СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЯ БОКОВЫХ И ТОРЦЕВЫХ ГРАНЕЙ ГОРЯЧЕГО СЛЯБА В ПРОЦЕССЕ ЕГО ТРАНСПОРТИРОВКИ НА ПРОКАТКУ И ПЕЧНАЯ ГРУППА ОБОРУДОВАНИЯ ШИРОКОПОЛОСОВОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ НА СТОРОНЕ ВЫДАЧИ СЛЯБОВ ИЗ ПЕЧИ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD OF DECREASING COOLING OF HOT SLAB SIDE AND END FACES DURING TRANSFER TO ROLLING, AND FURNACE SET OF WIDE-STRIP HOT ROLLING MILL ON SLAB EXIT SIDE TO THIS END

Изобретение относится к производству полос на широкополосовых станах горячей прокатки (ШПС г.п.) в черной металлургии.
Процесс производства горячекатаных полос на ШПС г.п. в черной металлургии в большинстве случаев включает транспортирование горячих слябов по рольгангу от печи к прокатным клетям (к черновым клетям ШПС г.п.), горячую прокатку слябов, которую в начале осуществляют в черновых клетях до подката толщиной 25…50 мм, после чего подкат транспортируют по промежуточному рольгангу к клетям чистовой группы ШПС г.п., в которых подкат прокатывают в полосу необходимой толщины. Готовые полосы транспортируют по отводящему рольгангу, охлаждают и в конечном итоге сматывают в рулон на моталке.
При этом в печах слябы нагревают до температуры выше 1000°С, процесс прокатки в клетях черновой группы заканчивают при температурах выше 900°С и процесс прокатки в первой чистовой клети осуществляют при температуре выше 850°С.
Число нагревательных печей на высокопроизводительных ШПС г.п. обычно составляет 4-5 шт.; чаще эксплуатируют печи одинаковых размеров по их длине и ширине.
Для всех указанных температур прокатки характерно существенное тепловое излучение металла. Соответственно в процессе прохождения указанных операций происходит значительное охлаждение металла.
Актуальной технической задачей является максимальное снижение охлаждения горячего сляба на рольганге в процессе его транспортирования от печи к прокатным клетям. При этом важное конечное значение имеет решение технической задачи уменьшение охлаждения боковых граней (кромок) металла и соответственно повышение температуры боковых кромок подката при его поступлении в первую чистовую клеть ШПС г.п. Актуальность решения этой задачи обусловлена тем, что повышение температуры кромок подката улучшает условия их деформации в клетях чистовой группы ШПС г.п., к тому же снижает трещинообразование при последующей холодной прокатке полосового металла. Следовательно, решение указанной технической задачи в процессе транспортирования горячего сляба на рольганге от печи к прокатным клетям уменьшает потери металла с боковой обрезью и на этой основе улучшает экономические показатели работы ШПС г.п.
При разработке технологического решения задачи по снижению охлаждения боковых и торцевых граней (кромок) горячего металла в процессе его транспортирования на рольганге от печей до первой клети ШПС г.п., в процессе прокатки в черновой группе клетей ШПС г.п. и передачи подката по промежуточному рольгангу к первой чистовой клети стана необходимо учитывать (согласно расчетам), что 50…60% снижения температуры боковых и торцевых граней (кромок) происходит из-за теплового излучения на пути транспортирования на рольганге горячего сляба от нагревательной печи (особенно дальней от клетей ШПС г.п.) до первой черновой клети, примерно 10…25% снижения температуры кромки из-за теплового излучения происходит в черновой группе клетей стана и 20…30% - на промежуточном рольганге [при этом значение ~ 10% из 10…25% характерно для компактных черновых групп клетей (например, ШПС г.п. 2000 ОАО «Северсталь» и ОАО «ММК») и 25% для «классического» непрерывного ШПС г.п., каким является ШПС г.п. 2000 ОАО «НЛМК»].
Известен ряд технических решений, реализация которых уменьшает охлаждение горячего металла в процессе его обработки, включающей транспортирование металла на рольганге.
6
Известен теплоизоляционный экран, представляющий собой трехслойную композицию из углеродосодержащих элементов (см., например, Россия, №2010145633 А, МПК F27D/100, от 09.11.2010 г.).
Основной недостаток рассматриваемой полезной модели состоит в технической невозможности ее применения при транспортировании горячего сляба от печи к прокатным клетям по рольгангу - единственному способу транспортирования металла на всех участках технологической линии ШПС г.п.
Известен теплоизолирующий контейнер для слитков, содержащий корпус с двойными стенками, многослойную теплоизоляцию, размещенную между стенками корпуса, и утеплительную прокладку (см., например, SU №1236292 A1, F27D 5/00).
Основной недостаток известного теплоизолирующего контейнера состоит в технической невозможности его применения при транспортировании горячего сляба от печи к прокатным клетям по рольгангу.
Известен высокотемпературный контейнер (см. патент USA №4168103, B65D, 25/18), который выполнен из многослойной фольги с теплоизолятором между слоями. Контейнер предназначен для сохранения тепла слитком или подобным металлическим изделием.
