ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВКИ ПОСРЕДСТВОМ ТАКОЙ УСТАНОВКИ
CASTING AND ROLLING PLANT AND METHOD FOR PROCESSING BILLETS THROUGH SUCH INSTALLATION

Изобретение касается литейно-прокатной установки, а также способа обработки заготовки посредством такой литейно-прокатной установки.
Современные литейно-прокатные установки включают в себя машину для литья для непрерывного литья заготовки, например, полосы или, соответственно, длинномерного продукта, после нее, например, три прокатные клети для уменьшения толщины (полосы) непрерывнолитой заготовки, какой-либо, например индуктивный, нагреватель (примечание: но не обязательно должен быть индуктивный нагреватель) для нагрева заготовки, какую-либо, например, пятиклетьевую группу клетей для чистовой или, соответственно, окончательной прокатки для дополнительного уменьшения толщины (полосы) заготовки, участок охлаждения для охлаждения заготовки, и после него наматывающее устройство для сматывания заготовки, например, моталку, на которой заготовка сматывается в бунты (рулоны).
Такие литейно-прокатные установки, у которых процесс литья и процесс прокатки связаны, могут работать в бесконечном режиме, т.е. заготовка, в направлении транспортировки заготовки или, соответственно, направлении прохода (полосы), проходит через установку (от машины для литья до моталки) без ее разделения во время прохождения в ESP-установке (так называемые ESP-установки, при этом аббревиатура ESP означает «Endless Strip Production», англ. бесконечное производство полосы), или в периодическом режиме, причем здесь процесс литья связан с процессом прокатки через буферный накопитель. Примечание: правильно «может работать по бесконечному принципу».
Так как у такой ESP-установки в бесконечном режиме заготовка не разделяется, скорость прокатки при чистовой или, соответственно, окончательной прокатке имеет жесткую взаимосвязь с массовым потоком при непрерывном литье.
При этом вследствие зависимости конечной температуры прокатки при чистовой или, соответственно, окончательной прокатке от скорости этой прокатки конечная температура прокатки также лимитируется массовым потоком при непрерывном литье.
Когда вследствие конечной температуры прокатки при чистовой или, соответственно, окончательной прокатке у обрабатываемой заготовки достигаются различные физические свойства, в частности за счет устанавливаемых при этом в заготовке металлургических микроструктур, вместе с тем возникает также ограничение в сортах стали, производимых в этом процессе бесконечной прокатки.
Из WO 2004/108971 A2 известна машина для литься, у которой на участке охлаждения, расположенном после чистовой группы клетей прокатного стана, расположены несколько боксов для интенсивного охлаждения.
Задачей изобретения является преодолеть вышеприведенные недостатки и, в частности, предоставить литейно-прокатную установку, которая может применяться универсально, при применении которой может получаться заготовка, имеющая металлургически предпочтительную микроструктуру, и посредством которой могут производиться самые разные сорта стали.
Другой задачей изобретения является представить способ, который позволяет изготавливать заготовку, имеющую металлургически предпочтительную микроструктуру, и к тому же допускает эксплуатацию литейно-прокатной установки, в частности, также в бесконечном режиме.
Эти задачи в соответствии с изобретением решаются с помощью литейно-прокатной установки и с помощью способа с признаками соответствующего независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и преимущества изобретения следуют из других пунктов формулы изобретения и описания.
Изобретение исходит из литейно-прокатной установки, например, так называемой ESP-установки, включающей в себя по меньшей мере одну чистовую группу клетей прокатного стана, имеющую по меньшей мере одну последнюю прокатную клеть, и расположенное после чистовой группы клетей прокатного стана устройство охлаждения.
При этом такие термины, как «после» или, соответственно, «расположенный после», «перед» или, соответственно, «расположенный перед», «позади» или, соответственно, «расположенный позади» и т.п. могут пониматься применительно к направлению транспортировки заготовки через литейно-прокатную установку, т.е направлению движения заготовки через литейно-прокатную установку. Кратко, упрощенно и наглядно выражаясь, компоненты или, соответственно, части литейно-прокатной установки, в направлении транспортировки заготовки литейно-прокатной установки или, соответственно, направлении движения заготовки через литейно-прокатную установку, расположены у этой литейно-прокатной установки друг за другом или, соответственно, одна за другой.
