Полоса стальная

Исходной заготовкой для холодной прокатки листовой и полосой стали являются горячекатаные рулоны, поступающие главным образом с непрерывных листовых станов горячей прокатки.

Горячекатаные рулоны подаются в разматыватель травильных агрегатов полностью остывшими по всему сечению рулона (до температуры не более 80-90 °С) во избежание образования поперечных изломов на разматываемых полосах, по причине которых в дальнейшем горячекатаный травленый металл переводится в брак по низкому относительному удлинению. Температура металла, предназначенного для дальнейшей холодной прокатки, при поступлении в тянущие ролики окалиноломателя допускается не выше 100 °С. Подкат станов холодной прокатки имеет нестабильные по длине характеристики. Продольная разнотолщинность полос толщиной 2-4 мм из углеродистых сталей колеблется в пределах 6-17 % от толщины с уменьшением процента отклонения по мере ее увеличения. Для данных толщин полос при средней величине поперечной разнотолщинности 0,04-0,07 мм ее максимальные значения по концам полос составляют 0,2-0,3 мм, колебания предела текучести по длине полос находятся в пределах 20 - 50 Н/мм².

Качество готовых холоднокатаных полос и производительность станов холодной прокатки в большой степени зависят от качества горячекатаного подката, к которому предъявляются высокие требования.

С целью повышения стабильности процесса прокатки производят обрезку горячекатаных полос с помощью дисковых ножниц, установленных в линии травления. Ширину горячекатаной полосы с учетом однократной обрезки кромок принимают на 20 мм больше ширины готовой полосы, если обрезку осуществляют и после холодной прокатки, то припуск должен быть равен 40 мм.

Толщину горячекатаного подката Н₀ определяют исходя из толщины готового холоднокатаной полосы h и суммарного обжатия при холодной прокатке ε, % согласно следующей зависимости:

Н₀ = 100h/(100 - ε). (VI.4)

Однако при холодной прокатке тонких полос подкат выбирают толщиной 2,0-2,5 мм. Это объясняется трудоемкостью получения горячей прокаткой полос толщиной менее 2 мм и условиями стыковой сварки полос, так как при сварке тонких полос получается некачественный шов.

Оптимальным профилем горячекатаной полосы является выпуклый с величиной разнотолщинности 0,02-0,05 мм. Профиль полосы должен быть симметричным и относительно гладким, т.е. должны отсутствовать значительные утолщения ("гребни") и утонения ("гофры"). Особенно недопустимо чрезмерное утонение кромок горячекатаной полосы. При разнице в толщине полосы на расстоянии 40 мм от краев и кромок более 0,04 мм в процессе холодной прокатки происходит растрескивание кромок на значительную глубину и увеличивается количество обрывов полосы.

Плоскостность горячекатаной полосы должна быть не более 20 мм на 1 м длины, серповидность не более 10 мм на длине 3 мм, а величина рваной кромки не более половины ширины обрезаемой кромки. Такие дефекты поверхности горячекатаных полос, как плены, вкатанная окалина, глубокие царапины не устраняются холодной прокаткой и приводят к снижению сортности готовой продукции по качеству поверхности. Не допускаются также такие дефекты подката как расслоение, дыры, рваная кромка, эти моменты необходимо учитывать при покупке полосы.

Такие требования к подкату, как допускаемая длина "языка" и "хвоста", допускаемая телескопичность рулонов и плотность их смотки, величина обрези являются специфичными и их значения устанавливаются конкретно для каждого вида производства.

Для соединения полос на непрерывных агрегатах (в частности, на агрегатах непрерывного травления) в настоящее время используется электросварка. Сварка полос осуществляется следующими способами: контактная электросварка внахлестку; контактная сварка "встык" оплавлением кромок; электродуговая сварка встык плавящимся или неплавящимся электродом в среде защитных газов.

При сварке полос из малоуглеродистой стали толщиной 1,7-6 мм наибольшее распространение получил метод оплавления кромок.

Для удаления окалины с поверхности горячекатаных полос применяются два способа: механический и химический.

