yandex.metrica
Прокатное производство

Литейнопрокатные станы

Эффективность процесса непрерывного литья слябов, блюмов или другой заготовки для ее последующей прокатки общеизвестна. Но эта эффективность еще больше возрастает при объединении процесса литья с прокаткой в одном агрегате или стане. Применение этого технологического процесса для получения проката непрерывным методом из жидкого металла открывает большие перспективы в деле повышения эффективности металлургического производства.

При такой технологии удается использовать первичное тепло слитка для его деформации, исключить промежуточный склад металла и достичь полной непрерывности в процессах литья и прокатки, что обеспечит резкое повышение производительности труда.

Машины, входящие в агрегат для выполнения этого процесса, становятся более компактными, уменьшаются их масса и требуемые производственные площади. Наряду с эксплуатационными преимуществами существенно снижаются также и удельные капитальные вложения. Из известных способов совмещения прокатки с непрерывным литьем следует отметить следующие:

  1. жидкий металл непосредственно поступает в межвалковое пространство;
  2. начало процесса кристаллизации отдельно от деформации, но прокатка начинается, когда сердцевина слитка находится еще в жидком состоянии;
  3. прокатку непрерывно образующегося слитка осуществляют после окончания кристаллизации.

Первый способ был предложен еще Бессемером и назван бесслитковой прокаткой, но в то время его осуществить не удалось.

В 30-х годах в США и СССР были построены опытные станы, специально предназначенные для освоения этого процесса как для цветных металлов, так и для стали. Однако положительные результаты не были достигнуты, и станы пришлось демонтировать. Основной недостаток этого способа состоял в разрывах корочки металла, образующейся в самом начале соприкосновения жидкого металла с валками, что вызвало неоднородность структуры металла и другие дефекты. В дальнейшем этот процесс удалось значительно усовершенствовать, применив подачу металла не на валки, а через проводки, установленные между валками. При этом удалось стабилизировать угол захвата, который должен быть относительно небольшим и постоянным.

В этом виде процесс бесслитковой прокатки был успешно разработан в двух вариантах, описанных ниже.

  1. Жидкий алюминий поступает через распределительную коробку в межвалковое пространство, образованное двумя горизонтальными валками, расположенным один над другим (рис. 147). Жидкий алюминий, соприкасаясь с валками, кристаллизуется; образующаяся при этом полоса выходит непрерывно из валков стана. Вариант 1 используют на ряде отечественных заводов для изготовления алюминиевой полосы толщиной от 8 до 12 мм, шириной 1030 мм в рулонах массой более 2 т. Применение этой технологии вместо прокатки полосы со слитка дало большой экономический эффект не только на самом переделе, но также при последующей обработке рулона благодаря значительному увеличению его массы.
  2. Вариант бесслитковой прокатки отличается от описанного выше тем, что оба валка расположены в одной горизонтальной плоскости, а жидкий алюминий в межвалковое пространство подается снизу вверх также через распределительную проводку, однако она расположена вертикально (рис. 148). В целях осуществления этого процесса было создано несколько станов для производства алюминиевой полосы шириной до 1000—1600 мм и толщиной 3—8 мм, которые успешно эксплуатируются на Михайловском, Канакерском алюминиевых заводах и на заводе «Нахтдерштетте» (ГДР). Производство 1 т алюминиевого листа, изготовленного по варианту 2, на 34 руб. дешевле, чем по варианту 1.

Второй способ характеризуется частичным распределением процессов кристаллизации и деформации, но, поскольку прокатка начинается, когда сердцевина слитка находится еще в жидком состоянии (рис. 149), валки располагают вблизи кристаллизатора.

Схема бесслитковой прокатки алюминиевой полосы с горизонтальным кристаллизатором

Этот способ начали применять несколько лет назад в Австрии для стали при использовании кристаллизаторов классического типа с медными стенками, по которым скользит корочка образующегося слитка. Этот процесс позволяет устранить образование усадочной раковины в центральной части слитка. Но в этом случае происходит деформация при температуре перехода металла из жидкой фазы в твердую, когда пластические свойства металла очень низкие. Поэтому в центральной части возможно образование трещин, которые будут заполняться маточным раствором с более высоким содержанием ингредиентов сплава, что может вызвать неоднородность слитка. Кроме того, маточный раствор вытесняется в заднюю часть слитка, что, несомненно, приведет к неоднородности химического состава слитка по его длине. Несмотря на этот недостаток, описываемый способ все же получил применение при производстве стали.

Схема бесслитковой прокатки алюминиевой полосы с вертикальным кристаллизатором

Так, в ФРГ построен агрегат, на котором отливают стальные слитки сечением 160×160 мм, прокатываемые затем без разрезки в непрерывном стане, имеющем две горизонтальные и две вертикальные клети, до сечения 90×90 мм

В последние годы отсутствуют сообщения о дальнейшем распространении этого способа.

