ЛПА-электронx
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» Кафедра инжиниринга технологического оборудования А.Д. Зобнин Металлургическое оборудование прокатных цехов Тонкослябовые литейно-прокатные агрегаты (ЛПА) для производства стальных полос Электронное учебное пособие 2011 1 ОГЛАВЛЕНИЕ Тонкослябовые литейно-прокатные агрегаты (ЛПА) для производства стальных полос ……………………………………………………….. 3 1. Предпосылки для создания ЛПА ………………………………………… 3 2. Проблемы совмещения процессов непрерывного литья заготовок и прокатки …………………………………………………………… 6 3. Классификация современных тонкослябовых ЛПА ………………… 8 4. Варианты технологических линий тонкослябовых ЛПА ……………. 16 5. Литейно-прокатные агрегаты с прямым литьем полосы ……………. 27 Вопросы для самопроверки …………………………………………………………... 32 2 Тонкослябовые литейно-прокатные агрегаты (ЛПА) для производства стальных полос 1. Предпосылки создания ЛПА Литейно-прокатные агрегаты (ЛПА), осуществляющие принцип непрерывного производства металлургической продукции от расплава стали до готового проката, начали создаваться в период промышленного распространения технологии непрерывного литья заготовок. Первый отечественный опытно-промышленный комплекс, соединяющий плавильную печь и непрерывный (планетарный) стан был введен в эксплуатацию в конце 70-х годов прошлого столетия на заводе «Электросталь». Сортамент выпускаемой продукции – круг диаметром 8…15 мм из различных (в том числе и легированных) марок стали. Однако наиболее значимым событием последних десятилетий в черной металлургии явилось создание технологии производства горячекатаной стальной полосы на основе тонкослябовой отливки. Целесообразность создания такой технологии диктовалось возможностью получения плоской заготовки с размерами близкими к размерам конечной продукции. По сравнению с традиционным способом производства листового проката ЛПА с тонкослябовой машиной непрерывного литья обеспечивает: - снижение удельных капитальных затрат на 30…40% (рис. 1); - сокращение времени строительства и освоения; - снижение себестоимости проката на 20…25%; - снижение энергетических и материальных ресурсов на 50…60%; - улучшение экологических условий; - сокращение времени выполнения заказов. 3 Рис. 1. Удельные капитальные затраты производства при использовании традиционной технологии (а) и ЛПА (б): - прокатное оборудование; - литейное оборудование. Дополнительным фактором определяющим необходимость работ в этом направлении явилась неудовлетворительная экономическая ситуация в отрасли. В последнее время существенно изменились потребности рынка в продукции прокатного производства в связи со снижением спроса на все виды горячекатаной полосы, считающейся конечной продукцией. Одновременно начал расти спрос на тонкую горячекатаную полосу толщиной 0,8…1,2 мм. Однако рынок полосы толщиной менее 1,5 мм в настоящее время лишь частично обслуживается заводами с полным металлургическим циклом, имеющими широкополосные станы горячей прокатки. Наряду с изменением конъюнктуры рынка качественно изменились требования потребителей, которым необходимо поставлять стали высокого качества при низкой стоимости, малыми партиями и в короткое время. Радикальным требований и наиболее является эффективным внедрение новых 4 способом выполнения технологий, этих обеспечивающих уменьшение производственных и технологических операций, в том числе, за счет производства непрерывно-литой заготовки, близкой к окончательному сортаменту, а также совмещение в единой линии процессов литья, прокатки и первичной обработки полосы. Эти требования могут удовлетворить и широкополосные станы горячей прокатки, но со значительными издержками, в частности, производитель вынужден будет устанавливать за производство малых партий продукции более высокие цены. К тому же, современный высокопроизводительный стан горячей прокатки полосы не используется на полную мощность при прокатке большинства марок сталей. Кроме того, в связи с затруднением производства тонких полос, на всех станах горячей прокатки имеются технологические ограничения сортамента продукции, в частности, в направлении уменьшения конечных толщин, а уменьшение толщины готового проката приводит к снижению производительности стана (табл. 1). Таблица 1. Производительность стана горячей прокатки при различной толщине полосы Толщина полосы шириной 1250 мм Часовая производительность из стали 10, мм Стана горячей прокатки, % 4,0 100 3,0 92 2,0 80 1,55 72 1,1 51 Снижение производительности связано с тем, что для транспортировки переднего конца полосы к моталке максимальная скорость его перемещения должна быть равна приблизительно 12,5 м/с. В тоже время необходимо 5 поддерживать конечную температуру прокатки, и температуру смотки в узких интервалах, зависящих от марки стали. На обычном высокопроизводительном стане хорошее качество обеспечивается при толщине полосы не менее 1,5 мм. При попытке получить более тонкую полосу возникают технические и технологические трудности в связи с тем, что скорость и температура конца прокатки выходят за пределы допустимого. К тому же, при скоростях прокатки более 15 м/с у полос толщиной порядка 1 мм при транспортировке по отводящему рольгангу к моталке происходит нерегулируемый подъем (планирование) переднего конца. Таким образом, на обычном широкополосном стане горячей прокатки практически нельзя получить полосу толщиной 1 мм и менее с равномерными механическими свойствами по длине. 