К механическому способу относят дробеструйную и дробеметную обработку, изгибание полосы вокруг роликов в окалиноломателе и дрессировку. В результате механического воздействия на поверхность полосы окалина взламывается и удаляется.

К химическому способу относят обработку поверхности полосы различными химикатами. При этом вследствие химических реакций окалина отделяется от основного металла. С целью повышения чистоты поверхности ее промывают водой, сушат или обдувают сжатым воздухом для удаления остатков окалины и продуктов ее превращения. В современных цехах холодной прокатки углеродистых и низколегированных сталей травление горячекатаного подката осуществляется в растворах серной и соляной кислот.

Эффективность удаления окалины с поверхности горячекатаных полос углеродистых сталей зависит: от физико-химического состава и толщины слоя окалины, на которые влияют главным образом температура конца горячей прокатки и смотки полос в рулоны, скорость охлаждения полосы; от условий травления - степени разрыхленности окалины, концентраций кислоты, железного купороса или хлористого железа, температуры травильных растворов и наличия ингибиторов.

Окалина, формирующаяся на поверхности горячекатаных полос из углеродистой стали состоит из трех слоев. Нижний слой состоит из закиси железа FeO - вюстит, является наиболее толстым, достигает 90 % общей толщины слоя окалины. Промежуточный слой является более тонким и состоит из магнетита Fe₃0₄ магнетит. Внешний самый тонкий слой окалины состоит из гематита Fe₂О₃ и образуется лишь при температурах конца прокатки выше 900 °С. В большинстве случаев, когда температура конца прокатки ниже 900 °С, гематит наблюдается только по краям рулона и на концах полосы, где полоса имеет хороший контакт с окружающим воздухом. Слой вюстита имеет пористое строение и отличается наименьшей прочностью среди других окислов железа. Магнетит и гематит имеют большую прочность, плотное строение и хорошо сцепляются с соседними слоями окислов и с металлом. Доля каждого окисла в общем слое окалины определяется температурой окисления. Соотношение между количеством магнетита и вюстита при температуре конца прокатки < 900 °С зависит от продолжительности охлаждения полосы водой на отводящем рольганге. В атмосфере водяного пара охлаждающаяся окалина содержит меньше вюстита и больше магнетита. Чем ниже температура смотки, тем меньше происходит разложение вюстита.

Толщина слоя окалины обычно находится в пределах 7-15 мкм, но в некоторых случаях достигает 20 мкм. Количество окалины колеблется в пределах 3,5 - 5,5 мг/см². Одним из основных факторов, определяющих толщину слоя окалины, является температура конца прокатки. Температура конца прокатки должна быть менее 890 °С, а температура смотки 500 - 550 °С.

Наибольшую скорость растворения в кислоте имеет вюстит и очень малую - гематит. Поэтому скорость травления полосы сильно зависит от состава окалины. Так как слой вюстита находится непосредственно в контакте с металлом, то при травлении образуется электро химический процесс, вызывающий на поверхности раздела более ускоренное растворение окислов, чем при обычном химическом процессе. Трещины и поры в слоях окалины, обусловленные различием в объеме ее отдельных структурных составляющих в процессе формирования и коэффициентов термического расширения стали и окалины при охлаждении полосы способствуют проникновению травильных растворов к более глубоким легкотравным слоям. С целью интенсивного взрыхления окалины травильные линии оборудуют мощными окалиноломателями и дрессировочными клетями.

Эффективность взламывания окалины зависит от диаметра роликов в окалиноломателе.

Использование окалиноломателей позволяет в зависимости от толщины и структуры слоя окалины и величины е уменьшить время травления на 10 - 50 %. При дрессировке с обжатием 2 - 3 % слой окалины дробится и частично осыпается с полосы до входа в ванны. В результате этого скорость травления в серной кислоте увеличивается в 1,5-2 раза.

Бурное выделение водорода при взаимодействии кислот с металлом под слоем окалины приводит к отрыву ее от полосы и выпадению в виде шлама на дне травильных ванн. Из общего количества удаленной окалины в HCI растворяется около 20 %, остальная удаляется механически в виде шлама. При травлении металла в H₂S0₄ образуется железный купорос FeS0₄, который уменьшает активность травильного раствора. С целью уменьшения разъедания металла кислотой при непрерывном травлении применяют 20 - 22 % раствор. Повышение температуры раствора вплоть до температуры, близкой к кипению, повышает его активность. Однако это увеличение активности более значительно для низких концентраций кислоты, чем для высоких концентраций.

