Нагрев слитков перед прокаткой

Нагрев исходных материалов (слитков и заготовок) перед прокаткой должен обеспечить их высокую пластичность и наименьшее сопротивление деформации, высокое качество готового проката и получение требуемой структуры металла.

При нагреве металла в нагревательных устройствах всегда происходит окисление металла - процесс химического взаимодействия окислительных печных газов с железом, примесями и легирующими компонентами с образованием на поверхности слитка или заготовки окалины. Образование окалины при нагреве является источником потерь годного металла. Угар металла при нормальной работе нагревательных устройств составляет 1...2% от массы нагреваемого металла. Если учесть, что металл при прокатке от слитка до готового продукта нагревается несколько раз, то можно принять угар в среднем 3...4%. Кроме того, окалина при прокатке вдавливается в металл, что ухудшает качество поверхности, ускоряет износ валков. В связи с этим возникает необходимость удаления окалины с поверхности прокатываемой полосы. При горячей прокатке на листовых станах устанавливают специальные клети - окалиноломатели - для дробления окалины, которая затем сбивается водой высокого давления (гидросбив). Перед холодной прокаткой окалину с поверхности горячекатаных рулонов удаляют травлением их в растворе кислоты. Это приводит к уменьшению износа валков и обеспечению чистой поверхности листовой стали.

Температурный режим горячей прокатки характеризуется температурами начала и конца прокатки. За температуру начала прокатки принимают температуру нагрева заготовок. Для углеродистых сталей максимальную температуру устанавливают в соответствии с линией солидуса по диаграмме железо-углерод, так как наиболее опасное явление при нагреве металла (пережог) связано с началом его оплавления. В связи с этим максимальную температуру нагрева для углеродистых и низколегированных сталей принимают на 100... 150 °С ниже линии солидуса. Самую высокую температуру нагрева (1350 °С) принимают для сталей с содержанием углерода около 0,10% (рис. 3.2). С повышением содержания углерода температура нагрева стали снижается. Температуру нагрева для легированных и высоколегированных сталей назначают с учетом факторов, влияющих на структуру стали, интенсивный рост зерен ее и пластичность при высоких температурах.

Границы температурного интервала обработки углеродистой стали

Рис. 3.2. Границы температурного интервала обработки углеродистой стали

При выборе температуры нагрева металла перед прокаткой необходимо учитывать требуемую температуру конца прокатки, которая в основном определяется теми физико-химическими и механическими свойствами, которые должен иметь металл при его дальнейшем использовании или обработке. Если эти свойства могут быть получены непосредственно после горячей прокатки, г.е. без дальнейшей термической обработки, то температуру конца прокатки выбирают такой, чтобы получить необходимую структуру металла, которая определяет его механические свойства. Для доэвтекгоидной стали эта температура практически на 50... 100 °С выше точки Аг. При этом необходимо учитывать ее влияние на сопротивление деформации, усилие прокатки и другие факторы.

Стали с примерно одинаковым химическим составом и сопротивлением деформации, теплопроводностью, пластичностью и склонностью к поверхностному обезуглероживанию объединяют в одну группу, для которой устанавливается одинаковый режим нагрева.

При нагреве исходных материалов следует учитывать пластичность сталей и сплавов. Так, посадка слитков и заготовок из высокоуглеродистых и легированных сталей в печь с высокой температурой или нагрев их со слишком большими скоростями могут привести к образованию трещин. Эти трещины образуются в результате возникновения больших внутренних напряжений из-за большого перепада температур между поверхностными и внутренними слоями. Поэтому нагрев слитков и заготовок из стали с малой теплопроводностью и пластичностью следует вести медленно, особенно до 600...650 °С, так как при низких температурах больше всего возникает опасность образования трещин.

Следует отметить, что при нагреве до 600...700 °С появляющиеся термические напряжения суммируются с остаточными напряжениями, возникающими в слитке при охлаждении, а у легированных сталей при температуре 700...800 °С протекают структурные превращения, в результате чего образуются структурные напряжения, которые также суммируются с остаточными и температурными. Если знак этих напряжений совпадает, то они могут превысить предел прочности при данной температуре и привести к образованию трещин.

Самое важное при нагреве исходного металла до заданной температуры - обеспечить равномерный нагрев его по всему сечению. Неравномерный нагрев способствует образованию внутренних разрывов, увеличению износа прокатных валков и вызывает опасность их поломки и др. Нагретый металл, если он равномерно нагрет по всему сечению и длине, значительно легче деформируется.

Слитки для прокатки блюмов и слябов нагревают в пламенных нагревательных колодцах, которые, как правило, располагаются в специальном здании, примыкающем к основному зданию блюминга или слябинга. Это здание состоит из двух пролетов: в одном расположены колодцы, а в другом - устройства для подачи газа и воздуха и системы управления колодцами. Такое расположение здания нагревательных колодцев обеспечивает удобную транспортировку слитков из сталеплавильного цеха.

По конструкции нагревательные колодцы можно разделить на регенеративные, рекуперативные и электроколодцы.

Регенеративные колодцы объединены в группы. Каждая группа состоит из четырех камер емкостью по 6-8 слитков (рис. 3.3). Камера представляет собой самостоятельную нагревательную печь, имеющую регенераторы для подогрева газа и воздуха.

