Лпа шсгп

Себестоимость, $/т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 285

Затраты по переделу, $/т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 69

Удельные трудозатраты, чел.ч./т:

горячая прокатка + выплавка стали . . . . . . . . . . 0,78 2,5-3

травление подката + холодная прокатка . . . . . . 1,4 до 5

Анализ схемы размещения оборудования ЛПА и опыт его работы позволили выявить недостатки модуля, которые заключаются в следующем: большая протяженность проходной печи; малая емкость буфера; возможно смещение сляба с оси движения в печи; невозможность редуцирования слябов в линии прокатки; недостаточная загрузка прокатного стана (примерно на 50%); невозможность удаления с технологической линии слябов с дефектами и использования холодного посада их после ремонта.

Выявлены и основные достоинства ЛПА, которые позволяют: сделать рентабельным производство горячекатаных полос и листов при годовом объеме 0,8-1 млн.т, что позволяет использовать их на мини-заводах; снизить примерно на 30-40% капитальные затраты на строительство ЛПА, занимаемую площадь, энергозатраты и трудозатраты на эксплуатацию по сравнению с ШСГП; обеспечить короткие сроки строительства; резко сократить временной цикл производства продукции.

Эти достоинства, а также приведенные выше экономические показатели, дали мощный толчок для дальнейшего развития ЛПА, в которое включились машиностроительные фирмы стран, указанных нами ранее.

Продолжала работать в этом направлении и фирма SMS (впоследствии «SMS-Demag»). В частности, этой фирмой спроектирован и введен в эксплуатацию на заводе фирмы «Nucor Steel» в Хикмене (США) двухручьевой ЛПА (рис.51).

ЛПА от предыдущего отличался следующим: увеличена емкость сталеразливочного ковша с 112 до 135 т; применены две МНЛЗ, работающие одновременно; увеличена длина печи до 206 м; для слияния двух потоков слябов в один применен паром; усовершенствован гидросбив окалины; установлено шесть клетей в непрерывной группе.

Рис. 51. Схема расположения оборудования (в плане) двухручьевого ЛПА фирмы «SMS»: 1 - МНЛЗ; 2 - ножницы; 3 - проходная газовая печь; 4 - паром; 5 - теплоизолирующий тоннель; 6 - ножницы аварийного реза; 7 - непрерывная группа клетей; 8 - отводящий рольганг; 9 - установка ускоренного охлаждения; 10 - моталки

Марочный сортамент ЛПА – низко- и среднеуглеродистые общего назначения и конструкционные марки стали. Производительность ЛПА в Хикмене достигла 2 млн.т/год.

Оценка эффективности двухручьевого ЛПА, выполненная в 1992 г. фирмой «Paine-Webber» показала, что себестоимость продукции снизилась с 235 $/т (одноручьевой ЛПА) до 224 $/т.

По времени начала разработки ЛПА с фирмой SMS конкурировала фирма МD, на которой разработки были начаты в середине 80-х годов прошлого века. Новым в конструкции МНЛЗ фирмы МD стал вертикальный кристаллизатор с параллельными стенками и изогнутой нижней частью, новый тип погружного стакана и динамичная роликовая проводка ручья, обеспечивающая возможность совмещения разливки стали с обжатием заготовки с жидкой сердцевиной.

Особенностью новой МНЛЗ являются несколько основных элементов

Кристаллизатор состоит из верхней вертикальной части (для обеспечения места для установки погружного разливочного стакана и получения параллельности широких сторон слитка) и нижней изогнутой части. По длине эти части примерно одинаковые. Была также усовершенствована конструкция погружного стакана и подобраны новые материалы для его изготовления.

Большое внимание было уделено конструкции роликовых секций МНЛЗ. Она разделена на три сегмента (рис.52), к последнему из которых примыкают правильная машина и тянущая клеть (на рис.52 тянущая клеть не показана). Нулевой сегмент расположен непосредственно под кристаллизатором.

