4. Поколения шсгп

Общепринято деление ШСГП на поколения. В табл.14 представлена их характеристика.

Первый ШСГП начал работать в США. Характерными особенностями ШСГП первого и второго поколений было применение

• клети дуо в качестве окалиноломателя, расположенной сразу за нагревательными печами;

• гидросбивов окалины перед прокаткой в черновых клетях;

• прерывного расположения клетей черновой группы (раскат одновременно в двух клетях не прокатывался);

• универсальных клетей кварто в черновой группе;

• промежуточного рольганга с длиной большей, чем длина выходящего из последней клети черновой группы раската;

• летучих ножниц для обрезки концов раскатов и выполнения аварийного реза;

• чистового окалиноломателя дуо;

• непрерывного расположения клетей кварто в чистовой группе;

• достаточно длинного рольганга после чистовой группы клетей;

• моталок для смотки полосы в рулон.

Первый этап развития был самым длительным. Классическим ШСГП первого поколения является действующий до сих пор стан 1680 ОАО «Запорожсталь», введенный в эксплуатацию в 1936 г. На нем была предусмотрена прокатка полос толщиной 2-6 мм и шириной до 1500 мм. Особенностью стана 1680 было наличие в черновой группе уширительной клети и пресса. Уширительную клеть использовали при прокатке полос, когда их ширина была больше ширины сляба, а пресс – для выравнивания «заваленных» кромок раската и обеспечения ему одинаковой ширины по длине. Обжатие в прессе составляло 50-150 мм.

Таблица 1

Характеристики шсгп

Поко­ле- ние	Годы сооруже- ния	Размеры сляба		Масса слябов, т	Толщина прокаты- ваемых полос, мм	Длина бочки горизонталь- ных валков, мм	Максималь- ная скорость прокатки, м/с	Число клетей в группе		Произво- дитель- ность, млн.т/год
		толщина, мм	длина, м					черновой	чистовой
1	до конца 50-х	105-180	 6,5	6-12	2-12,7	1500-2500*	13	4-5	5-6	1-2,5
2	50-60-е	140-300	 12	28-45	1,2-16	2030-2135	21	5-6	6-7	2-3
3	70-е	120-355	 15	24-45	0,8-27	2135-2400	30,8**	6-7	7-9	до 6
4	80-е	140-305	 13,8	24-41	1,2-25,4	1700-2050	23	3-4	5-7	4-6
5	90-е	130-260	12,5	25-48	0,8-25	2050	20	3	7	5,4
* Стан 2500 ММК (Россия). ** При 9 клетях в чистовой группе.

После реконструкции в 1956-1958 г.г. на стане 1680 прокатку с уширением слябов использовать перестали. А пресс перестали эксплуатировать еще раньше из-за малой скорости операции обжатия и ряда конструктивных недостатков. Последним ШСГП в мире, где использовали уширительную клеть, был ШСГП 2500 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (также ШСГП первого поколения), начавший работать в 1960 г. Эта необходимость была вызвана прокаткой полос шириной 2350 мм. Стан 2500 характерен еще и тем, что он имеет самую большую в мире (для ШСГП) длину бочки валков. В настоящее время на стане 2500 используют непрерывнолитые слябы шириной до 2350 мм и необходимость в уширительной клети отпала.

Поскольку гидросбивы окалины в тот период времени имели малое давление воды, то печную окалину предварительно надо было взломать. Для этой цели и был предназначен черновой окалиноломатель дуо. В нем производили очень небольшие обжатия (2-5 мм). По мере увеличения давления воды в гидросбиве окалины эту клеть начали использовать и в качестве черновой клети с обжатиями вплоть до 20-30%.

Растущий спрос на листовую продукцию привел к созданию ШСГП второго поколения. Расширен сортамент полос как по толщине, так и по ширине (увеличена длина бочки валков), существенно увеличилась масса слябов (до 45 т) и скорость прокатки – до 21 м/с.

Увеличение массы слябов обусловило удлинение прокатываемых полос и, в связи с этим, ухудшило температурные условия их прокатки, главным образом, из-за падения температуры полосы при входе ее в первую клеть чистовой группы при относительно небольшой скорости прокатки. А поскольку ограничением скорости прокатки являлась (и сейчас является) скорость захвата переднего конца полосы моталкой (не более 10-12 м/с), то на ШСГП второго поколения впервые было применено ускорение чистовой группы клетей. Его начинали сразу после захвата полосы моталкой. Можно считать, что это основное качественное отличие ШСГП второго поколения от первого.

Годовая производительность ШСГП второго поколения приблизилась к 4 млн.т. Увеличено число клетей как в черновой, так и в чистовой группах.

Первым ШСГП третьего поколения можно считать введенный в действие в 1969 г. на заводе в Кимицу фирмы «Hippon Steel Corp.» (Япония) стан 2286.

Характерным для ШСГП этого поколения является дальнейшее увеличение числа клетей, а следовательно, и технологической линии станов, а также расширение сортамента прокатываемых полос по размерам, в том числе и ширине, что потребовало увеличения длины бочки валков вплоть до 2400 мм (см. табл.14). При сокращении максимальной массы слябов их толщина увеличилась до 300-350 мм.

