Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства особо тонких горячекатаных полос на широкополосном стане литейно-прокатного комплекса

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к технологии и оборудованию листовой прокатки на широкополосном стане литейно-прокатного комплекса.

Известен способ производства тонких горячекатаных стальных полос на широкополосном стане [1]. В соответствии с этим способом выплавленный сляб нагревают в печи до заданной температуры. Нагретый сляб передают в линию стана, где последовательно прокатывают в черновой и чистовой группах клетей на полосу заданной толщины, после чего полученную полосу передают по отводящему рольгангу с одновременным ламинарным охлаждением на моталку, где сматывают в рулон. К недостаткам способа можно отнести высокую энергоемкость, обусловленную необходимостью нагрева сляба до температуры прокатки. Кроме того, указанный способ не позволяет получать полосу толщиной менее 2 мм, поскольку суммарное обжатие по толщине становится слишком большим и, соответственно, усилие прокатки возрастает свыше допустимых пределов.

Энергоемкость производства тонких горячекатаных стальных полос может быть уменьшена при организации производства на литейно-прокатном комплексе, содержащем сталеплавильную печь, машину непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), широкополосный стан, установку ламинарного охлаждения на отводящем рольганге и установку смотки рулонов. В линии литейно-прокатного комплекса плоские заготовки малой толщины выплавляют и разливают на МНЛЗ, режут полученную непрерывнолитую полосовую заготовку на мерные заготовки (НЛЗ), подогревают в туннельной печи, прокатывают в черновой и чистовой группах клетей широкополосного стана и по отводящему рольгангу транспортируют на установку смотки рулонов. Такой подход обеспечивает существенную экономию энергии на нагрев заготовки перед прокаткой благодаря использованию тепла сталеплавильного процесса и снижение усилий прокатки за счет уменьшения величины суммарного обжатия при использовании относительно тонкой заготовки.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ и относящаяся к нему установка для изготовления стальных полос с нарушением непрерывности [2]. В соответствии с этим способом на широкополосном стане литейно-прокатного комплекса (ЛПК), включающего МНЛЗ, туннельную печь, черновую и чистовую группы клетей широкополосного стана, отводящий рольганг и установку смотки рулона, предусмотрена выплавка плоской непрерывнолитой полосовой заготовки, ее порезка на мерные длины с последующим подогревом в туннельной печи, поштучная прокатка подогретых заготовок в клетях черновой и чистовой группы широкополосного стана, с последующей смоткой полученных полос в рулон.

Использование для прокатки технологического тепла, сохранившегося в заготовке после выплавки, позволяет существенно снизить энергозатраты производственного процесса. Использование непрерывнолитых заготовок сравнительно малой толщины, позволяет снизить усилие прокатки в клетях широкополосного стана. Для обеспечения температурного режима при прокатке, как правило, используют межклетевое (промежуточное) охлаждение подката на стадии черновой и чистовой прокатки, а также охлаждение валков в чистовой группе.

Однако при реализации указанного способа в части производства горячекатаных полос толщиной 1,0-1,5 мм сохраняется вероятность появления дефектов плоскостности (волнистость, коробоватость) готовой продукции. Это связано с ростом сопротивления деформации прокатываемого металла в последних клетях чистовой группы стана, вызванным ускоренным остыванием полос малой толщины на завершающих стадиях прокатки. Также сказывается негативное влияние неравномерности обжатия по ширине раската в последних клетях чистовой группы из-за его неравномерного подстуживания в межклетевых промежутках чистовой группы стана. Кроме того, при такой толщине готовой полосы возможна потеря продольной устойчивости в процессе ее транспортировки по отводящему рольгангу под действием сопротивления воздуха, действующего на передний конец. Возникающая при этом продольная волнистость при высокой скорости транспортировки способна приводить даже к сходу подобной полосы с рольганга.

Поскольку в ряде отраслей машиностроения тонкие горячекатаные полосы толщиной 1,0-1,5 мм успешно заменяют более дорогой и трудоемкий в производстве холоднокатаный прокат, потребность в такой продукции постоянно возрастает. Таким образом, представляется целесообразной разработка способа производства полос указанного сортамента на широкополосном стане, позволяющего избежать указанных недостатков.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении качества тонких горячекатаных полос в диапазоне толщин 1,0-1,5 мм, при их производстве на широкополосном стане литейно-прокатного комплекса, за счет снижения количества дефектов неплоскостности при обеспечении требуемой толщины.

