Аналіз наукової інформації і стан проблеми
1.1 Технологічні режими роботи, склад і конструктивні особливості механічного встаткування широкоштабових станів гарячої прокатки
У цей час для прокатки гарячекатаних штаб застосовують наступні прокатні стани:
- безперервні широкоштабові стани;
- 3/4 - безперервні широкоштабові стани;
- напівбезперервні широкоштабові стани;
- реверсивні широкоштабові стани з моталками в печах (стани Стеккеля).
Найпоширенішою два перші типу станів, основна відмінність між якими полягає в складі встаткування чорнової групи. Безперервний широкоштабовий стан містить у складі чорнової групи універсальні кліті з послідовною схемою прокатки. 3/4 - безперервний широкоштабовий стан має реверсивну й нереверсивні універсальні кліті. Часто ці стани розглядають як один тип широкоштабових станів гарячої прокатки. Напівбезперервний широкоштабовий стан має в чорновій групі одну – дві реверсивні універсальні кліті.
Найбільш продуктивними є безперервні широкоштабові стани (БШПС), продукція яких має високу точність, гарну якість поверхні й меншу вартість. Ці стани відрізняє високий ступінь автоматизації виробничого процесу, завдяки чому вони знайшли широке застосування в металургійній промисловості ряду високорозвинених країн.
Состав і технологічні режими роботи механічного встаткування безперервних широкоштабових станів гарячої прокатки можуть бути розглянуті на прикладі найбільш сучасного на території СНД безперервного широкоштабового стану 2000 Череповецкого металургійного комбінату (Росія), уведеного в експлуатацію в середині 70-х років двадцятого сторіччя. Стан призначений для виробництва сталевих гарячекатаних штаб з вуглецевих і легованих конструкційних сталей товщиною 1,2…16 (мм), шириною 900…1850 (мм) у рулонах масою до 36 тонн. Швидкість прокатки досягає 21 м/с. Продуктивність стану становить 6 млн. т штаб у рік.
Безперервний широкоштабовий стан 2000 (НШПС 2000) розташований у багатопрогоновому будинку довжиною 850 м. Характерною рисою стану, що відрізняє його від інших безперервних широкоштабових станів на території СНД, у тому числі й від аналогічного по составу встаткування НШПС 2000 Ново-Липецкого металургійного комбінату, є об'єднання трьох останніх чорнових універсальних клітей у безперервну групу, що дозволило знизити довжину чорнової групи клітей і довжину стану в цілому. Такий розв'язок компонування чорнової групи клітей характерно й для ряду закордонних широкоштабових станів гарячої прокатки, уведених в експлуатацію в цей період (стан 2300, Німеччина, стан 2186 Франція). Однак на цих станах у безперервну групу об'єднані тільки дві останні чорнові кліті.
Технологічний процес на стані НШПС 2000 являє собою наступну послідовність окремих, взаємозалежних між собою операцій. Сляби завантажуються в нагрівальні печі, у яких залежно від марки й розмірів нагріваються до температури 1200…1250 0С. Нагріті до температури прокатки сляби по черзі видаються з печей і укладаються на прийомний рольганг. Далі сляб рольгангом транспортується до вертикального окалиноруйнувачу, у якім проводиться його обтиснення по ширині з метою руйнування грубної окалини, шар якої досягає на поверхні металу 1,5…3 (мм). Одночасно досягається калібрування сляба по ширині. Зламану окалину збивають водою, що подаємося під тиском до 15 МПа, яка подається через колектори й сопла, установлені за вертикальною кліттю. Далі сляб прокочується у двухвалковій кліті з максимальним обтисненням до 25% і далі після видалення окалини передається в першу універсальну кліть, обтиснення в якій може досягати 40%. Потім розкат направляється в безперервну групу із трьох універсальних клітей.
Швидкість виходу з останньої чорнової кліті становить 2…5 (м/с), температура прокату – 1050…11200 С. У літературі зазначена товщина підкату на виході із чорнової групи в діапазоні 25…50 (мм). На практиці вона рідко буває нижче 35…40 (мм), що обумовлене інтенсивним остиганням більш тонкої штаби на проміжному рольгангу й, як наслідок, недотриманням температури кінця прокатки.
