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.

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 гребуемой 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 1100 °С. С учетом возможных аварийных ситуаций расчетная длина печи принята равной 70 м, что больше, чем длина непрерывно-лигой 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 °С 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. 5.7).

Рис. 5.7. Схема расположения оборудования на одноручьевом агрегате прямой прокатки полосы: 1 - МНЛЗ; 2 - проходная печь; 3 - прокатный стан; 4 - участок охлаждения; 5 - моталка

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 ио сечению.

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 гидросби- ва. 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 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 CSP 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 технолог ии 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. 5.8 представлен один из вариантов компоновки оборудования ЛПА, использующий стенды для смотки полосы в рулоны.

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 непрерывно-литая заготовка после зоны выдержки разгоняется до скорости 2...3 м/с, и после прохождения через двухвалковую клеть 3, в которой происходит ее 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.

Рис. 5.8. Схема расположения оборудования двухручьевого агрегата со стендом для смотки в рулоны: 1 - двухручьевая МНЛЗ;

• 2 - проходная печь; 3 - двухвалковая клеть; 4 - стенд для смотки литой полосы в рулоны; 5 - прокатный стан; 6 - участок охлаждения;
• 7 - моталки; 8 - печь с первичной транспортировкой рулонов

В другом варианте на двухручьевой ЛПА (рис. 5.9) 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.

Эта система, расположенная между участком литья и чегырех- клетьевым станом, представляет собой не только 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 соогветствует 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.

Рис. 5.9. 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

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. 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 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 1 (рис. 5.10), установленные параллельно, производят слябы, которые, пройдя обжимную клеть 2 и стенд контроля 3, подаются в свергыватель 4, при этом сляб необходимой длины отрезается ножницами 5. Свергыватель расположен в печи 6, где температура сляба усредняется. После этого он подается на размагыватель 7, откуда, пройдя установку гидросбива окалины 8, попадает в шестиклегьевой стан 9; готовая полоса сматывается в рулон моталкой 10.

Рис. 5.10. 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. 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 но соображениям ее устойчивости на рольганге, резко уменьшается.

Одним из вариантов преодоления этой ситуации является способ бесконечной прокатки, который 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. 5.11).

Рис. 5.11. 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.

На рис. 5.12 показано изменение температуры металла от кристаллизатора до последней клети прокатного стана при прокатке полосы толщиной 0,6 мм из стали 09Г2С без промежуточного подогрева.

Рис. 5.12. Температура сляба (I) и раската (2) при горячей прокатке полосы толщиной 0,6 мм

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) слябов полностью разрушается при относительном обжатии в пределах 25...27 %.

В результате изменения структуры тонких слябов, подвергнутых обжатию в процессе разливки с 60 до 28 мм, разработчики гонкосля- бовых 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 в зоне кристаллизатора 150... 100 мм. Слиток, сформированный в кристаллизаторе с такими размерами, 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. 5.13 показаны возможные схемы гонкослябовых ЛПА для производства толстых листов, предложенные 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. 5.13, 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. 5.13, а, б) обусловлены применением только продольной схемой прокатки. Установка кантователя перед черновой трупной клетей (рис. 5.13, 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 голстослябового ЛПА (рис. 5.13, 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.

Рис. 5.13. 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 т 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.