Основной недостаток высокотемпературного контейнера аналогичен отмеченному для патента SU №1236292.
Известен ряд технических решений, реализация которых позволяет уменьшить охлаждение металла на промежуточном рольганге ШПС г.п., соответственно повысить его температуру на входе в первую клеть чистовой группы стана и тем самым уменьшить негативное влияние отмеченного существенного охлаждения сляба в процессе его транспортирования на рольганге от печи к прокатным клетям.
Известен способ транспортирования плоского горячего проката (к которому могут быть отнесены слябы) с его теплоизоляцией посредством помещения в теплоизоляционный короб и последующим освобождением от указанного короба перед прокаткой (см. SU 1241982 A3, 30.06.1986).
Основной недостаток известного способа состоит в отсутствии в технологической линии печи - прокатные клети места, достаточного для эффективного применения устройства, реализующего способ, так как примерно половину печного рольганга на ШПС г.п. используют для выгрузки слябов из печей на рольганг. К тому же реализацией способа не предусмотрено снижение охлаждения боковых граней горячего сляба в процессе его транспортирования.
Известен способ транспортирования на промежуточном рольганге плоского горячего проката, при котором кромки горячего металла подогревают с использованием газокислородных горелок, образующих по существу проходную печь (см., например, K.Tsuchiya, J.Hasegawa, T.Sasaki. Nippon Steel Technical Report No 12. December, 1978 г.).
Способу присущи существенные недостатки.
1. Приемы способа не решают задачу снижения охлаждения кромок сляба в процессе его транспортирования от печей до первой черновой клети, т.е. на участке, где охлаждение граней сляба весьма существенно.
2. Реализация приемов способа требует применения дорогостоящего оборудования и существенных затрат энергии.
Известен способ транспортирования на прокатку горячего проката (к которому могут быть отнесены слябы), когда в процессе транспортирования кромки прокатываемого металла подогревают в индукционной установке (см., например, F.Blanchet, G.Dantin, Т.Pérasse. La Revue de Métallurgie - CIT. November, 1991. P.1133-1134).
Известному способу присущи практически те же существенные недостатки, которые указаны при анализе подогрева кромок газокислородными горелками.
Известен способ транспортирования на прокатку горячего проката, при реализации которого на рольганге обеспечивают снижение охлаждения кромок металла путем экранирования с использованием двух дугообразных коробов (см., например, В.Фабиан, Г.Й.Копинек, В.Таппе, X.Владика. Stahl und Eisen. V.107. 1987. N 5, p.59-63).
Существенным недостатком известного способа является его низкая эффективность в повышении температуры кромки металла, что подтвердило опытно-промышленное опробование способа.
Известен способ транспортирования горячего сляба на рольганге от печи к прокатным клетям, включающий теплоизоляцию горячего сляба в процессе его транспортирования на прокатку (см., например, СССР, а.с. 804014, В21В 1/26).
По совокупности существенных признаков указанный способ наиболее близок предлагаемому, поэтому принят за прототип.
Основной существенный недостаток известного способа состоит в отсутствии теплоизоляции боковых и торцевых граней горячего сляба на участке его транспортирования на рольганге от печей на прокатку, т.е. на участке, на котором согласно приведенным данным имеет место существенное снижение температуры боковых граней прокатываемого металла в течение прохождения им технологической линии ШПС г.п.
Отмеченный недостаток кромок снижает качество кромок горячекатаных и холоднокатаных полос, приводит к необходимости увеличения ширины обрезаемой кромки, что при массовом производстве полосового проката, характерного для черной металлургии, существенно ухудшает экономические показатели работы станов горячей и холодной полосовой прокатки. К тому же увеличиваются нагрузки на главные линии черновых клетей при захвате металла в клетях черновой группы; имеет место повышенный износ рабочих валков в районе контакта с кромкой раската.
Предлагаемый способ транспортирования горячего сляба на рольганге к прокатным клетям свободен от указанного недостатка. В нем максимально устраняется охлаждение боковых и торцевых граней сляба на участке его наибольшего охлаждения: на участке транспортирования горячего сляба на рольганге к прокатным клетям ШПС г.п. Отмеченные технические результаты улучшают формирование кромки полос при горячей и холодной прокатке, на этой основе снижаются потери металла с боковой обрезью, повышаются экономические показатели работы ШПС г.п. и станов холодной прокатки. К тому же при реализации способа уменьшается общее охлаждение сляба на этом участке технологической линии ШПС г.п., что улучшает деформацию металла в черновых клетях.
Перечисленные технологические результаты достигаются за счет того, что в известном способе транспортирования горячего сляба на рольганге от печи к прокатным клетям, включающем теплоизоляцию сляба от окружающей среды, согласно изобретению сляб помещают в теплоизоляционный короб, который совместно со слябом перемещают на рольганге в сторону прокатки, при этом теплоизоляционный короб перемещают на рольганге от привода синхронно с движением сляба или на слябе за счет контакта элементов короба с верхней поверхностью сляба. При этом сляб помещают в теплоизоляционный короб вне зоны выдачи горячего сляба из печи и после подачи сляба на прокатку теплоизоляционный короб возвращают для теплоизоляции следующего сляба.
Известен широкополосовой стан горячей прокатки (ШПС г.п.) в составе печной группы оборудования, черновой группы клетей, промежуточного рольганга, чистовой группы клетей и уборочного оборудования, состоящего из отводящего рольганга и моталок.
Печная группа оборудования ШПС г.п. на стороне выдачи горячих слябов из печи содержит приемник слябов из печи и приемный рольганг для транспортировки слябов от печи на прокатку (см., например, «Механизация и автоматизация широкополосных станов горячей прокатки». Фомин Г.Г., Дубейковский А.В., Гринчук П.С. М., «Металлургия», 1979 г., стр.33-37).
Известной печной группе оборудования ШПС г.п. на стороне выдачи горячих слябов из печи присущ существенный недостаток, состоящий в отсутствии в ее составе оборудования, обеспечивающего реализацию приемов по снижению охлаждения боковых и торцевых граней горячего сляба в процессе его транспортирования на приемном рольганге от печи до первой клети черновой группы. В результате имеет место существенное охлаждение этих граней слябов, приводящее на конечных этапах процесса горячей прокатки к неудовлетворительной кромке готовых полос, к существенному трещинообразованию этих кромок в процессе деформации на стане холодной прокатки. Отмеченное приводит к необходимости увеличения ширины обрезаемой кромки, что существенно ухудшает технико-экономические показатели процессов производства полосового проката. К тому же имеет место существенное охлаждение сляба на этом участке технологической линии ШПС г.п.
Предлагаемая печная группа оборудования ШПС г.п. на стороне выдачи слябов из печи свободна от указанных технических недостатков. В состав печной группы оборудования введено дополнительное оборудование, которое существенно снижает охлаждение боковых и торцевых граней горячего сляба в процессе его транспортирования на рольганге от печи к первой клети черновой группы стана. Наличие этого дополнительного оборудования, сохраняя компоновку основного оборудования ШПС г.п., позволяет существенно повысить экономические показатели процесса горячей и холодной прокатки полос благодаря улучшению качества кромки готовых полос и уменьшению на этой основе потерь металла с боковой обрезью. Кроме того, в предлагаемой печной группе оборудования повышается температура торцевых граней сляба, что снижает пиковые нагрузки в главных линиях клетей черновой группы стана при захвате металла, повышает работоспособность их оборудования.
Перечисленные технические результаты достигаются за счет того, что в известной печной группе оборудования ШПС г.п. на стороне выдачи слябов из печей, содержащей приемник сляба из печи и приемный рольганг для транспортирования сляба от печи на прокатку, согласно предложению эта группа оборудования содержит тележку, выполненную с возможностью перемещения по опорам вдоль приемного рольганга, установленный на тележке теплоизоляционный короб, имеющий вогнутую поверхность прямоугольной формы, образованную рамой, боковыми и торцевыми стенками, и обращенный вогнутой стороной к приемному рольгангу, раструб, переходящий в линейки, расположен вне зоны выдачи сляба из печи, при этом раструб снабжен приводом его перемещения к/от центра приемного рольганга, а линейки снабжены упорами фиксирования короба с тележкой в осевом направлении. К тому же на тележке предусмотрена возможность установки теплоизоляционного короба разной ширины, при этом короб установлен с возможностью свободного вертикального перемещения относительно тележки. При этом дно теплоизоляционного короба выполнено из набора теплоаккумулирующих элементов, а по меньшей мере с внутренней стороны короба боковые и торцевые поверхности выполнены теплоотражающими.
Способ транспортирования горячего сляба на рольганге от печи к прокатным клетям и печная группа оборудования широкополосового стана горячей прокатки на стороне выдачи горячих слябов из печей для осуществления способа пояснены чертежами на фиг.1-11.
На фиг.1-4 приведено изменение основного размера горячего сляба, его толщины, в процессе прокатки горячекатаных полос с указанием потоков тепла излучением, при этом на фиг.1-2 отражена сущность предложенного способа транспортирования горячего сляба на рольганге от печи к прокатным клетям. На фиг.5 показана компоновка основных групп оборудования ШПС г.п. и расположение печного оборудования ШПС г.п. на стороне выдачи сляба из печи; на фиг.6 показан вид сверху на печное оборудование на стороне выдачи горячего сляба из печи, обеспечивающее реализацию предложенного способа; на фиг.7 - привод раструба с линейками; на фиг.8 - разрез А-А на фиг.6 (повернут); на фиг.9 - вид с торца на теплоизоляционный короб (боковые стенки показаны в разрезе); на фиг 10 - продольный вид на теплоизоляционный короб и на фиг.11 - вид внутренней боковой поверхности теплоизоляционного короба. На фиг.2, 6, 10 и 11 стрелкой А указано направление перемещения горячего сляба на рольганге от печей к прокатным клетям; на фиг.10 и 11 обозначены П - передняя, З - задняя торцевые стенки теплоизоляционного короба.
