Технология производства сортового проката на сортовых стана ОАО «ОЭМК»

Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК) введен в эксплуатацию в 1982 году, и по сей день является современным высокоавтоматизированным металлургическим предприятием, на котором, впервые в России, всю высококачественную электросталь выплавляют методом прямого восстановления железа из обогащённой руды (уникальная для России технология «бескоксовой» или бездоменной металлургии).

На ОЭМК освоено производство более чем 200 марок специальных и легированных сталей и профилей для производства сортового проката, обладающего особыми потребительскими свойствами и пользующегося высоким спросом на внешнем и внутреннем рынках сбыта металлопроката.

В 1987 году на комбинате был введён в эксплуатацию заготовочно-крупносортный стан 700 (Сортопрокатный цех №1). На первом этапе строительства стана было установлено технологическое оборудование для прокатки, отделки и отгрузки 1240 тысяч тонн готового проката: передельной (сортовой и трубной ) заготовки квадратного и круглого поперечных сечений размером (70…180)мм, а также крупносортного проката тех же профилеразмеров.

На втором этапе строительства, для обеспечения исходной заготовкой мелкосортно – среднесортного стана 350 в объёме 1050 тысяч тонн в год, на стане 700 было установлено дополнительное технологическое оборудование для нагрева, порезки и передачи исходной заготовки (квадрат с размерами поперечного сечения 170х170мм и массой до 2.5 т.).

В 2002г на ОЭМК был введен в эксплуатацию мелкосортно – среднесортный стан 350 (Сортопрокатный цех №2) проектной мощностью 1000 тысяч тонн в год. Сортамент стана включает в себя круглые, квадратные, шестигранные и полосовые профили проката, поставляемого в прутках и бунтах. Размеры профилей по круглому сечению – 12…80мм. Освоено производство стержневой стали (прокат используется для армирования железобетонных строительных конструкций, зданий и сооружений). Прорабатываются вопросы технологии производства стальной катанки (горячекатаной проволоки диаметром до 5.5мм), а также среднесортных угловых профилей проката.

По всей вероятности, особенности рыночной экономики России, сложности финансового положения собственников предприятия, а также сложившаяся конъюнктура рынков сбыта готового проката, не позволят, в ближайшем будущем, развивать основные металлургические мощности комбината, тем более, приступить к строительству объектов листопрокатного производства, продукция которого имеет большую, чем сортовой прокат ОЭМК, потребительскую ценность.

В 2003году производство горячего проката цехами комбината составило: на стане 700 – 1927 тысяч тонн, а на стане 350 – 472 тысяч тонн. 43.8% суммы всей прибыли от продаж металлопродукции составили экспортные поставки.

На рисунке 1.1 представлена схема материальных потоков в эксплуатируемых на ОЭМК основных металлургических производств, по состоянию на начало 2004г.

Рисунок 3.1 Схема технологических потоков ОЭМК

В прокатных цехах ОЭМК установлено технологическое оборудование современных конструкций, а особенности технологии, механизация и автоматизация производства и технологических процессов создаёт необходимые условия для достижения высокого уровня производства проката, обеспечения его конкурентоспособности на рынках сбыта, повышения технико – экономических показателей, создания безопасности труда производственного персонала прокатных цехов и металлургического предприятия в целом.

Среди внедрённых в производство и эффективно используемых в прокатных цехах комбината прогрессивных технических и технологических решений, следует отметить подготовку исходной заготовки к горячей прокатке на станах, современные конструкции нагревательных и термических устройств, жёсткие конструкции рабочих клетей (бесстанинные, предварительно напряжённые клети НЗС-700, валковые подшипники жидкостного трения клетей стана 350), режимы деформационно-термического упрочнения проката в технологических потоках станов, механизированная подготовка к работе прокатных клетей, высотные склады проката, валков и привалковой арматуры, приборы неразрушающего контроля качества проката и металла, механизированные поточные линии для отделки проката, комплексная автоматизация технологических процессов и производства проката.

В методическом пособии, учитывая его узкую специфическую направленность, глубоко рассматриваются технологические вопросы, оказывающие непосредственное влияние на выполнение расчётов калибровки профилей проката сортамента станов ОЭМК, конструирование калибров прокатных валков, расчёта потребности в прокатных валках, обеспечения высокого уровня производства и требуемого качества готового проката.

Достаточно подробные сведения, касающиеся технологии оборудования для производства проката на станах ОЭМК изложены в [1], книги I и V, а также в технологических инструкциях станов комбината. Следует отметить, что методическое пособие следует рассматривать не как самостоятельную техническую (прикладную) дисциплину, а в тесной, творческой связи с такими основными дисциплинами, как «Технологические процессы пластической обработки специальных сталей и сплавов», «Теория процессов ОМД», «Калибровка валков», «Механическое оборудование прокатных цехов», «Специальные технологии ОМД» и другими основополагающими науками, изучаемыми студентами кафедры ТОММ СТИ МИСиС.

Схемы расположения технологического оборудования прокатных станов ОЭМК приведены на рисунках 3.2 и 3.3.

