Особенности использования технологии бесконечной прокатки

Технология бесконечной прокатки применяется как на станах горячей, так и на станах холодной прокатки. В последнее время ее стали применять и на литейно-прокатных агрегатах, что еще больше повысило их эффективность.

Сущность технологии бесконечной прокатки заключается в том, что заготовки (или рулоны) перед задачей в первую клеть прокатного стана свариваются между собой. В этом случае в стане прокатывается фактически бесконечная полоса.

Данная технология предусматривает наличие дополнительного оборудования на стане, такого как сварочная машина. Также в случае холодной прокатки устанавливается накопитель для полосы между сварочной машиной и первой клетью, который необходим для того, чтобы не останавливать процесс прокатки во время сварки двух рулонов между собой.

Преимущества технологии бесконечной прокатки на прутковых линиях:

  • отсутствие потерь времени между проходами двух заготовок, что повышает производительность стана;
  • отсутствие необходимости отрезания головной и хвостовой части заготовок, что позволяет уменьшить отходы металла в обрезь;
  • отсутствие прутков немерной длины;
  • неизменно высокие скорости прокатки благодаря непрерывности процесса, стабильность работы оборудования и сокращение числа поломок;
  • снижение вероятности забурения;
  • стабильные технологические условия, что повышает качество продукции;
  • увеличение срока службы прокатного оборудования и
    направляющих;
  • снижение потребности в техобслуживании, запчастях и расходных материалах.

Преимущества технологии бесконечной прокатки на бунтовых линиях и прокатки полосы в рулоны те же, что и на прутковых линиях, плюс:

  • возможность намотки бунтов большего веса или на заказ;
  • производство рулонов большего размера без необходимости внесения дорогостоящих модификаций в другое оборудование.

Рассмотрим возможности применения бесконечной прокатки на станах различного типа.

Бесконечная прокатка на станах холодной прокатки

На станах холодной прокатки прокатывают полосу в рулонах, которые поступают с ШСГП. Перед прокаткой полосу подвергают травлению, чтобы удалить с нее окалину, после чего производится прокатка в реверсивном одноклетьевом или непрерывном стане, в составе которого имеется 3…6 клетей. Применение технологии бесконечной прокатки возможно только на непрерывных станах.

Производительность такого стана бесконечной прокатки выше, чем на обычном (порулонной прокатки), благодаря отсутствию проблем, связанных с прокаткой концов полос и потерь времени на их заправку. Кроме того, значительно снижается вероятность повреждения валков, за счет исключения удара переднего конца полосы об валки.

Схема стана бесконечной прокатки 1420
Рис. 117. Схема стана бесконечной прокатки 1420: 1— разматыватели; 2— петлевое устройство; 3 — ножницы; 4— сварочная машина; 5— рабочие клети; 6 — летучие ножницы; 7— моталки.

Приведем схему стана 1420 бесконечной прокатки на одном из заводов Японии (рис. 117). Головная часть этого стана — традиционный набор машин и механизмов, входящий в состав непрерывного агрегата: разматыватель, правильная машина, ножницы для выравнивания концов, сварочный агрегат с гратоснимателем и петлевое устройство.

Технологический процесс производится по следующей схеме. Горячекатаные травленые рулоны мостовым краном от выходной части непрерывного травильного агрегата перевозятся к разматывателям прокатного стана.

После установки рулона на барабан разматывателя производится отгибание, центрирование и заправка переднего конца полосы в правильную машину. Задачу рулона в один из разматывателей и подготовку переднего конца полосы производят во время размотки полосы с другого разматывателя.

После обрезки конца предыдущего рулона и начала последующего производится их сварка на стыкосварочной машине. Обязательным условием является равная толщина концов рулонов, которая контролируется специальным устройством.

Стыкосварочная машина стана холодной прокатки
Рис. 118. Стыкосварочная машина стана холодной прокатки

Стыкосварочная машина (рис. 118) предназначена для сварки встык оплавлением концов смежных полос без предварительного подогрева и обеспечения процесса непрерывной прокатки.

Режим сварки (настройка машины) определяются ЭВМ. Для идентификации швов пробиваются отверстия диаметром 20 мм по центру полосы. После сварки полоса разгоняется до 750 м/мин и подается в петлевой накопитель, необходимый для обеспечения непрерывности процесса прокатки во время сварки концов полос. Петлевой накопитель содержит тянущие станции и систему натяжных механизмов, центрирующих и поддерживающих роликов для накопления около 800 метров полосы (рис. 119).

Петлевой накопитель
Рис. 119. Петлевой накопитель

Пока идет сварка концов рулонов, расходуется полоса из накопителя, после сварки запасы полосы в накопителе восполняются за счет более высокой скорости размотки рулона.

За накопителем имеются натяжные ролики, которые создают заднее натяжение. Перед первой клетью также установлено оборудование, необходимое при переводе стана в режим порулонной прокатки металла.

Таким образом, прокатка полосы в рабочих клетях осуществляется непрерывно. На стане бесконечной прокатки заправочная скорость необходима только один раз, в остальное время прокатка ведется с постоянной рабочей скоростью. Однако при прокатке швов приходится уменьшать скорость во избежание обрывов. Таким образом, только швы вносят возмущения в стабильность процесса.

