Современное состояние толстолистового производства

     Наиболее  современным станом горячей прокатки толстого листа является стан 3600 на заводе "Азовсталь" (г. Мариуполь, Украина), построенный в 1973 г. и имеющий современное и по ряду позиций уникальное оборудование, которое обеспечивает высокое качество продукции, удовлетворяющее современным требованиям (рисунок 1).  
 

7 — транспортная  тележка; 2 — подъемно-опускающийся стол; 3 — печной рольганг; 4— весы; 5 — толкатель; 6— методические печи; 7— вертикальная клеть; 8— черновая клеть кварто; 9 — чистовая клеть кварто; 10, 24, 25— ножницы; 77 — закалочная машина; 12— роликовая правильная машина; 13 — дисковый холодильник; 14, 19— правильные машины; 75 — охлаждающее устройство; 16, 18, 30, 32— шлепперы; 77— нормализациейные печи; 20 — основной рольганг; 21— карманы; 22— инспекционный стеллаж № 1; 23— дефектоскоп; 26— инспекционный стеллаж №2; 27, 28— разметочная и раскройная машины; 29— маркировочные машины; 31— термические печи; 33, 43— закалочные ванны; 34— нагревательные колодцы; 35— весы; 36— штабелирующий стол; 37— передаточная тележка; 38— машина огневой резки; 39— установка для зачистки поверхности; 40— садочные печи для термообработки; 41— печь для нагрева под закалку; 42— роликозакалочная машина; 44— закалочная печь; 45— печь для отпуска; 46— карман

для готовой продукции; 47— ножницы с "гусиным полем"; 48— карман

Рисунок 1 — Схема расположения оборудования стана 3600  
завода "Азовсталь" 
 

     Стан  производит из углеродистых, конструкционных  и легированных марок стали листы толщиной от 5 до 50 мм и плиты до 200 мм, шириной 2000—3200 мм и длиной до 28 м. Прокатку ведут из катаных слябов толщиной 130-250 мм, шириной 1100—1900 мм и массой от 2,2 до 16,0 т, которые получают на слябингах заводов им. Ильича (Мариуполь) и "Запорож-сталь" (Запорожье). Основную часть заготовки составляют литые слябы, получаемые на УНРС конвертерного цеха Азовстали. На стане предусмотрена также прокатка слитков весом от 10 до 30 т, размерами 450-940×1300-2000×2400-3000 мм. Для нагрева слитков на стане имеются нагревательные колодцы 34, а для нагрева слябов – четыре методические печи 6, оборудованные автоматическими весами 4, показания которых сразу попадают в сетевую автоматизированную систему слежения и учета металла по всей технологической линии. Слябы со склада транспортируют тележкой 1 к стану и подъемно-опускающимся столом 2 загружают на печной рольганг 3, а затем толкателями 5 – в методические печи. При перемещении толкателя на один шаг одна нагретая до температуры 1180-1280°С заготовка выпадает на транспортный рольганг. Нагретые в колодцах слитки краном передаются на стационарный опрокидыватель 35, который укладывает слиток на рольганг, ведущий к линии стана.

     В деформационной части стана имеется  типовой набор оборудования – вертикальная клеть дуо 7, черновая 8 и чистовая 9 клети кварто (без вертикальных валков), за каждой установлены гидросбивы. Одной из особенностей стана является установка поворотных рольгангов не только у черновой, но и перед и за вертикальной клетью. Это позволяет применять технологические схемы прокатки, не используемые ранее, и активно управлять формой раската. Набор оборудования стана очень многообразен и позволяет получать лист повышенной точности, с заданной структурой металла и высоким уровнем механических свойств. Предусмотрено несколько технологических потоков металла.

     Технологический поток для отделки плит включает в себя следующие технологические операции. Прокатанные в черновой клети кварто плиты и толстые листы передаточной тележкой 37 одному или в виде штабеля, получаемого на штабелирующем столе 36, направляются в пролет замедленного охлаждения. Здесь они могут термически обрабатываться в садочных печах 40. Печи снабжены закалочными ваннами для закалки листа. Готовые листы, не требующие закалки, подвергаются огневой резке 38 и зачистке 39, затем направляются на участок осмотра, контроля и отделки. Толстые плиты правятся на прессе. Переносными ультразвуковыми датчиками проверяется качество поверхности, а при необходимости выявляются внутренние дефекты листов.

