This graduation work gives an attempt to project thermal department for non-stop annealing of steel for automobile industry with succeeding zinc and the volume of production 400000 tons a year. The work contains descriptions of technological processes and technical characteristics of aggregates.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

ВВЕДЕНИЕ

Термическое отделение для непрерывного отжига металла заканчивает собой комплексную технологию производства автолистовой стали. Из термического отделения готовая продукция поступает на автомобильные заводы страны и за рубеж.

ОАО «НЛМК» является основным поставщиков автолиста для таких заводов как ГАЗ, ВАЗ и др. Поступая к потребителю, автолист должен иметь определенные физические свойства, получаемые путем термической обработки. Строительство термического отделения непрерывного отжига стальных полос необходимо в системе листопрокатного производства, чтобы завершить цикл получения автолиста.

Защита металлических изделий от коррозии имеет большое народнохозяйственное значение, обеспечивая долговечность и надёжность изделий.

Горячее цинкование является наиболее распространённым способом защиты чёрных металлов от атмосферной и водной коррозии. Причем цинковое покрытие, нанесенное в расплавленном виде, металлизацией или электроосаждением, имеет одинаковую скорость коррозии. Слой сплава железа с цинком в покрытии, полученном горячим способом, коррозирует гораздо медленнее, чем чистый цинк. Цинк образует анод в соединении со сталью и обеспечивает ее эффективную протекторную защиту на довольно большой площади основного металла, подверженного коррозии. Например, на участке стального листа с цинковым покрытием диаметром 12 мм не было обнаружено заметной коррозии под воздействием атмосферных условий даже по прошествии семи лет.

1.1 Патентный поиск

В данном разделе предоставлены патентные проработки за последние годы с целью обосновать строительство данного отделения, а также для научно-технического обоснования выбранной технологии.

Таблица 1

Патентные проработки и изобретения

Страна, номер патента		МПК			Наименование патента, авторы, дата опубликования	Краткое содержание, основные положения
1		2			3	4
США 5997664		С 21 D 11/00			Способ производства оцинкованных стальных листов. Method for producing galvanized steel sheet. NKK Corp., Tahara Kenji, Inagaki Junichi, Watanabe Toyofumi, Yamashita Masaaki. Опубликовано 07.12.1999.	Слябы из стали, содержащей (вес. %): £0,004 C; £0,004 N; 0,001−0,15 Ti; £0,05 Si; £2,5 Mn; £0,1 P; £0,015 S; 0,02−0,1 Al; нагревают и выдерживают ³30 мин., подвергают горячей прокатке; сматывают раскат при 500−700° С. Обжатие при холодной прокатке ³60%. Ре-кристаллизационный отжиг при температуре превращения Ас3 . Нанесение цинкового покрытия и термообработка при 450−600° С. В этом интервале достигается наилучшее состояние поверхности листов.
Германия 19745132		С 23 C 2/20			Способ и устройство для нанесения покрытия на металлическую полосу. Verfahren und Einrichtung zum Bechichten eines Metallbades. Schlechter Wilfried; Siemens AG. Опубликовано 15.04.1999.	Способ покрытия металлической полосы, проходящей через ванну с покрывным металлом, преимущественно цинком, при котором часть покровного металла после выхода полосы из ванны сдувается воздухом, выходящим минимум из одного сопла, отличается тем, что толщина металлического покрытия на металлической полосе регулируется изменением давления в соплах.
1		2	3			4
Франция 2776672		С 23 C 2/12	Способ цинкования стальных листов. Procede de galvanization de toies d’acier. Schmitz Thierry; Elektrono Recherche. Опубликовано 01.10.1999.			Предварительная ванна цинкования содержит 300−350г/л ZnCl2 и 100−150 г/л NH4 Cl. Температура раствора порядка 38° С. После образования промежуточного слоя металл погружают в расплав Zn, содержащий 0,05−0,20%Al. Температура расплава 440−450° С. Получаемое однородное покрытие имеет толщину 10−40 мкм.
ЕПВ 0852264		С 22 С 18/04	Цинковые сплавы для покрытия железистых материалов с целью защиты от коррозии. Zinc alloys yielding anticorrosive coatings on ferrous materials. Pedro Miguel, Bernal Ferrero Manuel;Induatrial Galvanizadora S.A. Опубликовано 08.07.1998.			Предложен новый сплав для цинкования стали, обеспечивающий лучшее сопротивление коррозии благодаря особой структуре слоя покрытия. Сплав содержит 98% Zn, Al и по крайней мере один из следующих элементов: Cr, Ni, V в количестве до 1,75%.

1.2 Обоснование строительства отделения

Строительство такого отделения необходимо для термической обработки холоднокатаного автолиста.