Указанная техническая задача решается тем, что в известном способе производства тонких горячекатаных полос на широкополосном стане литейно-прокатного комплекса, включающего МНЛЗ, туннельную печь, черновую и чистовую группы клетей широкополосного стана с межклетевым охлаждением, отводящий рольганг и установку смотки рулонов, предусматривающем выплавку плоской непрерывнолитой полосовой заготовки, ее порезку на мерные длины с последующим подогревом в туннельной печи, и поштучную прокатку подогретых заготовок в клетях черновой и чистовой группы широкополосного стана, с последующей смоткой полученных полос в рулон, согласно предложенному техническому решению используют непрерывнолитые заготовки шириной не более 0,75 от длины рабочих валков клетей чистовой группы стана, величину единичных относительных обжатий уменьшают от первой клети чистовой группы к последней по ходу прокатки, а величину единичного относительного обжатия в последней чистовой клети устанавливают не более 0,7 от величины единичного относительного обжатия в предпоследней чистовой клети, температуру начала прокатки в чистовой группе устанавливают не ниже 950°С, а температуру выхода из последней клети чистовой группы - не ниже 800°С, причем межклетевое охлаждение подката в чистовой группе клетей не проводят. При этом транспортировку полос по отводящему рольгангу к установке смотки рулонов производят с использованием ламинарного охлаждения не более чем в двух последних секциях и при подаче на верхнюю лицевую поверхность полосы воздушного потока, нагнетаемого по меньшей мере двумя вентиляторами, установленными вдоль оси отводящего рольганга за последней клетью чистовой группы. Причем перед началом прокатки полос предварительно производят прокатку серии переходных полос в следующей последовательности толщин: 3,1±0,25; 2,7±0,25; 2,4±0,25 и 1,7±0,25 мм в количестве не менее двух полос каждой толщины, без межклетьевого охлаждения подката в чистовой группе клетей при прокатке полос толщиной 1,7±0,25 мм.

Кроме того, для повышения эффективности рассматриваемого способа непрерывнолитую заготовку для производства полос толщиной 1,0-1,5 мм изготовляют из низколегированной стали со следующим химическим составом, (мас. %): С=0,04-0,18; Mn=0,05-0,5; Si=0,05-0,25; Cr≤0,15; Cu≤0,25; Ni≤0,15 остальное - железо и примеси, с содержанием каждого примесного элемента не более 0,03.

Способ производства горячекатаных полос толщиной 1,0-1,5 мм на литейно-прокатном комплексе реализуют следующим образом. В электропечи выплавляют сталь заявленного химического состава. Затем ее разливают на МНЛЗ в плоскую полосовую заготовку шириной не более 0,75 от длины рабочих валков клетей чистовой группы стана и производят ее порезку на мерные длины с последующим подогревом в туннельной печи и поштучной прокаткой подогретых заготовок в клетях черновой и чистовой группы широкополосного стана. Прокатка полосы ограниченной ширины позволяет минимизировать разницу обжатий в середине и по краям полосы в последних клетях чистовой группы стана, которая и может являться причиной появления поперечной разнотолщинности и нарушения плоскостности полосы. Уменьшение разнотолщинности по ширине раската в последних клетях чистовой группы, характерное для более узкой полосы, позволяет снизить вероятность появления дефектов неплоскостности при прокатке тонких полос. Кроме того, прокатка узкой полосы характеризуется меньшими усилиями прокатки и, соответственно меньшим прогибом рабочих валков.

Перед прокаткой полос толщиной 1,0-1,5 мм рабочие валки должны быть разогреты, чтобы избежать остывания прокатываемого металла за счет теплоотдачи в валки в последних клетях чистовой группы. Для разогрева валков перед началом прокатки полос предварительно производят прокатку серии переходных полос со следующей последовательностью толщин 3,1^±0,25; 2,7^±0,25; 2,4^±0,25 и 1,7^±0,25 мм в количестве не менее двух полос каждого типоразмера.

Кроме того, для предотвращения остывания полосы за счет теплоотдачи в межклетевых промежутках чистовой группы клетей отключают межклетевое охлаждение подката при прокатке полос толщиной 1,7^±0,25 мм и менее, чтобы избежать попадания воды на поверхность тонкого раската и подстуживания прокатываемого металла.

С целью снижения усилия прокатки в последних клетях чистовой группы единичные относительные обжатия уменьшают от первых клетей к последним по ходу прокатки, причем в последней чистовой клети устанавливают единичное обжатие не более 0,7 от единичного обжатия в предпоследней чистовой клети. Такое соотношение обжатий позволяет уменьшить величину усилия прокатки в последней клети и снизить вероятность появления дефектов плоскостности.