     Более тонкие листы (до 50 мм) прокатываются в чистовой клети кварто 9. Далее они могут быть подвергнуты закалке на роликозакалочной машине (в ванне с водой) 11, которая в случае ненадобности утапливается под рольганг. После прокатки лист может пройти по одному из четырех технологических потоков:

     1) неровные листы подвергаются  горячей правке при температуре  около 500°С на роликовой правильной машине 12 и по рольгангу направляются на дальнейшую отделку;

     2) листы толщиной 20-50 мм частично охлаждаются на дисковом холодильнике 13 и правятся в горячем состоянии на правильной машине 14, затем на холодильнике охлаждаются до температуры 100-200°С и с помощью охлаждающего устройства 15 – до комнатной температуры;

     3) листы толщиной 5-20 мм по шлепперу  16 поступают в нормализационные печи 17, затем по шлепперу 18 подаются к правильной машине 19 и после охлаждения на холодильнике 13 выходят на основной рольганг 20 линии стана;

     4) закаленные на роликовой закалочной  машине 11 листы по шлепперу 16 поступают в карманы 21 и далее тележкой передаются в пролет отделки.

     По  первым трем технологическим потокам  установлены инспекционные стеллажи 22 для визуального контроля поверхности листа, которые оборудованы поворотным устройством для переворачивания листа с нижней плоскости на верхнюю. Для автоматического контроля имеются дефектоскопы 23, работающие на использовании феррозондных датчиков, расположенных по всей ширине листа. Они чертят диаграмму дефектов по одной, а после переворота — и по второй поверхности листа с указанием глубины залегания дефекта. Эти дефектограммы затем используются при зачистке дефектов на инспекционном столе 26. Имеется дополнительная возможность проконтролировать поверхность металла уже на выходе вне линии стана с помощью дополнительных ручных дефектоскопов. Наиболее ответственные заказчики получают дефектограмму как паспорт листа вместе с другой выходной документацией. На стане имеется автоматизированное устройство 27 и 28 для разметки и раскроя листа. Координатная система устройства получает информацию от ЭВМ, находящейся в системе слежения за металлом и содержащей сведения о выполняемых заказах. По разметке лист разрезается на карточки на ножницах 24 (листы толщиной 5-20 мм) и 25 (листы толщиной 20-50 мм), осуществляющих также обрезку кромок. Ножницы 24, 25 и 10 предназначены также для отбора проб, из которых в лаборатории изготавливают образцы для исследования структуры и механических свойств, а также контроля химического состава металла. После порезки карточки в потоке маркируются на маркировочных машинах 29. В технологическом потоке имеется несколько правильных машин и ножниц различного назначения. Вне потока расположено также много уникального оборудования, такого как пресса для правки, установки газовой резки, и другие станки для зачистки и ремонта поверхности металла. По ходу технологического потока предусмотрен отжиг металла в термической печи 31, закалка с нагревом в печи 41 и охлаждением в роликозакалочной машине 42, отпуск в печах, режимное охлаждение на установке ускоренного охлаждения с целью получения определенной структуры металла. Как видно, стан имеет полный набор термических средств для получения высококачественного листа по механическим свойствам и структуре металла.

     Стан 3600 имеет еще ряд преимуществ. Он оборудован месдозами для автоматического измерения усилия прокатки, автоматическими измерителями ширины и толщины проката. Уникальный привод валков стана позволяет передавать момент в 255 тм на 1 м длины бочки валков, что в 1,5 раза больше, чем на подобных зарубежных станах. Жесткие клети позволяют прокатывать лист толщиной выше 5 мм с более жестким допуском +0,25...-0,4 мм, чем на других станах подобного типа. На стане установлено три управляющие счетно-решающие машины, из которых одна управляет технологией нагрева металла под прокатку, вторая — технологией прокатки на стане и третья — режимами термообработки в термических печах. Кроме того, имеется АСУП (автоматизированная система управления производством), осуществляющая слежение за ходом выполнения заказов и планирующая производство на месяц, сутки и смену, а также автоматизированная система слежения за металлом в процессе прокатки. Подобный стан 3600 спроектирован (но не построен) для Западно-Сибирского металлургического комбината.

     Как видно, стан дорогой, сложный в управлении, но по техническим характеристикам находится на уровне современных зарубежных станов и по многим параметрам превосходит их.

     Следующим этапом в развитии толстолистового  производства в России должен был  стать стан 5000 Ижорского завода, позволяющий производить листы  шириной от 2500 до 4600 мм, толщиной от 10 до 450 мм из самых разнообразных марок стали, включая новые сложные марки, используемые в атомном машиностроении, а также титановые сплавы, применяемые в судостроении и химическом машиностроении. Предусмотрено производство биметаллических крупных листов из конструкционных марок стали с плакирующим слоем толщиной 5-7 мм из нержавеющих, кислотостойких и специальных сталей и сплавов титана. Биметаллические листы применяются для изготовления емкостей, корпусов, труб, работающих в сильноагрессивных средах (например, в целлюлозно-бумажной промышленности). Морская вода также является агрессивной средой. Оборудование стана должно было производить продукцию по восьми технологическим потокам, включающим в себя различные режимы деформации металла, огневую зачистку черновых раскатов, закалку и ускоренное охлаждение с прокатного нагрева, горячую и холодную правку и резку, термообработку по разным режимам, зачистку и разветвленный контроль качества металла. В проекте предусмотрена также анти-флокенная обработка металла в отапливаемых печах и ямах.

     Рассмотрим  схему расположения оборудования стана 5000 по первоначальному проекту (рисунок 2).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 — загрузочный стол; 2 — методические печи с шагающими балками (сейчас строится с выкатными тележками 43); 3 — нагревательные колодцы; 4 — нагревательные камерные печи с выкатным подом; 5— электрические вакуумные печи; 6 — вакуумные индукционные печи; 7— горизонтальная клеть дуо; 8— вертикальная клеть; 9 — машина огневой зачистки; 10 — рабочая клеть кварто; 11— установка регламентированного охлаждения; 12 — установка термоупрочнения листов; 13— клеймитель; 14— маркировщик листов; 75— тележка; 16— листоправильная машина ЛПМ № 2; 17— сдвоенные кромкообрезные ножницы (СКОН) № 1; 18— ЛПМ № 3; 19— ЛПМ № 4; 20— установка ультразвукового контроля; 21 — установка контроля механических свойств; 22— инспекционный стол; 23— электрическая печь; 24— установка ускоренного охлаждения; 25— холодильник; 26— СКОН № 2; 27— ножницы продольной резки; 28— листоукладчик; 29— машина выборочной зачистки листов; 30— установка дробеметной зачистки; 31— закалочные печи № 1-2; 32— холодильник; 33— отпускные печи № 3-6; 34— неотапливаемые колодцы; 35— термические печи с выкатным подом; 36— машина огневой резки плит; 37 — две установки газовой резки листов; 38— кантователь; 39— машина для зачистки листов и плит; 40— термические печи с выкатным подом; 41 — установка для мойки и сушки слябов слитков; 42— водяной закалочный механизированный бак

Рисунок 2 — Схема расположения оборудования стана 5000

(по проекту  на полное развитие стана) 
 

     Для нагрева исходной заготовки проектом предусмотрено пять типов печей: методические печи с шагающими балками для слябов, колодцы для слитков и брамов (кованых слябов из крупных слитков после отделения головной и донной частей), камерные печи для тяжелых слитков и брамов, электрические печи для легированных марок стали и индукционные вакуумные печи для титановых слитков и спецсплавов. После нагрева заготовка должна поступать в камеру гидросбива окалины и затем на прокатку. Горизонтальная клеть дуо 7 по проекту имеет размеры бочки валков 0 1600x4000 мм, вертикальная клеть 8— 0 1000x1100 мм и горизонтальная клеть кварто 10—0 2360x4800 мм. Между вертикальной и клетью кварто установлена машина огневой зачистки (МОЗ) 9 и кантователь, которые используются в случае необходимости. На рольганге перед клетью кварто предусмотрена возможность покачивания раската для подстуживания перед чистовыми проходами и реализации режимов контролируемой прокатки.