Для большинства марок стали применение его не обеспечивает высокого качества проката.

Такой способ также оказался непригодным для алюминия и других цветных металлов. Но, очевидно, этот процесс иногда возникает и при рассмотренных выше способах бесслитковой прокатки.

Если увеличить окружную скорость валков, то кристаллизация может перейти в зону деформации или даже за ее пределы.

Третий способ состоит в прокатке непрерывно образующегося слитка после окончания кристаллизации. Этот способ по сравнению с предыдущим обеспечивает наилучшее качество металла. Во всяком случае, в результате прокатки не снижается однородность непрерывного металла, улучшаются его механические свойства и расширяется возможный сортамент. В исследованиях и воплощении их результатов на практике ВНИИметмашем принят именно этот способ как основной при совмещении прокатки с непрерывным литьем для алюминия, меди, стали, цинка и других материалов. В СССР первый литейнопрокатный стан с кристаллизаторами роторного типа, где были совмещены процессы непрерывного литья и прокатки, был разработан ВНИИметмашем совместно с Запорожским алюминиевым заводом. На этом заводе стан успешно введен в эксплуатацию для производства алюминиевой проволоки. Кристаллизатор этого стана сделан в виде обода колеса, обтянутого снаружи стальной лептой.

Схема совмещенного процесса непрерывного лнтья н последующей прокатки металла в двухфазном состоянии

Благодаря полной непрерывности технологического процесса, при котором проволоку прокатывают неразрывным потоком (плавильная печь — миксер — кристаллизатор — прокатный стан), резко повысилась производительность труда и практически достигнута полная автоматизация производства. Обслуживающий персонал должен только наблюдать за ходом процесса. В связи с успешными результатами, полученными при эксплуатации этого стана, были построены почти такие же станы для Кандалакшского, Канакерского и Сумгаитского алюминиевых заводов, где они успешно работают уже в течение 7—10 лет. Производительность каждого из этих агрегатов 1,5 т/ч. Удельные капитальные затраты снижаются в 2,7 раза. Годовая экономия от применения этих станов значительно превышает их стоимость. Срок окупаемости их составляет 5—8 мес.

Целесообразно создание еще более производительных станов этого назначения, для чего необходимо увеличить сечение слитка, диаметр колеса кристаллизатора и соответственно скорость прокатки конечных сечений.

В 1977 г. Иркутским алюминиевым заводом на серийном литейнопрокатном стане были успешно проведены опыты по получению катанки из сплава АВ-Е повышенной электропроводности. В связи с большой потребностью электротехнической промышленности в катанке из этого сплава был создан стан усиленной конструкции, который сейчас работает на Кандалакшском алюминиевом заводе. В настоящее время удалось создать и ввести в действие на шести алюминиевых заводах 12 литейнопрокатных станов для производства проволоки. Благодаря этому производство алюминиевой проволоки этим способом составляет более 80 % общего объема ее производства. Производительность труда по сравнению со старым способом возросла в 4—5 раз, а удельные капитальные вложения снизились в 4,8 раза. Общая экономия вследстие применения литейнопрокатных станов при производстве алюминиевой проволоки составляет 2,8 млн. руб.

Литейнопрокатные станы с кристаллизатором роторного типа применяют также для непрерывного литья меди с последующей ее прокаткой в проволоку. Агрегат такого рода был создан ВНИИметмашем и эксплуатируется на Алмалыкском комбинате. Производительность агрегата для медной проволоки составляет около 10 т/ч.

К числу многих преимуществ производства проволоки методом совмещения непрерывного литья и прокатки следует отнести практически неограниченную массу бунта, достигающую для алюминия 1,5—2,0 т, а для меди 3—5 т, т. е. в 10—20 раз больше, чем у обычных станов.

Это весьма упрощает дальнейшую обработку проволоки, особенно при волочении.

Аналогичным методом целесообразно освоить производство других профилей, в том числе полосы шириной до 300—400 мм.

Для производства широких полос методом совмещения процессов непрерывного литья и прокатки в США начали применять машину системы Хазелетта, в которой процесс непрерывного литья полосы основан на том, что жидкий металл поступает в пространство, образованное между двумя наклонно расположенными и непрерывно движущимися стальными лентами. Снаружи лента охлаждается водой.

В СССР была создана опытно-промышленная машина подобного типа для непрерывного литья алюминиевой полосы шириной до 1000 мм. испытание которой дало положительные результаты. Скорость выхода полосы толщиной 10—15 мм можно довести до 5—10 м/мин. При такой скорости становится рентабельной установка прокатного стана за этой машиной для непрерывного литья.

Из приведенных работ по освоению совмещенных процессов непрерывного литья и прокатки цветных металлов можно сделать вывод, что будущее производства листового проката из алюминия и цинка, а также катанки из алюминия и меди принадлежит процессу непрерывного литья, объединенному с прокаткой.

