Способ горячей прокатки полос

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, например, из трубных марок стали. Способ включает прокатку металла в черновой группе клетей стана горячей прокатки, удаление окалины чистовым гидросбивом с поверхности раската перед чистовой группой клетей стана, прокатку полос в чистовой непрерывной группе клетей с охлаждением в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулоны, при этом на промежуточном рольганге после черновой группы клетей до чистового гидросбива проводят предварительное дифференцированное по длине раската охлаждение его поверхности водно-воздушной смесью, причем со стороны верхней поверхности раската подают струи водно-воздушной смеси вдоль оси прокатки под углом 0-90 град от вертикальной оси одновременно в противоположных направлениях, а с нижней поверхности раската водно-воздушную смесь подают в плоскости, перпендикулярной направлению движения раската. Технический результат: обеспечение оптимальной микроструктуры горячекатаного проката и исключение дефекта «вкатанная» окалина путем управления охлаждением раската на промежуточном рольганге при максимальной производительности широкополосного стана горячей прокатки.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве широких горячекатаных полос, например, из трубных марок стали.

Известны способы горячей прокатки полос, включающие горячую прокатку полос в черновой и чистовой группах стана горячей прокатки с межклетевым охлаждением, а также охлаждением полос водой на отводящем рольганге с последующей их смоткой в рулон (см., например, Технология прокатного производства. В 2-х книгах. Кн.2. Справочник: Беняковский М.А., Богоявленский К.Н., Виткин А.И. и др. М.: Металлургия, 1991. - 423 С., Пат. РФ №2037536, БИ №17, 1995 г.).

Недостатками известных способов является сложность обеспечения заданного уровня физико-механических свойств горячекатаных полос при горячей прокатке с максимальной производительностью на широкополосном стане.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту по совокупности признаков является способ производства рулонов горячекатаной трубной стали, включающий нагрев сляба, его прокатку в черновой и чистовой группах клетей с охлаждением полосы водой на отводящем рольганге и смотку полосы в рулон. При этом на отводящем рольганге применяют дифференцированное охлаждение поверхности полосы. Температуру полосы перед смоткой устанавливают в интервале 500-700°С (см. Патент РФ №2186641, БИ №22, 2002 г.).

Недостаток известного способа заключается в отсутствии возможности управления температурой раската перед чистовой прокаткой и, как следствие, снижение качества горячекатаной полосы. Это связано со сложностью обеспечения требуемого уровня физико-механических свойств в прокате, обусловленного условиями формирования микроструктуры. Кроме того, возникающая нестабильность процесса горячей прокатки из-за возможного появления дефекта «вкатанная» окалина, а также из-за значительного перепада температуры по сечению раската, особенно при производстве толстых широких полос, приводит к существенному снижению производительности широкополосных станов горячей прокатки.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является обеспечение оптимальной микроструктуры горячекатаного проката и исключения дефекта «вкатанная» окалина путем управления охлаждением раската на промежуточном рольганге при максимальной производительности широкополосного стана горячей прокатки.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе горячей прокатки полос, включающем прокатку металла в черновой группе клетей стана горячей прокатки, удаление окалины гидросбивом с поверхности раската перед чистовой группой клетей стана, прокатку полос в чистовой непрерывной группе клетей с охлаждением в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулоны, согласно изобретению, на промежуточном рольганге после черновой группы клетей до чистового гидросбива проводят предварительное дифференцированное по длине раската охлаждение его поверхности водно-воздушной смесью, причем со стороны верхней поверхности раската подают струи водно-воздушной смеси вдоль оси прокатки на угол 0-90 град от вертикальной оси одновременно в противоположных направлениях, а с нижней поверхности раската водно-воздушную смесь подают в плоскости, перпендикулярной направлению движения раската.

Известен принцип принудительного подстуживания поверхности заготовок перед чистовой прокаткой (см., например, а.с. СССР №755339). Как правило, предварительное подстуживание горячей заготовки перед прокаткой проводят для облегчения механического удаления окалины при помощи окалиноломателя и гидросбива. Однако традиционно подстуживание проводят либо принудительным воздействием на заготовку воздушных потоков, либо ее естественным остыванием на воздухе. В обоих случаях значительно снижается производительность процесса горячей прокатки.

Отличительный признак, характеризующий предварительное дифференцированное охлаждение раската по его длине на промежуточном рольганге после черновой группы клетей до чистового гидросбива водно-воздушной смесью, в известных технических решениях не обнаружен.

В заявляемом способе указанный признак выбран исходя из следующего.

