ПРОИЗВОДСТВО КАТАНЫХ БЛЮМОВ И СЛЯБОВ
Общая технология производства катаных блюмов и слябов
Отлитые в сталеплавильном цехе слитки по железнодорожному пути направляются в обжимной цех. Предварительно в специальном отделении сталеплавильного цеха производится раздевание слитков. Затвердевший слиток кипящей стали, расширяющийся книзу, полностью освобождается от изложницы, а со слитка спокойной стали сначала снимают прибыльную надставку и затем отрывают его от изложницы. Извлечение из нее осуществляется уже в отделении нагревательных колодцев (ОНК) обжимного цеха.
Удобно технологию рассматривать на конкретных станах. На рис. 9.1 приведена схема блюминга 1300 Криворожского металлургического комбината. На рис. 9.2 представлен план расположения оборудования в обжимном цехе ОАО “Северсталь” с блюмингом-слябингом 1300, прокатывающим как блюмы для сортовых, так и слябы для листовых станов.
В ОНК с помощью колодцевого крана слитки загружаются в свободные ячейки нагревательных колодцев. В колодцах происходит выравнивание темпе-
Рис. 9.1. Схема расположения оборудования обжимного цеха Криворожского металлургического комбината:
1 — нагревательные колодцы (показана только часть колодцев); 2 — слит- ковоз; 3— сталкиватель; 4 — приемный рольганг; 5— рабочий рольганг; 6 — манипулятор с кантователями; 7— клеть стана 1300; 8— электродвигатель рабочей клети; 9 — машина огневой зачистки (МОЗ); 10 — пресс- ножницы; 11— конвейер уборки обрези; 12— конвейер уборки блюмов; 13— сталкиватель; 14— поворотный стол; 15— первая клеть НЗС; 16— кольцевая подача
Рис. 9.2. Схема расположения оборудования блюминга 1300 ОАО “Северсталь”:
1— тельферные краны; 2— нагревательные колодцы; 3— приемный рольганг с боковым сталкивателем слитков; 4 — слитковоз (кольцевая подача); 5— бункер для окалины; 6 — блюминг; 7— колодец для окалины; 8— машина огневой зачистки (перенесена на НЗС); 9— конвейер для обрезков; 10— шлеппер для готовых блюмов и слябов; 11 — ножницы; 12— рольганг к НЗС ратур по сечению слитка, а также подогрев его поверхности до требуемой температуры. Время нагрева и расход топлива зависят от того, какую температуру имеет слиток в момент его загрузки в колодец, и чем она выше, тем лучше. На металлургических заводах поощряют работников участка сталь—прокат за обеспечение высокой температуры поверхности сажаемых в колодец слитков, так как она в основном зависит от правильной организации работы на этом участке. ЭВМ контролирует ситуацию одновременно в сталеплавильном цехе, в цехе подготовки изложниц, в железнодорожном цехе, в ОНК и на блюминге (или слябинге) и постоянно решает задачу на оптимизацию графика работ всех служб, работающих в системе сталь—прокат, обеспечивая максимально возможную температуру “горячего всада” слитков в колодец. Обычно она на поверхности находится в пределах 750—850 °С. Время нагрева горячих слитков составляет 2,5—4,0 ч. Например, на Нижнетагильском блюминге 1150 внедрение автоматизированной системы слежения в системе сталь—прокат и организация горячего всада сократили угар металла на 15—20 %, а удельный расход топлива — на 4—5 кг на 1 т проката.
На крупном металлургическом заводе примерно 5 % слитков (в среднем за год) поступает в колодцы в холодном состоянии со склада. На склад слитки попадают только в аварийных ситуациях, когда блюминг или колодцы не в состоянии принять уже отлитые слитки. Если сталеплавильный цех остановлен, то слитки в обжимной цех поступают со склада. Время нагрева холодных слитков увеличивается в три-четыре раза и составляет 10—14 ч.
Организация “горячего всада” слитков полезна также с позиций повышения качества металла: уменьшаются термические напряжения между поверхностными и внутренними слоями металла при нагреве, брак по трещинам, сокращается доля обезуглероженного металла. За счет почти равномерного распределения температуры по сечению увеличивается пластичность металла и появляется возможность деформации в более интенсивном режиме. Это способствует также равномерной проработке слитка по сечению, уменьшению условий для раскрытия внутренних трещин, а также сокращению обрези по концам.
