ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ДАЛЬНЕЙШЕГО ПЕРЕДЕЛА ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ (ИТС 27-2023)

производят укрупнение рулонов до массы 10 т. Обезжиривание и нанесение

термостойкого покрытия, состоящего из водяной суспензии гидрата окиси магния,

производится в специальных агрегатах, а также в непрерывных башенных и

горизонтальных печах. Цель нанесения покрытия - предотвращение сваривания

витков рулона при термообработке, которая представляет собой

высокотемпературный отжиг при температуре 1100 °C и производится в среде

защитного газа в колпаковых печах. Затем производят нанесение изоляционного

покрытия на поверхность полосы.

Особенности прокатки листов и полос из коррозионностойких сталей.

Типовая схема производства включает термическую обработку горячекатаных

полос в рулонах, травление, холодную прокатку, термическую обработку,

травление, дрессировку (правку), порезку полос на листы или продольную резку

на несколько лент, сортировку, зачистку и упаковку. Масса рулонов может

достигать 20 т. Сварку полос встык для укрупнения рулонов и обработку их в

агрегатах непрерывного действия проводят в атмосфере нейтральных газов.

Для полистной холодной прокатки используют одноклетьевые реверсивные

станы, рулонную прокатку проводят преимущественно на 20-валковых станах. На

всех переделах, связанных с перематыванием полосы, для предохранения ее

поверхности от повреждения между витками рулона прокладывают специальную

защитную бумагу. Поставку плоского проката из коррозионностойких сталей

осуществляют по степени упрочнения. Прокатку ведут в минимально возможное

число проходов. Правку осуществляют на роликовых правильных машинах,

эффективно совмещают дрессировку с последующей правкой.

2.2.6 Финишная обработка холоднокатаного проката

В последние годы холоднокатаную полосу производят на совмещенных

агрегатах: непрерывный травильный агрегат - непрерывный прокатный стан -

агрегат непрерывного отжига; агрегат непрерывного отжига - дрессировочный и

разделочный агрегаты.

Для соединения полос в этих агрегатах используется преимущественного

контактная электросварка, электродуговая сварка встык в среде защитного газа, а

для полос из малоуглеродистой стали - метод оплавления кромок.

При производстве холоднокатаного плоского проката высокие требования

предъявляются к плоскостности полосы. Для устранения волнистости и

коробоватости после термообработки и дрессировки полосы подвергают правке

на роликовых и растяжных правильных машинах. Роликовая правильная машина

состоит из нескольких приводных роликов одинакового размера, расположенных в

шахматном порядке. Зазор между каждой парой роликов увеличивается по мере

приближения к выходной стороне правильной машины. Ролики деформируют

прокат в обоих направлениях с постепенным увеличением радиуса изгиба, чем

достигается выравнивание его в конце правки. Диаметр рабочих роликов

выбирается в соответствии с толщиной и твердостью металла (обычно равен 25-

120 мм).

Перспективным является применение правки полос растяжением на

растяжных правильных машинах. Для правки необходима пластическая

деформация, равная 0,5 % - 2,0 %. С целью предотвращения появления линий

сдвига при правке растяжению подвергают только дрессированные листы. Правка

растяжением неприменима при наличии неоднородности свойств металла в

пределах листа, а также высокой разнотолщинности.

Потребитель получает холоднокатаный лист в пачках или рулонах, для чего

служат непрерывные агрегаты поперечной, продольной резки и комбинированные

с одновременной правкой и промасливанием (обычно 2-3 агрегата поперечной

резки и

1-2 агрегата продольной резки). Порезка холоднокатаного металла

осуществляется барабанными ножницами со скоростью

4-6,5 м/с. Обрезка

боковых кромок производится дисковыми ножницами, установленными в линии

агрегата резки. Агрегаты оснащены системами автоматической сортировки листов

по толщине и выявления листов с дефектами, для чего на этих агрегатах

устанавливают рентгеновские бесконтактные измерители и ультразвуковые

дефектоскопы.

Обвязка полосового проката большей частью осуществляется лентой.

Готовую продукцию упаковывают в металлические короба, контейнеры,

деревянные ящики и решетки. На поверхность проката наносят консервационные

защитные

составы,

обертывают

влагонепроницаемой,

промасленной,

гудронированной бумагой, толью или другими видами упаковочных материалов.

2.2.7 Производство листа с покрытиями

2.2.7.1 Горячее нанесение покрытий

2.2.7.1.1 Производство жести

Жесть - тонколистовая отожженная сталь из малоуглеродистых марок

стали (сталь

08, сталь

10) с защитными металлическими и органическими

покрытиями. Предназначается для изготовления упаковочной тары пищевых

продуктов, поэтому выбор материалов для ее изготовления согласовывается с

санитарно-гигиеническими нормами.

В РФ изготавливают черную холоднокатаную жесть (ЧЖ), белую горячего

лужения (ГЖ), электролитического лужения (ЭЖ), и хромированную лакированную

(ХЛЖ), причем по качеству различают жесть первого сорта ЖК (консервная) и

второго сорта - ЖР (жесть разного назначения).

Белую жесть горячего лужения марок ГЖК и ГЖР изготовляют главным

образом в листах из листовой черной жести. Нанесение оловянного покрытия

производится путем погружения черной листовой жести в расплавленное олово.

2.2.7.1.1.1 Технология горячего лужения

В процессе горячего лужения листовая жесть проходит следующие

технологические операции [1]:

- травление;

- промывка;

- флюсование;

- лужение погружением в расплавленное олово;

- формирование оловянного покрытия в «жировой» ванне;

- обезжиривание;

- очистка поверхности.

Травление проводится в водных растворах серной или соляной кислоты,

причем травление с использованием соляной кислоты является более

эффективным.

Флюсование. Флюс «наводится» на зеркало расплавленного олова ванны

лужения в виде раствора хлористого цинка. При «наведении» на расплавленное

олово флюс должен бурно кипеть (температура

200 °C -

250 °C). Кипение

поддерживается притоком воды, заносимой жестью после ее травления и

промывки или через так называемые капельницы.

Высота слоя флюса в кипящем состоянии составляет 70-100 мм. Свежий

флюс получает рабочую активность только после накопления в нем 8 % - 15 %

SnCl2 за счет перехода олова ванны во флюс. Этот процесс называется

«проработкой» флюса. Во избежание потерь в производстве обычно пользуются

добавлением к свежему флюсу рабочего флюса от соседнего работающего

агрегата лужения. Время обработки жести во флюсе составляет до 0,4 с.

Лужение. В ванне лужения идет образование оловянного покрытия на жести

первоначальным слоем до 10-15 мкм.

На участке выхода жести из флюсовой коробки температура оловянной

ванны должна быть не более 320 °C - 350 °C с постепенным падением по пути

перемещения жести в жировой среде до 260 °C - 280 °C. Температура нижней

части ванны не выше 260 °C - 270 °C, что способствует оседанию на ее дне

взвешенных частиц FeSn2 и поддерживанию чистоты граничной поверхности

«олово - масло». Ванны обогреваются газом или электричеством.

Окончательное формирование оловянного покрытия осуществляется в

«жировой» ванне с помощью «жировой» машины, помещенной в масляную среду

из хлопкового или пальмового масла. Для систематического регулирования

окончательной толщины оловянного слоя из жести служит жировая машина. Она

состоит из трех пар стальных валков специальной стали и формы, которые

отжимают избыток олова на жести и с которых, кроме того, с помощью

специальных каменных щеток из природного талькохлорида с валков снимается

накопившееся на их поверхности жидкое олово.

При выходе из жировой ванны жесть искусственно охлаждается очищенным

воздухом, ускоряя кристаллизацию олова.

Конечное технологическое звено - обезжиривание и очистка поверхности

белой жести осуществляется последовательно в ванне с щелочным раствором и в

сухих очистителях, в сухих пшеничных отрубях, в результате чего на оловянном

покрытии остается 6-20 г масла на 1 т жести.

2.2.7.1.1.2 Технология электролитического лужения

Белую электролитически луженую жесть марок ЭЖК и ЭЖР производят

путем электролиза из различных электролитов, применяя олово марки 01 или

01ПЧ.

Перед лужением рулонная черная жесть готовится на отдельно стоящих

агрегатах, где в процессе перемотки рулона (наружный диаметр до

2 м)

производится обрезка боковых кромок, вырезка утолщенных и мятых концов,

осмотр и отбраковка дефектных участков полосы.

Далее рулон жести поступает на агрегат электролитического лужения, где

предварительно подвергается обезжириванию (с целью удаления жировых

загрязнений с поверхности жести) и травлению (для удаления окислов).

На современных агрегатах применяют химическое (в растворе на основе

NaOH и Na3PO4, температура 80 °C - 90 °C) и электрохимическое обезжиривание

постоянным током. После химического обезжиривания полоса подвергается

щеточной обработке и промывке холодной водой в щеточно-моечной машине,

далее поступает в ванны электролитического обезжиривания, которое

производится в растворе того же состава, что и при химическом обезжиривании.

Подвод тока к ваннам обезжиривания осуществляется по бесконтактной

биполярной схеме, время обработки - 1,5-3 с. Механизм процесса сводится к

эмульгированию жиров с полосы выделяющимися на поверхности полосы

пузырьками водорода.

После обезжиривания жесть проходит струйную промывку умягченной

холодной водой. Промытая полоса подвергается дополнительной щеточной

обработке и промывке холодной водой в следующей щеточно-моечной машине,

после чего полоса поступает в ванны травления.

Травление осуществляется в электролите (H2SO4 и Fe) при нормальной

температуре. Полоса является катодом, в качестве анода применяются

свинцовые пластины, время обработки - 1,5-3 с.

После травления полоса подвергается интенсивной струйной промывке

холодной водой и щеточно-моечной обработке, после чего поступает в ванны

электролитического лужения с щелочными или кислотными электролитами

(фенолсульфоновыми, галогенидными и др.).

Анодный процесс сводится к растворению олова, а катодный - к

электроосаждению его на поверхности стальной полосы. Скорость полосы в

технологической части составляет 5-9 м/с. Электролит непрерывно циркулирует

между баком и ваннами через теплообменники.

Для уплотнения оловянных осадков в электролизных ваннах их подвергают

оплавлению при температурах, превышающих температуру плавления олова

(232 °C). Оплавление осуществляется контактным или индукционным методами.

Перед оплавлением луженая поверхность обрабатывается при кислом

электролите в растворе фенолсульфоновой кислоты.

После оплавления луженая лента подвергается пассивации, в результате

которой образуется искусственная окисная пленка

(1-5 нм). В современных

агрегатах электролужения осуществляется катодная пассивация в растворе

бихромата натрия, время пассивации - 1,5-2 с.

Промасливание - последняя технологическая операция, служащая для

устранения потертости на жести при хранении и транспортировке, улучшения

штампуемости, повышения стойкости против коррозии. Промасливание в

электростатическом поле (50 кВ) не снижает адгезии лаковой пленки к покрытию.

Количество наносимого масла -

10 мг/м² поверхности жести. Применяется

хлопковое масло или диоктилсебацинат.

Сортировка жести осуществляется в потоке агрегатов при помощи

микрометра, замеряющего толщину жести и дефектоскопа, определяющего

наличие проколов. Оценка качества поверхности жести осуществляется

визуальным осмотром.

2.2.7.1.1.3 Производство

электролитически

хромированной

лакированной жести

Хромированная лакированная жесть - вид безоловянной жести,

предназначенный для изготовления консервной тары под пищевые продукты.

В качестве стальной основы используется рулонная черная жесть марки ЧЖ-1 из

низкоуглеродистых марок стали. Хромированная жесть изготавливается двух

видов: хромированная лакированная и хромированная промасленная.

Толщина слоя электролитически осажденного хрома с каждой стороны

составляет 0,020-0,050 мкм (1,4-3,5 мг/мм²).

Для улучшения коррозионной стойкости хромированная поверхность

подвергается пассивированию. Масса пассивной пленки, определяемая по

содержанию в ней хрома, составляет от 0,03 до 0,4 мг/дм² поверхности.

Технология производства хромированной жести состоит в следующем.

Хромовое покрытие, электрически осажденное на стальную основу жести,

является двухслойным, состоящим из слоя металлического хрома толщиной 0,02-

0,05 мкм и слоя пассивной пленки толщиной 5-30 нм. Технологические процессы

производства хромированной жести осуществляются на непрерывных

высокоскоростных линиях, по своей конструкции аналогичных современным

линиям электролитического лужения.

Состав электролизной ванны хромирования: СrO3 (250 г/л) и H2SO4 (2,5 г/л).

Процесс ведется при плотности тока 60-100 А/дм², продолжительность - 2-2,5 с,

температура электролитов - 55 °C - 60 °C. За этот период осаждается 0,02-

0,05 мкм металлического хрома.

После струйной промывки и улавливания электролита полоса поступает в

ванны хроматирования (пассивации). Плотность слоя хроматной пленки из окиси

хрома составляет 2,1-2,2 г/см³.

Лакирование хромированной пассивированной полосовой жести

осуществляется в электрическом поле высокого напряжения (130-140 тыс. В). Лак,

доведенный до необходимой вязкости специальными насосами, подается на

электроды-распылители, где он получает отрицательный заряд, распыляется и в

виде аэрозоля движется в электрическом поле к заземленной полосе, на которой

отлагается равномерным слоем толщиной 4-6 мкм.

Упаковка и отгрузка хромированной лакированной жести осуществляется по

аналогии с электролитически луженой жестью.

2.2.7.1.2 Производство освинцованной тонколистовой стали

Стальные освинцованные листы и полосы обладают высокой стойкостью

против коррозионного воздействия жидких нефтепродуктов, что определило

применение этого вида проката для изготовления бензобаков, радиаторов, труб

воздухоочистителей и маслоприемников и т. д.

Для изготовления освинцованного листа и полосы с толщиной покрытия 6-

12 мкм применяется холоднокатаная тонколистовая сталь, изготовляемая из

малоуглеродистых марок.

Процессы свинцевания для стальных листов протекают в агрегатах,

аналогичных агрегату горячего лужения, где травленые стальные листы

последовательно обрабатываются во флюсе, в ванне с жидким свинцово-

оловянным сплавом (до

80 % Рb, до

20 % Sn) и в жировой среде

(см. рисунок 2.10).

Рисунок 2.10 - Схема агрегата свинцевания

Флюс применяется в виде водного раствора хлористого цинка, аналогично

горячему лужению. Его температура на ванне свинцевания - 270 °C - 280 °C.

В качестве масляной среды в жировой ванне применяют хлопковое масло или

минеральное масло. Температурный режим ванны свинцевания - 370 °C - 400 °C,

а жировой ванны - 350 °C - 300 °C. Освинцованный лист после жировой ванны

поступает в агрегат очистки, где его обезжиривание проходит в валках с помощью

пшеничных отрубей.

2.2.7.1.3 Производство оцинкованной тонколистовой стали

Цинковые покрытия являются наиболее распространенными - около 40 %

мировой добычи цинка (~1,5 млн т/г) потребляется для защиты черных металлов

от коррозии.

Для покрытия тонколистовой стали применяют два способа цинкования -

горячее и электролитическое. Наибольшее распространение получило горячее

цинкование.

Существующий в ограниченных размерах старый процесс горячего

цинкования стальных листов осуществляют с применением флюса, когда после

обезжиривания, травления и промывки лист погружается в цинковый расплав

через слой расплава солей ZnCl2 и NН4Сl

(300 °C -

350 °C) или же когда

обработка во флюсе вынесена в отдельную флюсовую ванну перед ванной

цинкования. Флюс в этом случае представляет собой концентрированный водный

раствор ZnCl2 и NH4Cl. После такой обработки во флюсе проводят сушку при

150 °C - 300 °C.

Для горячего цинкования стальных полос

(0,3-4,0 мм) применяют в

основном метод бесфлюсового цинкования в непрерывных линиях. Очистка

полосы производится в линии путем окислительного нагрева до 470 °C - 480 °C с

образованием на поверхности полосы тонкой окисной пленки, которая

восстанавливается при последующем отжиге в восстановительной водородной

атмосфере. Охлажденная до

480 °C -

520 °C полоса с чистой активной

поверхностью погружается в цинковый расплав при 460 °C.

Широко применяется способ безокислительного нагрева полосы в

продуктах неполного сгорания при значительной разности температур газовой

среды

(1100 °C -

1300 °C) и нагреваемого металла (до

700 °C). Скорость

движения полосы - до 3-4 м/с, время нагрева - 10-15 с. Практически во всех

линиях цинкования проводится совмещение операций термообработки

холоднокатаной полосы, нанесения покрытия и термической, химической и

механической обработки оцинкованной полосы.

Электролитическое цинкование проводится в ваннах с кислым и

щелочным электролитами. К кислым электролитам относятся хлоридные,

фторборатные, сульфатные и др. Наиболее распространены сульфатные.

Электролитический метод эффективен при нанесении тонких покрытий (5-12 мкм).

Осадок цинка матовый, равномерный, плотный. При последующем нанесении

слоя полимерных материалов (лакокрасочных, пластмасс) покрытие достаточно

коррозионностойкое и может работать длительное время в обычной и

промышленной атмосфере.

Непрерывное горячее цинкование стальных полос осуществляют для

полосы шириной до 2 м и толщиной до 4 мм на специализированных линиях,

которые отличаются следующими особенностями.

Вся линия является комплексной, т. е. состоит из отдельных агрегатов

разного назначения, на которых осуществляют очистку поверхности полосы

(обезжиривание, травление, мойку); безокислительный нагрев в печи до 500 °C с

последующей термообработкой (отжиг, нормализация) в восстановительной

атмосфере (10 % - 15 % Н2) и охлаждением до 450 °C - 500 °C; цинкование в

ванне с цинковым расплавом с 0,2 % - 0,3 % Аl при 460 °C; иногда применяют

термообработку оцинкованной полосы при 300 °C - 650 °C в специальной печи

после цинковальной ванны с целью перевода покрытия в сплав; охлаждение

полосы; пассивацию в фосфатных и хроматных растворах; механическую

обработку на растяжных станках или на дрессировочной клети с гибочными

роликами.

Для регулирования толщины и равномерности цинкового покрытия

применяют струйное газовое (воздушное, паровое) устройство, работающее под

давлением. Цинковальная ванна нагревается с помощью индукционного нагрева.

Линия оснащена измерительной аппаратурой и автоматическим управлением.

Производительность современной линии цинкования доходит до 500 тыс. т/г при

скорости полосы более 3 м/с.

Получает также развитие покрытие из цинка и алюминия - цинкалюм с

содержанием 55 % Аl; 43,4 % Zn и 1,6 % Si. Коррозионная стойкость нового

покрытия в 2-6 раз выше оцинкованного листа за счет двухфазной структуры -

фазы, богатой алюминием и цинком. Фаза, богатая цинком, находится внутри

фазы, богатой алюминием, в связи с чем затрудняется проникновение

агрессивной среды через покрытие. Технология нанесения цинкалюма близка к

технологии цинкования. Однако имеются различия: температура ванны - 600 °C,

материал ванны - керамика, а погружное оборудование изготавливается из

специальной стали. Агрегат оборудуют узлом ускоренного охлаждения покрытия.

2.2.7.2 Производство

тонколистовой

стали

полимерными

покрытиями

Этот вид защиты листовой стали осуществляется на непрерывных

агрегатах при скоростях движения стальной полосы от 10 до 300 м/мин.

Современные агрегаты для нанесения полимерных покрытий состоят из

входной, технологической и выходной частей. Входная часть включает в себя

разматыватели, ножницы для поперечной резки, сварочную или сшивную машину.

Технологический участок состоит из ванн подготовки поверхности -

обезжиривания, пассивации. Эти операции необходимы для обеспечения

необходимой адгезии полимерного покрытия с основой [1].

Далее полоса поступает в отделение покрытий, состоящее из валковых

машин, сушильных печей, охладительных устройств и устройств для нанесения

полимерных пленок. В зависимости от вида полимерных материалов агрегаты

работают по нескольким технологическим схемам при нанесении лакокрасочных

материалов, органозолей или пластизолей: на первой валковой машине на

лицевую сторону наносится слой лакокрасочных эмалей, пластизоля и

органозоля, а на второй машине на обратную сторону - слой защитного лака или

эмали.

