Тонколистовой стан

Тонколистовой стан — непрерывный или реверсивный стан для прокатки холоднокатаного листа толщиной менее 4—5 мм и шириной от 500—600 до 2350—2500 мм в рулонах или порезанных листах. Вариантом тонколистовых станов являются лентопрокатные станы для производства узкого листового проката шириной от 20 до 500 мм.

Тонколистовые станы холодной прокатки (ТСХП) предназначены для получения тонких листов минимальной толщины (которые невозможно получить горячей прокаткой из-за быстрого остывания металла в валках), а также для обеспечения высокого качества их поверхности, высокой точности размеров по толщине и ширине и повышенных механических свойств (твёрдости, прочности и пластичности).

Тонколистовой стан холодной прокатки в технологической цепочке

Схема расположения оборудования в цехе холодной прокатки полосы с непрерывным 5-клетевым станом: 1 — непрерывные травильные агрегаты; 2 — непрерывный 5-клетевой стан «бесконечной прокатки»; 3 —колпаковые печи для отжига; 4 — дрессировочные станы; 5 —агрегат непрерывного отжига; 6 — агрегат непрерывного горячего цинкования; 7 — агрегаты полимерных покрытий; 8 — агрегаты поперечной и продольной резки полос

ТСХП является центральным звеном производства холоднокатаного листа, общая технология которого включает следующие этапы:

• травление на непрерывном травильном агрегате (НТА) для удаления окалины с поверхности горячекатаной листовой заготовки;
• холодная прокатка на тонколистовом стане;
• электролитическая очистка в щелочных растворах (для удаления остатков масла и загрязнений на поверхности (возможная опция);
• отжиг на агрегате непрерывного отжига (АНО) или в колпаковой печи для снятия остаточных напряжений в наклёпанном холоднокатаном листе, получения требуемой структуры и необходимых механических свойств;
• дрессировка — холодная реверсивная прокатка с малыми обжатиями и большим натяжением для получения гладкой поверхности, оптимизации механических свойств и улучшения штампуемости;
• нанесение покрытий на холоднокатаный лист (лужение, цинкование, алюминирование, хромирование, свинцевание и др.);
• поперечная резка листа на мерные длины;
• продольная резка со смоткой в узкие рулоны (возможная опция).

Типы тонколистовых станов холодной прокатки

Расположение тонколистовых станов холодной прокатки: а — пяти- (шести-)клетевой непрерывный стан; б — трёх- (четырёх-)клетевой непрерывный стан; в — реверсивный стан; г — двадцативалковый стан; д — нереверсивный стан для полистной прокатки; 1 — разматыватель; 2 — измеритель натяжения полосы; 3 — измеритель толщины полосы; 4 — направляющий ролик; 5 — моталка

Холодная прокатка тонколистового металла осуществляется на станах трёх типов:

• непрерывные 2-, 3- (редко), 4-, 5- и 6-клетевые станы с клетями кварто;
• реверсивные одноклетевые станы кварто или многовалковые (обычно 20-валковые);
• нереверсивные одноклетевые станы кварто для штучной (полистной) прокатки.

В чёрной и цветной металлургии работают также станы полистной (штучной) холодной прокатки, они могут быть как реверсивными, так и однопроходными. Их особенность заключается в том, что прокатанный лист не сматывается в рулоны, а выпускается сразу в виде листов прямоугольного формата. Но этот способ имеет очень низкую производительность, скорость прокатки не превышает 2 м/с, и в настоящее время такие станы ХП больше не строятся.

Непрерывные тонколистовые станы холодной прокатки

На таких станах производится до 90 % холоднокатаной листовой стали.

Двух- и трёхвалковые непрерывные станы используются, главным образом, при прокатке полос из цветных металлов, а в чёрной металлургии — в основном для вторичной (дополнительной) прокатки тонких полос и жести после промежуточного отжига.

