СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛОСЫ
PROCEDURE AND INSTALLATION FOR PRODUCTION OF STEEL STRIP

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается способа и соответствующей установки, которые предназначены для бесконечного изготовления горячекатаной стальной полосы из тонких слябов, разлитых с высокой скоростью.
Уровень техники
В технике известны способы и установки, предназначенные для изготовления горячекатаной стальной полосы из классического сляба, толщина которого составляет от 150 до 320 мм или нормального тонкого сляба, толщина которого составляет от 60 до 90 мм.
Такие установки содержат, по меньшей мере, одну изложницу, связанную ниже с изогнутым роликовым путем или роликовым конвейером, приспособленным для того, чтобы содержать и направлять отлитый сляб при его проходе от вертикального направления разливки до горизонтального направления прокатки. Обычно металлургический конус, который является, по существу, конической центральной областью сляба, в котором сталь все еще остается жидкой, выходит из изложницы и заканчивается на изогнутом пути, так что завершение застывания происходит на роликовом конвейере.
Валки у металлургического конуса также прикладывают давление к затвердевшей поверхности с целью осуществления предварительной прокатки сляба с незастывшей сердцевиной, чтобы в конце разливочной машины получить сляб меньшей толщины. Более того, с роликовым конвейером связаны вторичные системы охлаждения, предназначенные для охлаждения сляба и состоящие, например, из нескольких распылительных сопел.
3
Дальше по направлению движения в разливочной машине и на одной с ней линии обычно предусмотрены ножницы, предназначенные для разрезания изделия на отрезки, длинная тоннельная печь, предназначенная для восстановления температуры отдельных слябов, чтобы они были пригодны для прокатки, устройство очистки от окалины и прокатный стан, который образован шестью или более клетями и который уменьшает толщину слябов до нужного значения, что делается для получения полосы. Прохождение через каждую клеть и соответствующее уменьшение толщины подразумевает снижение температуры полосы, поэтому для поддержания температуры материала выше точки Ar рекристаллизации и, следовательно, для того, чтобы осуществлять прокатку в аустенитной области соответствующие уровню техники установки также содержат межклетевые индукторы, предназначенные для соответствующего нагревания полосы при ее прокатке.
Дальше по направлению движения относительно прокатного стана, наконец, предусмотрены системы охлаждения полосы, ножницы, предназначенные для разрезания на отрезки, и наматывающие устройства, предназначенные для сматывания полосы в рулоны заранее заданного веса.
Первая проблема, возникающая в выполненных таким образом производственных линиях, связана с большой общей длиной линии, которая не только влияет на капитальные затраты, но также на затраты на энергию при изготовлении и затраты на техническое обслуживание.
Другая проблема известных установок касается дискретности процесса изготовления, которая подразумевает перерывы в подаче на прокатный стан и невозможности прокатывать без перерывов, то есть касается так называемого «бесконечного» режима, что негативно влияет на потребление энергии и воздействует на окружающую среду.
Следовательно, существует необходимость в установке и соответствующем процессе изготовления, которые направлены на изготовление горячекатаной полосы и которые приспособлены для работы без перерывов и дают возможность реализовать очень компактную конфигурацию производственной линии и значительно снизить производственные затраты в расчете на тонну продукции.
В этом направлении прилагались значительные усилия, и было предложено несколько не «бесконечных» решений, но в любом случае занимаемое пространство остается большим и большим остается количество клетей прокатного стана, нужных для уменьшения толщины до требуемых значений.
Более того, существует необходимость в способе, который позволяет изготавливать горячекатаную полосу малой толщины и высокого товарного качества и который позволил бы заменить изделия холодной прокатки во многих областях применения.
Раскрытие изобретения
Главная цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить ультракомпактную установку и соответствующий способ бесконечного изготовления горячекатаной полосы, начинающийся с тонких слябов, полученных непрерывной разливкой с высокими скоростями.
Другая цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить горячекатаную полосу, толщина которой изменяется в пределах от 0,8 до 12 мм, внутренняя структура которой содержит мелкое зерно, распределенное настолько равномерно, что оно уже демонстрирует типовые признаки материала холодной прокатки и, следовательно, характеризуется высоким качеством и отсутствием дефектов.
Еще одна цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить установку, способную в бесконечном режиме из незастывшей стали непосредственно изготавливать рулоны горячекатаного материала с производительностью от 500000 до 1500000 тонн/год, что уменьшает капитальные и производственные затраты по сравнению с существующими установками по изготовлению полос аналогичной толщины.