Металлопласт может производиться с использованием одной валковой

машины. При этом одновременно наносят на обратную сторону защитный лак или

эмаль, а на лицевую сторону с помощью специального устройства плакируют под

давлением 2-4 кг/см² полимерную пленку, сушат и охлаждают полосу.

2.2.8 Производство гнутых профилей

Гнутые

профили

изготовляют

на

профилегибочных

станах.

Профилирование заключается в последовательной формовке сечения заготовки

(полосы, ленты или листа) в холодном состоянии при прохождении ее через

калиброванные валки до получения требуемой конфигурации профиля. Гнутые

профили изготавливаются различных типов (с различной формой сечения) и

видов (сварные, перфорированные и т. д.). Материал гнутых профилей - сталь,

цветные металлы, сплавы, в том числе с антикоррозионными и декоративными

покрытиями.

Граничные размеры сортамента профилей, изготавливаемых на

предприятиях черной металлургии, составляют по толщине 0,5-8 мм, по ширине

30-1500 мм. Сортамент гнутых профилей включает свыше 1000 типоразмеров.

Профили делятся на три основные группы: гнутые сортовые профили - профили

общего назначения (уголки равнополочные и неравнополочные, швеллеры

перфорированные, корытные, зетовые, С-образные, замкнутые и замкнутые

сварные прямоугольные и квадратные); гнутые специальные профили - профили

особой конфигурации индивидуального назначения; гнутые листовые

гофрированные профили (с различной формой и числом гофров).

Созданные в России профилегибочные агрегаты конструкции ВНИИметмаш

являются одними самых высокопроизводительных в мире, имеют высокий

уровень механизации и автоматизации и высокую скорость профилирования (до

180 м/мин). В таблице 2.4 приведены технические данные профилегибочных

агрегатов [1].

Заготовки, используемые при профилировании, - полосы, ленты или листы

с обрезанными кромками.

Процесс профилирования заготовок осуществляется последовательной

гибкой их сечения на многоклетьевых (от 3 до 30 формующих клетей) станах и

может быть поштучным (при изготовлении профилей из заготовок мерной длины)

и непрерывным (при изготовлении профилей из рулонной заготовки с резкой на

мерные длины готового профиля). В первом случае имеются ограничения по

сортаменту и возможностям повышения качества продукции, а также требуется

повышенное число клетей из-за выполнения требований надежной задачи

полосовой заготовки в валки. Во втором - возможно изготовление любых типов

профилей высокого качества при минимальном числе клетей. При сварке концов

рулонов процесс может быть бесконечным.

Процесс профилирования на станах включает три основных этапа:

- подготовку заготовки к профилированию - подачу рулонов со склада на

стан, их размотку, правку, резку на мерные длины (при поштучном

профилировании) или обрезку концов рулонов и их сварку со снятием грата с

последующим накоплением полосы (при бесконечном процессе профилирования),

промасливание;

- профилирование заготовки на формовочном стане до требуемой

конфигурации профиля;

- отделку готовой продукции - резку на мерные длины (при непрерывном

профилировании), сдув эмульсии, промасливание, транспортировку и укладку в

пакеты, их обвязку или упаковку, транспортировку на склад.

При комбинированном процессе производства профилей различных видов

этап подготовки заготовки может включать операции по ее перфорации, просечке,

а этап отделки - сварку, завивку профиля по спирали, нанесение покрытий и др.

Профилегибочные агрегаты классифицируют: по назначению - на сортовые

агрегаты общего и специального назначения и на листовые (для производства

листовых профилей); по характеру процесса профилирования - на агрегаты

поштучного, непрерывного (порулонного или бесконечного) и комбинированного

(поштучного и непрерывного) профилирования; по размерам сечения заготовки -

на агрегаты легкого, среднего и тяжелого типов.

Размеры сечений исходной заготовки определяют типоразмеры агрегатов и

используются для их обозначения.

Таблица 2.4 - Техническая характеристика профилегибочных агрегатов

Комбинированного

Поштучного

Непрерывного

или непрерывного

профилирования

Параметр

профилирования

2-7×80-

1-4×

1-4×50-

0,5-2,5×

2-8×100-600

500

400-1500

300

300-1500

Толщина заготовки, мм

2-7

1-4

2-8

1-4

0,5-2,5

Ширина заготовки, мм

80-500

400-1500

100-600

50-300

300-1500

Число рабочих клетей,

14 или 17

шт.

Диаметр рабочих валков,

170

230

180

115

170

мм

Длина бочки валков, мм

600

1550

600

300

1550

Скорость

60-150

45-180

12-150

30-150

30-90

профилирования, м/мин

Мощность главного

960

600

1280

280

560

привода, кВт

При этом в обозначении отечественных агрегатов указывается диапазон

сечений заготовок, например, ПГА

2-8×100-600, некоторых зарубежных -

наибольшие значения ширины и толщины заготовки, например профилегибочный

стан 650/8.

На агрегатах поштучного профилирования профили изготовляются из

мерных заготовок, полученных резкой рулонной полосы вне или в линии агрегата

на летучих ножницах перед формовочным станом. Использование впервые в

мировой практике в линиях отечественных агрегатов листовых летучих ножниц

позволило повысить скорости профилирования до 150-180 м/мин.

На агрегатах непрерывного профилирования на мерные длины разрезаются

летучими режущими устройствами (пилами, просечными прессами, ножницами)

готовые профили. Непрерывность процесса, особенно при бесконечном

профилировании, позволяет достигнуть наивысшей производительности.

Состав оборудования агрегатов обусловлен их назначением, характером

процесса и производительностью. Наиболее высокий уровень механизации и

автоматизации - у сортовых агрегатов общего назначения непрерывного и

комбинированного профилирования, установленных на отечественных

предприятиях черной металлургии. Оборудование их делится на три основных

участка: подготовки заготовки к профилированию, профилирования и отделки

готовой продукции.

Основные тенденции в развитии профилегибочных агрегатов в настоящее

время связаны с повышением эффективности их работы, а также созданием на их

основе агрегатов и линий для выпуска готовых изделий из гнутых профилей.

Потери времени на загрузку рулонов снижают за счет установки сдвоенных

разматывателей, увеличения массы рулонов, емкости накопителей полосы.

Для сокращения времени на перевалки применяют схемы для

одновременной замены групп клетей или полного их комплекта на заранее

настроенный.

Широко

используется

автоматизация,

особенно

на

специализированных агрегатах, где с помощью ЭВМ изменяется программа их

производства и программа работы отдельных участков, например перфорации.

2.2.9 Технико-экономические показатели холоднокатаного листового

проката

Средние коэффициенты расхода металла для различных видов продукции

представлены в таблице 2.5 [1].

Таблица 2.5

- Средние коэффициенты расхода при производстве

холоднокатаного листового металла

Расходный

Продукция

коэффициент

металла

Холоднокатаные полосы в рулонах из углеродистой и

1,03-1,04

низколегированной стали без обрезки

Холоднокатаные листы из углеродистой и низколегированной

1,06-1,08

стали

Жесть белая электролитического лужения

1,08-1,10

Оцинкованные листы и полосы в рулонах

1,20

Лента холоднокатаная стальная низкоуглеродистая при толщине,

мм:

- 0,05-0,17

1,24-1,33

- 0,18-0,29

1,16-1,22

- более 0,30

1,13-1,18

Лента холоднокатаная из углеродистых и низколегированных

сталей при толщине, мм:

- 0,10-0,29

1,26-1,32

- более 0,30

1,16-1,27

Лента необрезанная

1,07-1,11

Удельный расход топлива и огнеупоров в цехах холодной прокатки:

- для колпаковых одностопных печей - 0,92-1,05 МДж/т и 0,4 кг/т;

- для протяжных печей - 1,26-1,47 МДж/т и 0,2 кг/т.

Удельный расход электроэнергии и энергоносителей при холодной прокатке

различных видов продукции приведен в таблице 2.6 [1].

Таблица 2.6 - Удельный расход энергоносителей при холодной прокатке

различных видов продукции

Электроэнергия,

Сжатый

Продукция

Вода, м³/т

Пар, кг/т

кВт·ч/т

воздух, м³/т

Холоднокатаные

70-80

30-35

120

неотожженные рулоны

Холоднокатаные листы и

100-120

35-45

130

полосы

Лента холоднокатаная

100-120

35-45

150

Жесть черная

220-240

180

Сведения о стойкости и расходе валков станов холодной прокатки

приведены в таблице 2.7 [1].

Таблица 2.7 - Расход валков станов холодной прокатки

Количество проката между

Удельный расход валков,

Тип стана

переточками, тыс. т

кг/т

Непрерывный

0,5-2,5/30-50

1,6-1,8

Дрессировочный

0,3-0,6/35-45

0,2

Реверсивный

0,2-0,3/6

1,5-1,8

Жестепрокатный

0,3-12/10-30

2,0-2,2

Примечание: числитель - рабочие валки, знаменатель - опорные.

2.3 Производство длинномерной продукции

Горячекатаный сортовой металл, который по мере уменьшения площади

поперечного сечения увеличивается в длине и может достигать в длине одного

раската нескольких сотен метров, производят по обобщенной технологической

схеме, приведенной на рисунке 2.11.

(НЛЗ), получаемой с МНЛЗ. При этом для ряда сталей используется

традиционная схема изготовления сортового металла из слитка, который

прокатывается на обжимных и заготовочных станах.

Получение горячекатаной сортовой заготовки

Подготовка и нагрев слитков и НЛЗ осуществляются аналогично, как это

описано в 2.1.1, 2.1.2. Горячая прокатка слитков и НЛЗ производится на обжимных

станах (блюмингах), которые предназначены для получения полупродукта в виде

заготовок квадратного (блюмы) сечения размерами

140-450 мм. Технология

прокатки блюмов аналогична технологии прокатки слябов, описанной в 2.1.3.1,

2.1.3.2. После блюминга раскаты поступают на непрерывные заготовочные станы

(НЗС), которые, как правило, устанавливают в потоке обжимных станов, что

позволяло существенно увеличить производительность последних.

Примером непрерывного заготовочного стана является НЗС 900/700/500,

включающий 14 клетей, расположенных в трех группах. Первые две клети 900

являются обжимными. Непрерывная черновая группа состоит из двух

двухвалковых клетей 900 с горизонтальным расположением валков и четырех

чередующихся двухвалковых клетей 700 с вертикальными и горизонтальными

валками. Непрерывная чистовая группа клетей включает в себя шесть

чередующихся двухвалковых клетей 500 с вертикальными и горизонтальными

валками.

В черновой группе прокатывают заготовки сечением от

190 × 190 до

130 × 130 мм и круглые трубные заготовки диаметром

110-150 мм. Скорость

прокатки в последней клети черновой группы - 2,3 м/с.

В чистовой группе клетей из раскатов, поступающих из первой группы

стана, прокатывают заготовки 120 × 120 мм, 100 × 100 мм и 80 × 80 мм и круглые

трубные заготовки диаметром 60-100 мм. Скорость прокатки в последней клети

стана - 7 м/с.

За черновой группой клетей расположен шлеппер для передачи заготовок

больших сечений с основной линии стана на обводной рольганг, в конце которого

установлены ножницы. За чистовой группой стана установлены рычажно-

планетарные летучие ножницы, обеспечивающие резку раскатов на заготовки при

скорости 7,0 м/с.

Если заготовочный стан линейного типа расположен вне потока блюминга,

то исходный материал в виде блюмов, в том числе литых и слитков малой массы,

в зависимости от марочного сортамента и назначения, подвергают

предварительной подготовке (замедленному охлаждению, термической

обработке, удалению поверхностных дефектов и т. д.), аналогично технологии

подготовки слитка перед прокаткой на блюминге.

Производство заготовок на НЗС характеризуется коэффициентом расхода

металла 1,02-1,03, расходом топлива 500 тыс. ккал/т, расходом электроэнергии

27-30 кВт∙ч/т, расходом воды 2000 м³/ч и расходом валков 0,1 кг/т.

2.3.1 Производство арматуры и катанки

Арматурный профиль относится к категории сортовых профилей

специального назначения и предназначен для армирования бетонных конструкций

в строительстве. Технология прокатки арматурного профиля практически не

отличается от технологии прокатки сортового проката круглого сечения,

т. е. используется такая же последовательность калибров. Периодический

профиль наносится в чистовых проходах, для чего используются валки со

специально подготовленными ручьями.

Арматурный профиль различного сечения, начиная от крупных и заканчивая

мелкими размерами, входит в сортамент среднесортных и мелкосортных станов.

На мелкосортных и проволочных станах в отличие от других сортовых

станов часть продукции изготавливается в бунтах.

Горячекатаная проволока (катанка) изготавливается диаметром 5-19 мм и

поставляется в бунтах массой до 2,5 т.

В настоящее время объем производства катанки в мире превышает

50 млн т/г, что объясняется широким сортаментом производимой из нее готовой

продукции - канаты, металлокорд, пружины, иглы, струны, крепежные изделия,

электроды и т. д. Катанка производится на непрерывных проволочных станах, а

также мелкосортно-проволочных и сорто-проволочных станах.

Исходная заготовка для подавляющего количества мелкосортных,

мелкосортно-проволочных и проволочных станов имеет поперечное сечение в

виде квадрата (или прямоугольника, близкого к квадрату) и поставляется с МНЛЗ,

заготовочных и крупносортных станов.

2.3.1.1 Нагрев заготовки

Нагрев заготовок перед прокаткой на сортовых станах проводят

преимущественно в проходных методических печах различной конструкции и

производительности. В качестве топлива упомянутые печи используют коксовый,

доменный, природный газы или их смесь. Часто в качестве резервного топлива

выступает мазут.

Методические печи имеют несколько зон нагрева (часто применяемые печи

содержат три зоны: методическую, сварочную и томильную зоны), неподвижную

или подвижную (шагающую) подину, металлические или керамические

рекуператоры для подогрева воздуха и газа, эксгаустеры для подачи воздуха в

горелки, механизмы загрузки и выгрузки заготовок, аппаратуру для контроля и

регулирования теплового режима работы печи.

Параметры некоторых наиболее применяемых методических печей

приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8 - Параметры методических печей

Посадка и

Размеры сечения

Производительность,

Тип печи

Тип пода

выдача

заготовки, мм

т/ч

металла

Трехзонная,

Монолитный,

Торцевая

100 × 100…150 × 150

200

рекуперативная

Двухзонная,

Монолитный

Боковая

80 × 100…100 × 100

100

рекуперативная

Многозонная,

Шагающий

Боковая

150 × 150…200 × 200

300

рекуперативная

2.3.1.2 Прокатка арматуры и катанки

2.3.1.2.1 Прокатка на мелкосортных станах

Сортамент мелкосортного проката включает многочисленные профили

простой и фасонной формы сечения, общего отраслевого и специального

назначения. К мелкосортному прокату относят круглую сталь диаметром 10-30 мм,

квадратную со стороной

8-30 мм, периодические профили для армирования

железобетонных конструкций № 6 - № 28, угловую сталь с шириной полок 20-

50 мм, швеллеры № 5 - № 8, полосовую сталь шириной до 60 мм, шестигранную

сталь до

№ 30, тавровые профили и разнообразные фасонные профили

эквивалентных размеров. Прокат поставляют в прутках длиной 8-12 м или бунтах.

К мелкосортным относят станы с диаметром валков чистовой клети 350-

250 мм. Проволочные станы имеют валки диаметром

280-150 мм. Станы с

диаметром валков 350-300 мм в отдельных случаях имеют в сортаменте много

среднесортных профилей, поэтому их относят к мелкосортно-среднесортным.

Схемы расположения основного оборудования (прокатных клетей)

мелкосортных

станов

разнообразны:

линейные,

последовательные,

полунепрерывные, непрерывные. Техническая характеристика мелкосортных

станов разных типов представлена в таблице 2.9 [1].

Мелкосортные станы непрерывного типа предназначены для массового

производства больших партий проката низко- и среднеуглеродистых сталей,

преимущественно круглого сечения. При изготовлении мелкосортного проката из

легированных сталей небольшими партиями востребованы технологии прокатки

на станах линейного типа. При этом может изменяться калибровка валков,

режимы прокатки, общая технологическая схема остается неизменной:

заготовка → подготовительные операции на заготовке → цикл деформационных

операций и связанных с ними вспомогательных операций (гидросбив,

транспортирование и кантовка раската, резка и т. д.) → охлаждение

проката → отделка проката → контроль, маркировка, упаковка и складирование

металла.

Большое распространение получили типовые непрерывные двухниточные

мелкосортные станы 250.

Рассматриваемый в качестве примера стан 250 состоит из 25 двухвалковых

клетей: 9-клетевой черновой непрерывной группы и двух чистовых 8-клетевых

непрерывных групп [4].

Прокатку ведут в черновой группе в две нитки, в чистовых (левой и правой)

группах - в одну нитку. Каждая чистовая группа состоит из чередующихся четырех

горизонтальных и четырех вертикальных клетей. Правая чистовая группа

смещена вперед по ходу технологического потока. Черновая группа состоит из

пяти предварительно напряженных клетей (ПНК) и четырех клетей обычной

конструкции со станинами открытого типа. Подшипники валков в клетях обычной

конструкции - качения, в ПНК - подшипники жидкостного трения (ПЖТ).

Рабочие валки каждой клети приводятся от отдельного электродвигателя

через редуктор и шестеренную клеть. В промежутках между клетями черновой

группы установлены кантующие валки.

Таблица 2.9 - Техническая характеристика мелкосортных станов

Рабочая клеть (тип */диаметр

Раз-

Ско-

Общая

Печь

валков, мм)

меры

рость

мощ-

Стан

Производи-

сечения

про-катки

ность

черновая

чистовая

Кол-во

тельность,

заго-

(макс.),

при-вода,

т/ч

товки, мм

м/с

тыс. кВт

330

3/450-550

2/320-330

7-10

1-2

18,0-35,0

170×170

3,9-5,8

1,8-3,5

300

3/460-550

2/300-330

6-10

1-2

10,0-27,0

125×125

4,4-6,2

2,3-4,6

280

3/450-530

2/280-300

8-10

1-2

10,0-40,0

150×150

4,7-7,5

1,6-3,2

250

3/410-520

3/240-300

7-10

19,0-35,0

150×150

5,8-8,2

1,5-4,2

Последова-

тельный 300

2/400-450

2/300-330

10-12

3-4

35,0-45,0

125×125

9,5-11,5

8,5-9,5

с шахматной

группой

Полунепре-

рывный 250

с чистовой

2/350-420

2/250-270

11-13

1-2

45,0-60,0

120×120

8,5-10,5

4,5-6,7

линейной

группой

80×80;

250

2/330-380

2/240-280

15-17

1-2

90,0-140,0

15,0-25,0

7,2-9,1

100×100

300

2/385-460

2/300-320

13-15

80,0-100,0

110×110

13,0-18,0

8,4-9,5

350

2/400-430

2/350-375

10-12

120×120

12,0-15,0

8,2-9,7

* 2 - двухвалковая; 3 - трехвалковая.

За черновой группой клетей установлены аварийные летучие ротационные

ножницы кривошипного типа для обрезки переднего конца, порезки раската на

длины, соответствующие длине холодильника, и аварийной резки.

Между группами стана раскаты перемещаются по желобам с рольгангами и

по правой нитке двумя трайб-аппаратами.

Перевалка клетей черновой группы и горизонтальных клетей чистовых

групп - клетями, вертикальных клетей - сменными кассетами. Валки охлаждаются

водой под давлением 0,15 МПа.

После прокатки в чистовой группе клетей технологический поток

разделается на два потока:

- производство проката в прутках - порезка раската на летучих ножницах на

части не более длины холодильника, охлаждение и порезка на ножницах

холодной резки;

- производство проката в бунтах - смотка раската на моталках и

последующее охлаждение бунтов на конвейере.

За чистовыми группами в потоке стана на каждой нитке установлены

летучие двухбарабанные ножницы и установка термического упрочнения металла.

Порезанный прокат по рольгангу поступает на двусторонний реечный

холодильник (правого и левого исполнения). Отводящий рольганг холодильника

длиной 125 м, скорость транспортировки 2,6 м/с. Далее прокат по отводящему

рольгангу подают к ножницам холодной резки, после резки прокат взвешивают,

пакетируют и доставляют на склад готовой продукции.

