Уменьшение окалинообразования при производстве проката

Губинский В.И., Минаев А.Н., Гончаров Ю.В.

Киев Техника, 1981 г.

СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УСКОРЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА

В настоящее время ускоренное охлаждение проката стало важной и неотъемлемой частью технологического процесса во многих прокатных цехах. Ускоренное охлаждение может применяться как самостоятельная операция, но иногда и как составная часть других технологических процессов. Оно используется на различных участках производства проката, в частности, непосредственно после выхода проката из чистовой клети, после термообработки в различных нагревательных устройствах, между клетями прокатного стана, на адъюстаже.

Наряду с уменьшением окалинообразования и улучшением механических свойств, установки ускоренного охлаждения могут быть использованы для утилизации тепла горячей прокатки. Применение ускоренного охлаждения проката имеет определенный социальный и экологический аспект, так как способствует улучшению условий труда, защите водоемов и окружающей среды от вредных примесей.

Потери металла в связи с его окислением наносят огромный ущерб народному хозяйству, исчисляемый сотнями миллионов рублей. Например, в 1965 г. они определялись в масштабе нашей страны суммой примерно в 2,5 млрд. р. [25], а в последние годы возросли до 13—14 млрд. р. в год.

Согласно последним данным, общие потери от коррозии оцениваются: в США — в 15 млрд. долларов, в ФРГ — в 7 млрд. марок, в Англии — в 1 млрд. 365 млн. фунтов стерлингов.

В среднем считается, что от низко- и высокотемпературного окисления теряется до 10% выплавляемого металла.

В результате же нагрева под прокатку и горячей прокатки эти потери составляют от 1,5 до 6% массы исходного металла [68].

При производстве проката в современных обжимно-заготовочных цехах процесс окалинообразования происходит на следующих этапах технологического   процесса: при охлаждении слитков перед их загрузкой в нагревательные колодцы; при нагреве их в колодцах; при прокатке на блюминге; при передаче блюмов на заготовочный стан; при прокатке заготовки во всех клетях непрерывно-заготовочного стана; при охлаждении заготовок. Когда прокатка заканчивается выпуском товарных блюмов, необходимо учитывать потери, связанные с окислением блюмов на складе.

Из названных потерь очень редко учитываются потери, связанные с окислением поверхности слитков перед их загрузкой в колодцы, так как продолжительность пребывания слитков на воздухе незначительна в связи с применением горячего посада. Потери металла при нагреве в рекуперативных колодцах блюмингов, по данным работы [86], составляют 2,3% при холодном посаде слитков, 1,5—1,6% — при различных температурах горячего посада. Общие потери металла в окалину в обжимно-заготовочном цехе составляют 2—3,2% от массы задаваемого металла.

По данным работы [100], при производстве листовой продукции значительное окалинообразование происходит на нескольких участках и состоит из потерь, связанных с подогревом слитков (1,5—2%), с прокаткой слитка в сляб (около 2%), с подогревом слябов (около 2%), а также с потерями при окислении готовых листов (0,5—2%). Таким образом, общие потери металла при производстве листов (без учета потерь металла на участке изложницы — нагревательные колодцы) составляют 6—9%.

При горячей прокатке стальной ленты потери на окисление доходят до 6—8,4% [12], при нагреве стали перед штамповкой потери в окалину составляют 1,5—2%, а в процессе деформации и охлаждения 0,5—0,6% от массы нагреваемого металла.

Данные о потерях металла в окалину при производстве мелкосортной стали диаметром 12—20 мм, сматываемой в бунты массой 550 кг, приведены в работе [61]. Установлено, что величина потерь колеблется в зависимости от марки стали и диаметра профиля. При температуре конца прокатки 1000° С потери составляют: для кипящих сталей с содержанием углерода 0,05—0,24% — 18 кг/т для диаметра 12 мм и 11,2 кг/т для диаметра 19 мм; для спокойной стали с содержанием углерода 0,25—0,55% — 14 и 8 кг/т соответственно. Установлено также, что большое влияние на окалинообразование оказывает температура сматывания стали в бунты. Снижение температуры сматывания с 1050 до 700° С позволяет уменьшить потери металла в окалину на 10— 12 кг/т для кипящей стали и на 8—10 кг/т для спокойной стали.

По данным работы [62], количество окалины на прокате диаметром 6,5—44,0 мм колеблется от 14 до 11 кг/т. По данным работы [50], величина потерь от окисления катанки по всему производственному циклу, принятая за 100%, распределяется по этапам ее производства следующим образом: в нагревательных колодцах _ 14,2—15,4%; на обжимном стане — 1,4—1,5%; на машине огневой зачистки — 20,3—22,6%; в непрерывно-заготовочном стане — 12,5—12,8%; на складе заготовок — 4,3—4,4%; в методических печах — 16,8—17%; на непрерывном проволочном стане — 22,8—28,6%.

Обширные исследования количества окалины на катанке, проводившиеся одновременно с внедрением охладительных устройств, со стабилизацией их работы, позволили снизить потери металла в окалину. В табл. 8 приведены результаты исследований, выполненных авторами и опубликованные в работах [2; 34; 50; 51; 53; 59; 65; 85; 88; 89; 951.

Анализируя потери металла в окалину при производстве катанки, можно отметить, что главными факторами, определяющими расходные коэффициенты в метизных цехах, являются: химический состав стали, масса бунтов, температура сматывания катанки в бунт. На величину потерь оказывают влияние также плотность смотки бунтов и технические характеристики применяемых устройств для ускоренного охлаждения, а иногда и качество применяемых ингибиторов.

Длительная эксплуатация установок ускоренного охлаждения катанки также показала, что при регулируемом охлаждении катанки перед смоткой снижаются потери металла в окалину и разброс их по сечению бунта (рис. 26).

§ 1. Ускоренное охлаждение полупродукта

Естественное охлаждение слябов, блюмов и заготовок имеет ряд существенных недостатков. Эти виды продукции обладают большой массой и медленное охлаждение их на воздухе приводит к большим потерям металла в окалину, уменьшает пропускную способность дорогостоящих холодильников обжимно-заготовочного цеха [17; 24; 74; 91; 99; 101].

Ускоренное охлаждение полупродукта позволяет уменьшить площади под склады и соответственно крановое хозяйство (например, при производстве слябов — в 8—9 раз), количество холодильников, а в некоторых случаях обойтись без них.

Ускоренное охлаждение увеличивает пропускную способность участков отделки, обеспечивает работу этих участков в ритме работы основного оборудования. При этом уменьшается искривление слябов из-за их неравномерного нагрева в методических печах и улучшаются условия труда обслуживающего персонала на адъюстаже. Ускоренное охлаждение полупродукта позволяет увеличить производительность основного оборудования, а также резко снизить энергозатраты на производство различных видов металлопродукции.

Одной из первых установок для ускоренного охлаждения слябов была установка роторного типа. Она считалась самым надежным решением проблемы быстрого охлаждения слябов в промышленном масштабе [24]. На рис. 27 дано схематическое изображение установки роторного типа. Слябы подаются рольгангом от слябинга или ножниц для резки слябов к установке для охлаждения слябов и с помощью сталкивателя вдвигаются в холодильную камеру /. Одновременно удлиненный рычаг выталкивает уже охлажденный сляб из холодильной камеры 9. Поворот колеса на один сектор освобождает на входной стороне камеры паз для приема горячего сляба, в то время как на выдающей стороне уже лежит охлажденный сляб, готовый к выдаче. Слябы находятся в установке до тех пор, пока их температура не станет равной 100° С.

Опыт эксплуатации роторных холодильников показал, что при охлаждении слябов возникает их искривление [24]. Это объясняется тем, что после погружения слябы располагаются недалеко друг от друга и под небольшим углом к поверхности воды. При таком положении изделий нарушается нормальная циркуляция воды и поверхности слябов охлаждаются с недопустимой неравномерностью. Хорошие результаты были получены на действующих установках при загрузке слябами каждого второго паза. При этом увеличивался угол перемещения сляба в ванне и улучшались условия теплоотдачи с его поверхностей. Однако уменьшение количества одновременно охлаждаемых слябов снижало производительность холодильника, возникала необходимость в установке дополнительных устройств для охлаждения.

Системы ускоренного охлаждения слябов роторного типа продолжают совершенствоваться. На некоторых заводах уже применяются более совершенные способы охлаждения слябов [17; 24]. Например, на слябинге «1370» завода фирмы «Сумитомо киндзоку коге» (Япония) установлены два комбинированных холодильника: роторный и горизонтальный. Роторный холодильник охлаждает слябы с 1000 до 300° С, горизонтальный, с 15 гнездами,— до 100° С. Под колесом в воде располагаются сопла для подачи на сляб подогретой воды, обеспечивающей равномерность охлаждения слябов.