Технология производства холоднокатаного проката низкоуглеродистой стали марки 08пс типоразмера 1,0*1400мм в условиях ЛПП ОАО НЛМК

        Для решения данной  задачи  в  первую  очередь, необходима  формализация критериев и ограничений, используемых при расчете режимов деформации на непрерывных станах холодной прокатки. При этом на основе статистических данных, результатов экспериментальных исследований и анализа технологии определяются допустимые  диапазоны изменения технологических параметров по клетям (обжатия, натяжения, силы прокатки, температуры валков и полосы, шероховатости  валков, коэффициента трения и др.), обеспечивающие возможность и необходимую стабильность ведения процесса прокатки. Далее, путем  введения соответствующих ограничений и критериев при  расчете  режимов обжатий добиваются достижения максимальной  производительности  и высокого качества полос.

        Рассмотрим основные факторы  и параметры  технологии, определяющие режимы деформации для стационарных условий  симметричной прокатки, представляющие  совокупность  ограничений, используемых при расчете режимов обжатий на непрерывных станах.

1.Суммарное обжатие.

        Величина суммарного относительного  обжатия  при  холодной прокатке для каждой марки стали определяется исходя  из  требований, предъявляемых к  структуре, механическим  и  технологическим свойствам готового проката, с учетом возможностей механического  и электрического оборудования конкретного  стана. Кроме  того, учитывается возможность и целесообразность получения требуемой  толщины подката на стане горячей прокатки. Опыт работы отечественных и зарубежных станов показывает, что суммарное обжатие при холодной прокатке  полос  из  низкоуглеродистых сталей составляет 45-80%. При  прокатке  жести  суммарное  обжатие достигает 90-95%.

2.Схема  распределения обжатий по клетям.

        Значения частных относительных  обжатий по клетям определяются величиной исходного предела текучести и характером упрочнения  прокатываемой стали, прочностью валков и  мощностью  привода  рабочих клетей, шероховатостью рабочих валков, эффективностью  применяемой технологической  смазки, режимами  натяжения, условиями  охлаждения валков, толщиной готовой  полосы, толщиной  и  качеством  исходного подката, требованиями, предъявляемыми  к  точности  геометрических размеров и качеству поверхности  готового  проката  и  некоторыми другими менее существенными факторами.

3.Режимы  натяжений.

        Натяжение на непрерывных станах  снижает контактные  напряжения  и силу прокатки, а также повышает  устойчивость, способствует выравниванию вытяжек по ширине и  уменьшает  неплоскостность  полосы. При этом заднее натяжение приводит к росту момента и мощности прокатки  в  данной  клети. На  непрерывных  станах  холодной   прокатки удельные натяжения выбирают в пределах (0,1 – 0,4) предела текучести полосы  в  соответствующем  межклетевом  промежутке [3],опираясь на  опыт и интуицию  технологического  персонала. При низких натяжениях и незначительной неравномерности вытяжек возможно  нарушение плоскостности, образование складок, что может  привести  к обрыву полосы и порезу валков. При  больших  натяжениях  и  значительной неплоскостности или наличии концентраторов  напряжений, удельные натяжения на отдельных участках полосы могут  приобретать значения, превышающие предел прочности металла, что также  приводит к обрыву.

         Холодную прокатку листовой стали,  проводят со значительным натяжением полосы, которое существенно уменьшает усилие прокатки, позволяет прокатывать полосу с более высокими обжатиями за один проход, способствует получению хорошего качества поверхности листовой стали.[5] 

        При прокатке полос из углеродистых сталей на  непрерывных  станах абсолютные значения удельных натяжений в межклетевых  промежутках не превышают 100-300 Н/мм², а между последней клетью  и моталкой 40 – 80 Н/мм2 [3]. Уровень удельных натяжений на выходе стана устанавливается из условий качественной смотки и предотвращения дефектов «слипание» и «излом» готовой полосы.

   4. Сваривание витков рулонов. 