     После прокатки в клети кварто раскат должен был проходить по одному из трех потоков:

     1) на установку для закалки с  прокатного нагрева 12 (для проката  толщиной 10—160 мм), откуда прокат толщиной 10—50 мм поступает на рольганг к листоправильным машинам 18 и 19 и далее — по технологической линии (набор агрегатов на рис. 16.4 определяет последовательность технологических операций), а прокат толщиной 51-160мм— на тележку 75 для передачи на промежуточный склад плит;

     2) на тележку 75 для передачи на  резку и предварительную термообработку толстых листов и плит (толщиной 51—450 мм); весь прокат этой группы подвергается резке, зачистке, предварительной термообработке в здании цеха стана 5000 и окончательной термообработке в отдельном термическом цехе;

     3) листы толщиной 10—50 мм после холодильника 32 передаются на участок отделки  и термообработки; сюда же поступают  холодные раскаты после закалки в установке 12; на участке термообработки осуществляется закалка, отпуск, нормализация, аустенизация и другие операции. Прокат, нуждающийся в противофлокенной обработке, передается в печи или ямы замедленного охлаждения. В случае необходимости перед термическими печами прокат подвергается сплошной зачистке на дробеметной установке 30 или машинах абразивной зачистки 39. Листы, охлажденные на установке 72, после резки на ножницах 7<5шлеппером 26 подаются в отпускные печи 28 и затем на холодильники и холодную отделку.

     Особенностью  стана являлось также то, что он находился на Ижорском заводе, имеющем сталеплавильное оборудование для производства самых крупных в Европе слитков (до 325 т). Завод располагает самыми крупными в России ковочными прессами усилием 6000 и 12000 т, которые позволяют ковать слитки в брамы весом до 85 т, используемые в качестве заготовки для прокатки крупных листов и плит на стане 5000. В этом состояла уникальность стана.

     Однако  стан получился очень дорогим. Те задачи, которые он должен был решать для нужд атомного и химического  машиностроения, сейчас не столь актуальны. В судостроении и других отраслях машиностроения производство резко сократилось. Многие толстолистовые станы, включая стан 3600, оказались за границей. В настоящее время стан 5000 входит в состав череповецкого завода "Северсталь" (цех ЛПЦ-3) и ориентируется на прокатку широких листов в качестве заготовки для сварных труб большого диаметра из рядовых и низколегированных марок стали и, возможно, из биметалла. В качестве заготовки намечено использовать не только слябы производства ОАО "Северсталь" (шириной до 1500 мм и толщиной до 250 мм), но и более крупные слябы Нижнетагильского комбината (шириной до 2700 мм и толщиной до 320 мм). Производительность стана увеличивается до 800 тыс. т, а в перспективе — до 1 млн. т. Достраиваются правильные машины для горячей правки листа, установки для контроля качества, термические средства, предназначенные для обработки трубных сталей и штрипса (заготовки) для труб большого диаметра. Рядом со станом 5000 строится новый трубный цех.

     Рассмотрим  схему расположения оборудования стана 5000 на настоящее время (рисунок 3).  