Регенеративные нагревательные колодцы

Рис. 3.3. Регенеративные нагревательные колодцы:

  • 1 - крышка; 2 - механизм для перемещения крышки;
  • 3 - газовый регенератор; 4 - воздушный регенератор

Существенным недостатком этих колодцев является неодинаковое расположение слитков относительно потоков тепла, а следовательно, неодинаковый их нагрев. Слитки, расположенные со стороны регенераторов, нагреваются быстрее, чем слитки в средней части камеры, что может привести к оплавлению или пережогу крайних слитков.

В рекуперативных колодцах отопление осуществляется из центра подины или с отоплением верхней горелкой. В широко используемых колодцах первого типа (рис. 3.4) пламя горелки движется вверх, ударяется о крышку, растекается по ее поверхности и омывает слитки сверху вниз, после чего дымовые газы проходят через каналы, расположенные с обеих сторон каждой камеры.

Рекуперативные нагревательные колодцы с отоплением из центра подины

Рис. 3.4. Рекуперативные нагревательные колодцы с отоплением из центра подины: 1 - горелка; 2 - рекуператор; 3 - подвод холодного воздуха; 4 - канал для подвода горячего воздуха; 5 - каналы для отвода дымов и газов из рабочего пространства камеры;

6 - канал для подвода воздуха

Каждая группа колодцев состоит из двух камер емкостью 10- 20 слитков. Воздух в этих колодцах нагревается в керамическом рекуператоре, а газ - в металлическом сварном трубчатом рекуператоре, установленном последовательно за керамическим рекуператором.

Рекуперативные колодцы по сравнению с регенеративными более просты по устройству и компактнее. В этих колодцах достигается большая равномерность нагрева слитков, весьма редкие случаи их оплавления и пережога.

Характерным для современных прокатных цехов является горячий посад слитков в нагревательные колодцы. К горячему посаду обычно относятся слитки с температурой поверхности 400... 1000 °С, а к холодному - ниже 400 °С.

Горячий посад слитков обеспечивает значительную экономию топлива и увеличивает производительность нагревательных колодцев. С понижением температуры слитков при посадке значительно увеличивается длительность нагрева и расход топлива. Так, при нагреве холодных слитков длительность нагрева почти в два раза больше, а расход топлива примерно в три раза больше, чем при нагреве слитков с температурой поверхности 800 °С.

На рис. 3.5 приведена примерная схема размещения слитков в камерах рекуперативных нагревательных колодцев.

Схема размещения слитков в камерах рекуперативных колодцев с отоплением из центра подины

Рис. 3.5. Схема размещения слитков в камерах рекуперативных колодцев с отоплением из центра подины: а - слитки, уширенные книзу; б - слитки с прибыльной частью (уширенные кверху)

Слитки в этих колодцах устанавливают, как правило, в один ряд вдоль стен камеры. Слитки, уширенные книзу, устанавливают вертикально узким концом кверху (рис. 3.5, а). Слитки с прибыльной частью (уширенные кверху) устанавливают наклонно широким концом кверху с опорой на стенки камеры (рис. 3.5, б). Масса садки одной камеры должна быть кратна массе плавки, что обеспечивает поплавочный контроль и устраняет возможность смешения слитков различных плавок.

При нагреве слитков необходимо также учитывать теплопроводность стали. Особенно это относится к нагреву специальных сталей, гак как они обладают пониженной теплопроводностью.

Электрические нагревательные колодцы по расположению слитков в рабочем пространстве бывают однорядными (рис. 3.6, а) и двухрядными (рис. 3.6, 6). Нагревательными элементами 1 в колодцах служат карборундовые желоба, заполненные нефтяным коксиком в качестве материала сопротивления, который при прохождении электрического тока раскаляется и передает тепло окружающему пространству. Желоба установлены вдоль рабочего пространства у стенок или посередине. Электрический ток подводят к нагревательным элементам через графитовые электроды. Напряжение электрического тока на контактной поверхности электрода измеряется в пределах 115... 120 В в зависимости от сопротивления нагревательного элемента и мощности, потребляемой колодцем.

Схема электрических нагревательных колодцев

Рис. 3.6. Схема электрических нагревательных колодцев: а - однорядные; б - двухрядные; 1 - нагревательные элементы;

2 - отсеки; 3 - слитки; 4 - крышки

По длине каждый колодец разделен поперечными стенками на отсеки 2, в которые устанавливаются по одному-два слитка 3. Для каждого отсека предусмотрена отдельная крышка 4.

В электрических колодцах нагревают сортовые слитки массой 8... Юти листовые массой 5... 18 т, масса садки одного колодца находится в пределах 20... 60 т и выше.

При нормальных условиях работы угар в колодцах составляет 0,2... 0,3%. Кислород воздуха, проникающего в колодец, связывается, реагируя с раскаленным нефтяным коксиком, благодаря чему поверхность слитка незначительно окисляется.

По расходу тепла для нагрева металла до заданной температуры электрические колодцы экономичны. При нагреве слитков горячего посада расход электроэнергии в пересчете на единицу тепла составляет 50... 60 % от расхода тепла, затрачиваемого в пламенных колодцах для нагрева этих же слитков.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >