Технология производства холоднокатаного проката низкоуглеродистой высокопрочной стали марки HC380LA

         В термическом отделении цеха  установлены колпаковые печи  и агрегат непрерывного отжига (АНО). Отжиг рулонов в распушенном  состоянии позволяет повысить равномерность и уровень физико-механических свойств полосы. Агрегат непрерывного отжига за счет глубокого секционирования позволяет реализовать весьма сложный температурный режим и обеспечить получение полос, удовлетворяющих по свойствам категориям сложной и особо сложной вытяжки, а также получение низкоуглеродистых сталей с пределом прочности 500 – 600 МПа. В линии агрегата непрерывного отжига установлен дрессировочных стан, так что на выходе получается готовая продукция. На входе агрегата имеется петлевой накопитель. Управление агрегатом, выбор оптимального режима термообработки на заданные свойства осуществляют с помощью УВМ.

         Отделение покрытий включает  агрегаты горячего цинкования  производительностью 500 тыс. т,  электролитического цинкования  производительностью 250 тыс. т,  покрытия полимерной пленкой  и окраски 150 тыс.т. 

На всех агрегатах используется принцип  непрерывной обработки, с полной механизацией и автоматизацией технологический операций.

         Дрессировочный стан 2030 представляет  собой клеть, аналогичную  клетям  пяти-клетьевого стана 2030. Клеть  снабжена моталками, разматывателем, натяжными станциями, гидроизгибом валков, гидронажимным устройством, системой подачи эмульсии или технологической смазки, системами автоматической стабилизации основных технологических параметров, уставки, для которых рассчитывает УВМ, предназначенная для управления и контроля процесса дрессировки.

         Листовая продукция поставляется  цехом либо пачками листов  длиной 2500 и 4000 мм, либо рулонами. Поэтому в цехе предусмотрены  одиннадцать агрегатов резки, включая семь агрегатов резки листа без покрытия и четыре агрегата с покрытием. Все агрегаты автоматизированы и снабжены системами автоматической сортировки. Агрегаты резки полос с покрытием имеют конструктивные изменения и дополнения, обеспечивающие качественный рез покрытого металла и исключающие нарушение сплошности между покрытием и основным металлом. Упаковка продукции в виде пачек осуществляется на агрегатах упаковки, установленных вблизи агрегатов резки. Упаковка рулонов происходит вручную.[1]

        Внедрение автоматизированных систем  управления  технологическим процессом (АСУ ТП) на станах холодной прокатки расширяет  возможности управления процессом и поиска  оптимальных  технологических режимов. В этой связи резко возросла роль теоретических и  экспериментальных исследований, так как решение задач  управления  и оптимизации требует формализации критериев и ограничений, накладываемых на переменные процесса [2]

        В настоящее время режимы обжатий  на отечественных непрерывных  станах холодной прокатки, как  правило, устанавливают  исходя  из опыта  технологического  персонала  и  оптимизируют   экспериментальным путем в процессе работы.[3]

        Производительность станов бесконечной  прокатки на 50 – 70 % выше, чем обычных  непрерывных станов, ведущих по  рулонную прокатку.[4]

        Режим обжатий при холодной  прокатке  полос  на  непрерывных станах определяет  производительность  стана, качество  поверхности, свойства и точность готовой продукции, загрузку механического и электрического оборудования, стойкость инструмента, стабильность  и устойчивость процесса. Поэтому расчет режима обжатий выполняют для каждого сорторазмера, учитывая требования, предъявляемые  к  качеству полос, характеристику установленного оборудования, толщину  исходного подката, марку стали, состояние поверхности металла  и  инструмента, вид технологической смазки, тепловые условия прокатки.

Оптимальный режим обжатий должен обеспечивать:

• качество продукции, соответствующее требованиям ГОСТа  или  техническим условиям;
• максимальную производительность стана;
• более полное и эффективное использование возможностей механического и электрического оборудования;
• минимальный расходный коэффициент  металла  и  низкую  себестоимость продукции;
• возможность и высокую эффективность использования систем регулирования и управления.

        При расчете обжатий на непрерывных станах холодной прокатки определяют толщину исходного подката, величины обжатий по  клетям, скоростной и тепловой режимы прокатки, выбирают режим натяжений, рассчитывают силу, мощность прокатки и проверяют  соблюдение установленных ограничений.

        В настоящее время отсутствует общепринятая методика  разработки режимов деформации на непрерывных станах холодной прокатки. Поэтому режимы обжатий на каждом стане выбирают исходя из опыта работы персонала, существующих на заводах традиций, действующих технологических инструкций, особенностей установленного оборудования и принятых технологических схем, качества исходной заготовки и требований к готовой продукции.

        Перечисленные особенности существенно  затрудняют  применение вычислительной  техники при расчете режимов обжатий, что сдерживает внедрение систем автоматического проектирования и  оптимизации технологии холодной прокатки.

        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.