Полоса 20 мм

Сначала выполняется прокатка слябов в черновой группе клетей. Поступающие в цех с широкополосным станом катаные слябы, в большинстве случаев имеющие температуру 600 - 900 °С, или литые слябы с МНЛЗ направляют на печной рольганг для загрузки в нагревательные печи (горячий посад слябов). В этом случае цех с обжимным станом (универсальный слябинг или блюминг) или отделения сталеплавильных цехов с МНЛЗ располагаются в непосредственной близости с цехом горячей прокатки широкополосной стали и связаны между собой конвейером для транспортирования горячих слябов. Это способствует расширению применения прямой прокатки слябов (без дополнительного подогрева) и горячего посада.

Если слябы подвергают ремонту с целью удаления поверхностных дефектов или сплошной зачистке (как правило, слябы легированных сталей), их нагрев осуществляют с холодного посада.

Температура нагрева слябов перед прокаткой в зависимости от химсостава и назначения стали составляет в большинстве случаев 1150-1280 °С. Нагретые до требуемой температуры слябы выдают на печной рольганг стана и транспортируют к рабочим клетям черновой группы. Первое обжатие производят в вертикальном или горизонтальном черновых окалиноломателях. При обжатии в вертикальных окалиноломателях калибруется ширина раската и взламывается окалина на поверхности. Обжатия в этих клетях до 100 мм. При таких обжатиях полное взламывание окалины наблюдается на участке шириной 500 - 700 мм со стороны каждого вертикального валка. В случае, если вертикальная клеть выполняет функции редуцирующего агрегата и имеет калиброванные валки, обжатие по ширине может достигнуть 350 мм (и более) за три прохода.

В тех случаях, когда в составе черновой группы установлен черновой окалиноломатель с горизонтальными валками, максимальное обжатие в этой клети составляет 5 - 20 %, но не превышает 30 мм.

На современных широкополосных станах прокатка слябов ведется в продольном направлении. Ширина слябов выбирается в зависимости от ширины прокатываемой полосы. В редких случаях (на работающих станах с длиной бочки валков больше 2300 мм) после окалиноломателя установлена уширительная клеть, в которой производится разбивка раската - прокатка сляба вдоль его ширины за один проход. В дальнейшем раскат обжимается в остальных клетях черновой группы. При прокатке в универсальных клетях раскат находится одновременно в горизонтальных и вертикальных валках. При этом важно обеспечить согласованный режим прокатки (без подпора или натяжения) во избежание увеличения нагрузки на валки и приводы клетей и повышения величины суммарного уширения при прокатке в черновой группе клетей. Это же относится и к прокатке в двух-трех последних черновых клетях, объединенных на современных станах в непрерывную группу.

Обжатие в вертикальных валках универсальных клетей небольшое -частное до 25 мм, суммарное до 100 мм. В этих клетях происходит выравнивание ширины раската. На станах, где управление процессом прокатки автоматизировано, за последней клетью черновой группы установлен шириномер, работающий в системе управления шириной полосы. При прокатке в вертикальных валках большая часть обжатого металла переходит в наплывы у боковой кромки раската (на нижнюю и верхнюю поверхности раската). С последующим обжатием в горизонтальных валках металл наплывов переходит в уширение и только частично идет в вытяжку. Практически обжатия в вертикальных валках уменьшают ширину раскатов на величину уширения. При обжатии в вертикальных валках улучшается качество кромок раскатов за счет их деформации, а также улучшается поверхность прикромочных участков в результате лучшего удаления окалины. Размеры готовой полосы в значительной мере определяются соответствием слябов техническим условиям на их поставку: так, например, при прокатке выпуклых слябов (выпуклость больше допустимой техническими условиями) вследствие неравномерной деформации по толщине происходит уменьшение ширины раскатов. Обратная картина наблюдается при прокатке вогнутых слябов. В этом случае из-за неравномерной деформации по толщине раската получают значительное уширение и полоса получается шире, чем требуется по заказу.

Суммарное обжатие в черновых клетях обычно составляет 70-90 % обжатия по стану, частные обжатия в клетях - до 40 %. Распределение обжатий по клетям и проходам на полунепрерывных и на 3/4-непрерывных станах имеет подобный приведенному характер.

