НПО "Доникс" - публикации - Сортовые литейно-прокатные модули

Сортовые литейно-прокатные модули

Представлена история развития литейно-прокатных модулей (ЛПМ). Дано описание действующих ЛПМ. Показано, что ЛПМ используют для производства проволоки, арматурных, сортовых и фасонных профилей. Указаны достоинства ЛПМ.

Кардинальным решением проблемы экономии энергозатрат в комплексах МНЛЗ-прокатный стан является применение литейно-прокатных модулей.

Первые попытки практической реализации совмещения процессов разливки и прокатки были сделаны в привязке к алюминиевой проволоке. Один из таких первых способов был предложен В.Г. Головкиным и внедрен в Советском Союзе в начале 40-х годов прошлого века. Схема способа показана на рис.1.

Рис.1. Схема процесса непрерывного литья проволоки способом свободного истечения жидкого металла:
1 - печь; 2 - расплав алюминия; 3 - асбоцементная плита; 4 - душирующее устройство; 5 - опорный ролик; 6 - тянуще-калибрующие ролики; 7 - проволока.

Процесс начинался при помощи затравки, далее алюминий свободно вытекал из печи через круглое отверстие, размещенное в асбоцементной плите. Этот материал не смачивается жидким алюминием и не теплопроводен. Вышедший металл попадал на опорный ролик, а сверху на него интенсивно подавали воду. Скорость движения проволоки составляла 34-40 м/ч. Этот способ позволял получать проволоку диаметром 3-9 мм. Для повышения прочности и получения проволоки меньших диаметров применяли прокатку и волочение.

А.В. Степанов предложил (рис.2) способ, заключающийся в том, что жидкий металл вытесняется через формообразователь, а затем медленно увлекается затравкой, происходит его кристаллизация. На выходе из формообразователя алюминий охлаждается воздухом. Скорость вытягивания проволоки диаметром 5 мм составляет 10 м/ч.

Рис.2. Схема процесса непрерывного литья проволоки способом вытеснения жидкого металла:
1 - печь; 2 - расплав алюминия; 3 - формообразователь; 4 - подача воздуха; 5 - тянущие ролики; 6 - проволока.

Основной недостаток обоих способов - низкая производительность.

Поиски высокопроизводительных способов производства проволоки из расплавов привели к идее создания литейно-прокатных модулей. В Советском Союзе такие работы были начаты во ВНИИМЕТМАШе в середине 50-х годов прошлого века. Причем сразу же было намечено совмещение непрерывного литья цветных металлов и получение проволоки. Технологические эксперименты велись параллельно с опытно-конструкторскими работами по созданию литейной машины, специализированного непрерывного прокатного стана, сматывающих устройств и систем автоматического контроля технологических параметров процесса и управления электроприводами машины [1]. Результатом этих работ был пуск в эксплуатацию ЛПМ с кристаллизатором роторного типа на Запорожском алюминиевом заводе в 1961 г. [1, 2]. Схема ЛПМ показана на рис.3.

Рис.3. Схема ЛПМ с кристаллизатором роторного типа для производства алюминиевой проволоки:
1 - промежуточная ванна; 2 - дозатор; 3 - кристаллизатор; 4 - поперечное сечение кристаллизатора; 5 - литейное колесо; 6 - стальная лента; 7 - натяжное колесо; 8 - летучие (аварийные) ножницы; 9 - схема расположения валков в смежных клетях; 10 - непрерывный стан с трехвалковыми клетями; 11 - моталка.

Подготовленный к литью расплав алюминия самотеком подавался в промежуточную ванну, а далее через дозатор непрерывной струей заливался в кристаллизатор, который образовывался кольцевой выточкой на периферии бандажа литейного колеса и охватывающей его бесконечной стальной лентой. Пройдя вместе с вращающимся водоохлаждаемым литейным колесом некоторый путь, расплав кристаллизовался в бесконечный слиток, который попадал в прокатный стан и прокатывался в требуемый диаметр проволоки. Производительность агрегата при производстве алюминиевой проволоки диаметром 9-16 мм составляла 2-6 т/ч, скорость движения слитка - до 12 м/мин.

Аналогичные агрегаты действовали, а некоторые действуют и сейчас, на Кандалакшском, Канакерском, Сумгаитском, Иркутском и Братском алюминиевых заводах, а также ряде заводов для производства медной катанки. ЛПМ для этой цели отличались от ЛПМ для алюминия только учетом механических и физических свойств меди.

За рубежом описанный способ был разработан итальянским изобретателем Проперци. В первой установке был применен 13-клетевой непрерывный стан с групповым приводом и трехвалковыми клетями. Его сортамент — проволока диаметром 7-16 мм. Производительность ЛПМ 1,5-2 т/ч. Способ применяют во многих странах. Причем не только для производства проволоки, но и полос и лент.

Датой начала работы ЛПМ для производства стальной катанки можно считать 1963 г., когда во ВНИИМЕТМАШе заработал первый опытный агрегат. ЛПМ состоял из радиальной МНЛЗ с кристаллизатором сечением 38х47мм, универсального планетарного стана и чистовой группы клетей для прокатки катанки диаметром 6 мм [3, 4].

Проведенные на этой установке исследования и опыт ее эксплуатации позволили сотрудникам ВНИИМЕТМАШа создать ЛПМ для производства катанки из специальных сталей и сплавов, на котором впервые в мировой практике было успешно осуществлено прямое совмещение разливки стальных заготовок с прокаткой (рис.4). Этот агрегат уже долгое время эксплуатируется на металлургическом заводе "Электросталь" (Россия) [4].