Следовательно, настоящее изобретение направлено на решение упомянутых выше проблем и предназначено для достижения указанных целей, реализуя способ бесконечного изготовления горячекатаной металлической полосы, который согласно п.1 формулы изобретения, содержит изложницу, включающую в себя кристаллизатор, устройство мягкого обжатия, расположенное рядом с выпускным участком кристаллизатора, первые тянущие валки, устройство отклонения и направления пути, которое работает, по меньшей мере, в течение заранее заданных периодов времени, первое устройство очистки от окалины, включающее в себя вторые тянущие валки, первую клеть прокатного стана, устройство нагревания и/или поддержания температуры, второе устройство очистки от окалины, включающее в себя третьи тянущие валки, и отделочный прокатный стан, включающий в себя, по меньшей мере, две клети второй прокатки, указанный способ включает в себя следующие этапы, выполняемые без перерывов:
а) осуществляют разливку тонкого сляба, выходящего из кристаллизатора со скоростью, находящейся в пределах от 4 до 16 м/мин, указанные сляб содержит узкие стороны, размер которых составляет от 40 до 55 мм, и сердцевину, сталь которой находится в жидком состоянии;
б) выполняют операцию мягкого обжатия сляба с помощью указанного устройства предварительной прокатки, чтобы получить полностью затвердевшее отлитое изделие, толщина которого составляет от 15 до 37 мм;
в) формируют свободную кривую на отлитом изделии, содержащую часть, расположенную между указанными первыми тянущими валками и указанными вторыми тянущими валками;
г) выполняют операцию первого удаления окалины с отлитого изделия с помощью указанного первого устройства очистки от окалины;
д) выполняют первую операцию прокатки в первой клети прокатного стана, в результате толщина уменьшается на величину, составляющую до 40-50%, от толщины полностью затвердевшего отлитого изделия;
е) выполняют операцию нагревания и/или поддержания температуры с помощью указанного устройства нагревания и/или поддержания температуры;
ж) выполняют операцию второго удаления окалины с отлитого изделия с помощью указанного второго устройства очистки от окалины;
з) выполняют несколько вторых операций прокатки в указанном отделочном прокатном стане с целью получения полосы, толщина которой составляет от 0,8 до 12 мм.
Такой способ реализуют, согласно другому аспекту настоящего изобретения, с помощью установки, предназначенной для бесконечного изготовления горячекатаной металлической полосы, которая согласно п.14 формулы изобретения, содержит изложницу, включающую в себя кристаллизатор, приспособленный для изготовления тонкого сляба с незастывшей сердцевиной и толщиной, составляющей от 40 до 55 мм, устройство предварительной прокатки при незастывшей сердцевине, расположенное рядом с выпускным участком кристаллизатора, первые тянущие валки, первое устройство очистки от окалины, включающее в себя вторые тянущие валки, первую клеть прокатного стана, устройство нагревания и/или поддержания температуры, второе устройство очистки от окалины, включающее в себя третьи тянущие валки, и отделочный прокатный стан, включающий в себя, по меньшей мере, две клети второй прокатки,
при этом между первыми тянущими валками и вторыми тянущими валками предусмотрено устройство отклонения и направления, которое работает, по меньшей мере, в течение заранее заданных периодов времени, и которое предназначено для отклонения и направления отлитого изделия от вертикального пути до горизонтального пути, и приспособленное для отпускания изделия, разлитого при нормальных условиях эксплуатации с тем, чтобы дать возможность сформироваться свободной кривой отлитого изделия в части, расположенной между первыми и вторыми тянущими валками.
Далее перечислены признаки способа и установки, которые соответствуют настоящему изобретению, при этом выделены их достоинства.
- Целесообразно, чтобы в промежуточном разливочном устройстве системы нагревания могли быть использованы для нагревания жидкой стали, системы нагревания подходят для обеспечения эффективного и надежного управления температурой перегрева стали в промежуточном разливочном устройстве относительно температуры «ликвидуса», указанная температура перегрева при разливке также называется «перегревом». Предпочтительно, чтобы могла быть использована плазменная горелка с целью корректировки значений перегрева жидкой стали и, в особенности, для восстановления возможных падений температуры в промежуточном разливочном устройстве, особенно в начале разливки, когда происходит более интенсивное поглощение теплоты промежуточным разливочным устройством, что делается для обеспечения отсутствия затвердевания жидкой стали. Что касается других устройств нагревания, использование плазменной горелки не создает в промежуточном разливочном устройстве проблем нарушения гидрогазодинамики, она дает возможность включениям колебаться и обеспечивает равномерное распределение температур жидкой стали. Целесообразно, чтобы поддерживался сравнительно небольшой и равномерный перегрев, способствующий лучшему металлургическому качеству конечного изделия, при этом среднее значение перегрева примерно равно 20°С. Постоянный перегрев действительно позволяет получить однородную по всем осям структуру и обеспечить однородность признаков по всему отлитому изделию.
