Повышение качества проката

В целях совершенствования производства экономичных профи­лей проката для более полного удовлетворения потребностей на­родного хозяйства, улучшения его качества и повышения эффек­тивности производства необходимо предусматривать существую­щий прирост наиболее прогрессивных видов проката; расширение сортамента и улучшение эксплуатационных и потребительских свойств металлопродукции; повышение технического уровня про­изводства и увеличения в общем объеме выпуска проката доли цехов, в наибольшей мере определяющих технический прогресс; дальнейшую концентрацию производства и повышение уровня его специализации; снижение материалоемкости проката; рост производительности труда; повышение условий труда; повышение эффективности капитальных вложений.

Повышение точности проката является источником значительной экономии металла.

Проблема получения сортовых профилей с ужесточенными допусками в настоящее время приобрела серьезное народнохозяйственное значение. Если бы на действующих станах удалось полу-прокат с допусками, уменьшенными в два раза, это дало бы народному хозяйству дополнительно свыше 1 млн. т металла в год.

Исходный продукт прокатки

В качестве исходного продукта прокатки для рельсобалочных станов может применяться непрерывно-литая заготовка с МНЛЗ.

Основными преимуществами НЛЗ от катанной заготовки являются:

1. Сокращение цикла металлургического производства. Сталь отливается на заготовки необходимого размера, нежели при разливке в изложницы. Отпадает необходимость в дополнительной прокатки на блюминге.

2. Высокое качество стали. При непрерывной разливке стали применяется конвертерная или электросталь, обладающая более высоким качеством по сравнению с мартеновской. Кроме того, при разливке в изложницы в слитки попадает большое количество неметаллических включений (в виде частиц футеровки изложниц).

3. Высокая степень однородности структуры НЛЗ. В литой заготовки практически отсутствуют такие дефекты, как кристаллическая и химическая неоднородности, характерные для слитков.

4. Сокращение расхода металла. При разливке на МНЛЗ обрезается только передний и задний конец ручья.

5. Высокая точность геометрических размеров НЛЗ.

6. Возможность совмещения МНЛЗ с прокатным станом.

Машины для непрерывного литья стальных профилей подразделяют на несколько типов:

1) вертикальные с резкой слитка в вертикальном положении;

2) вертикальные с изгибом слитка и резкой его в горизонтальном положении:

3) криволинейные с постоянным радиусом кривизны вторичной зоны кристаллизации, называемые также радиальными;

4) криволинейные с переменным радиусом кривизны вторичной зо­ны кристаллизации, называемые также овальными;

5) наклонные;

6) горизонтальные.

В мировой практике чаще всего применяют машины первых трех типов.

Первым типом машин непрерывного литья стальных заготовок, по­лучившим промышленное применение в 50-х годах, является машина вертикального типа (рис. 13, а).

Большую роль в развитии непрерывного литья стали сыграли ис­следовательские работы, выполненные в СССР ЦНИИЧЕРМЕТом, дру­гими институтами и металлургическими заводами, а также строитель­ство в 50-х годах первых опытно-промышленных машин вертикального литья блюмов и слябов на Ново-Тульском заводе (1953г.), на заводе «Красное Сормово» (1955г.) и в элесктросталеплавильном цехе НЛМЗ (1953-1954 гг.).

Рисунок 13 - Схемы машин непрерывного литья заготовок:

а — вертикальные; б — вертикальные с изгибом заготовки; в — криволинейные (радиаль­ные);

1 — сталеразливочный ковш; 2 — промежуточный ковш; 3 — кристаллизаторы; 4 — зона вторичного охлаждения; 5 — тянущая клеть; 6 — устройства дли резки заготовки; 7 — затравка; 8 — рольганг; 9 — устройство для изгиба заготовке; 10 — правильное устройство, 11 — заготовка.