Рис.4. Совмещенный литейно-прокатный агрегат для производства катанки:
1 - индукционная плавильная печь; 2 - сталеразливочный ковш; 3 - промежуточный ковш; 4 - МНЛЗ; 5 - правильно-тянущее устройство; 6 - подающие ролики; 7 - индукционные подогреватели; 8 - обжимная клеть; 9 - планетарный сортовой стан; 10 - летучие ножницы; 11 - чистовые прокатные клети; 12 - автоматический петлерегулятор; 13 - четырехклетевой чистовой блок; 14 - моталка.

Техническая характеристика литейно-прокатного модуля завода "Электросталь" [5]:

Емкость индукционной печи, т 1,1

Масса плавки, т 1

Сечение слитка, мм 60x80

Скорость литья, м/мин 1,5 ... 4

Диаметр катанки, мм 8 ... 10,5

Скорость прокатки, м/с более 5

Размеры бунта, мм:
  наружный диаметр
  внутренний диаметр
  высота
1300
650
1000

Масса бунта, кг до 1000

Производственная площадь, м 30х70

Обслуживающий персонал, человек в смену 5

Возможная производительность, тыс.т в год до 70

Индукционная печь работает на твердой металлошихте. Жидкий металл из разливочного ковша, в днище которого расположен дозирующий стакан, подается в промежуточный ковш и далее - в МНЛЗ радиального типа с возвратно-поступательно движущимся кристаллизатором и зоной вторичного охлаждения, имеющей водяное и водовоздушное охлаждение. После затвердевания заготовки с помощью правильно-тянущего устройства попадают в тянущие ролики и подогреваются в индукторе до 1200⁰С (температурный режим заготовок по технологической линии показан на рис.4). Далее заготовка сечением 60х80 мм поступает в обжимную (задающую) клеть, где прокатывается в круг диаметром 67 мм. В планетарной клети производят 50-кратную вытяжку. Вследствие больших деформаций в клети происходит интенсивный разогрев металла: его температура повышается на 100-150⁰С. В чистовую группу клетей (две отдельно стоящие клети) подкат, имеющий в продольном направлении периодическое сечение, поступает с пульсирующей скоростью. В связи с этим группа оснащена автоматическими петлерегуляторами. Из чистовой группы клетей выходит катанка диаметром 10,5мм. Для получения катанки диаметром 8 мм имеется четырехклетевой блок с расположением клетей под углом 45⁰, что позволяет исключить кантовку заготовок.

Примененная технология, по сравнению с традиционной многоступенчатой технологией, дает возможность сократить технологический цикл в 100 раз и более чем в 3 раза снизить расход энергии на подогрев металла. Катанку производят из коррозионностойких и высоколегированных сталей, а также из жаропрочных сплавов и сплавов с особыми физическими свойствами. При этом себестоимость катанки снижается примерно на 20%, а из железохромалюминиевых сплавов - в 5 раз [5]. Таким образом, за счет применения планетарного стана удалось совместить низкую скорость разливки стали и высокую скорость прокатки заготовки.

За рубежом к созданию литейно-прокатных модулей для стали приступили в середине 60-х годов прошлого века. Причем на первом этапе совместили непрерывную разливку стали в крупное сечение и получение из нее заготовок мелких сечений. Задача получения из непрерывного слитка готового сортового или листового проката не стояла, поскольку необходимо было решать проблему совмещения скоростей МНЛЗ и прокатного стана.

Характерно то, что на первых зарубежных ЛПМ прокатку отлитой на МНЛЗ заготовки производили с неполностью затвердевшей сердцевиной. Считалось, что это полностью устранит осевую пористость и ликвацию [6].

Первый такой ЛПМ за рубежом был введен в промышленную эксплуатацию фирмой Бёлер (Австрия) в 1967 г. Непрерывнолитой слиток сечением 140х140 мм после выхода из МНЛЗ поступал в четырехклетевой стан (две клети с горизонтальными валками чередуются с двумя клетями с вертикальными валками), в котором его обжимали до сечения 80х80 мм[6].

В 1968 г. аналогичные совмещенные агрегаты ввели в действие в США, Германии, а несколько позже и в других странах. На начало 1970 г. за рубежом работало 7 ЛПМ, общей годовой производительностью 2,5-3 млн. т, а годовая производительность отдельных ЛПМ находилась в диапазоне от 25 тыс. до 1,8 млн. т. Из семи действующих ЛПМ на пяти производили сортовые заготовки, на двух - слябовые [6]. В дальнейшем при установке четырехручьевых сортовых МНЛЗ число клетей сократили до двух и даже одной в каждом ручье. Перед прокаткой непрерывнолитой слиток проходит индукционную или газовую установку для выравнивания температуры металла по сечению и некоторого подогрева [6].

Исследование металла, полученного в ЛПМ, показало, что его качество в результате обжатия непрерывнолитого слитка улучшается [6].

Авторы работы [7] решение проблемы получения заготовки непосредственно после МНЛЗ видят в применении технологии двухручьевой ковки-прокатки. На рис.5 показан комплекс для производства квадратной заготовки сечением 75х75 мм (фирма "Мицубиси дзюкогэ", Япония). Комплекс состоит из одноручьевой МНЛЗ и ковочно-прокатного агрегата (КПА), расположенного на расстоянии 12 м от кристаллизатора. Непрерывнолитая заготовка квадратного сечения размером 120х120 мм за один пропуск с коэффициентом вытяжки 1,28 деформируется на КПА в две заготовки квадратного сечения 75х75 мм, соединенные по диагонали перемычкой толщиной 20 мм (см. рис.5, поз.6). Перемычку удаляют в холодном состоянии с помощью огневой резки.