- Используемая изложница позволяет разливать сляб через кристаллизатор с высокой скоростью, составляющей от 4 до 16 м/мин, при этом толщина сляба гораздо меньше по сравнению со случаем разливки в известные изложницы и составляет от 40 до 55 мм, и в слябе сердцевина также остается незастывшей рядом с концевыми боковыми областями; целесообразно, чтобы резервуар или камера разливки кристаллизатора была такова, чтобы гарантировать подходящее пространство, чтобы струи жидкой стали из сопел не приводили к нежелательному явлению переплавки наружного слоя, сформировавшегося вокруг ее внутренней поверхности, особенно начиная от определенного расстояния от сопел, где больше поверхность поперечного сечения струи. Разливка очень тонких изделий с большой скоростью требует более высокой скорости охлаждения в изложнице: такое более быстрое охлаждение позволяет получать более мелкую микроструктуру изделия.
Предпочтительно, чтобы сопло имело много отверстий и его форма соответствовала резервуару кристаллизатора, чтобы избежать образования затвердевающих перемычек. Целесообразно, чтобы поток из сопла регулировали так, чтобы была возможность надлежащего расплавления смазывающих порошков на уровне мениска и адекватного распространения по направлению к боковым областям, путем регулировки в зависимости от скорости разливки частей потока, поднимающих вход жидкой стали по направлению к мениску и по направлению к боковым областям кристаллизатора, например, с помощью использования электромагнитных устройств.
- Благодаря наличию металлической сердцевины, которая все еще находится в расплавленном состоянии при выходе из изложницы, весь сляб может быть подвергнут предварительной прокатке при незастывшей сердцевине, также называемой «мягким обжатием», таким образом добиваются повышения качества структуры затвердевающей сердцевины с уменьшением внутренней пористости и исключением неоднородности в центральной части. Целесообразно, чтобы предварительную прокатку при незастывшей сердцевине выполняли динамичным и регулируемым образом, чтобы правильно устанавливать точку смыкания жидкого конуса во время переходов, связанных с изменениями, которые могут вмешиваться в параметры разливки относительно нормальных условий эксплуатации. Таким образом, при любых условиях эксплуатации гарантируется отличное качество сляба.
- Вершина жидкого конуса, которая также называется «точкой смыкания», где соединяются две половины наружного слоя, расположена на коротком расстоянии ниже изложницы; отсюда следует, что роликовый конвейер, осуществляющий «мягкое обжатие» сравнительно короткий, в результате чего экономится пространство.
- Первые тянущие валки, которые также целесообразно выполняют первое уменьшение толщины затвердевшего изделия, называемое здесь «твердым обжатием» для того, чтобы отличить его от предварительной прокатки при незастывшей сердцевине или мягкого обжатия, расположены сразу за участком «мягкого обжатия»; такое уменьшения толщины сравнительно невелико и требует малых прижимающих сил, так как осуществляется для изделия, когда оно все еще очень горячо. Такая первая мягкая прокатка дополнительно способствует улучшению качества, особенно внутреннего качества изделия, так как она закрывает междендритные области, расположенные между зернами, что делается благодаря уплотнению структуры. Более того, она позволяет добиться целесообразной динамической рекристаллизации материала, что исключает осаждения алюминиевых соединений вокруг зерна и позволяет добиться более равномерной структуры; такая рекристаллизация дополнительно позволяет исключить формирование поверхностных трещин и неправильных краев при последующей прокатке.
- После «твердого обжатия» отлитое изделие уже достигло размера и толщины, которые близки к размеру и толщине полосы, поэтому его также называют «предварительная полоса» и вдоль, по существу, изогнутого пути, оно проходит от вертикального направления разливки до горизонтального направления прокатки, причем при нормальных условиях эксплуатации его не направляет никакое устройство. Так как предварительная полоса еще имеет высокую температуру, такую, которая обеспечивает материалу хорошие пластичные свойства, то она имеет возможность подняться и опуститься в определенных границах вдоль изогнутого пути. Таким образом, такая свободная кривая позволяет разделить то, что находится ранее по направлению движения, и то, что находится далее по направлению движения, относительно этой кривой и, следовательно, разъединить в определенных пределах процесс разливки от процесса прокатки, что позволяет обеспечивать гибкость установки, которая сама по себе была бы жесткой из-за «бесконечности». Таким образом, такая гибкость позволяет добиваться преимуществ «полубесконечной» установки, например позволяет использовать менее сложные устройства для регулировки процесса, так как не требуется регулировка натяжения вдоль производственной линии. При нормальном функционировании установки такая кривая, по существу, имеет форму дуги окружности.