Профили для армирования железобетонных конструкций проходят

низкотемпературный отпуск в печи мощностью 80 тыс. т/г. При необходимости

пакет с прокатом сортируют; прокат правят на установленных вне

технологического потока двух правильных машинах и вырезают дефектные части

металла на ножницах холодной резки.

При производстве круглого проката диаметром 10-23 мм в бунтах раскат из

чистовой клети проходит по направляющим трубкам через охлаждающее

устройство на моталки (по две на каждой нитке клетей чистовой группы).

Моталка снабжена механизмом подъема бунта и сталкивающим

механизмом. Моталка может наматывать круглый, квадратный, шестигранный

профиль площадью сечения

50-530 мм². Скорость диска моталки -

20 м/с. Диаметр бунта: наружный -

1200 мм, внутренний -

880 мм. Бунты

перемещают на транспортер при помощи сталкивателей.

Транспортер

за

моталками

сдвоенного

типа.

Одновременно

транспортируют два бунта со скоростью 0,43 м/с. Далее бунты транспортируются

по рольгангу к вязальным машинам и производят увязку бунтов. С транспортера

бунты навешивают на крюковой конвейер при помощи двух бунтонавешивателей.

Крюковой конвейер имеет общую длину цепи 450 м, 250 крюковых тележек,

расстояние между крюками 1,8 м. Скорость движения конвейера - от 0,054 до

0,180 м/с.

Съем бунтов с конвейера осуществляют при помощи двух бунтосъемных

машин (бунт - за 6 с). Бунты собирают в пакеты на двух четырехстержневых

пакетировочных машинах. Увязанные пакеты бунтов при помощи четырех

электромостовых кранов доставляют на склад готовой продукции или грузят в

железнодорожные вагоны.

2.3.1.2.2 Прокатка на проволочных станах

В мировой практике для производства катанки до 1960 г. применялись в

основном трех- и четырехниточные станы американского и европейского типов.

В состав оборудования станов американского типа входили чистовые

группы клетей с общим приводом и горизонтальным расположением валков.

Прокатку в чистовых группах осуществляли в две-четыре нитки с натяжением и

кантовкой раската между клетями. Эти станы были оборудованы петлевыми

группами клетей. Достоинство станов американского типа - компактность и

сравнительно невысокие капитальные затраты на строительство, небольшая

масса устанавливаемого оборудования, недостаток - низкая точность проката,

наличие поверхностных дефектов на катанке и низкая скорость прокатки.

В состав оборудования станов европейского типа входили однониточные,

преимущественно четырехклетевые, чистовые группы с горизонтальным и

вертикальным расположением валков, что позволило исключить кантовку раската

в чистовых проходах. Индивидуальный привод чистовых клетей станов

европейского типа обеспечил возможность регулировки частоты вращения валков

в широких пределах и осуществления процесса прокатки с регулируемой петлей,

что привело к повышению точности катанки. Максимальные скорости прокатки на

станах европейского типа не превышали 40 м/с. Первый стан этого типа в нашей

стране был введен в эксплуатацию на Магнитогорском металлургическом

комбинате (ММК), а затем были пущены станы на Западно-Сибирском,

Череповецком («Северсталь»), Челябинском металлургических комбинатах.

Технологический процесс прокатки катанки диаметром 6-10 мм на типовом

непрерывном проволочном стане 250 осуществляется следующим образом [4].

Заготовки сечением

80 × 80 мм, длиной

10,5-11,5 м, массой до

600 кг

нагревают перед прокаткой в двух двухзонных печах с шагающим подом,

торцевой посадкой и боковой выдачей (производительность - 90 т/ч).

Проволочный стан состоит из

37 клетей:

29 горизонтальных и

вертикальных, расположенных в четырех группах: в черновой - девять

горизонтальных клетей, из них семь клетей

450 и две 380; в первой

промежуточной группе - четыре горизонтальные клети

320; в двух вторых

промежуточных группах - по четыре горизонтальных клети

320; в четырех

чистовых - по две горизонтальных клети 320 и по две вертикальных клети 300.

Прокатку в черновой и первой промежуточной группах ведут в четыре нитки, во

второй промежуточной - в две и в чистовой - в одну нитку. Скорость прокатки в

чистовой клети - 27 м/с.

За клетью № 9 черновой группы установлено четверо ножниц для резки

концов и для аварийных резов. Перед клетями

№ 14 и № 18 во второй

промежуточной и чистовой группах установлены разрывные ножницы рычажного

типа.

После чистовых клетей катанка проходит установку ускоренного

охлаждения, состоящую из охладительных секций. Длина участка охлаждения -

1300-1800 мм.

Катанку сматывают в бунты на восьми моталках Эденборна. Наружный

диаметр бунта -

1400 мм, внутренний -

950 мм, высота -

500 мм. С моталок

бунты сталкивателем подают на приемный стол и далее транспортером

перемещают к муфельному транспортеру. При следовании от моталок к

муфельному транспортеру бунты проходят четыре вязальные машины,

размещенные попарно напротив, так что каждый бунт обвязывается в двух

местах, время вязания бунта - 14 с. Муфельные транспортеры предназначены

для охлаждения бунтов до температур, при которых бунт не деформируется в

подвешенном состоянии.

С муфельного транспортера бунты (бунтонавешивателем) передают на

крюковый конвейер, имеющий 298 крюков, скорость транспортировки - 0,1 м/с.

С крюкового конвейера бунты съемником передают на штырь пакетирующей

машины. После полной загрузки одного штыря пакетирующая машина совершает

поворот на

1/4 оборота, бунты с загруженного штыря убирают двумя

электромостовыми кранами и транспортируют на склад.

Повышение требований к качеству готовой продукции метизного передела,

увеличение скоростей волочения при переработке катанки обусловили

ужесточение требований к ее качеству - точности геометрических параметров,

характеристикам механических свойств, количеству окалины на ее поверхности и

потребовало увеличение массы бунтов катанки. Это вызвало необходимость

создания оборудования проволочного стана нового типа.

Реальное увеличение массы исходной заготовки возможно за счет

увеличения площади поперечного сечения заготовки, так как увеличение ее

длины сопряжено со значительным усложнением конструкций нагревательных

печей проволочных станов и трудностью регулировки режима нагрева. В свою

очередь, увеличение площади поперечного сечения исходных заготовок при

достигнутых скоростях прокатки на проволочных многониточных станах (30-40 м/с)

снижало скорость прокатки на входе в стан и, соответственно, увеличивало

тепловые нагрузки на валки и потери тепла в первых клетях стана. Это

обусловило необходимость увеличения скорости прокатки. Кроме того,

увеличение массы бунтов, повышение требований к механическим свойствам и

структуре металла и их равномерности по длине мотков вынудило отказаться от

традиционного способа смотки катанки в моталках типа Гаррета и Эденборна.

Повышение скорости прокатки на станах американского и европейского типов

оказалось невозможным из-за необходимости кантовки раската в чистовых

группах станов американского типа и больших вибраций в приводных линиях

чистовых клетей станов европейского типа.

Это послужило причиной создания конструкций чистовых групп

проволочных станов блочной конструкции, обладающих компактностью,

отсутствием петлеобразования и необходимости кантовки раската [5]. Рабочие

валки такого блока в виде дисков диаметром 150 мм изготавливают из карбида

вольфрама и устанавливают на подшипниках жидкостного трения

(см. рисунок 2.12).

1 - прокатные валки; 2 - шестеренные валки; 3 - трансмиссия;

4 - главный редуктор

Рисунок 2.12 - Схема привода чистового блока

Уменьшение диаметра валков повысило эффективность деформации и

устойчивость раската при прокатке катанки малых диаметров. Калибровка «овал -

круг», примененная в блоках, обеспечивала равномерность деформации и

отсутствие переполнения калибров. Конструкция привода блока позволяла

повысить скорость прокатки до

100 м/с и более, а точность катанки была

повышена до ±0,15-0,20 мм [6].

Увеличение скорости прокатки и массы мотков, повышение требований к

свойствам и структуре катанки обусловили существенное изменение и в

технологии охлаждения катанки. Было разработано более двадцати способов

контролируемого охлаждения катанки в линии проволочных станов («Стелмор»,

«Шлеман», «Демаг», «Явата» и др.). Наибольшее распространение получили

линии «Стелмор» благодаря простоте конструкции, широкой возможности

воздействия на структуру и свойства катанки различных марок стали.

Двухстадийный процесс охлаждения катанки по способу Стелмор,

применяемый на большинстве современных проволочных станов, включает

охлаждение катанки водой после выхода из чистового блока (1-я стадия) и

воздухом в витках, разложенных на транспортере (2-я стадия). Схема охлаждения

катанки по способу «Стелмор» приведена на рисунке 2.13. Участок водяного

охлаждения катанки оборудован водоохлаждающими секциями, установленными

вдоль проводящей трассы общей длиной до 40 м на определенном расстоянии

друг от друга с промежутками для выравнивания температуры по сечению

катанки. Для исключения попадания воды на катанку на участке выравнивания

температуры применяют отсекающие водяные и воздушные форсунки. После

первой стадии охлаждения температура катанки на виткообразователе в

зависимости от марки стали составляет 750 °C - 950 °C.

Рисунок 2.13 - Схема охлаждения катанки по способу «Стелмор»

Конечная

часть

участка

водяного

охлаждения

оборудована

трайбаппаратом, который направляет катанку в виткообразователь, работающий

по принципу моталки Эденборна. С помощью виткообразователя витки катанки

укладываются на движущийся транспортер. На современных станах со скоростью

прокатки до 100-120 м/с обычно применяют роликовые транспортеры длиной 80-

100 м. Конструкцией транспортера предусмотрена плавная регулировка скорости

перемещения витков катанки в пределах

0,1-1,2 м/с. Воздушное охлаждение

витков катанки осуществляется на транспортере витков. Воздух от вентиляторов

подается на витки катанки через специальные отверстия.

В результате охлаждения по способу «Стелмор» получается

мелкодисперсная структура, а количество сорбитообразного перлита в

поперечном сечении катанки превышает 50 %. Количество окалины уменьшается

до 2-5 кг/т. Средняя величина обезуглероженного слоя в сечении не превышает

2 %, катанка имеет структуру, среднюю между структурами, получаемыми при

воздушном и свинцовом патентировании. Это в ряде случаев позволяет

исключить операцию патентирования при дальнейшем переделе в

сталепроволочном производстве, увеличить степень деформации и скорость

волочения, а также сократить обрывность при волочении.

Примером современной технологии изготовления катанки является процесс

производства катанки и мелкого сорта из углеродистых и легированных сталей

диаметром 5-19 мм в бунтах массой до 2,2 т, реализуемый на стане 150 [2], [6].

Исходные заготовки сечением 200 × 200 мм после выборочной зачистки и

нагрева в четырехзонной печи с шагающим подом (масса садки металла -160 т,

производительность -

100 т/ч) подают по рольгангу к гидросбиву окалины с

заготовки, который состоит из замкнутой металлической камеры и десяти водяных

форсунок, установленных по контуру сечения заготовки.

Стан состоит из 23 двухвалковых клетей с приводом валков каждой клети от

индивидуального электродвигателя, в том числе двух вертикальных клетей, и

двух десятиклетевых блоков; клети объединены в технологические группы:

обжимная группа - шесть клетей, черновая - пять клетей, первая

промежуточная - шесть клетей, вторая промежуточная - шесть клетей, чистовая -

два блока по десять двухвалковых клетей в каждом и приводом валков клетей

блока от двух электродвигателей.

Обжимная однониточная группа клетей состоит из четырех двухвалковых

клетей

630 с чередованием горизонтальной и вертикальной клети и двух

горизонтальных двухвалковых клетей 450. Раскат между пятой и шестой клетями

кантуется специальными кантующими валками малого диаметра. После обжимной

группы передний конец раската отрезают на маятниковых ножницах. Далее раскат

подогревают в роликовой печи, под которой представляет собой двухниточный

рольганг с независимым приводом.

После нагрева раскат последовательно проходит непрерывную

двухниточную черновую группу (пять горизонтальных клетей 450), ножницы для

обрезки передних концов движущихся раскатов и аварийной порезки раската,

первую промежуточную группу клетей (двухниточная непрерывная из шести

горизонтальных клетей 380), ножницы и поступает во вторую промежуточную

группу горизонтальных клетей 320.

Затем раскат прокатывается в десятиклетевых блоках чистовых клетей,

после чего катанку подвергают регулируемому охлаждению в две стадии:

многоступенчатому охлаждению водой с выравниванием температуры по сечению

катанки в пропускных трубах, охлаждению вентиляторным воздухом. Водяное

охлаждение катанки между блоками и образователями витков входит в

двухстадийный процесс сорбитизации катанки (Стелмор), расход воды на одну

нитку - 240 м³/ч. После образователей витков растянутые витки катанки проходят

воздушное охлаждение на сетчатом транспортере. Поток воздуха создается

десятью мощными вентиляторами и может регулироваться. Объемный расход

воздуха - до 3,5-10 м³/ч.

Затем витки катанки собираются в специальной шахте и формируются в

бунт, размещаемый на специальном поддоне, взвешиваются, осаживаются

прессом и увязываются специальными машинами, после чего бунты катанки

поступают на склад готовой продукции.

Стан оснащен системами контроля работы и имеет высокую степень

автоматизации на всех этапах технологии.

В таблице 2.10 представлены усредненные статистические данные о

технико-экономических показателях производства мелкосортного проката и

катанки.

Таблица 2.10 -

Технико-экономические

показатели

производства

мелкосортного проката и катанки

Коэффициент

Расход

Производительность

Стан *

расхода

энергии,

топлива,

воды,

валков,

тыс. т/г

металла

кВт ч/т

10³ кДж/т

м³/т

кг/т

1680-

ЛМС 325

90-240

1,05

45-60

25-33

0,3-0,4

1890

1680-

ЛМС 300

45-270

1,05

45-60

25-33

0,3-0,4

1890

1680-

ЛМС 280

36-220

1,05

45-60

25-33

0,3-0,4

1890

1680-

ЛМС 250

100-165

1,05

45-60

25-33

0,3-0,4

1890

1680-

МШС 300

600-730

1,04

45-60

25-33

0,3-0,4

1890

ПНМС

1680-

240-390

1,05

50-60

25-33

0,3-0,4

250

1890

1680-

НМС 250

500-900

1,035

50-60

25-33

0,3-0,4

1890

1680-

НМС 300

320-430

1,045

50-60

25-33

0,3-0,4

1890

1680-

НМС 350

470-520

1,035

50-60

25-33

0,3-0,4

1890

1680-

ЛПС 250

52-260

1,04

65-110

33-44

0,35-0,5

1890

1680-

ПНПС 260

380-520

1,04

90-110

33-44

0,35-0,5

1890

1680-

0,35-

НПС 250

300-900

1,035

65-75

33-44

1890

0,50

* Стан: ЛМС -

линейный мелкосортный; МШС - мелкосортный с шахматным

расположением

клетей; НМС - непрерывный мелкосортный; ЛПС - линейный

проволочный;

ПНПС - полунепрерывный проволочный; НПС - непрерывный

проволочный

Одновременно

потреблением

ресурсов

каждая

операция

технологического процесса сопровождается рядом воздействий на окружающую

среду и производственный персонал.

Последовательность технологических операций с требуемыми ресурсами и

вредными воздействиями отражена в таблице 2.11.

Таблица 2.11 - Анализ обеспечения операций и вредных воздействий

Операция, цикл операций

Требуемые ресурсы

Вредные воздействия

(оборудование)

Подготовка заготовки

Электроэнергия, вода,

Абразивная пыль, скрап,

(абразивно-шлифовальные

абразивный инструмент,

тепловое воздействие,

станки, огневая зачистка)

чистый кислород

излучение, шум, сточные

воды

Транспортировка проката

Электроэнергия,

Тепловое, излучение,

(транспортные рольганги)

технологическая оснастка

выбросы пыли, сточные

воды, скрап

Нагрев заготовки

Топливо (смесь газов или

Тепловое излучение,

(методические, индукционные

мазут), электроэнергия, вода,

выбросы пыли и газа,

и другие печи)

огнеупоры

окалина, сточные воды

Удаление окалины

Электроэнергия, вода, сжатый

Сточные воды, окалина

(устройства гидробива)

воздух

Прокатка (прокатный стан)

Электроэнергия, вода,

Тепловое, излучение,

рабочий инструмент,

выбросы пыли, сточные

комплектующие,

воды, окалина, скрап,

вспомогательные материалы

шум, вибрации

Резка металла (ножницы,

Электроэнергия, сменный

Тепловое, излучение,

ручные газовые горелки)

инструмент, кислород,

выбросы газа и пыли,

ацетилен

окалина, скрап

Охлаждение проката в

Электроэнергия, вода

Тепловое, выбросы пыли,

прутках (холодильник, ванна

сточные воды, окалина

с водой)

Охлаждение проката в

Электроэнергия, вода, сжатый

Тепловое, выбросы пыли,

бунтах (трубы-охладители,

воздух

сточные воды, окалина

транспортер)

Увязка бунтов

Электроэнергия,

Тепловое, излучение,

(бунтовязальные машины)

вспомогательные материалы

окалина

Отделка проката в прутках

Электроэнергия, вода, печное

Тепловое, излучение,

(устройства для резки,

топливо, сменный инструмент

выбросы пыли, сточные

правки, механической и

и оснастка, вспомогательные

воды, окалина, скрап,

термической обработки,

материалы

шум, вибрации

ванны с водой)

2.3.1.3 Технологическая схема изготовления проволоки

Проволоку из сталей и сплавов классифицируют по следующим

параметрам:

- по форме поперечного сечения: круглая, фасонного профиля, квадратная,

прямоугольная, трапециевидная, трехгранная, шестигранная, клиновидная и др.;

- по размерам - различают группы от

1 до

9: группа

1 - проволока

диаметром менее 0,1 мм, группа 9 - проволока диаметром свыше 8,0 мм;

- по химическому составу стали: из низкоуглеродистой стали (С <0,25 %);

углеродистой стали (С >0,025 %); легированной и высоколегированной стали; из

сплавов с особыми свойствами (коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных).

В зависимости от конечной обработки, обеспечивающей заданный комплекс

механических свойств, изготавливают термически обработанную (отожженную,

отпущенную, закаленную и отпущенную, нормализованную, патентированную,

отпущенную под напряжением - стабилизированную) и термически

необработанную (холоднотянутую, холоднокатаную, калиброванную) проволоку.

Проволоку изготавливают: без дополнительной отделки поверхности;

тянутую (после предварительной шлифовки, обточки на промежуточном размере);

со специальной отделкой (полированную, шлифованную, травленую); с

покрытием.

Покрытая проволока выпускается:

- с металлическим покрытием (оцинкованная, луженая, омедненная,

латунированная, алюминированная и с другими покрытиями);

- с

неметаллическим

покрытием

(с

полимерным

покрытием,

фосфатированная и с другими покрытиями);

- светлая (термически обработанная в защитной атмосфере);

оксидированная (окисленная, термически обработанная цветами побежалости) и

черная (термически обработанная, покрытая окалиной);

- по назначению стальная проволока классифицируется на кардную,

бердную, полиграфическую, колючую, пружинную, спицевую, струнную, сварочную

и т. д.

Принципиальная технологическая схема изготовления проволоки

представлена на рисунке 2.14 [7].

Исходной заготовкой для производства проволоки является горячекатаный

прокат - катанка и мелкий сорт диаметром

5,0-19,0 мм, преимущественно

термически обработанная с прокатного нагрева, что связано с возможностью

значительного ресурсосбережения за счет сокращения количества переделов при

волочении проволоки.

2.3.1.4 Подготовка катанки к волочению

Подготовка поверхности катанки и проволоки-заготовки к волочению

включает операции удаления окалины и оксидных пленок с поверхности металла

и нанесение подсмазочного слоя. От эффективности выполнения этих операций

зависит качество поверхности готовых изделий, уменьшение, а следовательно,

снижение усилия волочения, уменьшение расхода волочильного инструмента и

электроэнергии, увеличение производительности волочильных станов.

2.3.1.4.1 Очистка поверхности катанки (проволоки) от окалины

Для удаления окалины с поверхности горячекатаной стальной проволоки, а

также проволоки после термической обработки применяются следующие способы:

- химический (травление в различных кислотах);

- механический;

- комбинированные

(электрохимический,

химико-механический,

термический, ультразвуковой и др.).