Современные непрерывные линии травления имеют четыре травильных ванны общей длиной 100 - 120 м, работающих в замкнутом цикле с установкой регенерации кислоты. Травильный раствор (20 -22 % H₂S0₄ и 8 - 10 % FeS0₄), предварительно подогретый до 90 - 95 °С, из установки регенерации непрерывно подается в ванну № 4, откуда он самотеком проходит из ванны в ванну навстречу движению полосы. Из ванны № 1 отработанный раствор (12 - 14 % H₂S0₄ и 14 - 16 % FeS0₄) поступает на регенерацию и затем снова в ванну № 4 (в количестве около 5 м³/ч). Для уменьшения потерь металла в ванны вводят присадки (ингибиторы), которые замедляют процесс растворения железа и в то же время сохраняют неизменной скорость растворения окалины, препятствуют диффузии водорода в металл и выделению газов из травильных растворов. Замедление процесса растворения металла достигается тем, что травильная присадка, осаждаясь на его поверхности, создает защитную пленку. При травлении серной кислотой используют присадки ЧМ, "катапин", КС или И-1-В. Поскольку травление полосы в HCL более эффективно, чем в H₂S0₄, на вновь сооружаемых травильных линиях предусматривают использование HCL. Травление в ней идет в наружных и внутренних слоях окалины, так как HCL хорошо растворяет не только вюстит, но и высшие окислы железа.

На полосах, протравленных в HCI, благодаря лучшему растворению высших окислов, окалина с поверхности металла удаляется более полно, чем при травлении в серной. Установлено, что при травлении удаляется вкатанная окалина, чего не наблюдается при применении H₂S0₄. Образовавшийся при травлении шлам составляет 5 % от массы удаляемой окалины. Шлам обладает меньшей плотностью, чем полученный при сернокислотном травлении, и легко удаляется с поверхности полосы и из ванн.

Уменьшение потерь металла обусловлено различными свойствами анионов этих кислот и различной растворимостью солей железа в процессе электрохимического взаимодействия.

Для низкоуглеродистой полосовой стали потери чистого железа при травлении HCL металла основы полосы составляют 1 кг на 1 т металла, a H₂S0₄ без ингибитора - в среднем 3 кг, в то время как в окалине содержится 3,5 кг железа на 1 т полосы, таким образом травление мало влияет на уменьшение массы и соответственно увеличение стоимости покупки стальной полосы.

Продолжительность травления горячекатаных полос в растворах HCL уменьшается при увеличении содержания кислоты и росте температуры. С повышением содержания хлористого железа длительность травления сокращается до минимума, соответствующего концентрации FeCL₂ на 4-8 % ниже концентрации насыщения, и затем резко возрастает, т.е. процесс не является устойчивым и требует очень точного регулирования. Поэтому использование травильных растворов с концентрацией FeCL₂, близкой к насыщению, нежелательно. При концентрации растворов HCI более 20 - 22 % быстро достигается область, близкая к состоянию насыщения с неустойчивым режимом.

Одним из основных факторов, определяющих параметры раствора, при разработке технологического процесса, является парообразование раствора, определяемое летучестью HCL. При этом следует отметить, что повышение температуры ведет к меньшей летучести HCI, чем повышение концентрации кислоты. Температура растворов HCL в травильных ваннах находится в пределах 71 - 99 °С и понижается от первой к четвертой ванне. Суммарное содержание хлор-иона желательно в пределах 150-200 г/л и должно поддерживаться постоянным. Содержание FeCL₂ в травильном растворе не должно превышать 100 г/л. При повышенном содержании FeCL₂ наблюдается увеличение потерь чистого металла основы, образование язв и пор. На практике количество HCL поддерживается 40 - 180 г/л.