Рис.5. Схема комплекса для производства заготовок с использованием двухручьевой ковки на заводе фирмы "Мицубиси Дзюкоге":
1 - слиток; 2 - тянущие валки; 3 - подогревательная печь; 4 - обжимная клеть; 5 - заготовка; 6 - калибр для многоручьевой ковки.

Авторы работы [7] на основании исследования трех различных марок стали установили, что для ликвидации сегрегации необходима суммарная степень деформации более 4,5. Структура металла после двухручьевой прокатки непрерывнолитой заготовки - однородная, мелкозернистая; в районе перемычки - крупнозернистая. По своим механическим характеристикам и состоянию поверхности заготовки, полученные двухручьевой ковкой-прокаткой, не уступают аналогичным заготовкам, произведенным традиционными методами. Готовые профили, прокатанные из этих заготовок, имеют удовлетворительное качество. Однако описанный способ производства проката имеет и ряд недостатков. Основные из них: дополнительные потери металла при удалении перемычки, возможность окисления вскрывающихся дефектов, дополнительная операция (резка двойного раската). Судя по тому, что сообщений о такой технологии в литературе в последнее время не было, она применения не получила.

В середине 80-х, начале 90-х годов прошлого века приступили к созданию сортовых ЛПМ, выпускающих уже не заготовку, а готовую продукцию.

В работе [8] сделан анализ трудностей совмещения МНЛЗ и сортового стана. Основные из них связаны с тем, что станы имеют широкий марочный и размерный сортамент, на них прокатывают продукцию разной формы, часто партии металла невелики. Все перечисленное обусловливает различную производительность прокатного стана, а МНЛЗ имеет сравнительно постоянную производительность. Причем сложности совмещения сортового стана возникают не только при объединении их в ЛПМ, но и при организации прямой прокатки и даже высокотемпературного горячего посада. Рассмотрены четыре варианта совмещения МНЛЗ с проволочным (мелкосортным) станом (рис.6).

Рис.6. Варианты совмещения МНЛЗ с проволочным станом:
а - горячий посад заготовок с использованием накопителя-термостата; б - горячий посад заготовок с использованием накопителя-термостата и подогревательной печи; в - горячий посад заготовок с использованием индукционной установки; г - горячий посад заготовок с применением теплонакопителя; 1 - холодильники для непрерывнолитых заготовок; 2 - накопители-термостаты; 3 - загрузочные решетки; 4 - нагревательные печи; 5 - прокатные клети; 6 - печи для подогрева заготовок; 7 - установки индукционного нагрева; 8 - приемные решетки; 9 - двухэтажные накопители.

Характерным для всех схем является то, что везде наличествует нагревательная печь (лишь в схеме в предусмотрен подогреватель для заготовок холодного посада). Во всех схемах также имеются накопители-термостаты и предусмотрена посадка холодных заготовок. Все это позволяет, во-первых, максимально сохранить тепло металла, во-вторых, создать временной буфер при несоответствиях производительности МНЛЗ и прокатного стана, в том числе и путем посада холодной заготовки. В работе [8] выполнен расчет возможной экономии энергии для всех вариантов. Она составляет 95-140 кВт.ч/т.

И самое главное - непрерывнолитой слиток ни в одной из схем одновременно в МНЛЗ и прокатном стане не находится. По этому пути пошли как при создании сортовых, так и листовых ЛПМ. По сути дела, такая идеология и стала основой создания ЛПМ.

В частности, на мини-заводе фирмы "Ньюкор" (Дарлингтон, США) работал комплекс: элктропечь-МНЛЗ (получение заготовки сечением 200х200 мм)-мелкосортные прокатные станы. Причем имелось две линии. В одной линии заготовка после МНЛЗ передавалась непосредственно на прокатный стан (в случае задержек на стане использовали индукционную установку) - то есть был ЛПМ. Вторая линия - заготовку загружали горячим посадом в методическую печь, далее - прокатка в мелкосортном стане. Оба стана имели по 11 клетей. Продукция: арматурные профили, уголки, швеллеры, балки, круги [9].

Концепция сортового ЛПМ представлена в статье [10]. Модуль предназначен для производства прутков в пакетах диам. 13-17 мм; в бухтах диам. 13-40мм; полосы сечением 30х8 - 90х12 мм; катанки диам. 5,5-18 мм из углеродистой рядовой и качественной, легированной (автоматной, шарикоподшипниковой, рессорной, инструментальной, коррозионностойкой) сталей. Особенностями ЛПМ являются применение горизонтальной МНЛЗ и машины интенсивного обжатия (рис.7).

Рис.7. Схема ЛПМ для производства прутков, полос и катанки:
1 - горизонтальная МНЛЗ; 2 - машина газовой резки; 3 - холодильник; 4, 5 - загрузочные решетки горячего и холодного посада заготовок; 6 - методическая печь с шагающими балками; 7 - гидросбив; 8 - машина интенсивного обжатия; 9 - ножницы; 10 - первая промежуточная группа клетей; 11 - вторая промежуточная группа клетей; 12 - установки водяного охлаждения; 13 - чистовая группа клетей; 14 - калибровочный блок; 15 - холодильник для прутков, поставляемых в пакетах; 16 - пакетировщик; 17 - карманы; 18 - чистовой блок клетей; 19 - виткообразователь; 20 - транспортер с воздушным охлаждением; 21 - виткосборник; 22 - устройство навески бунтов на крюковой конвейер; 23 - моталки Гаррета; 24 - крюковой конвейер; 25 - устройство для подпрессовки бунтов; 26 - устройство для съема бунтов.

