СТАНКИ ДЛЯ ПРОКAТКИ ТОНКИХ СЛЯБОВ

Введение

Назначение технологической линии тонких слябов — изготовление конечного продукта, способного конкурировать с продукцией металлургического комбината.

Основное преимущество тонколистовой заготовки — возможность экономически эффективного производства мелких партий. В то время как широкополосный прокатный стан мр таллуррюеского комбината предназначен для выпуска от 3 до* 5 млн.т проката, в1 год, линия литья и прокатки тонких слябов может быть использована для производства от 0,4 до 2,0 млн.т в год (рис. 1, а).

Области применения

Линия литья и прокатки тонких слябов обладает высокой гибкостью с точки зрения производственной мощности и позволяет получать продукцию, которая не может быть изготовлена на обычном полосовом стане горячей прокатки. Такие линии находят в настоящее время широкое применение.

Линия тонких слябов используется для выпуска продукции на ограниченный региональный рынок, который до этого должен был импортировать горячекатаную полосу. Она предназначена для ограниченной по размерам и маркам стали номенклатуры, что позволяет создать наилучшие условия при изготовлении каждого вида продукции. Линия тонких слябов позволяет также получить листовые заготовки таких размеров и из таких марок стали, которые до этого или производились на обычных прокатных станах с большим трудом, или не производились вообще.

Во всем мире основным препятствием для сооружения таких линий являются огромные капиталовложения в металлургические комбинаты. Приспособленная к экономическим требованиям пользователя и к действительным требованиям рынка линия тонких слябов позволяет ступенчато увеличить производственную мощность (рис. 1, в). Для различных областей применения линий тонких слябов требуются различные концепции проектирования расположения оборудования и самого оборудования.

Система передачи листовых заготовок свя~ зывает линию литья с прокатным станом. Такая система не нужна при использовании стана Платцера, предназначенного для работы в непрерывной технологической линии. Во всех остальных случаях требуется промежуточное оборудование, компенсирующее различие скоростей процессов литья и прокатки.

Обнаружено, что эффективность процесса повышается при нагреве листовой заготовки в индукционном нагревателе до требуемой температуры прокатки и последующем ее сматывании вместо применения прямой заготовки.

Преимущества индукционного нагрева: меньшая длина по сравнению/ с печью с роликовым подом; меньшие тепловые потери; меньшее количество водоохлаждаемых роликов; меньший износ роликов; меньше окалины, отсутствие окислительной атмосферы; селективная подача энергии регулируемыми индукторами; потребление энергии , только при прохождении заготовки; увеличенная подача энергии к ребрам сляба.

Преимущества передачи смотанной заготовки: листовая заготовка в смотанном виде

компактна; уменьшаются тепловые потери за счет меньшей площади поверхности; компактность облегчает транспортировку; транспортировка рулона в небольшом изолирующем кожухе в отличие от транспортировки вытянутой заготовки, при которой должна перемещаться большая печь; керамические опоры вместо водоохлаждаемых роликов; меньшее количество окалины, так как только последний виток нагревается в окислительной атмосфере; простота складирования заготовок.

Полная длина установки ISP ~180 м.

На линии литья тонких слябов, которая была установлена на заводе ARVEDI (Италия), сразу же после затвердевания непрерывная заготовка подвергается обжатию в трех обжимных к^4тях до толщины 15—20 мм. После этого от непрерывной заготовки отрезается затравка, а сама заготовка разрезается на мерные длины в соответствии с требуемой массой рулона.

Затем тонколистовую заготовку нагревают в индукционном нагревателе до требуемой температуры прокатки и сматывают в рулоны на моталке Cremona.

Коробка Cremona состоит из двух наложенных моталок, помещенных в газовую печь. В то время как одна моталка сматывает поступающую листовую заготовку, вторая разматывает предыдущую заготовку со скоростью, соответствующей скорости прокатки.

Печь для намотки представляет систему, имеющую разнообразное применение.

После прохождения через секцию индукционного нагрева листовая заготовка сматывается в рулон без оправки в закрытом пространстве печи в соответствии со схемой работы коробки Cremona и затем подает€Я на подовую тележку. Тележка проходит через промежуточную зону и подает смотанную в рулон заготовку к разматывателю. Здесь рулон разматывается на донных роликах разматывателя.

Открывающиеся поочередно дверцы печи образуют шлюзовую систему, сохраняющую в печи теплоту.

Промежуточная зона состоит из передвижной установки с теплосохраняющим колпаком, деремещающейся перпендикулярно производственной линии. Если в следующих секциях установки линии — чистовых клетей и подпольной многороликовой моталке— произойдет сбой, эта тележка с рулоном перемещается на кросстрансферкар. Последний подает передвижную печь с рулоном в одну из печей для консервации, расположение которой показано на рис. 2; Кросстрансферкар забирает освободившуюся передвижную печь из следующей печи для консервации и перемещает ее в направлении охлаждающей установки, чтобы забрать следующую смотанную заготовку. Печь для консервации имеет электронагреватели, что предотвращает теплопотери рулона.