Для непрерывного травления полосы НСL используют горизонтальные агрегаты, по конструкции аналогичные агрегатам для травления H₂S0_4; и вертикальные (башенные) установки. Башенные агрегаты рассчитаны на скорость прохождения полосы до 4 м/с.

Максимальная скорость травления полосы в H₂S0₄ при использовании окалиноломателей и дрессировочной клети составляет 4 - 4,5 м/с и для НС1 6 м/с. При наличии установок регенерации травильных растворов и промывочной воды для травления 1 т металла расходуется 12 - 14,5 кг H₂S0₄, или 3,0 - 4,5 кг HCL. Расход H₂S0₄ в агрегатах с применением дрессировочной клети составляет 7,5 кг/т.

Удаление окалины с поверхности горячекатаных полос из высоколегированных и коррозионностойких сталей осуществляется кислотным, щелочно-кислотным и электролитическим травлением. В непрерывных травильных агрегатах используют раствор H₂S0₄ с добавкой поваренной соли и натриевой селитры. В отбеливающей ванне раствор состоит из HN0₃ и H₂S0₄. Кислотное травление низколегированных и коррозионностойких сталей является малопроизводительным, не обеспечивает качественного удаления окалины и получения чистой поверхности металла.

При щелочно-кислотном травлении полоса проходит щелочное травление в расплаве 75 - 80 % NaOH и 20 - 30 % NaN0₃ при температуре 450 - 550 °С и после промывки водой - кислотное травление в растворе H₂S0₄ с добавкой поваренной соли. Из кислотной ванны полоса поступает в ванну для промывки водой с установленными чистильно-моющими щетками, а затем в ванну с 6 - 8 %-ным раствором, подогретым до 45 - 50 °С, где происходит отбеливание и пассивирование поверхности.

Обработка полосы в щелочи осуществляется также при гидридном методе травления. Этот метод заключается в восстановлении окалины с помощью гидрида натрия NaH, который образуется в результате взаимодействия металлического натрия и газообразного водорода. Травление осуществляется в ванне с расплавом, состоящим из 76 - 78 % NaOH и 1,5-2 % NaH, при температуре 370 - 450 °С. При травлении окислы металла восстанавливаются до металла или в случае кислотных окислов до более низкого окисла. Восстановленная окалина слабо держится на поверхности полосы и легко удаляется в растворах кислот.

Полосы из коррозионностойкой стали перед холодной прокаткой могут подвергаться шлифованию для удаления поверхностных дефектов: плен, рисок и т.д. Шлифование осуществляют на агрегатах, в состав которых входят специальные шлифовальные установки, устройства для контроля качества поверхности, разматывания и сматывания полосы в рулон.

Разработан новый физико-механический процесс удаления окалины с поверхности проката - абразивно-порошковая очистка (АПО).

Процесс предусматривает протягивание полосы через рабочую камеру, заполненную ферромагнитным абразивным порошком. Порошок под давлением, создаваемым нажимным механизмом специальной конструкции, и воздействием магнитного поля, создаваемого электромагнитом, приобретает свойства твердого тела. При этом частицы порошка, ориентируясь острыми гранями в направлении очищаемой поверхности и взаимодействуя с окалиной, разрушают ее и отделяют от металла.

Степень очистки зависит от параметров процесса: физико-механических свойств и размеров частиц порошка, давления порошка на полосу, напряженности магнитного поля, усилия протягивания полосы через рабочую камеру и длины зоны обработки.

Процесс абразивно-порошковой очистки может быть использован как в сочетании с травлением для частичного удаления окалины, так и для самостоятельного полного удаления окалины с полосы.

Разработанный процесс способствует охране окружающей среды, более экономичен по сравнению с травлением, требует для реализации в 6 - 8 раз меньших площадей. Расход абразивного порошка в 6 - 7 раз меньше, чем при дробеметной и гидроабразивной обработках. Потери металла не превышают 0,6 - 0,8 %, что положительно вляет на цену полосы при ее покупке.

Кроме того, полоса может производится на штрипсовых станах. Смотрите также наиболее часто используемые размеры стальной полосы: полоса 5 мм, полоса 10 мм, полоса 20 мм и другие.