         Основное влияние на сваривание  витков рулонов холоднокатаных  полос оказывают три фактора:  межвитковое давление, распределение  величины которого по высоте и радиусу рулонов зависит от технологических условий, формирования рулона на выходе прокатного стана; температура отжига и продолжительность выдержки при максимальной температуре. Сваривание происходит особенно интенсивно тогда, когда два из указанных параметра одновременно находятся на максимальном уровне; при этом продолжительность отжига меньше влияния двух других параметров [6]. Давление в рулоне зависит от усилия, с которым полоса наматывается в рулон, и от площади контакта соседних витков рулона. Сваривание происходит на участках с высоким давлением и наиболее часто при неравномерности (больших перепадах) давления по высоте и радиусу рулона. Качество и напряженно – деформированное состояние рулонов холоднокатаных полос формируются под  влиянием микрогеометрии (шероховатости) поверхности и геометрии полос, величины натяжения и его распределения по ширине и длине полос, а также степени загрязнения поверхности полос[7]. 

    5. Излом. 

         Для снижения дефектов излом  необходимо прокатывать на станах холодной прокатки полосы с минимальной величиной неравномерности натяжения. Однако, учитывая широкий сортамент прокатных станов, ограниченные парк валков (и набор станочных профилировок) и диапазон регулирующих воздействий, получить идеально плоскую полосу из-за неустойчивости величины натяжения и не стационарности процесса на практике не возможно. Поэтому для минимизации неравномерности натяжения по ширине полосы целесообразно при регулировании плоскостности задавать эпюру с пониженными удельными натяжениями на прикромочных участках полосы [8] – это способствует выравниванию удельных натяжений по ширине полосы и уменьшению неравномерности[7].

6.Постоянство  секундных объёмов.

        Отличительной особенностью работы  любого непрерывного  стана  холодной прокатки является соблюдение  условия  постоянства  секундных объёмов, что обеспечивает согласованную работу  всех  клетей непрерывного стана. 

7.Устойчивость  полосы.

        Различают продольную и поперечную  устойчивость  полосы. Под продольной устойчивостью полосы подразумевают отсутствие проскальзывания и пробуксовок полосы относительно валков в направлении прокатки. Под  поперечной  устойчивостью  подразумевается  отсутствие смещения полосы относительно оси прокатки. Продольная устойчивость определяется в основном  двумя  факторами: условиями захвата полосы валками и режимами  натяжения. Нарушение продольной устойчивости полосы возникает  также  при  наличии большой разности между задним  и  передним  удельными  натяжениями. Указанные факторы влияют  на  продольную  устойчивость  полосы путём изменения положения нейтрального сечения. Поэтому для  обеспечения устойчивости полосы в  продольном  направлении  необходимо вести процесс прокатки с обязательным наличием в  очаге  деформации зон отставания и опережения. Поперечное смещение полосы возникает в  результате  несоответствия формы поперечного профиля полосы на выходе в очаг деформации  форме активной образующей рабочих валков. Это явление  имеет  случайный характер, что исключает возможность формулирования условия поперечной устойчивости. Повышению  поперечной  устойчивости  полосы способствует увеличение шероховатости рабочих  валков, коэффициента трения и полных натяжений.

8.Температурные  условия прокатки.

        Одним из факторов, сдерживающих достижение проектной  скорости  на непрерывных станах холодной прокатки, являются температурные условия в очаге деформации. Это имеет место, прежде всего  в  последних клетях стана. Вследствие тепла формоизменения и  трения, выделяющегося в процессе прокатки, температура полосы  от  первой  клети  к последней повышается и с увеличением скорости прокатки может  достигать значений, превышающих температуру  термического  разложения технологической смазки. Тогда на валках и полосе появляются характерные дефекты теплового  происхождения («тепловые  царапины», «лимонная корка» и др.). Для  устранения  указанных  дефектов  обычно прибегают к снижению скорости, что приводит к  уменьшению производительности, либо увеличивают расход охладителя (при наличии такой  возможности). Для  предупреждения  негативного  влияния данного фактора необходимо устанавливать такие  деформационные  и температурно-скоростные режимы прокатки, а также такие режимы  охлаждения валков и полосы, которые обеспечивают температуры  термического разложения технологической смазки [3].