Для управления начальным этапом процесса разливки, который является переходным этапом, во время которого толщина сляба, выходящего из изложницы, поддерживается постоянной вдоль всей производственной линии, предусмотрено устройство отклонения и направления отлитого изделия вдоль изогнутого пути, при этом целесообразно, чтобы указанное устройство содержало изогнутый роликовый конвейер, шарнирно прикрепленный своим концом. В конце начального этапа процесс изготовления достигает нормальной рабочей скорости, так что указанный роликовый конвейер освобождают с тем, чтобы отсоединить и освободить отлитое изделие и, следовательно, дать возможность свободного перемещения указанного изделия по изогнутого пути.
Еще одно достоинство промежуточного устройства отклонения и направления в виде изогнутого роликового конвейера состоит в следующем: оно дает возможность более удобного вмешательства с целью освобождения линии разливки в случае искривления в прокатном стане или неисправной работы разливочной машины, например, при прорыве или залипании в изложнице.
Действительно, обычный удерживающий и направляющий роликовый конвейер для сляба зафиксирован, имеет сложную структуру (жесткая установка) и он подразумевает длинные и сложные операции освобождения линии, а при роликовом конвейере, который соответствует изобретению, линия разливки в отличие от предыдущего случая может быть быстро очищена и изготовление может начаться вновь без больших потерь времени и дальнейшего приведения в порядок. В самом деле, в случае возникновения искривления в прокатном стане или прорыва, или залипания в изложнице, ранее по направлению движения прекращается подача жидкой стали и сляб полностью и быстро извлекается из вертикальной линии разливки путем разрезания сляба на один или несколько кусков с помощью соответствующего устройства разрезания, например одного или нескольких устройств кислородной резки, указанные куски могут свободно упасть в контейнер для сбора, расположенный по вертикали под изложницей.
Целесообразно, чтобы указанные устройства кислородной резки выполняли в направлении, которое поперечно направлению разливки, один или несколько разрезов, по меньшей мере, эквивалентных ширине подлежащего разрезанию сляба, когда он медленно перемещается вперед, и предпочтительно, чтобы указанные устройства управлялись специальными полностью автоматическими робототехническими устройствами; более того, контейнер для сбора содержит колеса, позволяющие его перемещать, и указанный контейнер перемещается, например, с помощью металлических кабелей или других известных способов.
В начале горизонтального участка роликового конвейера предусмотрено устройство очистки от окалины, предназначенное для удаления окалины с поверхности отлитого изделия, устройство очистки от окалины использует очень высокое давление и очень медленный поток воды. Целесообразно, чтобы указанное устройство очистки от окалины, которое содержит расположенные ранее по направлению движения два тянущих валка, являлось высокоэффективным устройством, которое дает возможность осуществлять аккуратное удаление окалины при использовании минимальной скорости потока воды с небольшим уменьшением температуры отлитого изделия. Более того, размер, а именно глубина, такого устройства очень ограничен.
После устройства очистки от окалины предусмотрено устройство управления температурой и геометрической формой отлитого изделия и четырехвалковая клеть прокатного стана, приспособленная для выполнения уменьшения толщины указанного изделия. Целесообразно, чтобы установка параметров прокатки для клети осуществлялась в зависимости от результатов измерения указанным устройством в том смысле, что указанные параметры прокатки таковы, чтобы создавать профиль полосы, который подходит для последующей прокатки в отделочном прокатном стане, расположенном дальше по направлению движения, обеспечивая высокое качество полученного изделия. Такая клеть может осуществить уменьшение толщины до 40-50%.
Дальше по направлению движения предусмотрены ножницы барабанного типа с вращающимися ножами, которые в основном используются в начале процесса разливки для разрезания сляба на длинные отрезки до достижения максимальной скорости разливки и, следовательно, до достижения нормального функционирования установки; далее ножницы используются при всех чрезвычайных ситуациях, таких как, например, прорыв или залипание в изложнице или искривление в прокатном стане и могут быть использованы для отделения головки затравки.
- Целесообразно, чтобы дальше по направлению движения от ножниц барабанного типа были предусмотрены системы нагревания и/или поддержания температуры, обеспечивающие надлежащую температуру изделия, поступающего в первую клеть отделочного прокатного стана при любых условиях эксплуатации установки. Такие системы могут быть активными, например, печами индукционного нагрева или просто индукторами, или пассивными, например, изолирующими кожухами или изоляционными панелями.
Так как тепловые потери изделия по пути разливки значительно снижены по сравнению с обычными установками, благодаря тому, что было описано выше, то размеры указанных систем ограничены, то есть длина составляет от 1 до 2 м. Целесообразно, чтобы при выходе из одной из указанных систем температура изделия - однородная по всему сечению - должна составлять, по меньшей мере, 1000°C, чтобы при выходе из прокатного стана обеспечить температуру, равную, по меньшей мере, 850°C.
В случае индукционной нагревательной системы или просто индуктора для обеспечения такого значения температуры требуется мощность, составляющая от 3 до 5 МВт при 3000 Гц. Использование индуктора или не использование индуктора, а также точная используемая мощность определяются условиями разливки, в частности скоростью разливки и толщиной после «мягкого обжатия»: такие параметры определяют так называемый «поток массы» и температура у конца прокатного стана связана с указанным «потоком массы». Если необходимо, то индуктор может соответствующим образом нагревать только края или он может нагревать всю предварительную полосу. Индуктор присутствует по необходимости или присутствует в любом случае и его мощность более ограничена по сравнению с известными индукторами, используемыми в аналогичных установках, благодаря меньшей толщине нагреваемого отлитого изделия. Для выключения индуктора сбоку относительно производственной линии, целесообразно, чтобы он содержал колеса. В этом последнем случае предоставляется удобный доступ к ножницам барабанного типа с целью выполнения, например, замены ножей.
- Дальше по направлению движения от систем нагревания предусмотрены системы извлечения окалины с поверхности изделия, например устройство очистки от окалины. Целесообразно, чтобы устройство очистки от окалины содержало колеса для выключения сбоку, таким образом, давая возможность более удобного технического обслуживания указанного устройства и лучшего доступа к первой клети отделочного прокатного стана. В устройстве очистки от окалины используются очень высокое давление и очень медленный поток воды, что делается для уменьшения до минимума поверхностного охлаждения при обеспечении полного удаления окалины с поверхности отлитого изделия до его попадания в прокатный стан.
- Отделочный прокатный стан содержит, по меньшей мере, две четырехвалковые клети прокатного стана, каждая клеть может выполнять уменьшение толщины до 70%. Согласно способу, который соответствует изобретению, для поддержания правильной аустенитной температуры прокатки нет необходимости в межклетевых индукторах, что приводит к уменьшению размеров и сокращению затрат.
Дальше по направлению движения от отделочного прокатного стана предусмотрены следующие устройства: роликовый конвейер, снабженный охлаждающими душами, летучие ножницы, предназначенные для разрезания на мерные по длине отрезки, конвейеры и, по меньшей мере, два вращающихся колеса, например типа «подпольная моталка». Летучие ножницы, предназначенные для разрезания на мерные по длине отрезки, используются тогда, когда установка работает в нормальном режиме для разрезания полосы на мерные по длине отрезки, что делается для получения рулонов нужного веса.
- Далее по направлению движения от вращающихся колес расположена концевая область, предназначенная для хранения длинных кусков сляба, отрезанных ножницами барабанного типа. Благодаря этому решению исключена необходимость в специальном контейнере для сбора брака, расположенном рядом с ножницами барабанного типа, и, таким образом, обеспечивается упрощение принципов и более разумное расположение устройств.
- Для начала процесса разливки может быть осуществлено введение головки затравки в концевом участке кристаллизатора, которое может быть выполнено в двух режимах.
Первый режим подразумевает прохождение затравки по всей линии от концевой области, которая расположена дальше подпольных моталок и где находится указанная затравка; в таком режиме затравка проходит по всему прокатному стану, который неподвижен и содержит открытые клети, и с помощью изогнутого роликового конвейера затравка меняет свое направление от горизонтального до вертикального, чтобы затем попасть в кристаллизатор. Когда начата разливка, головку затравки отделяют от сляба с помощью ножниц барабанного типа.
В отличие от сказанного, второй режим предполагает непосредственное введение затравки в изложницу снизу в вертикальном направлении.
- Целесообразно, чтобы весь описанный выше процесс изготовления, от жидкой стали в промежуточном разливочном устройстве до получения полосы, отслеживался соответствующими управляющими устройствами для площади, которые запускают различные компоненты установки и также взаимодействуют друг с другом; такие управляющие устройства для площади опираются на управляющую программу, которая вмешивается при различных отклонениях, благодаря чему указанные устройства взаимодействуют упорядоченным образом с целью стабилизации процесса как по отношению к изменениям в стационарных условиях, так и по отношению к нарушениям и неисправностям, воздействующим на установку. Таким образом, в целом процесс регулируется устойчивым, разумным и динамичным образом, так что этот процесс можно рассматривать как «полностью динамичный процесс с развитой логикой».
Высокая скорость отлитого изделия в форме тонкого сляба и прямое соединение с прокатным станом, который преобразует изделие в полосу, начиная с меньшей толщины по сравнению с известными процессами разливки, и который содержит меньшее количество клетей, а также уменьшенная общая длина производственной линии, позволяют меньше влиять на сооружения, такие как фундамент, высота хранилищ, система трубопроводов, инфраструктура и так далее. Это подразумевает меньшие первоначальные капитальные и эксплуатационные расходы и меньший объем технического обслуживания в сравнении с установками, соответствующими уровню техники.
Более того, разливка очень тонких слябов и первоначальное уменьшение толщины изделия с незастывшей сердцевиной - «мягкое обжатие» - и дальнейшее с затвердевшей сердцевиной - «твердое обжатие» - позволяет сформировать отлитое изделие/предварительную полосу достаточно тонкую, чтобы получить кривую, способную свободно перемещаться; указанная свободная кривая обеспечивает значительное преимущество, заключающееся в разъединении процессов разливки и прокатки, тем самым делая установку более гибкой.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и достоинства изобретения станут ясны из последующего описания предпочтительного, но не единственного, варианта осуществления промышленной установки, предназначенной для изготовления металлической полосы и показанной с помощью не ограничивающего изобретение примера и прилагаемых чертежей, на которых:
фиг.1 - схематический вид сбоку установки, соответствующей изобретению;
фиг.2 - схематический продольный разрез варианта осуществления части установки с фиг.1;
фиг.3 - схематический продольный разрез еще одного варианта осуществления части установки с фиг.1.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг.1 и 2, установка, предназначенная для изготовления металлических полос, содержит:
- изложницу 15, которая содержит кристаллизатор для изготовления тонких слябов с незастывшей сердцевиной;
- устройство предварительной прокатки при незастывшей сердцевине или устройство 16 «мягкого обжатия», расположенное рядом с выпускным участком изложницы и на выходе которого получается полностью затвердевшее отлитое изделие;
- первые тянущие валки 17 отлитого изделия, которые предназначены для перемещения отлитого изделия и которые также могут осуществлять небольшое уменьшение толщины сляба;
- устройства 24', 24'' разрезания, такие как, например, одно или несколько устройств кислородной резки, осуществляющие разрезание сляба при чрезвычайных обстоятельствах, например при искривлении в прокатном стане или прорыве или залипании в линии разливки; устройства кислородной резки работают полностью автоматически, управляются соответствующими робототехническими устройствами и разрезают сляб в направлении, поперечном по отношению направлению перемещения отлитого изделия, пока сляб перемещается вперед, освобождая линию разливки;
- устройство 18 направления и отклонения, предназначенное для временного отклонения и направления сляба с незастывшей сердцевиной и не прошедшего предварительную прокатку, то есть «не обжатого» сляба, от вертикального пути к горизонтальному пути;
- контейнер 52 на колесах, расположенный по вертикали под линией разливки;
- первое устройство 19' очистки от окалины;
- устройство 20 управления, предназначенное для управления температурой и геометрической формой отлитого изделия;
- четырехвалковая клеть 21 прокатного стана, которая выполняет уменьшение толщины до 40-50%;
- ножницы 22 барабанного типа;
- система 23 нагревания, предназначенная для предварительных полос или отлитого изделия и/или система поддержания температуры;
- второе устройство 19'' очистки от окалины;
- прокатный стан 30, содержащий, по меньшей мере, две клети, при этом каждая клеть осуществляет уменьшение толщины до 70%;
- ряд охлаждающих душей 32 для полосы, расположенной на роликовом конвейере 31, предназначенном для перемещения полосы вперед;
- летучие ножницы 33, предназначенные для разрезания на мерные по длине отрезки;
- по меньшей мере, два вращающихся колеса 34;
- область 50 для хранения отрезанных кусков сляба и, возможно, для затравки.
Целесообразно, чтобы в изложнице 15 изготавливали очень тонкий сляб, с узкими сторонами и толщиной от 40 до 55 мм, вздутием в центре и сердцевиной, металл которой еще не затвердел, и со скоростью, находящейся в диапазоне от 4 до 16 м/мин. В дальнейшем, при упоминании толщины отлитого сляба всегда рассматривается толщина, относящаяся к концевым сторонам, называемым «узкими сторонами».
Целесообразно, чтобы в промежуточном разливочном устройстве 14, которое расположено ранее по направлению движения относительно изложницы, были использованы системы нагревания, предназначенные для нагревания жидкой стали и подходящие для того, чтобы обеспечивать эффективное и надежное управление «перегревом» в промежуточном разливочном устройстве при разливке. Предпочтительно, чтобы указанные системы нагревания содержали плазменную горелку 13, предназначенную для коррекции величины «перегрева» жидкой стали, причем указанная величина поддерживается сравнительно малой с целью улучшения качества конечного изделия и среднее значение перегрева составляет примерно 20°C.
Рядом с выпускным участком изложницы 15 предусмотрено устройство 16 предварительной прокатки, в котором ось прокатки расположена, по существу, вертикально, указанное устройство содержит группу поперечных внутренних и внешних валков такого профиля, который изменяет сечение проходящего сляба и, таким образом, осуществлять поступательное сглаживающее воздействие на выпуклую или вздутую поверхность после выхода из кристаллизатора, так что указанное устройство преобразует сляб в отлитое изделие прямоугольного сечения. Такое исправляющее выпуклость действие подразумевает сжатие сляба с незастывшей сердцевиной до тех пор, пока его толщина не будет равна ширине узких сторон выпускного участка кристаллизатора.
Целесообразно, чтобы указанные поперечные валки можно было расположить на меньшем расстоянии, чтобы на выходе из роликового конвейера получить отлитое изделие с меньшей толщиной по сравнению с изделием, выходящим из кристаллизатора, при этом расстояние не изменено линейно: по существу, осуществляется уменьшение толщины сляба с все еще незастывшей сердцевиной, то есть осуществляется так называемое «мягкое обжатие». Согласно изобретению в конце «мягкого обжатия» толщина сляба уменьшается так, что составляет от 15 до 37 мм.
Поперечные внешние и внутренние валки разделены на два или более элементов, так же называемые сегментами «мягкого обжатия», каждый из которых имеет независимое регулировочное устройство, например, с гидравлическими цилиндрами.
Группа поперечных валков, взаимодействующих с общей системой охлаждения, в любом случае также осуществляет функцию удержания и направления сляба с все еще незастывшей сердцевиной.
Целесообразно предусмотреть устройства быстрого обмена для изложницы 15 и секторов устройства предварительной прокатки или устройства 16 «мягкого обжатия».
Сразу после группы поперечных валков расположены первые тянущие валки 17, представляющие собой несколько валков или пар цилиндров, предпочтительно, чтобы их количество равнялось четырем, они были расположены последовательно и образовывали, по существу, вертикальный изогнутый путь; каждая пара валков может выполнять небольшое сжатие полностью затвердевшего отлитого сляба с уменьшением толщины, составляющем от 0,1 до 0,7 мм. Таким образом, фактически осуществляется прокатка, также называемая «твердым обжатием».
Согласно настоящему изобретению в конце «твердого обжатия» толщина отлитого изделия составляет от 12 до 36 мм и таким образом получается изделие, называемое «предварительной полосой», толщина которой очень близка к окончательной толщине изготавливаемой полосы. Такая прокатка дополнительно улучшает качество, особенно внутреннее качество изделия, так как она закрывает междендритные области между зернами благодаря сжиманию структуры.
Для того что иметь возможность управлять начальным этапом процесса разливки, который является переходным этапом, предусмотрено устройство 18 направления и отклонения, которое содержит изогнутый роликовый конвейер, который по выбору может управляться гидравлическим цилиндром (не показан), переводящим конвейер из рабочего положения, в котором он взаимодействует с последними валками тянущих валков 17, чтобы соединить кривую с горизонтальным направлением прокатки, в положение выпуска, в котором конвейер опускается и наоборот.
Изогнутый роликовый конвейер 18 также нужен для обеспечения возможности введения и направления головки затравки в кристаллизатор. При начале разливки сляб, перемещаемый затравкой, не содержит незастывшей сердцевины, таким образом, невозможно уменьшить толщину сляба с помощью «мягкого обжатия» и цилиндры первых тянущих валков 17 также не осуществляют сжатие. Следовательно, толщина первого отрезка отлитого сляба равна толщине выпускного участка изложницы 15 вдоль всей линии до выхода из последней клети прокатного стана и на этом первом этапе такой сляб обычно называют «не размягченный сляб». Направляющие ролики изогнутого роликового конвейера 18 не работают.
Конец изогнутого роликового конвейера 18 закреплен шарнирно, чтобы обеспечить возможность поворота и освобождения от отлитого изделия, когда нужно освободить путь перед предварительной полосой при постоянных условиях эксплуатации и при чрезвычайных обстоятельствах, например при искривлении, когда необходимо весь материал отправить в яму.
Как упомянуто выше, в конце начального переходного этапа разливка производится с постоянной скоростью и изогнутый роликовый конвейер 18, также называемый «откидной створкой», находится в открытом положении, позволяющим предварительной полосе образовывать свободную кривую или изгиб 51, которая, по существу, имеет форму дуги окружности при нормальных условиях эксплуатации установки.
Наличие свободной кривой 51 дает значительные преимущества:
а) она позволяет разъединить процесс разливки от процесса прокатки, который осуществляется далее, и, таким образом, управлять возможными различиями в скорости прокатки и разливки;
б) она обеспечивает большую гибкость установки, позволяя, например, использовать менее сложные устройства для управления процессом, так как нет необходимости в регулировке натяжения вдоль производственной линии;
в) она уменьшает охлаждение предварительной полосы, так как отсутствует теплообмен из-за теплопроводности с опорными и направляющими роликами обычных установок;
г) она исключает участие в регулировке уровня в изложнице, что приводит к большому улучшению литейных качеств и качества сляба.