Создатели ЛПМ считают, что горизонтальная МНЛЗ имеет ряд достоинств:

- круглые заготовки охлаждаются равномернее квадратных и прямоугольных, что способствует получению непрерывнолитого слитка с хорошей поверхностью;

- возможность разливать как низкоуглеродистые, так и высоколегированные стали;

- круглые заготовки пригодны для использования в машине интенсивного обжатия (МИО), а следовательно, можно отливать слиток с большим поперечным сечением.

На МНЛЗ отливают заготовки из углеродистой стали диаметром 140-160 мм, а легированной - 110-125 мм. Непрерывнолитой слиток режут на заготовки длиной 6 м.

Применение МИО заменяет черновую группу из шести клетей. Причем, при износе кристаллизатора, когда диаметр отливаемой заготовки увеличивается (вплоть до 20 мм), валковая система МИО не требует замены. Имеются и другие достоинства МИО:

- за счет интенсивного обжатия образуется благоприятный температурный профиль по длине заготовки;

- обеспечивается безударный захват заготовки;

- не требуется проводковая арматура;

- более быстрая перевалка валков;

- снижение на 50% численности обслуживающего персонала;

- снижение на 25% капитальных затрат при изготовлении МИО;

- снижение на 20% текущих затрат.

Нагревательная печь - методическая с возможностью горячего (в боковое окно печи, расположенное примерно на 1/3 её длины от переднего торца) и холодного посада заготовок.

Прокатные клети первой и второй промежуточных групп - дуо с чередованием вертикальных и горизонтальных валков, бесстанинные. Калибровочный блок за чистовой группой клетей позволяет получать прутки высокой точности. В проволочной линии предусмотрена скорость прокатки до 120 м/с, прокатные кольца (диски из карбида вольфрама) расположены под углом 15 и 75⁰ к горизонтали. Показанные на рис.7 установки водяного охлаждения позволяют поддерживать требуемую температуру прокатки по всей технологической линии, а также осуществлять термомеханическую обработку металла. На транспортере с воздушным охлаждением возможно ускоренное, замедленное и медленное охлаждение витков катанки.

На стане предусмотрена комплексная автоматизация с применением УВМ [10].

Наряду с этим, в мире в 90-е годы прошлого века продолжали строить ЛПМ для производства сортовых заготовок. Так, в начале 90-х годов фирма "Рипаблик инжинирид" ввела на заводе в г.Кантове (штат Огайо, США) ЛПМ (поставщик фирма "Даниэли"), на котором непрерывнолитые блюмы сечением 254х330 мм прокатывают в заготовки сечением 100х100(215х215 мм. Производительность модуля 675 тыс.т/год [11].

Первый в мире комплекс, включающий в себя сталеплавильные и литейные агрегаты, станы горячей прокатки и холодный передел, ввела в действие в 1996 г. фирма "Ньюкор уайр" в г.Ланкастере. Лицензию на комплекс выдала шведская фирма "Градик Уайр". Особенность комплекса заключается в том, что осуществляется литье заготовки диаметром 5 мм из коррозионностойкой стали со скоростью 76-122 м/мин. Данных о горячем и холодном переделе не приводится [12].

Постоянная разработка ЛПМ ведется во ВНИИМЕТМАШе (Россия). Выше уже было сказано о создании этой организацией ЛПМ для производства алюминиевой и медной проволоки, а также первого в мире ЛПМ по производству стальной проволоки. В работе [13] представлен ЛПМ с использованием МНЛЗ горизонтального типа (рис.8), рассчитанный на производство до 80 тыс.т проката в год.

Рис.8. МНЛЗ "Горизонт-1":
1 - металлоприемник; 2 - кристаллизатор; 3 - вторичное охлаждение; 4 - тянущая клеть; 5 - гидравлические ножницы; 6 - участок уборки заготовок.

В состав комплекса входят две сталеплавильные печи постоянного тока, емкостью по 6 т каждая. Установка печь-ковш снабжена устройствами электрического подогрева и продувки металла аргоном, трайбаппаратом для подачи алюминиевой и порошковой проволоки, аппаратурой автоматического регулирования и управления. Все это позволяет подавать в сталеразливочный ковш металл с требуемой температурой разливки и высокого качества.

На МНЛЗ горизонтального типа (рис.8) можно отливать заготовки квадратного сечения со стороной 110, 125, 145 и 175 мм. За МНЛЗ установлен непрерывный мелкосортный стан, включающий участок индукционного нагрева, черновую группу из восьми чередующихся горизонтальных и вертикальных клетей, участок термической обработки, аварийные и летучие ножницы, участок охлаждения и уборки проката. Общая масса оборудования комплекса составляет 1100 т.

Этот металлургический мини-комплекс рассчитан на производство арматурных профилей N^oN^o12 - 28 мм, круглых профилей диаметром 12 - 48 мм и эквивалентных им по площади поперечного сечения полос, шестигранников и уголков с шириной полок до 40 мм. Данная концепция позволяет устанавливать литейно-прокатные модули на металлургических мини-заводах, а также на крупных машиностроительных предприятиях. Такая возможность достигается благодаря компактности модуля и малой высоте МНЛЗ. При этом может быть максимально использована имеющаяся инфраструктура цеха, что снижает капитальные затраты на реконструкцию.

Специалистами ВНИИМЕТМАШа разработан также литейно-прокатный модуль (рис.9) с криволинейной МНЛЗ и прокатным станом, имеющим в своем составе клеть поперечно-винтовой прокатки (ПВП) [4, 14, 15].