Толщина раската на выходе из последней клети черновой группы (толщина подката для чистовых клетей) зависит от конечной толщины полосы, обжимной способности черновой и чистовой групп клетей, необходимой температуры конца прокатки и находится для разных станов в пределах 18 - 45 мм и более.

Для получения продукции с поверхностью высокого качества необходимо удалить окалину с горячего металла при прокатке. С этой целью на выходе из вертикального и горизонтального окалиноломателя, как правило, на входной стороне всех клетей черновой группы, а также перед первой чистовой клетью устанавливают коллекторы с соплами (установки гидросбива окалины), через которые на поверхность проходящей между ними полосы направляют плоские струи воды высокого давления. Имеются станы, у которых установки гидросбива располагают между клетями чистовой группы.

Для эффективного удаления окалины сила удара струи должна быть 8,7 - 19,6 Н, что соответствует давлению воды в системе не менее 12-15 МПа. Струи воды направляют на поверхность против движения полосы под углом, близким к 1,3 рад. Уменьшение угла встречи струи воды с раскатом хотя и снижает ударную силу струи, но улучшает смыв окалины с полосы. Расположение сопел на коллекторе обеспечивает перекрытие, струями воды всей полосы по ширине. Для обеспечения полного перекрытия полосы струями без их пересечения (что уменьшает ударную силу струи) длинная ось отверстия сопел располагается под углом 0,14 - 0,262 рад к линии, перпендикулярной направлению прокатки. С целью лучшего удаления окалины сопла располагают на минимальном расстоянии от поверхности раската. Практически это расстояние составляет 300 - 400 мм.

Черновые группы современных широкополосных станов оснащают системами автоматического регулирования ширины стальной полосы толщиной от 20 до 40 мм и натяжения (при наличии непрерывной подгруппы черновых клетей).

Прокатка в чистовой группе клетей

Концы раската, полученного в черновой группе клетей, имеют неправильную форму, меньшую толщину и более низкую температуру по сравнению с основной его длиной. Это может привести к застреванию полосы при прохождении через чистовую группу клетей или при транспортировании полосы по отводящему рольгангу и при захвате моталкой в случае, если ее передний конец ("язык") попадет в стыки узлов оборудования. Такие "языки" могут травмировать поверхность рабочих валков, оставляя на них вмятины, которые в дальнейшем отпечатываются на поверхности полосы. Для предупреждения подобных явлений перед чистовой группой клетей устанавливаются летучие ножницы для обрезки концов раската. С целью улучшения захвата и уменьшения ударов при входе раската в валки летучие ножницы при обрезке формируют фигурную кромку полосы, например, в форме трапеции (в плане).

В процессе транспортирования раската по промежуточному рольгангу на его поверхности образуется слой вторичной окалины, которая взламывается в чистовом окалиноломателе, установленном перед чистовой группой клетей. Для разрушения вторичной окалины обжатие раската может быть незначительным, что обеспечивается прижатием верхнего горизонтального валка окалиноломателя с помощью пружин или установкой роликового окалиноломателя.

Общее обжатие в чистовой группе клетей составляет 10 - 30 % суммарного обжатия для всего стана. Применяемые обжатия последовательно уменьшают от первой клети (максимальное обжатие до 50 - 55 %) к последней (до 15 - 20 %).

Обычно раскат входит в валки клетей чистовой группы на заправочной скорости, которая для последней клети не превышает 10-12 м/с. Максимальное значение заправочной скорости ограничивается возможностью заправки переднего конца полосы в барабан моталки (заправка на скорости выше 12 м/с затруднена). После заправки полосы в моталку скорости прокатки на станах второго и третьего поколений обычно повышают с целью регулирования температуры конца прокатки для получения требуемой структуры металла и снижения продольной разнотолщинности.

При прокатке в чистовых клетях широкополосных станов находит все более широкое применение технологическая смазка. В зависимости от характеристики применяемой смазки, способа подачи, характеристики оборудования стана и условий его работы технико-экономические показатели эффективности применения технологических смазок колеблются в широких пределах: увеличение стойкости рабочих и опорных валков 20 - 150 %; снижение энергозатрат 5-10 %; уменьшение усилия прокатки 10 - 17 %; повышение производительности стана 3-10 %; повышение скорости травления горячекатаных полос до 15 %; улучшение качества поверхности полосы; снижение температуры поверхности рабочих валков. Недостатком применения технологической смазки является ухудшение захватывающей способности валков, а также в некоторых случаях необходимость очистки поверхности полосы от смазки.