На заводе фирмы “Нипон кокан” в Фукуяме (Япония) внедрена прокатка слитков без нагрева их в колодцах. Слитки кипящей стали после разливки, имеющие еще жидкую сердцевину, после раздевания укладываются на специальные платформы и накрываются теплоизоляционным колпаком. При транспортировке в обжимной цех происходит выравнивание температуры по сечению до требуемой температуры прокатки. Время транспортировки и начала прокатки строго отслеживается и регулируется в зависимости от марки стали. Применение такого способа прокатки позволило увеличить выход годного на 1 % и снизить концевую обрезь на 0,59 %. Конечно, при такой технологии небольшой промежуточный склад слитков и часть колодцев должны быть сохранены для холодных слитков, образующихся при сбоях производства.
На некоторых заводах Японии, а также на нижнетагильском и челябинском блюмингах испробована технология прокатки слитков, когда сердцевина их еще не остыла до твердого состояния. Установлено, что наиболее целесообразен “горячий всад” слитков с 10—20 % жидкой фазы внутри. Начинают прокатку ири содержании до 5 % жидкого металла в сердцевине. Это обеспечивает интенсификацию режимов деформации и повышение выхода годного на
2—3 %. При более высоком количестве жидкой фазы на поверхности раската появляются вздутия, образующиеся при выделении газов из жидкого металла. Кроме того, не исключается прорыв жидкости при прокатке. Это совершенно недопустимо по технике безопасности. Поэтому большинство заводов предпочитают прокатывать металл тогда, когда сердцевина полностью застывает и температура ее не менее чем на 150 °С выше температуры поверхности.
На мелких заводах такой четкой организации на участке сталь—прокат нет, многие предприятия работают на покупных слитках, поэтому доля слитков, поступающих в колодец в горячем виде, значительно меньше или вообще равна 0. Кроме того, “холодный всад” имеет одно достоинство перед горячим: он позволяет осмотреть слиток перед нагревом и, если требуется, отремонтировать его. Эго очень важно для слитков легированных марок стали, брак при прокатке которых стоит дорого. Иногда всю партию таких слитков в обязательном порядке на специальных станках полностью обдирают, чтобы удалить мелкие поверхностные трещинки, которые неизбежно появляются в процессе отливки и затвердевания слитков. Из теории ОМД известно, что поверхностные трещинки на металле при прокатке могут только увеличиваться, так как схема напряженного состояния поверхностных слоев при прокатке содержит продольные растягивающие напряжения. Чем раньше трещины удалены, гем больше годного металла будет на выходе. При горячем всаде слитков борьба с поверхностными трещинами начинается, как правило, только после прокатки на обжимном стане, что может быть уже поздно.
Рис. 9.3. Схема действия машины огневой зачистки (МОЗ)
Продолжим движение по технологической цепочке. Нагретые в колодце слитки гем же колодцевым краном вытаскиваются и помещаются на одну из свободных тележек, постоянно двигающихся со скоростью примерно 5 м/с в одном направлении по кольцевой железной дороге (кольцевая подача). Когда тележка со слитком оказывается на уровне транспортного рольганга, слиток с помощью сгалкивателя подается на этот рольганг. Первая секция его содержит весы, передающие результаты взвешивания в ЭВМ и далее в автоматизированную систему слежения и учета металла, которая будет постоянно отслеживать состояние металла до самого конца технологического цикла. По транспортному рольгангу слиток движется к рабочему рольгангу. Рабочие ролики рольганга расположены сзади и спереди стана и не только выполняют транспортные операции, но и принимают непосредственное участие в прокатке слитка. Сам процесс прокатки осуществляется в рабочей клети блюминга или слябинга в несколько пропусков в реверсивном режиме (со сменой направления вращения в каждом пропуске).
Обычно ведут прокатку одновременно двух слитков.
Прокатанные блюмы или слябы на многих блюмингах далее попадают в машину огневой зачистки (МОЗ), схема которой изображена на рис. 9.3. На блюминге-слябинге ЧерМК, показанном на рис. 9.1,
МОЗ отсутствует, потому что она вынесена на следующий за ним непрерывно-заготовочный стан (НЗС). МОЗ представляет собой раму, настраиваемую под размер сляба (блюма), с расположенными по периметру газовыми горелками, через которые на поверхность движущегося металла подается технически чистый кислород. На глубину 3, 5 или 7 мм в зависимости от режима настройки сжигается поверхностный слой сляба (блюма) вместе с поверхностными трещинками. Конечно, при таком способе борьбы с поверхностными дефектами также выжигается много здорового металла, его потери составляют 2—4 %.
На ММК, а также ряде японских заводов резко снизили потери металла на МОЗ, внедрив выборочную зачистку металла. Перед МОЗ установили бесконтактный дефектоскоп, позволяющий обнаруживать поверхностные трещины на горячем металле. Зачистке на МОЗ подвергаются только пораженные трещинами блюмы. На заводах фирмы “Син ниппон сэйтэцу” (Япония) на среднеуглеродистых сталях внедрена технология производства слитков без поверхностных дефектов, и необходимость в МОЗ отпала. Однако по этой технологии требуется очень строгое выполнение условий сифонной разливки стали, жесткие режимы нагрева слитка с минимальным окалинообразованием и соответствующие режимы деформации.
