Пути развития производства горячекатаного листа

Представленные станы 2000 ОАО “Северсталь” и ММ К находятся на уровне современных зарубежных станов. Со строительством подобных станов почти исчерпываются возможности дальнейшего совершенствования традиционного развития производства тонкого листа. В мире идут поиски иных решений, которые позволили бы производить столь же высококачественный лист более дешевыми способами, пусть с меньшей производительностью. Развивается строительство мини-заводов для производства горячекатаного листа.

Одним из новых решений является использование станов Стеккеля (рис. 16.11) вместо чистовой группы клетей. Прокатка в черновой группе клетей осуществляется по традиционной технологии. На НЛМЗ в черновой группе

Рис. 16.11. Схема стана Стеккеля с моталками в печи: /— колпаковая печь; 2— печная моталка; 3— рольганг; 4— чистовая клеть кварто; 5— проводки; 6— тянущие ролики

клетей установлена клеть с вертикальными и горизонтальными валками, в которых прокатка ведется в реверсивном режиме. После черновой прокатки раскат проходит через разведенные валки стана Стеккеля (стана с моталками, расположенными в печи) и наматывается на правую моталку. При обратной перемотке на левую моталку расстояние между валками уменьшается на заданное обжатие.

После нескольких реверсивных пропусков на стане получается требуемый прокат толщиной 1,2—2,0 мм в виде рулона, который дальше поступает в цех холодной прокатки. Станы Стеккеля предназначены в основном для специальных марок стали (например, электротехнических), поэтому производительность их значительно меньше и состав оборудования проще, чем традиционных ШПС. Благодаря стабильным температурным условиям прокатки на полосе отсутствует температурный клин. Легко обеспечиваются стабильные условия натяжения полосы между клетью и моталками. Разноголщинность в продольном и поперечном направлении минимальна и не превышает 0,03 мм, что очень важно для электротехнических сталей. Недостатком стана являются низкая производительность и тяжелые условия работы моталок, расположенных в печи, разогретой до температуры прокатки (1100—1150 °С).

Имеются решения по новой компоновке традиционного оборудования стана, сокращающей площади цеха и упрощающей некоторые агрегаты. Одна из фирм США предложила противолодочную схему расположения черновой и чистовой группы, представленную на рис. 16.12. Стан занимает промежуточное положение между станом Стеккеля и ШПС. На стане используются слябы толщиной 230 и 285 мм. Сортамент листа — от 1 до 19 мм. Подкат для чистовой группы одной из трех толщин — 45, 32 и 19 мм — сматывается на промежуточные напольные моталки, затем передается на разматыватель, установленный в чистовой линии стана. Барабан моталки в черновой группе нагрет до 900-1000 °С. Ножницы перед чистовой группой клетей не только обрезают передний конец, но и регулируют длину полосы, поступающей на чистовую моталку. Это позволяет для всех листов использовать сляб максимального

Рис. 16.12. Схема НШПС с противопоточным расположением черновой и чистовой групп клетей:

/— нагревательные печи; 2— напольные моталки; 3— черновая группа клетей; 4— моталка-разматыватель; 5— ножницы; 6— чистовая группа клетей; 7— моталки чистовые

развеса и увеличить производительность стана. Чистовые клети имеют системы автоматического регулирования толщины и профиля полосы. Длина всего цеха 230 м (длина обычного ШПС — более 500 м), капиталовложения ниже на 14 %, текущие затраты — на 28 %. Производительность стана 1 млн. т/год.