Большая часть тонколистовой продукции из малоуглеродистых кипящих, полуспокойных и спокойных сталей отжигают в рулонах в садочных колпаковых печах. Но этот способ отжига имеет ряд недостатков: длительный производственный цикл; неоднородность свойств и структуры отожженного металл; неудовлетворительное качество продукции (в основном поверхности); травмирование материалов при отжигах и недостаточная степень механизации и автоматизации процессов; большая цеховая площадь. К тому же при садочном отжиге очень трудно получать заданные стабильные свойства металла и приходиться сортировать продукцию по результатам отжига.

Непрерывный отжиг не имеет перечисленных недостатков и выгодно отличается от садочного возможностью совмещения с отжигом всех операций отделки холоднокатаной полосы в одной высокопроизводительной автоматизированной поточной линии. Внедрение агрегатов непрерывного отжига и отделки низколегированной холоднокатаной полосы позволяет обеспечить: стабильность получения свойств металла высокого однородного качества по механическим свойствам, структуре; исключение многих вспомогательных и транспортных операций и травмирования металла; сокращение площади цеха и уменьшение обслуживающего персонала.

Термообработка в агрегате непрерывного отжига позволяет достичь непрерывности процесса прокатного производства, уменьшение времени термообработки и повышение качества продукции.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор марок сталей

Для производства проката, обрабатываемого в линии агрегата непрерывного отжига, служат малоуглеродистые стали О8Ю, О8пс (ГОСТ 9045-80), О8пс (ГОСТ 16523-70), а также низколегированные конструкционные стали.

Отжигу в агрегате непрерывного отжига подвергается холоднокатаный металл толщиной 0,35−2,0 мм, шириной 900−1500 мм. Холоднокатаная полоса должна отвечать многим требованиям в отношении химического состава, качества поверхности и точности размеров полосы, микроструктуры, механических свойств.

Способность стали к вытяжке оценивается глубиной сферической лунки (по Эриксену). Для листов толщиной 0,4−2,0 мм глубина лунки равна соответственно: весьма глубокой вытяжки (ВГ) − 8,6−12,1 мм; сложной вытяжки (СВ) − 8,8−12,2 мм; особо сложной вытяжки (ОСВ) − 9,0−12,4 мм; весьма особо сложной (ВОСВ) − 9,3−12,5. При этом: твердость листов HBR 48−46; предел текучести s _т = 206−186 МПа (для категорий СВ-ВОСВ); нижний предел для предела прочности s _в = 255 МПа, верхний – снижается по категориям ВГ-ВОСВ от 363 до 323 МПа. Величина относительного удлинения s _у при этом для минимальной толщины листа 0,5−1,5 мм составляет от 34 до 40%, для максимальной толщины 2−3 мм составляет 38−42%.

Помимо механических свойств, ГОСТ 9045 содержит требования к микроструктуре, детализованные по категориям вытяжки (величина ферритного зерна, балл цементита). Но на практике реальная структура холоднокатаного отожженного металла все более отдаляется от установленных показателей. После непрерывного отжига сталь О8Ю имеет ферритную основу с равноосными зернами, вместо структурно-свободного цементита образуются в основном участки высокодисперсного перлита. Микроструктура малоуглеродистых листов для глубокой вытяжки состоит в основном из феррита и цементита; равномерное распределение цементита в основной ферритной составляющей обеспечивает хорошую склонность стали к вытяжке. Лучше всего, когда ферритные зерна в металле имеют вытянутую форму, что достигается в сталях для глубокой вытяжки, успокоенных алюминием. Зерна такой формы обеспечивает большее сопротивление металла уменьшению толщины материала штамповки, что способствует достижению более значительной степени деформации.

Необходимо учитывать требования к качеству поверхности. Поверхность листов должна быть ровной, гладкой и чистой, без больших поверхностных дефектов, которые ухудшают качество поверхности штамповки, и влияя как надрез, снижают прочность материала. Поверхность полосы должна быть блестящей или матовой, но на ней не должны быть плены, трещины, закатанная окалина, отпечатки и надавы от валков, пузыри, раковины, складки, порезы и различные несплошности материала, а также неметаллические включения.

Химический состав сталей О8ПС, О8Ю приведен в таблице и соответствует ГОСТ 9045-80.

Таблица 2

Химический состав сталей О8ПС, О8Ю (ГОСТ 9045-80)

Способ-ность к вытяжке	Марка стали	Массовая доля элементов, %
		С, не более	Mn	Al	Si	S	P	Cr	Ni		Cu		N2
					не более
ВОСВ	О8Ю	0,04	0,15-0,22	0,03-0,06	0,02	0,018	0,02	0,03	0,06	0,06		0,004
ОСВ	О8Ю	0,05	0,15-0,22	0,03-0,06	0,02	0,020	0,02	0,03	0,06	0,06		0,005
СВ	О8Ю	0,07	0,15-0,35	0,03-0,06	0,03	0,025	0,02	0,04	0,10	0,15		0,006
ВГ	О8Ю	0,07	0,15-0,25	0,03-0,06	0,03	0,025	0,02	0,04	0,10	0,15		0,006
ВГ	О8ПС	0,09	0,15-0,35	0,025-0,07	0,04	0,030	0,025	0,10	0,10	0,15		0,006

2.2 Влияние легирующих элементов

Влияние углерода. Углерод − это основной легирующий элемент, оказывающий влияние на свойства стали, прежде всего механические, так как углерод оказывает упрочняющие действие на сталь, то для достижения оптимальных прочных и пластических свойств, удовлетворяющих штамповке с различной категорией вытяжки, его содержание ограничивают.

