Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ МИНИ-ЗАВОДОВ ДЛЯ ПРОКАТКИ ШИРОКОПОЛОЧНЫХ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК И КРУПНОСОРТНОГО ПРОФИЛЯ

Сформулированы основные принципы создания минизаводов фирмой "Mannesmann Demag Sackм, даны характеристики станов и техникоэкономические преимущества их эксплуатации в условиях нового технологического процесса.

Концепция минизаводов была первоначально разработана для небольших производственных предприятий, производительностью, например, около 200000 т/год для производства небольших партий проволоки, прутков и мелкосортного профиля для снабжения местных рынков. Это были так называемые "рыночные заводы".

Для основного производственного процесса, используемого на минизаводах с электросталеплавильными печами, линиями непрерывного литья и прокатными станами в качестве шихты для выплавки стали в электропечи используют 100%ный железный и стальной скрап. Различные минизаводы имеют свои собственные установки для поточной переработки лома, которые сплющивают разбитые кузова автомобилей до небольших кусков скрапа. Это составляет примерно 30% шихты, остальное — регулярно поступающий скрап черных металлов. Подготовленный скрап поступает затем в дуговую электропечь. Вероятно, не существует более эффективного с точки зрения энергопотребления процесса выплавки стали, чем плавка скрапа в электропечах сверхвысокой мощности. После выплавки сталь разливается в ковш и доставляется с помощью крана к машине для непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

Дополняя эффективность сталеплавильных элктропечей, непрерывное литье сутунок, блюмов или фасонных заготовок экономит время, труд, энергию и снижает потери металла по сравнению с традиционной практикой отливки слитков с последующим нагревом и прокаткой до получения исходных заготовок. Непрерывное литье не только эффективно, оно улучшает общее качество стали за счет более однородного химического состава и структуры полученных непрерывным литьем заготовок.

Сегодня минизаводы не только выпускают в основном углеродистую сталь, как на начальной стадии, но и продвигаются вперед к прокатке качественных сталей и даже высоколегированных сталей.

Многие минизаводы прибегли к хищнической конкуренции, будучи уверенными, что стоимость производимой продукции будет до статочно низкой. Эффективность минизаводов непрерывно увеличивалась. На минизаводе североамериканского рынка в 1975 г. затрачивалось 4 чел.ч на 1 т, тогда как в 1982 и 1983 гг. — только 2,4 и 1,6 чел.ч на 1т соответственно.

Затраты труда в чел.ч на каждую тонну стали, произведенной в 1987 г. в сравнении с другими странами, были следующими: Североамерикаанский производитель . .1,5 Средние американские минизаводы . .2,0 Японские металлургические заводы (в среднем) .2,4 Американские металлургические заводы (в среднем) 4,4

Издержки производства в 1988 г. при изготовлении длинномерных изделий на вышеупомянутом минизаводе распределялись следующим образом: 45 % скрап, около 35 % скрапа из установки для поточной переработки скрапа, около 31 % стального скрапа крупных сечений; 25 % энергия (электричество, природный газ); 15 % — электроды и другие расходуемые материалы; 15%— затраты на рабочую силу.

Многие металлургические комбинаты производят двутавровые широкополосные балки и крупносортный прокат при высоких издержках производства и низкого качества.

Характеристики и преимущества минизаводов. Современная концепция минизаводов предлагает следующие потенциальные преимущества.

Улучшенные потребительские свойства: качество поверхности, допуски на размеры проката, контроль свойств проката, ускоренный отклик на нужды потребителей.

Снижение издержек производства для производителей: повышенный выпуск продукции, уменьшение погрузочноразгрузочных работ, отсутствие повторной обработки, уменьшение затрат на энергию, снижение запасов и расходов на обслуживание оборудования и персонал, экономия производственных затрат на тонну проката, уменьшение чел.ч на тонну, увеличение доли рынка (оперативный объем).

Внедрение концепции потребует проектиро? вания и сооружения совершенно нового оборудования: компактных универсальных станов, автоматизации универсальных балочных станов, модели процесса универсальной прокатки балок, создания универсальной имитационной балочной модели (USS), автоматического контроля толщины (AGS) для уменьшения допусков, контроля минимального натяжения (МТС), низкотемпературной прокатки, встроенного в поточную линию процесса охлаждения для термомеханической прокатки, селективное охлаждение полок, закалки и самоотпуска балок (QST) с прокатного нагрева.

При выборе исходного материала руководствуются следующим.

