Непрерывная разливка стали

Смирнов А.Н., Куберский С.В., Штепан Е.В.
Донецк: ДонНТУ, 2011 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Непрерывная разливка стали

Разливка металла на тонкие слябы и литейно-прокатные модули

С начала 90-х годов прошлого века в практику создания эф­фективных технологических систем по производству плоского проката прочно вошло понятие литейно-прокатный модуль (ЛПМ), в котором органично совмещается процесс непрерывной разливки стали на заготовку и ее последующая, без охлаждения, горячая прокатка.

Принято считать, что первый промышленный ЛПМ был пу­щен в эксплуатацию в 1989 г. в г. Крофордсвилле (США): компа­ния «Nucor» ввела в эксплуатацию завод, оснащенный электроду­говыми печами и МНЛЗ для получения сляба толщиной 50 мм.

При этом слябы передавались непосредственно на стан горячей прокатки. Этот процесс получил название CSP {Compact Strip Production), а разработка была выполнена фирмой «Schloeman-Siamag» (Германия).

В целом технологическая система на базе ЛПМ может быть представлена следующим образом: выплавка стали в дуговой пе­чи (или конвертере) —> доводка стали на установке «ковш-печь» —> (вакуумирование стали в ковше) —> разливка стали на сляб (толщина сляба 50-70 мм) и его горячая прокатка в технологиче­ской цепочке ЛПМ —> прокатка на станах холодной прокатки. При этом, как показала практика, для получения 1 тонны холод­нокатаного листа достаточно  1,10-1,12 тонны жидкой стали, а значительный энергосберегающий эффект (рисунок 6.17) дости­гается, главным образом, за счет сокращения технологической цепочки и исключения дополнительных циклов охлаждения и на­грева заготовки.

Лидером в создании ЛПМ (по объему разработок и количе­ству реализованных агрегатов) является фирма «SMS-Demag» (Германия). Собственную концепцию ЛПМ разработала фирма «Mannesmann Demag» и дала ей название ISP (Inline Strip Produc­tion). Она реализована в 1992 г. на заводе в Кремоне фирмы Arvedi.

Глубокие научные и конструкторские разработки в этой об­ласти выполнены итальянской фирмой "Danieli". Фирма " Sie­mens-VAI" также рассматривает создание ЛПМ как перспектив­ное направление. Однако их разработки базируются на получе­нии сляба средней толщины (80-130 мм) и его последующей про­катке (например, металлургический завод в г. Острава, Чехия).

Схема расположения основных функциональных единиц ЛПМ (линейное расположение) представлена на рисунке 1.16. Современная практика применения ЛПМ показывает, что их раз­ливочный модуль представляет собой, как правило, высоко функциональную одноручьевую МНЛЗ, в которой совмещены все основные достижения в области разливки стали. Прокатная часть ЛПМ может быть совмещена с одной или двумя МНЛЗ в зависимости от номинальной производительности цеха.

 

Основные решения, обеспечивающие совмещение техноло­гии разливки на МНЛЗ тонких слябов и их прокатку, заключают­ся в следующем:

1. Сокращение до минимума числа промежуточных этапов технологического процесса (исключение промежуточных этапов охлаждения и нагрева заготовки и т.п.) за счет гармонизации про­цесса разливки стали и прокатки заготовки. Предполагается, что скорость вытяжки непрерывно-литой заготовки и ее последующей прокатки совпадают по величине (удельный расход металла). Ста­бильность работы литейной части модуля достигается за счет ав­томатизации работы всех его составных частей и механизмов.

2. Концепция ЛПМ не предусматривает промежуточный контроль качества заготовки и, тем более, ее сортировку и довод­ку. В таких условиях стабильность работы литейной части моду­ля достигается за счет жесткого обеспечения ряда показателей качества жидкой стали в ковше перед разливкой (включая темпе­ратуру). Поэтому оптимальное сочетание технологических опе­раций на стадии выплавки и ковшевой обработки в совокупности с техническими параметрами агрегатов имеет определяющее зна­чение, как в отношении производительности, так и качества ме­таллопродукции.

3. Создание системы сопряженных технических решений, обеспечивающих разливку с высокими скоростями на тонкий сляб. Основной задачей при этом является обеспечение стабиль­ного подвода жидкой стали в вертикальный кристаллизатор и равномерное ее распределение по всей ширине сляба. С этой це­лью фирмой «SMS-Demag» запатентовано оригинальное решение для внутренней полости кристаллизатора, который в верхней час­ти имеет воронкообразную форму, позволяющую беспрепятст­венно вводить погружной стакан (рисунок 6.18).

4. Конструкция кристаллизатора тонкослябовой МНЛЗ (ри­сунок 6.19) предусматривает возможность изменения ширины сляба непосредственно в процессе разливки (максимальное изме­нение ширины, как правило, составляет не более двух раз). Длина кристаллизатора составляет 0,9-1,0 м. Скорость вытяжки сляба в таких МНЛЗ составляет 5-10 м/мин.