Бесконечная прокатка на непрерывных широкополосных станах

Первым промышленным станом, на котором внедрена бесконечная прокатка в группе чистовых клетей, является ШСГП № 3 на заводе фирмы Kawasaki Steel в Тибе. Стан производительностью 5,4 млн. т/год был введен в эксплуатацию в мае 1995 г. Минимальная толщина полосы, которая прокатывается на стане — 0,8 мм из углеродистых сталей и 1,5 мм — из коррозионно-стойкой стали, максимальная ширина — 1900 мм. Схема расположения оборудования стана приведена на рис. 120.

Расположение оборудования стана бесконечной прокатки полос фирмы Kawasaki Steel
Рис. 120. Расположение оборудования стана бесконечной прокатки полос фирмы Kawasaki Steel: 1 — нагревательные печи; 2- группа черновых клетей; 3 — промежуточный накопитель Coilbox; 4 — сварочная установка; 5 — группа чистовых клетей; 6- участок охлаждения на выходе; 7 — моталки

Стан расположен рядом со сталеплавильным цехом с целью обеспечения прямой прокатки горячих слябов, поступающих с МНЛЗ. В черновой группе клетей прокатывается подкат толщиной 30…60 мм, а затем сматывается в рулон на ППУ, которое играет роль буферного устройства.

ППУ имеет три рабочих режима: смотка, хранение и размотка. После начала размотки рулона, хранящегося в ППУ, производится обрезка переднего конца летучими ножницами, а затем сварка с задним концом предыдущего рулона в сварочной машине, после чего раскат поступает в чистовую группу клетей, которая работает уже в бесконечном режиме.

Сварочная машина индукционного типа сваривает раскат в движении, поэтому накопитель полосы на стане не требуется. Между летучими ножницами и сварочной машиной установлены экраны для предотвращения потерь тепла полосой.

Каждая из семи клетей чистовой группы оснащена попарно-скрещенными валками для регулирования профиля и формы полосы, причем положение валков можно регулировать в ходе прокатки на клетях № 5-7. Помимо этого, все клети оснащены гидравлическими нажимными устройствами.

Линия чистовых клетей оснащена толщиномерами, устройствами для измерения ширины и профилометрами, расположенными между всеми клетями, а также устройством динамического управления гидравлическим нажимным механизмом, устройством противоизгиба рабочих валков и рабочими валками с регулируемым углом скрещивания. Точность ширины полосы повышается благодаря применению большого межклетевого натяжения, точно регулируемого с помощью электроприводов с малым временем срабатывания.

Бесконечная прокатка на сортовых станах

Одним из вариантов реализации технологии бесконечной прокатки на сортовом стане стала разработанная компанией Siemens VAI технология ERT (Endless Rolling Technology). По этой технологии заготовки свариваются между собой перед входом в первую прокатную клеть, что обеспечивает повышение выхода годного и рост производительности стана.

Технология бесконечной прокатки следующая. Квадратные заготовки, после нагрева в печи подаются к сварочной машине (рис. 121), которая сваривает концы заготовок, двигаясь в потоке стана синхронно с заготовками, что обеспечивает отсутствие пауз в работе прокатного стана для сварки.

Сварочная машина на сортовом стане
Рис. 121. Сварочная машина на сортовом стане

Сварочная машина использует технологию стыковой сварки оплавлением, потребляет низковольтное напряжение при большой силе тока и не требует никаких присадок.

После захвата обеих заготовок головная часть последующей совмещается с концом предыдущей, в то время как система автоматизации контролирует соответствующую величину зазора между ними и точность совмещения в ходе сварки. После позиционирования заготовок происходит зачистка их торцов, после чего свариваемые концы нагреваются с помощью электроэнергии до температуры плавления.

Нагрев происходит очень интенсивно и быстро, что приводит к выдавливанию расплавленного металла из зоны шва. После оплавления к обоим концам заготовок прикладывается усилие, которое обеспечивает сваривание заготовок между собой и выталкивает остатки расплавленного металла из шва, что приводит к формированию облоя (грата) по линии сварки. Стыковая сварка оплавлением применяется также на необработанных и окисленных поверхностях, поскольку процесс высадки выталкивает все загрязнения в облой. Таким образом, сварочный шов состоит только из металла заготовок, что обеспечивает равномерный химический состав по длине готового проката.

После сварки, агрегат для снятия облоя удаляет его в горизонтальной и вертикальной плоскости, а также зачищает углы сварного шва. Срезка облоя осуществляется вращающимися дисковыми пилами. Стадии процесса сварки показаны на рис. 122.

Стадии процесса сварки по технологии ERT
Рис. 122. Стадии процесса сварки по технологии ERT

После выхода из сварочной машины заготовка прокатывается на сортовом прокатном стане уже в бесконечном режиме.

Технологии непрерывной сварки и бесконечной прокатки заготовки, предложенная фирмой Siemens VAI позволяет:

  • достичь более стабильной и надежной эксплуатации стана при неизменно высокой скорости его работы;
  • уменьшить количество забурений;
  • значительно увеличить выход годного металла за счет исключения процедуры отрезания головной и хвостовой частей раската;
  • снизить удельный расход электроэнергии;
  • привести к увеличению производительности до 10%;
  • обеспечить экономия затрат на сумму порядка нескольких евро на тонну готовой продукции.

Источник: Скляр В. О. Инновационные и ресурсосберегающие технологии в металлургии. Учебное пособие. – Донецк.: ДонНТУ, 2014. – 224 с.