Принципиальная технологическая сущность процесса отливки заго­товок на таких машинах заключается в том, что жидкая сталь из сталеразливочного ковша поступает в предварительно разогретый до 1200— 1300°С промежуточный ковш. Из него по достижении заданного уровня жидкий металл подается в кристаллизатор, временным дном которого является затравка. Кристаллизатор служит для интенсивного отбора тепла от жидкого металла и формирования твердой оболочки заготовки заданного сече­ния. Он представляет собой открытую изложницу с медными охлаждае­мыми стенками, между которыми циркулирует вода под давлением 6 кгс/см². Размеры и форма поперечного сечения кристаллизатора со­ответствуют сечению отливаемой заготовки с учетом усадки мета та при его охлаждении. Удельный расход воды на охлаждение кристаллизатора составляет в среднем 5—20 м³/т разлитой стали. Для устранения возможного прилипания наружной твердой корочки отливаемой заготовки к плоскости кристаллизатора ему сооб­щается возвратно-поступательное движение вдоль вертикальной оси отливки. Амплитуда качания кристаллизатора составляет 15—30 мм. Жидкая сталь, застывая в кристаллизаторе, сцепляется внизу с затравкой, которая по достижении металлом в кристаллизаторе опре­деленного уровня, начинает вытягиваться тянущими роликами (клетью) вниз вместе с заготовкой. Ниже кристаллизатора расположена зона вторичного охлаждения, проходя через которую заготовка интенсивно охлаждается водой до полного затвердевания по всему сечению. Зону вторичного охлаждения выполняют в виде роликовой системы, состоящей из нескольких секций, с подачей воды из форсунок с механическим распиливанием струи. Для обеспечения равномерного охлаждения заготовки применяют независимое регулирование подачи воды под давлением 2-3 кгс/см² в каждую секцию и на каждую грань непре­рывно движущейся заготовки. Для большинства углеродистых низко­легированных сталей наиболее рациональным является мягкий режим охлаждения - с удельным расходом воды в зоне вторичного охлажде­ния 0,5—0,8 м³/т.

Во избежание образования внутренних трещин суммарное время прохождения металла через кристаллизатор и зону вторичного охлаж­дения должно быть не меньше соответствующего времени затвердевания его по всему сечению заготовки.

После полного затвердевания заготовка режется на мерные длины и транспортирующими средствами выдается из машины на уровень пола цеха.

В большинстве случаев машины непрерывного литья заготовок вер­тикального типа устанавливают в разливочных пролетах сталеплавиль­ных цехов и в зависимости от конкретных условий проектируют в ба­шенном (над уровнем пола цеха), колодцевом (ниже уровня пола цеха) и смешанном исполнениях. Чаще всего применяют машины, выполнен­ные в смешанном варианте. Важным преимуществом машин колодцевого и смешанного исполнений является возможность установки их в действующих цехах.

Машины первого типа — вертикальные (см. рис: 13,а). Общая высота машин вертикального типа, зависящая от сортамен­та отливаемых заготовок (марки стали, сечения, мерной отрезаемой длины) и скорости их отливки (вытягивания), достигает 40—50 м, что требует больших капитальных затрат на сооружение соответствующих башен и колодцев и усложняет эксплуатацию оборудования.

Машины второго типа — вертикальные с изгибом заготовок

(см. рис: 13,б), в основном характеризуются тем же составом оборудования, что и вертикальные; их начали сооружать с 1958 г.

Принципиальная особенность конструкции вертикальных машин с изгибом заготовок состоит в том, что по выходе из тянущей клети перед­ний конец заготовки изгибается, принимая горизонтальное положение посредством специального механизма. Далее он правится, режется на .мерные длины и транспортируется ,на уровень пола цеха. Применение такой технологической схемы позволяет значительно уменьшить общую высоту машины при толщине отливаемой заготовки не более 150-200 мм. При большей толщине заготовки радиус изгиба также возраста­ет, причем в ряде случаев схема машин вертикального типа с изгибом заготовки может оказаться нерациональной даже по сравнению с вер­тикальными машинами.

