Проблемы прокатки сверхтонкого листа
Одной из устойчивых тенденций в производстве горячекатаного листа является увеличение доли сверхтонких полос толщиной менее 1,5 мм. Американские специалисты считают, что 30—40 % холоднокатаной стали из диапазона толщин 0,7—1,2 мм по требованиям потребителей можно заменить более дешевой горячекатаной с большой экономией средств (до 20—30 дол./т). Но на традиционных НШПС при этом резко снижается производительность и возрастает себестоимость. Кроме того, для завершения прокатки полос толщиной 1,1 мм и меньше в аустенитной области требуется скорость прокатки на НШПС выше 15 м/с, что не позволяют моталки.
При прокатке тонких полос первостепенное значение приобретает вопрос регулирования плоскостности листа. На толстых листах волнистость и коробовагость также имеют место, но значимость их существенно меньше, чем на тонких листах. При прокатке тонких листов необходимо обязательно измерять плоскостность и иметь технические средства для автоматического регулирования поперечного профиля полосы в процессе прокатки. На стане 2000 ОАО “Северсталь” установлен измеритель плоскостности проката ИП-4 отечественной разработки (рис. 16.18). Осветитель прибора, закрепленный под потолком справа от полосы, формирует на полосе поперечный блик, который улавливается ТВ-камерой, закрепленной под потолком слева от раската. Далее этот сигнал обрабатывается следующим образом. Полоса по ширине разбивается на 40—250 полос, и вычисляется удлинение каждой полоски Д/, которое соответствует наблюдаемой волнистости. Отношение А1/1 в единицах измерения 1(1 1 = 10 мкм/м) служит характеристикой разнотолшинности каждой полоски. Это значение используется либо для регулирования процесса, либо для сортировки проката, либо в диагностических целях для анализа технологического процесса. Заметим, что вычисленное отношение Д/// не является гостовской величиной неплоскосгности. По ГОСТу неплоскостностью называется превышение в миллиметрах неровного места над остальной плоскостью листа, и оно не должно превышать 5—15 мм/м. Пересчет неплоскост- ности в единицы I позволяет измерять ее более точно.
Описываемый прибор имеет более высокую чувствительность (измеряет неплоскосгность на уровне 0,01 I в диапазоне 0,1-600,0 1) и большее пространственное разрешение (до 250 точек по ширине), чем зарубежные аналоги. Измеряемая неплоскосгность на нижней границе указанного диапазона значи-
Рис. 16.18. Схема размещения автоматического измерителя плоскостности листа ИП-4 на стане 2000
тельно меньше той, которую может зафиксировать человеческий глаз. В требованиях ГОСТа заложены гораздо большие значения, чем способен уловить прибор. Прибор обеспечивает устойчивую работу при скоростях до 25 м/с и выдает результаты измерения с частотой до 1 Гц.
В процессе прокатки плоскостность регулируют разными способами, на стане 2000 ЧерМК регулировку осуществляет вальцовщик, воздействуя на систему дополнительного изгиба валков. На многих станах для регулировки плоскостности применяется автоматическая система CVC. Валки, имеющие S-образную профилировку (рис. 16.19), в процессе прокатки имеют возможность перемещаться в осевом направлении, изменяя поперечный профиль полосы. За счет изменения обжатия по ширине можно добиться требуемой поперечной разноголщинности и плоскостности. Датчики плоскостности и S-образные валки образуют ядро автоматизированной системы управления плоскостностью CVC. В зависимости от сигнала система вычисляет выдвижение валков и автоматически реализует уставки. Такая система установлена на двух последних чистовых клетях стана 2000 НЛМК, на некоторых японских и других станах.
Для более тонкой регулировки плоскостности сверхтонких полос при прокатке необходимо иметь также систему управления температурным профилем рабочих валков путем дозированного разогрева отдельных участков валков или, наоборот, путем охлаждения других участков валков с помощью дозированного количества подаваемой эмульсии (система САПЭ).
Для производства горячекатаных сверхтонких полос разработано несколько новых технологических решений. Фирма Kawasaki Steel в 1996 г. впервые реализовала непрерывную прокатку свертонкого листа на действующем ШПС, установив на промежуточном рольганге койлбокс и стыкосварочную машину. Позже такой же процесс реализован на НШПС№ 1 завода фирмы Nippon Steel (г. Оита, Япония). На выходе из печи нагретые слябы свариваются между собой встык, обеспечивая бесконечный режим прокатки. Возможна также поштучная прокатка слябов. На этом стане при скорости прокатки 20 м/с можно прокатывать полосу толщиной выше 0,8 мм. Все чистовые клети приводятся от малоинерционных двигателей переменного тока, которые отличаются меньшими габаритами, стоимостью, дешевле в обслуживании, чем традиционные двигатели постоянного тока. На выходе из четырех последних клетей установлены рентгеновские толщиномеры. Клети рассчитаны на максимальные усилия 50 МН (5000 г). Для сравнения: максимальное усилие в чистовых клетях стана 2000 ЧерМК не превышает 3500 т. На рассматриваемом стане установлены быстродействующие гидронажимные устройства (ГНУ), обеспечивающие точное и быстрое управление дополнительным изгибом валков. Для автомати-
Рис. 16.19. Положение валков в системе CVC ческого регулирования планшетности применяется система осевого перемещения валков CVC. Для тонкой настройки планшетности установлена автоматическая система регулировки теплового профиля валков и поворота (скрещивания осей) валков (при скрещивании валков увеличивается толщина полосы по боковым кромкам). Все это позволяет укладываться в допуск на поперечную разнотолщинность ±0,03 мм на 99,5 % длины полосы. Но бесконечные станы не всегда оправданы, поскольку сложны, дороги и трудноперестраиваемы, поэтому предусматривается поштучный режим прокатки.
Сверхтонкие горячекатаные полосы можно получать из низкоуглеродистых сталей также на традиционных НШПС, если прокатывать металл в состоянии феррита после полного выделения его из аустенита (режим теплой прокатки). Традиционные представления о том, что температура конца прокатки должна быть в аустенитной области, неприменимы для полос толщиной меньше 1,8 мм; такие температуры недостижимы из-за больших потерь тепла. Кроме того, для сталей с содержанием углерода менее 0,02 % (1F и др.) повышена температура фазовых превращений. При ферритной (теплой) прокатке снижают температуру нагрева также для уменьшения количества поверхностных дефектов. При таких температурах прокатки меньше растворяются дисперсные фазы легирующих элементов и частицы соединений V и Nb, которые уменьшают зерно аустенита и при его распаде ускоряют рекристаллизацию феррита. При теплой прокатке уменьшается неплоскостносгь из-за отсутствия внутренних напряжений, которые возникают при аллотропических превращениях при охлаждении. Кроме того, уменьшается количество воды при межклетевом охлаждении, снижается износ валков по сетке разгара и т. д. Давление металла на валки, конечно, возрастает, но несущественно. Ферритную прокатку ведут обязательно со смазками, поэтому она по энергосиловым параметрам свободно проходит на действующих НШПС.
Известны три технологии прокатки металла в состоянии феррита. При толщинах выше 1 мм ферритная прокатка стали ведется при температурах, гарантирующих полное протекание рекристаллизации металла в рулоне, при которых наклеп снимается. При меньших толщинах и меньших температурах наклеп частично сохраняется. Металл нуждается в дополнительном отжиге после прокатки (вторая технология). По третьей технологии предусматривается последующая холодная прокатка тонкой полосы по традиционной схеме производства холоднокатаного листа.
Фирма VAI (Австрия) для ферритной прокатки сверхтонких полос (до 0,8 мм) предложила использовать дополнительную, отдельно стоящую клеть (Pony Mill). После аустенитной прокатки по традиционной технологии до толщины 1,5 мм прокатка ведется в этой клети в ферритной области с обжатием 50 % со смазкой на скорости 20 м/с. Затраты на установку дополнительной клети в 10 раз ниже, чем переход на бесконечную прокатку, при этом технологические возможности стана значительно расширяются.
На НЛМК на стане 2000 проблему прокатки тонких полос (менее 1,5 мм) решили путем внедрения автоматической системы управления скоростью транспортировки полосы на выходном рольганге, обеспечивающей высокую скорость прокатки и необходимую температуру конца прокатки без применения дополнительного дорогостоящего оборудования. Было установлено, что при прохождении полосы от последней клети до моталки существует два опасных участка, которые и определяют скорость надежного захвата при смотке. На выходе из чистовой клети передний конец встречается с первым роликом рольганга и отгибается вверх. При высоких скоростях он за счет потока воздуха увеличивает отгиб и может сложиться так, что захват моталками станет невозможным. Чтобы увеличить скорость поступления металла на моталку, предложена автоматизированная система управления, которая резко затормаживает головную часть полосы на выходе из последней клети; появляющиеся при этом инерционные силы предотвращают отгиб и складывание полосы. С этой же целью передний конец полосы на МКО охлаждают несколько больше, чем остальную полосу. После прохождения через чистовую клеть первых 20—30 м полоса быстро ускоряется, но за 15—20 м до тянущих роликов моталки происходит второе, причем резкое, торможение полосы до скорости, необходимой для захвата полосы моталкой. Обычно она превышает традиционные значения 10—11 м/с, так как надежному захвату способствуют инерционные силы, возникающие при торможении. После намотки на моталку двух-трех витков скорость полосы вновь возрастает до максимального значения. Последние метры полосы прокатываются также в режиме торможения, чтобы предотвратить удары конца полосы о рольганг. Как видно, скоростной режим прокатки значительно сложнее, чем представлено на рис. 16.4, и без системы автоматического управления не может быть реализован.
Одна из мировых тенденций в производстве тонких горячекатаных полос — применение тонких слябов (толщиной 25—50 мм вместо традиционных 200— 250 мм). При использовании тонких слябов строят единый агрегат, совмещающий операции литья и прокатки (Л ПА). Первый Л ПА был введен в 1989 г. американской фирмой Nicor Согр (см. рис. 16.13). С этого времени фирмой SMS Demag (Германия) построено 25 ЛПА общей производительностью 35 млн. т тонкой и сверхтонкой листовой стали в год. Перспектива получения по технологии ЛПА листов толщиной до 0,7 мм со свойствами холоднокатаного листа весьма заманчива.