Трёх- и четырёхвалковые непрерывные станы холодной прокатки (ХП) применяют для получения автотракторных листов толщиной 0,2—2,5 мм и шириной 1300—2350 мм из горячекатаной полосы толщиной 3—8 мм. Суммарное обжатие составляет 45—60 % для трёхклетевых и 70—80 % для четырёхклетевых станов.

Схемы гидравлического изгиба валков клети кварто

Схемы непрерывных станов порулонной (а) и «бесконечной» (б) прокатки: 1 — разматыватель; 2 — рабочие клети; 3 — моталки; 4 — ножницы; 5 — стыкосварочная машина; 6 — петлеобразующее устройство; 7 — летучие ножницы

В пятиклетевых непрерывных станах прокатывают более тонкий лист из электротехнических и легированных сталей, в том числе для автомобильной промышленности, толщиной 0,17—1,6 мм и шириной 1500—2350 мм. Заготовкой служит горячекатаная полоса толщиной 4—6 мм. Обжатие за проход может достигать 90 %.

Шестиклетевые станы ХП предназначены для прокатки тонкой жести толщиной 0,08—0,35 мм и шириной 500—1300 мм из полосы толщиной 2—3 мм.

Диаметр рабочих и опорных валков в непрерывных станах составляет 500—600 мм и 1300—1600 мм соответственно, а длина бочки – 1200—1400 мм. Рабочие валки изготавливают из кованой легированной хромистой стали (9Х, 9ХФ, 9Х2, 9Х2МФ, 9Х2В). Опорные валки чаще делают составными: оси – из сталей 55Х, 45ХНВ, а бандажи – из таких же сталей, как и рабочие валки.

Максимальная скорость прокатки в таких станах варьируется от 5—12 м/с в трёхклетевых станах до 30—40 м/с в шестиклетевых.

Для повышения точности размеров холоднокатаных листов и улучшения качества их поверхности используют четырёхвалковые клети с жёсткими станинами закрытого типа. Для регулирования поперечной разнотолщинности и улучшения планшетности (плоскостности) прокатываемой полосы используется метод гидромеханического регулирования прогиба валков в процессе прокатки. Этот метод может осуществляться тремя способами:

• противоизгиб рабочих валков;
• дополнительный изгиб рабочих валков;
• противоизгиб опорных валков.

Технология прокатки на непрерывных тонколистовых станах

Есть две технологии непрерывной холодной прокатки листовой стали.

1. Порулонная прерывистая прокатка

Порулонная прокатка на непрерывных ТСХП осуществляется следующим образом.

Рулоны протравленной полосы устанавливают мостовым краном на транспортёр и подают к разматывателю, передний конец рулона отгибается и через роликовую проводку подаётся в валки первой клети (на заправочной скорости 0,5—1,0 м/с). Прокатка на непрерывных станах осуществляется, как правило, за один проход. После прохождения полосы через все клети и ее захвата приёмной моталкой (с намоткой нескольких витков) скорость прокатки увеличивается до максимальной. Перед окончанием прокатки скорость снова снижается, а после её завершения рулон сталкивается с барабана моталки и направляется на отжиг или электролитическую очистку. В некоторых случаях (например, при прокатке трансформаторных сталей), с целью обеспечения требуемых размеров и свойств готового листа, рулоны холоднокатаной стали после отжига прокатывают на этом же стане вторично.

Укрупнённая схема 5-клетевого непрерывного стана «бесконечной» прокатки: 1 — входной участок в составе двух разматывателей; 2 — стационарная стыкосварочная машина; 3 — горизонтальный накопитель полосы; 4 — непрерывный стан; 5 — летучие ножницы для вырезки сварных швов; 6 — выходной участок в составе двух моталок

2. Непрерывная длительная прокатка со сваркой концов полос нескольких рулонов в потоке перед станом («бесконечная» прокатка).

Для реализации этого способа в головной части стана установлена машина для стыковой электросварки концов полос предыдущего рулона с последующим, а также петлевой накопитель полосы, за счёт которого процесс прокатки не прекращается во время сварки концов полос. В стыкосварочной машине концы полос обрезаются, полосы свариваются встык и сварной шов (грат) зачищается.После выхода полосы из последней клети она разрезается летучими ножницами на нужные длины и сматывается поочередно на две моталки в рулоны требуемого веса.