2. Проблемы совмещения процессов непрерывного литья и прокатки Основными препятствиями в совмещении технологических процессов литья и прокатки являются: - несоответствие производительностей машины непрерывного литья заготовок и непрерывного стана; - несоответствие максимальной скорости литья тонких слябов и требуемой скорости прокатки (скорость вытягивания заготовки 1…5 м/мин, а скорость прокатки в первой клети станов обычной конструкции 30 м/мин); - проблема сохранения тепла медленно движущейся полосы. Проанализируем причины, препятствующие практической реализации ЛПА, на примере прокатки полосы толщиной 2,5 мм из непрерывно-литой заготовки толщиной 50 мм. 6 При прямой стыковке МНЛЗ и непрерывного широкополосного стана, в соответствии с условиями постоянства секундных объемов, скорость на выходе из последней клети, при представленных исходных и конечных размерах полосы, должна составлять 1,66 м/с. Но при такой скорости не выдерживается заданная температура конца прокатки 860С, так как требуемая для этого скорость на выходе из последней клети должна быть не менее 7 м/с. Очевидно, что такая компоновка не является рациональной. Можно разделить процессы разливки и прокатки, сматывая непрерывно-литую заготовку, и затем, смотанный в рулон подкат, прокатывать по системе «Coilbox» в чистовых клетях широкополосных станов. При этом необходимо, чтобы температура по всей длине полосы была постоянной. Однако при продолжительности процесса смотки (около 10 мин) нельзя обеспечить такое постоянство без специальных мероприятий, например, необходимо будет расположить моталки в специальных нагревательных печах. Очевидно, что реализация перечисленных вариантов оказывается практически невозможной в связи с тем, что скорость разливки слишком мала для дальнейшей прокатки полосы на стане или для смотки в рулон литой заготовки перед чистовой группой клетей. При разработке новых конструктивных решений компоновки тонкослябовых ЛПА преодоление данного несоответствия может быть достигнуто путем решения по следующим направлениям: - уменьшение толщины заготовки в процессе разливки на МНЛЗ; - выбор конструкции чистового стана, приспособленного к низкой производительности сталеплавильного завода (одним из наиболее рациональных вариантов согласования является сочетание одноручьевой МНЛЗ и реверсивного стана Стеккеля); - сочетание высокопроизводительного непрерывного многоручьевой МНЛЗ (либо с несколькими МНЛЗ); применение станов сверхбольших обжатий. 7 стана с 3. Классификация тонкослябовых ЛПА В настоящее время применяются самые различные компоновки тонкослябовых ЛПА, которые имеют как общие, так и специфические технологические и конструктивные признаки. Классификацию этих агрегатов целесообразно осуществлять по типу применяемого оборудования и характеру технологических операций по участкам. Все известные в настоящее время компоновки тонкослябовых ЛПА имеют три основных участка: непрерывного литья, передачи и прокатки. Назначение первого участка – производство непрерывно-литого полупродукта в виде тонкого сляба или толстой полосы с определенными геометрическими размерами и структурой материала (табл. 2). Таблица 2. Размерный и марочный сортамент листов, прокатываемых на тонко-, средне-, и толстослябовых ЛПА Тип ЛПА Тонкослябовый Размеры слябов, мм Толщина Ширина Размеры листов, мм Толщина Ширина Марочный сортамент Освоены 50…80 1600…2300 4…40 1600…3400 углеродистые стали Углеродистые Среднеслябовый 120…150 до 2500 4…60 4…20 до 3400 стали Легированные стали Углеродистые Толстослябовый 200…250 до 2400 4…60 4…30 до 3400 стали Легированные стали 8 Оборудование участка непрерывного литья определяет размеры поперечного сечения, структуру, скорость выдачи литой заготовки, производительность ЛПА в целом и поэтому существенно влияет на состав оборудования последующих участков агрегата. Специалисты фирмы Mannesmann - Demag совместно Arvedi разработали и построили на заводе в г. Кремона с фирмой (Италия) тонкослябовую МНЛЗ с комплексом оборудования, которое непосредственно расположено за кристаллизатором и позволяет деформировать заготовку толщиной 60 мм с незатвердевшей сердцевиной до 22 мм. Схема процесса разливки и «мягкого» обжатия заготовки приведена на рис. 2. Рис. 2. Схема совмещённого процесса непрерывного литья с прокаткой металла в двухфазном состоянии: 1 – кристаллизатор; 2 – роликовая зона вторичного охлаждения; 3 – валки Тип машины вертикальный с изгибом, но изгиб слитка начинается уже в кристаллизаторе, который образован вертикальной приемной