Машины третьего типа — криволинейные (радиальные) (см. рис 13,в) появились в результате стремления конструкторов уменьшить их общую высоту и создания предпосылок для совмещения процессов непрерывно го литья и прокатки заготовок в одном агрегате. Эти поиски привели в 60-х годах к созданию конструкции машины, в которой кристаллизатор и направляющие устройства зоны вторичного охлаждения (либо только зона вторичного охлаждения) изогнуты по дуге постоянного радиуса.

Впервые процесс непрерывной разливки стали с кристаллизацией слитка в машинах криволинейного (радиального) типа был разработан в лабораторных условиях Украинским институтом металлов в 1962 г. Затем эти опыты были продолжены УЗТМ на машине, специально для этой цели построенной и установленной в литейном цехе УТМЗ, а также ВНИИМЕТМАШем совместно с УкрНИИметом на промышленной машине, спроектированной и изготовленной ВНИИМЕТМАШем для литья слябов шириной 900 мм из ковша емкостью 200 т, пущенной в 1965 г. на Руставском металлургическом заводе.

Криволинейные машины за рубежом появились независимо от СССР и примерно в то же время. В 1963 г. их начала рекламировать в Швейцарии фирма Concast и после этого благодаря преимуществам машин криволинейного типа они стали внедряться в промышленности ФРГ, США, Японии и других капиталистических стран. В зависимости от отливаемого сортамента радиус кривизны зоны кристаллизации машины изменяется от 2000 до 12000 мм и более. Жидкая сталь, так же как и в вертикальных машинах, из разливочного ковша через промежуточный ковш поступает в кристаллизатор, а затем при помощи затравки в зону вторичного охлаждения, где происходит полная кристаллизация. Во время литья заготовок кристаллизатор со­вершает качательное движение по дуге относительно центра кривизны машины Затвердевшая заготовка, выходя из зоны вторичного охлаж­дения, правится, режется на мерные длины и поступает на горизонталь­ный рольганг, расположенный на уровне пола цеха.

Многочисленные исследования показали, что заготовки, отлитые на машинах радиального типа, не уступают по качеству заготовкам, по­лученным на вертикальных машинах. Вместе с тем высота машин этой системы значительно меньше, чем вертикальных, и поэтому для машины радиального типа не требуется глубоких колодцев или высоких цехов, что снижает капитальные затраты на строительство отделения непре­рывной разливки примерно на 10—30%. На машинах радиального типа можно получать более высокую скорость разливки за счет резерва длины зоны вторичного охлаждения, совмещать процесс разливки стали с обжатием литой заготовки в одном агрегате, выпускать заготовки неограниченной длины, что имеет особенно большое значение для широ­кополосных непрерывных станов при производстве горячекатаных полос в рулонах массой более 40—50 т.

Разновидностью машин криволинейного типа являются овальные машины, у которых кристаллизатор, так же как и у машин радиального типа, выполнен по дуге окружности одного радиуса, а зона вторичного охлаждения — по дуге с переменным радиусом. Этим обеспечивается постепенное выпрямление слитка с жидкой сердцевиной в горизонталь­ное положение. Машины этого типа характеризуются еще меньшей высотой, чем радиальные, однако пока опыт эксплуатации не подтвер­дил их преимущества по сравнению с машинами радиального типа.

Горизонтальные и наклонные машины для непрерывного литья находятся еще в стадии опытного опробования.

На рис. 14 приведены сравнительные данные по высоте машин различного типа для непрерывного литья стальных сортовых заготовок сечением 150х150 мм.

Рисунок 14 - Сравнительные данные о высоте машин непрерывного литья стальных сорто­вых заготовок сечением 150X150 мм:

а— вертикальные; б — вертикальные с изгибом заготовки; в — радиальные; г — овальные