В диапазоне среднесортных станов блюмы, полученные непрерывным литьем, имеют определенные преимущества над прокатанными блюмами, в частности, по меньшим допускам на размер. Преимущество блюмов, полученных непрерывным литьем, реализуется только в случае наличия достаточно большого количества различных сечений для экономичной работы стана.

В случае крупносортного проката и сортовых сталепрокатных станов современные способы прокатки позволяют и требуют использования заготовок, полученных непрерывным литьем: блюмов, заготовок балок или слябов (рис. 2).

Невозможно привести здесь появившиеся в последнее время в печати публикации операторов станов по накопленному опыту, противоречиям и сравнениям.

Полезнее и эффективнее сделать следующие выводы из принятых за последние несколько лет производителями прокатных станов решений.

Заготовки для балок используют только при производстве балок размерами до Н 600—700. Для обоих случаев необходимы новые проекты или модернизация существующих балочных станов.

В существующих прокатных цехах и оборудовании решения в пользу прокатки боковых граней слябов принимаются в случае модернизации или частичного переоборудования балочных станов для балок размерами до Н 10001200 мм.

Благодаря последним достижениям в области технологии непрерывного литья можно отливать заготовки балок размерами до ВВ 1118x500x132 мм, так что при сооружении новых установок или модернизации возможно применение заготовок для балок во всем интервале размеров вплоть до Н 1200 мм.

В зависимости от различных типов и размеров исходного материала способы прокатки различаются только в группе черновых обжимных клетей. В обжимной и чистовой группе процесс прокатки в основном одинаков.

Слябы. В противоположность обычной Черновой прокатке слябы, полученные непрерывным литьем, сначала прокатывают по грани в двухвалковой обжимной реверсивной клети.

Число проходов при использовании так' называемого процесса прокатки боковых граней сляба (рис. 3) составляет от 19 до 41 и зависит от размера балки.

Поскольку для прокатки балочной заготовки в обжимной группе необходимо только примерно от 5 до 9 проходов, возможно оптимальное согласование по времени с последующими группами клетей. Дальнейший перечень преимуществ, таких как экономическая жизнеспособность, производительность, энергопотребление выходят за рамки этой работы.

Блюмы. В настоящее время блюмы применяют для прокатки широкополочных двутавровых балок меньших размеров в реверсивных станах, для комбинированных балочных и сортовых сталепрокатных станов, которым в любом случае необходимы блюмы для профильной прокатки, для среднесортных балочных прокатных станов, изготавливающих широкополочные двутавровые балки, большинство из которых представляют собой непрерывные линии. Про

катка в основном производится .в закрытых калибрах.

Расположение клетей на минизаводах. Минимальное оборудование, требуемое для универсального балочного стана, видно при рассмотрении процесса реверсивной прокатки (рис. 6). В стане непрерывной прокатки (рис. 7) может быть установлено такое количество универсальных клетей, что в так называемом предотделочном калибре может быть из балочной заготовки определенного размера

В свете приобретенного на сегодня опыта требуется по меньшей мере пять универсальных клетей стана, например, для прокатки широкополочных балок из среднеуглеродистой стали и для прокатки балок европейских серий требуется как минимум четыре универсальных клети. В случае тонкостенных балок второй отделочный (В) калибр и четвертый отделочный (D) калибр могут быть и фланцеворебровым калибром.

Максимальное количество оборудования, требуемое для балочного прокатного стана, определяется только объемом продукции. Число клетей зависит от максимального количества калибров. Чем больше размер балки, тем больше требуется профилирующих калибров, и, следовательно, непрерывный стан должен быть оборудован большим количеством клетей.

Возможны два варианта планировки цеха: установка нормального реверсивного стана и установка полунепрерывного стана. Расположение клетей и их количество выбирается в зависимости от желаемого режима прокатки и производительности.

Пример L Модернизация стана для прокатки широкополочных двутавровых балок в BSC Lackenby (Великобритания).

Целью было приспособить стан для прокатки широкополочных двутавровых балок. В 1985 г. печь с шагающим подом производительностью 250 т/ч была установлена перед двумя двухвалковыми реверсивными обжимными клетями, что позволило использовать в качестве исходного материала 100 % непрерывнолитых заготовок вместо слитков. Пуск в эксплуатацию был произведен в 1991 г. Первая балка НЕ 6101x229 мм, 140 кг/м, была уже продуктом, отвечающим требованиям рынка.

Изготавливают только универсальные, симметричные или асимметричные балки. Размер балок 200 мм, высота полки 1016 мм, исходный материал: размеры сляба — ширина 1800 мм, толщина 250 мм. Производительность стана ~750000 т в год. Планировка стана была изменена.

Между черновыми и чистовыми группами универсального стана (рис. 8) была установлена новая группа универсальных компактных клетей стана UREUF. Это первый в мире цех такого типа с известными элементами тандем прокатки. Обычно отделочная клеть удалена на такое расстояние, что имеется свободный проход между клетью для прокатки боковых граней и отделочной клетью.

Универсальный способ прокатки можно изменить и вместо прокатки способом Тенри Грея" использовать прокатку способом ’Баттерфляй''. Максимальная длина рольганга с холостыми роликами достигает 170 м. Это впервые в мировой практике использовано в реверсивных станах. Основные приводы через управляемые трехфазные двигатели работают в системе двойного привода. Это впервые в мире использовано для универсальных клетей прокатных станов.

Основные данные для группы компактных универсальных клетей приведены ниже:

Универ Клеть для Универсальная боковой далкняя клеть UR прокатки клеть UF полосы Е

Универсальный черновой стан оснащен основным приводом 2x6000 кВт при 60 мин1. Максимальная скорость прокатки 8 м/с. Это самый большой привод для клетей универсальных станов.

Клети подготовлены для термомеханической прокатки. Возможна тандемпрокатка (система Баттерфляй—Грей). Допуски на прокатку су щественно отклоняются от требований DIN. При использовании системы AGC возможны частично допуски в 1/10 DIN (физические пределы). В случае балок меньшего размера гарантируются максимальные допуски.?

Автоматизация и модель управления производственным процессом (рис. 9). После разработки концепций автоматизации производства плоского проката особый интерес представляют вопросы управления технологическим процессом сортовой прокатки, в частности температурным полем и конструкцией калибра. Поскольку схема движения материала в этом случае гораздо сложнее, то при определении режима прокатки особое значение приобретают величины, полученные опытным путем. В качестве исходной используется "заготовка для балки", которую получают из сляба в обжимной клети методом "прокатки грани сляба". Диапазон изготавливаемых размеров балок включает стандарты DIN, JIS, ASTM и DS4, в общей сложности более 600 размеров балок, а также размеры балок, которые могут потребоваться потребителям в дальнейшем. Расчет режима прокатки и прокатка всех балок размерами от 200 до 1016 мм полностью автоматизированы.

Помимо полностью автоматизированной модели работы с управлением от компьютера, компьютерная система для расчета режимов и параметров прокатки обеспечивает модель для расчета испытаний, позволяющую заранее проводить расчеты и видоизменить режим прокатки.

Модель работы с управлением от компьютера действует во время процесса прокатки. Помимо полностью автоматизированных расчетов режимов прокатки она позволяет производить расчеты при заранее установленных режимах прокатки. Результаты расчитанных режимов прокатки и данные по прокатке хранятся в носителе данных и данные распечатываются принтером или высвечиваются на экранах пульта управления прокатным станом. Одновременно необходимые данные передаются дальше в основную систему автоматического управления, которая производит регулирование раствора валков и направляющих и передает заданные значения на главные приводы и рольганги. Наиболее важные данные, такие как усилие на валки и момент прокатки, температуры и настройка измеряются на стане и подаются в систему адаптации компьютера, управляющего технологическим процессом. Этот компьютер сравнивает расчетные данные с измеренными и корректирует расчеты не только для каждого калибра, но и для каждой балки.

Для осуществления процесса прокатки даже в случае выхода из строя управляющего процессом компьютера в базовой системе автоматизации предусмотрен массив данных, хранящий режимы прокатки и все относящиеся к ним технологические данные.

Пример 2. Новый универсальный стан для прокатки балок и плоских профилей на Tung Но Steel (Тайвань).

Первый универсальный балочный стан на Тайване производительностью 400000 т в год.

Основные особенности: регулировка линии прокатки; полностью электрифицированный, включая главные приводы с двигателями переменного тока (рис. 10); тандемпрокатка на второй очереди (рис. 11); автономная имитация универсальной балки; одна балочная заготовка для широкополочных двутавровых балок размерами 250x250—600x300 мм (см. рис. 4).

Пример 3. Новый универсальный балочный и сортовой стан, строящийся для Maanshan Iron and Steel (КНР) (рис. 12).

Первый универсальный крупносортный стан в КНР имеет производительность 1й очереди 600000 и 2й очереди 1000000 т/год.?

Основные особенности: регулировка линии прокатки (таблица); основные приводы с двигателями переменного тока; прокатка широкополочных двутавровых балок способом ’Баттерфляй"; прокатка профилей; автоматические контроль толщины, установка на нуль валков и регулировка соосности; прокатка всех широкополочных двутавровых балок из балочных заготовок.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 4, Москва 1994

Экспертиза

на главную