9. Допустимые  значения силы прокатки, момента  и мощности приводов.

        Опыт работы станов непрерывных   холодной  прокатки  показывает, что допустимые значения силы  прокатки, момента  и  мощности  приводных двигателей каждой клети могут выступать в  качестве  ограничивающих факторов при выборе величин суммарного и частных  обжатий  по клетям, а также при назначении предельной скорости прокатки [3].

10. Распределение  силы прокатки по клетям.

        Наиболее удобным для практического  использования является  способ выбора режима  обжатий, регламентирующий  степень  загрузки  клетей стана по силе. Этот способ  косвенно  учитывает  влияние  основных требований технологии холодной прокатки к точности покатанных полос [2]. Режим обжатий, обеспечивающий равномерную загрузку клетей стана по силе прокатки, благоприятно сказывается  на  уменьшении продольной разнотолщинности и  улучшении  плоскостности, упрощает подбор валков и способствует повышению эффективности  работы систем регулирования [3].

11. Контактная  прочность валков.

        Прокатка тонких полос в валках  большого диаметра  характеризуется  высоким уровнем контактных напряжений, которые могут  приводить  к пластической деформации, либо разрушению, поверхностного слоя  валков. Для предупреждения данного  явления, при  выполнении  расчётов режимов обжатий необходимо производить проверку валков  на  контактную прочность [9].

12. Скорость  прокатки.

        Фактические скорости прокатки на непрерывных станах  обычно  ниже проектных. В большинстве случаев это ограничивается мощностью приводных двигателей и стойкостью технологической смазки, которая теряет свои свойства вследствие разложения  под  действием  высоких температур в очаге деформации. Это объясняется тем, что с ростом скорости  прокатки  увеличивается  тепловыделение  и, как следствие, температура в очаге деформации. Поэтому увеличение скорости на непрерывных станах требует улучшения температурных условий прокатки.

13. Невыкатываемость полосы.

        В условиях холодной прокатки  существенное  влияние  на  параметры процесса оказывают  упругие деформации валков и  полосы, которые вызывают увеличение протяженности контакта полосы с валком, дополнительный рост контактных напряжений и силы прокатки. Это приводит к увеличению расхода энергии, ухудшению температурных  условий  прокатки и снижению эффективности процесса. С уменьшением толщины полосы влияние упругих деформаций  валков  и  полосы  на  параметры процесса возрастает. В предельном  случае, когда  величина  упругого радиального сжатия рабочих валков станет равной исходной  толщине полосы за вычетом её упругого восстановления, пластическая  деформация прекращается, и процесс прокатки  становится  невозможным. Это явление известно в литературе как невыкатываемость полосы [9].

        Однако для прокатки представляет  интерес не  определение  предельных условий существования процесса холодной прокатки, а выявление тех условий, которые обеспечивают его реализацию с  наибольшей эффективностью [9].

        14. Механические свойства материала  полосы.

        Прочностные свойства и пластические  материала полосы  учитываются при выборе суммарного и частных обжатий. При прокатке полос  из интенсивно упрочняющихся материалов с высоким  исходным  пределом текучести значения суммарных и частных обжатий  уменьшаются. Исходя из этого, уровень исходных свойств полосы может служить ограничением при выборе величины суммарного  и  частных  обжатий  в  начальных клетях непрерывного стана.

        15. Обрывность полосы.

        Обрывность является одним из  основных факторов, влияющих на  производительность стана и стойкость   валков. Обрыв  происходит  в   результате превышения удельными натяжениями предела текучести материала полосы на определенном участке ширины. Такие условия возникают при наличии локальных дефектов  профиля  (разрывы  на  кромках, плены и др.) и формы (неплоскостность)  полосы, выступающих  в роли концентраторов напряжений, а также  при  прохождении  сварных швов через очаг деформации, что  приводит  к  рывкам  натяжений. По этим причинам, применяемые на практике, средние  удельные  натяжения значительно ниже предела  текучести  и, как  правило, не  превышают 0,10...0,40 предела текучести. Снижению  обрывности  при  прокатке тонких полос и жести способствует  увеличение  толщины полосы  в последних промежутках.