Выбор способа очистки поверхности металла от окалины зависит от

химического состава металла, условий волочения, экономических соображений.

Наиболее распространенный способ - химическое травление.

Травление в растворах серной кислоты широко применяется для стальной

проволоки, способ экономичный, но требует сравнительно больших затрат

времени. Травление в соляной и азотной кислотах позволяет значительно

ускорить процесс травления, но обходится значительно дороже из-за высокой

стоимости кислот. Травление в ортофосфорной кислоте позволяет получить

высокую коррозионную стойкость поверхности проволоки, но из-за высокой

стоимости кислоты (в 10 раз дороже серной) применяется сравнительно редко.

При выборе травильного раствора регламентируются: концентрация кислот

и дополнительных компонентов, концентрация продуктов травления, температура

раствора. Так как указанные параметры в процессе травления непрерывно

изменяются, то оговариваются их оптимальные границы (максимум и минимум).

Скорость травления в серной кислоте максимальная при ее концентрации

25 %. На практике кислоту высокой концентрации не применяют, чтобы избежать

сильного разъедания металла и насыщения его водородом, приводящего к

возникновению травильной хрупкости. Также необходимо избегать утилизации

растворов с высокой концентрацией кислоты. При травлении растет содержание

солей железа, и при концентрации 150г/л FeSO4 скорость травления резко

снижается. Поэтому рабочими концентрациями считаются 6-10% серной кислоты,

выработка раствора ведется до концентрации 20г/л. Чтобы избежать травильной

хрупкости при травлении, в травильную ванну вводят ингибиторы травления,

приведенные ниже.

Присадки или ингибиторы (вещества, тормозящие растворение металла в

кислоте) применяются для предотвращения перетрава металла и уменьшения

травильной хрупкости. Добавление небольшого количества присадок в

травильный раствор значительно уменьшает испарение раствора, снижает потери

металла. Хорошими ингибирующими свойствами обладает поваренная соль,

которая вводится в травильный раствор в количестве

2 % - 3 % от массы

раствора.

В ванну травления также добавляется пенообразователь для

предотвращения испарения кислоты в воздух травильного отделения.

Травление производится в «садочных» ваннах. Перед опусканием катанки в

ванну бунты освобождают от обвязки, с тем чтобы был свободный доступ кислоты

к виткам катанки. Время выдержки зависит от концентрации кислоты и наличия

толщины (кг/т) слоя окалины на катанке.

После травильной ванны катанку промывают водой в «садочных» ваннах

путем окунания бунтов в ванну. Промывка катанки производится для удаления с

поверхности металла остатков кислоты, окалины, а также сернокислой соли и

грязи. Используют две ванны: первая - в горячей воде, вторая - в холодной воде.

Одной из тенденций современного производства проволоки является

переход от химического травления в растворе кислоты к перспективной и

существенно более безопасной для окружающей среды бескислотной технологии

механической очистки. Использование современного оборудования для

механического удаления окалины позволяет добиться степени очистки, сравнимой

с получаемой при кислотном травлении. При этом удается избежать значительных

проблем, связанных с утилизацией отработанных растворов. Например,

эффективно использование схемы: механический окалиноломатель → узел

очистки щетками→ узел очистки паром → ванна бурирования.

Способы удаления окалины с поверхности металла при помощи различных

механических устройств (см. таблицу 2.12) в настоящее время применяют в

основном как предшествующие травлению, поскольку они полностью окалину с

поверхности металла не удаляют. Даже небольшое остаточное количество

окалины на поверхности металла (порядка 0,5-1,5 кг/т) нарушает и затрудняет

процесс волочения.

Наиболее распространенный метод механической очистки от окалины

катанки и проволоки - знакопеременный изгиб вокруг роликов окалиноломателей

(применяют конструкции, имеющие от двух до десяти роликов, расположенных в

одной или в двух взаимно перпендикулярных плоскостях). Такой способ в

настоящий момент обязательно дополняют лентошлифовальным узлом, где

вращающаяся на высокой сокрости шлифовальная лента эффективно удаляет с

поверхности, как остатки окалины, так и часть металла.

Прочие способы удаления окалины с поверхности катанки и проволоки,

приведенные ниже, не получили широкого распространения, так как они требуют

применения специального оборудования и не всегда достаточно эффективны.

Газовое травление основано на принципе взаимодействия оксидов

металла с хлористоводородным газом при высокой температуре. Температура

при газовом травлении совпадает с температурой отжига низкоуглеродистой

стали, что позволяет совместить эти две операции.

Электролитическое травление (анодное) основано на электролитическом

растворении металла и механическом отрыве оксидов, выделяющимся

кислородом.

Электролитическое травление (катодное) основано на восстановлении и

механическом отрыве оксидов выделяющимся водородом, исключает опасность

перетрава металла, но не исключает травильную хрупкость [8].

Таблица 2.12 - Механические способы очистки поверхности катанки и

проволоки от окалины

Способ удаления окалины

Особенности применения

Простота конструкции, неполное удаление

Знакопеременный изгиб проволоки вокруг

окалины, применяется как

роликов окалиноломателей

предварительная обработка перед

травлением

Простота конструкции, неполное удаление

окалины, быстрый износ щеток,

Стальные вращающиеся щетки

применяется как предварительная

обработка перед травлением

Наличие специального оборудования,

Встряхивание бунтов

применяется как предварительная

обработка перед травлением

Удовлетворительное качество поверхности,

Дробеструйная или пескоструйная

наличие специального оборудования,

обработка (скорость подачи дроби - 80-

большой расход дроби, применяется

100 м/с)

только для прутков

Наложение ультразвуковых колебаний при

Ускорение процесса травления, наличие

химическом травлении

специальных ультразвуковых генераторов

Комбинированные методы:

Достаточно

качественная

очистка

а) окалиноломатель - стальные щетки;

поверхности металла, при использовании

б) окалиноломатель - иглофрезы;

специальных смазок может применяться

без травления

в) окалиноломатель - кручение металла

2.3.1.4.2 Нанесение подсмазочного покрытия

После травления на обрабатываемый металл наносят подсмазочное

покрытие, которое способствуют лучшему вовлечению технологической смазки в

зону деформации. Способы нанесения покрытия следующие:

- омеднение - нанесение тонкого слоя меди на поверхность металла,

подвергающегося волочению с большими суммарными обжатиями;

- фосфатирование - химическая обработка поверхности заготовки в

растворах фосфорнокислых солей марганца, железа или цинка, например, для

получения высокопрочной проволоки при больших скоростях волочения;

- оксалатирование - нанесение на поверхность металла слоя солей

щавелевой кислоты, при которой на его поверхности происходит отложение

оксалата железа, являющегося хорошим подсмазочным слоем для волочения

высоколегированных сталей, за исключением сталей с высоким содержанием

никеля и хрома;

- обработка в растворе жидкого стекла производится после процессов

меднения или фосфатирования, повышает интенсивность процесса волочения и

улучшает санитарно-гигиенические условия труда на участке волочения;

- известкование - нанесение на поверхность проволоки тонкого слоя

извести, который является наполнителем смазки и улучшает процесс волочения,

а также нейтрализует остатки кислоты на поверхности проволоки. Вместе с тем

известь одновременно ухудшает санитарно-гигиенические условия труда;

- бурирование - нанесение пленки буры на поверхность проволоки взамен

известкования. Бурирование улучшает процесс волочения и санитарные условия

труда, а также предохраняет поверхность проволоки от окисления.

Для нейтрализации кислот растворов, которые могут остаться на

поверхности металла при недостаточно тщательной промывке бунтов после

травления, бунты проволоки погружают на 20-30 мин в 1%-ный раствор мыла с

температурой 70 °C - 80 °C (в основном для проволоки малых диаметров).

2.3.1.4.3 Сушка проволоки

Завершающей операцией процесса подготовки поверхности проволоки к

волочению является сушка проволоки, которая не только удаляет остатки влаги,

но и устраняет возможность появления травильной хрупкости.

Наиболее благоприятные условия для сушки бунтов проволоки или катанки

создаются при температуре 300 °C - 350 °C и усиленной циркуляции подогретого

воздуха. Продолжительность сушки до полного удаления влаги не только с

поверхности бунта, но и внутри него составляет 5-20 мин.

2.3.1.5

Волочение

2.3.1.5.1

Подготовка переднего конца заготовки к волочению

Для задачи заготовки в волоку необходимо заострить ее передний конец.

Для проволоки диаметром 0,7-20 мм применяют механизированные валковые

острильные машины. Валки острильной машины вращаются навстречу друг другу.

Конец проволоки подается в валки навстречу их вращению, когда калибр имеет

максимальное сечение. Подавая поочередно конец проволоки из одного калибра

в другой с поворотом на 90°, получают необходимое сечение заостряемого конца.

Для проволоки крупных диаметров применяют также ротационно-ковочные

машины; для диаметров 0,5-0,7 мм - метод ручного острения. Для более тонких

размеров применяют метод электролитического острения, который заключается в

осуществлении обычного процесса электролиза, где в качестве электролита

используют 5 % - 6 %-ный водный раствор NaNO3. Катодом является свинец,

анодом - сама проволока. Напряжение постоянного тока составляет

12 В.

Проволока диаметром 7,0-0,7 мм после заострения затягивается в волоку на

специальных затяжных устройствах, которые сочетают с острильными машинами.

На многократных машинах без скольжения заправку проволоки производят

клещами непосредственно на барабане волочильного блока. На машинах со

скольжением из-за малых размеров ступеней тяговых шайб практически

невозможно производить заправку проволоки на самом стане, в связи с чем

задачу проволоки в волоки производят вне машин с помощью затяжных устройств

[8].

100

2.3.1.5.2 Волочение стальной проволоки

Процесс волочения осуществляют в однократном и многократном режимах.

Однократное волочение - это когда заготовка протягивается только через одну

волоку, полностью наматывается на волочильный барабан и передается на

катушку или снимается в виде мотка. Многократное волочение - проволока

протягивается одновременно через несколько волок, барабанов и волок.

Волочение стальной проволоки проводят, как правило, в холодном

состоянии. В редких случаях (при волочении проволоки из легированных сталей)

используют теплое волочение (температура индукционного нагрева до 800 °C).

В зависимости от типа применяемой технологической смазки различают

«мокрое» и «сухое» волочение.

По агрегатному состоянию технологические волочильные смазки

подразделяются на следующие группы: твердые, порошкообразные, жидкие,

полужидкие (пастообразные).

Твердые смазки - различные покрытия, наносимые на поверхность

заготовки, которые затем затвердевают, образуя тончайшие смазочные пленки

высокой прочности, применяются в сочетании с порошкообразными или жидкими

смазками.

Порошкообразные смазки - в основном высококачественное мыло в виде

мыльного порошка или стружки с высоким содержанием жиров - применяются в

чистом виде либо с незначительным добавлением различных составляющих

(графит, сера, дисульфид молибдена и др.).

Жидкие смазки (водные растворы и эмульсии) применяются для

многократного

волочения

со

скольжением

тонкой

проволоки

из

низкоуглеродистых, углеродистых и легированных сталей. Кроме общих

требований, жидкие смазки должны обеспечивать эффективное охлаждение

волочильного инструмента.

Водные (маслообразные) растворы состоят в основном из минеральных

масел с небольшими добавками (5 % - 10 %) растительного масла.

Жидкие эмульсии представляют собой водную среду, в которой в виде

мелких (дисперсных) капелек находится минеральное или растительное масло, а

иногда комбинация различных масел. Плотность жидких минеральных масел

ниже, чем у воды (0,86-0,95) и в процессе эксплуатации они расслаиваются и

всплывают. Для повышения стойкости эмульсий в них добавляют специальные

вещества-эмульгаторы (мыло, соду, поташ, олеиновую кислоту и др.), которые

способствуют частичному растворению масел в воде и препятствуют расслоению

эмульсий.

Полужидкие (пастообразные) смазки состоят из синтетических материалов

с небольшими добавками животных жиров. Применяются для однократного и

многократного волочения без скольжения.

Для волочения углеродистой и легированной проволоки на 100 л эмульсии

используют: олон технический - 1000-1200 г; стружку мыльную - 200 г; кислоту

олеиновую - 400 г; стружку мыльную - 400 г, масло вазелиновое - 400 г; соду

кальцинированную - 100 г.

101

При волочении низкоуглеродистой и углеродистой проволоки используют

эмульсию в составе (на 100 л): кислота олеиновая - 580 г; масло минеральное

веретенное - 920 г; сода кальцинированная - 170 г.

В некоторых случаях для достижения большей эффективности волочения

используют различные разновидности процесса: волочение с противонатяжением,

вибрационное волочение (волочение с наложением вибраций частотой 200-

500 Гц), волочение в роликовых волоках и др.

Волочильные машины барабанного типа. Машины многократного

волочения подразделяются на две группы: машины, работающие без скольжения

проволоки на тяговых барабанах, и машины, работающие со скольжением [8].

К группе машин многократного волочения без скольжения относятся

машины магазинного типа с накоплением проволоки на промежуточных барабанах

(см. рисунок 2.15, а - в) и машины непрерывного типа без накопления проволоки

на промежуточных барабанах (см. рисунок 2.15, г, д). Машины магазинного типа,

кроме функции тянущего оборудования, обеспечивают выполнение объема работ,

связанных со съемом проволоки с барабана, и передачу ее к волоке следующего

барабана.

Рисунок 2.15 - Принципиальные схемы работы многократных

волочильных машин без скольжения

Машины без скольжения непрерывного типа подразделяются на машины с

регулируемым числом оборотов барабанов - петлевого (см. рисунок 2.15, г) и

прямоточного (см. рисунок 2.15, д) типов. Машины непрерывно-петлевого типа

(см. рисунок 2.15, г) работают по принципу противонатяжения и характеризуются

тем, что скорости тяговых барабанов в процессе волочения автоматически

бесступенчато регулируются электродвигателями постоянного тока при

использовании в электрической схеме реостатов или сельсинов, механически

связанных с натяжными роликами. В процессе волочения в связи с неизбежным

износом волок несоответствие скоростей двух соседних тяговых барабанов

влечет за собой либо натяжение проволоки, либо ее ослабление с образованием

петли. Широкие пределы автоматического регулирования скоростей барабанов

102

позволяют работать с диапазоном вытяжек

1,26-1,73, а противонатяжение

повышает стойкость волок.

В отличие от непрерывных машин петлевого типа в машинах без

скольжения непрерывно-прямоточного типа предусматривается прямоточный

переход проволоки с одного тягового барабана на другой без петлеобразующих и

направляющих роликов (см. рисунок 2.15, д). Такое направление проволоки

исключает возможность ее скручивания при переходе с одного барабана на

другой. Противонатяжение создается двигателями постоянного тока, что

позволяет применять значительные противонатяжения (до

30 % усилия

волочения).

Машины со скольжением (см. рисунок 2.16) подразделяют на: машины с

постоянным диаметром тянущих барабанов, но с разным числом их оборотов и

машины с разным диаметром тянущих барабанов при одинаковом числе их

оборотов. Особенностью процесса волочения на машинах этого типа является

наличие проскальзывания проволоки относительно барабана, реализуемого за

счет того, что скорость тянущего барабана несколько больше скорости проволоки.

Этот процесс используют при мокром волочении стальной проволоки мелких

сечений.

Ключевым требованием к новому волочильному оборудованию является

гибкость, т. е. возможность быстрого перехода с одного размера проволоки на

другой.

Этому требованию наилучшим образом отвечает модульная конструкция

волочильной машины, представляющая собой серию стандартных блоков,

которые можно соединять в нужном количестве последовательно в зависимости

от размера заготовки и готовой проволоки.

1 - фигурка с проволокой; 2-8 - волоки; 9, 10 - ступенчатые

барабаны;

11- приемный барабан

Рисунок 2.16 - Схема процесса многократного волочения со

скольжением проволоки

В настоящее время все машины сухого волочения выпускают в виде

модулей, состоящих из барабана с индивидуальным приводом, т. е. однократные.

Таким образом, многократная линия волочения состоит из ряда взаимосвязанных

модульных барабанных блоков, установленных друг за другом и скорость

103

вращения которых синхронизируется с помощью электронных систем управления.

Наилучшей конфигурацией признаны модульные машины с горизонтальным

расположением барабанов. Модульные линии волочения проволоки прямоточного

типа отличаются от линий непрерывно-петлевого типа системой управления

скоростью вращения барабанов, кроме того, они имеют некоторые

технологические особенности [9].

Традиционный процесс волочения на многократном стане без скольжения

осуществляется в следующей последовательности.

Пакет бунтов катанки, прошедшей предварительную подготовку

поверхности навешивается на траверсу поворотного загрузочного устройства,

удаляется обвязка крайнего бунта и освобождается передний конец бунта,

который подвергается острению.

Выполняется последовательная заправка проволоки в блоки волочильной

машины и крепление на катушке намоточного аппарата.

Производится волочение бунта проволоки, при этом задний конец бунта не

протягивается.

Производится удаление обвязки следующего бунта катанки, освобождается

его передний конец, выполняется стыковая сварка бунтов и зачистка грата в

месте стыка.

На пониженной скорости участок стыка протягивается через все волоки,

вытягивается на намоточный аппарат, после чего машина останавливается.

Участок сварки концов бунтов вырезается, катушка с протянутой

проволокой извлекается из намоточного аппарата и отправляется для проведения

дальнейших операций в цикле изготовления проволоки (например,

патентирование и последующее волочение на готовый размер проволоки).

В намоточный аппарат устанавливается новая катушка, передний конец

нового бунта катанки закрепляется в катушке и производится волочение

следующего бунта катанки.

При обрывах проволоки, замене рабочего инструмента (волок), например, в

случае его износа, описанные операции заправки волочильной машины

повторяются. Необходимо отметить, что различные конструкции волочильных

машин имеют свою специфику заправки заготовки.

Ряд волочильных машин работает по принципу накопления бунта

проволоки на волочильном барабане, что снижает производительность процесса

и размер получаемого бунта, но бывает рационально при работе с проволокой

малых размеров или при большой дробности операций волочения, когда

протягиваемый металл быстро упрочняется после одного или двух проходов

деформации, после чего его необходимо подвергнуть термической обработке. Это

удобно при изготовлении малотоннажных партий проволоки из легированных или

специальных сталей.

Кроме того, имеются и другие способы размотки бунта, например, когда

бунт катанки (проволоки) размещается на вращающемся разматывателе

(фигурке) или размещается на полу цеха в специальной шахте, а размотка бунта

проволоки осуществляется вертикально через систему роликов.

Прямоточные волочильные машины (станы). На волочильных станах с

прямолинейным выходом металла получают изделия длиной, обычно не

104

превышающей 12-16 м (прутки и трубы). Тележка стана с устройством для захвата

прутка перемещается по направляющим под действием привода в виде каната,

зубчатой рейки, гидравлического цилиндра или цепи.

Непрерывные калибровочные станы. Все известные непрерывные станы

для производства прутков и труб подразделяют на две группы, по способу захвата

изделия. Первая - станы тракового типа, в которых захват изделия производится

элементами двух цепей с нереверсивным приводом, вторая - станы кареточного

типа, в которых изделие захватывается клиновыми плашками, установленными в

корпусе каретки [3].

2.3.1.5.3 Сварка концов проволоки

Контактную стыковую электросварку проволоки используют: для сварки

заготовки с целью создания непрерывного технологического процесса (волочения,

термической обработки и др.); сварки концов проволоки при возникающих в

процессе волочения обрывах; сварки маломерных мотков проволоки.

Процесс сварки проволоки включает следующие технологические операции:

- подготовка стыков проволоки к сварке (зачистка стыка для получения

сечения проволоки перпендикулярного ее оси);

- установка свариваемых концов проволоки в зажимы сварочной машины и

их центровка между собой;

- термическая обработка сварочного шва (производится сварочной машине,

но при другом токовом режиме);

- сварка концов проволоки на выбранном режиме (с учетом силы тока

сварки, установочной длины, припуска на осадку, усилия сварки, длительности

сварки);

- зачистки грата, который образуется в зоне сварки.

2.3.1.6 Термическая обработка стальной проволоки

Термическая обработка проволоки предназначена:

- для снятия упрочнения (наклепа), возникающего в процессе волочения, и

возможности ее дальнейшего волочения - термическая обработка передельной

проволоки;

- для получения определенных механических свойств готовой проволоки,

(например, патентирование) - термическая обработка передельной проволоки

(последний передел, идущий на готовый размер);

- для получения определенных механических свойств, а также качества

поверхности проволоки в соответствии с нормативными требованиями на

конкретный вид проволоки - термическая обработка готовой проволоки.