После ликвидации сбоя находящиеся в печах рулоны подаются на чистовой стан поочередно с рулонами, поступающими непосредственно с линии непрерывного литья.

Использование системы консервации позволяет ликвидировать сбои длительностью до 1 ч без прерывания процесса литья.

Система имеет два основных преимущества: позволяет компенсировать в большинстве случаев неполадки, возникающие при работе прокатного стана; производительность цеха увеличивается, поскольку уменьшаются отходы, появляющиеся вследствие прерывания отливки заготовки, при этом отпадает необходимость в отводе ковша с расплавленной сталью.

Типичная одноручьевая линия может быть увеличена до двух литейных ручьев. Сляб, смотанный во втором литейном ручье, подается сбоку с помощью другого трансферкара разматывателя, как описано ранее.

Прокатный стан

Обычный лолосовой стан горячей прокатки состоит из двух основных секций: линии черновых клетей и линии чистовых клетей (см. рис. 1, * а). При использовании тонколистовых заготовок необходимость в линии черновых клетей отпадает. Это позволяет существенно сократить капиталовложения и затраты при переходе на выпуск новой продукции. Остается только чистовой стан, если принять, что заготовка обычного широкополосного стана горячей прокатки приблизительно эквивалентна тонкому слябу.

Поскольку проектная мощность линии чистовых клетей обычного стана составляет 3,0—5,0 млн.т в год, эти клети нельзя использовать в существующем виде для прокатки тонких слябов. Целью применения концепции тонких слябов является сведение к минимуму расходов на чистовой стан и достижение на возможности соответствия между производительностями стана и линии непрерывного литья. В то же время необходимо учитывать требования, предъявляемые к качеству продукции:

Непрерывный стан

Непрерывный стан (рис. 1, б) соответствует обычному полосовому стану горячей прокатки, и для его повторного использования без переделки потребуются очень большие капиталовложения.

Экономичная и эффективная конструкция достигается путем уменьшения числа, прокатных клетей благодаря: малой толщине исходной заготовки (15—25 мм по сравнению с 30—45 мм для обычного стана); высокой степени обжатия за проход (50—60% за первые проходы по сравнению с 30—40% на обычных станах); равномерности температуры по длине тонкого сляба, поступающего на прокатку, что позволяет снизить напряжения в клетях стана по сравнению с обычными станами, в которых перепад температур по длине заготовки может достигать 100 °С.

Результатом является благоприятная температурная кривая, обусловленная низкими тепловыми потерями на излучение и теплопередачу валкам и охлаждающей воде; высоким тепловыделению при деформации вследствие высокой степени обжатия за проход, вследствие этого достигаются низкая скорость прокатки и меньшая мощность привода.

Кроме меньшего числа клетей стана, мень urng скорость прокатки и соответственно меныпая мощность привода обусловлены в основном отсутствием разгона (благодаря равномерной температуре исходной заготовки).

Другим позитивным результатом уменьшения скорости прокатки является возможность прокатки полос толщиной менее 1,5 мм. Однако для этого требуется увеличение числа клетей чистового стана с четырех до пяти.

Существенное снижение капитальных затрат достигается в том случае, когда загрузка непрерывного стана осуществляется двумя литейными ручьями (рис. 1, в). При этом производительность увеличивается в 2 раза.

Для достижения высокой степени обжатия за проход требуется современное оборудование, обеспечивающее высокое качество готовой полосы.

Помимо гидравлической системы установки валков для быстрореагирующего контроля толщины, для обеспечения хорошей планшетности и соответствующего профиля полосы необходимо использование системы изгиба и смещения рабочих валков. Эта система также положительно влияет на износ валков.

Стан Стекеля

Производительность стана Стекеля (рис. 1, г) составляет ~0,4—1,0 млн.т в год, что хорошо соответствует производительности машины для непрерывного литья. В отличие от обычного стана, проходы на стане Стекеля проводятся индивидуально, один за другим так, что время прокатки одной полосы примерно соответствует времени литья одного тонкого сляба.

Другие преимущества стана Стекеля: низкие капиталовложения; низкая установленная мощность; высокая гибкость относительно числа проходов по сравнению с непрерывным станом, у которого число проходов определяется количеством клетей.

Это позволяет, в частности, прокатывать на стане Стекеля нержавеющую сталь. Стан Стекеля дает возможность получить полосу, конечная толщина которой даже меньше, чем после прокатки на обычном семиклетевом чистовом стане.

Однако необходимо упомянуть и некоторые недостатки стана Стекеля: большое количество образующейся окалины (только при прокатке углеродистой стали); падение температуры в начале и в конце полосы, что является недостатком с точки зрения структурообразова ния при прокатке углеродистых сталей.