с
с
c
п
пк
пк
п
с
пк
с
пк
В процессе прокатки на широкополосовом стане горячей прокатки из горячего сляба 1 (фиг.1) толщиной Н, шириной В и длиной L (фиг.2) получают горячекатаную полосу 2 толщиной h (фиг.4), при этом сляб в начале обжимают в черновых клетях до подката 3 толщиной Н и шириной В (фиг.3), затем подкат по промежуточному рольгангу, оборудованному теплосохраняющей установкой, передают в чистовую группу клетей, где прокатывают на толщину h. Соотношения Н, Н, В и В определены компоновкой ШПС г.п. и принятым на стане режимом прокатки.
Для всей совокупности указанных приемов производства горячекатаных полос особенно значительны потери тепла излучением. Эти потери тепла являются доминирующими в балансе потерь тепла металлом на стадиях, отмеченных на фиг.1, 2 и 3, когда уровень температуры металла находится выше 850°С.
1
2
3
4
Тепло излучением теряется верхней поверхностью металла Q, нижней поверхностью металла Q, боковыми Q и торцевыми гранями металла Q.
Согласно закону Стефана-Больцмана обмен теплоизлучением между двумя телами описывается зависимостью:
где ε - приведенная степень черноты поверхностей тел, участвующих в теплообмене: поверхность сляба - внутренняя поверхность теплоизоляционного короба;
1
Т - абсолютная температура поверхности тела с более высокой температурой: поверхность сляба 1;
2
T - абсолютная температура поверхности тела с более низкой температурой: внутренние поверхности теплоизоляционного короба 4;
τ - время теплообмена: продолжительность нахождения сляба под теплоизоляционным коробом 4;
F - площадь поверхностей, участвующих в теплообмене.
Из указанной формулы следует, что в процессе транспортирования горячего сляба на рольганге от печи к клетям снижение охлаждения боковых и торцевых граней горячего сляба и кромок подката можно обеспечить:
1) уменьшением приведенной степени черноты ε, в нашем случае за счет снижения степени черноты внутренних поверхностей теплоизоляционного короба. Указанное можно обеспечить применением в теплоизоляционном коробе теплоотражательных экранов с пониженной степенью черноты;
2
2
2) повышением температуры T внутренних поверхностей теплоизоляционного короба. Указанное можно обеспечить применением теплоаккумулирующих элементов в коробе, т.е. элементов, температура которых (T) повышается по мере эксплуатации теплоизоляционного короба за счет аккумулирования тепла.
с
пк
i
i
Горячий сляб 1 (фиг.1 и 2) имеет наибольшие значения температуры и наибольшую толщину боковых и торцевых поверхностей излучения. В процессе черновой прокатки температура металла снижается на 200…280°С, а толщина металла уменьшается с Н=250…240 мм до Н=28…50 мм на фиг.3 (т.е. в среднем примерно в 7 раз). Продолжительность нахождения горячего сляба, выгружаемого из дальней от клетей стана печи П5, на приемном рольганге до его входа в первую клеть черновой группы составляет примерно 1,5…2 мин, в черновой группе R металл находится примерно 2,0 мин и более и передняя часть подката поступает в первую чистовую клеть стана F через 1,5-2,0 мин, задняя часть подката - примерно через 3 мин после черновой группы клетей.
Указанные цифры однозначно показывают, что в технологической линии ШПС г.п. существенное охлаждение боковых и торцевых граней слябов (в последующем кромок подката) происходит излучением на участке их транспортировки в горячем состоянии от печей на приемном рольганге до первой черновой клети стана.
Отмеченное определяет в совокупности основное положение и место реализации предложенного способа в технологической линии ШПС г.п.: снижение охлаждения боковых и торцевых граней горячего сляба необходимо начинать на участке транспортирования горячего сляба на приемном рольганге до первой черновой клети путем экранирования. Фиг.1 и 2 иллюстрируют это положение, которое в виде приема способа состоит в теплоизоляции горячего сляба в процессе указанного его транспортирования с помощью теплоизоляционного короба 4, внутренние поверхности которого отражают тепловое излучение с верхней поверхности сляба, с боковых и торцевых его граней, тем самым снижается охлаждение сляба в целом, тем самым, в конечном итоге, повышается температура кромок подката на входе в первую клеть чистовой группы.
Способ транспортирования горячего сляба на рольганге от печи к прокатным клетям осуществляют на ШПС г.п., в составе которого находится черновая группа клетей 5, чистовая группа клетей 6 и уборочная группа оборудования, состоящая из отводящего рольганга 7 и моталок 8 (фиг.5). Черновая и чистовые группы клетей соединены промежуточным рольгангом 9, оборудованным известной теплосохраняющей установкой (экранами).
1
1
5
Слябы, подаваемые в клети ШПС г.п. в горячем состоянии, нагревают (подогревают) в методических печах 10. Число печей зависит от производительности ШПС г.п. и при производительности свыше 5 млн т/год может составлять 4…5, так что при расстоянии между первой обжимной черновой клетью R и осью первой нагревательной печи П порядка 53 м, для последней печи, пятой П, это расстояние может составить порядка 173 м (фиг.5).
i
5
1
Печная группа оборудования ШПС г.п. для нагрева (подогрева) слябов на стороне выдачи слябов из печи содержит приемник слябов из печи 11 и приемный рольганг 12, обеспечивающий подачу горячих слябов на прокатку. После каждой печи П (10 на фиг.5), т.е. между этими печами, установлен раструб 13, переходящий в линейки 14 (фиг.6), при этом линейки 14 снабжены приводом 15 (фиг.6 и 7) перемещения раструба, переходящего в линейки, к/от центра приемного рольганга 12. Вдоль приемного рольганга 12, с обеих его сторон, расположены направляющие опоры 16, на которые с возможностью перемещения вдоль приемного рольганга 12 установлена тележка 17. При этом возможна опора тележки 17 с использованием направляющих скольжения 16 на фиг.8 или качения (с помощью колес). Однако из-за наличия разрывов направляющих 16 в районах работы приемников 11 (фиг.5) слябов из печей 10 предпочтительно применение опор скольжения тележки 17 по направляющим 16. Тележка 17 снабжена рейками 18 (фиг.8), контактирующими с шестернями 19, снабженными приводом 20, закрепленным на раме приемного рольганга. Число шестерен 19 определено необходимостью перемещения горячего сляба 1 с тележкой 17 от дальней печи (П) до первой прокатной клети стана и возвращения тележки 17 к клети П обратно для теплоизоляции следующего сляба, подаваемого на прокатку. Тележка 17 содержит раму 21 (фиг.8) с опорами 22 вдоль каждой стороны окна 23. В окно 23 сверху на опоры 22 установлен теплоизоляционный короб 24 с возможностью его свободного вертикального перемещения относительно тележки 17. Теплоизоляционный короб 24 выполнен в виде рамы 25 (фиг.9 и 10) с боковыми 26 и торцевыми 27 стенками, соединенными с рамой 25 шарнирно с использованием шарниров 28 и 29. Горячий сляб поступает под короб 24 со стороны задней торцевой стенки «З» (фиг.10 и 11) и покидает короб в сторону передней торцевой стенки «П» (фиг.10 и 11). Поэтому торцевые стенки «З» и «П» соединены с рамой 25 короба 24 шарнирно. Шарнирные соединения 29 выполнены с использованием цилиндрических пружин, или торсионного вала, или совместно того и другого. При этом оба шарнирных соединения 29 обеспечивают поворот стенок 27 примерно до 90°, причем стенка «П» поворачивается с использованием шарнира 29 для выхода сляба 1 из под короба 24 на прокатку, стенка «З» поворачивается относительно шарнира 29 при входе сляба 1 под короб, а также для выхода сляба из под короба 24 в случае аварийной ситуации.
K
к
K
с
к
с
к
Вогнутая сторона теплоизоляционного короба 24 имеет прямоугольную форму длиной L и шириной В (фиг.9-11). Вогнутой стороной теплоизоляционный короб 24 обращен к приемному рольгангу 12, при этом длина L короба (фиг.10 и 11) превышает длину максимального сляба L (фиг.10 и 11), прокатываемого на ШПС г.п., примерно на 0,5…0,7 м. Ширина короба В (фиг.9) превышает ширину сляба В (фиг.8 и 9), при этом величину В назначают путем деления ширин слябов, прокатываемых на ШПС г.п., на группы и для каждой группы применяют теплоизоляционный короб 24 своей ширины.
Боковые стенки 26 теплоизоляционного короба 24 соединены с корпусом 25 короба шарнирно, чтобы уменьшить вероятность их разрушения при возможных смещениях сляба 1 по длине роликов приемного рольганга 12.
1
2
1
2
Внутренняя поверхность 30 (фиг.9) теплоизоляционного короба 24, являющаяся дном этого короба, образована набором кассет, укомплектованных теплоаккумулирующими экранирующими трубами 31 (фиг.9 и 10), с расположением последних вдоль длины короба. Трубы 31 теплоизолированы от рамы 25 теплоизолятором 32 (фиг.9 и 10). При этом для повышения отражения тепла излучения, поступающего с верхней поверхности сляба 1, устанавливают расстояние h (фиг.8) между верхней поверхностью сляба и теплоотражательной поверхностью 30 короба 24 равным порядка 60-80 мм (конструктивное исполнение указанных теплоаккумулирующих кассет и формирующих их труб, а также техническое решение по их установке аналогичны описанным в патентах РФ №1519799 и 1671384. Согласно указанному закону Стефана-Больцмана техническая эффективность отмеченного конструктивного исполнения поверхности 30 дна короба 24 проявляется в высокой температуре Т этой поверхности 30, когда разность T-T составляет порядка 50-80 град).