Так, в этой связи под «расположенным после» должно пониматься, что относительно направления транспортировки заготовки литейно-прокатной установки или, соответственно, относительно направления движения заготовки через литейно-прокатную установку, устройство охлаждения расположено после чистовой группы клетей прокатного стана или, соответственно, ее последней прокатной клети. Тогда аналогично этому «расположенный перед» может пониматься так, что, относительно направления транспортировки заготовки литейно-прокатной установки или, соответственно, относительно направления движения заготовки через литейно-прокатную установку, чистовая группа клетей прокатного стана или, соответственно, ее последняя прокатная клеть расположена перед устройством охлаждения.
Предлагается, чтобы литейно-прокатная установка имела по меньшей мере один компонент для установки температуры, для повышения или по меньшей мере по существу поддержания постоянной температуры объекта или, соответственно, заготовки, чтобы противодействовать охлаждению объекта или, соответственно, заготовки, причем этот компонент для установки температуры расположен после последней прокатной клети и перед устройством охлаждения и/или он расположен после последней прокатной клети и (также дальше) после устройства охлаждения. Предпочтительным образом указанный по меньшей мере один компонент для установки температуры расположен между последней прокатной клетью и устройством охлаждения.
При этом под компонентом для установки температуры может пониматься компонент или, соответственно, устройство, который или, соответственно, которое в месте его действия пригодно для повышения или по меньшей мере по существу поддержания постоянной температуры объекта (т.е. противодействия охлаждению), такое как, например, печь, в частности камерная печь, газовая горелка, индуктивный источник тепла (печь, бустер) или изоляция, в частности изолирующее покрытие или изолирующая панель.
Т.е. этот компонент для установки температуры представляет собой, в частности, «активный» компонент/элемент или, соответственно, «активное» устройство/систему, который или, соответственно, которое, например, с возможностью активирования, активно подводит тепловую энергию к объекту или, соответственно, заготовке.
В принципе, также в зависимости от положения, могут быть предусмотрены несколько компонентов для установки температуры или один или несколько компонентов для установки температуры перед и после устройства охлаждения.
С помощью предлагаемой изобретением системы может целенаправленно вызываться процесс разупрочнения, рост зерен и укрупнение выделений в структуре заготовки. Тогда при этом предпочтительным образом может получаться заготовка, такая как, например, металлическая полоса, имеющая желаемую, т.е. металлургически предпочтительную, микроструктуру. Это делает возможным производство большого спектра различных сортов стали, например, электротехнических листовых сталей.
Далее, благодаря этому могут также достигаться и устанавливаться (микро)структуры и физические свойства у заготовки для (при необходимости) других этапов обработки.
Также допускается эксплуатация предлагаемой изобретением литейно-прокатной установки во всех режимах, в частности в бесконечном режиме, а также в периодическом режиме.
Так, в частности, с помощью предлагаемой изобретением литейно-прокатной установки могут изготавливаться в бесконечном режиме электротехнические листовые стали. Это возможно, так как вследствие применения компонента для установки температуры в заготовке, после последней прокатной клети, снова или, соответственно, еще раз может выполняться повышение температуры, благодаря чему предпочтительно могут достигаться более крупная зернистость материала и более крупные выделения.
По одному из усовершенствований может быть предусмотрено, чтобы компонент для установки температуры представлял собой какое-либо нагревательное устройство, благодаря чему особенно просто могут предоставляться условия, которые ведут к металлургически предпочтительным микроструктурам, такие как, например, (еще раз) повышенные/высокие температуры в заготовке.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения это нагревательное устройство имеет индуктивную печь. Благодаря этому повышение температуры может осуществляться особенно быстро и гибко («импульсный ввод температуры в заготовку», «бустер»). При этом может быть предусмотрена одна такая индуктивная печь или, соответственно, бустер, или могут быть предусмотрены несколько таких индуктивных печей или, соответственно, бустеров (друг за другом).
Альтернативно и/или дополнительно компонент для установки температуры может иметь теплоаккумулирующее устройство. При этом может предоставляться энергосберегающее исполнение.