Після прокатки в чорновій групі підкат транспортується проміжним рольгангом до чистової групи клітей, перед якою встановлені летучі ножиці для обрізки переднього й заднього кінців штаби, що мають форму «язика» і «хвоста», температура яких нижче температури основного прокату. Для зменшення динамічних навантажень під час захвата металу валками передній кінець ріжеться шевронними ножами й має в плані форму округленого шеврона із глибиною до 20 мм.
Далі прокат направляється в чистовий окалиноломач роликового типу, у якім руйнується й віддаляється гідрозбивом вторинна окалина. Остаточна прокатка штаб до заданої товщини здійснюється в клітях безперервної чистової групи. Величина сили прокатки в цих клітях досягає 33…29 (МН), в останній кліті – 17 МН. Прокатку ведуть із міжклітєвим натягом, напруги якого становлять 3…15 (МПа).
Після виходу штаби з останньої чистової робочої кліті вона транспортується рольгангом, що відводить, до однієї із груп моталок. рольганг, що відводить, постачений пристроєм для охолодження штаби до температури змотки, яка становить 700…800°С залежно від необхідних механічних властивостей прокату. На стані є дві групи моталок по три моталки в кожній для забезпечення режиму безперервної прокатки. Група моталок розміщених ближче до робочих клітей, призначена для змотки штаб товщиною 1,2…4 (мм), друга група – для штаб товщиною більш 4 мм.
Одним з найбільш сучасних широкоштабових станів гарячої прокатки є безперервний стан 2050 фірми «Kawasaki Steel» (Чиба, Японія), схема розташування встаткування якого показано на малюнку 1.1. На даному стані реалізується процес «нескінченної» гарячої прокатки, для чого він обладнаний ділянкою зварювання штаб між чорновою і чистовою групами клітей, який складається з ножиців для обрізки кінців, стикозварювальної машини й гратознімача. Зварювання штаб ( до 15 штук) у нескінченну штабу дозволяє підтримувати високу й постійну швидкість прокатки. Перед ділянкою зварювання встановлений проміжний перемотувальний пристрій для забезпечення заданого температурного режиму й усунення «температурного клина». Перед моталками встановлені ділильні ножиці для порізки «нескінченної» штаби на довжини, відповідні до маси рулону. Припустима сила прокатки в робочих клітях становить 38…50 (МН). Стан призначений для прокатки штаб товщиною 0,8…6 (мм), а його загальна вартість становить приблизно 1.33 млрд. доларів. Вона обумовлена наявністю на стані практично всього можливого для ШСГП устаткування й комплексу систем автоматики, у тому числі й дублюючих один одного. Увесь комплекс технічних розв'язків дозволяє досягти високої точності прокатки штаб по товщині й ширині й високої площинності.
Малюнок 1.1.- Схема розташування основного встаткування ШСГП 2050 фірми «Кавасакі Стил» (Японія).
1 – нагрівальні печі; 2 – прес для редукування слябів по ширині; 3 – реверсивна кліть дуо; 4 – чорнові кліті кварто; 5 – ППУ; 6 – ножиці; 7 – стикозварювальна машина; 8 – ділянка підігріву крайок, обрізки кінців і видалення окалини; 9 – чистова група клітей; 10 – душуючий пристрій; 11 – ділильні ножиці; 12 – пристрій для прижиму штаби до рольганга; 13 – моталки
У цей час у порівнянні з 70-ми роками минулого століття суттєво змінилися критерії оцінки роботи ШСГП. Якщо раніше основним техніко-економічним показником їх роботи була продуктивність, то зараз в умовах недоліку енергоресурсів і перевищення пропозиції над попитом на світовому ринку прокатної металопродукції на перше місце виходять показники економічності процесу виробництва штаби і її якість.
Тому з'явилися або реконструйовані в 80-х роках стани, які відносять до станів четвертого покоління, виконано за схемою 3/4-безперервних, тобто мають реверсивні чорнові кліті. До них ставляться стани 2050 (Австралія), 3000 (Канада), 1700 «Ниппон Стил» (Японія), 2000 «Солак» (Франція), 2040 «Сидмар» (Бельгія) і інші. При деякім зниженні продуктивності ці стани мають більшу гнучкість стосовно сортаменту металопродукції. Деякі із цих станів спеціалізовані для прокатки щодо товстих штаб товщиною до 25 мм, інші розроблялися з урахуванням прокатки тонких і надтонких гарячекатаних штаб, особливості виробництва яких розглянуті нижче.