В целом МОЗ, видимо, выгодна при крупном производстве, когда работают по технологии горячего всада и нет возможности контролировать поверхность каждого слитка, когда процент поверхностных дефектов высок, когда за счет высокой производительности дополнительные потери полностью оправдываются. Можно считать, что при производстве примерно 3 млн. т и более блюмов в год заводу выгоднее установить МОЗ, чем выдерживать жесткие требования технологии производства слитков без поверхностных дефектов. На более мелких заводах МОЗ отсутствует, применяется только холодный всад и эффективен предварительный осмотр, ремонт и сортировка слитков перед посадкой их в колодец.
Следующей технологической операцией является резка проката на пресс- ножницах. Выше указывалось, что слитки спокойных марок стали содержат головную часть (примерно от 10 до 12 % от массы слитка), в которой концентрируются примеси, неметаллические включения и прочая “грязь”, поэтому ее необходимо отделить от здоровой части слитка и разрезать на отдельные кусочки длиной не более 700 мм, удобные для транспортировки вновь в сталеплавильные цеха. Также отрезается донная часть слитка (1,5—3,0 % от массы слитка), имеющая примеси и утяжку по средней части сечения (рис. 9.4). Процент обрези головной и особенно донной части слитка в значительной мере зависит от режима обжатия.
Для удаления обрезков ножницы горячей резки оборудованы наклонным конвейером для транспортировки обрезков и сбрасывания их в специальные железнодорожные вагоны (думпкары). Здоровая часть слитка (80—85 % по массе) далее прокатывается на непрерывно-заготовочном стане или также разрезается на мерные длины и отправляется потребителям как товарная продукция. Ножницы уп-
Рис. 9.4. Схема резки раската после блюминга (слябинга) равняются с помощью ЭВМ, которая позволяет вести учет длин каждого блюма и их суммарную длину в системе автоматизированного учета проката.
На некоторых заводах, например на слябинге ММК, на участке ножниц установлена система автоматизации контроля и учета обрези металла, позволяющая экономить около 5 тыс. т металла в год за счет более точной установки нормы обрези металла. Перед ножницами установлен ролик, вращающийся при контакте с движущимся металлом, угол поворота которого преобразуется в длину раската. Затем на ЭВМ по заложенным в нее среднестатистическим нормам обрези вычисляются длины отрезаемых головной и донной частей слитка, и соответствующие расчетные данные направляются на механизмы установки упора ножниц, которые реализуются в автоматическом режиме. Конечно, установление норм обрези для каждой марки стали и каждого типа слитка, а также автоматическая коррекция их в зависимости от режима обжатия представляют отдельную проблему при внедрении такой системы.
После разрезки производится клеймение на ходу полученного сляба или блюма с помощью рычажного автоматического клеймителя. При этом указываются марка стали, плавка и другие данные о металле. Смена клейм осуществляется дистанционно с пульта оператора. На лучших обжимных станах имеются автоматические дисковые клеймители, которые осуществляют клеймение также обрезков головной и донной частей слитка, направляемых в переплавку. Основная доля блюмов движется далее по рольгангу к непрерывно-заготовочному стану.
Товарные (на продажу) блюмы с помощью шлеппера передаются на приемные стеллажи и далее на охлаждение. Они охлаждаются по определенному режиму в зависимости от марки стали. Простые углеродистые марки стали с низким и средним содержанием углерода, представляющие основную долю сортамента крупного металлургического завода, при любой скорости охлаждения не образуют трещин, поэтому при их охлаждении стремятся даже увеличить скорость охлаждения, чтобы сэкономить площади и увеличить пропускную способность холодильников. Часть пути заготовки с содержанием углерода до 0,2 % проходят под водой или обрызгиваются воздушно-водяными струями. При этом не только экономятся площади холодильника, но и уменьшается на 0,5 % количество вторичной окалины, образующейся при охлаждении проката.
Основные проблемы возникают при охлаждении легированных и высокоуглеродистых марок стали. Флокеночувствительные марки стати охлаждаются по особому режиму. В связи с пониженной пластичностью высокоуглеродистых и многих конструкционных легированных марок стали при естественной скорости охлаждения могут возникнуть высокие термические напряжения с образованием трещин, поэтому для них применяют замедленное охлаждение в неотапливаемых колодцах или отапливаемых печах с режимным изменением температуры во времени. Для более простых марок стали применяют замедленное охлаждение металла в штабелях.