В качестве технологической смазки наибольшее распространение получили минеральные масла повышенной вязкости, растительные и животные жиры, синтетические жирозаменители, смеси жиров синтетических жирозаменителей с минеральными маслами в различном соотношении. Как правило, смазка подается на опорные или рабочие валки либо на те и другие со стороны входа или выхода металла из валков. В этом случае смазка попадает не только в очаг деформации, но и в зону контакта рабочего валка с опорным. В большинстве случаев смазку подают на валки в виде водомасляной смеси через коллектор охлаждающей воды. Содержание смазки при использовании растительных масел 0,002 - 0,008 %, минеральных 0,06 - 0,12 %.

Подачу смазки производят, как правило, на первые три клети чистовой непрерывной группы, где углы захвата по условиям прочности рабочих клетей и технологическим требованиям ниже максимально допустимых и где износ рабочих валков максимальный.

На стане 2000 внедрена автоматическая система технологической смазки валков. Опыт работы широкополосных станов показывает, что полосы стальные 15, 20 мм и большей толщины по длине имеют неодинаковую толщину. Наличие продольной разнотолщинности приводит к дополнительной потере металла или, в случае если разнотолщинность выше допусков, к браку.

Основными причинами, вызывающими продольную разнотолщинность полос, являются разнотолщинность подката, неравномерное распределение температуры по длине раската (более холодные концы и охлажденные участки раскатов в местах, соприкасающихся с глиссажными трубами), прокатка концов полосы без натяжения и изменения натяжения в пределах рабочего цикла прокатки. Помимо указанных основных причин, продольная разнотолщинность может вызываться изменением коэффициента внешнего трения, биением подшипников опорных валков, эксцентриситетом рабочих и опорных валков, изменением химического состава стали по длине сляба, прокаткой с переменной скоростью при разгоне стана, а также разной температурой полос в пределах партии.

Поперечная разнотолщинность полосы определяется профилем зазора между рабочими валками при прокатке. Этот профиль в основном определяется упругими деформациями валкового узла, неравномерными по длине бочки температурным расширением и износом валков.

Изменяя профиль рабочих валков, можно воздействовать на профиль прокатываемой полосы и регулировать величину поперечной разнотолщинности. В настоящее время для регулирования поперечной разнотолщинности применяются несколько способов, наиболее действенными из которых являются начальная (станочная) профилировка валков; изменение теплового профиля валков при прокатке; гидроизгиб валков. На основании исследований режимов эксплуатации и износа валков стана 2000 ЧерМК, выполненных ЦНИИЧМ, разработана рациональная профилировка валков черновых и чистовых клетей № 6 - 9, позволяющая повысить их стойкость, а также увеличить точность размеров и плоскостность прокатываемых полос. Использование новой профилировки валков на черновых клетях позволило снизить износ рабочих валков с 0,16 - 0,187 мм до 0,119 - 0,142 мм (после прокатки 1000 т металла), а неравномерность износа по длине бочки за кампанию - с 0,24 - 0,48 мм до 0,12 - 0,26 мм. Неравномерность износа опорных валков уменьшилась с 0,26 - 0,38 мм до 0,18 - 0,24 мм.

Начальная профилировка рабочих и опорных валков последних чистовых клетей не обеспечивает получение стальных полос с минимальной поперечной разнотолщинностью, так как на валках с заданным профилем в течение кампании их работы прокатывают полосы широкого сортамента. Тепловое регулирование профиля вследствие значительной инерционности не является достаточно эффективным.

Наиболее эффективными, позволяющими в достаточно широких пределах регулировать профиль полосы являются системы гидроизгиба валков. При оснащении рабочих клетей стана системой гидроизгиба валков профиль прокатываемой полосы будет определяться соотношением силы прокатки и силы гидроизгиба валков, исходным и тепловым профилем валков, а также величиной и характером износа их поверхности.