Способы проведения термической обработки:

- светлая (безокислительная) термическая обработка в защитной

атмосфере или в вакууме;

- темная (окислительная) термическая обработка в атмосфере воздуха или

другой окислительной среде;

- непрерывная термическая обработка на проходных или конвейерных

печах, при которой проволока в виде развернутой нити, спирали или бунтов

105

непрерывно движется внутри термической печи, а затем с такой же скоростью в

среде охлаждения;

- периодическая термическая обработка в специальных нагревательных

печах, где проволока в бунтах в неподвижном состоянии нагревается с

определенной скоростью и до определенной температуры, а затем охлаждается

либо вместе с печью, либо вне ее.

При термической обработке в виде отжига на зернистый перлит

высокоуглеродистой проволоки в мотках используют защитную атмосферу

химического состава 90 % N2 + 10 % Н2, а при высокотемпературном нагреве

проволоки малого сечения из нержавеющих сталей аустенитного класса - состава

97 % Na2 + 3 % Н2.

Виды и режимы термической обработки проволоки из высоколегированных

сталей и сплавов приведены в таблице 2.13.

После волочения проволоки на заданный размер, когда металл исчерпал

свои пластические свойства, его подвергают термообработке - патентированию.

Патентирование в цехе производится на протяжных агрегатах, которые в

своем составе имеют:

- печь для нагрева;

- селитровую ванну;

- промывочную ванну (2 шт.);

- травильную ванну;

- ванну с бурой;

- сушильное устройство;

- намоточное устройство (16 или 24 катушки).

Таблица 2.13 - Виды термической обработки проволоки из углеродистых и

легированных сталей

Наименование

Назначение

Режим

термообработки

Термообработка, предшествующая волочению, и промежуточная термообработка

Отжиг полный

Получение мягкого

Нагрев на 20 °C - 30 °C выше точки A3,

пластичного металла

выдержка и медленное охлаждение вместе с

печью до температуры 480 °C - 500 °C,

охлаждение на воздухе (со скоростью

50 °C/ч - 150 °C/ч), охлаждение на воздухе

Отжиг неполный

То же

Нагрев выше точки A1, но ниже A3, выдержка и

медленное охлаждение

Отжиг низкий

То же

Нагрев на 20 °C - 30 °C ниже точки A1,

выдержка и медленное охлаждение

Отжиг на

Получение мягкого

Нагрев до температуры выше A3 на 20 °C -

зернистый перлит

высоко-пластичного

50 °C, выдержка около 2 ч, охлаждение до

металла со

температуры ниже критической на 20 °C -

структурой

50 °C, выдержка 2-3 ч и медленное

зернистого перлита

охлаждение

Рекристаллиза-

То же

Нагрев до 580 °C - 650 °C с выдержкой при

ционный отжиг

этой температуре 5-6 ч, медленное

охлаждение

106

Окончание таблицы 2.13

Наименование

Назначение

Режим

термообработки

Нормализация

Повышение

Нагрев как при патентировании или полном

пластичности

отжиге, охлаждение на воздухе

металла

Патентирование

Получение высоко-

Нагрев выше точки A3, небольшая выдержка в

пластичной

печи, охлаждение в расплаве солей или

проволоки

свинца при температуре 420 °C - 550 °C, а

затем охлаждение на воздухе

Термообработка завершающая, для готовой проволоки

Отжиг

Уменьшение

См. режим отжига, предшествующий

внутренних

волочению

напряжений и

твердости

Закалка

Повышение

Нагрев до температуры на 20 °C - 30 °C выше

(операция,

твердости,

точки A3, выдержка и очень быстрое

предшествующая

прочности, упругости

охлаждение в масле, воде или другой жидкой

отпуску)

среде

Низкотемператур

Снятие внутренних

Нагрев до температуры 150 °C - 300 °C,

ный отпуск

напряжений,

выдержка и охлаждение с любой скоростью

повышение предела

текучести

Среднетемперату

Получение

Нагрев до температуры 300 °C - 400 °C,

рный отпуск

достаточной

выдержка и постепенное охлаждение

пластичности при

высокой твердости

Высокотемпе-

Получение высоко-

Нагрев до температуры 500 °C - 680 °C,

ратурный отпуск

пластичного металла

выдержка и постепенное охлаждение

со структурой

сорбита

Патентирование заключается в нагреве проволоки до температуры 950 °C -

980 °C и охлаждении ее в селитровой ванне при температуре 450 °C - 550 °C

(температура определяется химическим составом стали). При выходе из

селитровой ванны проволока подвергается промывке в горячей воде, где

удаляются остатки соли.

Травление для удаления окалины, образовавшейся в процессе нагрева

проволоки в печи, осуществляется в протяжной ванне в растворе серной кислоты.

Промывка проволоки после травления производится в протяжной ванне в

проточной воде, в процессе промывки удаляются кислотные загрязнения.

Обработка проволоки в растворе буры, которая наносится на поверхность

как подсмазочный слой, для улучшения условий волочения, повышения стойкости

волок. Концентрация буры в ванне - 50-70 г/л, температура ванны - 80 °C.

После бурирования для удаления влаги производится сушка проволоки, так

как наличие влаги на проволоке затрудняет волочение.

107

Намотка проволоки на катушки. Намотка заготовки на катушки является

заключительной операцией. Заготовка на катушках транспортируется на

волочильные станы для дальнейшего волочения на меньшие размеры проволоки.

2.3.1.7 Финишная обработка готовой проволоки

2.3.1.7.1 Обработка поверхности готовой проволоки

Выбор того или иного вида обработки устанавливает нормативно-

техническая документация на конкретный вид проволоки. Для обработки

поверхности проволоки применяются следующие методы:

- абразивный метод - шлифовка или полировка поверхности проволоки на

специальных станках при помощи абразивных паст и порошков, позволяет

получить высокую чистоту поверхности. Метод применяется для сортов

проволоки, требующих особой чистоты поверхности, например сварочная,

пружинная и др.;

- абразивной шлифовкой хорошо обрабатывается проволока, имеющая

твердую поверхность, например стальная углеродистая проволока после закалки;

- метод электрохимической полировки позволяет получить очень высокую

чистоту поверхности и применяется для проволоки из легированных сталей;

- метод скальпирования поверхности проволоки с помощью специального

резца, изготовленного из инструментальной стали со вставкой из твердого сплава.

Метод позволяет срезать с поверхности проволоки поврежденный или

обезуглероженный слой металла толщиной 0,1-0,15 мм [8].

2.3.1.7.2

Нанесение металлических покрытий на поверхность

готовой проволоки

Нанесение защитного металлического покрытия производят как на готовую

проволоку, так и перед ее волочением до готового размера [3].

Характеристика различных видов металлических покрытий проволоки

приведена в таблице 2.14.

Таблица 2.14 - Виды металлических покрытий проволоки

Назначение

Вид

Способ

Область

Основной металл

покрытий

покрытия

применения

Антикоррозион-

Низкоуглеродистая

Цинкование,

Горячий,

Проволока,

ные

и углеродистая

лужение

гальванический

работающая в

сталь

агрессивной

среде

Технологические

Низкоуглеродистая

Латунирование

Гальванический

Проволока для

и углеродистая

армирования

сталь

резино-

технических

изделий

108

Окончание таблицы 2.14

Назначение

Основной металл

Вид

Способ

Область

покрытий

покрытия

применения

Низкоуглеродистая

Лужение

Горячий,

Проволока,

и углеродистая

гальванический

требующая при

сталь

эксплуатации пайки

Низкоуглеродистая

Алюминирование

Гальванический

Проволока для

сталь

электротехнических

целей

Легированная

Меднение

Гальванический

Проволока для

сталь

сварки в среде

углекислого газа

Цинкование - основной вид защитного антикоррозионного покрытия

проволоки. В производстве применяются два способа нанесения цинка на

поверхность проволоки: горячий и гальванический.

Горячее цинкование производится в поточном агрегате по следующей

схеме:

- обезжиривание проволоки в растворе едкого натрия технического;

- промывка в горячей воде;

- травление в растворе соляной кислоты;

- промывка в воде;

- флюсование для улучшения сцепления цинка с металлом;

- цинкование в расплаве цинка марки Ц-0, Ц-1 при температуре 420 °C -

460 °C;

- охлаждение проволоки водой;

- намотка готовой проволоки на катушку.

Лужение - покрытие проволоки оловом. Является одновременно

коррозионно-защитным и технологическим покрытием. Применяется для

проволоки, подлежащей пайке. Применяют два способа лужения: горячий и

гальванический, которые технологически во многом аналогичны оцинкованию,

однако температура при горячем лужении значительно ниже (270 °C - 280 °C),

чем при горячем оцинковании (440 °C - 470 °C).

Меднение - технологическое покрытие. Применяется для проволоки

стальной сварочной, проволоки для воздушных линий связи и др. Для нанесения

слоя меди на поверхность проволоки применяют два способа: химический и

анодизационный (гальванический). Сюда не входит нанесение на поверхность

проволоки тонкой пленки меди как подсмазочного слоя для волочения.

Латунирование -

технологическое

покрытие.

Применяется

для

металлокорда, проволоки РМЛ (для рукавов высокого давления) и других видов

проволоки, предназначенной для армирования резинотехнических изделий.

Осуществляется гальваническим методом.

Алюминирование - защитное антикоррозионное покрытие, которое

обеспечивает хорошую антикоррозионную стойкость при температурах до 700 °C.

Температура горячего алюминиевого расплава выше цинкового (675 °C - 760 °C),

в остальном технология горячего алюминирования аналогична оцинкованию.

109

2.3.1.7.3 Консервация, упаковка и хранение проволоки

Консервация и упаковка проволоки производятся с целью предохранения ее

от коррозии и механических повреждений при временном хранении на

предприятии-изготовителе, в пути следования и на заводе-потребителе.

Коррозионная стойкость стали, волоченной с большими суммарными

обжатиями, значительно снижается, поэтому консервацию такой проволоки,

особенно тонких и тончайших размеров, не покрытой защитными

антикоррозионными покрытиями, производят незамедлительно после ее

изготовления. Особенно опасно длительное хранение проволоки на участках

мокрого волочения, где очень высокая влажность воздуха из-за испарений

эмульсии.

В помещении, где производится консервация проволоки, относительная

влажность воздуха не должна превышать 70 %, а температура должна быть не

ниже 12 °C. Перед консервацией проволоку очищают от грязи, масляных или

других пятен с помощью специальных химических продуктов и сушат.

Виды консервационной смазки, материалы и тара для упаковки проволоки,

а также способы проведения консервации и упаковки проволоки устанавливаются

нормативно-технической документацией (НТД).

Упаковку проволоки в мягкие упаковочные материалы производят как

ручным способом, так и на специальных упаковочных станках.

Проволоку хранят в закрытых помещениях при влажности воздуха не более

90 % - 95 % и отсутствии в воздухе кислотных, щелочных или других агрессивных

сред.

Отгрузку проволоки потребителю производят в следующих видах

многооборотной тары: поддоны многооборотные; контейнеры; транспортные

пакеты; деревянные ящики; металлические бочки.

2.3.2 Производство сортового металла

2.3.2.1 Нагрев заготовки

Нагрев блюмов и сортовой заготовки проводят по технологии и с

применением оборудования, описанным в 2.1.2 и 2.3.1.1.

2.3.2.2 Прокатка сортовых профилей

2.3.2.2.1 Производство крупносортного проката и рельсобалочной

продукции

Сортамент крупносортного проката состоит из профилей, имеющих простую

и фасонную форму поперечного сечения: круглая сталь диаметром 80-250 мм,

квадратная со стороной 70-200 мм, периодические профили для армирования

железобетонных конструкций № 70-80, угловая сталь с шириной полок 90-250 мм,

швеллеры и двутавровые балки обычные и облегченные высотой 360-600 мм,

специальные широкополочные двутавры и колонные профили высотой до

1000 мм, шестигранная сталь до № 100, рельсы железнодорожные с массой

110

метра длины

43-75 кг, полосовая сталь шириной до

250 мм, а также

многочисленные другие профили отраслевого назначения.

Крупносортный прокат поставляют в штангах длиной до 25 м, которые

используют обычно без дополнительной обработки в состоянии поставки. В ряде

случаев прокат подвергают термической обработке (железнодорожные рельсы,

швеллеры, двутавры, угловую сталь).

К крупносортным и рельсобалочным относят станы различных типов с

валками диаметром

500-850 мм. Иногда на этих станах устанавливают

специальные четырехвалковые (универсальные) клети с диаметром приводных и

горизонтальных валков до 1500 мм и вертикальных холостых валков до 1000 мм.

Рабочие клети крупносортных станов имеют линейное или последовательное

расположение. Особую группу крупносортных станов составляют рельсобалочные

станы, прокатывающие наряду с другими профилями рельсы и двутавровые балки

[1].

2.3.2.2.1.1 Прокатка крупного сорта на стане с линейным

расположением клетей

Прокатку крупносортного проката на стане с линейным расположением

клетей, например стан 650, ведут из блюмов размерами 210-270 × 245-320 × 2400-

6250 мм.

Стан включает четыре клети, расположенные в две линии. Первая линия -

обжимная реверсивная клеть дуо 800, вторая линия содержит две клети трио 650

и чистовую нереверсивную клеть дуо 650. Обжимная клеть оснащена с обеих

сторон манипуляторными линейками и кантователем, а клети трио - подъемно-

качающимися столами с рольгангами и кантователями для кантовки раската на

угол 90°. Передача раскатов от обжимной клети к линии

650 проходит по

рольгангу со скоростью 2-4 м/с. Передача раскатов от клети к клети в линии 650

осуществляется с помощью цепных шлепперов. Перевалка обжимной клети

производится заменой валков, а клетей группы 650 - заменой клети.

В клетях линии 650 обычно производят 7 проходов (по три прохода в клетях

трио и один проход в чистовой клети дуо). Скорость прокатки: в клети 800 - до

4 м/с; в чистовой клети 650 - до 7 м/с.

Для резки раскатов увеличенной массы после обжимной клети

используется пила салазкового типа. Охлаждение валков производят водой.

От чистовой клети раскаты со скоростью 4-7 м/с транспортируют к дисковым

пилам горячей резки (количество пил - 5). Резку осуществляют при температуре

600 °C на штанги длиной до 24 м.

Охлаждение проката производят до температуры примерно

70 °C на

трехсекционном холодильнике.

Правка проката производится со скоростью до

3 м/с на двух

восьмироликовых правильных машинах. Выправленные раскаты разрезают на

требуемые длины тремя пилами холодной резки, после чего металл шлеппером

передают к накопительным карманам. Для пакетирования проката используют

сортоукладчики.

111

Отделку рельсов узкой колеи производят в специальном отделении, где

производят правку рельсов на прессе усилием

2000 кН, фрезеруют торцы,

выполняют сверление отверстий. Для вырезки дефектных участков и отбора проб

используется пила холодной резки [1].

2.3.2.2.1.2 Прокатка крупного сорта на полунепрерывном стане

Полунепрерывный крупносортный стан 600 включает семнадцать рабочих

клетей (двухвалковых с горизонтальными и вертикальными валками диаметром

850,

730 и

580 мм), расположенных в трех параллельных линиях, что

способствует хорошей маневренности, технологичности при прокатке и

сокращению простоев стана.

Особенностью стана 600 является то, что он представляет собой сочетание

двух станов: заготовочного и сортового. Такие станы используют в условиях

отсутствия отдельного заготовочного стана.

Непрерывно-литая заготовка с размерами сечения блюма после нагрева в

методической печи рольгангом подается в заготовочный стан, состоящий из

шести клетей. Стан имеет отдельно установленную первую клеть, а остальные

пять клетей составляют непрерывную группу. Такое расположение первой клети

обеспечивает свободный выход раската и его кантовку перед задачей в

последующую непрерывную пятиклетьевую группу заготовочного стана.

Дальнейшая прокатка заготовки на сортовом стане требует повышения

температуры, для чего установлена проходная подогревательная печь длиной

107 м. После подогревательной печи заготовка поступает в обжимную клеть с

горизонтально расположенными валками. Сортамент стана включает фасонные

профили (двутавровые балки, швеллеры, рельсы и др.), прокат которых требует

использования разрезной заготовки. Возможность изготовления разрезной

заготовки на заготовочном стане отсутствует. Более того, для широкого

сортамента фасонных профилей требуется и несколько размеров разрезных

заготовок. Вот почему технологически необходимо отделение первой клети: в ней

получают разрезную заготовку при свободном уширении или в калибрах.

Далее раскат подается в трехклетьевую непрерывную группу (первая клеть

с вертикальным расположением валков). При получении разрезной заготовки

любой ширины, выходящей из первой клети, необходимая ширина

обеспечивается боковым обжатием вертикальными валками; создается известная

универсальность стана. Расположение клетей на трех параллельных линиях с

распределением клетей на каждой линии и соединением линий шлепперами

позволяет рационально использовать основное оборудование.

Чистовая рабочая клеть 580 с горизонтальными валками имеет станины

открытого типа с повышенной жесткостью, рабочие валки установлены на

радиально-упорных подшипниках жидкостного трения, уравновешивание верхнего

горизонтального валка - пружинное, нажимной механизм верхнего валка

поддерживает скорость перемещения винтов 0,8 мм/с.

Для кантовки раската используется универсальный кантователь с

кантующей втулкой, позволяющий осуществлять поворот раската на любой угол в

пределах 90 ° как без смещения, так и со смещением его по ширине рольганга.

112

Система резки, состоящая из 10 дисковых пил, позволяет совместить во

времени транспортирование и резку. На крупносортном стане 600 предусмотрены

три отдельных участка: доотделки сортового проката на правильном прессе и

пиле холодной резки; отделки рельсов; отделки круглого проката.

Наиболее современным является заготовочно-крупносортный стан

700,

предназначенный для прокатки крупносортных круглых профилей диаметром 80-

190 мм, а также квадратной заготовки 70-170 мм из углеродистых и легированных

сталей.

Исходным металлом стана 700 являются непрерывнолитые заготовки с

поперечным сечением 300 × 360 мм, длиной от 4,2 до 12 м массой от 3,5 до 10 т

которые после осмотра и зачистки поверхности (при необходимости) поступают на

нагрев.

Нагрев непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) сечением

300 × 360 мм под

прокатку производится в трех методических печах с шагающими балками. Для

подшипниковых марок стали применяется дополнительно печь гомогенизации.

Нагретые НЛЗ выдаются из печей нагрева и по рольгангу подаются на

установку гидросбива окалины, где с поверхности заготовки водой высокого

давления удаляется окалина, а затем к реверсивной клети дуо.

В реверсивной клети дуо за 5 проходов производят прокатку заготовки на

размер квадратного сечения 230 мм и за 7 проходов - квадратного сечения

190 мм. Затем раскаты подаются к ножницам для отрезки переднего конца

раската.

После обрезки переднего конца раскаты задаются в первую непрерывную

группу стана, состоящую из четырех двухвалковых клетей - чередующихся двух

вертикальных и двух горизонтальных. Готовый прокат больших размеров (круг

диаметром 125-190 мм, квадрат со стороной 120-170 мм) после выхода из первой

непрерывной группы, минуя вторую группу, подается на производство готового

проката (ПГР). Передачу раскатов для производства готового проката (круг Ø 125-

190 мм, кв.

120-170 мм) из первой во вторую группу стана осуществляют

передаточным шлеппером.

Вторая непрерывная группа стана также состоит из четырех клетей -

чередующихся вертикальных и горизонтальных. Перед второй группой

расположены маятниковые ножницы, предназначенные для обрезки передних

концов раската, а также аварийной порезки раската. За второй группой

установлены четырехкривошипные ножницы для деления раската на длину

шлеппера.

Выходящие из клетей стана раскаты направляются для порезки на пилы

горячей резки, где у раскатов отрезают передние и задние концы и режут на

прутки заказной длины. После порезки каждый пруток клеймят клеймовочными

машинами в торец номером плавки и трехзначным кодом марки стали.

После порезки и клеймения прутки квадратного сечения направляют для

охлаждения на четыре реечных холодильника, прокат круглого сечения - на

термообработку или для охлаждения на реечные холодильники.