Рис.9. Литейно-прокатный агрегат с совмещенной винтовой и продольной прокаткой конструкции ВНИИМЕТМАШ:
1 - МНЛЗ; 2 - индукционный подогреватель; 3 - загрузочная решетка; 4 - толкатель; 5 - клеть винтовой прокатки; 6 - черновая группа клетей продольной прокатки; 7 - аварийные летучие ножницы; 8 - чистовая группа клетей; 9 - термоупрочняющее устройство; 10 - летучие ножницы; 11 - холодильник.

Клеть ПВП играет роль первой черновой группы клетей прокатного стана, заменяя собой 6 - 8 обычных клетей. Коэффициент вытяжки в клети ПВП достигает значения 7. За счет дополнительных сдвиговых деформаций при прокатке в клети ПВП происходит более глубокая проработка металла, что положительно сказывается на структуре непрерывнолитого металла и улучшает температурный режим прокатки. Еще одним важным преимуществом клети ПВП является ее компактность.

За клетью поперечно-винтовой прокатки устанавливают с минимальным межклетевым расстоянием 6 - 10 горизонтальных рабочих клетей для продольной прокатки металла по системе "овал-круг", с незначительным натяжением и кантовкой раскатов овального сечения на 90⁰. В варианте исполнения ЛПМ, приведенном на рис.9, участок продольной прокатки разделен на две группы клетей - черновую и чистовую. На ЛПМ производят арматурные профили N^oN^o12 - 20 и круглые профили диаметром 14 - 20 мм, поставляемые в прутках длиной 6 - 12 м при массе пакета до 5 тонн. Описанный мини-комплекс рассчитан на годовое производство 12 - 30 тыс.т готового проката. Диаметр отливаемой на МНЛЗ заготовки составляет 80 мм, скорость разливки - 3,5 м/мин., масса основного оборудования - 330 т (в т.ч. 80 т - масса МНЛЗ), длина ЛПМ - 80 м (в т.ч. 55 м - длина прокатного стана). Суммарная мощность электропотребителей мини-комплекса - 2700 кВт.

Литейно-прокатный модуль, аналогичный по своему составу описанному выше комплексу ВНИИМЕТМАШа, но еще более компактный, разработан фирмой "Маннесманн-Демаг-Закк" (MDS). В этом ЛПМ применена горизонтальная МНЛЗ, на которой отливают заготовки круглого сечения: диаметром от 140 до 160 мм - из углеродистых и низколегированных сталей, диаметром от 110 до 125 мм - из специальных высоколегированных сталей. Круглая форма сечения заготовки способствует равномерности охлаждения и кристаллизации металла, благодаря чему при контроле качества заготовок, в большинстве случаев, можно обходиться без инспекционного осмотра. Круглое сечение также предпочтительно для использования на стане винтовой прокатки.

После порезки на мерные части длиной 6 м, заготовки, минуя холодильник, поступают в печь, из которой, после удаления окалины, подаются к прокатному стану. Роль черновой группы клетей выполняет стан винтовой прокатки, заменяющий шесть клетей традиционной конструкции. Процесс перевалки валков на стане винтовой прокатки вдвое короче по времени и требует гораздо меньших затрат труда. Стоимость такого стана составляет примерно 75% стоимости традиционной обжимной группы, а инструмента - примерно 20%. Промежуточная группа прокатного стана состоит из шести чередующихся горизонтальных и вертикальных клетей с индивидуальными приводами. Непрерывная чистовая группа имеет аналогичный состав. Повышенная точность размеров сечения готового проката достигается благодаря использованию калибрующего блока клетей.

На стане прокатывают прутки диаметром 13 - 70 мм, полосы сечением от 30х8 мм до 90х12 мм, катанку диаметром 5 - 18 мм. При этом готовый прокат круглого сечения диаметром до 40 мм после калибрующего блока может быть направлен или на холодильник для охлаждения и последующей порезки на прутки, или к сортовым моталкам для смотки в бунты. Катанку получают в дополнительном чистовом блоке клетей. За блоком установлен виткообразователь, который укладывает витки катанки на конвейер с регулируемым воздушным охлаждением. После охлаждения витки катанки собирают в бунты. Производительность комплекса составляет около 80 тыс.т/год [4].

Одним из последних сданных в эксплуатацию ЛПМ для производства круглых и квадратных профилей является ЛПМ, разработанный фирмой "Даниэли" (Италия) и реализованная на заводе "Luna" фирмы "Acciaierie Bertoli Safau " ("ABS") в Удине (Италия). Схема расположения оборудования ЛПМ показана на рис.10 [16, 17].

Рис.10. Схема расположения оборудования ЛПМ фирмы ABS в Удине:
1 - МНЛЗ; 2 - закалочные камеры; 3 - ножницы; 4 - тоннельная печь; 5 - черновая, промежуточная и чистовая группы клетей прокатного стана; 6 - линия охлаждения; 7 - редукционно-калибровочный блок; 8 - моталки; 9 - печь отжига бунтов; 10 - участок обработки бунтов; 11 - участок окончательного охлаждения; 12 - холодильник; 13 - печь отжига; 14 - установка механического удаления окалины; 15 - участок отделки прутков.

В ЛПМ применена двухручьевая МНЛЗ (расстояние между ручьями два метра, номинальный радиус изгиба 9 м). МНЛЗ может работать на два или один ручей, в зависимости от требуемого объема производства. Сечение отливаемых заготовок 200х160 мм.