Еще одной особенностью ШСГП третьего поколения стало стремление к расширению сортамента прокатываемых полос по толщине как в сторону максимальных, так и в сторону минимальных значений. Именно на некоторых из этих станов была начата прокатка полос толщиной 1-0,8 мм, о которой коротко было сказано в подразделе 1 этой главы.

Из-за увеличения толщины слябов до 355 мм, а также реализации возможности прокатки полос толщиной 0,8-1 мм, на ряде ШСГП третьего поколения предусматривалась установка 8 и 9 клетей в чистовой группе, доведение скорости прокатки до 30,8 м/с и относительной массы рулонов до 36 т/м ширины полос.

Оказалось, что основной причиной этой идеи явилось то, что в тот период времени мощностей станов холодной прокатки в Японии не хватало. Когда такие станы появились и в Японии прокатка полос толщиной менее 1,2 мм на ШСГП была прекращена, ни на одном ШСГП в мире 8-й и 9-й клети в чистовой группе не установили и скорость прокатки до 30 м/с достигнута не была.

ШСГП третьего поколения в СССР стали станы 2000 ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (НЛМК) и ОАО «Северсталь», сданные в эксплуатацию соответственно в 1969 и 1974 г.г. На станах предусмотрена прокатка полос толщиной 1,2-16, шириной до 1850 мм из слябов массой до 36 т и максимальными скоростями прокатки до 20-21 м/с.

Разница между ними состоит в том, что расположение черновых клетей на стане 2000 НЛМК традиционное – прерывное (рис.30), а на стане 2000 ОАО «Северсталь» последние три клети объединены в непрерывную черновую подгруппу (три клети впервые в мире). Еще одним отличием этих станов является то, что длина отводящего рольганга на стане 2000 НЛМК составляет 206700 мм, а на стане 2000 ОАО «Северсталь» - 97500 мм. Приближение моталок на стане 2000 ОАО «Северсталь» к последней клети чистовой группы позволило уменьшить время прокатки передней части полос на малой скорости. Снижение же температуры смотки толстых полос достигается увеличением расстояния между первой и второй группами моталок. Оба стана имеют производительность 6 млн.т в год.

Рис.30. Схема расположения основного оборудования непрерывного ШСГП 2000 ОАО НЛМК: 1 – печной рольганг; 2 – тележка для передачи слябов; 3 – толкатели слябов; 4 – нагревательные методические печи; 5 – приемный рольганг; 6 – приемник нагретых слябов; 7 – вертикальный окалиноломатель (ВОК); 8 – двухвалковая клеть; 9 – универсальные четырехвалковые клети; 10 – промежуточный рольганг; 11 – летучие ножницы; 12 – конвейер для головной и донной обрези; 13 – чистовой двухвалковый окалиноломатель; 14 – чистовые четырехвалковые клети; 15 – отводящий рольганг; 16 – моталки для смотки тонких полос; 17 – конвейеры; 18 – подъемно-поворотный стол; 19 – моталки для смотки толстых полос; 20 – склад рулонов и отделение листоотделки

Опыт эксплуатации ШСГП третьего поколения показал, что расширение сортамента прокатываемых полос и увеличение массы слябов вызывают увеличение массы оборудования, а следовательно, стоимость стана и цеха, удлинение технологической линии стана (до 750 м), расширение сортамента полос по толщине вплоть до 0,8 мм, создают сложности в поддержании требуемых температурных условий прокатки, обусловливают неэффективное использование оборудования стана (при прокатке полос толщиной более 12-16 и шириной менее 1500 мм оно используется примерно на 30% своей мощности). Кроме этого, полосы толщиной 0,8-1 мм по точности прокатки, механическим свойствам, качеству поверхности и товарному виду значительно уступали холоднокатаным полосам той же толщины.

В связи с указанными недостатками, а также высокой стоимостью (свыше 500 млн. евро) ШСГП третьего поколения, появились ШСГП четвертого поколения.

Их главной отличительной особенностью стала установка в черновой группе клетей универсальной реверсивной клети, что увеличило обжимную способность и сократило протяженность черновой группы клетей.

Кроме реверсивной клети, в черновой группе имеется еще четыре универсальных клети, две из которых (последние) объединены в непрерывную черновую подгруппу. На ряде станов четвертого поколения применены промежуточные перемоточные устройства, речь о которых пойдет далее. Представителями ШСГП четвертого поколения является стан 2050 фирмы «Baostill», схема расположения оборудования которого показана на рис.31.

Стан 2050 начал работать в 1989 г. Он предназначен для прокатки полос толщиной 1,2-25,4 и шириной 600-1900 мм. Максимальная масса рулона 44,5 т, скорость прокатки до 25 м/с, годовое производство 4 млн.т.