Термообработку производят в трех печах с шагающими балками. После

термообработки прокат поступает для охлаждения на четыре реечных

113

холодильника. После охлаждения прокат передается на высотный

промежуточный склад.

Круглый прокат подвергают отделке на участке зачистки или участке

обточки. Квадратный прокат подвергают отделке на участке зачистки.

На участке зачистки прутки подвергают дробеметной обработке, контролю

поверхностных дефектов, зачистке дефектов на станках абразивной зачистки,

контролю внутренних дефектов. После этого прутки режут на заказные длины,

клеймят, упаковывают и передают на склад готовой продукции.

На участке обточки прутки подвергают правке, обточке на бесцентрово-

токарных станках, контролю внутренних и поверхностных дефектов. После этого

прутки режут на заказные длины, клеймят, упаковывают и передают на склад

готовой продукции [11].

2.3.2.2.1.3 Производство проката балок и рельсов

Сортамент рельсобалочных станов (РБС): рельсы Р43-Р75 (кг/м); рельсы

трамвайные; балки двутавровые, h = 180-600 мм; швеллеры, h = 180-400 мм;

сталь угловая с размерами 140 × 140-250 × 250 мм.

Кроме того, в сортамент рельсобалочных станов входит сталь круглого и

квадратного сечения размерами

100-250 мм. Рельсобалочные станы

расположены в две линии и более, состоящие из нескольких двух- и трехвалковых

клетей. В состав стана входят: двухвалковая обжимная клеть с валками

диаметром 900 мм и длиной бочки 2300 мм; две черновых трехвалковых клети с

валками диаметром 800 мм и длиной бочки 2000 мм; чистовая двухвалковая клеть

с валками диаметром 800 мм и длиной бочки 1100-1200 мм.

При прокатке двутавровых балок на современных РБС используют сменные

универсальные клети, которые имеют приводные горизонтальные валки

диаметром 1000 мм и длиной бочки 600 мм и вертикальные неприводные валки

диаметром

800 мм и длиной бочки

300 мм. Особенность конструкции -

выполнение шеек горизонтальных валков небольшого диаметра (примерно

360 мм).

Применение универсальных клетей в качестве чистовых позволяет

уменьшить внутренний уклон полок до

8 % (в двухвалковых клетях уклон

составляет 12 %), тем самым повысить точность двутаврового профиля.

Рельсы подразделяют на железнодорожные, для стрелочных остряков,

трамвайные, подкрановые, узкоколейные и др. Больше всего прокатывают

рельсов железнодорожных и узкой колеи. Они характеризуются массой 1 м длины

(например, железнодорожные - Р50, Р65, Р75 кг/м).

Технологический процесс производства рельсов выглядит следующим

образом. Нагрев блюма

(250 × 250-300 × 300 мм) до температуры

1180 °C -

1200 °C.

Затем следует прокатка в реверсивной клети в 5-7 проходов в ящичных и

тавровых калибрах, далее в рельсовых калибрах клетей трио, последний проход в

чистовом калибре клети дуо (см. рисунок 2.17).

114

Рисунок 2.17 - Схема калибровки для прокатки рельсов

Температура в конце прокатки - 900 °C. Выходящие полосы длиной 75 м

разрезают на салазковых пилах горячей резки на длины 12,5 или 25 м (с учетом

усадки и припуска на механическую обработку) и маркируют в клеймовочной

машине. Перед охлаждением производят загибку рельсов на подошву - для

уменьшения большого искривления рельсов при охлаждении. Причина

коробления - несимметричность профиля сечения рельса, в результате чего

возникают термические напряжения. Для загибки используют специальную

роликовую машину. При охлаждении рельсов используют укладку на стеллажах,

обеспечивающую равномерное охлаждение. При этом подошва одного рельса

примыкает к головке другого. Для предупреждения флокенообразования

охлаждение на стеллажах проводят до температуры 550 °C - 400 °C, а затем

осуществляют изотермическую выдержку (температура в печи - 600 °C) не менее

2 ч.

После достижения температуры рельсов 60 °C их подвергают правке «на

ребро» в роликовой правильной машине. После правки концы рельсов фрезеруют

для получения требуемой длины. Болтовые отверстия в шейках для соединения

рельсов сверлят с подачей сверл в двух направлениях - для получения отверстий

овальной формы.

Объемную закалку рельсов на сорбитную структуру проводят в масле

(60 °C -

70 °C) после нагрева в секционной печи с роликовым подом до

температуры 850 °C - 930 °C. После закалки поводят отпуск в течение 2 ч при

450 °C - 480 °C.

После отпуска рельсы вновь проходят правку в холодном состоянии на

роликовой правильной машине в двух плоскостях. Искривленные концы

доправляются на вертикальных правильных прессах.

Далее рельсы проходят наружный осмотр для выявления внешних

дефектов. При этом выявляются следующие дефекты: трещины и волосовины;

плены; неправильная геометрия поперечного сечения рельса. Затем проводится

контроль химического состава и приемно-сдаточные испытания представителями

ведомства путей сообщения, в числе которых проводятся испытания на

растяжение, на ударную вязкость и на удар под копром.

Испытание на удар под копром проводится на отрезке головного рельса

одного ковша каждой плавки длиной 1,3 м, предварительно охлажденным до

температуры минус 60 °C.

115

Предельные отклонения по длине готовых рельсов не должны

превышать ±9 мм для рельсов длиной 25 м с болтовыми отверстиями и +10/-

20 мм для рельсов длиной 25 м без болтовых отверстий [3], [4].

Балки с параллельными полками высотой до 1050 мм и шириной полок до

410 мм получают на универсальных балочных станах (УБС). Удобство прокатки

на УБС - возможность независимого регулирования обжатия стенки и фланцев

[4].

Исходный материал - слитки массой 20 т (для больших балок - слитки

двутаврового сечения). Слитки прокатывают на блюминге

1500, полученный

раскат двутаврового сечения зачищается на МОЗ и поступает на УБС. Для балок

высотой менее

600 обязателен подогрев металла в методических печах с

шагающим подом до температуры 1180 °C - 1250 °C.

После прокатки в обжимной двухвалковой клети А (диаметр валков

1300 мм) металл прокатывается за

3-7 проходов в черновой группе I

(см. рисунок 2.18), состоящей из вспомогательной двухвалковой клети 1 (диаметр

валков - 1250 мм) и универсальной клети 2 (горизонтальные валки диаметром

1350 мм, вертикальные - 950 мм). Во вспомогательной клети обрабатываются

только кромки полок раскатов. В универсальной клети горизонтальные валки

обрабатывают стенку и внутренние поверхности полок, вертикальные - наружные

поверхности полок. Далее осуществляется непрерывная многопроходная

прокатка в предчистовой группе клетей II (см. рисунок 2.18), где первой по ходу

прокатки установлена универсальная клеть 2. Параметры клетей этой группы

идентичны параметрам клетей черновой группы. Чистовая универсальная клеть

аналогична клетям I и II групп, в ней осуществляется только один проход без

обжатия кромок фланцев.

Большую часть балочной продукции изготавливают из стали Ст3, предел

прочности которой около 400 Н/мм² и относительное удлинение не ниже 20 %.

После прокатки балочные полосы режут пилами в горячем состоянии, охлаждают

на стеллажах и направляют для правки, резки и фрезерования концов.

Балки и швеллеры изготовляют длиной от 4 до 13 м. Производительность

УБС составляет 1600 тыс. т/г.

116

Рисунок 2.18 - Схемы расположения клетей универсального

балочного стана (а) и обжатий в этих клетях (б)

2.3.2.2.2

Производство среднесортного проката

Среднесортные станы линейного типа в свое время получили довольно

широкое распространение, однако в настоящее время их строительство

прекращено из-за их невысокой производительности и низкого уровня

механизации основных технологических операций.

Полунепрерывные среднесортные станы характеризуются наличием

обжимных двух- или трехвалковых клетей, которые иногда заменяют непрерывной

черновой группой из 4-9 двухвалковых клетей. Вместо линейной группы клетей на

этих станах устанавливают чистовую непрерывную группу.

Полунепрерывный стан 350 ориентирован на получение круглой стали

диаметром 30-65 мм и других сортовых профилей подобного размера сечения из

заготовок квадратного сечения со стороной 80, 120, 180 мм. Нагретые заготовки

прокатываются в 14 клетях стана, расположенных в трех параллельных линиях.

Между клетями раскаты передают с помощью рольгангов, с линии на линию -

шлепперами. После прокатки охлаждение проката производится на реечном

холодильнике, затем прокат подвергается отделке. Необходимо отметить, что на

производство среднего сорта приходится самый большой (в производстве сорта)

объем отделочных операций, поскольку длина получаемого проката намного

больше, чем при производстве крупного сорта, а марочный сортамент - гораздо

шире сортамента мелкосортной продукции. Прокат в бунтах практически не

подвергается отделке.

Примером современной технологии производства среднесортного проката

является процесс, осуществляемый на непрерывном среднесортном стане 450,

который состоит из 16 рабочих клетей, расположенных двумя группами: черновой

и чистовой. Черновая группа (9 рабочих клетей) состоит из трех подгрупп с двумя

горизонтальными и одной комбинированной клетью в каждой [11]. Чистовая

группа состоит из

7 клетей, из них четыре клети горизонтальные и три

комбинированные. В комбинированную клеть кассеты могут устанавливаться как в

вертикальном, так и в горизонтальном положении валков. На место

117

горизонтальных клетей чистовой группы при прокатке швеллеров и балок с

параллельными полками помещают универсальные клети. Часовая

производительность стана составляет

150-280 т, максимальная скорость

прокатки - 12 м/с.

На стане прокатывают следующие профили: круглую сталь диаметром 32-

60 мм, полосовую 125-200 × 9-22 мм, угловую, швеллер № 8-30, балки № 10-30 из

заготовок сечением 150 × 150 и 150 × 200 мм длиной 9-12 мм.

Нагрев металла производится в трех методических трехзонных

нагревательных печах с шагающим подом, торцовой загрузкой и выдачей

заготовок. Производительность каждой печи -

170 т/ч. Печи отапливаются

коксодоменной смесью с добавлением природного газа с теплотой сгорания

11,34 МДж/м³. Воздух подогревается до 400 °C в металлическом рекуператоре.

Продукты горения удаляются со стороны торца загрузки вверх в

дымосборник, по дымопроводу поступают к металлическому петлевому

рекуператору и далее через теплоутилизационную установку в дымовую трубу.

Печь оборудована системой автоматического регулирования теплового режима.

Температура нагрева металла - 1180 °C - 1220 °C.

Выданная из печи заготовка транспортируется к ножницам горячей резки

усилием 4 МПа для раскроя на заданные длины. Между ножницами и первой

клетью установлена машина огневой зачистки, предназначенная для сплошной

зачистки со скоростью 0,3-0,75 м/с заготовок сечением 150 × 150 мм и 150 ×

200 мм длиной

9,5-12 м из углеродистых качественных конструкционных и

легированных марок стали. Температура металла перед зачисткой должна быть

не ниже 1120 °C.

Удаление окалины с поверхности заготовки производится водой под

давлением

1470 МПа. Форсунки гидросбива окалины смонтированы в

герметичном корпусе перед передвижными газорежущими блоками. Глубина

зачистки устанавливается в зависимости от глубины залегания пороков в металле

с учетом температуры металла, чистоты режущего кислорода, скорости зачистки,

сечения заготовки. Использование МОЗ позволяет улучшить качество

поверхности проката, увеличить объем зачищаемого металла при уменьшении

затрат тяжелого ручного труда на складе заготовок.

Рабочие клети черновой и чистовой групп бесстанинного типа одинаковы по

конструкции и отличаются размерами. Валки установлены в подшипниках

жидкостного трения. Для прокатки балок и швеллеров в чистовой группе

применяют универсальные клети с приводными горизонтальными и

непрерывными вертикальными валками. Мощность привода всех групп клетей -

2000 кВт. За чистовой группой клетей установлены летучие ножницы усилием

реза

0,63 МН, предназначенные для порезки прокатанных полос на длины,

вмещающиеся на холодильник. Для получения повышенных прочностных свойств

при высокой пластичности, ударной вязкости в области низких температур и

уменьшения окалинообразования на стане предусмотрено двухстадийное

охлаждение металла:

- охлаждение металла с температуры конца прокатки 1050 °C до 800 °C -

850 °C в секции, установленной между последней катающей клетью и летучими

ножницами;

118

- охлаждение до 600 °C - 650 °C за летучими ножницами. Получаемая при

этом феррито-перлитная структура в малоуглеродистых сталях характеризуется

высокой дисперсностью. В стали с повышенным содержанием углерода и в

низколегированной стали структура мартенситная. Давление воды в системе

охлаждения составляет 300 кПа, расход воды - 900-1500 м³/ч.

Металл поступает на двусторонний холодильник реечного типа длиной

120 м. По двухниточному отводящему рольгангу холодильника полосы подаются к

роликоправильным машинам. Скорость правки - 2-6 м/с. При прокатке профилей,

не подвергаемых правке, правильная машина сдвигается в сторону.

После правки раскаты поступают на распределительный рольганг,

разделяющий металл на два потока, в каждом из которых имеются ножницы

холодной резки, контрольно-пакетировочный участок, имеющий инспекторские

стеллажи с транспортером, кантователи, два пакетировочных устройства с

вязальными машинами и весами и линию укладки фасонного проката. В составе

последнего - сдвоенный рольганг, два штабелировочных устройства для

профилей длиной 12-24 м, вязальные машины и весы. Такое расположение

адъюстажного оборудования позволяет производить уборку готового проката на

стойки-стеллажи склада готовой продукции с четырех участков технологического

потока.

2.3.2.3 Охлаждение сортовой продукции

После прокатки сортового металла используют обычное (на воздухе),

замедленное (в колодцах и термостатах) и ускоренное (с применением различных

охлаждающих сред) охлаждение проката.

Обычное охлаждение на воздухе получило наибольшее распространение и

реализуется в стеллажах, на холодильниках различного типа. Регулируемое

(замедленное) охлаждение производят обычно на адъюстажах для легированных

и углеродистых сталей с содержанием углерода свыше 0,3 %.

Сортовой прокат из легированных сталей мартенситного, аустенитно-

мартенситного и других классов подвергают замедленному охлаждению в

штабелях, неотапливаемых колодцах, печах изотермической выдержки, а также

последующей термической обработке.

Для предотвращения образования термических трещин, флокенов,

снижения

остаточных

напряжений

сортовой

прокат

трещино-

флокеночувствительных сталей подвергают охлаждению следующими способами

[1]:

- на воздухе, в штабелях, защищенных от сквозняков;

- замедленное охлаждение в неотапливаемых колодцах, печах,

термостатах;

- замедленное охлаждение в отапливаемых печах и колодцах с

изотермической выдержкой;

- совмещение охлаждения на воздухе с последующей термической

обработкой;

- ускоренное охлаждение путем обдувания горячего металла увлажненным

воздухом или обрызгивания водой.

119

Наиболее широко применяют замедленное охлаждение на воздухе в

штабелях и в неотапливаемых колодцах или термостатах.

Неотапливаемые колодцы футерованы шамотным кирпичом и облицованы

металлическими плитами. Крышки чугунные, с внутренней стороны имеют

асбестовую прокладку и обшиты листовым материалом. Емкость - до 200 т.

Загрузку производят при температуре не ниже

700 °C. После загрузки в

зависимости от режима охлаждения колодец остается открытым или закрывается

крышкой, имеющей песчаный затвор. Общая продолжительность охлаждения

садки массой до

120 т может достигать

4 сут. Контроль температуры

производится через каждые четыре часа. После истечения

50 %

продолжительности охлаждения скорость охлаждения регулируют поднятием

крышки.

Охлаждению в штабелях и на открытом воздухе на холодильниках

подвергают прокат из сталей, не склонный к образованию флокенов и трещин

(углеродистые, некоторые низколегированные стали, стали аустенитного и

ферритного классов).

При замедленном охлаждении инструментальных углеродистых и

легированных сталей (У9-У13, 9ХВГ, ШХ15 и др.) в их микроструктуре образуется

карбидная сетка, снижающая служебные характеристики будущего изделия из

сортового проката. Для предотвращения этого указанные стали после прокатки

быстро охлаждают в интервале температур 950 °C - 700 °C в секциях ускоренного

охлаждения или путем обдувания увлажненным воздухом, обрызгивания водой.

После этого их подвергают замедленному охлаждению.

2.3.2.4 Финишная обработка

2.3.2.4.1 Термическая обработка сортового проката

Для придания сортовому металлу заданной структуры и свойств в

зависимости от назначения и химического состава прокат подвергают отжигу,

нормализации, закалке и отпуску.

Наибольшее применение получил отжиг, обеспечивающий снятие

внутренних напряжений, формирование требуемой структуры металла и заданных

механических

свойств.

Применяют

смягчающий,

структурный,

рекристаллизационный и другие виды отжига. Отжиг сортового металла проводят

в камерных печах, колпаковых печах, роликовых печах.

В камерных печах проводят отжиг сортовой стали всех размеров длиной до

6 м. Загрузку садки проката массой до

50 т проводят напольной машиной.

Топливо - природный газ. Охлаждение: вначале с печью, затем на воздухе или в

камере охлаждения.

Светлый отжиг сортового проката осуществляют в колпаковых печах с

защитной атмосферой.

Для сортового проката из подшипниковых, углеродистых и легированных

инструментальных сталей, контролируемых на карбидную сетку, применяют

науглероживающий (реставрационный) отжиг в колпаковых печах с защитной

120

атмосферой в виде смеси газов: СО, Н2, N2 и природного газа (СН4). Подобный

отжиг используется, например, при отжиге стали ШХ15.

Рекристаллизационный отжиг применяют для калиброванной стали для

снятия упрочнения, полосчатости структуры и восстановления пластичности

металла. Этот вид отжига производят в камерных и индукционных печах.

В индукционных печах выполняют также нормализацию, закалку и высокий отпуск.

Индукционные печи характеризуются существенным расходом воды для

охлаждения индукторов

6-10 м³/ч, используются для рекристаллизационного

отжига калиброванной конструкционной стали. С использованием индукционных

печей проводят нормализацию сортового проката из конструкционных

низколегированных

сталей,

закалку

проката

из

коррозионностойких

(нержавеющих) сталей аустенитного класса, высокий отпуск сталей

мартенситного класса [1].

2.3.2.4.2 Отделка сортового проката на адъюстаже

На адъюстаже (специальное отделочное отделение прокатного цеха)

выполняют весь комплекс операций отделки, а именно:

- правку;

- удаление окалины;

- зачистку дефектов и удаление заусенцев;

- нанесение защитных покрытий;

- контроль качества;

- маркировку и упаковку.

После охлаждения прокат на адъюстаже подвергают правке в зависимости

от размера и вида прокатки на правильных прессах, роликовых и косовалковых

сортоправильных машинах, а также способом растяжения.

Правку

на

прессах

осуществляют

одно-

многократными

упругопластическими изгибами отдельных участков профиля в направлении,

противоположном искривлению. Правке на прессах обычно подвергают некоторый

крупносортный прокат, концы рельсов и другие сложные фасонные профили. На

прессах выполняют также доправку проката после правки на роликовых машинах

для уменьшения концевой кривизны. Используют механические, гидравлические и

пневматические прессы с горизонтальным и вертикальным исполнением.

Правку на роликовых правильных машинах производят путем пропускания

прутка-штанги между двумя рядами роликов, расположенных в шахматном

порядке, при этом металл подвергается многократному упруго-пластическому

знакопеременному изгибу. Роликовые правильные машины характеризуются

числом и шагом роликов и допустимым усилием правки. Рассматриваемая группа

правильных машин по конструкции бывает закрытого и открытого типа, у первых

ролики закреплены между опорами валков, у вторых - на консолях. В свою

очередь, открытые правильные машины различают одноплоскостные - для

правки в одной, обычно вертикальной плоскости - и двухплоскостные - для

правки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Оба вида машин имеют

постоянный или регулируемый шаг роликов.

121

Используют машины одноплоскостной правки с нижними или верхними или

нижними и верхними приводными роликами: для крупносортных профилей - семи-

и девятироликовые с регулируемым шагом роликов и скоростью правки 0,25-2 м/с;

для среднесортных профилей - с тем же числом роликов, но скоростью правки 1-

3 м/с, для мелкосортного проката - девяти- и одиннадцатироликовые со всеми

приводными роликами и скоростью правки до 10 м/с.

Правку круглого проката производят на двух- и многовалковых машинах с

вращающимися косорасположенными вогнутыми валками. В процессе правки на

таких машинах обеспечивается вращение проката вокруг своей оси и

поступательное перемещение ее вдоль продольной оси машины. Качество правки

зависит от угла установки валков к оси правки (проката). При сравнительно

больших углах наклона вогнутого (гиперболического) валка правят прутки-штанги

с незначительными искривлениями и наоборот. Угол наклона валков к линии

правки на современных многовалковых машинах с парными валками составляет

25-35°.

Для правки сортового проката, имеющего искривление в двух взаимно

перпендикулярных плоскостях, а также периодического проката применяют

правильно-растяжные машины, на которых осуществляют правку - растяжение

штанги с относительным удлинением на 1 % - 4 % и раскрутку профилей. На

правильно-растяжных машинах гидравлического типа полосу закрепляют в

рабочей подвижной и вспомогательной фиксируемой головках двух- или

четырехстороннего зажима. Перемещением подвижной рабочей головки при

подаче в ее гидроцилиндр жидкости высокого давления осуществляют

растяжение-правку.

После правки сортовой прокат, особенно из легированных марок стали,

поступает на очистку от окалины и удаление поверхностных дефектов.

Применяют сплошное и выборочное удаление окалины. Сплошное удаление

окалины производят путем травления, дробеметной очистки, иглофрезерования и

сплошного светления (шлифования), а выборочное - шлифованием (светлением)

«змейкой». Технология и схема работы оборудования для осуществления

травления и дробеметной очистки готового проката те же, что и при зачистке

заготовки для сортовой прокатки.

Светление круглого проката «змейкой» производят перпендикулярно

направлению прокатки на шлифовальных станках. При абразивном светлении

«змейкой» глубина снимаемой стружки составляет до

0,4 мм, а в случае

сплошного светления - 0,4-0,6 мм. Кроме того, светление круглого, квадратного,

шестигранного и полосового проката проводят на установках иглофрезерования,

состоящих из задающих, промежуточных и тянущих роликов, горизонтальных и

вертикальных иглофрез.

Сплошную и выборочную зачистку дефектов квадратного и прямоугольного

проката производят на станках абразивной зачистки. Эти станки оборудованы

механизмами для загрузки и выгрузки проката, его кантовки, пылеотсасывающей

вентиляцией.

Для обеспечения хорошего качества и высокой производительности при

зачистке дефектов скорость шлифования должна быть максимально допустимой

(до 60-100 м/с) и постоянной по мере износа круга, а продольная подача - до 50-

122

60 м/мин. При зачистке прутков со значительной пораженностью дефектами

применяют силовое шлифование, когда усилие прижатия круга достигает 5,0 кН.

При осуществлении зачистки дефектов сначала делают светление штанги

«змейкой», а затем (в зависимости от степени пораженности поверхности

дефектами) проводят выборочную или сплошную зачистку. Оставшиеся после

сплошной зачистки дефекты дополнительно удаляют выборочной зачисткой или

пневматической вырубкой.

При зачистке дефектов обычно применяют круги на бакелитовой связке,

которые показывают большую стойкость, чем круги на керамической связке.

Увеличение скорости и усилия шлифования сопровождается повышением

температуры поверхности металла и может привести к появлению шлифовочных

трещин, для предотвращения чего применяют предварительный отжиг металла,

подлежащего зачистке, и умеренные режимы шлифования.

При удалении дефектов резцовой зачисткой обычно применяют

бесцентрово-токарную обточку круглого проката. Этот вид зачистки дефектов

характеризуется большими скоростями резания (больше 200 м/мин) и большими

подачами (больше 50 мм/об.) при глубине резания 0,15-10 мм. Использование

специальных устройств для контроля диаметра обтачиваемых прутков и системы

резцов обеспечивает высокую точность обработки:

±0,05 мм - на прутках

диаметром меньше 50 мм; ±0,1-0,2 мм - на прутках диаметром больше 60 мм.

Для чистовой обточки круглого проката применяют бесцентрово-токарные

станки, которые имеют комплекс загрузочного оборудования и приспособления

для механизированного отвода стружки, охлаждения и очистки использованной

эмульсии. Для уменьшения потерь металла в стружку при обточке требуется

тщательная предварительная правка прутков-штанг.

Для придания сортовому прокату товарного вида пневматическими

молотками, ручными станками абразивной зачистки, а также на стационарных

абразивных или специализированных станках выполняют снятие заусенцев и

фасок на торцах.

После обработки торцов с одной стороны на указанном станке штанги

сбрасывают в приемный карман, затем пакет вынимают из кармана мостовым

краном, разворачивают на

180°, укладывают на стеллажах загрузочного

устройства и цикл обработки повторяют.

После удаления поверхностных дефектов сортовой прокат поступает на

контроль качества. Визуально-оптический метод контроля качества поверхности

проката проводят после светления или других способов удаления окалины. При

помощи

магнитных

методов

(магнитографического,

феррозондового,

магнитопорошкового, магнито-люминисцентного) выявляют поверхностные

дефекты типа трещин, раскатанных пузырей, закатов, флокенов, глубину

обезуглероженного слоя, фазовый состав.

Сортовой прокат, отвечающий требованиям, далее подвергается

пакетировке, взвешиванию и маркировке [1].

123

2.3.2.4.3 Отделка сортового проката на поточных линиях

На поточных линиях отделки и контроля качества сортового проката

выполняют весь комплекс операций, связанных с правкой, снятием фасок на

торцах штанг, светлением, зачисткой дефектов, контролем качества, маркировкой

и упаковкой.

Поточные линии для выполнения указанных операций располагают как в

потоке, так и вне потока стана. Прокат из рядовых углеродистых конструкционных

сталей, который охлаждают на холодильнике, обычно подвергают отделке в

потоке стана. Если металл после прокатки требует замедленного охлаждения

(легированные стали), то поточные линии отделки располагают вне потока стана.

Последовательность операций на поточной агрегатной линии отделки

сортового проката и трубной заготовки диаметром 80-180 мм, расположенной вне

потока стана, следующая.

Пакеты проката поступают на загрузочное устройство, откуда дозатором

поштучно штанги подаются к косовалковой правильной машине. После правки

прокат поступает на правую или левую линии последующей отделки.

Снятие заусенцев и фасок с обоих концов штанги производится двумя

агрегатами, имеющими подрезно-расточные головки. Режущий инструмент -

фреза.

Светление штанг осуществляется на шлифовальных станках. Ширина

светленной дорожки -

40 мм, шаг -

100-200 мм. Далее прокат поступает на

участок осмотра поверхности для

выявления дефектов. Участок осмотра

дефектов оснащен люнетами, с помощью которых штанга непрерывно вращается

или поворачивается на определенный угол для осмотра поверхности металла

оператором и отметки дефектных мест. Если дефектов не оказалось, штанга

направляется к участку окончательного контроля, маркировки и пакетирования, а

если дефекты обнаружены, то штанга поступает к станкам выборочной

абразивной зачистки.

Зачищенный металл поступает контроля искровым методом, а далее -

поштучно на визуальный контроль качества наружной поверхности. Годный

металл маркируется краской, увязывается в пакеты и взвешивается. Годная

продукция после увязки в пакеты убирается на склад готовой продукции.

Производительность поточной линии отделки 220 тыс. т/г.

2.3.2.5

Технико-экономические

показатели

производства

сортового проката

Технико-экономические показатели производства крупносортного и

среднесортного прокатов приведены в таблице 2.15 [1].

124

Таблица 2.15 -

Технико-экономические

показатели

производства

крупносортного и среднесортного прокатов

Коэффициент

Расход

Производительность

Стан *

расхода

энергии,

топлива,

воды,

валков,

годовая, тыс. т

металла

кВт ч/т

10³ кДж/т

м³/т

кг/т

РБС 800

800-1350

1,08-1,10

55-65

2310-2520

20-26

2,0-2,5

УБСП

660-1600

1,10

60-70

2310-2520

20-26

3,0-3,5

КСЛ 650

800-1100

1,06-1,09

50-60

2310-2520

20-26

1,6-2,0

КСП 600

1200-1600

1,06-1,09

50-60

2310-2520

20-26

1,6-2,0

КСП 500

950-1100

1,05-1,06

30-40

2310-2520

20-26

1,6-2,0

ПНКС 600

1200-1600

1,05-1,07

35-45

2310-2520

20-26

1,6-2,0

0,25-

ЛСС 450

52-450

1,05

30-50

2310-2520

21-32

0,4

0,25-

ЛСС 400

65-270

1,05

30-50

2310-2520

21-32

0,4

0,25-

ССШ 350

420-700

1,04

30-50

2310-2520

21-32

0,4

0,25-

ПНСС 370

120-280

1,04

35-60

2310-2520

21-32

0,4

0,25-

ПНСС 350

430-850

1,04

35-60

2310-2520

21-32

0,4

0,25-

НСС 350

450-750

1,04

35-60

2310-2520

21-32

0,4

0,25-

НСС 450

1200-1500

1,04

30-50

2310-2520

21-32

0,4

* Станы: РБС - рельсобалочный трио; УБСП - универсальный балочный стан с

последовательным расположением клетей; КСЛ - линейный крупносортный; КСП -

крупносортный с последовательным расположением клетей; ПНКС - полунепрерывный

крупносортный; ССЛ - среднесортный линейный; ССШ - среднесортный с шахматным

расположением клетей; ПНСС - полунепрерывный среднесортный; НСС - непрерывный

среднесортный.

2.3.2.6 Производство калиброванного проката

Сортовой холоднокалиброванный прокат (далее - калиброванный прокат), в

отличие от сортового горячекатаного проката, имеет более высокую точность и

качество поверхности металла. Эти качества калиброванного проката позволяют

использовать его при обработке резанием на высокопроизводительных токарных

станках - автоматах, а также для холодной штамповки на холодновысадочном

оборудовании, что значительно сокращает расход металла при его дальнейшей

переработке.

Основными потребителями калиброванного проката и проката со

специальной отделкой поверхности являются автомобилестроительные и

машиностроительные предприятия, а также метизные предприятия,

изготавливающие свою продукцию методом холодной высадки и штамповки.

125

Калиброванный прокат производится круглого, шестигранного и квадратного

(прямоугольного) сечения. Калиброванный прокат изготавливается методом

холодного волочения или прокатки из горячекатаного проката (подката).

Калиброванный прокат изготавливают из стали углеродистой и легированной

качественной конструкционной, рессорно-пружинной, повышенной и высокой

обрабатываемости резанием, углеродистой, легированной и быстрорежущей

инструментальной, теплоустойчивой, коррозионностойкой, жаростойкой и

жаропрочной. В соответствии с требованиями калиброванный прокат производят в

нагартованном - Н или термически обработанном состоянии - Т (отожженный,

высокоотпущенный, нормализованный с отпуском, закаленный с отпуском,

закаленный).

Поверхность калиброванного проката должна быть чистой, гладкой,

матовой или светлой, без трещин и окалины, в зависимости от качества

подразделяется на группы.

Прокат со специальной отделкой поверхности производится только круглого

сечения. Специальная отделка поверхности проката достигается удалением

поверхностного слоя металла обточкой или шлифовкой.

Калиброванный прокат и прокат со специальной отделкой поверхности

круглого сечения может изготавливаться дробных размеров с точностью до

0,05 мм. Прокат в прутках поставляется длиной 2,5-6,5 м, в пачках массой 1-8 т.

Прокат в мотках поставляется в пакетах по 2-5 мотка массой 0,8-2,5 т.

Калиброванный прокат и прокат со специальной отделкой поверхности

может поставляться без консервации, с консервацией либо в мягкой упаковке.

Консервация производится методом окунания в консервирующей смеси на основе

индустриального масла с консервирующими добавками. Прокат, поставляемый с

фосфатным покрытием, отгружается только в упаковке.

Холоднотянутую или холоднокатаную калиброванную сталь получают в

диапазоне размеров от 3 до 100 мм с квалитетами точности h9-h12.

Технологический процесс производства калиброванного проката не имеет

существенных отличий от процесса изготовления проволоки, описывается

аналогичной схемой (см. рисунок 2.14) и предусматривает выполнение

следующих операций:

- термическая обработка подката;

- правка;

- острение концов;

- травление;

- подготовка поверхности к волочению;

- волочение;

- термическая

обработка

(в

соответствии

требованиями,

предъявляемыми к готовой продукции);

- финишная отделка.

Основным видом термообработки стали является отжиг, который

обеспечивает снятие наклепа после волочения и снижает твердость подката.

Отжиг подката производится в муфельных или проходных роликовых печах

непрерывного действия в защитной атмосфере, что обеспечивает чистую

поверхность и исключает обезуглероживание. Отжиг подката для всех сталей (за

126

исключением быстрорежущей) проводится при температурах выше АС1 (700 °C -

780 °C) с дальнейшим замедленным охлаждением до температуры ниже Аr1 и

дальнейшим охлаждением с произвольной скоростью.

Для конструкционных, инструментальных, рессорно-пружинных сталей

температура

рекристаллизационного

отжига -

700 °C -

740 °C, для

высоколегированных, нержавеющих и быстрорежущих сталей - 770 °C - 900 °C.

Выдержка в течение

3-10 ч. Охлаждение на воздухе или водой для

коррозионностойких хромоникелевых сталей в целях уменьшения склонности к

межкристаллитной коррозии. Для предотвращения обезуглероживания или

ликвидации имеющейся обезуглероженности поверхности отжиг проводится в

защитной атмосфере с добавлением метана. Выполнение отжига без защитной

атмосферы ведет к окислению металла и к его потерям с уменьшением диаметра

прутков до 0,5 %, поэтому при волочении должен быть предусмотрен припуск на

окисление.

Подкат из конструкционных и инструментальных сталей, обладающих более

высокой твердостью, для смягчения перед калибровкой подвергают высокому

отпуску или отжигу, а подкат из аустенитных коррозионностойких сталей -

закалке.

В целях ускорения проведения рекристаллизационного отжига без окисления

и обезуглероживания поверхности производят отжиг индукционным нагревом токами

высокой частоты (ТВЧ). Рекристаллизация при этом протекает очень быстро (15-

25 с), при температуре 760 °C - 780 °C. Для проведения нагрева ТВЧ используются

высокочастотные генераторные машины, с целью повышения производительности

нагрев производят на двухручьевых установках при скоростях перемещения прутка

до

450 мм/с. Если степень обжатия при калибровке менее

17 %, то

предпочтительнее проводить печной нагрев, так как рекристаллизация при нагреве

ТВЧ протекает лишь частично.

Для удаления окалины после проведения отжига производят повторное

травление или обдирку (точением) или обработку дробью.

Правку проката осуществляют на типовых правильных машинах, описанных

в 2.3.2.4.2, аналогично правке горячекатаного сортового проката.

Травление и подготовку поверхности металла к волочению, включая

нанесение смазочных покрытий, проводят аналогично технологии проведения

указанных операций при волочении проволоки (см. 2.3.1.4).

Острение концов проводят одним из методов подготовки переднего конца

заготовки к волочению, указанных в 2.3.1.5.1.

Волочение проводят на прямоточных волочильных или непрерывных

калибровочных станах (см. 2.3.1.5.3)

[12]. При волочении проката из

высокопрочных сталей применяют теплое волочение, для чего перед

волочильным станом устанавливают устройство для индукционного нагрева

заготовки.

Финишная обработка калиброванного проката предусматривает проведение

операций правки, резки, обработки торцов прутков, обточки и шлифования

поверхности, контроля качества, маркировки, нанесения консервационных

покрытий и упаковки. Для осуществления указанных операций используется

оборудование, аналогичное оборудованию участков отделки горячекатаного

127

сортового проката, а также автоматизированные линии, совмещающие правку,

резку и механическую обработку поверхности калиброванного проката.

2.4 Производство трубной продукции

Стальные трубы производят из углеродистых, легированных и

высоколегированных сталей более чем

350 марок и различных сплавов.

Наружный диаметр труб составляет от 0,3 до 2520 мм, толщина стенки - 0,05-

75 мм [13].

По группам способов производства различают трубы бесшовные, сварные,

паяные, литые. Последние два способа в РФ и мире имеют весьма ограниченное

применение. Основные виды стальных труб разделяются по способу их

изготовления на две большие группы: бесшовные и сварные трубы.

Бесшовные трубы подразделяют на:

- горячедеформированные - горячекатаные (изготовленные способом

прокатки в линии трубопрокатных агрегатов) и прессованные трубы

(изготовленные в линии трубопрессовых установок);

- холоднодеформированные - холоднотянутые трубы (изготовленные на

волочильных станах), холоднокатаные трубы (изготовленные на станах ХПТ,

ХПТР).

Сварные трубы подразделяют на электросварные, а также трубы,

изготовленные печной и газовой сваркой. При этом электросварными трубы

называются независимо от способа их производства: электросварки

сопротивлением, дуговой электросварки, радиочастотной и т. д. В зависимости от

расположения шва электросварные трубы большого диаметра (ТБД) получили

название прямошовные и спиральношовные трубы [14]-[16].

Каждому из указанных способов соответствует определенный состав

основного и вспомогательного оборудования.

По форме продольного сечения различают трубы цилиндрические,

конические, ступенчатые с высаженными концами и др., по профилю поперечного

сечения - круглые, профильные (фасонные, овальные, прямоугольные,

квадратные, трех-, шести- и восьмигранные, ребристые, сегментные, каплевидные

и др.), переменного профиля. Отдельную группу составляют трубы би-,

триметаллические - из двух и трех слоев металла, прочно соединенных посадкой

или сваркой [17], [18].

Трубными предприятиями России освоено производство и в настоящее

время выпускаются различными способами производства трубы широкого

марочного и размерного сортамента.

2.4.1 Производство бесшовных горячедеформированных труб

Бесшовные трубы широко применяются в нефтедобывающей

промышленности, топливно-энергетическом комплексе, машиностроении.

В России

производство

бесшовных

горячедеформированных

труб

осуществляется в линиях трубопрокатных агрегатов (ТПА) и трубопрессовых

128

установок различного типа, действующих на предприятиях в Северо-Западном,

Южном и Уральском федеральном округах (см. таблицу 2.16).

Таблица 2.16 - Трубопрокатные агрегаты и трубопрессовые установки,

действующие на предприятиях в РФ

Количество

Наименование

Обозначение

по типам ТПА

общее

Линии с трубопрофильным

Линия 2000

горизонтальным прессом

Линия 5500

Трубопрокатные агрегаты с

ТПА 140

4 *

автоматическим станом

ТПА 220

ТПА 80

ТПА 30-102

Трубопрокатные агрегаты с

PQF 10 3/4''

непрерывным станом

FQM 14 3/8''

ТПА 159-426

Трубопрокатный агрегат с

ТПА 8-16''

пилигримовыми станами

Трубопрокатные агрегаты с

ТПА 160

трехвалковым раскатным станом

ТПА 50-200

* Три ТПА с автомат-станом классического типа, один ТПА со станом-тандем.

В настоящее время на трубных предприятиях России изготавливают

бесшовные трубы наружным диаметром 32,0-550,0 мм, с толщиной стенки 2,9-

90,0 мм, различной длины (немерной, мерной, кратной), обычной и повышенной

точности, в обычном, хладостойком и коррозионностойком исполнениях.

Производство труб осуществляется в соответствии с требованиями

российской и зарубежной нормативно-технической документации (НТД),

технических требований и спецификаций, стандартов организаций, методических

указаний потребителей трубной продукции.

2.4.1.1 Производство горячекатаных труб

Современный уровень развития трубного производства в России

характеризуется большим разнообразием применяемых способов и технологий

производства бесшовных труб. Независимо от способа производства

горячекатаных труб общая технологическая схема включает следующие группы

операций [13]-[18].

- Подготовка исходных заготовок к прокату, в процессе которой

производится контроль качества исходных заготовок, порезка заготовок на

мерные длины.

- Прокат труб в линии трубопрокатного агрегата - совокупность операций

получения из сплошной заготовки передельных горячекатаных гладких труб,

которые включают следующие общие элементы: нагрев металла, получение

полой заготовки (гильзы), получение черновой трубы (раскатка гильзы),

129

окончательное формирование стенки и диаметра трубы (редуцирование или

калибрование).

