Раздел 6. Производство горячекатаных полос и листов в литейно-прокатных агрегатах

Обычно появление литейно-прокатных агрегатов (ЛПА) для производства горячекатаной листовой продукции связывают с появлением мини-заводов.

Интенсивное развитие электрометаллургии, начавшееся в США в годы Второй мировой войны, выражавшееся в увеличении емкости дуговых печей и мощности применяемых трансформаторов (что позволяло сократить удельные расходы электроэнергии и доводило их до уровня, эквивалентного расходу топлива в мартеновских печах), позволило сделать целесообразным использование их для выплавки углеродистых сталей массового назначения.

После США электросталеплавильное производство стало интенсивно развиваться и в других странах мира. В связи с этим стала крайне актуальной проблема производства на мини-заводах горячекатаной листовой продукции. Решение проблемы осложнялось тем, что листовые станы горячей прокатки при годовом объеме производства 1-1,5 млн.т не могли конкурировать с ШСГП, производящими 4-6 млн.т/год.

Начался поиск новых технологий, позволяющих при объемах производства горячекатаного листа до 1 млн.т/год конкурировать с ШСГП. Решение было найдено в разработке совмещенного процесса разливки стали на МНЛЗ и прокатке металла в непрерывно расположенной группе клетей, то есть в создании листовых ЛПА.

1. Тонкослябовые лпа

Исследовательские и проектно-конструкторские работы по разработке сквозной технологии разливки-прокатки стали и оборудования, её обеспечивающего, были начаты в конце 70-х годов прошлого века практически одновременно в Германии (фирмы «Schloemann-Siemag» – SMS и «Mannesmann-Demag» – MD), СССР (ВНИИМЕТМАШ), Италии (фирма «Danieli»), Австрии («Voest-Alpine» – VAI) и Японии (фирма «Sumitomo»).

Решающий вклад в разработку тонкослябовых ЛПА для листового проката внесли фирмы SMS и «Nucor Steel». Первая  как разработчик технологии и оборудования тонкослябового ЛПА, вторая  как фирма, решившаяся на промышленное внедрение разработанного ЛПА, прошедшего опробование только на пилотной установке.

Первый в мире ЛПА введен в эксплуатацию в Крофордсвилле (США, штат Индиана) на заводе фирмы «Nucor Steel» (1989 г.). Схема расположения основного оборудования модуля приведена на рис.49. Процесс получил аббревиатуру CSP (Compact Strip Production  компактное производство полосы). Годовая производительность ЛПА – 830 тыс.т.

Рис.49. Схема расположения оборудования ЛПА фирмы SMS на заводе фирмы «Nucor» (США, Крофордсвилл): 1 – разливочный ковш; 2 – промежуточный ковш; 3 – кристаллизатор; 4 – ножницы; 5 – проходная роликовая печь; 6 – ножницы аварийного реза; 7 – непрерывная группа клетей; 8 – отводящий рольганг; 9 – установка ускоренного охлаждения металла; 10 – моталки

Особенностью МНЛЗ литейно-прокатного агрегата является форма кристаллизатора и погружного стакана, обусловленная тем, что толщина отливаемого сляба составляет 50 мм. Это максимальная толщина подката, которая может быть подана в непрерывную группу клетей прокатного стана.

Кристаллизатор имеет воронкообразную форму: вверху – вытянутое овальное сечение, внизу – прямоугольное сечение (рис.50).

Рис.50. Схема кристаллизатора и погруж­ного стакана МНЛЗ в ЛПА фирмы SMS:

1 – погружной стакан; 2 – кристалли­затор; 3 – форма затвердевающего металла в кристаллизаторе

Переход от овальной к прямо­угольной форме тщательно подобран. Это обеспечивает рациональный подвод металла и развитую поверхность контакта кристаллизатора и разливаемой стали, что оптимизирует условия отвода тепла и подачи шлакообразующей смеси.

Второй новый элемент МНЛЗ – погружной стакан специальной формы, обеспечивающей стабильное и симметричное распределение потоков в жидкой ванне кристаллизатора, низкую турбулентность на мениске, исключение смыва оболочки и формирования мостов вследствие большой дистанции между стенкой кристаллизатора и стаканом и т.д. Высокий уровень температуры на выходе из МНЛЗ (а это важнейшее условие для обеспечения высокоэффективной работы ЛПА) достигается тем, что при полной рабочей скорости разливки жидкая фаза в сердцевине тонкого сляба заканчивается лишь перед самым вытягивающим устройством. За ним контакты с направляющими или правильными роликами снижаются до необходимого минимума с целью сокращения потерь тепла.

Ножницы (позиция 4 рис.49) предназначены для разделения непрерывнолитого слитка на слябы заданной длины (в описываемом ЛПА это 50 м, исходя из удельной массы рулона 18 кг/мм). Разделение непрерывнолитого слитка на части позволяет «развязать» МНЛЗ и прокатный стан, поскольку скорость выхода слитка из МНЛЗ и входа в первую клеть прокатного стана существенно разнятся.

Необходимость использования в ЛПА нагревательной печи обусловлена тем, что тепловое состояние тонкого сляба, формирующегося естественным путем, имеет температурный градиент в продольном и поперечном сечениях и на углах тонкого сляба. В одноручьевом ЛПА фирмы SMS применена проходная роликовая печь. Длина печи 158 м выбрана исходя не столько из условий выравнивания температуры, сколько из соображения иметь буферную зону (буферная зона обеспечивает нахождение в печи трех слябов).

Ножницы (позиция 6 рис.49) предназначены для аварийного реза сляба в случае возникновения аварийных ситуаций на участке стан–моталки. При этом имеется возможность остаток сляба вернуть в проходную печь.

В непрерывной группе клетей при вводе в действие ЛПА было 4 клети и минимальная толщина прокатываемых полос составляла 2,5 мм. Через год после начала эксплуатации стана установили 5-ю клеть, что позволило прокатывать полосу минимальной толщины 1,6 мм. Отводящий рольганг, установка ускоренного охлаждения и моталки применены традиционные для ШСГП того времени.

Сопоставительные экономические показатели работы ЛПА и ШСГП в масштабе цен начала 90-х годов прошлого века таковы