Более основательную разработку в русле указанных тенденций выполнила австрийская фирма “Фест-Альпине”. Ею построен в г. Линце реверсивный компактный широкополосный стан, содержащий одну вертикальную и одну (в других вариантах — две, иногда — три) горизонтальную клети кварго с подогреваемыми моталками с обеих сторон (рис. 16.13). Слябы толщиной 250 мм прокатывают в реверсивном режиме сначала в первой (черновой) горизонтальной клети при разведенных валках чистовой клети. Затем несколько пропусков осуществляют одновременно в обеих клетях. Чистовые пропуски до толщины 2 мм заканчивают только в чистовой клети при разведенной черновой клети. Полоса поочередно наматывается на одну из моталок. Барабаны моталок нагревают до температуры 900-1000 °С с помощью индукторов. В 3-валковом варианте дополнительная клеть кварго с черновым окалиноломателем установлена перед 2-валковой группой. Она предназначена для увеличения производительности комплекса. Примерно такой же ШПС 1420 производительностью 500 тыс. т/год уста-

Рис. 16.13. Схема 2-клетевого стана с подогреваемыми моталками: 1 — нагревательные печи; 2, 3— клети кварто; 4— клеть дуо;

• 5— подогреваемые моталки; 6— душирующая установка;
• 7— моталка; 8— ножницы новлен в Канаде. В черновой группе клетей расположены две реверсивные клети, в которых толщина сляба может быть уменьшена со 150 до 10 мм. Последние пропуски осуществляются с намоткой полосы на подогреваемые моталки. Дальнейшая прокатка проходит в чистовой группе по обычным режимам.

В мировой практике большое внимание уделяется проблемам совмещения машин непрерывного литья слябов (МНЛС) с широкополосными станами. На рис. 16.14 приведена схема первой одноручьевой установки (литейно-прокатный агрегат— ЛПА), построенной в США в 1989 г. и включающей МНЛС и промежуточную печь длиной 40 м для накопления слябов и выравнивания их температуры по сечению. При отливке слябов толщиной 50 мм черновая группа клетей не требуется, и прокатка производится только в чистовой группе клетей, имеющей гидросбив и четыре клети кварто. В целом резко сокращается длина комплекса, уменьшается суммарная стоимость установок литья и прокатки, затраты на нагрев слябов для прокатки. Но такие комплексы имеют низкую производительность, так как скорость отливки на порядок ниже, чем традиционные скорости прокатки. На представленном стане она равна 0,23 м/с, поэтому скорость выхода полосы из последней клети стана не превышает 4,6 м/с.

Для увеличения производительности в США и Японии построен ряд установок с двумя МНЛЗ (рис. 16.15). Скорость на выходе увеличена до 6,5 м/с

Рис. 16.14. Одноручьевая установка:

/ — сляб; 2— ковш; 3— ножницы; 4— подогревательная печь; 5— задающее устройство; б — непрерывный стан с клетями кварто; 7— душирующее устройство; 8— моталка

Рис. 16.15. Двухручьевая установка:

I — кристаллизатор; 2— ножницы; 3, 4— печь подогрева; 5— транспортное и распределительное средство; 6— печь; 7— задающее устройство; 8— непрерывный стан с клетями кварто; 9— душирующее устройство; 10— моталки толщине полосы 2,5 мм). Производительность возрасла до 1,5 млн. т в год. Это существенно меньше, чем производительность традиционного НШПС. Чтобы полнее использовать возможности прокатного оборудования в литейнопрокатных комплексах, необходимо увеличивать скорость разливки. Для этого уменьшают толщину отливаемого сляба. Если на слябах толщиной SOSO мм достигнуты скорости 3—7 м/мин, то на слябах толщиной 20—40 мм она может быть увеличена до 15 м/мин. Применение тонких литых слябов приводит к полному изменению состава оборудования листопрокатного комплекса. При этом резко сокращается количество прокатного оборудования, уменьшаются капитальные затраты и себестоимость продукции. В перспективе возможна отливка полос толщиной 1—8 мм со скоростью до 60 м/мин и выше с минимальными затратами на прокатку. Необходимо, однако, обеспечить соответствующую мелкозернистую структуру металла со свойствами, присущими катаному металлу, и, конечно, требуемую разнотолщинность и плоскостность полосы.