- Высадка концов труб на горизонтальных высадочных прессах,

горизонтально-ковочных машинах (при производстве бурильных, насосно-

компрессорных труб с высаженными концами).

- Термообработка труб на участках термической обработки, в составе

которых помимо нагревательного оборудования и закалочных устройств (спрейер,

ванна) также располагается оборудование для калибровки (калибровочные

станы), правки (правильные машины) труб.

- Приварка бурильных замков (при производстве бурильных труб),

испытания.

- Обработка труб на участках отделки, где производятся операции контроля

качества поверхности и геометрических параметров труб, нарезка резьбы либо

обработка торцов и изготовление фаски, свинчивание труб с муфтами (при

производстве насосно-компрессорных, обсадных труб), шаблонирование,

гидравлические испытания, покраска, маркировка, упаковка и сдача труб.

Все стадии технологического цикла производства трубной продукции

сопровождаются контролем геометрических параметров и качества поверхности,

при обработке труб на участках отделки также производится контроль тела труб

на наличие несоответствий, структуры и свойств материала средствами

неразрушающего и разрушающего контроля.

Схема технологического процесса производства горячекатаных труб на

российских трубных предприятиях в общем виде представлена на рисунке 2.19.

Анализ структуры себестоимости горячекатаных труб показывает, что

стоимость исходного металла достигает 75 % - 80 % от себестоимости труб. Это

обстоятельство накладывает определенные требования к исходному сырью.

130

С одной стороны, металл для труб должен быть по возможности более

дешевым, с другой - качество этого металла должно быть высоким,

обеспечивающим минимальную отбраковку и высокий выход годного [19].

В качестве исходных заготовок для производства горячекатаных труб в

настоящее время применяют круглые деформированные (катаные и кованые) и

непрерывно-литые заготовки (НЛЗ), поступающие в трубопрокатные цеха в виде

штанг. Используемые ранее конические слитки круглого или многогранного

сечения, полученные при выплавке стали в мартеновских печах в сочетании с

разливкой стали в изложницы, в настоящее время на трубных предприятиях РФ

не применяются в связи с повышенным расходом металла, низкой

автоматизацией и механизацией процесса производства, ужесточением

требований потребителей к качеству труб, в том числе наличием требований,

исключающих использование слитков при производстве горячекатаных труб.

Наибольшее распространение в настоящее время при производстве

горячекатаных труб в РФ получили непрерывно-литые заготовки круглого сечения.

Их использование при производстве горячекатаных труб всего марочного и

геометрического сортамента сдерживается имеющимися ограничениями: литая

структура материала, наличие характерного дефекта «центральная пористость»,

ограниченный минимальный производимый размер (наружный диаметр не менее

150 мм).

2.4.1.1.1 Подготовка исходных заготовок

Направляемые в трубный цех заготовки в виде штанг длиной до 12,5 м

поступают на склад, где их взвешивают и складируют с разделением по маркам

стали, размерам, плавкам. Перед задачей в производство их подвергают

контролю и при необходимости ремонту с последующим повторным контролем

качества.

Разрезка исходных заготовок на мерные или кратные длины производится

различными способами в холодном, теплом (перед подачей заготовок в

нагревательные печи) либо горячем состояниях (в линии трубопрокатных

агрегатов). Наибольшее распространение получили разрезка заготовок в

холодном,

теплом

или

горячем

состояниях

пресс-ножницами

профилированными сменяемыми ножами, один из которых перемещается в

вертикальной плоскости, ломка заготовок в холодном состоянии на

гидравлических прессах с предварительным надрезом ацетиленовым пламенем

на глубину около 20 мм, резка пилами в холодном и горячем состоянии. Процесс

резки исходных заготовок пилами в холодном состоянии отличается высокой

точностью и наилучшим качеством получаемых торцов, строго перпендикулярных

оси заготовок, однако является низкопроизводительным и приводит к

дополнительным потерям металла. Для повышения производительности в линии

устанавливают несколько пил, пилы снабжают двумя режущими дисками,

позволяющими одновременно обрезать две заготовки, или устанавливают два

диска, которые перемещаются навстречу друг другу [15], [16], [20].

Раскрой заготовок перед загрузкой в нагревательную печь осуществляют на

мерные либо кратные длины. Во втором варианте окончательное разделение

132

заготовки осуществляют в горячем состоянии непосредственно перед

зацентровкой и прошивкой.

Далее подготовленные заготовки поступают на участок основного

производства, где осуществляется комплекс операций, обеспечивающих

получение передельных труб.

Нагрев исходных заготовок. Основное требование к процессу нагрева

заключается в получении равномерной по сечению и длине температуры

заготовки перед прошивкой заготовок. Кроме того, режим нагрева в значительной

мере влияет на качество готовых труб, состояние их наружной и внутренней

поверхности.

В составе трубопрокатных агрегатов, действующих на российских

предприятиях, для нагрева исходных заготовок применяются газовые печи:

кольцевые печи с вращающимся подом, печи с шагающими балками и шагающим

подом, проходные секционные печи скоростного нагрева, методические

перекатные (ролевые) печи. В таблице 2.17 представлены ключевые технические

характеристики различных способов нагрева исходных заготовок [14], [16].

Наибольшее распространение получили печи с кольцевым вращающимся

подом - кольцевые печи. Основными достоинствами этих печей в сравнении с

методическими ролевыми печами являются большая теплотехническая гибкость,

минимальное окисление и обезуглероживание с малым угаром металла, точное

регулирование температуры печи по зонам, высокий КПД печи при сравнительно

низком расходе топлива, легкоуправляемое автоматизированное позонное

отопление печи [14].

Кольцевые печи (см. рисунок 2.20) имеют рабочее пространство в форме

замкнутого пустотелого кольца, образуемого наружной и внутренней стенками,

подвесным сводом и вращающимся подом.

Таблица 2.17 - Технические характеристики различных способов нагрева

исходных заготовок в линиях трубопрокатных агрегатов различного типа

Показатели работы нагревательных печей различного типа

Секционная

Печь с

Параметры работы

Кольцева

Методическая

печь

шагающим

я печь

ролевая печь

скоростного

и балками

подом

нагрева

Производительност

До 75

До 200

До 73

12-40

До 55

ь, т/ч

природны

природный

Вид топлива

й газ,

газ, воздух

воздух

Удельный расход

610-1000

700-800

топлива, ккал/кг

Средняя величина

0,5-1,0

2,5-3,0

0,5-1,0

угара металла

Количество печей в

1-2

линии ТПА

133

а) план печи

б) поперечный разрез печи

Рисунок 2.20 - Кольцевая печь [21]

В печах данного типа горелки равномерно расположены на наружной и

внутренней стенках по окружности печи и позволяют распределять подачу

топлива в соответствии с требованиями температурного режима.

Отвод продуктов горения осуществляется через конечные дымоотводы,

расположенные у загрузочного окна, и через системы промежуточных дымоходов.

Отходящие газы используются для подогрева воздуха в рекуператорах [14].

При транспортировке заготовки располагаются на вращающейся подине,

проходят вместе с подом все необходимые зоны нагрева и выдаются

манипуляторами через окно выдачи. Под печи движется толчками, причем при

каждом толчке он поворачивается на угол, соответствующий расстоянию между

заготовками. Скорость вращения пода может изменяться в зависимости от

размера нагреваемых заготовок. Заготовки в кольцевые печи в зависимости от

диаметра могут укладываться манипулятором в один или два ряда, перекрытие на

заготовках допускается не более 300-400 мм. Максимальная длина заготовок на

0,5 м меньше ширины пода печи [14], [16], [20].

В линии некоторых ТПА функционируют методические ролевые печи, в

которых происходит перекатывание (кантование) в процессе нагрева заготовок по

поду, угол наклона которого составляет

6°-12°. В зависимости от размеров

нагреваемых

заготовок

кантование

осуществляется

специальными

манипуляторами либо вручную. Данные печи имеют ряд недостатков:

односторонний нагрев металла, трудоемкость (кантование через рабочие окна),

значительный подсос воздуха, высокий процент угара, трудоемкая чистка подины

с остановкой работы печи. Существуют ролевые печи с разным количеством зон

нагрева - многозонные печи. Подача топлива в печах данного типа

осуществляется горелками, расположенными в торце печи, а также в

нагревательной и подогревательной зонах [14].

Для скоростного нагрева круглых заготовок используют проходные

секционные печи. Печь данного типа состоит из ряда футерованных секций,

тамбуров между ними, в которых располагаются транспортирующие

водоохлаждаемые ролики, и камеры выдержки (на разделенной секции). Общая

длина печи - около

90 м, заготовки транспортируются в печи в две нитки.

Транспортирующие двухручьевые ролики расположены под некоторым углом к

оси печи, поэтому заготовки, кроме поступательного осевого перемещения, еще и

134

вращаются. Это способствует равномерному нагреву и предотвращает

искривление штанг. Индивидуальный привод транспортирующих роликов

расположен с одной стороны печи. В камере выдержки, располагаемой на

разделенной секции в линии нагревательных секционных печей, в два ряда

установлены консольные ролики. Нагретые штанги выдаются из камеры выдержки

поочередно с каждой линии выдачи к делительным ножницам. После отрезки

заготовки необходимой длины штанга реверсивным рольгангом возвращается в

камеры выдержки, тем самым не допускается ее охлаждение [14], [16], [19].

Основными достоинствами секционных печей являются: упрощенная

загрузка и выгрузка металла, непрерывность процесса подготовки металла

(разрезка штанг осуществляется в технологическом потоке), высокое качество

нагрева, быстрый нагрев металла (в

3-5 раз быстрее, чем в методических

ролевых печах), более низкий в сравнении с методическими ролевыми печами

угар металла, механизация и автоматизация работы печи. Скоростной нагрев

достигается за счет создания большой разницы температуры печи (1350 °C -

1500 °C) и нагреваемой заготовки. Высокое качество нагрева осуществляется

путем полного использования поверхности изделия для нагрева и вращения

изделия при прохождении через печь. В качестве топлива используется

природный газ, отвод продуктов горения из секций осуществляется через тамбуры

в общий дымоход [14].

Опыт эксплуатации проходных секционных печей выявил ряд недостатков:

низкую стойкость футеровки, большой расход топлива, повышенный относительно

кольцевых печей, печей с шагающими балками (подом), угар металла [16].

В линиях некоторых ТПА

[16],

[21] нагрев исходных заготовок перед

прокатом ведется в нагревательных печах с шагающими балками и шагающим

подом, в которых загрузка заготовок осуществляется с помощью рольгангов, а

перемещение - с помощью специальных подвижных и неподвижных шагающих

балок со специальным профилем, подин (см. рисунок 2.21). В процессе шагания

заготовки перемещаются от рольганга задачи к рольгангу выдачи с последующей

разрезкой на заданные длины. По длине печи условно делятся на ряд зон,

имеющих горелки, которые расположены на торцевой стенке со стороны

рольганга выдачи, таким образом трубы подогреваются по принципу противотока.

Данные печи имеют значительно более высокую производительность в сравнении

с методическими ролевыми печами. Вместе с тем для эффективного

использования печей необходимо использовать ограниченное количество

типоразмеров длин заготовок либо применять для всего сортамента одну

стандартную длину заготовки, разрезаемой после нагрева на заданные длины.

В последнем случае достигается максимальная эффективность использования

печей, сокращается энергоемкость операции разрезки заготовок. Иногда же

возникает необходимость использования заготовок немерной длины [18].

Зацентровка исходных заготовок. В линии некоторых ТПА нагретые

заготовки, поступающие в прошивной стан, предварительно проходят

зацентровку. Для этого на переднем или заднем торце заготовки делают строго по

центру углубление заданного диаметра.

Центровка заготовок уменьшает разнотолщинность стенки переднего и

заднего (в случае зацентровки заднего торца) концов труб, улучшает условия

135

захвата заготовок валками прошивного стана, создает возможность вести процесс

прошивки при более благоприятных режимах, что особенно важно при

изготовлении труб из легированных и высоколегированных марок сталей [15].

а) продольный разрез

б) поперечный разрез

Рисунок 2.21 - Многозонная печь с шагающими балками и торцевым

отоплением (а), печь с шагающим подом (б)

Зацентровку получают в холодном состоянии сверлением исходных

заготовок на пилах холодной резки (совмещенные процесс разрезки заготовок и

зацентровки), сверлением на токарных станках, в горячем состоянии

выдавливанием отверстия с помощью пневматических машин или гидравлических

прессов, установленных в потоке трубопрокатного агрегата, а также способом

выжигания кислородно-ацетиленовым пламенем или электрической дугой [14],

[15].

Наибольшее распространение получил способ центровки нагретых

заготовок, при котором углубление в заготовке имеет вид воронки, на

автоматизированных пневматических машинах или гидравлических прессах,

установленных в потоке трубопрокатных агрегатов. Центровка заготовок из

малопластичных сталей и сплавов на токарных станках, а также выжигание

углублений в торцах заготовок, изготовленных из высоколегированных сталей и

сплавов, в настоящее время в массовом промышленном производстве не

применяются.

2.4.1.1.2 Прокат труб

Независимо от применяемого способа схема производства бесшовных труб

в линии трубопрокатного агрегата (ТПА) включает следующие основные

технологические операции: нагрев металла, получение полой заготовки (гильзы);

ее подогрев (при наличии соответствующего оборудования, предусмотренного

особенностями технологического процесса производства в линии ТПА); раскатка

гильзы в черновую трубу промежуточных размеров; нагрев последней (в случае

136

необходимости), окончательное формирование диаметра и толщины стенки

трубы.

Ключевым при изготовлении горячекатаных бесшовных труб является

применяемый способ раскатки гильзы, по которому ТПА получили

соответствующие названия: ТПА с автоматическим станом, ТПА с непрерывным

станом, ТПА с пилигримовым станом, ТПА с трехвалковым раскатным станом [16].

2.4.1.1.2.1 Производство труб на трубопрокатных агрегатах с

автоматическим станом (автомат-станом) и станами тандем

В состав трубопрокатных агрегатов с автоматическим станом (автомат-

станом) входят: нагревательная печь, прошивной и раскатной (автомат-стан), два

обкатных стана (риллинг-стана), установленных параллельно, так как пропускная

способность каждого из них примерно в два раза ниже, чем у предшествующих

станов, подогревательная печь, калибровочный и редукционный станы

(см. рисунок 2.22).

1 - нагрев заготовок; 2 - прошивка заготовок; 3 - прокатка гильз в автомат-стане; 4 -

прокатка труб в обкатном стане (риллинг-стане); 5 - промежуточный нагрев труб; 5 -

калибрование, редуцирование труб; 6 - охлаждение труб; 7 - обрезка концов труб; 8 -

правка; 9 - передача труб на промежуточный склад

Рисунок 2.22 - Схема технологического процесса производства труб

на ТПА с автомат-станом

В настоящее

время

отечественной

промышленностью

освоено

производство труб на ТПА с автомат-станом из углеродистых, средне- и

высоколегированных сталей и сплавов, в том числе жаропрочных,

коррозионностойких [16].

Классическая схема компоновки оборудования предполагает его каскадное

расположение, когда каждый последующий стан располагается на более низкой

горизонтальной отметке, а перемещение трубы осуществляется перекатыванием

по наклонным стеллажам [16].

137

Весьма эффективной технологической схемой, реализованной в

отечественном производстве, является использование полунепрерывного

агрегата ТПА 140 с двумя последовательно расположенными одноклетевыми

станами продольной прокатки на короткой оправке (стан «тандем»), что позволило

все оборудование на участке горячей прокатки расположить в одной

автоматической линии по ходу движения трубы

[16],

[23]. Данное решение

сокращает время вспомогательных операций, увеличивает производительность

ТПА и улучшает качество труб [16]-[18].

Технологический процесс производства труб на ТПА с автомат-станом

включает следующую последовательность операций.

Заготовки в виде штанг подвергают входному контролю качества, годные

заготовки передают на участок резки на мерные длины. Раскрой заготовок

осуществляется преимущественно на гидравлических прессах или резкой на

пресс-ножницах, заготовки из высоколегированных марок сталей поступают в цех

разрезанными на требуемые для проката длины. Взвешенная и нагретая до

температуры прошивки (в соответствии с требованиями заводских

технологических инструкций) заготовка выдается из печи и центруется в горячем

состоянии.

Зацентрованная заготовка передается на входную сторону прошивного

стана винтовой прокатки и толкателем задается в валки, где прошивается на

короткой оправке в гильзу. Прошитая гильза выдается на выходную сторону

стана, которая может быть двух типов - с боковой или осевой выдачей. Старые

отечественные трубопрокатные агрегаты с автомат-станом имеют боковую

выдачу гильз. При боковой выдаче гильз стержень отводится в крайнее заднее

положение, а гильза сбрасывателями убирается с линии прокатки на наклонную

решетку и далее подается на входную сторону автоматического стана. При осевой

выдаче (см. рисунок 2.23), которой снабжены новые или реконструированные

трубопрокатные агрегаты, а применительно к агрегатам рассматриваемого типа -

ТПА со станами-тандем, гильза 7 снимается выдающими роликами 9 со стержня

5, который удерживается в рабочем положении специальным механизмом

перехвата 6. Снятая со стержня гильза может либо по рольгангу передаваться к

стану тандем, либо с отводного рольганга по наклонной решетке - на входную

сторону автоматического стана.

Конструкция выходной стороны с осевой выдачей гильз обеспечивает

более высокий темп прокатки [23]. Перед прокаткой в раскатном автоматическом

стане внутрь гильзы для уменьшения коэффициента трения подают поваренную

соль или смесь соли и графита [16]. Раскатка гильзы в трубу в автоматическом

стане осуществляется, как правило, в два прохода.

Входная сторона автоматического стана обычно оборудована

пневматическим вталкивателем, с помощью которого осуществляется задача

гильзы в валки.

138

Рисунок 2.23 - Схема осевой выдачи гильзы из прошивного стана

Входная сторона стана тандем имеет в своем составе задающие

фрикционные ролики. В обоих случаях труба перед вторым проходом в

автоматическом стане или перед второй клетью стана тандем должна быть

скантована на 90°, для того чтобы выпуски на трубах, образовавшиеся вследствие

затекания металла в межвалковый зазор в процессе первого прохода, попадали в

вершину калибра при последующей продольной раскатке труб.

После каждого прохода оправку удаляют со стержня, а рабочие валки

разводят для передачи трубы на входную сторону автоматического стана.

Возврат трубы на входную сторону осуществляется роликами обратной подачи,

которые расположены на выходной стороне стана и имеют направление

вращения, противоположное направлению вращения рабочих валков. Валки

автоматического стана обычно многоручьевые с разными калибрами, что

позволяет без перевалки прокатывать трубы различных диаметров. С этой целью

передний стол может перемещаться и устанавливаться таким образом, чтобы ось

входной стороны совпадала с осью требуемого калибра. Длина выходной стороны

автоматического

стана

определяет

наибольшую

возможную

длину

прокатываемых труб и достигает 12-16 м [23].

В линии ТПА со станом «тандем» гильза совершает поступательное

движение через два последовательно установленных одноклетевых стана

продольной прокатки, тем самым исключается необходимость возврата трубы на

передний стол после очередного прохода - труба после прокатки в первой клети

поступает к следующей клети стана. Валки станов «тандем» одноручьевые,

выполняются с круглым либо многогранным ручьем [24].

Раскатанные в автоматическом стане трубы по наклонной решетке или

отводному рольгангу, шлепперному устройству поочередно передаются к одному

из двух параллельно установленных риллинг-станов - двух- или трехвалковых

станов винтовой прокатки. Риллинг-станы предназначены для раскатки выпусков

на поверхности труб, устранения продольных рисок на внутренней поверхности и

снижения продольной и поперечной разнотолщинности стенки труб. При

риллинговании обычно увеличивается диаметр трубы, устраняется ее овальность.

Трубы после риллингования поступают в подогревательную печь. В

трубопрокатных агрегатах с автомат-станом классического типа промежуточный

подогрев труб осуществляется в газовой печи с шагающими балками, при этом

одну подогревательную печь используют для прокатки труб как в редукционном,

139

ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ ДАЛЬНЕЙШЕГО ПЕРЕДЕЛА ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ (ИТС 27-2023) - часть 2