Рис.52. Схема расположения головной и средней части МНЛЗ фирмы MD: 1 – кристаллизатор; 2 – 0-й сегмент; 3 – сегмент ; 4 – сегмент ; 5 – правильная машина; 6 – гидроцилиндры; 7 – часть слитка с не полностью затвердевшей частью; 8 – часть полностью затвердевшего слитка. Твердый металл затенен

В сегментах I и II (позиции 3 и 4 рис.52) верхние ролики предварительно напрягаются набором пружин. Возможная конусность каждого из секторов I и II находится в пределах 0-5 мм. Величина конусности в каждом из трех секторов изменяется с помощью гидроцилиндров. Верхние ролики правильной машины прижимаются к уже закристаллизовавшейся заготовке гидроцилиндрами и в каждой паре роликов её толщина уменьшается. Тянущая клеть имеет приводные нижние ролики и прижимаемые к слябу с помощью гидроцилиндров верхние ролики.

Весь процесс деформации разделен на два этапа. На первом этапе сердцевина заготовки находится еще в жидком состоянии. Обжатие осуществляется небольшими шагами от одной пары роликов к другой в области между выходом из кристаллизатора и вершиной мениска. Это обеспечивает контролируемую минимальную деформацию заготовки. Общая деформация заготовки с жидкой сердцевиной составляла при проведении исследований максимум 20%, но может быть увеличена до 70%. Однако это приводит к снижению производительности МНЛЗ. На втором этапе, непосредственно после затвердевания, начинается обжатие заготовки с уже затвердевшей сердцевиной. Небольшое сопротивление деформации только что затвердевшего тонкого сляба позволяет достичь обжатия по толщине до 60%, причем с помощью всего нескольких пар роликов диаметром 310 мм, которые одновременно способствуют соответствующему увеличению скорости выхода заготовки до 25 м/мин (при скорости выхода слитка из кристаллизатора 4,5 м/мин).

На базе разработанной МНЛЗ и результатов исследований фирмой MD создан литейно-прокатный модуль, который в 1992 г. начал работать в Кремоне на заводе фирмы «Arvedi». Реализованная на нем технология получила название Inline Strip Production (ISP)  поточное производство полос. Особенность модуля заключается в том, что из кристаллизатора выходит сляб толщиной 70 мм. Схема расположения основного оборудования ЛПА показана на рис.53.

Рис.53.Схема расположения основного оборудования ЛПА фирмы «MD»: а - одноручьевой; б - двухручьевой; 1 – разливочный ковш; 2 – промежуточный ковш; 3 – кристаллизатор; 4 – группа клетей предварительного обжатия; 5 – ножницы; 6 – индукционная печь; 7 – ППУ; 8 – непрерывная группа клетей; 9 – отводящий рольганг; 10 – душирующая установка; 11 – моталки; 12 – накопитель-транспортер; 13 – разматыватель

Важным новым элементом технологии ISP является то, что уменьшение толщины сляба в ЛПА производят в три этапа:

1. уменьшение толщины слитка с 70 до 50 мм путем сужения роликовых секций при наличии в слитке жидкой сердцевины;

2. в многовалковой роликовой секции МНЛЗ после полного затвердевания слитка;

3. в трехклетевой (по первому варианту) группе клетей предварительного обжатия с гидравлической системой регулирования толщины.

Общее уменьшение толщины сляба до 15-35 мм на выходе из группы клетей предварительного обжатия обусловлено двумя причинами: желанием получить готовый толстый лист непосредственно из МНЛЗ; необходимостью дальнейшей смотки раската на промежуточном перемоточном устройстве (ППУ).

В дальнейшем от одной клети в группе предварительного обжатия отказались.

Имеются и другие существенные отличия ЛПА фирмы MD от ЛПА фирмы SMS. В частности, для выравнивания температуры по сечению и длине раската, а также его нагрева (при необходимости), установлена индукционная печь. Авторы ЛПА объясняют такое решение следующими причинами: высокий КПД (до 70%) и большая скорость нагрева; безынерционность работы; возможность отключения печи при отсутствии необходимости подогрева раската и выравнивания температуры или возникновении аварийных ситуаций в ЛПА; небольшой угар металла.

Наряду с этим индукционный нагрев имеет и недостатки по сравнению с газовыми печами: неоднородный нагрев металла, что требует термостатирования; при разной ширине используемых слябов усложняется конструкция индуктора; требуются большие площади для вспомогательных помещений (электроподстанция, охлаждающие установки и т.д.).

Основным достоинством применения индукционной печи в ЛПА MD является её малая длина по сравнению с проходной печью в ЛПА фирмы SMS. Это стало возможным потому, что индукционная печь не играет роль буфера. Эту роль играет промежуточное перемоточное устройство (ППУ), что тоже является отличием ЛПА MD от ЛПА фирмы SMS. ППУ заключено в теплоизолирующий кожух. Это позволяет снизить тепловые потери полосы, выровнять температуру полосы по длине и ширине (фактически происходит термостатирование), создать паузу во времени (при необходимости) между подкатами, поступающими в непрерывную группу клетей.

За счет приведенных технических решений протяженность технологической линии ЛПА фирмы MD сокращена до 175 м. Достоинства ЛПА фирмы MD те же, что и фирмы SMS, кроме того: небольшая протяженность технологической линии и больший диапазон толщины отливаемых слябов.

Недостатками ЛПА являются:

• большое число рабочих клетей;

• низкие скорости прокатки в группе клетей предварительного обжатия (ухудшение условий работы валков);

• малая емкость буфера;

• низкая загрузка непрерывной группы клетей (40% при использовании одноручьевого ЛПА);

• раскат одновременно находится в группе клетей предварительного обжатия, нагревательной печи и ППУ (после отделения раската от разливаемой части необходимо увеличение скорости движения отделенной части раската, что меняет условия его нагрева и смотки);

• высокие затраты электроэнергии на индукционный нагрев сляба;

• невозможность редуцирования слябов в линии прокатки.

Позже фирмой MD был разработан двухручьевой вариант ЛПА, показанный на рис.53 б. В качестве устройства, объединяющих два потока полос, свернутых в рулоны, применен накопитель-транспортер с теплоизоляцией. С него рулоны поочередно с одной и с другой линии попадают в теплоизолированный разматыватель и далее – в прокатный стан (рис.54).

Впоследствии на фирме MD были разработаны новые схемы ЛПА с применением новых технологий и оборудования. При неизменных принципах работы МНЛЗ существенно изменилась конструкция её отдельных механизмов: погружных стаканов (снижение турбулентности потоков стали, снижение высоты стационарной разливочной волны на мениске, повышение стойкости до соответствия с временем разливки серии плавок), кристаллизаторов (уменьшена масса движущихся частей, предусмотрена возможность изменения формы качания – от синусоидальной до пилообразной) и т.д.

Фирма «Danieli» начала разработку ЛПА с создания новой МНЛЗ, получившей название «Саболария». На МНЛЗ отливали слябы толщиной 30-140 мм, шириной 900-2200 мм со скоростью 0,6-6 м/мин.

Рис.54. Схема системы смотки подкатов в рулон, объединения их в один поток и транспортировки к непрерывной группе клетей: 1 – индукционные печи; 2 – подкат в позициях смотки; 3 – смотанный рулон в позиции транспортировки; 4 – рулон в позиции размотки; 5 – подкат; 6 – гидросбив; 7 – клети непрерывной группы. Стрелки – направление движения металла

В МНЛЗ применен вертикальный кристаллизатор, обозначенный H² или HSHQ (High Speed High Quality Mould  высокая скорость литья и высокое качество металла). На рис.55 дана схема кристаллизатора с погружным стаканом и формирующими роликами.

Рис.55. Кристаллизатор Н² с погружным стаканом и формирующими роликами:

1 – кристаллизатор; 2 – погружной стакан; 3 – поверхность жидкого металла; 4 – форми­рующие ролики; 5 – формирующийся слиток

Из кристаллизатора выходит выпуклый с обеих сторон слиток, который далее в формирующих роликах постепенно приоб­ретает прямоугольное поперечное сечение. Достоинства кристаллизатора такой формы: меньше возможность появления трещин на поверхности сляба (обусловлено профилем заливочного канала); большая площадь зеркала металла, что повышает эффективность действия применяемых при разливке смесей; большой объем металла в кристаллизаторе, что предотвращает турбулентность металла; предотвращение образования «мостиков» между погружным стаканом и стенками кристаллизатора; оптимальное распределение струи металла, что обеспечивает равномерные температурные условия затвердевающего металла; создается возможность разливки любых марок углеродистых сталей (0,61С0,06%), а также низко- и высоколегированных, нержавеющих и кремнистых.

В привязке к созданной МНЛЗ фирма «Даниэли» разработала два варианта ЛПА  одноручьевого на годовое производства 1,2 млн.т и двухручьевого – до 3 млн.т/год.

В 1997 г. двухручьевой ЛПА фирмы «Danieli» введен в действие на заводе компании «Algoma Steel» (Канада). ЛПА предназначен для прокатки полос толщиной 1-12 мм и шириной 800-1600 мм из низко-, средне- и высокоуглеродистых, низколегированных и высокопрочных марок стали. Схема расположения основного оборудования ЛПА показана на рис.56.

Рис.56. Схема расположения основного оборудования ЛПА на заводе компании «Algoma Steel» (а) и на заводе компании «Аль-Эзз Флэт Стил» (б): 1 – разливочный ковш; 2 – промежуточный ковш; 3 – кристаллизатор; 4 – маятни­ковые ножницы; 5 – туннельная печь; 6 – паром; 7 – гидросбив окалины; 8 – черновая универсальная клеть; 9 – теплоизолированный рольганг; 10 – летучие ножницы; 11 – чистовая группа клетей; 12 – установка ускоренного охлаждения; 13 – моталка; 14 – установка сверхбыстрого охлаждения; 15 – быстроходные барабанные ножницы; 16 – карусельная моталка; 17 – задающие ролики; 18 – моталка для смотки толстых полос

В МНЛЗ отливают слябы толщиной 90 мм, «мягким» обжатием уменьшают толщину сляба до 70 мм. Ширина непрерывнолитого сляба 800-1600 мм. Слябы (ещё не отделенные от слитка) попадают в проходные тоннельные печи, по достижении длины 44 м слябы отделяются от непрерывнолитого слитка с помощью маятниковых ножниц. В печах слябы пребывают ~30 мин. и выходят из них с температурой 1100-1150C. Поскольку линий две, то для объединения двух потоков в один предусмотрен движущийся паром, аналогичный показанному на рис.51.

После печей следует гидросбив окалины и четырехвалковая универсальная (черновая) клеть. Эта клеть может выдавать толщину раската 35-18 мм (обжатие за один проход достигает 60%), а вертикальные валки повышают точность по ширине и прокатывают клиновые раскаты при изменении ширины слитка в кристаллизаторе при разливке стали. За черновой клетью расположен рольганг с теплоизолирующим экраном. Он позволяет снизить тепловые потери и обеспечить равномерную температуру по длине и ширине раската. Перед чистовой непрерывной группой клетей расположены летучие ножницы и гидросбив окалины.

Клети чистовой группы оснащены ГНУ, системами автоматического регулирования толщины и стабилизации межклетевых натяжений полосы, противоизгибом, осевой сдвижкой и системой регулирования тепловым профилем рабочих валков. В клетях 2-4 чистовой группы функционирует система подачи технологической смазки на рабочие валки.

Далее следуют душирующая установка и моталки.

Из представленных материалов видно, что в ЛПА фирмы «Danieli» во многом использованы элементы ЛПА фирм SMS и MD. В связи с этим сохранились и указанные выше недостатки этих элементов.

С учетом опыта, приобретенного на заводе фирмы «Algoma Steel» и новых тенденций к снижению толщины горячекатаных полос вплоть до 0,7 мм, на фирме «Danieli» разработана усовершенствованная схема расположения оборудования.

Усовершенствованный ЛПА фирмы «Danieli» введен в эксплуатацию на предприятии «Аль-Эзз хэви индастриз» (Египет). Его проектная мощность 1175 тыс.т в год. Толщина готовой полосы 0,8-20 мм, ширина 800-1600 мм. Марочный сортамент  низко-средне-высокоуглеродистые, конструкционные, перитектические, рядовые стали. Для прокатки в ферритной области  малоуглеродистые стали. Максимальная масса рулона  25 т, удельная 20 кг/мм. Пока ЛПА работает с одноручьевой МНЛЗ, в дальнейшем планируется установка двухручьевой МНЛЗ.

В ЛПА применена МНЛЗ с кристаллизатором H². На МНЛЗ отливают сляб толщиной 90 мм и с применением «мягкого» обжатия дожимают до 70 мм. Дальше технологический процесс происходит аналогично описанному выше. Пока ЛПА работает как одноручьевой. В этом случае паром не нужен. За счет его отсутствия удлинена туннельная печь, что способствует реализации технологии полубесконечной прокатки.

Стратегия полубесконечной прокатки особотонких полос включает:

• прокатку первой полосы толщиной 1-1,3 мм для стабилизации прохождения переднего конца полосы по отводящему рольгангу и надежной задачи его в моталку;

• быструю перенастройку клетей чистовой группы на прокатку сверхтонких полос;

• прокатку полос толщиной 0,7-0,8 мм в стабильных условиях;

• быструю перестройку (при прокатке последней полосы толщиной 0,7-0,8 мм) клетей непрерывной группы на прокатку полос толщиной 1-1,3 мм.

Процесс полубесконечной прокатки существенно снижает число прохождений через непрерывную группу клетей передних и задних концов, а следовательно, исключает их утолщения, в значительной мере устраняет проблему прокатки переднего конца полосы с низкой скоростью, а значит и с низкой температурой, сокращает число нештатных ситуаций в непрерывной группе клетей, возникающих, главным образом, при прокатке концов полос и, в конечном итоге, повышает выход годного.

Набор, расположение оборудования и его характеристики позволяют в ЛПА производить прокатку в аустенитной и ферритной областях. При обычной прокатке по всей технологической линии она происходит в аустенитной области. При ферритной – черновая прокатка происходит в аустенитной области, а чистовая – в ферритной (превращение  уже произошло). Для обеспечения этого режима между черновой и чистовыми клетями вместо теплоизолированного рольганга (см. рис.56, позиция 9) устанавливают душирующую установку. Скорость транспортировки переднего конца полосы толщиной 1 мм составляет 11 м/с.

Особенностью агрегата является и применение клети f ² CR (flexible Crown and free Rolling – гибкое управление плоскостностью и беспрограммная прокатка), которая кроме набора систем автоматического регулирования, представленных в описании предыдущего ЛПА, оснащена системами скрещивания валков под нагрузкой, контроля упругой деформации станины и компенсации её удлинения, усовершенствована система регулирования теплового профиля валков.

Ферритную прокатку применяют для двух типов марок стали: раскисленных алюминием (0,015-0,04% С и Mn<0,3%) и IF-сталей (С<0,005% и Mn<2%). При ферритной прокатке (750-850С) сопротивление деформации сталей примерно такое же, как и при аустенитной прокатке (860-920С). Положительным является уменьшение образования окалины, износа валков, улучшение качества поверхности валков. Уменьшение расхода воды на отводящем рольганге может компенсироваться дополнительным расходом воды, подаваемой перед непрерывной группой клетей.

Результаты исследований точности прокатки в ЛПА, действующего на предприятиях «Algoma Steel» и «Аль-Эзз Флэт Стил» таковы: