Участки производства сортового проката

Технологическая схема на участках производства сортового проката в общем виде представляет комплекс из трех основных операций, определяющих состав и компоновку оборудования: нагрев исходной заготовки; горячую прокатку необходимого профилеразмера сечения металла; охлаждение и отделку проката для придания ему необходимых товарных свойств (механических, технологических) и формы (длины, кривизны, упаковки и т.п.).

Сортовой прокат — наиболее массовый вид прокатной продукции — характеризуется широким сортаментом по форме и размерам профилей. В зависимости от формы поперечного сечения сортовой прокат подразделяется на простые и фасонные профили. К простым профилям относят круг, квадрат, шестигранник, арматурную сталь периодического профиля, полосу. Фасонные профили подразделяют на профили общего и специального (отраслевого) назначения. К фасонным профилям общего назначения относят угловую сталь, швеллеры и двутавровые балки. К фасонным профилям специального назначения рельсы, шпунты, автоободы, зетовую, ромбическую, трехгранную, овальную и другие стали, применяемые в транспортном и сельскохозяйственном машиностроении, судостроении, строительстве, электромашиностроении, угольной, нефтяной и других отраслях промышленности. По размерам поперечного сечения весь сортовой прокат условно подразделяют на четыре группы: сталь крупносортная, среднесортная, мелкосортная и катанка, которые, соответственно, определили основную классификацию сортовых станов по назначению.

Распространенное в настоящее время деление сортовых прокатных станов на группы в зависимости от сортамента основной продукции приведено в табл. 6.4.

По расположению рабочих клетей сортовые станы подразделяются на четыре основных типа: линейные, последовательные, полунепрерывные и непрерывные.

В сортопрокатном производстве развитых стран за два последних десятилетия наибольшее распространение получили балочные станы для прокатки экономичных широкополочных двутавров, мелкосортные, проволочные и комбинированные мелкосортнопроволочные станы, а также сортопрокатные станы широкого сортамента из качественных сталей.

Выпуск широкополочных двутавров с параллельными полками занимает одно из ведущих мест в сортопрокатном производстве, и двутавры входят в сортамент прокатной продукции всех развитых стран мира.

Широкополочные двутавры с высотой стенки до 1200 мм и шириной полок до 450 и 500 мм изготовляют в настоящее время на специализированных (только для производства широкополочных двутавров) или комбинированных (для прокатки двутавров и крупного сорта) универсальных балочных станах в составе трех—восьми рабочих клетей, установленных за специальными блюмингами 1270—1500 или МНЛЗ, обеспечивающими балочные станы прямоугольными и фасонными заготовками. В состав балочных станов входят универсальные рабочие клети с приводными горизонтальными и неприводными вертикальными валками, установленными в одной вертикальной плоскости. На универсальных балочных станах применяется современный метод прокатки широкополочных балок с параллельными полками, состоящий из следующих групп операций:

На участках для производства широкополочных двутавров максимального размера устанавливается комплекс оборудования, включающий методические печи с шагающими балками для нагрева блюмов, универсальные балочные станы с последовательным расположением рабочих клетей, пилы горячей и холодной резки с пильными дисками диаметром до 2500 мм, холодильники с шагающими балками, роликовые правильные машины с переменным шагом роликов, горизонтальные и вертикальные правильные гидропрессы усилием до 14 МН для правки тяжелых балок, соответствующие транспортные, кантующие и другие вспомогательные механизмы.

Все оборудование, устанавливаемое на этих участках, — от загрузочных устройств нагревательных печей до уборочных стеллажей с укладчиками балок в пакеты — располагается в едином технологическом потоке. При этом все межоперационные транспортные передачи металла осуществляются рольгангами, транспортерами, перекладывателями и другими механизмами, рассчитанными на часовую производительность основного оборудования.

На рис 6.15 представлена схема компоновки и состав оборудования участка для производства наиболее крупных широкополочных двутавров (высотой до 1200 мм с шириной полок до 500 мм) со специализированным универсальным балочным станом фирмы “Ниппон Кокан” (Япония). В состав оборудования стана входят: три нагревательные печи с шагающим подом /; обжимная (подготовительная) дуореверсивная клеть 1100 2; пила 3 для обрезки переднего конца раскатов перед задачей в универсальную клеть; две реверсивные универсальные балочные группы клетей — черновая и предчистовая, каждая из которых состоит из двухвалковой вспомогательной клети 1040 4 и четырехвалковой универсальной клети 1520 5; одна чистовая универсальная клеть 1520 6, четыре пилы горячей резки 7; четыре секции холодильников 8 с шагающими балками; девятироликовая правильная машина 9 с переменным шагом роликов (1200— 1800 мм) для правки широкополочных балок высотой < 750 мм: два комбинированных правильных пресса 10 для балок высотой более 750 мм; два инспекторских стеллажа И: четыре штабеле раукладчика балок 12 и отдельно стоящая пила холодной резки 13. Исходные заготовки для стана прокатывают на блюмингеслябинге 1500/1350, размещенном в непосредственной близости от здания универсального балочного стана, на котором из 10—25т слитков семи типоразмеров предусмотрена прокатка прямоугольных блюмов 35—57 типоразмеров. Производительность каждой печи балочного стана 90 т/ч. Годовая производительность балочного стана 1320 тыс. т по годному, масса технологического оборудования стана 25 тыс. т.

Схема компоновки универсального балочного стана НТМК приведена на рис. 6.16.

Исходные заготовки фасонного (10 типоразмеров) и прямоугольного (двух типоразмеров)сечений с массой 1 м длины от 400 до 1500 кг (наибольшая масса заготовки 21,8 т) прокатывают на блюмингеслябинге 1500 из 10—23т слитков. Для нагрева заготовок перед прокаткой на стане предусмотрены три печи с шагающим подом /, оборудованные устройствами для безударной выдачи заготовок. Длина пода печей 35,5 м, ширина — 12,6 м. Максимальная производительность каждой печи 160 т/ч. Рабочие клети стана установлены последовательно в четыре линии: одна дуоре версивная обжимная клеть 1300 2; две реверсивные универсальные балочные группы клетей черновая и предчистовая, каждая из которых состоит из двухвалковой вспомогательной клети 1250 3 и четырехвалковой универсальной клети 1500 4, одна чистовая универсальная клеть 1500 5.

Перед каждой линией рабочих клетей предусмотрена установка камер гидросбива окалины водой давлением 15 МПа. За чистовой клетью установлено шесть пил горячей резки 6 маятникового типа, обеспечивающих порезку раскатов на длины 6—30 м. Участок пил оборудован устройством для безупорной остановки раскатов под рез и скиповым устройством для уборки обрези непосредственно в железнодорожные вагоны. За пилами установлены клеймовочная машина 7 и холодильники 8 с шагающими балками для охлаждения двутавров в положении “на полке” с принудительным воздушным охлаждением на выходной стороне от специальной вентиляционной установки. Оборудование для отделки, контроля и уборки готового проката скомпоновано в два симметричных потока по обе стороны от холодильников, каждый из которых имеет в своем составе две правильные машины с переменным шагом роликов для горизонтальной 9 и вертикальной 10 правки двутавров; два участка осмотра двутавров 11 на рольгангах с кантователями; распределительный стеллаж 12; гидравлический пресс 13 для доправки концов двутавров; пилу холодной резки 14 для вырезки дефектных участков двутавров; три инспекторских стеллажа 15 с уборочными устройствами для готового проката.

Универсальный балочный стан оснащен локальными системами автоматического управления оборудованием участка нагревательных печей, главных приводов и нажимных устройств рабочих клетей стана, пил горячей резки с обеспечением оптимального раскроя, участка холодильников. Часовая производительность стана 95— 210 т. Масса технологического оборудования стана 34,5 тыс. т.

Современные рельсобалочные станы, достроенные в 70е годы, оборудованы рабочими клетями дуо и универсальнобалочными группами с последовательным расположением (рис. 6.17). В составе этих станов: обжимная дуореверсивная клеть 930 7; одна или две отдельно стоящие черновые дуореверсивные клети 930 2\ одна или две промежуточные непрерывные двух или трехклетевые реверсивные универсальнобалочные группы 3, 4\ чистовая универсальная клеть 5. Вместо промежуточных и чистовых универсальных клетей на рельсобалочных станах при необходимости устанавливаются горизонтальные клети дуо Характеристика рабочих клетей шестиклетевого рельсобалочного стана (рис. 6.17, а) приведена в табл.6.6, восьмиклетевого рельсобалочного стана (рис. 6.17, б) — в табл. 6.7.

Применяемый за рубежом в промышленных масштабах способ прокатки рельсов в универсальных клетях обеспечивает по сравнению с традиционной прокаткой в двухвалковых горизонтальных клетях высокое качество поверхности профиля, улучшение структуры металла и повышение его механических характеристик, улучшение прямолинейности рельсов до поверхности катания головки. Прокатка рельсов в универсальных клетях позволяет получить более равномерную деформацию по сечению профиля при многократном прямом обжатии его головки и подошвы вертикальными валками разных диаметров в связи с разными толщинами головки и подошвы рельса (диаметр валка со стороны головки принимается меньшим, чем со стороны подошвы). Переход на рельсобалочном стане с прокатки рельсов в закрытых двухвалковых калибрах на прокатку в универсальных четырехвалковых калибрах обеспечивает повышение производительности, выхода годного проката и снижение расхода валков.

Непрерывная прокатка тяжелых фасонных профилей (двутавров и рельсов) начала развиваться только в 70е годы благодаря совершенствованию электропривода клетей и применению ЭВМ, позволившим вести прокатку с минимальным натяжением металла между клетями (в пределах 10 Н/мм2 площади поперечного сечения профиля). Освоение способа непрерывной прокатки рельсов и тяжелых фасонных профилей в двух и трехклетевых универсальнобалочных группах клетей ставит вопрос о создании современного рельсобалочного стана полунепрерывного типа, компоновка рабочих клетей которого приведена на рис. 6.18. Стан предусматривается в составе десяти последовательно установленных рабочих клетей: одной обжимной дуореверсивной 7; черновой непрерывной четырехклетевой группы 2 из одной горизонтальной дуонереверсивной клети, двух универсальных и одной вспомогательной клети дуо; промежуточной непрерывной четырехклетевой группы 3 из чередующихся универсальных и вспомогательных клетей дуо; одной чистовой универсальной клети 4. Прокатка в обжимной клети предусматривается за семь проходов (исходный литой блюм сечением 350x400 мм), в остальных клетях — за один проход с выпуском раската на рольганг между непрерывными группами и перед отдельно стоящей чистовой универсальной клетью. На рольгангах между группами и перед чистовой клетью возможно подстуживание раската для регламентированной прокатки с термомеханическим упрочнением, обеспечивающим увеличение предела прочности контактной поверхности рельсов до 1,5—1,7 ГПа и сокращение затрат на термообработку рельсов. Максимальная скорость прокатки на стане 8 м/с. Стан предполагается специализировать на прокатке железнодорожных рельсов тяжелого типа 65 и 75 кг/м длиной 50 м, трамвайных желобчатых рельсов 55, 60 и 65 кг/м длиной 12,5 м и тяжелых шпунтов длиной до 22 м. Годовая производительность стана 2—2,5 млн. т.

Технологическая схема на участках производства рельсов и тяжелых фасонных профилей предусматривает поточную отделку проката, включающую горячую резку, охлаждение, правку, контроль качества, доотделку рельсов и профилей, термообработку рельсов. Пропускная способность участков отделки в потоке соответствует, как правило, максимальной часовой производительности стана. На некоторых станах пропускная способность участка доотделки рельсов не соответствует часовой производительности стана, в связи с чем предусмотрены межоперационные промежуточные склады.

Современные участки для производства крупного сорта широкого сортамента содержат крупносортные станы непрерывнопоследовательного либо полунепрерывного типа. На станах первого типа черновые и промежуточные клети компонуются в непрерывные группы по четырешесть клетей в каждой, а клети для окончательного формирования профиля и чистовые устанавливаются последовательно с прокаткой на выпуск.

Станы второго типа — полунепрерывные — оборудуются одной дуореверсивной клетью (вместо нескольких черновых клетей дуо с последовательным расположением), а остальные клети стана компонуются в однутри непрерывные группы по двешесть клетей в каждой.

Из станов непрерывнопоследовательного типа характерным является крупносортный стан 600 конструкции Ижорского машиностроительного завода, установленный на Коммунарском металлургическом заводе. Компоновка оборудования полунепрерывного крупносортнобалочного стана 700 представлена на рис, 6.19.

Стан 700 предназначен для прокатки нормальных и широкополочных двутавров с параллельными полками высотой 200—350 мм и шириной полок 100160 мм, колонных двутавров (96x100) (160x160) мм, балок двутавровых высотой 180— 360 мм и шириной полок 90—145 мм, швеллеров 180—300 мм, угловой стали равнополочной (100x100)—(200x200) мм и неравнобокой эквивалентного сечения, фасонных профилей отраслевого назначения (асимметричных двутавров, заготовок для зетовых шпунтовых свай, профилей шахтной крепи). Выпуск проката предусматривается в прутках длиной от 4 до 24 м, упакованных в пачки массой 5, 10 и 15 т.

Исходная заготовка для стана — блюмы сечением 300x300, 350x350 и 310x380 мм, длиной 4—6 м, массой до 5,2 т. Предусматривается возможность на производстве простых профилей из качественных сталей, без кантовки и скручивания раската между клетями, что позволяет получить прокат высокой точности и высокое качество поверхности металла. Первый однониточный мелкосортный стан 250, специализированный для выпуска подката для калибровки и холодной высадки в бунтах массой до 2,1 т, был введен в эксплуатацию на заводе “Криворожсталъ” в 1977 г.

Участки массового производства катанки диаметром от 5 до 13 мм для перетяжки на проволоку, а также для строительной арматуры, сварочных электродов, упаковки и проч. оборудованы непрерывными двухчетырехниточными проволочными станами, выпускающими катанку в бунтах массой до 2 т. Исходным металлом для современных проволочных станов является катаная или литая заготовка сечением от 100x100 до 130x130 мм и длиной 12—15 м. На станах устанавливаются двухвалковые горизонтальные и вертикальные клети в количестве, обеспечивающем 21—27 проходов на каждую нитку, объединенные в черновую и промежуточные многониточные непрерывные группы и однониточные чистовые восьми или десятиклетевые блоки. За каждым чистовым блоком устанавливается оборудование для двухстадийного водяного и воздушного регулируемого охлаждения катанки, оборудование для формирования, под прессовки, обвязки, маркировки и уборки бунтов.

Черновые группы современных проволочных станов состоят из семидевяти горизонтальных клетей с валками диаметром 500—450 мм, промежуточные — из четырех горизонтальных клетей с валками диаметром 400—300 мм. На некоторых станах перед чистовыми блоками устанавливаются предчистовые однониточные группы из двухчетырех клетей с чередующимися горизонтальными и вертикальными валками диаметром 320—240 мм. Чистовые блоки из двухвалковых клетей имеют диаметры валков (дисков) от 215 до 150 мм, чистовые блоки из трехвалковых клетей — 300—270 мм. Скорость выхода катанки из чистового проволочного блока на современных станах достигает 100 м/с. Чистовые блоки обеспечивают высокую точность сечения катанки — до ±0,1 мм, практически по всей длине раската (за исключением переднего и заднего концов длиной около Юм).

Увеличение скорости прокатки и массы заготовок на проволочных станах с традиционными моталками для формирования бунтов сопровождалось ухудшением структуры металла, увеличением окалинообразования, обезуглероживания поверхности, разбросом механических свойств по длине изза высокой температуры конца прокатки (до 1050 °С) и неравномерного охлаждения витков катанки по сечению бунта.

Для устранения указанных недостатков и повышения качества катанки в конце 60х годов на вновь строящихся высокоскоростных проволочных станах за рубежом начали внедрять двухстадийное регулируемое охлаждение (Стелморпро цесс), технологическая схема которого предусматривает:

1. На первой стадии — водяное охлаждение катанки за последней чистовой клетью стана в про водковых трубах с температуры конца прокатки 1000—1050 °С до 650—800 °С. Температура охлаждения катанки регулируется количеством охлаждающей воды в проводках в зависимости от марки стали и требований к качеству структуры металла.

2. На второй стадии — укладку катанки с помощью ниткоукладчика (аналогичного укладчику витков проволочной моталки) на горизонтальном или наклонном движущемся транспортере в виде растянутых витков с шагом 30—60 мм. При движении витков на транспортере металл охлаждается либо ускоренно подаваемым под транспортер вентиляционными установками холодным воздухом, либо замедленно (легированные стали) — с укрытием транспортера теплоизоляционными щитами (муфелями). Температура металла после вторичного охлаждения 300—150 °С.

В конце транспортера устанавливается витко сборник — вертикальная шахта, в которой размещается коническая оправка на поворотном устройстве или на поддоне. После сбора всех витков одного раската оправка отводится из шахты (либо поворотом на 180°, либо транспортировкой поддона по рольгангу), и на ее место устанавливается вторая оправка для приема витков следующего раската. Собранный на оправке распушенный бунт осаживается (подпрессовывается) на специальном прессе, обвязывается с помощью вязальных машин, взвешивается, маркируется бирками и крюковым конвейером или роликовыми транспортерами выдается на склад готовой продукции. Оптимальные для транспортирования и дальнейшей обработки габариты бунтов катанки: внутренний диаметр 650 мм, наружный диаметр 1250 мм, высота 700—2500 мм.

Годовая производительность современного проволочного стана при прокатке углеродистой катанки диаметром 5,5 мм с расчетной скоростью 80 м/с составляет до 300 тыс. т на одну нитку стана.

Первый современный проволочный стан 150 с блочными чистовыми клетями и двухстадийным регулируемым охлаждением катанки введен в эксплуатацию на Белорецком металлургическом комбинате в 1980 г. Двухниточный стан предназначен для производства катанки диаметром *5—10 мм из конструкционных углеродистых и легированных, канатных, рессорнопружинных, шарикоподшип

Современные среднесортные станы оборудуются горизонтальными и вертикальными двухвалковыми клетями, комбинированными двухвалковыми клетями, которые могут работать как горизонтальные или как вертикальные, универсальными или комбинированными универсальными клетями (последние применяются как универсальные или как горизонтальные дуо), устанавливаемыми в две группы — черновую и чистовую. Состав черновой группы определяется сортаментом стана, необходимой производительностью, возможностью использования заготовок разных сечений. При незначительной производительности и небольшом диапазоне сечений исходной заготовки устанавливается одна реверсивная черновая клеть, в которой осуществляют пятьсемь проходов. Для увеличения производительности стана в черновой группе устанавливают одну реверсивную клеть, в которой производят три прохода, и одну—три последовательно расположенные клети нереверсивные дуо со свободным выпуском раската и его кантовкой перед каждой клетью. Наибольшая пропускная способность стана достигается при блокировке клетей в трехклетевые черновые группы со свободным выпуском раската между группами, как это осуществлено на высокопроизводительном среднесортнобалоч ном стане 450 ЗападноСибирского металлургического комбината. Дальнейшим развитием такой схемы среднесортного стана является компоновка черновых клетей в единую непрерывную черновую группу с чередующимися горизонтальными и вертикальными валками и регулируемым натяжением в межклетевых промежутках. В чистовых непрерывных группах среднесортных станов устанавливается от шести до двенадцати рабочих клетей, из которых четыредесять комбинированные универсальные клети, а двечеты ре — комбинированные двухвалковые клети. При прокатке балок и швеллеров двухвалковые клети используются в качестве вспомогательных для контроля ширины полок.

При прокатке простых профилей и угловой стали комбинированные универсальные клети работают в качестве горизонтальных дуо, а комбинированные двухвалковые могут использоваться в качестве горизонтальных или вертикальных клетей. Для получения тонкостенных профилей с минимальными допусками в чистовых группах станов устанавливают клети жесткой конструкции и предусматривают прокатку либо с применением петлерегулирования (без натяжения), либо с минимально регулируемым натяжением.

Скорость прокатки на непрерывных среднесортных станах достигает 15 м/с. Для получения проката с высоким качеством поверхности перед первой клетью стана (а на некоторых зарубежных станах перед каждой черновой клетью) устанавливаются устройства для гидросбива окалины водой давлением 15—17 МПа. Для сокращения расхода электроэнергии и валков внедряются системы технологической смазки калибров в чистовых клетях.