Основным показателем качества полос из углеродистых сталей, особенно микролегированных (к которым можно отнести и трубные марки стали), являются механические, в частности, прочностные (предел текучести σ_т) и вязкие (KCU, DWTT) свойства. Полосы имеют феррито-перлитную структуру. Размеры, форма и количество зерен феррита оказывают большое влияние на эти показатели. Мелкозернистая структура феррита обеспечивает требуемый уровень σ_т и KCU. Одним из главных условий получения мелкозернистой структуры феррита является наличие мелкозернистой структуры аустенита. Мелкозернистая структура аустенита может быть получена при определенных степенях и скоростях деформаций и температурах прокатываемого металла. Особенно важно соблюдение этих условий в конце горячей прокатки полос толщиной <25 мм (см. Регламентированная горячая прокатка полос на непрерывных станах. Tomczykiewicz Jan, Wegrzyn Aleksander. Regulowane walcowanie blach w garacej walcowni ciaglej. «Prz. now. hutn. ze-laza», 1976, 4, №2, 63-67). Известно, что в полосах из углеродистых сталей интенсивная рекристаллизация начинается при температурах около 800°С. Микродобавки (например, V, Al и Ti) практически не влияют на температуру рекристаллизации, а только несколько сдерживают рост зерен после рекристаллизации. Nb заметно задерживает начало рекристаллизации и рост зерен после ее окончания. Следовательно, оптимальной, с точки зрения формирования требуемой микроструктуры можно считать температуру 800-850°С. Именно в таком диапазоне, как правило, поддерживают конец прокатки в чистовой группе клетей.

Таким образом, для получения требуемых механических свойств в оптимальном интервале температур конца прокатки (700-850°С) необходимо раскат задавать в чистовую группу клетей при температуре не более 950°С. Кроме того, при производстве, например, толстых полос (толщиной более 16-20 мм) существенной проблемой является равность температуры по всему объему раската. Так, например, в толстом раскате (h=40-50 мм) при температуре поверхности 900°С внутренние слои без проведения предварительного подстуживания на промежуточном рольганге перед входом в чистовой гидросбив и далее в чистовую группу клетей могут иметь температуру 980-1050°С, что, во-первых, не обеспечит требуемых механических свойств готовой полосы, а, во-вторых, приведет к ухудшению качества проката (значительный разброс механических свойств и геометрических параметров полосы).

С другой стороны, конструктивные особенности современных традиционных (неспециализированных) широкополосных станов горячей прокатки не позволяют прокатывать металл в черновой группе при пониженных (900°С) температурах, а следовательно, существенно снижается производительность стана горячей прокатки, особенно при производстве толстых полос (толщиной более 16 мм). Все это связано с отсутствием возможности эффективного управления охлаждением раската на промежуточном рольганге. Применение дифференцированного охлаждения раската на участке между черновой группой клетей и чистовым гидросбивом, как правило, расположенным непосредственно перед чистовой группой клетей, позволяет в широком диапазоне регулировать температуру раската перед чистовой прокаткой. При этом обеспечивается выравнивание температуры раската, как на поверхности, так и в его центральных частях. Следовательно, обеспечивается оптимальная температура задачи раската в чистовую группу, что способствует повышению производительности стана. Кроме того, повышается качество проката, особенно при производстве толстых полос, так как улучшаются условия формирования мелкозернистого феррита. При прокатке, например, трубных марок сталей в этом случае формируется мелкозернистый феррит с упрочняющей равномерно распределенной мелкодисперсной карбонитридной фазой.

Следует также подчеркнуть, что в заявляемом техническом решении изменяется состав окалины на поверхности раската. Так как вводится дополнительное дифференцируемое окисление поверхности, то происходит ускоренное образование слоя гомогенной окалины, равномерной по толщине. Это способствует улучшению условий удаления ее с поверхности раската последующим чистовым гидросбивом, а следовательно, повышает качество проката, снижая дефект «вкатанная» окалина.

Отличительный признак, характеризующий охлаждение раската водно-воздушной смесью, известен (см., например, пат. Японии №53-2615, а.с. СССР №997888.). Как и в известных, так и в заявляемом техническом решении отличительный признак служит для повышения интенсивности охлаждения поверхности раската. Однако указанный принцип охлаждения не используется в известных технических решениях на промежуточном рольганге.

Осуществление отклонения струй охладителя на определенный угол от вертикальной оси в различных направлениях известен (см., например, в системах гидросбива - а.с. СССР №1201011, отклонение через промежуточную среду (ролик) - а.с. СССР №624675). Однако в известных технических решениях отклонение струй производят на незначительный угол (до 45°). Это связано со сложностью полного удаления окалины гидросбивом, либо с конструктивными сложностями станов горячей прокатки, так как основное охлаждение производят в межклетевых промежутках. При этом увеличение угла отклонения струй охладителя приводит к снижению эффективности процесса охлаждения. В заявляемом техническом решении выбранный диапазон углов подачи (0-90°) одновременно в противоположных направлениях со стороны верхней поверхности раската позволяет в широких пределах регулировать подачу охладителя на поверхность раската в зависимости от требуемой температуры начала чистовой прокатки на различную длину. Так как обеспечивается возможность отклонения струй фактически на угол 180°, то появляются условия управления температурой поверхности всего раската, находящегося на промежуточном рольганге между черновой группой клетей и чистовым гидросбивом. Границы углов определяются соображениями эффективности процесса охлаждения. Угол более 90° можно считать неэффективным, так как в этом случае повышается расход водно-воздушной смеси при равном КПД процесса охлаждения.