Боковые 26 и торцевые 27 стенки теплоизоляционного короба 24 выполнены в виде карманов 33 и 34, в которые устанавливают сменные пластины 35 и 36 соответственно. Рекомендуемый принцип установки пластин 35 в боковые карманы 33 показан на фиг.11 стрелками; пластины 36 в карманы 34 устанавливают (и вынимают) вертикально. Поверхности пластин 35 и 36 выполнены с пониженной степенью черноты и техническая эффективность их применения проявляется в низком значении приведенной степени черноты ε (см. закон Стефана-Больцмана). При этом для получения низкой степени черноты этих пластин применяют, например, известный метод газотермического напыления пластин алюминием (см., например, патент РФ №2122475) или другие методы понижения величины ε до значений 0,2…0,35. Низкую степень черноты поверхностям пластин 35 и 36 предпочтительно придавать с обеих их сторон, что позволяет удлинить срок их работы путем перестановки. Внутренние поверхности короба 24 защищены от удара слябом с помощью отбойников 37 (фиг.8-11).
Теплоизоляционный короб 24 описанной конструкции мостовым краном с использованием приливов 38 устанавливают в окно 23 тележки 17 сверху на опоры 22, при этом отсутствует какое-либо крепление короба 24 в тележке 17.
с min
с max
к
c min
c max
На ШПС г.п. ширина прокатываемых слябов варьируется от В до В. Для лучшей теплоизоляции боковых граней слябов предусмотрена эксплуатация коробов 24 по меньшей мере трех ширин В'', соответствующих трем группам слябов по ширине от B до B. Теплоизоляционный короб 24 лапами 39 подвешен на опорах 22 тележки 17.
к
л
Линейки 14 расположены между боковыми сторонами тележки 17 с их опорами 16 и боковыми стенками короба 24 (после его установки на тележку 17, см. фиг.8). Уступы 40 на линейках 14 фиксируют положение тележки 17 с коробом 24 при ожидании сляба 1 и в процессе подачи сляба 1 под короб 24. При этом линейки 14 не фиксируют короб 24 жестко (см. на фиг.8 наружная ширина короба В' меньше зазора В между линейками 14), допуская возможность его свободного подъема в вертикальном направлении, а также незначительные горизонтальные смещения короба 24 относительно тележки 17. Важно, что уступы 40 предотвращают также поворот передней «П» торцевой стенки 27 короба 24 при поступлении сляба 1 под короб 24 и его возможный упор в эту торцевую стенку короба. Перед началом движения тележки 17 с коробом 24 и слябом 1 в сторону прокатки линейки 14 приводом 15 разводят и освобождают тележку 17 от упоров 40.
Выступы 41 (с обеих сторон приемного рольганга) на входе в черновую группу клетей 5 (фиг.5) останавливают движение тележки 17 в сторону черновой группы стана.
Ролики приемного рольганга 12 (фиг.1) на длине перемещения тележки 17 выполнены с пазами (глубиной порядка 10 мм и шириной 50…70 мм); поверхность этих пазов покрыта алюминием или другим теплоотражающим материалом; пазы на соседних роликах 12 выполнены с шахматным расположением.
Способ снижения охлаждения боковых и торцевых граней горячего сляба в процессе его транспортирования на прокатку осуществляют следующим образом.
1
2
3
4
i
с
n
пк
В процессе транспортировки горячего сляба 1 на прокатку происходит охлаждение его верхней (Q) и нижней (Q) поверхностей, а также боковых (Q) и торцевых (Q) граней сляба (фиг.1-2), где Q - тепловые потоки излучения. Горячий сляб 1 толщиной Н на ШПС г.п. прокатывают на полосу 2 толщиной h, причем в начале сляб обжимают в черновой группе клетей до промежуточного размера (подката 3) толщиной Н (фиг.3) и затем в чистовой группе клетей из подката получают готовую полосу 2. Основные потери тепла металлом при температурах прокатки происходят из-за излучения.
2
3
4
i
i
i
i
Для снижения этих потерь тепла горячий сляб 1 теплоизолируют с использованием теплоизоляционного короба 4 (фиг.1 и 2) и часть потока тепла q1 для верхней поверхности сляба, q - для нижней поверхности сляба, q - для боковых и q - для торцевых граней сляба отражается в сторону сляба, где q - тепловые потоки отражения потоков Q коробом 4. Тем самым потери потока тепла поверхностями слябов снижаются до величин Q-q. Отмеченный прием снижения охлаждения сляба реализуют в течение времени τ, равного продолжительности транспортирования горячего сляба 1 от начала его теплоизоляции с помощью теплоизоляционного короба 4 и до момента выхода сляба из под теплоизоляционного короба на прокатку.
пк
пк
Вышедший из черновой группы клетей подкат 3 толщиной Н и шириной В (фиг.3) передают на прокатку в чистовую группу клетей. В процессе указанной передачи подката 3 осуществляют теплоизоляцию верхней и нижней его поверхностей и кромок подката известными способами, чем усиливают уже полученный эффект снижения охлаждения металла.