5. Применение системы электромагнитного торможения по­тока металла, подаваемого в кристаллизатор (ЕМВг). Электромаг­нитный тормоз создает в верхней части кристаллизатора регули­руемое по напряжению электромагнитное поле. Втекающая в него сталь пересекает это поле и в ней наводятся напряжения и токи, которые закорачиваются в жидкой стали. Вызываемые этим про­цессом силы тормозят потоки стали и обеспечивают равномерно распределенное движение металла вниз и по сечению сляба.

6. Механизм качания кристаллизатора выполняется с гидрав­лическим приводом, позволяющим обеспечить свободный выбор амплитуды и частоты колебаний в процессе разливки и корректи­ровать эти параметры при изменении скорости вытяжки заготов­ки. С целью минимизации глубины следов качания и расхода ШОС, например, амплитуда качаний кристаллизатора увеличива­ется, а частота качаний уменьшается по мере увеличения скорости разливки. Закон качания кристаллизатора - несинусоидальный.

7. Обеспечение вертикального участка МНЛЗ в ЗВО на всей протяженности затвердевания тонкого сляба и последующий его загиб с выходом на горизонтальную плоскость (рисунок 6.20).

8. Реализация технологии разливки с дополнительным мно­готочечным обжатием заготовки с жидкой сердцевиной непосред­ственно под кристаллизатором в ЗВО (до толщины 35-40 мм) (ри­сунки 6.21, 6.22). На современных тонкослябовых МНЛЗ, которые имеют высокий уровень автоматизации, это достигается посредст­вом непрерывного определения конфигурации жидкой лунки с со­ответствующей коррекцией начала и окончания обжатия. Общая величина такого обжатия для тонкослябовых МНЛЗ достигает 20-30 мм. При этом меньшая толщина сляба позволяет добиться большей производительности при прокатке его в тонкий лист.

9. Установка устройства для удаления окалины с поверхно­сти сляба перед ножницами для порезки заготовки на мерные длины.

10. Использование туннельной печи для выравнивающего подогрева заготовки (непосредственно после порезки и без до­полнительного охлаждения).

Длительность пребывания тонкого сляба в печи обеспечива­ет практически полную равномерность распределения темпера­туры по ширине, толщине и длине сляба. Точность выравнивания температуры ± 10°С. Поэтому последующие операции (прокат­ку и охлаждение) ведут при постоянной скорости.

11. Прокатка тонкого сляба в группе черновых и чистовых клетей с целью получения проката в рулонах (толщина листа до 1-1,2 мм). Для этих целей применяются две различные схемы: система непрерывной прокатки (рис. 1.16) и система прокатки на стане Стеккеля (рисунок 6.23).

12. Общая система автоматического управления ЛПМ, обес­печивающая переработку больших объемов информации и вы­полнение скоростных операций, что необходимо для производст­ва высококачественной продукции на стане горячей прокатки.

В целом же все ведущие фирмы, производящие металлурги­ческое оборудование, занимаются разработкой литейно-прокатных агрегатов, обеспечивающих разливку на тонкий или средний сляб, совмещенную с прокаткой на тонкий лист (таблица 6.3).

Так, фирмой «Маннесман Демаг Хюттентехник» разработан процесс ISP, который во многом аналогичен процессу CSP. Тон­кий сляб толщиной 60 мм выходит из кристаллизатора с еще жидкой сердцевиной и на участке опорных роликов подвергается мягкому обжатию до толщины 45 мм. Затем после полного за­твердевания сляб прокатывается в трехклетьевой группе на поло­су толщиной 15-20 мм. После индукционного промежуточного подогрева и прокатки полоса подвергается смотке в рулон. На установке 1SP фирмы «Арведи» (Италия) можно получать полосу толщиной 1,1 мм и более.

В целом совмещенные литейно-прокатные модули пред­ставляют собой высокоэффективные агрегаты для получения тонкого листа, которые весьма успешно вписываются в совре­менные конвертерные и электросталеплавильные цехи, что обес­печивает им высокую конкурентоспособность. За годы промыш­ленной эксплуатации ЛПМ показали себя как надежная система технологий со стабильными показателями, удовлетворяющими требованиям мировых стандартов.

Внедрение процесса совмещенного литья тонких слябов и горячей прокатки полосы в черной металлургии в странах с тради­ционной металлургией идет более медленными темпами, чем в других регионах мира. Это объясняется в основном высоким уров­нем развития традиционной технологии производства плоского проката и возможностью удовлетворения всех рыночных нужд.

Следует ожидать, что в обозримом будущем технология ЛПМ получит еще большее распространение на действующих металлургических заводах Европы, и в частности, Украины и России.