Использование управляющих технологическим процессом компьютеров и современной системы управления вместе с описанными ранее компонентами непрерывного стана позволяет удовлетворять при прокатке на стане Стекеля как существующие, так и все последующие требования, предъявляемые к продукции высокого качества.

Стан Платцера

В системе UTHS (рис. 1, д) литье и прокатка выполняются за одну непрерывную операцию. Отпадает потребность в промежуточном оборудовании, например, системе передачи листовых заготовок, поскольку оптимальная скорость входа в прокатный стан соответствует интервалу скоростей установки для литья.

Центром всего цеха является стан с высокой степенью обжатия (стан Платцера), который за один проход уменьшает толщину заготовки, например с 30 до 4—6 мм. Стан с высокой степенью обжатия состоит из подающей клети дуо и планетарного стана. В клети дуо листовая заготовка обжимается на ~15 мм и подается в планетарный стан.

Планетарный стан состоит из двух картриджей, расположенных соответственно над линией прокатки и под ней. Каждый картридж оборудован одной стационарной упорной балкой, которая без мертвого хода соединена со станиной прокатного стана через два опорных подшипника. Каждый картридж несет на себе две вращающиеся клети, которые установлены в конусных роликовых подшипниках на упорной балке; 24 рабочих и 24 промежуточных валка с опорными кольцами установлены в прокатных клетях.

Рабочие и промежуточные валки скользят в радиальных направляющих клетях. Дисковые пружины прижимают рабочие и промежуточные валки к кольцевому каналу упорной балки для компенсации центробежных сил, возникших в результате вращения клети.

Зона деформирования стана расположена между верхним и нижним картриджами, где рабочие валки входят в контакт с прокатываемой заготовкой. В зоне деформирования оба кольцевых канала имеют сглаженную форму, что позволяет рабочим и промежуточным валкам перемещаться на короткое расстояние параллельно, обеспечивая плоскостность полосы. В двух параллельных каналах установлены закаленные плиты (сегменты, защищающие от износа).

Каждый картридж имеет собственный привод от двигателя переменного тока. Оба двигателя переменного тока механически синхронизированы с помощью прямозубой цилиндрической зубчатой передачи, которая обеспечивает правильное угловое расположение обоих (верхнего и нижнего) картриджей. Это значит, что рабочие валки нижних клетей точно взаимодействуют с рабочими валками верхних клетей. Зубчатая передача для двух клетей заканчивается двумя планетарными прямозубыми шестернями с передаточным числом 2,7, которые расположены по оси упорной балки.

Крутящий момент передается от одного центрального зубчатого колеса через три промежуточные прямозубые цилиндрические шестерни к внутреннему полому колесу, соединенному с вращающейся клетью.

Планетарный прокатный стан оборудован гидравлической системой установки валков для регулирования толщины проката, а также устройствами для регулирования профиля и планшетности проката.

В последующих четырехвалковых клетях полоса обжимается до конечной толщины менее 1,0 мм. Это огромное преимущество системы UHTS — производство горячекатаной продукции, которое раньше было возможно только при дополнительном использовании процесса холодной прокатки.

С одной стороны, это преимущество обусловлено низкой конечной скоростью прокатки. Более важной, однако, является технология непрерывной разливки и прокатки, которая позволяет прокатывать бесконечную ленту, без разрезки ее на мерные длины .до окончания прокатки.

При комбинации ножниц и моталки карусельного типа полоса остается постоянно зажатой между этим устройством и конечной прокатной клетью, что существенно отличает этот процесс от обычного, при котором каждая отдельная полоса выходит свободно над выходным рольгангом и должна индивидуально заправляться в моталку.

После разрезки полосы головной конец следующей полосы близко подводится на очень коротком расстоянии к оправке моталки. После намотки первых нескольких витков оправка поворачивается на 180°. Намотка рулона заканчивается в этом положении, которое является и положением для отправки рулонов на конвейер. В то же время вторая пустая оправка устанавливается в положение приема и готова принять следующую полосу.

Разработка технологии производства тонкого сляба" означает не только изменение требований, предъявляемых к прокатным станам, но и предлагает дополнительные возможности. Результатом использования этой технологии является не только сокращение части обжимных клетей. Нельзя считать, что часть оборудования для прокатки просто стала лишней и что остальное обжатие может быть проведено на обычном оборудовании прокатного стана.

Разработанная система передачи листовых заготовок обеспечивает связь между процессами литья и прокатки. Для обеспечения экономической адаптации производительности несколько литейных ручьев могут быть соединены в одной единственной линии прокатки. Система передачи листовых заготовок транспортирует заготовки и обеспечивает соответствующее регулирование температуры. Оборудование для деформировании будет спроектировано в соответствии с требованиями производительности и качества готовой продукции.

Создание линии производства тонких слябов в виде объединенной линии литья и прокатки обеспечивает выпуск требуемой продукции по умеренным целам с учетом ситуации на каждом отдельном рынке.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994