124746 (Холодная прокатка листов, полос и лент), страница 2

Кроме рассмотренных способов удаления поверхностных дефектов со слитков и заготовок применяют и другие, например обточку на специальных токарных станках, строжку, фрезерование в холодном и подогретом состоянии. Эти дорогостоящие способы зачистки поверхности полупродукта применяются при получении сортового проката листов и труб из жаропрочных, нержавеющих и других высоколегированных сталей, в технологическом отношении очень сложных, к качеству поверхности которых предъявляются весьма высокие требования.

При пластической обработке цветных металлов подготовке слитков и заготовок уделяется также весьма серьезное внимание, причем помимо зачистки поверхности иногда применяют предварительную термическую обработку. Так, например, перед прокаткой слябы алюминиевых сплавов (типа Д16, В95), получаемых полу непрерывным литьем, подвергают гомогенизирующему отжигу, проглаживают на двухвалковом стане с небольшими обжатиями для выравнивания основных граней, правят в горячем состоянии на роликоправильной машине, подвергают горячей резке на необходимые длины и фрезеруют. Часто перед окончательной прокаткой слябов на листы их плакируют чистым алюминием так, что листовой дюралюминий имеет плакирующий слой на каждой стороне, который составляет 2 - 4 % общей толщины листа. Плакирование выполняется в процессе горячей прокатки фрезерованного сляба, покрытого с обеих сторон листами чистого алюминия.

3. Типы станов холодной прокатки

3.1 Общая характеристика листопрокатных станов

Прокатным станом называют комплекс машин и агрегатов, предназначенных для осуществления процесса прокатки металла, дальнейшей его обработки (правки, резки) и транспортирования.

Оборудование прокатного стана можно подразделить на 2 группы – основное, расположенное в рабочей линии стана, и вспомогательное, служащее для транспортирования и отделки прокатываемой полосы. Рабочая линия состоит из рабочей клети и линии привода, включающей в общем случае двигатель, редуктор, шестеренную клеть и соединительные детали. Число клетей прокатного стана зависит от его назначения и у некоторых станов достигает нескольких десятков. Каждая клеть может иметь свою линию привода.

3.1.1 Рабочая клеть

Прокатные валки установлены в рабочей клети, которая воспринимает давление прокатки. По числу валков различают двух-, трех- и четырех - валковые (горизонтальные) клети. Существуют так же многовалковые клети (до 20 валков). Если направление вращения валков может изменяться в процессе прокатки, клеть называют реверсивной. Если валки вращаются в одном направлении, клеть нереверсивная. Рабочие клети, имеющие горизонтальные и вертикальные валки называют универсальными.

3.1.2 Шестеренная клеть

Для распределения крутящего момента одного двигателя между несколькими рабочими валками служит шестеренная клеть. Это – редуктор, передаточное отношение которого равно единице, а роль шестерен выполняют шестеренные валки. Соединительные детали, посредством которых крутящий момент передается от шестеренной клети прокатным валкам, называют шпинделями. Концевые части шпинделей (головки) бывают различной формы; наибольшее распространение получили шпиндели с универсальными и трефовыми головками. В основу конструкции универсальных шпинделей положен принцип шарнира Гука, поэтому шпиндели могут передавать вращение и крутящий момент под углом наклона до 8-10 градусов. Благодаря шарнирной конструкции универсальные шпиндели могут работать плавно; вместе с тем они позволяют передавать большие крутящие моменты, поэтому их применяют для привода валков как листовых и сортовых станов, так и для обжимных, толстолистовых и заготовочных станов.

3.1.3 Двигатель и редуктор

Применяют электродвигатели постоянного и переменного тока синхронные и асинхронные. Двигатели постоянного тока устанавливают на реверсивных станах и станах с широким диапазоном изменения числа оборотов валков, асинхронные двигатели переменного тока применяют, когда для работы прокатного стана не требуется изменение числа оборотов валков в широких пределах. Асинхронные двигатели с регулированием числа оборотов можно также применять аналогично двигателям постоянного тока, а синхронные двигатели переменного тока – на станах с постоянным оборотом валков.

3.1.4 Прокатные валки

Прокатные валки листопрокатных станов имеют гладкую бочку. Их устанавливают в клети на двух опорах (наиболее распространенные тип крепления валков). Основные части валка:

• Бочка – деформирующая часть валка;

• Шейка – служит опорными участками для установки валка в подшипниковых узлах;

• Концевые участки – предназначены для соединения со шпинделями и могут иметь различную конфигурацию в зависимости от конструкции шпинделя.

3.2 Типы станов холодной прокатки

Станы холодной прокатки стали и цветных металлов изготовляются следующих типов:

• листовые — для штучной прокатки;

• листовые широкополосные — для рулонной прокатки;

• лентопрокатные — для прокатки ленты толщиной от 1 мкм до 4 мм и шириной от 20 до 600 мм, сматываемой после прокатки в бунты или рулоны;

• фольгопрокатные — для прокатки полосы толщиной менее 0,1 мм;

• плющильные — для обжатия проволоки в узкую ленту; станы для холодной прокатки труб.

Холодная прокатка рулонной стальной полосы осуществляется на следующих станах:

• Непрерывных четырехвалковых: трех-, четырех-, пяти- и шестиклетевых с бочкой валков длиной 500/2500 мм;

• Реверсивных четырехвалковых одноклетевых с бочкой валков длиной 200/2000 мм;

• Многовалковых реверсивных (главным образом двадцативалковых) с бочкой валков длиной 1200/2000 мм для прокатки тонких (0,1/0,5 мм) и весьма тонких полос (до 2 мкм), полос и лент из легированных сталей и специальных сплавов.

Для дрессировки рулонной стальной полосы (холодная прокатка с небольшими обжатиями в пределах 0,5/3,0%) применяют четырехвалковые станы: одноклетевые нереверсивные, одноклетевые реверсивные, двухклетевые нереверсивные.

Холодную прокатку полос и листов из алюминиевых сплавов осуществляют на реверсивных и нереверсивных одноклетевых четырехвалковых станах с бочкой валков длиной 1700/2800 мм или на непрерывных станах (двух- , пятиклетевых) с бочкой валков той же длины. Холодную прокатку алюминиевой фольги толщиной 5/15 мкм и шириной до 1000 мм ведут на реверсивных или нереверсивных фольгопрокатных станах.

При рулонной прокатке полос с обеих сторон рабочей клети устанавливаются намоточно-натяжные барабаны — моталки, которые служат для разматывания рулонов перед подачей металла в валки и сматывания при выходе из валков. Наиболее производительные листовые станы — непрерывные; они также выгоднее в отношении использования моталок и др. вспомогательного оборудования. Моталки у непрерывных станов располагаются только сзади, а спереди находятся механизмы для подачи рулонов, разматывания их и направления металла в валки первой рабочей клети.

4. Технология производства холоднокатаных листов из углеродистой стали

Исходным материалом для производства холоднокатаных полос и листов служат горячекатаные полосы толщиной 1,8 - 6,0 мм, поступающие в цех холодной прокатки в рулонах.

Конечной продукцией цехов холодной прокатки рассматриваемого типа являются листы и полосы толщиной 0,3 - 3,0 мм, шириной 2350 мм, из углеродистой стали обыкновенного и повышенного качества, а также из низколегированных сталей. Значительная часть листов и полос выпускается с защитными антикоррозионными покрытиями - цинковым, алюминиевым, полимерными и др.)

Поверхность исходных горячекатаных полос покрыта окалиной (оксидами). Если проводить холодную прокатку заготовок в таком состоянии, то окалина будет вдавливаться в металл, резко ухудшая качество его поверхности. Кроме того, окалина, обладая относительно высокой твердостью, способствует износу прокатных валков. Поэтому первой необходимой технологической операцией является удаление окалины с поверхности горячекатаных полос.

Существует ряд способов удаления окалины, однако широкое практическое применение получили два: химический и механический. Химический способ заключается: в растворении оксидов в кислотах; механический - в осуществлении пластической деформации, способствующей отлущиванию окалины с поверхности полосы, или дробеметной (дробеструйной) обработке. В настоящее время оба эти способа часто применяются совместно, причем химический, называемый травлением, является основным, а механический – предварительным.

До середины 60-х годов травление горячекатаных полос в цехах холодной прокатки осуществлялось только в растворах серной кислоты; в настоящее время этот способ вытесняется солянокислотным травлением. Использование соляной кислоты в качестве травильной среды имеет ряд существенных преимуществ. Прежде всего, соляная кислота является более активной, чем серная, особенно по отношению к оксидам, что позволяет сократить время травления. Качество поверхности полос после обработки в соляной кислоте лучше, чем после работки в серной. Сокращается выделение водорода, в связи, с чем уменьшается опасность возникновения водородной хрупкости. Соляная кислота легче и полнее удаляется с поверхности полос в промывных ваннах. Большое значение имеет то обстоятельство, что образующиеся при травлении соли соляной кислоты достаточно легко даются термическому расщеплению на хлористый водород и оксиды железа. Оба этих продукта возвращаются в производство. Хлористый водород, растворяясь в воде, дает свежую соляную кислоту, а оксиды железа используются в порошковой металлургии и других отраслях промышленности.

В современных: крупных цехах холодной прокатки травление горячекатаных полос осуществляется в травильных агрегатах непрерывного действия (Приложение 1,рис 1). Каждый такой агрегат состоит из трех частей: головной, средней (технологической) и хвостовой. В головную часть входят разматыватель рулонов, окалиноломатель, правильная машина, гильотинные ножницы, машины для стыковой сварки или сшивки полос (позиции 1-8 на рис 1). Средняя (технологическая) часть агрегата включает дрессировочный стан или растяжную машину для дополнительного механического разрушения окалины, травильные и промывочные ванны, сушильное устройство (позиции 9-15). В хвостовой части aгpeгaтa находятся гильотинные и дисковые ножницы, промасливающее устройство, моталка (позиции 16-20).

Окалиноломатель 2, куда поступает полоса с разматывателя 1, действует по принципу двойного изгиба полосы вокруг роликов малого диаметра. При этом часть окалины удаляется (отлущивается), а другая часть остается на полосе, но растрескивается, что облегчает последующее травление.

Соединение полос с образованием непрерывной ленты осуществляется на стыкосварочной машине 6. Перед этим полосы проходят через правильную машину 4, их концы обрезаются на ножницах 5. После сварки грат (сварной валик) удаляется на установке 7. Для соединения полос из сталей, которые плохо поддаются сварке, используется сшивная машина 8.

Перед поступлением полосы в травильные ванны производится дополнительное механическое разрушение окалины. Для этого применяется дрессировочная клеть 11 (обжатие 2-5 %) или машина пластического растяжения (удлинение до 3 %). Затем следует основная операция - травление. Обычно в состав агрегата входят 4- 5 травильных ванн с каскадным расположением. Наиболее концентрированный, свежий раствор кислоты (например, 20- 23 % H₂SO 4) подается в последнюю по движению полосы ванну. По мере обеднения раствор переливaется в предыдущую ванну и т.д. В первой ванне концентрация раствора падает примерно до 10 %, после чего он направляется на регенерацию. Таким образом, травление ведется по принципу противотока. Из последней травильной ванны полоса поступает на промывку сначала в ванну 13 с холодной водой, а затем в ванну 14 с горячей. После этого полоса проходит через сушильное устройство 15, где она обдувается горячим воздухом.

В хвостовой части агрегата вырезают места сварки на ножницах 17 (с учетом необходимого укрупнения массы рулонов), обрезают боковые кромки полосы на дисковых ножницах 18, промасливают поверхности металла в устройстве 19, сматывают полосы в рулоны на моталке 21. Для получения рулонов заданной массы используются ножницы 20.

Протравленные и промасленные полосы в рулонах поступают на стан холодной прокатки. Чаще всего это четырех- или пятиклетевой непрерывный стан.

Рулоны цепным транспортером подаются в разматыватель стана. Передний конец полосы отгибается специальным устройством и задается в тянущие ролики, которые подводят полосу к валкам первой клети. Пройдя через все клети (с заданным обжатием), передний конец полосы попадает на барабан моталки. С помощью захлестывателя начинается намотка полосы на барабан. Все указанные начальные операции выполняются на малой, заправочной скорости (0,5- 2,0 м/с). После намотки на барабан 3-4 витков полосы стан переводят рабочую скорость. Когда прокатка рулона завершается и в разматывателе остается 2 - 3 витка полосы, скорость стана снова до заправочной. Если поступающие на стан рулоны составлены (сварены) из нескольких полос, то прокатка сварных швов также осуществляется на пониженной скорости (около 5 м/с).

На станах бесконечной прокатки концы полос свариваются, поэтому паузы при прокатке отсутствуют. Во время сварки полоса продолжает поступать в валки из петленакопителя. На этих станах скорость прокатки снижается лишь во время прохождения сварного шва, а также перед разрезкой полосы летучими ножницами и заправкой ее переднего конца на свободную моталку.

Суммарное обжатие при холодной прокатке углеродистых и низколегированных конструкционных сталей в большинстве случаев находится в пределах 50- 80 %. Большое значение имеет распределение частных обжатий по клетям или проходам (на реверсивных станах); оно влияет на точность прокатки, загрузку оборудования, производительность стана. На практике применяются разные варианты распределения обжатий по клетям непрерывного стана.