Отличительный признак, характеризующий подачу водно-воздушной смеси с нижней поверхности раската в плоскости, перпендикулярной направлению движения раската, известен (см., например, а.с. СССР №982838). Однако в известном изобретении такое решение служит для повышения эффективности взрыхления печной окалины и последующего смыва ее с поверхности. В заявляемом решении признак служит для возможности реализации процесса дифференцируемого охлаждения нижней поверхности раската. Так как раскат движется по охлаждаемым роликам промежуточного рольганга, то его нижняя поверхность, как правило, и так частично охлаждается. Для повышения эффективности охлаждения нижней поверхности раската необходимо дополнительно вводить определенное количество охладителя. При этом следует учесть, что при движении раската с нижней его поверхности за счет трения о ролики происходит интенсивное осыпание окалины. Поэтому в заявляемом техническом решении выбран принцип подачи водно-воздушной смеси в плоскости, перпендикулярной направлению движения раската.

Указанная совокупность признаков в известных технических решениях не обнаружена.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ горячей прокатки полос не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа

На широкополосном стане 2500 горячей прокатки ОАО «ММК» прокатывают полосу из стали марки 10Г2ФБ размером 20×2300 мм.

Сляб, нагретый до требуемой температуры 1220°С, поступает на стан горячей прокатки, имеющий в своем составе черновую группу клетей, промежуточный рольганг, чистовой гидросбив, чистовую непрерывную группу клетей с устройствами межклетевого охлаждения, а также отводящий рольганг с охлаждающими секциями и группу моталок. После прокатки в черновой группе клетей широкополосного стана, раскат толщиной 70 мм, имеющий температуру 1100-1150°С, поступает на промежуточный рольганг. На промежуточном рольганге осуществляют дифференцированное охлаждение поверхности раската водно-воздушной смесью. При этом по длине раската производят подачу охладителя со стороны его верхней поверхности на угол 0-90° от вертикальной оси одновременно в противоположных направлениях вдоль оси прокатки, что обеспечивает равномерное охлаждение поверхности раската на всем протяжении от черновой группы клетей до чистового гидросбива. С нижней стороны раската водно-воздушную смесь подают в плоскости, перпендикулярной направлению движения раската. Это позволяет поддерживать перед входом в чистовой окалиноломатель температуру раската по всему его объему в диапазоне 870-890°С. Далее раскат направляется в чистовой гидросбив, после чего полоса прокатывается в чистовой непрерывной группе клетей. При этом температура конца прокатки поддерживается в диапазоне 760-800°С. Затем прокат по отводящему рольгангу направляется к моталкам, где полоса сматывается в рулон при температуре 570-610°С.

Заявляемая технология производства горячекатаных полос на примере горячей прокатки стали марки 10Г2ФБ обеспечивает получение следующих механических свойств: σ_в=600-660 МПа, σ_т=500-550 МПа, δ₅=26-28%, ударная вязкость: KCU_-60=240-300 Дж/см², KCV_-20=200-250 Дж/см², DWTT_-20=95-100%.

При этом полностью исключается появление дефекта «вкатанная окалина» в готовой полосе.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ работоспособен и устраняет недостатки, имеющие место в прототипе.

Заявляемый способ может найти широкое применение на широкополосных станах горячей прокатки при производстве полос, например, из трубных марок стали с требуемыми регламентируемыми физико-механическими свойствами горячекатаного проката при максимальной производительности стана.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Способ горячей прокатки полос, включающий прокатку металла в черновой группе клетей стана горячей прокатки, удаление окалины чистовым гидросбивом с поверхности раската перед чистовой группой клетей стана, прокатку полос в чистовой непрерывной группе клетей с охлаждением в межклетевых промежутках и на отводящем рольганге с последующей смоткой в рулоны, отличающийся тем, что на промежуточном рольганге после черновой группы клетей до чистового гидросбива проводят предварительное дифференцированное по длине раската охлаждение его поверхности водно-воздушной смесью, причем со стороны верхней поверхности раската подают струи водно-воздушной смеси вдоль оси прокатки под углом 0-90° от вертикальной оси одновременно в противоположных направлениях, а с нижней поверхности раската водно-воздушную смесь подают в плоскости, перпендикулярной направлению движения раската.