Обычно ЛПА входят в состав мини-заводов. По сравнению с действующими НШПС ЛПА имеют почти в два раза меньшие затраты на передел и существенно более низкую себестоимость тонкого листа, хотя по качеству, сортаменту (особенно марочному) и объему выпускаемой продукции они значительно уступают (0,8—1,4 против 6 млн. т/год). Зато затраты на сооружение таких станов значительно ниже и составляют для одноручьевой установки всего 18 %, а для двухручьевой — 27,5 % от НШПС.

Хорошее сочетание скоростей непрерывной разливки и прокатки достигается при использовании планетарных станов. Такой комплекс разработан, например, фирмой “Крупп” в Дуйсбурге (рис. 16.16). Непрерывный сляб толщиной 80 мм выходит из литейной машины со скоростью 1,5—4,0 м/с и поступает в проходную печь длиной 30 м. Затем с помощью задающих валков, обжатие в которых не превышает 10—20 %, металл подается в планетарную клеть, в которой за один проход толщина уменьшается сразу до 2 мм. После выравнивания толщины полосы в продольном направлении в прокладочной клети дуо, установленной за планетарной клетью, полоса сматывается в рулон. Конструкция планетарной клети видна из приведенной схемы.

Рис. 16.16. Схема установки с планетарным станом: I— проходная печь; 2— задающие валки; 3— проводки; 4— рабочие планетарные валки; 5— опорные валки (барабаны); 6 — прогладочные валки

Рабочие валки малого диаметра собраны в сепаратор в виде беличьего колеса и опираются на приводной барабан большого диаметра. При вращении барабана в направлении прокатки рабочие валки за счет трения быстро вращаются в обратном направлении. В очаге деформации каждый из рабочих валков захватывает и обжимает небольшую порцию металла (рис. 16.17). Суммарная же деформация при этом может быть очень большой и достигать за один проход 90—98 %. Более совершенный планетарный стан имеет два ряда планетарных валков. Промежуточные валки вращаются против направления прокатки, а рабочие — в направлении прокатки, что облегчает работу задающих валков и стабилизирует процесс.

Рис. 16.17. Схема деформации металла при планетарной прокатке

Площадь цеха вместе со сталеплавильными установками составляет 145x40 м, годовая производительность комплекса 450—900 тыс. т в зависимости от ширины полосы. Таких установок много в европейских странах и в США, но в промышленном исполнении в России их нет. Причина в том, что планетарная прокатка имеет два существенных недостатка. Первый состоит в том, что полоса после прокатной клети имеет большую продольную разнотолщинность, связанную с особенностью планетарной прокатки: каждый валок, заканчивая прокатку, оставляет после себя некоторый утолщенный участок, периодичность этих участков соответствует расстоянию между рабочими валками планетарной клети. Следующая клеть дуо не полностью выправляет разнотолщинность. Второй недостаток связан с конструкцией планетарного стана: рабочие валки и сепаратор очень ненадежны по прочностным характеристикам и часто выходят из строя.

Фирма БепсШгшг (США) разработала типовой мини-завод на 400-500 тыс. т/год, в состав которого входят: две дуговые 100-тонные плавильные печи, одноручьевая МНЛЗ криволинейного типа для отливки заготовки толщиной 230 мм и шириной 800—1050 мм, туннельная печь для выравнивания температуры на уровне 1100 °С и прокатный стан. Стан имеет черновую группу клетей, включающую вертикальную клеть, две нереверсивные клети дуо и планетарный стан, на выходе из которого прокатка осуществляется в двух чистовых клетях кварто до конечной толщины 2 мм. Комплекс способен реализовать режимы бесконечной и послябовой прокатки.

В целом видно, что новые технологические схемы прокатки тонкого горячекатаного листа не вытесняют прокатку на непрерывных широкополосных станах, которые прокатывают 80—90 % тонкого горячекатаного листа. Минизаводы занимают свою технологическую нишу.