Для нагрева металла перед прокаткой на современных среднесортных станах устанавливаются печи с шагающим подом с отоплением сводовыми плоскопламенными горелками, обеспечивающие ускоренный малоокислительный и равномерный нагрев заготовок производительностью 150— 200 т/ч.

Технологическая схема отделки проката на участках со среднесортными станами аналогична описанной для крупносортнобалочных станов. Годовая производительность непрерывных среднесортных станов достигает 1,5 млн. т.

Современные участки для массового производства мелкосортной стали — круглой и арматурной диаметром 10—40 мм, угловой и швеллеров размером 20—65 мм, полосовой шириной 12—70 мм — оборудованы непрерывными мелкосортными станами, обеспечивающими прокатку заготовок сечением от 80x80 до 130x130 мм с максимальной скоростью 20 м/с на холодильник при выпуске проката в прутках или на моталки при выпуске в бунтах. Наибольшее распространение получили двухниточные станы из 23 двухвалковых рабочих клетей, устанавливаемых в три или четыре группы — черновую, промежуточную (или без нее) и две чистовые. В черновой и промежуточной группах устанавливают семь и четыре соответственно клетей дуо с горизонтальными валками, в чистовых — по шесть или восемь чередующихся комбинированных (работающих с вертикальной или горизонтальной установкой валков) и горизонтальных клетей дуо.

Прокатка в черновой и промежуточной группах клетей ведется в две нитки, в чистовых группах — в одну. Комбинированные клети в чистовых группах работают в основном при вертикальной установке валков. Все клети чистовых групп можно менять местами и устанавливать любую последовательность вертикальных и горизонтальных клетей. Перевалка валков чистовых клетей производится сменными кассетами, черновых клетей сменными клетями.

В связи с переходом метизной промышленности на производство крепежных изделий из калиброванной стали, смотанной в бунты вместо прутков (длиной до 12м), в промышленно развитых странах устанавливаются специализированные мелкосортные станы для выпуска круглых профилей диаметром до 50 мм в бунтах массой до 2 т. В этот же период определилась тенденция к строительству однониточных непрерывных мелкосортных станов с чередующимися вертикальными и горизонтальными клетями, специализирующихся транспортеры 15 для поддонов с бунтами и возврата разгруженных поддонов под виткосборники; цепной транспортер 16 и три пластинчатых транспортеранакопителя 7 7для бунтов. Максимальная скорость прокатки 5мм катанки 50 м/с.

Намечается реконструкция ряда действующих четырехниточных непрерывных проволочных станов 250 с установкой чистовых проволочных блоков и линий двухстадийного регулируемого охлаждения катанки с доведением скорости прокатки до 70—85 м/с (вместо 30—40 м/с на действующем оборудовании). Новое оборудование предусматривается устанавливать в существующих частично расширяемых зданиях станов взамен существующего оборудования предчистовых и чистовых групп клетей, моталок, транспортеров, крюковых конвейеров и уборочных устройств для бунтов. Реконструкция первого такого проволочного стана 250 на ЧерМК осуществлена в 1982 г.

Комбинированный мелкосортнопроволочный стан однониточный, непрерывного типа сооружается в составе 20 двухвалковых клетей для прокатки мелкосортной стали и одного десятиклетевого проволочного блока для выпуска катанки. В сортаменте стана предусматривается производство круглой и арматурной стали диаметром 10—40 мм, угловой стали размером 20—50 мм, швеллеров 50 и 65 мм и катанки диаметром от 5,5 до 12 мм из рядовых углеродистых марок ~стали. Мелкосортная сталь будет выпускаться в прутках длиной до 24 м, катанка — в бунтах массой до 1,4 т. Максимальная скорость прокатки сорта на холодильник — 20 м/с, прокатки катанки на транспортер для регулируемого охлаждения — до 100 м/с. Компоновка оборудования мелкосортнопроволочного стана представлена на рис. 6.21.

Пропускная способность участка для производства сортового проката с непрерывным станом определяется по формуле (6.10). Коэффициент использования для универсальных балочных, рельсобалочных, крупносортнобалочных и крупносортных станов К = 0,85; для среднесортных, мелкосортных и проволочных непрерывных станов К = 0,9.

В. А. Авдеев, В. М. Друян, Б. И. Кудрин, Основы проектирования металлургических заводов, М., 2002