Промежуточный ковш Т-образной конструкции емкостью 30 т. Кристаллизатор (длина 1200 мм) выполнен с изменением конусности и имеется трехступенчатая система электромагнитного перемешивания. Скорость литья заготовок (м/мин): для углеродистой стали - 6; цементируемой - 5,5; пружинной - 5; микролегированной (бором и ванадием) - 4,5; подшипниковой - 4; коррозионностойких - 3,5. Для гидравлического качающегося стола предусмотрена оптимизация шага и скорости качения. Электромагнитное перемешивание предусмотрено в кристаллизаторе, ручье и конечное. Выходной участок каждого ручья МНЛЗ (отводящий рольганг) до тоннельной печи оборудован теплоизолирующими крышками.

За МНЛЗ установлены закалочные камеры (после каждого ручья), поскольку без промежуточной закалки невозможно выполнять прямую прокатку цементируемой и раскисленной алюминием низко- и среднеуглеродистой стали. Далее следуют ножницы для порезки непрерывного слитка.

Между МНЛЗ и прокатным станом расположена роликовая тоннельная печь, предназначенная для выравнивания температуры, как в поперечном сечении, так и по длине блюма. Она имеет две секции. Первая - секция нагрева (длина 65 м) с двумя линиями, расположена непосредственно за ножницами. Она принимает непрерывнолитые заготовки и работает с одним или с обоими ручьями, в зависимости от марки разливаемой стали и применения бесконечного или полубесконечного режима прокатки. При работе с МНЛЗ с двумя ручьями печь является своеобразным накопителем слябов, если это требуется по циклу процесса. Манипулирование слябами и их перемещение с линии 2 на линию 1 внутри печи осуществляется сталкивателем, ролики которого имеют консольную опору, индивидуальный привод и водяное охлаждение. Вторая секция - томильная. Она расположена непосредственно перед прокатным станом и предназначена для обеспечения бесконечного режима работы (при бесконечной длине непрерывнолитой заготовки с линии 1) или полубесконечного режима (с получением заготовок поочередно с линий 1 и 2). Ролики в этой секции выполнены с двумя опорами, они имеют индивидуальный привод и не охлаждаются водой. Печь отапливается газовыми горелками, смонтированными на ее боковых стенках. Длина печи определяется в каждом конкретном случае в зависимости от типа агрегата и его размеров (то есть, от сортамента разливаемых марок стали и производительности агрегата). На заводе "Luna" ее длина 125 м [17].

Прямая прокатка обеспечивает:

- уменьшение времени повторного нагрева, что способствует снижению образования окалины и практически полному устранению обезуглероживания поверхностного слоя (особенно важно для высокоуглеродистых, шарикоподшипниковых и пружинных сталей);

- равномерный нагрев непрерывнолитого слитка, как по поперечному сечению, так и по длине;

- сокращение вторичного выделения карбидов (для высокоуглеродистых легированных сталей) ввиду малого времени пребывания металла в температурном диапазоне, в котором происходят структурные превращения.

ЛПМ может работать в двух режимах: бесконечном и полубесконечном.

В первом случае длина заготовки может изменяться от 14 м до бесконечности без какой-либо разделительной резки между машиной непрерывного литья и прокатным станом, что обеспечивает бесконечную прокатку через проходную печь. Насколько важно иметь заготовку большой длины, свидетельствует рис.11.

Рис.11. Зависимость потерь металла от длины блюма.

Так, если при длине блюма 14 м отходы составляют 1,5%, то при длине 90 м - 0,3%. Во втором случае, когда одновременно работают две линии, непрерывнолитые заготовки обычно режутся на длину 45 м и поочередно посылаются в проходную печь. В этом случае печь действует и в качестве буфера между МНЛЗ и прокатным станом.

Исследования показали, что для эффективности процесса необходимо обеспечить серийность плавок не менее трех. При этом средняя партия металла из легированных сталей на мини-заводах составляет 30-40 т. В связи с этим необходимо обеспечить быструю перенастройку прокатного стана. На заводе "Luna" автоматическая перенастройка стана производится за 5 мин., при этом МНЛЗ продолжает работать.

Прокатный стан состоит из 17 клетей, размещенных в черновой, промежуточной и предчистовой группах. Расположение клетей в группах непрерывное с чередованием клетей с горизонтальными и вертикальными валками. Клети бесстанинного типа. На участке стана имеется пять гидросбивов и пять ножниц. За клетями предчистовой группы расположена линия охлаждения, которая должна обеспечить температуру конца прокатки после редукционно-калибровочного блока в пределах 700-1000⁰С для прутков диаметром менее 40 мм и в пределах 800-950⁰С для всех остальных прутков. Далее установлен трехвалковый редукционно-калибровочный блок конструкции фирмы "Kocks". Стан и блок оснащены системой автоматического регулирования размеров раскатов и устройств для обнаружения дефектов проката в технологическом потоке в горячем состоянии.

Участок окончательного охлаждения имеет длину 90 м. Возможны три режима охлаждения для круглых профилей диаметром 20-90 мм:

- снижение температуры проката до оптимального значения для подачи его на холодильник или в печь для отжига;

- ускоренное охлаждение с температуры конца прокатки до температуры 550⁰С без закалки;

- прямая закалка с температуры конца прокатки до 100⁰С, обеспечивающая сквозную закалку прутка до его сердцевины.