Для получения низкого сопротивления деформации прокатываемого металла температуру начала прокатки в чистовой группе устанавливают не ниже 950°С, а температуру выхода полосы из последней клети чистовой группы - не ниже 800°С. Такой температурный режим позволяет без превышения допустимых усилий прокатки получить в последних клетях обжатия, достаточные для прокатки полосы толщиной 1,0-1,5 мм.

Полученную полосу транспортируют к моталке по отводящему рольгангу с использованием двухстороннего ламинарного водяного охлаждения. Это позволяет избежать характерного для тонкого проката коробления готовой полосы, возникающего при неравномерном распределении охлаждающей воды по ширине ее лицевой поверхности в процессе транспортировки.

При транспортировке полосы по отводящему рольгангу, непосредственно за последней клетью чистовой группы вдоль оси отводящего рольганга устанавливают вентиляторы, которые нагнетают воздушный поток в вертикальном направлении на верхнюю лицевую поверхность прокатываемой полосы. Направленный сверху вниз воздушный поток прижимает полосу к роликам рольганга, что обеспечивает сохранение ее продольной устойчивости в процессе транспортировки по рольгангу и отсутствие продольной волнистости, т.е. предотвращение образования дефектов неплоскостности.

Применение предложенного способа прокатки обеспечивает получение требуемого технического эффекта - повышение качества полос толщиной 1,0-1,5 мм за счет устранения дефектов неплоскостности. Это обусловлено использованием температурно-деформационного режима прокатки и транспортировки указанных полос в линии стана, позволяющего избежать появления чрезмерных усилий прокатки, захолаживания (подстуживания) полосы и обеспечить повышение ее продольной устойчивости при транспортировке по отводящему рольгангу к моталке.

Экспериментально установлено, что при прокатке на широкополосном стане непрерывнолитой заготовки шириной более 0,75 от длины рабочих валков клетей чистовой группы стана, профиль межвалкового зазора и, соответственно, поперечный профиль полосы характеризуется слишком большой величиной градиента толщины между ее серединой и краями. Такой градиент, как правило, сопровождается появлением дефектов неплоскостности типа прикромочной волнистости. В то же время при ширине непрерывнолитой заготовки менее 0,75 от длины рабочих валков клетей чистовой группы стана поперечная разнотолщинность и, соответственно, прикромочная волнистость устраняется.

Анализ показывает, что прокатка серии переходных полос с заданной последовательностью толщин 3,1^±0,25; 2,7^±0,25; 2,4^±0,25 и 1,7^±0,25 мм в количестве менее двух полос каждого типоразмера не позволяет провести разогрев рабочих валков, достаточный для минимизации захолаживания тонких полос при прокатке и обеспечения их обжатия на толщину 1,0-1,5 мм в последних клетях чистовой группы стана.

Если межклетевое охлаждение подката в чистовой группе клетей отключают при прокатке полос толщиной более 1,7^±0,25 мм, то возможно неоправданное повышение износа контактной поверхности рабочих валков, что неблагоприятно сказывается на качестве поверхности тонкого проката.

Проведенные эксперименты показывают, что если единичные обжатия в последней чистовой клети превышают 0,7 от единичного обжатия в предпоследней чистовой клети, то усилие прокатки в последней клети может превышать допустимые значения для привода стана и сопровождаться возникновением аварийной ситуации. Кроме того, повышается вероятность появления дефектов неплоскостности. Таким образом, исходя из соображений технической возможности реализации процесса и необходимости устранения дефектов неплоскостности на полосе толщиной 1,0-1,5 мм, единичное обжатие в последней чистовой клети не должно превышать 0,7 от единичного обжатия в предпоследней чистовой клети.

Экспериментально установлено, что если при прокатке полос толщиной 1,0-1,5 мм температуру начала прокатки в чистовой группе устанавливают ниже 950°С, и температуру выхода из последней клети чистовой группы - ниже 800°С, можно ожидать существенного повышения сопротивления деформации прокатываемого металла и превышения допустимого усилия прокатки. Это способно привести к возникновению аварийной ситуации.

Анализ показывает, что транспортировка полосы толщиной 1,0-1,5 мм по отводящему рольгангу без нагнетания воздушного потока в вертикальном направлении на ей верхнюю лицевую поверхность приводит к недостаточному прижиму этой полосы к роликам рольганга и потере ее продольной устойчивости под действием встречного сопротивления воздуха.