Для повышения томности полос, прокатываемых в чистовой группе клетей, широкополосные станы оснащают локальными системами автоматического регулирования толщины (САРТ), поперечного профиля и формы полосы, натяжения (САРН), температуры конца прокатки и другими, работающими в составе АСУ ТП стана и цеха. Так, в частности, работа САРТ на стане 2000 НГМК обеспечивает получение допуска по толщине ± 0,05 мм на 92 - 95 % длины полос толщиной 1,2 - 1,5 мм; при толщине полос 2,6 - 6,0 мм - на 95 - 98 % длины; при толщине полос 7 -10 мм - на 89 - 95 % длины. В результате ввода САРТ и САРН на стане 2000 ЧерМК поперечная разнотолщинность уменьшилась в среднем на 25 % для тонких и на 43 % для толстых полос, при этом диапазон колебаний поперечной разнотолщинности снизился с 0,06 - 0,28 до 0,02 -10,1 мм.

Использование АСУТП на стане 2000 ЧерМК с применением УВМ по сравнению с работой локальных систем автоматизации позволило повысить точность основных технологических параметров.

Натяжение при прокатке

Для стабилизации процесса прокатка в чистовой группе, как правило, ведется с межклетевыми натяжениями, которые выбираются минимальными (5 - 15 % о_т полосы при данной температуре) с целью исключения влияния натяжения на искажение поперечного профиля полосы в межклетевых промежутках. Натяжение полосы используется как технологический фактор, обеспечивающий устойчивость процесса прокатки и положения полосы в стане.

Между клетями чистовой группы на всех широкополосных станах установлены петледержатели. Они служат для поддержания петли и постоянного заданного натяжения между клетями. Петледержатели бывают трех типов: пневматические, гидравлические и электрические. Наибольшее распространение получили петледержатели с электрическим приводом. В межклетевых промежутках непрерывной группы натяжение создается за счет рассогласования окружных скоростей валков против соответствующих соотношений двух смежных клетей, необходимых для свободной прокатки.

На станах, где прокатка в чистовой группе клетей производится с ускорением или есть необходимость устранения или уменьшения неплоскостности полосы, выходящей из последней клети, натяжение создается сматывающей моталкой. На станах, где перед чистовой группой установлено перемоточное устройство, возможна прокатка в первой клети с задним натяжением.

Скоростные режимы прокатки стальной полосы 20 мм толщины и больше

В отдельно стоящих нереверсивных клетях черновой группы захват металла и прокатка ведутся на постоянной скорости, так как скорости приводных двигателей не регулируются. В непрерывных подгруппах черновых групп для обеспечения условий непрерывной прокатки скорость прокатки регулируют в одной или нескольких клетях.

В зависимости от состава и характеристики непрерывной группы клетей, а также с учетом необходимости обеспечения требуемой температуры конца прокатки могут применяться различные схемы скоростных режимов. Вариант "а" - скоростной режим на станах первого поколения, когда прокатка и задача в моталку переднего конца рулона производится на одной постоянной скорости V₁ не выше 10-12 м/с. Вариант "б" - прокатка в непрерывной группе клетей до заправки полосы в моталки на скорости v₁ не выше 10-12 м/с и прокатка с ускорением а₁ клетей с моталкой на всей длине полосы до скорости v₂. При прохождении заднего конца скорость клетей снижается до v₃ с замедлением а₂ для снижения ударов и предотвращения отрыва хвостовой части полосы. В варианте "в" ускорение клетей после заправки полосы в моталку значительно, что обеспечивает прокатку части полосы на постоянной скорости v₂. Вариант "г" отличается от "в" тем, что прокатка переднего конца полосы до заправки в моталку производится на скорости v₁, выше чем 10-12 м/с, например 15-16 м/с, но при подходе переднего конца полосы к моталке скорость прокатки снижается до 10 - 12 м/с. После заправки переднего конца полосы в моталку стан разгоняют со значительным ускорением а₂ до скорости v₂ и прокатка оставшейся  части стальной полосы производится на постоянной скорости. При варианте "д" после заправки полосы в моталку оставшаяся часть полосы прокатывается с ускорением, вначале большим а₂, а затем меньшим а₃. В варианте "е" после заправки полосы в моталку прокатка в чистовой группе клетей ведется с ускорением до выхода полосы из последней клети. Применяемые ускорения составляют 0,02 - 1 м/с². Использование того или иного скоростного режима определяет температурные условия и время прокатки в непрерывной группе клетей.