Интерес и техническую новизну представляют вопросы калибровки профилей проката и валков рабочих клетей 1000 и НЗС 700 (позиции 2, 4, 7 рисунка 1.2), рассматриваемые в соответствующих учебных дисциплинах, изучаемых на старших курсах.

Каждая группа состоит из четырех клетей с чередующимся расположением валков. Клети с четным номером имеют горизонтальное расположение валков и обозначаются номером с индексом «Г». Например, 2Г. Нечетные клети имеют вертикальное расположение

Рисунок 3.2 Схема стана 700:

1 – нагревательные печи; 2 – дуо реверсивная клеть 1000; 3 – ножницы; 4 – первая группа НЗС; 5 – передаточный шлеппер; 6 – ножницы; 7 – вторая группа НЗС; 8 – ножницы; 9 – пилы горячей резки.

валков и обозначаются номером с индексом «В». Такое чередование рабчих клетей исключает нежелательные «кантовки» раскатов на 90⁰ перед каждым проходом (продольное силовое скручивание горячих раскатов, ухудшающее качество проката). В главных линиях рабочих клетей НЗС 700 установлены комбинированные редукторы – шестерённые клети. Клеть 1000 (малый блюминг) имеет индивидуальный безредукторный электропривод. Характеристики рабочих клетей стана приводятся в [1], книга I, а также в приложении 1.

Стан 350 состоит из 34 рабочих клетей, расположенных на двух параллельных линиях прокатки (рисунок 3.3). На первой технологической линии стана расположены черновая группа

Рисунок 3.3. Технологическая схема участка стана 350:

1 – нагревательные печи; 2 – группа черновых клетей; 3 – печь-термостат; 4 – клети мелкосортной линии стана; 5 – холодильник; 6 – клети среднесортной линии стана; 7 – установки ускоренного охлаждения; 8 – термические печи; 9 – шагающий транспортер; 10 – крюковой конвейер.

клетей (2) и мелкосортные клети (4). На второй линии стана расположены среднесортные клети (6). Во всех линиях и

группах рабочих клетей стана чередуются двухвалковые клети (дуо) с горизонтальным и вертикальным расположением валков. Нечётные клети имеют горизонтальное расположение валков, обозначаются порядковым номером (в направлении прокатки металла на стане) и индексом «Г» (например, рабочая клеть 1Г). Чётные клети – с вертикальными валками (например, 18В). Такая компоновка рабочих клетей, также как и на стане 700, исключает нежелательные «кантовки» прокатываемых полос. Черновая группа стана состоит из 6 клетей с валками диаметром 680 мм и длиной бочки 1000 мм (характеристики рабочих клетей стана представлены в приложении 1).

Мелкосортная линия стана состоит из трех групп рабочих клетей и блока клетей для горячей калибровки проката в технологическом потоке стана (блок для повышения точности прокатки металла может вводиться в технологическую линию стана или выводиться из неё и заменяться секцией отводящего рольганга):

- первая промежуточная группа из 4 клетей с валками

530х800мм;

- вторая промежуточная группа из 8 клетей с валками

420х630мм;

- чистовая группа из 6 клетей с валками 380х630мм;

- калибрующий трехклетевой трехвалковый блок фирмы «Кокс»;

Среднесортная линия стана состоит из двух групп клетей:

- промежуточная группа из 4 клетей с валками 530х800мм;

- чистовая группа из 6 клетей (4 клети с валками 420х630мм, а 2 клети с валками 380x630мм).

В состав вспомогательного технологического оборудования стана входят две нагревательные печи (1) производительностью 120 тонн в час каждая, роликовая печь-термостат (3) и три поточные термические печи для отжига бунтов и среднесортного проката в окислительной атмосфере (8).

Максимальные скорости прокатки металла на стане – 18м/с в мелкосортной линии (круг диаметром 12мм); 8м/с – в среднесортной линии стана (круг диаметром 34мм). Скоростной режим прокатки металла на стане приводится в приложении 1.

Непрерывная прокатка металла во всех группах рабочих клетей технологических линий стана осуществляется в одну нитку с минимальным межклетевым натяжением в черновой и промежуточных группах клетей и с петлерегулированием в чистовой группе клетей мелкосортной линии стана.

Стан 350 снабжён устройствами для ускоренного и регулируемого охлаждения горячего проката в технологических линиях стана для термомеханического упрочнения готового проката (7).

Как упоминалось выше, исходная заготовка сечением (170х170)мм, длиной (9...11) метров, массой около 2.5 тонн прокатывается на заготовочно - крупносортном стане 700 Сортопрокатного цеха №1 комбината (на НЗС - 700) и передаточными шлепперами транспортируется на печной участок стана 350 (склад исходной заготовки).

Подготовленные к прокатке заготовки нагревают в двух печах с шагающим подом. Минимально допустимая температура начала прокатки металла в черновой группе - 900°С. Температура раската измеряется пирометрами установленными за 2-й и 6-й клетями, что создаёт «обратную связь» стана с печами для корректировки режима нагрева металла перед прокаткой, а также, при необходимости, корректировки темпа выдачи нагретых заготовок из печей.

Из последней черновой клети выходят раскаты с размерами поперечного сечения порядка 100х100мм (при прокатке полос прямоугольного профиля из клети 5Г выходит раскат с размерами сечения порядка 80х120мм, а клеть 6В не обжимает металл). Раскаты, прокатанные в черновой группе клетей с помощью «стрелки» распределяются по параллельно расположенным технологическим линиям стана.

Перед прокаткой в мелкосортной линии стана, раскат подогревается в роликовой проходной печи-термостате (3) до 900^ОС для выравнивания температуры раската по всей его длине (порядка 40м), что обеспечивает требуемую температуру конца прокатки металла на стане и формирование необходимых физико-механических свойств проката (в том числе микроструктуры стали).

Перед чистовой группой клетей мелкосортной линии стана установлены четыре секции устройства ускоренного охлаждения, обеспечивающих, при необходимости, режим термомеханического упрочнения или понижение температуры раскатов, чрезмерно разогретых энергией, выделяющейся при пластической деформации прокатываемого металла. Минимально допустимая температура раскатов перед их прокаткой в чистовых клетях мелкосортной линии стана - 800°С.

Для получения готовых профилей (круга и шестигранника) высокой точности, прокатку заканчивают в трёхклетевом калибрующем блоке фирмы «Кокс» (ФРГ), установленном за чистовой клетью 24В.

Готовый прокат, при необходимости, подвергают ускоренному охлаждению холодной водой под давлением 16МПа до температуры 750°С, которая обеспечивает термическое упрочнение и повышение механических свойств металла. При производстве проката, не требующего проведения термоупрочнения, секции охлаждающих труб заменяют секциями рольганга. Температура металла измеряется пирометрами до и после участка его ускоренного охлаждения.

Полосы горячего проката, после их порезки летучими ножницами на длины до 100м (по вместимости решеток холодильника стана (5)) поступают на холодильник, а горячие полосы без порезки летучими ножницами поступают на две моталки Гаррета.

При производстве среднесортного проката, раскат из черновой группы клетей «стрелкой» передаётся по транспортному желобу с трайбаппаратом в клеть 7Г среднесортной линии стана. Среднесортный прокат, при необходимости, за последней клетью 16В подвергается ускоренному охлаждению водой под давлением 16МПа.

Если количество пропусков (количество рабочих клетей стана), требуемых режимом деформации, меньше, чем установлено на стане, то часть рабочих клетей соответствующей технологической линии стана выводится из работы (убирается электромостовым краном или перевалочными тележками) со своих рабочих мест на линии прокатки металла, а вместо них устанавливаются так называемые проводки «холостого хода».

При составлении режима обжатий металла на стане (при расчёте калибровки профилеразмера проката) необходимо обеспечивать условия для получения готового проката из последней клети стана (например, для круглых профилей – из клети 24В мелкосортной линии и, соответственно, из клети 16В среднесортной линии), так как это улучшает технологические условия для контроля качества проката, для его горячей калибровки, термоупрочнения металла и точности раскроя полос летучими ножницами, установленными за последними (чистовыми) клетями линий стана.

Таблица 3.1 Калибры валков клетей стана 700 ОЭМК

* - профиль стандартных размеров;

- Ящ. – ящичный прямоугольный калибр;

- Гл.б. – гладкая бочка;

- Ов. – двухрадиусный овал;

- Р.кв. – ребровой квадрат;

- Кр. – круглый;

- Ромб – ромбический калибр.

Таблица 3.2. Калибры валков черновых клетей стана 350 ОЭМК

* - для прокатки полос всех размеров (клеть 6В не работает);

**- для прокатки всех профилей сортамента стана, кроме полос.

Таблица 3.3. Калибры валков клетей среднесортной линии стана 350 ОЭМК

* - эксплуатационная схема;

** - рекомендуемая схема;

*** - полоса 18х120 мм;

- Р.ящ. – ребровой ящичный калибр.

Системы калибров, эксплуатируемые в клетях мелкосортной линии стана 350 ОЭМК:

- при прокатке круглых профилей в клетях 7Г…10В применяется такая же система, как и в аналогичных клетях среднесортной линии стана; в остальных клетях не используется универсальная калибровка и по системе «овал-круг». Готовый прокат круглого сечения выходит только из последней (чистовой) клети; в клетях с горизонтальными валками эксплуатируются однорадиусные овальные калибры, а в клетях с вертикальными – двухрадиусные (ребровые) калибры;

- квадратные профили на стане не прокатывались, но схема их прокатки должна быть аналогичной рекомендуемой авторами методического пособия в таблице 3.3;

- при прокатке полос используются не все клети, а только часть; так при прокатке наиболее трудоемкого профиля 8х120 мм пропускаются три клети с вертикальными валками, а готовый прокат выходит из клети 23Г; формирование боковых кромок полос осуществляется в ребровых ящичных калибрах.

- при прокатке шестигранных профилей используется система «двухрадиусный овал – шестиугольник - шестигранник»; для получения более точных размеров и острых углов шестигранника рекомендуется в системе калибров дважды использовать предчистовой шестиугольный калибр ([3], страница 184).