частью, плавно переходящей в радиальную часть. Обжатие сляба разделяется на два этапа. На первом этапе сердцевина заготовки находится еще в жидком состоянии. Величина обжатия в каждой 9 паре роликов незначительна. одной пары роликов к Обжатие другой осуществляется постепенно от в области между выходом из кристаллизатора и кристаллизирующейся вершиной жидкой сердцевины. Это обеспечивает контролируемую минимальную деформацию заготовки. Суммарная деформация заготовки с жидкой сердцевиной составляет 20% и она может быть увеличена до 70%. Однако это приведет к снижению производительности МНЛЗ. На втором этапе обжатие начинается тогда, когда тонкий сляб имеет уже затвердевшую сердцевину. Минимальное значение сопротивления деформации только что затвердевшего сляба позволяет достичь обжатия по толщине до 60%, причем с помощью всего нескольких пар роликов диаметром 310 мм, которые одновременно способствуютувеличению скорости выхода заготовки до 25 м/мин. К тому же, благодаря дополнительному обжатию слитка, появляется возможность заливать металл увеличенной толщиной сечения достаточным зазором без в кристаллизатор овального типа с и вводить специального разливочный стакан с расширения верхней части кристаллизатора (рис. 3). При таком способе не образуется усадочной раковины в центральной части слитка, но возможно появление трещин в металле, т.к. он деформируется при температуре перехода из жидкой фазы в твердую фазу, когда пластические свойства металла очень низкие. Несмотря на этот недостаток, способ нашел применение в ряде агрегатов, тем более, что обжатие незатвердевшего слитка способствует получению мелкозернистой структуры, соответствующей структуре, получаемой при электромагнитном перемешивании. Назначение второго участка – обеспечение согласованной работы МНЛЗ и прокатного стана, подготовка металла к прокатке с учетом состояния поверхности, теплового баланса, а также осуществление его рационального транспортирования с необходимым накоплением перед 10 Рис. 3. Схема кристаллизатора и заливочного устройства тонкослябовой МНЛЗ фирмы Mannesmann-Demag: а – схема заливки металла в кристаллизатор; б – погружной стакан; 1 –кристаллизатор; 2 – погружной стакан; 3 –промежуточный ковш; 4 - стопор чистовой группой клетей. Для этого на участке устанавливают устройства перемещения, нагрева и очистки от окалины, поступившей с первого участка заготовки, а также оборудование для ее порезки, накопления и формоизменения. В ЛПА используют два способа передачи литой заготовки: дискретный и непрерывный. Дискретный способ предусматривает в процессе выдачи на участок передачи непрерывно отливаемого тонкого сляба его порезку на отдельные полосы, удельная масса которых (на единицу ширины) должна составлять не 11 менее 18 кг/мм. В связи с тем, что в процессе передачи необходимо сохранить температуру выходящего из МНЛЗ с низкой скоростью литья (до 0,1 м/с) тонкого сляба, необходимыми элементами на участке передачи являются нагревательные устройства. Они обеспечивают выравнивание температуры в продольном и поперечном направлениях. На известных ЛПА используют проходные печи с газовым подогревом, индукторы или их сочетание. Непрерывный «бесконечной способ полосой» от предусматривает МНЛЗ до моталок. движение Разделение металла сляба предусмотрено непосредственно перед этими моталками или на входе в предшествующую им зону охлаждения прокатанной полосы. Её смотка возможна только после предварительной деформации тонкого сляба. Такая деформация необходима, во-первых, для проработки литой структуры, и, вовторых, для уменьшения толщины заготовки до величины, приемлемой для смотки (15…40 мм). При толщине полосы после предварительной деформации 25…40 мм предпочтительна смотка на моталках типа «Сoilbox», для более тонких полос (15…25 мм) вследствие меньшей жесткости рулона применяют барабанные печные моталки типа Cremona box. Третий участок предназначен для получения готовых полос с заданными размерами и свойствами. Общим для всех ЛПА является наличие прокатного стана, отводящего рольганга с установкой охлаждения и одной или двух конечных моталок. Может быть также установлено различное дополнительное оборудование для порезки, отделки и термообработки проката. В известных компоновках ЛПА для прокатки тонких слябов применяют непрерывные группы клетей, одноклетьевые, реверсивные станы или станы специальной конструкции, предназначенные для сверхобжатий. В случае применения непрерывной группы на участке устанавливают от четырех до семи клетей. Количество клетей зависит от толщины и ширины литой заготовки, геометрических параметров готовой полосы, сортамента по маркам стали и количества литьевых ручьев. Так, например, 12 при прокатке на ЛПА с одноручьевой МНЛЗ полос с поперечным сечением 2,51350 мм из углеродистых марок сталей из слябов толщиной 50 мм при температуре выхода из печи 1100С достаточно всего четырех клетей кварто с допустимым усилием прокатки 30 МН. При добавлении второго литейного ручья