Повышение эффективности рассматриваемого способа достигается тем, что используют химический состав низколегированной стали, обеспечивающий достаточно низкую величину сопротивления деформации, позволяющую реализовать предложенные температурно-деформационные режимы прокатки полосы при сохранении требуемого уровня ее механических свойств. Углерод в низколегированной стали предложенного состава определяет прочностные характеристики готового проката. Снижение содержания углерода менее 0,04% приводит к падению прочностных характеристик полосы ниже допустимого уровня. Увеличение содержания углерода более 0,18% ухудшает пластические свойства металла и приводит к появлению ликвационной полосы за счет неравномерного распределения легирующих компонентов по сечению непрерывнолитой заготовки.

Добавка марганца в заявляемых пределах обеспечивает твердорастворное упрочнение металла. Однако, при содержании марганца менее 0,05% этот эффект исчезает. Увеличение содержания марганца выше 0,5% может сопровождаться повышением временного сопротивления разрыву выше допустимого для данного сортамента предела.

При содержании кремния менее 0,05% ухудшается текучесть стали при разливке на МНЛЗ, снижаются прочностные свойства готовой полосы. Увеличение содержания кремния более 0,25% приводит к возрастанию количества силикатных включений и сопровождается снижением пластических характеристик проката.

Никель, медь и хром способствуют твердорастворному упрочнению металла. Являясь в данном случае примесными элементами, при концентрации выше 0,1%, 0,2% и 0,15% соответственно, они приводят к повышению сопротивления деформации, что сопровождается увеличением усилия прокатки и появлением дефектов плоскостности. В то же время, оставаясь в предложенных границах, они расширяют возможности использования металлолома при выплавке, способствующего снижению себестоимости готовой продукции.

Применение способа поясняется примером его реализации на литейно-прокатном комплексе АО «Выксунский металлургический завод». В электродуговой печи комплекса производили выплавку низколегированной стали со следующим химическим составом, (мас. %): С=0,05; Mn=0,32; Si=0,22; Cr=0,11; Cu=0,20; N=0,09 остальное - железо и примеси, с содержанием каждого примесного элемента не более 0,03%. Выплавленную сталь разливали на МНЛЗ в полосовую заготовку сечением 90×1200 мм, которую резали на мерные длины. Затем полученные непрерывнолитые заготовки подогревали в проходной туннельной печи до температуры 1180°С и передавали по рольгангу в черновую и затем чистовую группу клетей широкополосного стана 1950.

Температура начала прокатки в чистовой группе клетей стана составляла 1030°С и температура выхода полосы из последней клети чистовой группы составляла 822°С. Предварительно производили прокатку серии переходных полос со следующей последовательностью толщин готовой полосы: 3,1; 2,7; 2,3 и 1,7 мм по две полосы каждого типоразмера. При прокатке полос толщиной 1,3 мм устанавливали следующие единичные относительные обжатия в шести клетях чистовой группы: 69%, 53%, 47%, 28%, 20%, 11%. Иначе говоря, единичное обжатие в последней клети составляло 0,55 от единичного обжатия в предпоследней чистовой клети, т.е. меньше 0,7. Межклетевое охлаждение подката отключали при прокатке полос толщиной 1,7 мм и полос толщиной 1,0 мм.

Транспортировку полос по отводящему рольгангу производили при включении одной последней секции установки ламинарного охлаждения и двух включенных вентиляторах, установленных непосредственно за последней клетью чистовой группы вдоль оси отводящего рольганга, и нагнетающих воздушный поток в вертикальном направлении на верхнюю лицевую поверхность прокатываемой полосы.

На полученной полосе размером 1,3×1200 мм не выявлено дефектов неплоскостности и отклонений от требуемых механических свойств. Таким образом, приведенный пример подтверждает, что при реализации предложенного способа достигается требуемое качество горячекатаной полосы. В случае выхода варьируемых технологических параметров за установленные для этого способа границы, произведенный прокат по своим эксплуатационным характеристикам не всегда соответствуют требованиям, установленным для данного сортамента.

Таким образом, полученные данные подтверждают правильность рекомендаций по выбору величины технологических параметров предложенного способа производства горячекатаных полос толщиной 1,0-1,5 мм на литейно-прокатном комплексе. Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в повышении такого показателя качества проката указанного сортамента, как уровень плоскостности полосы, за счет оптимизации температурно-деформационного режима прокатки и механизма транспортировки готового проката в линии широкополосного стана.

Литературные источники, используемые при составлении описания:

1. Теория пластической деформации и обработка металлов давлением. В.А. Мастеров, В.С. Берковский, М., Металлургия, 1970, стр. 192.

2. Патент РФ №2381847, В21В 1/46. Способ и относящаяся к нему установка для изготовления стальных полос с нарушением непрерывности. Автор и патентообладатель - Дж. Арведи.