Характерной особенностью стана является наличие в черновой группе клетей двух реверсивных универсальных клетей (первая – дуо, вторая – кварто) и объединение остальных двух клетей в непрерывную подгруппу. В чистовой группе семь клетей кварто. На стане 2050 предусмотрена одна группа моталок. В черновой группе клетей имеется возможность редуцирования и регулирования ширины раскатов. Редуцирование производят в первой черновой универсальной клети, имеющей мощную клеть с вертикальными валками (за три прохода оно составляет 150 мм), а регулирование ширины во всех остальных клетях черновой группы производят за счет обжатия раската в вертикальных валках.

Рис.31. Схема расположения основного оборудования 3/4-непрерывного ШСГП 2050 «Baostill»: 1 – печной рольганг; 2 – толкатели слябов; 3 – нагревательные методические печи с шагающими балками; 4 – устройство выдачи слябов; 5 – приемный рольганг; 6 – двухвалковая универсальная реверсивная клеть; 7 – четырехвалковая универсальная реверсивная клеть; 8 – четырехвалковые универсальные нереверсивные клети, объединенные в непрерывную черновую подгруппу; 9 – промежуточный рольганг; 10 – теплоизолирующий подъемный экран; 11 – кривошипные ножницы; 12 – роликовая направляющая проводка; 13 – чистовая непрерывная группа четырехвалковых клетей; 14 – отводя- щий рольганг; 15 – душирующая установка; 16 – моталки; 17 – адьюстаж

Эти станы получили название 3/4-непрерывные ШСГП.

Следует отметить, что 3/4-непрерывные станы в настоящее время считаются самыми современными и эффективными.

Стремление использовать вместо холоднокатаного листа горячекатаный (более дешевый) обусловило создание ШСГП, в сортамент которых включены полосы толщиной 0,8-25 мм и шириной 600-1850 мм (рис.32). Это стало возможным за счет более совершенных систем автоматики, применения промежуточных перемоточных устройств, пресса для редуцирования слябов и снятия их конусности.

Эти станы получили название «станы бесконечной прокатки». Они отнесены нами к пятому поколению.

Фактически станы бесконечной прокатки являются 3/4-непрерывными, отличием же их является установка на промежуточном рольганге машины для сварки раскатов.

Сварочная машина состоит из ножниц, предназначенных для обрезки концов раскатов, системы центрирования раскатов, зажимов для удержания раскатов при нагреве и осаживании, индуктора, механизма сжатия свариваемых концов раскатов и гратоснимателя. Полный цикл прокатки, позиционирования, нагрева и сварки концов составляет 20-40 мин.

Длина участка сварки с расположенным на нем оборудованием составляет 12, высота и ширина по 6 м. Стоимость участка сварки с периферийной аппаратурой составляет примерно 114 млн долларов, а стоимость стана – более 1 млрд. долларов США. Столь громадная стоимость обусловлена наличием на стане практически всего возможного для ШСГП оборудования и комплекса систем автоматики, зачастую дублирующих друг друга. Допустимая сила прокатки в клетях черновой и чистовой групп находится в диапазоне 38-50 МН.

Рис.32. Схема расположения основного оборудования ШСГП 2050 фирмы «Кавасаки Стил» (Япония):

1 – нагревательные печи; 2 – пресс для редуцирования слябов по ширине; 3 – реверсивная клеть дуо; 4 – черновые клети кварто; 5 – ППУ; 6 – ножницы; 7 – участок сварки полос; 8 – участок подогрева кромок, обрези концов и сбива окалины; 9 – чистовая группа клетей; 10 – душирующая установка; 11 – делительные ножницы; 12 – устройство поджатия полосы к рольгангу; 13 – моталки

В режиме бесконечной прокатки производят полосы с размерами, показанными на рис.33. На стане достигнута высокая точность прокатки полос по толщине и ширине, высокая плоскостность. Сварка полос (до 15 штук) в «бесконечную» ленту позволяет поддерживать высокую и постоянную скорость прокатки, что обусловливает много положительных моментов.

Рис.33. Диапазоны размеров полос, прокатываемых в бесконечном режиме (1) и по традиционному режиму (2); 3 – зона размеров полос, не прокатываемых на стане 2050

Практика эксплуатации таких станов показала, что на них можно прокатывать полосы минимальной толщины 0,8 мм с высокой точностью, практически исключить переходные режимы входа-выхода концов полос, сопровождающиеся снижением скорости прокатки с последующей прокаткой полос с ускорением, а также опасные с точки зрения возможных застреваний полос.

Однако некоторые вопросы при бесконечной прокатке пока не решены, и ей присущи следующие недостатки:

• невозможность прокатки в бесконечном режиме более 15 полос из-за повышения температуры валков и изменения их тепловой выпуклости;

• необходимость начинать прокатку с полос толщиной 2-2,5 мм, а потом делать динамическую перестройку стана во время прокатки последовательно на толщину 1,5 – 1,2 – 1 – 0,8 мм, что обусловливает получение полос разной толщины;

• высокая стоимость стана (более 1 млрд. долларов США, в том числе участка сварки – 114 млн. долларов США).

Все три находящихся в эксплуатации стана бесконечной прокатки действуют в Японии. По нашему мнению, это тупиковый путь развития ШСГП. Задачу получения полос толщиной менее 1,2 мм можно значительно проще решать в литейно-прокатных агрегатах (см. далее).