п
п
Подкат 3 с повышенной температурой кромки подают в чистовую группу клетей, в которой из подката 3 получают готовую полосу 2 толщиной h и шириной В (фиг.4). Благодаря повышенной температуре кромки существенно улучшают качество кромки готовых полос.
Начало использования теплоизоляционного короба 4 для снижения охлаждения горячего сляба осуществляют вне зоны выдачи сляба из печи и заканчивают использование теплоизоляционного короба перед подачей сляба на прокатку. Свободный от сляба теплоизоляционный короб возвращают для теплоизоляции очередного горячего сляба, направляемого на прокатку из другой печи.
Рекомендуются два варианта транспортирования теплоизоляционного короба с горячим слябом на рольганге в сторону прокатки.
Согласно первому варианту теплоизоляционный короб перемещают от привода синхронно с движением сляба по приемному рольгангу.
Согласно второму варианту элементы теплоизоляционного короба вводят в контакт с верхней поверхностью сляба и короб перемещается верхом на слябе, при этом привод перемещения тележки работает в холостом режиме.
к
к
к
При реализации предложенного способа учитывают, что на ШПС г.п. имеет место широкий диапазон ширин прокатываемых слябов (полос). Для лучшей теплоизоляции боковых граней слябов этот диапазон слябов по ширине разбивают на группы (обычно три) и для каждой группы применяют теплоизоляционный короб своей ширины (например, на ШПС г.п. 2000 прокатывают слябы шириной 900…1850 мм. Этот диапазон ширин разбивают на три группы: 900…1250 мм; 1250…1550 мм и 1550…1850 мм и для первой группы принимают В''=1350 мм, для второй группы В''=1650 мм и для третьей группы В''=1950 мм).
c
K
На ШПС г.п. прокатывают слябы различной длины L, но, как уже указывалось, при реализации способа предпочтительно применение теплоизоляционных коробов постоянной длины L, на 0,5…0,7 м превышающей максимальную длину сляба, прокатываемого на стане. С учетом указанного положения при реализации способа расположение сляба 1 под коробом 4 (фиг.2) обеспечивают в состоянии, максимально приближенном к передней торцевой стенке 27 теплоизоляционного короба.
Совокупность описанных приемов снижения охлаждения боковых и торцевых граней горячих слябов реализуют на ШПС г.п., содержащем оборудование согласно фиг.5-11, следующим образом.
Горячий сляб 1 с помощью приемника слябов 11 (фиг.5) выгружают из печи 10 и помещают на приемный рольганг 12. Между печами 10 установлен раструб 13, переходящий в линейки 14. Над раструбом 13 с линейками 14 на продольных направляющих 16 установлена тележка 17 с теплоизоляционным коробом 24, которая выступами 40 линеек 14 застопорена в горизонтальном направлении. При этом выступы 40 стопорят также переднюю стенку «П» короба 24 от поворота относительно шарнира 29 (фиг.10).
Горячий сляб 1, выгруженный из печи, перемещают по приемному рольгангу 12; сляб передней гранью поворачивает заднюю стенку «З» и входит под теплоизоляционный короб 24, вплоть до упора в отбойник 37 (фиг.10). От привода 20 через шестерни 18 и рейки 19 тележку 17 по направляющим 16 перемещают со слябом 1 в сторону прокатки. Перемещение тележки 17 и сляба 1 осуществляют синхронно. Усилие скручивания элементов шарнира 29 исключает выход сляба 1 из под теплоизоляционного короба 24 в процессе его совместного движения с тележкой 17 в сторону прокатных клетей.
При подходе к прокатным клетям стана тележка 17 упирается в выступы 41 (фиг.5), горячий сляб 1 под действием привода роликов приемного рольганга 12 и инерционной силы сляба поворачивает переднюю стенку «П» теплоизоляционного короба 24 (фиг.10) и покидает короб 24, поступая в черновую группу клетей 5 ШПС г.п. (фиг.5).
c
к
В процессе транспортировки сляба 1 синхронно с коробом 24 и тележкой 17 сляб полностью накрывают теплоизоляционным коробом 24, т.к. L<L(фиг.10).
1
с
При реализации второго варианта транспортировки сляба 1 и тележки 17 конструктивно величину h на фиг.8 обеспечивают отрицательной, равной «-20…30 мм». Таким образом обеспечивают расстояние от поверхности 30 до уровня бочки роликов 12 меньше значения Н (фиг.8). В этом случае сляб 1 верхней поверхностью упирается в отбойники 37 (фиг.10), теплоизоляционный короб 24 размещается на слябе и тележка 17 перемещается со слябов в сторону прокатки, при этом теплоизоляционный короб 24 становится «седоком» сляба. Привод 18-20 в этом случае перемещения работает в холостом режиме.
В остальном приемы способа в обоих вариантах перемещения сляба 1 и теплоизоляционного короба 24 одинаковы.