и соответственно значительном сокращении пауз при прокатке полос, а также при уменьшении толщины конечной толщины полосы до 2 мм требуется установка пятой клети. При дальнейшем уменьшении толщины полосы или увеличении ее ширины прокатный стан должен быть дополнен шестой клетью. Количество клетей кварто достигает семи при увеличении толщины отливаемых слябов до 70…80 мм. Кроме того на входе стана необходимо установить клеть с вертикальными валками. Скоростной режим прокатки и характер движения полосы зависит от типа стана. В случае применения стана сверхобжатий или непрерывной группы клетей полоса прокатывается с постоянными скоростями во времени и движется в одном направлении. При использовании стана Стеккеля характер движения полосы реверсивный с изменяющейся скоростью. Станы сверхобжатий предпочтительнее использовать в ЛПА при непрерывном способе передачи (рис. 4). Тогда общее число клетей составит три–четыре. Для сверхобжатий используют планетарные клети или клети другой конструкции. При этом перед клетью сверхобжатий устанавливают одну или две задающих двухвалковых клети, а после нее - одну или две чистовых четырехвалковых клети. 13 Рис. 4. Схема литейно-прокатного агрегата с блоком высоких обжатий: 1 – МНЛЗ; 2 – печь индуктор; 3 – блок высоких обжатий; 4 – чистовые клети; 5 – ножницы; 6 – моталка Одним из основных конструктивно-технологических признаков стана сверхобжатий является вытяжка за один проход. Рассмотрим конструктивные особенности стана сверхобжатий на примере планетарного стана Платцера (рис. 5). Рис. 5. Процесс прокатки на планетарном стане Платцера В планетарном стане Платцера кассеты с рабочими валками вращаются вокруг неподвижных опор, а между опорой и вращающимися рабочими валками расположены опорные валки, состоящие из опорных и несущих роликов, попеременно насаженных на общую ось. 14 Опорные ролики поддерживают рабочие валки, а несущие ролики во время деформации в зоне прокатки перекатываются по клиновидным пластинам. Опорные и несущие ролики вращаются независимо на собственных подшипниках и, таким образом, частота вращения рабочих валков не зависит от частоты вращения кассеты. Благодаря этому скорости поверхности проскальзывание рабочего отсутствует. валка и Привод металла одинаковы, и валков осуществляется непосредственно через сепаратор. Траектория валков в зоне прокатки совпадает с направлением движения прокатываемой полосы, что исключает периодическую разнотолщинность полосы. Из-за сложности конструкции опорных валков, подобные станы широкого применения не получили. Более распространенными являются планетарные станы, выпускаемые американской фирмой «Sendzimir» (рис. 6). Рис. 6. Комбинированная клеть конструкции Сендзимира с подающими валками. 15 Как правило, клети планетарной прокатки оснащаются одной или двумя парами подающих валков . В этих станах приводными являются опорные валки. Клеть стана состоит из двух узлов одинаковой конструкции, с опорными валками, вокруг которого располагается от 20 до 26 рабочих валков, закрепленных в сепараторе и специальным устройством прижатых к опорному валку. Корпуса подшипников могут перемещаться в радиальном направлении, что необходимо для компенсации неточности изготовления или изменений размеров валков в результате износа и перешлифовки. При пуске стана сначала при помощи муфты, синхронизирующих валов и конических зубчатых колес приводятся во вращение кассеты с рабочими валками. Когда рабочие валки входят в контакт с металлом, этот привод отключается и используется лишь для синхронизации кассет сепараторов, которая обеспечивает синхронность захвата металла валками и параллельное расположение их осей. Основными преимуществами планетарной прокатки являются значительная степень обжатия (более 95%), высокое качество полосы, уменьшенные затраты на нагрев заготовки, меньшие потери металла в виде окалины. 4. Варианты технологических линий тонкослябовых ЛПА Для решения проблемы согласования скоростных режимов литья и прокатки, а также поддержания требуемой температуры прокатываемой полосы, фирмами-разработчиками ЛПА предложены и реализованы различные варианты разливочно-прокатных установок открывших новые возможности в производстве горячекатаных полос в диапазоне толщин, получаемых до этого исключительно холодной прокаткой. 