Печь для отжига, расположенная после холодильника, состоит из подогревательной газовой печи, в которой слой прутков либо проходит с номинальной рабочей скоростью, либо выдерживается в течение времени, требуемого для завершения комплекса термической обработки, уже начатого на стане. Благодаря этому становятся возможными следующие виды обработки различных марок специальной стали в потоке:

- закалка и отпуск;

- отжиг в линии для улучшения условий обработки давлением или резания (шарикоподшипниковые, пружинные, микролегированные стали);

- медленное охлаждение (цементируемые, закаленные и отпущенные, мартенситные коррозионностойкие стали);

- растворение включений (аустенитные коррозионностойкие стали);

- смягчающий отжиг (шарикоподшипниковые, пружинные стали).

После холодильника производится механическое удаление окалины и прутки поступают на участок отделки, на котором имеются: четыре абразивные отрезные машины, стенд удаления заусенцев с прутков, стенд укладки в пачки, обвязочная машина и стенд окончательного складирования продукции. Предусмотрены также системы неразрушающего контроля в линии для круглых и квадратных прутков, состоящие из двух ультразвуковых и вихревотоковых дефектоскопов.

Линия производства сортового проката в бунтах и его отделки состоит из двух моталок Гаррета, оборудованных специальными устройствами для съема бунтов, конвейера контролируемого охлаждения и устройств для уплотнения, обвязки, отделки и подборки бунтов.

На стане производят круглые профили диаметром 2-100 мм и квадратные со стороной 40-100 мм - в прутках; круглые профили диаметром 15-50 мм - в бунтах. Годовая производительность ЛПМ 500 тыс.т.

ЛПМ позволяет [16, 17]:

- поставлять на рынок высококачественную продукцию с различными видами термической обработки;

- короткое время выполнения заказов (несколько дней);

- низкие затраты энергоресурсов;

- высокий выход годного;

- низкие капитальные и текущие затраты.

В последние годы все чаще появляются сообщения о вводе в эксплуатацию различных ЛПМ. Литье балочных заготовок впервые было опробовано в 1968 г. на заводе корпорации "Алгома Стил" (Канада) [18]. После этого, по сообщению работы [19], фирмой "Шлеман Зимаг" (SMS) к середине 90-х годов прошлого века было построено 15 установок для производства балок, рельсов и других профилей в США, Японии, Тайване, Китае. Первая же установка, на которой реализован процесс непрерывного литья заготовок, максимально приближенных по форме к готовому изделию, была введена в действие в 1992 г. в США на заводе фирмы "Чапарел Стил" (г.Даллас, штат Техас) [20]. На заводе имеются две дуговые электропечи, две установки ковш-печь и 13 ручьев непрерывной разливки, в том числе два ручья горизонтальной МНЛЗ. Годовое производство завода 1,3 млн. т. Основной вид продукции - строительные конструкции. По сообщению [21] на этой фирме отливают балку с толщиной стенки 50 мм, высотой 600 мм, далее следует прокатка.

В работе [19] сформулировано и отличие технологии производства непрерывнолитых заготовок, приближенных к размерам готовой продукции. Так, если фигурный непрерывнолитой слиток имеет толщину стенки примерно 100 мм, то при новой технологии - 50 мм.

Рис.12. Схемы технологических линий для производства широкополочных балок:
а - традиционное непрерывное литье блюмов; б - непрерывное литье черновых профилей типа "собачья кость"; в - литье балок с размерами, близкими к готовым; г - геометрия непрерывнолитых профилей для прокатки широкополочных балок; 1 - печь; 2 - черновые обжимные клети; 3 - универсальная черновая клеть; 4 - двухвалковая клеть с горизонтальными валками; 5 - универсальная чистовая клеть; 6 - вертикальная обжимная клеть (эджер); 7 - блюм; 8 - фигурный профиль ("собачья кость"); 9 - профиль с размерами, близкими к размерам готового проката.

В работе [4] рассмотрены три варианта производства широкополочных балок (рис.12). Во всех случаях после МНЛЗ производят нагрев непрерывнолитой заготовки с горячего или холодного посада (на схеме последнее не показано). При традиционной технологии в одной-двух черновых клетях (на рис.12 - клети I, II) заготовки обжимают, повторно нагревают и получают в клети III черновой профиль. Далее установлен универсальный балочный стан.

При использовании непрерывнолитой фигурной заготовки ("собачья кость"), которая может иметь ширину до 1000 мм и толщину 100-125 мм, исключаются первые одна или две клети (клети I, II) и остается только одна черновая клеть (рис.12б). Повторного нагрева в схеме нет.

Схема рис.12в характерна малой толщиной стенки непрерывнолитой заготовки (завод фирмы "Чапарел Стил"). Это способствует быстрому затвердеванию металла при разливке и достигается хорошая структура и механические свойства металла.

Усовершенствование концепции литья заготовок для фасонных профилей проката сориентированы на уменьшение прокатного оборудования.

Оригинальное предложение по созданию ЛПМ для производства гнутых профилей приведено в работе [22]. Он предназначен для производства горячекатаных термоупрочненных профилей преимущественно крупных сечений для строительства и машиностроения. Жидкую сталь разливают на МНЛЗ в заготовку сечения 50х800 мм, которую разрезают на летучих ножницах. Далее - методическая печь (гомогенезирующий отжиг при температуре начала прокатки). Печь одновременно является и "буфером" между МНЛЗ и прокатным станом. В качестве прокатного стана предложен стан Стеккеля, в котором прокатывают полосу толщиной 2-8 мм. Далее поток металла раздваивается. Часть металла является готовой продукцией, часть подогревается в проходной печи и поступает на стан для производства гнутых профилей, оборудованный системой водовоздушного охлаждения. В этом случае готовая продукция - гнутые профили шириной 45-870 мм, с толщиной стенки 2-8 мм. Годовая производительность ЛПМ до 500 тыс.т. Описанное предложение пока не реализовано.

ВЫВОДЫ

1. В мировой практике все чаще для получения проката различного сортамента применяют сортовые ЛПМ.

2. Четко определена структура ЛПМ: МНЛЗ - нагревательное устройство (в большинстве случаев оно и "буфер" между МНЛЗ и прокатным станом) - прокатный стан.

3. Применяемые МНЛЗ могут быть радиального, криволинейного и горизонтального типов.

4. Нагревательные устройства - методические, проходные роликовые и индукционные печи.

5. В качестве прокатного стана применяют традиционное оборудование, планетарные клети, клети интенсивного обжатия, клети поперечно-винтовой прокатки.

6. Применение ЛПМ позволяет обеспечить снижение капитальных и текущих затрат, энерго- и материальных ресурсов, затрат на обслуживание оборудования и его эксплуатацию, резко ускорить время выполнения заказов.

7. Продолжают актуальными оставаться проблемы:

- обеспечение высокого качества отливаемых заготовок;

- организация четкого согласования во времени работы МНЛЗ и прокатного стана;

- частичное использование холодных заготовок со склада (во избежание простоев стана);

- необходимость наличия "буферного" устройства для компенсации недлительных по времени несогласований в работе МНЛЗ и прокатного стана.

ЛИТЕРАТУРА

1. Литейно-прокатные агрегаты для производства алюминиевой и медной катанки / А.Ю. Шевченко, В.А. Чеботарев, А.В. Самсонов и др. // Тяжелое машиностроение. - 1997. - N^o5. - С.12, 13.

2. Целиков А.И. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее. - М.: Металлургия, 1979. - 144 с.

3. Сивак Б.А., Майоров А.И. Литейно-прокатные агрегаты // Тяжелое машиностроение. - 1997. - N^o5. - С.6-9.

4. Сивак Б.А., Ротов И.С. Литейно-прокатные агрегаты для металлургических мини-заводов // Ин-т "Черметинформация". - Бюл. "Черная металлургия". - 2001. - N^o3. - С.7-15.

5. Литейно-прокатный агрегат для производства катанки / В.А. Вердеревский, В.П. Степанов, Г.С. Никитин, О.К. Храпченков // Сталь. - 1995. - N^o12. - С.37-41.

6. Совмещение непрерывной разливки стали с прокаткой / В.Б. Ганкин, Б.Е. Гуревич, А.А. Целиков, А.М. Ротенберг // Бюл. Ин-та "Черметинформация". - 1970. - N^o11. - С.13-22.

7. Производство и свойства сдвоенной заготовки, полученной в установке непрерывной разливки стали с редукционным станом, расположенным в линию / Э. Такэхара, С. Фудзинта, М. Цунои и др. // Тэцу то хаганэ. - 1973. - Т59. - N^o14. - С.49-57.

8. Светковский У. Привязка УНРС к мелкосортным или проволочным станам // МРТ. - 1993. - С.56-62.

9. Современные металлургические заводы США / Л.В. Радюкевич, Б.В. Молотилов, А.М. Овчинников, С.З. Афонин // Обзорная информация. Ин-т "Черметинформация", 1992. - 74 с.

10. Рит В., Аппель М. Ориентированный на перспективу сортовой стан для прокатки специальных качественных и легированных сталей // МРТ. - 1990. - С.60-76.

11. Фирма "Рипаблик инжинирид" ввела в строй линию непрерывной разливки и прокатки стали // Stahl und Eisen . - 1995. - N^o9. - С.40.

12. Внедрение новой технологии производства проволоки фирмой "Ньюкор" // Черные металлы. - 1996. - N^o11. - С.1.

13. Майоров А.И. Опыт разработки литейно-прокатного стана // Сталь. - 1999. - N^o6. - С.60.

14. Сапожников А.Я., Кривенцов А.М., Милютин С.П. Мини-комплекс для производства мелкого сорта на основе совмещения винтовой и продольной прокатки // Труды третьего конгресса прокатчиков. - М.: АО "Черметинформация". - 2000. - С.314, 315.

15. Сапожников А.Я. Мелкосортные станы конструкции ВНИИМЕТМАШ для мини-заводов // Сталь. - 1999. - N^o6. - С.61, 62.

16. Альзетта Ф. Новая установка совмещенного литья и бесконечной прокатки специальных сталей на заводе фирмы ABS // Черные металлы. - 2002. - Май. - С.78-87.

17. Завод "Luna" фирмы "Danieli" для бесконечной разливки и прокатки специальных сталей: технология, инновации и преимущества // Новости черной металлургии за рубежом. - 2003. - N^o2. - С.67-69.

18. Нилль П., Этьен А. Непрерывное литье - состояние и перспективы // МРТ. - 1994. - С.50-64.

19. Вальд В. Новые системы, тренды и ориентированные на будущее технологии для установки непрерывной разливки стали, а также станов горячей и холодной прокатки // МРТ. - 1995. - С.68-85.

20. Ростик Л.П., Варгфелд Ф. Дж. Непрерывное литье заготовок, приближенных по форме к готовому изделию, и прокатка балок. - Производственный опыт // Черная металлургия России и стан СНГ в XXI веке. - М.: Металлургия, 1994. - Том 3. - С.224.

21. Ниллес П. Аспекты качества при литье заготовок с размерами близкими к конечным // Черные металлы. - 1994. - N^o2. - С.3-11.

22. Кукушкин О.Н. Литейно-прокатный модуль для производства гнутых профилей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - Спецвыпуск. - С.125-127.

О предприятии || Новости || Разработки || Производство || Публикации
Сертификаты || Реквизиты