1 — печи с выкатным подом; 2— загрузочная тележка и загрузочный стол; 3 — весы; 4 — толкатель; 5— нагревательная методическая печь с проходными тележками; 6 — устройство выдачи слябов; 7— рольганг; 8 — манипулятор перед клетью дуо; 9— камера гидросбива окалины; 10 — манипулятор за клетью дуо; 11 — рольганг с кантователем; 12— раскатной рольганг; 13— манипулятор; 14— устройство сканирования формы раската; 15— клеть кварто; 16— толщиномер; 17— установка контролируемого охлаждения (УКО); 18— установка термоупрочнения; 19— клеймитель; 20— сталкиватель плит; 21 — передаточная тележка для плит; 22— листоправильная машина (ЛПМ № 1); 23— установка ультразвуковая (УЗК) "Север-6-5000"; 24— шлеппер-холодильник; 25— стеллаж инспекторский: 26— кантователь; 27— маркировщик; 28— рольганг перед СКОН; 29— сдвоенные кромкообрезные ножницы СКОН; 30— ножницы поперечной резки; 31 — клеймитель и маркировщик; 32— машина сплошной зачистки; 33— термическая печь с выкатным подом; 34— стенд термической резки; 35— кантователь листов и плит; 36— машина листоправильная 7x500x3600; 37— установка ультразвуковая "Север-10-5000"; 38— участок ручного УЗК; 39— тележка;  
40— мостовой кран

Рисунок 3 — Схема расположения оборудования стана 5000  
на начало 2005 года 
 

     Пока  что отсутствует клеть дуо  и другие важные единицы оборудования. Сдвоенные кромкообрезные ножницы СКОН и правильная машина временно установлены в южном пролете, отчего поток готового проката выходит в тупиковую часть цеха, и нет места для складирования и отделки готового листа. В дальнейшем эти агрегаты и другое оборудование будут устанавливаться во вновь строящихся западных пролетах цеха.

     Задача  развития собственного производства толстого листа в России с каждым годом становится все острее. Возрождается судостроение, атомное машиностроение, трубная промышленность, тяжелое машиностроение — главные потребители толстого листа. В перспективе намечено строительство нового стана 5000 на Нижнетагильском металлургическом комбинате, есть намерение вернуться к проекту строительства стана 3600 на Западно-Сибирском металлургическом заводе. Реконструированы Орско-Халиловский стан 2800 и череповецкий стан 2800/1700. О последнем необходимо сказать отдельно. Этот стан, помимо типовой толстолистовой линии клетей стана 2800, содержит непрерывную группу клетей 1700, характерную для станов, производящих тонкий горячекатаный лист. Во время строительства предполагалось, что стан будет производить толстый и тонкий горячекатаный лист одновременно. Однако при массовом производстве листа такая идея оказалась неудачной, так как стан не мог развить нужную производительность по каждому из этих видов листа. Толстолистовой и тонколистовой станы, как сиамские близнецы, мешали друг другу развиваться. Были проекты реконструировать стан под какой-нибудь один вид листа, например толстый. Однако развал советской экономики неожиданно высветил преимущества такого стана. В условиях невысокой потребности в листе он вполне справляется с производством и того, и другого вида листа, а широта сортамента стала его преимуществом. После проведенной реконструкции стан производит высококачественные термообработанный толстый лист и тонкий лист, предназначенный в основном для последующей холодной прокатки.

     В зарубежных странах производство толстого листа стало развиваться сразу со строительства станов с повышенной длиной бочки валков и со средствами для формирования высокого качества продукции. Начиная с 1960-х годов наблюдается быстрый рост толстолистового производства в США, ФРГ, Японии, Франции, Англии и даже в таких странах, как Турция, Финляндия, Португалия и др. В основном строились станы с длиной бочки более 4000 мм. Только в Японии в 1966—1968 годы было построено сразу пять таких станов. Самые крупные из них — в г. Мицусима (стан 5500 фирмы "Кавасаки стил") и в г. Оита (стан 5500 фирмы "Ниппон стил") — позволяют производить листы и плиты толщиной 50—300 мм и шириной 3900—4400 мм из слябов массой 50-80 т. В 1970-е годы в Японии построено еще несколько самых современных станов, насыщенных автоматизированными системами управления технологией и производством. Последние толстолистовые станы отличаются высокой жесткостью рабочих клетей и рассчитаны на усилия прокатки 5000—8000 тыс. т (ижорский стан 5000 проектировался на усилия до 9000 т, а стан 5590 в США позволяет развивать усилия до 16000 т). Для зарубежных станов, особенно японских, характерна высокая степень применения ЭВМ в управлении технологическим процессом и качеством листа, станы имеют широкие возможности по термической и термомеханической обработке листа, по отделке листа в потоке и контролю его качества.