16 Бесспорным лидером в области разработки и промышленного внедрения тонкослябовых ЛПА является фирма Schloemann Siemag, разработавшая технологию CSP (Compact Strip Prodution – компактное производство полосы) На фирме были разработаны технологии для целого ряда установок, предусматривающих дискретную передачу заготовки с использованием в качестве промежуточного накопителя нагревательную печь с роликовым подом, которая предназначена для согласования различных рабочих скоростей МНЛЗ и прокатного стана и поддержания требуемой температуры заготовки. При разработке базовой установки размеры печи выбирались из расчета, чтобы при всех теоретически возможных скоростях разливки температура полосы на выходе из печи составляла 1100С. С учетом возможных аварийных ситуаций расчетная длина печи принята равной 70 м, что больше чем длина непрерывно-литой заготовки (50 м), при которой можно реализовать заданную удельную массу рулона 20 кг/мм ширины полосы. Если к длине печи прибавить длину заготовки, то длина печи составит 120 м. Таким образом, печь сможет принимать литую заготовку, порезанную на нужную длину, и нагревать ее до 1100 0С при любых условиях работы МНЛЗ. В результате прокатный стан становится не связанным с МНЛЗ через полосу, поэтому скорость прокатки может быть повышена. Эти рассуждения привели к выбору оптимальной компоновки агрегата (рис. 7). Выходящая из МНЛЗ со скоростью 5,5 м/мин заготовка толщиной 50 мм, разрезается маятниковыми ножницами на слябы заданной длины, которые подаются с заданной скоростью в роликовую печь, где проходят зону нагрева и следующую за ней зону выдержки для выравнивания температуры по сечению. 17 Рис. 7. Схема расположения оборудования на одноручьевом агрегате прямой прокатки полосы: 1 – МНЛЗ; 2 – проходная печь; 3 – прокатный стан; 4 – участок охлаждения; 5 - моталка На выходе из зоны выдержки заготовка разгоняется до скорости задачи металла в первую клеть чистовой группы прокатного стана. Перед прокаткой заготовку очищают от окалины в камере гидросбива. Следует отметить, что для этого ЛПА был разработан стан, обеспечивающий обжатие в отдельных проходах до 70%. Благодаря этому для всех легкодеформируемых сталей при ширине сляба менее 1350 мм прокатка лишь в четырех клетях обеспечивает достижение конечной толщины полосы 2,3 мм. При большей ширине или для достижения меньшей толщины необходимо увеличить число клетей. В последнее время развитие новых технологических линий ЛПА проходит в направлении поиска возможностей объединения нескольких одноручьевых МНЛЗ в единый комплекс, что позволит увеличить выпуск горячекатаной полосы до 2,5 млн. т в год. Этот комплекс предусматривает одновременную обработку соответственно двух или трех непрерывно-литых 18 тонких слябов. Прокатка ведется в условиях одной чистовой группы, в связи с чем потребовались существенные изменения в области технологической стыковки машин непрерывного литья с прокатным станом. Основываясь на конструктивных разработках конкурирующих фирм Mannesmann Demag AG (Германия) совместно с итальянской фирмой Arvedi предложили альтернативную способу СSP технологию ISP (Inline Strip Production – поточное производство полосового проката). Данная технология основывается на литье тонких слябов с совмещением литья и прокатки при жидкой и твердой сердцевине полупродукта. Разработчиками технологии было установлено, что интенсивность процесса получения готовой полосы повышается при нагреве полосовой заготовки в индукционной печи до требуемой температуры прокатки и последующем ее сматывании в рулон вместо применения прямой заготовки. На (рис. 8) представлен один из вариантов компоновки оборудования ЛПА использующий стенды для смотки полосы в рулоны. Рис. 8. Схема расположения оборудования двухручьевого агрегата со стендом для смотки в рулоны: 1 – двухручьевая МНЛЗ; 2 – проходная печь; 3 – двухвалковая клеть; 19 4 – стенд для смотки литой полосы в рулоны; 5 – прокатный стан; 6 – участок охлаждения; 7 – моталки; 8 – печь с первичной транспортировкой рулонов Печь 2 в каждом разливочном ручье имеет зону нагрева и зону выдержки, как и в одноручьевом агрегате. За каждой печью располагается двухвалковая клеть 3 и стенд 4 для смотки рулонов. Нагретая непрерывнолитая заготовка после зоны выдержки разгоняется до скорости 2…3 м/с, и после прохождения через двухвалковую клеть 3, в которой происходит её предварительное обжатие с 50 до 40 мм, сматывается на стенде смотки в рулон. Затем рулон подается при помощи устройства 8 для поперечной транспортировки к прокатному стану 5. Система поперечной транспортировки представляет собой туннельную печь с шагающими балками или камеру выдержки с движущимися поддонами. На выходе из печи рулон поступает на стенд размотки, а затем в прокатный стан. В соответствии с такой схемой компоновки оборудования число клетей в прокатном стане сокращается до четырех, а скорость прокатки на выходе увеличивается до 6,4 м/с. В другом варианте на двухручьевой ЛПА (рис. 9) предлагается на участке передачи установить систему, состоящую из заключенного в кожух стенда с приемной моталкой, примыкающей к нему печи для поддонов с рулонами и стенда с разматывателем. 