Под «теплоаккумулирующим устройством» должно пониматься устройство, которое поддерживает (по существу) постоянную температуру заготовки и/или противодействует ее охлаждению или, соответственно, может препятствовать ему.
Теплоаккумулирующее устройство может состоять из каждого элемента или группы элементов, применение которых специалист считает возможным, таких как, например, кожух, покрытие или панель. Предпочтительным образом теплоаккумулирующее устройство имеет (тепло)изолирующие свойства.
Предпочтительным образом теплоаккумулирующее устройство имеет по меньшей мере одну панель, благодаря чему оно выполнено конструктивно просто и может применяться. В частности, теплоаккумулирующее устройство представляет собой поворотную - изолирующую - панель, благодаря чему может особенно эффективно поддерживаться (приблизительно) постоянная температура. Эта поворотная панель может быть выполнена откидной, например, вокруг/над заготовкой, или, соответственно, направляющим заготовку участком установки.
В одном из предпочтительных усовершенствований предусмотрено, что компонент для установки температуры расположен перед устройством охлаждения на расстоянии от 1 м до 25 метров, предпочтительно от 5 метров до 20 метров и особенно предпочтительно от 10 метров до 15 метров. Для этих расстояний удалось показать, что у заготовки/в заготовке может устанавливаться металлургически предпочтительная микроструктура, такая как крупный размер зерна, при реализуемых скоростях прокатки или, соответственно, скоростях заготовки.
Предпочтительным образом компонент для установки температуры может быть также расположен на расстоянии от 0,5 метров до 10 метров, предпочтительно от 0,5 метров до 5 метров и особенно предпочтительно от 0,5 метров до 2 метров после последней прокатной клети. И здесь удалось показать, что для этих расстояний у заготовки/в заготовке может устанавливаться металлургически предпочтительная микроструктура, такая как крупный размер зерна, при реализуемых скоростях прокатки или, соответственно, скоростях заготовки.
Эффективное и быстрое охлаждение может осуществляться, когда устройство охлаждения литейно-прокатной установки представляет собой устройство ламинарного или турболаминарного охлаждения или устройство охлаждения под давлением. При этом для охлаждения может применяться, например, охлаждающая жидкость, такая как определенные охлаждающие средства или же вода.
Изобретение касается также способа обработки заготовки в предлагаемой изобретением литейно-прокатной установке, то есть включающей в себя по меньшей мере одну чистовую группу клетей прокатного стана, имеющую по меньшей мере одну последнюю прокатную клеть, имеющей расположенное после чистовой группы клетей прокатного стана устройство охлаждения и имеющей указанный по меньшей мере один компонент для установки температуры, который расположен после последней прокатной клети и перед устройством охлаждения, и/или который расположен после последней прокатной клети и (также дальше) после устройства охлаждения.
Предлагается, чтобы заготовка подвергалась (тепловой) обработке с применением компонента для установки температуры, в частности ее температура, в частности активно, повышалась или (приблизительно) «поддерживалась».
С помощью предлагаемого изобретением способа может целенаправленно вызываться процесс разупрочнения, рост зерен и укрупнение выделений в структуре заготовки. Тогда при этом предпочтительным образом может получаться заготовка, такая как, например, длинномерный продукт или металлическая полоса, имеющая желаемую, т.е. металлургически предпочтительную микроструктуру. Это делает возможным производство большого спектра различных сортов стали, таких как, например, электротехнические листовые стали.
Далее, при этом могут также достигаться и устанавливаться (микро)структуры и физические свойства у заготовки для (при необходимости) других этапов обработки.
Также допускается эксплуатация предлагаемой изобретением литейно-прокатной установки во всех режимах, в частности в бесконечном режиме, а также в периодическом режиме.
Так, с помощью предлагаемого изобретением способа могут, в частности, изготавливаться в бесконечном режиме электротехнические листовые стали. Это возможно, так как вследствие обработки с помощью компонента для установки температуры в заготовке, после последней прокатной клети, снова или, соответственно, еще раз может выполняться повышение температуры, благодаря чему предпочтительно могут достигаться более крупная зернистость материала и более крупные выделения.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения компонент для установки температуры расположен после последней прокатной клети и перед устройством охлаждения, и заготовка обрабатывается с применением компонента для установки температуры. При этом благодаря компоненту для установки температуры может достигаться суммарное удлинение в заготовке после прокатки и повышенная температура в заготовке, которые ускоряют образование крупной зернистости и укрупнение выделений.
Альтернативно компонент для установки температуры расположен после последней прокатной клети и после устройства охлаждения, и заготовка обрабатывается с применением компонента для установки температуры. При известных обстоятельствах при этом тоже может еще раз достигаться укрупнение зерна на наматывающем устройстве или, соответственно, на моталке, которое в других обрабатывающих шагах положительно сказывается на электромагнитных свойствах.
Предпочтительно компонент для установки температуры представляет собой нагревательное устройство, и заготовка нагревается с применением этого нагревательного устройства на 10°C-150°C, предпочтительно на 20°C-120°C, особенно предпочтительно на 50°C-100°C. С помощью этих подъемов температуры можно достигать того, что при реализуемых скоростях прокатки или, соответственно, заготовки после последней прокатной клети заготовка может (еще раз) нагреваться, что вызывает укрупнение зерна (и крупные выделения), которое положительно сказывается на свойствах материала (именно электромагнитных свойствах) после последующих рабочих шагов в заготовке.
Если подъем температуры касается температуры заготовки при выходе из последней прокатной клети (т.е. компонент для установки температуры или, соответственно, нагревательное устройство расположено после последней прокатной клети и перед устройством охлаждения), то эта температура в обычном случае составляет прибл. 790°C-920°C, вследствие чего температура заготовки с применением компонента для установки температуры повышается прибл. до 800°C-1000°C.
При другой реализации изобретения предусмотрено, что компонент для установки температуры представляет собой, в частности «быстродействующее», нагревательное устройство, например, индуктивную печь, и заготовка с применением этого нагревательного устройства нагревается от 0,1 секунды до 10 секунд, предпочтительно от 0,1 секунды до 5 секунд и особенно предпочтительно от 0,1 секунды до 1 секунды. Эти периоды времени показали положительные эффекты для установившихся металлургических микроструктур.
При этом время (нагрева) может также выбираться в зависимости от разных факторов, таких как, например, скорость заготовки. В случае теплоаккумулирующего устройства в качестве компонента для установки температуры, например, также от его длины.
Данное до сих пор описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения содержит многочисленные признаки, которые воспроизведены в отдельных зависимых пунктах формулы изобретения, будучи иногда объединены по несколько. Однако эти признаки могут также целесообразным образом рассматриваться по отдельности и объединяться в целесообразные другие комбинации. В частности, эти признаки, каждый в отдельности и в любой надлежащей комбинации, могут комбинироваться с предлагаемым изобретением способом, предлагаемой изобретением прокатно-литейной установкой. Далее, признаки способа могут также рассматриваться как свойство соответствующего узла устройства.
Даже когда в описании или, соответственно, в пунктах формулы изобретения некоторые термины используются каждый в единственном числе или в сочетании с числительным, объем изобретения для этих терминов не должен быть ограничен единственным числом или данным числительным.
Вышеописанные свойства, признаки и преимущества изобретения, а также каким образом они достигаются, становится яснее и отчетливее понятно в связи с последующим описанием примера осуществления изобретения, который поясняется подробнее со ссылкой на чертеж. Этот пример осуществления служит для пояснения изобретения и не ограничивает изобретение указанной в нем комбинацией признаков, также в отношении функциональных признаков. Кроме того, для этого надлежащие признаки примера осуществления могут также рассматриваться явно обособленным образом и комбинироваться с любым из пунктов формулы изобретения.
Изобретение поясняется подробнее на примерах осуществления, которые изображены на чертежах.
Показано:
фиг.1: предлагаемая изобретением литейно-прокатная установка, имеющая группу клетей прокатного стана, включающую в себя две прокатные клети, устройство охлаждения и сматывающее устройство;
фиг.2: график, изображающий температуру заготовки, которая обрабатывается в литейно-прокатной установке фиг.1, в зависимости от времени, и эффекты нагрева и охлаждения заготовки;
фиг.3: график, изображающий размер аустенитных зерен и рекристаллизацию материала заготовки, которая обрабатывается в литейно-прокатной установке фиг.1, в зависимости от времени, и эффекты индуктивного нагрева и охлаждения заготовки;
фиг.4: литейно-прокатная установка по уровню техники;
фиг.5: график, изображающий температуру заготовки, которая обрабатывается в литейно-прокатной установке фиг.4, в зависимости от времени, и эффект охлаждения заготовки;
фиг.6: график, изображающий размер аустенитных зерен и рекристаллизацию материала заготовки, которая обрабатывается в литейно-прокатной установке фиг.4, в зависимости от времени и
фиг.7: таблица, которая показывает зависимость аустенитно-ферритного превращения в зависимости от температуры индуктивного нагрева и расстояние между индуктивным нагревом и охлаждением.
На фиг.1 схематично показана часть литейно-прокатной установки 10 в виде ESP-установки («Endless Strip Production»).
Литейно-прокатная установка включает в себя, в направлении прохода/направлении 30 движения «бесконечной» заготовки 28, такой как, например, металлическая полоса, чистовую группу 12 клетей прокатного стана, имеющую несколько прокатных клетей или, соответственно, одну переднюю прокатную клеть 32 и последнюю прокатную клеть 14 (на фиг.1 для примера показаны две прокатные клети), компонент 18 для установки температуры, участок 34 охлаждения, имеющий устройство 16 ламинарного охлаждения, и сматывающее устройство 36.
При этом компонент 18 для установки температуры расположен между последней прокатной клетью 14 группы 12 клетей прокатного стана и устройством 16 охлаждения.
Компонент 18 для установки температуры может быть расположен, например, на расстоянии от 1 метра до 25 метров, предпочтительно от 5 метров до 20 метров и особенно предпочтительно от 10 метров до 15 метров перед устройством 16 охлаждения. Также компонент 18 для установки температуры может быть расположен на расстоянии от 0,5 метров до 10 метров, предпочтительно от 0,5 метров до 5 метров и особенно предпочтительно от 0,5 метров до 2 метров после последней прокатной клети 14.
Далее, компонент 18 для установки температуры выполнен в виде нагревательного устройства 20, в виде индуктивной печи 22 (показано схематично в качестве примера с двумя бустерами), а заготовка 28 транспортируется сквозь печь 22.
Альтернативно компонент 18 для установки температуры может быть также расположен после устройства 16 охлаждения или, соответственно, между ним 16 и моталкой 36.
Кроме того, компонент 18 для установки температуры может быть предусмотрен в двух положениях, т.е. перед и после устройства 16 охлаждения.
Альтернативно и/или дополнительно компонент 18 для установки температуры может быть выполнен в виде теплоаккумулирующего устройства 24 или иметь такое устройство.
Это теплоаккумулирующее устройство 24 выполнено, например, в виде изолирующей панели 26, которая расположена вокруг заготовки 28 или может располагаться вокруг нее. Панель 26 может быть выполнена, например, также с возможностью поворота.
Итак, в соответствии со способом обработки заготовки 28 в литейно-прокатной установке 10, заготовка 28 обрабатывается с применением компонента 18 для установки температуры, и причем, например, когда компонент 18 для установки температуры расположен после последней прокатной клети 14 и перед устройством 16 охлаждения, и заготовка 28 обрабатывается в этом месте с применением компонента 18 для установки температуры.
Альтернативно и/или дополнительно компонент 18 для установки температуры расположен после последней прокатной клети 14 и после устройства 16 охлаждения, и заготовка 28 обрабатывается там с применением компонента 18 для установки температуры.
В случае исполнения компонента 18 для установки температуры в виде нагревательного устройства 20 заготовка может нагреваться с применением нагревательного устройства 20 на 10°C-150°C, предпочтительно на 20°C-120°C, и особенно предпочтительно на 50°C-100°C. Этот нагрев осуществляется, например, от 0,1 секунды до 10 секунд, предпочтительно от 0,1 секунды до 5 секунд и особенно предпочтительно от 0,1 секунды до 1 секунды.
Был имитирован эффект компонента 18 для установки температуры или, соответственно, индуктивной печи 22 для развития микроструктуры в заготовке 28. Результаты воспроизведены на графиках фиг.2 и фиг.3.