Влияние марганца. Марганец увеличивает прочностные свойства материала, поэтому его присутствие в сталях необходимо для связи серы в пластически деформируемые соединения марганца. Марганец увеличивает способность к глубокой вытяжке, однако не следует превышать верхнюю границу содержания марганца, иначе повышается прочность материала, что нежелательно.

Влияние алюминия. Алюминий вводится с цель, чтобы имеющийся азот был связан в нитриды. Увеличение содержания алюминия в стали О8Ю от 0,02 до 0,07% приводит к увеличению прочностных свойств и измельчению зерна феррита.

Все остальные элементы, присутствующие в стали О8Ю в небольших количествах, попадают в основном из скрапа. Хром и никель в малых количествах не оказывают влияние на свойства стали и являются примесями. Нежелательно содержание меди выше допустимых пределов, так как в стали присутствует определенное количество олова, которое, взаимодействуя с медью, отрицательно влияет на качество поверхности материала при прокатке.

Сера и фосфор являются вредными примесями, их содержание строго нормируется. Сернистые включения сильно ухудшают механические свойства, особенно вязкость и пластичность, ухудшают свариваемость коррозийную стойкость. Фосфор увеличивает прочность и ухудшает способность стали к вытяжке. Из газов наиболее вредное влияние оказывает азот, который влияет на старение стали и образует неметаллические включения. Содержание азота в стали О8Ю не должно превышать 0,008%.

Механические свойства стали О8Ю представлены в таблице 3.

Таблица 3

Механические свойства стали О8Ю

ГОСТ			Состояние поставки	s 0,2	s 6	s 4	НRB
МПа, не более		%, не менее
9045-80			Лист термообработанный для сложной вытяжки (СВ)	205	255−350	34−38	48
Для особо сложной вытяжки (ОСВ)	195	255−320	36	46
Для весьма особо сложной вытяжки (ВОСВ)	185	255−320	40	46

Технологические свойства. Температура ковки, °С: начала 1250, конца 850. Свариваемость − сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газозащитной, КТС, АрДС. Флокеночувствительность − не чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости − не склонна.

2.3 Технико-экономическое обоснование выбранной технологии

Непрерывный отжиг листового проката имеет большие технологические преимущества в отношении производительности процесса, качества поверхности и однородности свойств металла. В основе технологии непрерывной термообработки тонкого листа лежат процессы нагрева и охлаждения полосы, позволяющие изменять температурно-кинетические параметры несравненно шире, чем при колпаковом отжиге. Это обеспечивает большую гибкость управления структурой в условиях различных режимов разупрочняющей и упрочняющей обработки для получения широких пределов свойств, зачастую недостижимых при отжиге листа в садке. Термообработка полосы в колпаковых печах является самой длительной операцией. Кроме того, очистку поверхности и следующие за термообработкой дрессировку и контроль качества полосы выполняют отдельно, что требует дополнительного времени, больших производственных площадей, операций по размотке и смотке полосы, а также транспортировке рулонов от одного технологического участка к другому. Длительность всего процесса − подготовки поверхности полосы, термической обработки, дрессировки и контроля составляет около десяти суток, причем примерно половина этого времени расходуется на термическую обработку. Агрегат непрерывного отжига совмещает все операции, применяемые на после холодной прокатки. К тому же значительно сокращается длительность термической обработки, которая равна десяти минутам. Проведение отжига в колпаковых печах требует огромные производственные площади, большой штат обслуживающего персонала, а также громоздкое транспортное оборудование. Агрегат непрерывного отжига занимает почти вполовину меньше площади, у него ниже расход электроэнергии. Вместо отделения отжига конструкционного листа с 200−300 стендами колпаковых печей можно установить 2−3 линии непрерывной термической обработки. Производственная мощность линии непрерывной термической обработки равна 500000 т в год. Готовая продукция отличается большой равномерностью свойств по длине и ширине полосы, высокими механическими свойствами, чистотой поверхности.

2.4 Технологический процесс

Маршрутная технология изготовления стали О8Ю.

1.Выплавка стали в ККЦ-2 в сталеплавильных агрегатах − кислородных конвекторах.

2.Горячая прокатка слябов на широкополосном стане 2000 в ПГП.

3.Травление горячекатаной полосы в ПХПП.

4.Холодная прокатка травленой ленты в ПХПП.