20 Рис. 9. Схема расположения оборудования двухручьевого литейнопрокатного агрегата: 1 – МНЛЗ; 2 – черновые клети предварительного обжатия; 3 – ножницы; 4 – индукционная печь; 5 – устройство смотки рулонов; 6 – печь для подогрева и выдачи рулонов; 7 – разматыватель; 8 – камера гидросбива; 9 – чистовая непрерывная группа клетей; 10 – отводящий рольганг; 11 – моталки Эта система, четырехклетьевым расположенная станом, между представляет участком собой не только литья и элемент технологической стыковки, но и средство временного разъединения стадий литья и прокатки. В результате установки такого стенда, содержащего 18 ячеек для рулонов, образуется буферное время 2 ч, что соответствует производству примерно 400 т прокатанных и смотанных тонких слябов. Благодаря этому техническому решению на участке непрерывной разливки сталь может разливаться из ковшей емкостью до 200 т в нормальном ритме независимо от режима работы чистового прокатного стана. Печи с поддонами для рулонов имеют длину около 20 м. Транспортировка, смотанных после черновых клетей полос толщиной 15…30 мм, осуществляется после их укладки на термостойкие основания, которые одновременно образуют подину центральной и боковых печей печи. После выхода поддона из центральной печи манипулятор поднимает рулон на стенд для разматывания, чтобы произвести удаление окалины перед прокаткой в чистовой группе. Затем освободившиеся поддоны передвигаются поперечным транспортером в одну из двух боковых печей, чтобы сохранить температуру поддонов и предотвратить образование захоложенных зон на вновь принимаемом рулоне. Открывающиеся поочередно дверцы печи образуют шлюзовую систему, сохраняющую тепло. Кроме того, боковые печи могут быть использованы как дополнительный накопитель для рулонов в случае возникновения неполадок в следующих секциях технологической линии – чистовых клетях либо на 21 моталках. Тогда боковые печи используются для консервации рулонов. Для этой цели на них предусмотрены электронагреватели, предотвращающие тепловые потери рулона. При нормальном ходе процесса без сбоев и неполадок центральная печь может быть использована и как технологическое средство для формирования заданной структуры металла перед дальнейшей прокаткой. В США разработана схема размещения трех установок непрерывной разливки слябов с непрерывным станом горячей прокатки. Три МНЛЗ (рис. 10), установленные параллельно производят слябы, которые, пройдя обжимную клеть 2 и стенд контроля 3, подаются в свертыватель 4, при этом сляб необходимой длины отрезается ножницами 5. Свертыватель расположен в печи 6, где температура сляба усредняется. После этого он подается на разматыватель 7, откуда, пройдя установку гидросбива окалины 8, попадает в шестиклетьевой стан 9; готовая полоса сматывается в рулон моталкой 10. Рис. 10. Схема компоновки трех МНЛЗ с чистовой группой широкополосного стана горячей прокатки Все схемы ЛПА, рассмотренные выше, позволяют производить горячекатаные полосы толщиной не менее 1,5 мм. Производство горячекатаных полос конечной толщиной менее 1 мм на ЛПА затруднено. 22 Скорость полосы на выходе из чистовой группы клетей, необходимая для обеспечения требуемой температуры конца прокатки, с уменьшением толщины полосы увеличивается, тогда как скорость транспортировки полосы, допустимая по соображениям ее устойчивости на рольганге, резко уменьшается. Одним из способов преодоления этой ситуации является способ бесконечной прокатки, которая характеризуется тем, что рулоны требуемой массы разделяют между собой только после чистовой группы. Такое решение позволяет прокатывать полосу на более высоких скоростях, поскольку полоса уже натянута моталкой. Обжимная группа состоит из 6…8 клетей, за которыми расположены участок охлаждения, ножницы и моталка для смотки готовой полосы (рис. 11). Рис. 11. Схема расположения оборудования полностью непрерывного процесса литья и прокатки тонкой горячекатаной полосы конструкции ВНИИМЕТМАШ: 1 – подъемно-поворотный стенд для ковшей с жидкой сталью; 2 –МНЛЗ; 3 – ножницы; 4 - нагревательная печь; 5 – установка гидросбива; 6 – чистовая группа клетей; 7 – душирующее устройство; 8 – моталка При такой компоновке ЛПА можно получать горячекатаную полосу толщиной 0,6 мм при полностью непрерывной работе литейной машины и прокатного стана. 23 На рис. 12 показано изменение температуры металла от кристаллизатора до последней клети прокатного стана при прокатке полосы толщиной 0,6 мм из стали 09Г2С без промежуточного подогрева. Сляб отливают толщиной 100 мм при скорости литья 4,6 м/мин. После выхода из МНЛЗ сляб сразу же поступает в печь для выравнивания и сохранения среднего значения его температуры, а затем в систему гидросбива окалины, после чего в первую клеть прокатного стана. При производстве толстолистового проката на ЛПА основным сдерживающим фактором верхнего предела толщины листов является степень деформации. Литая структура как тонких (толщиной 50 мм), так и толстых (толщиной 200 мм) полностью разрушается при относительном обжатии сляба в пределах 25…27%. Рис. 12. Температура сляба и раската при горячей прокатке полосы толщиной 0,6 мм. 24 В результате изменения структуры тонких слябов, подвергнутых обжатию в процессе разливки с 60 до 28 мм, разработчики тонкослябовых ЛПА пришли к выводу о возможности получения толстых листов непосредственно после МНЛЗ. Машина непрерывного литья тонких слябов, предназначенных для прокатки в толстый лист, при современном уровне развития технологии