Такой способ имеет ряд преимуществ:

• обеспечение стабильности прокатки в течение длительного периода (скорость прокатки понижается только при прохождении через валки сварных швов на полосе);
• сокращение числа трудоёмких операций по заправке передних концов полосы в валки стана;
• уменьшение разнотолщинности полосы и износа валков;
• возможность обеспечения более высокой средней скорости при «бесконечной» прокатке по сравнению с обычной.
  

  Схема одноклетевых реверсивных станов и рабочих клетей разной конструкции: а — кварто; б — двадцативалковый; в — типа MKW; г — 6-валковый типа HC; д — 5-валковый (стан Тейлора); 1 — разматыватель; 2 — моталки; 3 — рабочие валки; 4 — опорные валки; 5 — промежуточные валки; 6 — опорные ролики

Реверсивные тонколистовые станы холодной прокатки

Реверсивные тонколистовые станы ХП по конструкции аналогичны непрерывным, они имеют в своём составе одну или (реже) две клети кварто. Отличие заключается в том, что с входной стороны, кроме разматывателя, установлена вторая моталка. Привод рабочей клети реверсивного стана может осуществляться как через рабочие валки, так и через опорные (если рабочие валки имеют диаметр не более 80—100 мм). Производительность реверсивных станов ХП существенно (в 3—5 раз) ниже, чем непрерывных станов, но реверсивные станы обладают большей технологической гибкостью и, соответственно, возможностью прокатки более широкого размерного и марочного сортамента рулонного листа. В ряде случаев реверсивные станы ХП устанавливают в цехах холодной прокатки в дополнение к непрерывным тонколистовым станам.

Одноклетевые станы (как реверсивные, так и однопроходные) активно используются  для прокатки не только стали, но и цветных металлов, в частности, алюминия, магния, меди, никеля, цинка, титана и их сплавов. Иногда для холодной прокатки цветных металлов используют и непрерывные станы.

Реверсивные станы имеют существенный недостаток: на каждом конце рулона образуются утолщённые концы, длина которых соответствует расстоянию от валков прокатной клети до барабана моталки. При последующем переделе эта часть не используется, что снижает выход годного. Поэтому при холодной прокатке листа из легированных сталей к концу рулона могут подваривать полосы рядовой стали, которые затем отрезают. Первый проход на реверсивном стане завершается, когда вся полоса будет смотана с разматывателя и задний её конец не дойдёт до валков на расстояние 200—300 мм. После этого валки поджимаются на требуемое обжатие во втором проходе, и клеть запускается на реверс; общее число проходов должно быть нечётным, чтобы готовый лист был смотан в рулон на приёмной моталке, а не на исходном разматывателе.

Многовалковые станы холодной прокатки листа

Двадцативалковый стан 720 Ашинского металлургического завода

Вариантом реверсивных станов (по принципу прокатки) являются многовалковые (как правило, 6-, 12- или 20-валковые) станы. Их используют для холодной прокатки тонких (0,1—0,5 мм) и сверхтонких (до 2 мкм) листов и ленты из легированных сталей и специальных сплавов. Ширина проката варьируется от 100 до 2000 мм, а скорость прокатки — от 1 до 15 м/с. Подкатом для многовалковых станов ХП является лист толщиной 0,5—1,5 мм, предварительно полученный на обычных четырёхвалковых станах холодной прокатки.

Одним из вариантов таких одноклетевых станов являются 6-валковые станы с расположением валков в одной вертикальной плоскости. Такое их расположение обеспечивает более высокое сопротивление изгибу по сравнению с 4-валковыми клетями и, соответственно, более высокую жёсткость клетей. Однако при этом возникают трудности с удержанием валков от боковых смещений. Есть промежуточный вариант 5-валковых клетей (стан Тейлора) с использованием одного из рабочих валков меньшего диаметра, что даёт возможность значительно увеличить величину обжатия.

Многовалковые станы ХП имеют рабочие валки очень малого диаметра (10—50 мм), которые опираются на несколько рядов опорных валков и роликов. Поскольку валки такого небольшого диаметра невозможно сделать приводными, привод многовалковой клети осуществляется через четыре опорных валка двух промежуточных рядов. Малый диаметр рабочих валков даёт также возможность снизить усилие прокатки и достичь большого обжатия за один проход (до 40—50 %) и суммарного обжатия до 90 %.

Способы изменения формы межвалкового зазора посредством осевого смещения валков: а — вариант применения «бутылочных» рабочих валков; б — вариант смещения промежуточных валков; 1 — прокатываемая полома; 2 — рабочие валки; 3 — промежуточные валки; 4 — опорные валки

Перспективы развития тонколистовых станов холодной прокатки

В настоящее время основными направлениями развития станов холодной прокатки листа являются:

• строительство 5—7-клетевых непрерывных станов для цехов с большим объёмом производства;
• возможное составление непрерывных линий из многовалковых клетей;
• разработка одноклетевых станов с повышенными обжатиями;
• внедрение регуляторов натяжения полосы во всех межклетевых промежутках непрерывных станов;
• внедрение систем противоизгиба и дополнительного изгиба валков, а также осевого смещения рабочих валков так называемой «бутылочной» формы (технология CVC – Controlled Variable Crown) или промежуточных валков для управления профилем полосы в процессе прокатки;
• расширение использования реверсивных станов (включая многовалковые) для прокатки легированных сталей;
• использование более эффективных технологических смазок или эмульсий с раздельной их подачей по клетям для избежания чрезмерной зажиренности проката;
• активное применение «бесконечной» прокатки со сваркой полосы встык;
• создание совмещённых травильно-прокатных технологических линий
• расширение выпуска холоднокатаного листа с защитными и декоративными металлическими и неметаллическими покрытиями.

Современные тонколистовые станы в России

Стан 2000 холодной прокатки Магнитогорского металлургического комбината

В России тонколистовые станы холодной прокатки работают на 7 предприятиях, в том числе на четырёх крупных комбинатах.

На Магнитогорском металлургическом комбинате (ПАО «ММК»)эксплуатируются четыре стана тонколистовых холодной прокатки: три из них – станы 630, 1200 и 2500 – были введены в эксплуатацию в середине и третьей четверти ХХ века. На них выпускается прокат толщиной 0,5—4,0 мм и шириной 600—1250 мм в листах и такой же толщиной с шириной 600—1500 мм в рулонах. В 2011—2012 гг. был построен новый стан 5-клетевой 2000 холодной прокатки конструкции фирмы SMS Demag (Германия). Травильный агрегат соединён со станом-тандем в единый технологический агрегат. Скорость прокатки достигает 25 м/с. Сортамент стана 2000 включает лист 0,28—0,30 х 850—1800 мм из низкоуглеродистых, высокопрочных микролегированных и особовысокопрочных сталей, а также TRIP-сталей. На этот лист в дальнейшем наносятся различные покрытия: цинковые (Гальванил) и фосфатные покрытия. Потребителями такой продукции являются, в первую очередь, строительная индустрия и автомобилестроение.

Пять станов холодной прокатки работают на Новолипецком металлургическом комбинате (ПАО «НЛМК»), в том числе непрерывные 5-клетевые станы 2030 и 1200, непрерывный 4-клетевой стан 1400 и реверсивный стан. Один из этих станов работает по принципу «бесконечной» прокатки. Здесь выпускают тонколистовой прокат толщиной 0,23—2,5 х 900—1800 мм в листах и рулонах из электротехнической и динамной стали.

Рулон холоднокатаного стального листа на Череповецком металлургическом комбинате

Череповецкий металлургический комбинат (ПАО «Северсталь») эксплуатирует два непрерывных стана холодной прокатки (4- и 5-клетевой), на которых изготавливают тонкий лист толщиной 0,25—3,2 х 780—1620 мм из углеродистых и легированных сталей. В 2016 г. завершена реконструкция 4-клетевого стана ХП, позволившая увеличить мощности по выпуску холоднокатаного листа на 200 тыс. т.

На Челябинском металлургическом комбинате (ПАО «Мечел») на стане холодной прокатки осуществляется выпуск тонколистового проката 0,5—4,0 х 600—1250 мм в листах и 0,5—4,0 х 600—1500 мм в рулонах из коррозионностойкой стали.

Кроме крупных металлургических комбинатов полного цикла, тонкий лист выпускают на станах холодной прокатки специализированных листопрокатных заводов.

Тонколистовой стан Ашинского металлургического завода выпускает прокат толщиной 0,8—3,9 мм и шириной 710—1250 мм из конструкционных углеродистых и низколегированных, а также  коррозионностойких, жаропрочных и жаростойких марок сталей и сплавов специального назначения, включая такие марки как 08X13-65X13, ЗОХГСА, ВЛ-1д, ЭИ268, ЭП56, ЭП609. Также здесь освоено производство листа с квадратным, ромбическим, чечевичным рифлением и просечно-вытяжного листа из углеродистых марок сталей.

На Лысьвенском металлургическом заводе (входит в структуру ММК) с 1979 г. работает комплекс холодной прокатки, выпускающий тонкий электрооцинкованный стальной лист толщиной 0.22—1.5 х 500—1450 мм автомобильного назначения.  Выпускается также прокат с полимерными покрытиями, в том числе с цифровой печатью бренда SteelArt Design.

ООО «ВИЗ-Сталь» в Екатеринбурге, созданное на базе Верх-Исетского завода и входящее в структуру Группы НЛМК, имеет в своём составе три стана холодной прокатки для выпуска листа толщиной 0,23—0,50 мм и шириной до 1000 мм из электротехнической, трансформаторной и динамной стали.

Из других стран бывшего СССР мощности по производству холоднокатаного листа есть в Казахстане на комбинате Qarmet (ранее – Карагандинский металлургический комбинат) в Темиртау. Здесь работают 5-клетевой стан 1700 и 6-клетевой стан 1400, выпускающие прокат 0,5—2,0 х 800—1400 мм в листах и рулонах.

На комбинате «Запорожсталь» имеется четыре стана холодной прокатки: два непрерывных 2800 и 1680 и два реверсивных 1680 и 1200, введённые в эксплуатацию ещё во второй половине ХХ века. Сортамент холоднокатаного листа составляет 0,2—5.0 мм по толщине и 1000—2500 мм по ширине. Информация по реальной степени загрузки этих станов в настоящее время отсутствует.

Литература

• ВНИИМЕТМАШ и металлургическое машиностроение. Составители: Дрозд В. Г., Сивак Б. А., Протасов А. В. — М. : Наука, 2009. — 552 с. — ISBN 978-5-02-036968-9.
• Рудской А. И., Лунёв В. А. Теория и технология прокатного производства. СПб. : Наука, 2008. — 525 с. — ISBN 978-5-02-025302-5.
• Барков Н. А., Катрюк В. П., Ворошилов Д. С. Оборудование прокатно-прессово-волочильных цехов. Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2011. – 79 с.
• Колесников А. Г. Технологическое оборудование прокатного производства. М. : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 158 с. — ISBN 978-5-7038-4004-7.
• Румянцев М. И., Завалищин А. Н., Завалищин Г. А., Насонов В. В., Денисов В., Корнилов В. Л., Буданов А. П. Совершенствование производства холоднокатаного листового проката из сталей с пониженным содержанием углерода с целью повышения потребительских свойств продукции. Производство проката. 2010. № 9. С. 20-27. ISSN 1684-257Х.
• Игнатович Ю. В., Гареева Л. В. Влияние натяжения полосы на режим обжатий при холодной лисовой прокатке. Производство проката.2018. № 11. С. 3-6. ISSN 1684-257Х.

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Тонколистовой стан», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Тонколистовой_стан» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».