На фиг.2 показан график, изображающий температуру или, соответственно, характер изменения температуры (в °C) заготовки 28, которая обрабатывается в литейно-прокатной установке фиг.1, после выхода из последней прокатной клети 14 в зависимости от (технологического) времени (в секундах).
Изображенный характер изменения температуры в соответствии с фиг.2 отчетливо показывает (температурные) эффекты в заготовке при нагреве с помощью компонента 18 для установки температуры («крутой подъем температуры» после «легкого охлаждения» при выходе заготовки из последней прокатной клети) и охлаждении с помощью устройства 16 охлаждения (присоединяющийся к нему «спад температуры»).
На фиг.3 показан график, который изображает размер аустенитных зерен (в мкм) и рекристаллизацию (в значениях от 0 до 1) материала заготовки 28 после выхода из последней прокатной клети 14 в зависимости от (технологического) времени (в секундах) (детали см. ниже).
Для этого с целью сравнения та же самая имитация была выполнена на литейно-прокатной установке 100 по уровню техники, то есть без применения компонента для установки температуры. Эта литейно-прокатная установка 100 показана на фиг.4.
Элементы, совпадающие с предлагаемой изобретением литейно-прокатной установкой 10, пронумерованы теми же самыми ссылочным обозначениям.
Результаты, в свою очередь воспроизведены на графиках фиг.5 (соответственно фиг.2) и фиг.6 (соответственно фиг.3) (нанесение по осям аналогично фиг.2 и 3). Имитация для установки по уровню техники была прервана перед аустенитно-ферритным превращением.
Как можно видеть на фиг.5, температура после выхода из последней прокатной клети 14 почти постоянна, когда компонент для установки температуры не применяется. Как можно видеть на фиг.6, микроструктура после последней прокатной клети 14 рекристаллизуется только частично. Зерна во время рекристаллизации измельчаются. Так как рост зерен может начинаться только после рекристаллизации, аустенитные зерна не растут.
Другая картина получается, когда в соответствии с изобретением применяется компонент 18 для установки температуры. Изображенный на фиг.2 характер изменения температуры после выхода из последней прокатной клети 14 показывает легкий спад температуры прибл. на 30°C, с 840°C до 810°C. При применении компонента 18 для установки температуры или, соответственно, индуктивной печи 22 в течение прибл. 0,5 секунд происходит быстрый подъем температуры прибл. в 90°C, прибл. с 810°C прибл. до 920°C. После этого вследствие применения устройства 16 охлаждения происходит постоянный спад температуры прибл. до 780°C.
Как можно видеть на фиг.3, повышение температуры прибл. до 920°C приводит к окончанию рекристаллизации и роста аустенитных зерен. Хорошо видно, что повышение температуры между последней прокатной клетью 14 и устройством 16 ламинарного охлаждения вызывает разупрочнение микроструктуры и по существу укрупнение микроструктуры.
Этот вывод можно делаться из значений таблицы фиг.7. В таблице показано укрупнение размера аустенитных зерен перед аустенитно-ферритным превращением в процентах (%), при этом 100% представляет размер аустенитных зерен без индуктивного нагрева.
Показаны результаты для трех различных температур (880°C, 900°C и 920°C) и для трех различных расстояний между компонентом 18 для установки температуры и началом охлаждения с помощью устройства 16 охлаждения (0 метров, 10 метров и 20 метров).
Если охлаждение начинается непосредственно после нагрева (0 метров) при температуре 880°C, аустенитно-ферритное превращение соответствует 100%; то есть такое же, как без индуктивного нагрева. Однако процентное значение возрастает до 202%, когда увеличивается или температура, и/или расстояние.
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в деталях на предпочтительном примере осуществления, изобретение не ограничено раскрытым примером, и отсюда могут выводиться другие варианты без выхода из объема охраны изобретения.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10 Литейно-прокатная установка
12 Чистовая группа клетей прокатного стана
14 Прокатная клеть
16 Устройство охлаждения
18 Компонент регулировки температуры
20 Нагревательное устройство
22 Печь
24 Теплоаккумулирующее устройство
26 Панель
28 Заготовка (металлическая полоса)
30 Направление движения
32 Прокатная клеть
34 Участок охлаждения
36 Сматывающее устройство
100 Литейно-прокатная установка.