могла бы обеспечивать наибольшую ширину 3,5 м при толщине заготовки сформированный в в зоне кристаллизатора кристаллизаторе с 150…100 такими мм. размерами, Слиток, далее прокатывается во время затвердевания до толщины 75 мм, а затем непосредственно в линии листового стана до требуемой толщины. В этом случае требуемая прочность и пластичность могут быть обеспечены нормализацией или ускоренным охлаждением. Комплексная оценка свойств толстых листов, полученных из слябов толщиной 48 мм, показала, что для углеродистых сталей достаточно двукратной вытяжки, а для низколегированных сталей, в частности, предназначенных для сварных труб, требуется восьмикратная вытяжка. Для достижения требуемого уровня механических свойств толстых листов из непрерывно-литых слябов толщиной 250…300 мм необходимая вытяжка составляет 5…6 для углеродистых и низколегированных марок сталей, а для легированных - 8…10. На рис 13. показаны возможные схемы тонкослябовых ЛПА для производства толстых листов, основанные на предложенных фирмами SMS Demag и Daniel. Агрегаты имеют в своем составе черновую и чистовую группу клетей, что позволяет получать листы толщиной 15…40 мм и смотанную в рулон полосу толщиной 4…12 мм. Дополнительная установка принудительного охлаждения непосредственно после МНЛЗ (рис. 13, б) при использовании «мягкого» обжатия слябов в процессе разливки позволит получать часть сортамента непосредственно на этом участке. Ограничения по ширине толстых листов в ряде схем ЛПА (рис. 13, а, б) обусловлены применением 25 только продольной схемой прокатки. Установка кантователя перед черновой группой клетей (рис. 13, в) и увеличение длины бочки валков позволяет варьировать шириной листов, получаемой на данном участке ЛПА. Получение толстых листов наиболее широкого размерного и марочного сортамента возможно по схеме толстослябового ЛПА (рис. 13, г), базирующейся на классическом двухклетьевом стане. В целях расширения буферной зоны между МНЛЗ и станом целесообразно использовать комбинированную нагревательную печь с боковой (для горячих слябов) и торцевой (для холодных) загрузкой. а б в г 26 Рис. 13. Варианты схем ЛПА для производства толстых листов из тонких (а, б, в) и толстых (г) слябов: 1 – МНЛЗ; 2 – ножницы; 3 – индуктор; 4 – проходная печь; 5 – установка гидросбива окалины; 6 – черновая группа клетей; 7 – установка принудительного охлаждения; 8 – уборочный рольганг; 9 – чистовая группа клетей; 10 – моталка; 11 – кантователь; 12 – машина газовой резки; 13 – передаточный рольганг-тележка; 14 – методическая печь с торцевой и боковой загрузкой слябов; 15 – реверсивная клеть Производительность предложенных ЛПА составляет 1…2 млн. тонн в год и определяется для схем, показанных на рис. 5.13, а, б, в, числом и производительностью МНЛЗ. В целом производство толстого листа на основе МНЛЗ для тонких слябов и совмещения литья с прокаткой во время затвердевания обеспечивает следующие преимущества: - лучшее качество структуры; - минимальную требуемую степень деформации; - использование энергии сталеплавильного процесса для чистовой прокатки горячего металла. 5.5 Литейно-прокатные агрегаты с прямым литьем полосы. В 90-х годах рядом фирм Германии, США, Японии, России и других стран были начаты работы по разработке технологии прямого получения полосы на ленточных и валковых литейных машинах. Одной из первых исследование процесса непрерывного литья стальной полосы на двухвалковой машине вертикального типа начала фирма Thyssen Stahl (США). Опытная машина (рис. 14), на которой проводились исследования, имела валки диаметром 580 мм и позволяла регулировать скорость литья от 6 до 600 м/мин. 27 Рис. 14 Опытная вертикальная двухвалковая установка фирмы «Thyssen» для литья полосы: 1 – литейная машина; 2 – тянущее устройство; 3 – участок охлаждения; 4 – моталка На этой установке были получены полосы из высококремнистых, углеродистых, высоколегированных и коррозионностойких сталей. По результатам проделанной работы фирма Thyssen Sthal совместно с французской фирмой Usinor Sacilor создали опытно - промышленную двухвалковую установку, получившую название «Муоsоtis». На установке отливают полосы толщиной 2…4 мм при скорости 30…90 м/мин. Более 70% отлитой полосы пригодно для холодной прокатки. В начале 90-х годов на заводе Унна (Германия) специалисты фирмы Кrupp приступили к эксплуатации опытной двухвалковой машины горизонтального типа для непрерывной разливки тонкой полосы (рис. 15). Машина имеет два водоохлаждаемых литейных ролика различных диаметров. Верхний ролик диаметром 600 мм смещён относительно нижнего, имеющего диаметр 950 мм, в направлении промежуточного ковша. Требования к роликам весьма высоки. Они должны отводить тепло от 28 жидкой стали и отдавать его охлаждающей воде. При этом не допускается их деформация, что привело бы к колебаниям толщины полосы. Рис. 15. Горизонтальная двухвалковая машина фирмы «Кrupp» для литья полосы: 1 – сталеразливочный ковш; 2 –промежуточная ёмкость; 3 - двухвалковая