1
2
В течение времени τ транспортирования горячего сляба 1 совместно с теплоизоляционным коробом 24 в сторону прокатки благодаря теплообмену теплоаккумулирующих элементов 31 (фиг.9) короба 24 со слябом поверхность 30 этих элементов разогревается и уже на 2…3 слябе становится на 30…50° ниже температуры верхней поверхности сляба. Согласно закону Стефана-Больцмана при такой разнице температур T и T имеет место существенное (на 70…80%) снижение потерь тепла излучением с верхней поверхности сляба 1.
В течение этого же времени τ транспортирования сляба 1 его боковые грани и передняя торцевая грань вступают в теплообмен излучением с соответствующими поверхностями пластин 35 и 36 (фиг.9 и 10) короба 24, имеющими пониженную степень черноты (на уровне ε=0,2…0,35). При этих значениях степени черноты имеет место существенное, на 60-70%, снижение охлаждения боковых и передней торцевой граней сляба. Из-за разной длины прокатываемых слябов и необходимости применения задней стенки 26 короба 24 уменьшенной высоты степень уменьшения охлаждения задней грани сляба ниже. Однако с точки зрения возникающих в процессе прокатки нагрузок это имеет малое значение.
Благодаря разбивке подаваемых на прокатку слябов по ширине на группы и применению для каждой группы теплоизоляционного короба своей ширины уменьшают изменение расстояния между боковыми поверхностями широкого и узкого слябов в каждой группе с поверхностями пластин 35 и 36 теплоизоляционного короба 24, тем самым добиваются практически одинаковой степени снижения охлаждения боковых граней узких и широких слябов.
Освободившийся от сляба теплоизоляционный короб 24 с тележкой 17 по направляющим 16 приводом 18-20 возвращают в район выдачи очередного горячего сляба из печи 10 для теплоизоляции нового сляба в процессе его движения на прокатку.
Полученный согласно предложенному способу технический эффект снижения охлаждения боковых граней горячего сляба в процессе его транспортировки на прокатку усиливают путем применения на промежуточном рольганге 9 (фиг.5) известной теплосохраняющей установки (фиг.3).
Совместное использование предложенного и известного способов сохранения тепла металлом в технологической линии ШПС г.п. позволяет существенно повысить температуру кромки подката на входе в первую клеть чистовой группы стана, тем самым улучшить условия деформации кромок при получении готовых горячекатаных полос, снизить потери металла с боковой обрезью после прокатки горячекатаных полос на стане холодной прокатки, повысить работоспособность рабочих валков.
п
Пример. На широкополосовом стане горячей прокатки 2000 из нагретых на поверхности до 1220°С и в середине до 1700°С слябов толщиной 240 мм прокатывают полосы толщиной h=3,0 мм. При этом в начале сляб прокатывают в черновой группе клетей до подката толщиной 35 мм, который затем передают в чистовую группу клетей по промежуточному рольгангу, оборудованному теплосохраняющей установкой. В чистовой группе клетей подкат прокатывают на полосу 3,0 мм, которую транспортируют по отводящему рольгангу и сматывают в рулон.
1
5
1
ШПС г.п., на котором осуществляют способ, снабжен пятью методическими печами с шагом по осям 30 м, пятью черновыми клетями R-R с общей протяженностью черновой группы 174 м, промежуточным рольгангом протяженностью 131 м (по осям последней черновой и первой чистовой клетями). Промежуточный рольганг оборудован теплосохраняющей установкой протяженностью 80 м. Между осью первой печи и клетью R расстояние 53 м, это же расстояние для пятой печи равно 173 м.
1
Из пятой печи выдают горячий сляб с указанной температурой нагрева и толщины. Продолжительность транспортирования сляба до клети R составляет 1,5 мин.
1
5
1
5
1
1
5
5
1
5
1
Согласно расчетам температура поверхности боковых и передней торцевой граней сляба на входе в клеть R составит 1026°С, в клеть R - 960°С и в первую клеть F чистовой группы - 887°С. Таким образом снижение температуры боковых и торцевых граней на участке печь П - клеть R составит 194°, на участке клети R-R - 66° и на промежуточном рольганге - 73°. В итоге в технологической линии печь П - клеть F температура поверхности боковых кромок снижается на 333°, из которых около 58% приходится на участок П-R и около 22% на промежуточный рольганг.
5
1
Применение в составе печного оборудования ШПС г.п. на стороне выдачи слябов из печи указанного в описании дополнительного оборудования, т.е. реализация предложенного способа, позволяет снизить охлаждение боковых и торцевых частей сляба на участке печь П - клеть R со 194° до 76°. Применение известной теплосохраняющей установки на промежуточном рольганге позволяет снизить охлаждение кромок подката с 73° до 37°.
5
1
В совокупности на участке технологической линии ШПС г.п. печь П - клеть F итоговое охлаждение кромок подката уменьшается на 154°, т.е. подкат поступает в первую чистовую клеть с температурой 1041°С.
Прокаткой подката с указанной температурой кромки в чистовой группе клетей обеспечивают получение горячекатанных полос с высоким качеством кромок, повышают работоспособность рабочих валков.