В настоящее время ведут работы по совмещению непрерывного литья стальной заготовки с последующей ее прокаткой сразу при выходе из кристаллизатора без промежуточной разрезки и нагрева слитка. Такой процесс является вполне рентабельным для производства стальной катанки и несомненно в ближайшие годы найдет применение.

Предназначенный для осуществления этого процесса агрегат ВНИИметмаша создан для одного из отечественных металлургических заводов, где сейчас ведут наладочные работы. Он состоит из одноручьевой непрерывнолитейной машины (заготовка сечением 115×87 мм), планетарного стана с двусторонним обжатием и непрерывного стана для прокатки катанки диаметром от 5 до 12 мм.

Представляется также целесообразным совмещение прокатки с непрерывным литьем стали путем установки у машины радиального типа нескольких малогабаритных прокатных клетей вместо тянущих и правильных роликов. Такой стан выгоден при производстве квадратных заготовок сечением менее чем 120×120— 150×150 мм и круглых диаметром менее 150—200 мм. На таком агрегате можно осуществлять отливку заготовок крупного сечения (не менее 180×180 мм), а дальнейшее уменьшение их сечения будет происходить в малогабаритных прокатных станах, примыкающих ко вторичной зоне кристаллизации. Экономические расчеты свидетельствуют о том, что, несмотря на низкие скорости эксплуатации станов такого типа, этот стан обладает большой эффективностью благодаря устранению передела слитков в заготовку и непрерывности процесса.

Из подобных станов особого внимания заслуживает конструкция для производства трубной заготовки диаметром 150 мм. При применении этого процесса резко снижается коэффициент расхода металла. Себестоимость заготовок при этом снижается на 12—15 %.

За последние годы в США и Западной Европе большое внимание уделяется применению литейнопрокатных агрегатов.

Наиболее производительным из них является стан, пущенный на заводе «Юнайтед Стейтс Стил» в Гери, в котором одноручьевая литейная машина установлена в потоке с подогревательной проходной печью и прокатным станом, состоящим из трех рабочих клетей с горизонтальными валками и четырех клетей с вертикальными валками.

В машине осуществляется непрерывное литье слябов двух сечений — 235×1400 и 235×1930 мм, которые при выходе из кристаллизатора подогреваются и в одном потоке прокатываются в слябы разных сечений; при этом минимальное сечение сляба составляет 150×810 мм. Производительность стана составляет около 2 млн. т/год. В Западной Европе было построено несколько литейнопрокатных станов для производства сортовой заготовки. Так, на заводе Фест (Австрия) пущен лнтейнопрокаткый стан, состоящий из радиальной машины с установленным в потоке четырехклетьевым станом, имеющим поочередно расположенные клети с горизонтальными и вертикальными валками. Сечение литой заготовки 140×140 мм, а после прокатки 80×80 мм. Литейнопрокатные станы, работающие по этой схеме для заготовок несколько иных сечений, пушены также в США (на заводе Националь Стил Корпорейшн, Тимкен Роллер Биринг и др.), в ФРГ, Швейцарии и других странах.

Основное преимущество этих станов состоит в более высоком качестве заготовки и снижении коэффициента расхода металла. Производительность этих станов с каждым годом повышается благодаря усовершенствованию процессов непрерывного литья и освоению более высоких скоростей выхода слитка.

Наибольший интерес в этом отношении представляет литейнопрокатный стан, работающий на заводе «Юнайтед Стейтс Стил» в Саус-Чикаго. Этот стан состоит из четырехручьевой машины, на которой отливают блюмы сечением 190×190 мм со скоростью 4,3—5,1 м/мин, индукционных подогревательных печей и четырех восьмиклетьевых непрерывных прокатных станов с горизонтальными и вертикальными валками, расположенными поочередно, и с регулируемым натяжением между клетями. За каждой последней клетью стана установлены летучие ножницы. Заготовки прокатывают сечением от 150×150 до 100×100 мм. Производительность этого стана при работе «плавка на плавку» может достигать 20 тыс. т/сут, что примерно соответствует производительности современного заготовочного непрерывного стана, который установлен за блюмингом. На этом стане успешно осуществляют разливку сталей широкого сортамента, содержащих от 0,05 до 0,7 % С; при этом большая доля принадлежит высококачественным сталям. Прокатанные заготовки характеризуются хорошей поверхностью и однородностью химического состава и структуры. Проведенные исследования свидетельствуют, что колебания состава металла по всей длине заготовок находятся в пределах: по углероду 0,01 %, фосфору 0,004 %, алюминию и сере 0,001 %, кремнию 6,01 %.

На основании изложенного следует, что литейнопрокатные станы должны получить в ближайшем будущем самое широкое распространение не только для производства продукции из алюминия, меди и цинка, по и для стальных профилей.