литейная машина; 4 – тянущие ролики; 5 – петлевое устройство; 6 – маятниковые ножницы; 7 – направляющие ролики; 8 - моталка с подъёмником рулонов. Важным аспектом является точное регулирование уровня жидкого металла. Обеспечивая погружение верхнего ролика в жидкий металл на глубину около 5 мм, можно гарантировать равномерную толщину полосы. Машина рассчитана на получение полосы толщиной 1,5…4,5 мм, шириной 700…1050 мм при скорости 5…60 м/мин. Российская фирма ВНИИМЕТМАШ совместно с ЦНИИчерметом провели большой объем научно-исследовательских работ процесса литья полосовой стали исследований на двухвалковых машинах. В результате этих был спроектирован, изготовлен и введен в опытную 29 эксплуатацию агрегат АМКЛ-300 для получения микрокристаллической ленты. Он состоял из литейной двухвалковой машины (диаметр валков 600 мм, длина валков 300 мм, погонное усилие в валках 1 т/см, окружная скорость до 15 м/с), ножниц и моталки для смотки (рис. 16). В дальнейшем была добавлена тянущая клеть для предварительного обжатия ленты перед смоткой. Разливкой на двухвалковой машине были получены ленты толщиной 0,1…0,35 мм и шириной до 300 мм из электротехнических, коррозионностойких, Благодаря жаропрочных марок стали. высокой скорости охлаждения (105 0С/с) при получении ленты в двух валках образуется микрокристаллическая структура, способствующая повышению пластичности, коррозионностойкости, износостойкости ленты, а также уменьшению потерь на перемагничивание. Рис. 16. Схема опытной двухвалковой машина конструкции ВНИИМЕТМАШ: 30 1- индукционная печь; 2 – шиберный затвор; 3 – дозатор; 4 – желоб; 5 – распределительное сопло; 6 –боковой ограничитель; 7 – ванна расплава; 8 - подушка валка; 9 – валок; 10 – охлаждение валка; 11 – вторичное охлаждение; 12 - ножницы; 13 - моталка Стремление к сокращению капитальных затрат за счёт уменьшения толщины подката привело к разработке различных прокатных агрегатов с прямым литьем вариантов полосы. литейно- Так по способу, разработанному фирмой Krupp, (рис. 17), жидкая сталь поступает на движущуюся в горизонтальном направлении бесконечную транспортную ленту, где происходит её первичное охлаждение. Затем заготовка проходит зону вторичного охлаждения и поступает в прокатный стан, после чего готовая полоса сматывается на моталке. Рис. 17. Ленточный литейно-прокатный агрегат фирмы «Crupp» с прямым литьём полосы: 1 – сталеразливочный ковш; 2 – промежуточная ёмкость; 3 – ленточная машина непрерывного литья; 4 – вторичное охлаждение; 5 – прокатный стан; 6 – окончательное охлаждение; 7 – моталка При металлургической длине 10 м, которая соответствует охлаждаемой длине литейного агрегата, предложенная технология позволяет скорости литья до 60 м/мин достичь при толщине подката 10 мм. На пилотных установках уже реализована скорость литья 45 м/мин, что дает возможность 31 прямой прокатки полосы до конечной толщины в двух - трёхклетевом стане без подогрева полосы. Следовательно, отпадает необходимость в установке подогревательных печей или системы печных моталок типа Койлбокс, что существенно повышает экономичность способа. Вопросы для самопроверки 1. Какие факторы определили возможность создания тонкослябовых ЛПА? 2. Назовите недостатки и ограничения, возникающие при традиционной широкополосной горячей прокатке в связи с развитием марочного и размерного сортамента листовой стали? 3. Сформулируйте сущность технологии сквозной прокатки. Какие требования необходимо выполнить для ее реализации? 4. Назовите достоинства литейно-прокатных агрегатов по сравнению с традиционными комплексами МНЛЗ – ШСГП? 5. Как совершенствование непрерывной разливки стали повлияло на технологию производства проката? 6. Каковы основные причины, препятствующие совмещению технологических процессов литья и прокатки? 7. Как можно преодолеть несоответствие производительностей МНЛЗ и прокатного стана при их совмещении? 8. Назовите основные участки тонкослябовых ЛПА. 9. Укажите классификационные признаки тонкослябовых ЛПА. 10. Приведите примеры расположения оборудования научастках передачи для двух- и трехручьевой МНЛЗ. 11. В каком случае на участке прокатки предпочтительнее использовать станы сверхобжатий? 12. Какие станы используются в линиях прокатки ЛПА для 32 реализации сверхобжатий? 13. Что представляет собой процесс «мягкого» обжатия заготовки с незатвердевшей сердцевиной и в каких целях он используется? 14. Назовите основные этапы деформаци заготовки в сочетании с разливкой на ЛПА. 15. В чем состоит идея «полубесконечной» прокатки на литейнопрокатных агрегатах? 16. Какие схемы производства толстых листов возможны на ЛПА? 17. За счет чего обеспечивают температурные условия производства сверхтонких полос на ЛПА? 18. Какие предложения рассматриваются для реализации бесконечной прокатки на литейно-прокатных агрегатах? 19. Что представляет собой процесс непрерывного литья стальной полосы? 20. Какие способы непрерывного литья стальных полос Вы знаете и в чем их существенные отличия? 33