Температурный режим прокатки на НШПС
Одним из основных параметров, определяющих качество металла при прокатке на НШПС, является температура металла. Распределение температуры по линии стана определяет микроструктуру металла и механические свойства листа после прокатки. Температурой определяются также энергосиловые параметры прокатки.
Нагрев металла производится в соответствии с диаграммой железо—углерод (см. рис. 10.6) до температуры на 50—100 °С ниже линии солидуса, и для основного марочного сортамента стана, включающего низкоуглеродистые марки стали, температура нагрева составляет 1250—1280 °С. Для сталей, микролеги- рованных ниобием и ванадием, низкий нагрев (до 1150 °С) не применяется, как на толстолистовых станах, потому что выгодно растворить в аустените кар- бонигриды этих элементов полностью и после прокатки при быстром охлаждении более эффективно использовать их выделение для упрочнения зерен феррита.
Температура конца прокатки также определяется диаграммой состояния. Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,1 до 0,7 % необходимо прокатывать в однофазном состоянии аустенита и заканчивать прокатку выше линии Ас3, т. е. при 950—850 °С в зависимости от содержания углерода. Для этих сталей деформация в двухфазной области температур вредна, так как механические свойства готового металла снижаются.
Для сталей с содержанием углерода менее 0,1 %, наоборот, выгодно заканчивать деформацию при температурах фазовых превращений. В сталях с содержанием углерода 0,02—0,10 % в межфазной области образуется феррит и обедненный углеродом аустенит. Прокатка в этой области позволяет упрочнить и размельчить феррит и продеформировать аустенит, подготовив его структуру для получения оптимальных свойств продуктов его распада после прокатки. Особенно полезны такие температуры конца прокатки для низкоуглеродистых сталей, микролегированных ниобием (или ванадием и ниобием), гак как выпадающие микрочастицы карбидов и карбонитридов этих элементов способствуют измельчению и упрочнению зерен феррита без потери пластичности.
При содержании углерода менее 0,02 % (сверхнизкоуглеродистые стали) аустенит распадается на феррит и третичный цементит. Если температура конца прокатки выше начала распада аустенита, то участки цементита располагаются на границах зерен феррита и блокируют их. При холодной деформации свойства такого металла не пригодны для последующей холодной прокатки или штамповки. Путем деформации металла в двухфазной области цементит дробится и располагается внутри ферритных зерен, при этом металл упрочняется, а пластичность ферритной основы не снижается.
Для заэвтектоидных сталей (с содержанием углерода более 0,7 %) также заканчивают прокатку при температурах ниже начала распада аустенита, т. е. в области фазового перехода. Выделяющийся при распаде аустенита цементит располагается в виде сплошной сетки вокруг зерен перлита. Такие зерна становятся хрупкими, поэтому необходимо путем деформации в двухфазной области раздробить сетку хрупкого цементита и расположить его внутри зерен перлита.
Таким образом, для каждой марки стали температура конца прокатки металла после 12-й клети стана строго задана. Температура на других участках стана тоже меняется в узких пределах. После черновых клетей темпера тура должна быть равной примерно 1100 °С, толщина поката при этом равна 28—35 мм. Перед чистовой прокаткой температура должна приближаться 1000—1050 °С. Если прокатываются листы толщиной выше 5,0 мм, то заданная температура перед чистовой прокаткой достигается путем подстуживания раската на промежуточном рольганге. На НШПС промежуточный рольганг (на стане 2000 ЧерМ К длиной 132 м, а на стане 2000 НЛМК — 200 м) — это не только транспортное средство, но и технологический агрегат для регулирования температурного режима прокатки. Время выдерживания раската для каждой толщины определяется статистическим путем.
При прокатке тонких листов в интервале толщин 2,0—1,2 мм температура перед чистовой прокаткой при естественном охлаждении оказывается ниже требуемой. Чтобы поднять ее, на промежуточном рольганге устанавливают дополнительные экраны, которые отражают лучистую энергию обратно на движущийся лист, замедляя его остывание. Таким способом можно поднять температуру раската на 70 °С.
Как видно, на современном стане при широком сортаменте производимой продукции выдерживать заданный температурный режим прокатки довольно сложно. Видимо, правы те специалисты, которые считают, что существующие и вновь строящиеся прокатные станы необходимо специализировать. Одни станы должны производить листы толщиной 1,2—6,0 мм, эти станы требуют средств по сохранению тепла при прокатке и должны быть оборудованы специальными стационарными экранами, установленными на промежуточном рольганге. На таких станах важной задачей будет снижение минимальной толщины полосы до 1,0—0,8 мм. Другие станы, прокатывающие лист толщиной от 6 до 16 мм, необходимо оборудовать специальными средствами для охлаждения раската на промежуточном рольганге. При увеличении мощности моталок можно увеличить максимальную толщину до 20—25 мм.
Требуемую температуру конца прокатки на существующих станах можно достигать путем регулирования температуры, степени и скорости деформации по клетям стана. Расчеты показывают, что перераспределение обжатий в чистовой группе клетей наиболее эффективно влияет на температуру конца прокатки. Но практические возможности изменения обжатий в чистовых клетях ограничены, хотя, как показывают расчеты, снижение обжатий в первых и увеличение в последних чистовых пропусках существенно увеличивают температуру конца прокатки. На практике, наоборот, стремятся стабилизировать обжатия в чистовой группе клетей, а также температуру и скорости по клетям, чтобы обеспечить постоянные и высокие свойства листов внутри партии рулонов.
Все регулировки осуществляются в основном в черновой группе клетей. Температуру конца прокатки можно регулировать прежде всего за счет изменения режимов прокатки в этих клетях. Понятно, что с увеличением скорости прокатки в черновых клетях увеличивается температура раската, поступающего на промежуточный рольганг. Режим деформации в черновых клетях также влияет на эту температуру. Если ослабить обжатия в первых и увеличить в последних клетях черновой группы, то за счет дополнительного тепла, образующегося при переходе энергии деформации в тепловую, можно поднять температуру промежуточного раската. При обратном распределении обжатий можно сбросить “лишнюю” температуру. Меняя режим обжатия в черновых клетях, управляют температурой на промежуточном рольганге и температурой конца прокатки в пределах до 40 °С. Соответственно, изменяя толщину исходного сляба, поступающего в черновые клети, можно управлять как режимом обжатия в черновых клетях, так и температурой промежуточного раската (до 70 °С).
Наличие непрерывной черновой группы на стане 2000 ЧерМК обеспечивает температуру раската за последней клетью на 40—60 °С выше, чем на стане 2000 НЛМК, что позволяет увеличить толщину подката перед чистовой группой на 5—10 мм. На стане 2000 НЛМК опытной прокаткой полос толщиной 1,5—2,5 мм показано, что увеличение толщины промежуточного раската с 25— 27 до 32—36 мм дает прибавку к температуре конца прокатки на 20—40 °С. В Японии при прокатке полос толщиной выше 6 мм увеличивают эту толщину до 45—50 мм. При прокатке более тонких полос толщина промежуточного проката снижается.
Для регулирования температуры конца прокатки на стане 2000 ЧерМК применяют принудительное регулируемое охлаждение полосы при прокатке в чистовой группе клетей. На этом стане действует современная установка межклетевого ускоренного охлаждения (МКО), состоящая из системы струйных сопел, расположенных перед и после каждой чистовой клети. Режим подачи воды на полосу рассчитывается на ЭВМ с использованием дифференциального уравнения теплопроводности по конкретным расчетным значениям температуры по клетям. Принудительное межклетевое охлаждение проката при заданной температуре конца прокатки при прокатке толстых полос (выше 5 мм) увеличивает производительность стана на 3—6 %, на более тонких полосах точнее осуществляется регулировка температуры. Применение АСУ ТП при использовании режима ускорения стана и принудительного межклетевого охлаждения позволяет стабилизировать температуру по длине раската, между полосами одной партии, температуры начала и конца прокатки и смотки. Эксплуатация системы показала, что на сталях 09Г2С, 17ГС, 10Г2С1 и др., которые должны иметь температуру конца прокатки не более 820—830 °С, колебания ее не превышают ±15 °С. Применение принудительного межклетевого охлаждения, а также общее повышение температуры металла в связи с применением непрерывной группы черновых клетей позволяют на стане 2000 ЧерМК использовать толщину промежуточного раската на 3—5 мм выше, чем на аналогичном стане 2000 НЛМК.
На станах, применяющих технологическую смазку в чистовых клетях, также появляется возможность увеличить толщину промежуточного раската за счет как снижения давления на валки и увеличения обжатия во всех клетях, так и снижения тепловых потерь при контакте металла с валками. Однако применение смазки при прокатке на НШПС связано с организационными трудностями. Необходимо соответствующее оборудование, соответствующая система подачи смазки в очаг деформации и утилизации отработанной смазки, необходима компьютеризованная система управления этими системами. На рассматриваемом стане смазки применяются сравнительно редко, хотя опыты по прокатке со смазками разного состава проводились и показали высокую эффективность. Имеется богатый зарубежный опыт по разработке составов технологических смазок и использованию их при горячей прокатке листа на НШПС.
Большое количество исследований посвящено возможности управлять температурой конца прокатки с помощью гидросбивов. Установлено, что количество подаваемой воды на гидросбивах в черновых клетях (№ 1—3) практически не влияет на температуру раската на промежуточном рольганге и, следовательно, на температуру конца прокатки. Но режим подачи воды на гидросбиве после чистового окалиноломателя существенно отражается на температуре конца прокатки. Эти возможности используют, но они ограничены, так как есть опасность получить бракованную поверхность листа по окалине.
Листы сматываются на моталки при температурах ниже Ас1, после полного выделения избыточного феррита из переохлажденного аустенита. Если выделение феррита будет продолжаться в рулоне, то при разной скорости охлаждения наружных и внутренних витков рулона получится разная структура металла по длине листа. Конечные механические свойства металла сильно зависят от температуры смотки, поскольку она определяет кинетику распада аустенита после прокатки. Для сталей аустенитного класса температура смотки равна 800 °С, для мартенситных сталей — 700 °С, для ферритных — 650 °С. Требуемая температура смотки достигается путем регулирования на ламинарной душиру- ющей установке, расположенной в виде трех блоков на отводящем рольганге стана, количества подаваемой воды на верхнюю и нижнюю поверхности листа и путем изменения скорости прокатки (скорости обдувания воздухом) листа.
Необходимо отметить, что температурный режим прокатки на стане можно выдержать только на базе автоматизированной системы управления прокаткой (АСУП) с помощью системы ЭВМ. На стане 2000 ЧерМК введена комплексная система управления технологическими параметрами прокатки, разработанная фирмой “Сименс” и позволяющая в автоматическом режиме или в режиме советчика осуществлять управление температурой, скоростью и обжатиями по клетям стана, при этом контролируются и другие параметры прокатки (усилия, моменты, токи якоря двигателей и пр.), осуществляется диагностика состояния оборудования. Имеются ЭВМ, управляющие режимами нагрева, охлаждения проката на душирующей установке, режимами смотки и пр. На станах предыдущих поколений установлены только локальные системы управления температурой прокатки, температурой смотки и другими технологическими параметрами.
