550 мм, длиной 2500 - 2800 мм, массой 2,1 - 8,5 т. На стане предусмотрен выпуск листов с σ_в до 900 Н/мм², σ_т до 750 Н/мм², δ = 16 - 24 % и гарантированной ударной вязкостью при температурах -40 °С и -60 °С 0,6 - 1,0 МДж/м².

Нагрев слябов предусмотрен в четырех нагревательных печах с шагающими балками, производительность каждой при нагреве слябов для контролируемой прокатки составляет 152 - 168 т/ч в зависимости от их размеров. Шаг перемещения шагающих балок 480 мм, цикл шагания 55 с. Печи оборудованы устройствами для безударной выдачи слябов.

Стан состоит из двух четырехвалковых рабочих клетей и вспомогательного оборудования.

Черновая клеть имеет рабочие и опорные валки с диаметром соответственно 1000 и 2100 мм и длиной бочки 3000 мм. Привод валков индивидуальный от двух электродвигателей мощностью по 8000 кВт и частотой вращения 5,23/8,36 рад/с. Номинальный момент каждого двигателя 1560 кН•м, максимальный (с учетом перегрузочной способности) рабочий момент 3900 кН ^. м. Скорость установки валков 2,1 - 42 мм/с, скорость прокатки до 4,2 м/с.

Рабочие и опорные валки чистовой четырехвалковой клети имеют диаметры соответственно 1000 и 2000 мм и длину бочки 3000 мм. Привод валков индивидуальный от двухъякорных электродвигателей общей мощностью 11200 кВт (на каждый валок) и частотой вращения 8,36/13,1 рад/с. Номинальный и максимальный рабочий моменты каждого двигателя - соответственно 1360 и 3400 кН•м. Скорость установки валков 1,04 - 20,7 мм/с, скорость прокатки до 6,5 м/с. Максимальное усилие прокатки в черновой и чистовой клетях 68,7 МН.

Проектная производительность первой очереди составляет 1,2 млн.т стального листа для покупателей в год и определяется пропускной способностью нагревательных печей (две печи), холодильников (две секции с суммарной площадью 2520 м²), инспекторских стеллажей (две секции), линии резки № 1.

Ко второй очереди строительства стана относится сооружение двух нагревательных печей, установка двух секций холодильников и двух секций инспекторских стеллажей, установка линии резки № 2 и зачистных машин в потоке, сооружение термического отделения вне потока. Стан обеспечит выпуск готовых листов со следующими отклонениями: по толщине в поперечном и продольном направлениях - не более 0,3 мм; по длине для листов длиной до 12,1 м - +10 мм, для листов длиной более 12.1 м ± 0,1 % длины листа. Общая установленная мощность электродвигателей стана составляет 163 тыс. кВт, из них главных приводов - 41.2 тыс. кВт. Проектная производительность стана 2,5 млн. т/год.

На стане предусмотрено широкое использование автоматизации и средств вычислительной техники для управления технологическим процессом производства. Технический прогресс в области строительства и эксплуатации толстолистовых станов связывается с дальнейшим совершенствованием оборудования и повышением уровня автоматизации и контроля, в том числе с применением УВМ, как основных, так и вспомогательных технологических процессов.