В соответствии с настоящим изобретением свободной кривой дают возможность свободного перемещения в заранее заданном диапазоне, ограниченном возможной геометрией самой кривой, определяемой свойствами материала; таким образом достигается возможность регулируемого накопления материала и, следовательно, всегда в заранее заданных пределах, полного разделения скоростей до и после кривой.
Система управления постоянно отслеживает положение свободной кривой, например, с помощью датчика, относительно заранее заданных верхнего и нижнего пределов и вмешивается, когда кривая приближается к одному из указанных пределов, путем воздействия на компоненты установки, в соответствии с заранее заданными процессами управления.
Еще один вариант осуществления части установки, соответствующей изобретению, показан на фиг.3. Одинаковые, уже описанные элементы обозначены теми же ссылочными позициями, что и на фиг.1 и 2.
В этом целесообразном варианте изогнутый роликовый конвейер или «откидная створка» состоит из двух частей 18' и 18''.
Первая часть 18' имеет изогнутую форму и шарнирно прикреплена своим концом 68', при этом конец 68' расположен вблизи нижнего конца первых тянущих валков 17.
Вторая часть 18'' имеет прямолинейную форму и шарнирно прикреплена своим концом 68'', при этом конец 68" расположен вблизи двух валков вторых тянущих валков 40.
Также при этом варианте осуществления устройства направления и отклонения, в конце начального переходного этапа разливка производится с нормальной скоростью и изогнутый роликовый конвейер находится в открытом положении, которое достигается с помощью вращения двух частей 18' и 18'' относительно их соответствующих концов 68' и 68'', что позволяет предварительной полосе образовывать свободную кривую или изгиб 51', который, по существу, имеет форму дуги окружности при нормальных условиях эксплуатации установки.
Свободная кривая или изгиб 51' больше свободной кривой 51, получаемой в устройстве отклонения и направления из первого варианта осуществления изобретения (фиг.2). Целесообразно, чтобы был предусмотрен, по меньшей мере, один опорный ролик 70, предназначенный для поддержки свободной кривой предварительной полосы.
Эта большая свободная кривая 51' всегда обеспечивает непрерывность процесса прокатки в случае возникновения проблем в разливочной машине, например при прилипании поверхности сляба в кристаллизаторе. Свободная кривая 51', действующая в качестве буфера, позволяет компенсировать возможные различия в скорости разливочной машины и прокатного стана.
Другое достоинство заключается в том, что две части 18' и 18'' изогнутого роликового конвейера расположены внутри изолированной камеры 60, ограниченной стенками 61, 62, 63, 64, показанными на фиг.3.
Стенка 63, определяющая низ камеры 60, может быть открыта или может быть снабжена отверстием, позволяющим падать возможному браку в контейнер 52 для сбора. В качестве альтернативы стенка 63 может отсутствовать.
Эта изолированная камера 60 позволяет использовать возможные горелки (не показаны) для поддержания надлежащей температуры предварительной полосы до ее попадания в четырехвалковую клеть 21 прокатного стана.
В начале горизонтального участка линии прокатки предусмотрено устройство 19' очистки от окалины, которое предназначено для удаления окалины с поверхности отлитого изделия и которое использует очень высокое давление и очень медленный поток воды. Целесообразно, чтобы указанное устройство 19' очистки от окалины, после которого расположены вторые тянущие валки 40, состоящие из двух валков, являлось высокоэффективным устройством очистки от окалины, которое позволяет осуществить тщательное удаление окалины при использовании минимально возможной скорости потока воды с целью уменьшения до минимума отвода тепла от отлитого изделия. Более того, размер этого устройства очистки от окалины очень ограничен по глубине.
Свободная кривая 51 отлитого изделия начинается у нижнего конца первых тянущих валков 17 и заканчивается у двух валков указанных вторых тянущих валков 40.
После устройства 19' очистки от окалины предусмотрено устройство 20 управления, предназначенное для регулировки температуры и геометрической формы отлитого изделия, и предусмотрена четырехвалковая клеть 21 прокатного стана, предназначенная для уменьшения толщины указанного изделия.
Целесообразно, чтобы установка параметров прокатки для клети 21 осуществлялась в зависимости от данных, полученных указанным устройством 20, в том смысле, что указанные параметры прокатки таковы, чтобы создать профиль полосы, подходящий для последующей прокатки в отделочном прокатном стане, расположенном далее по направлению движения и обеспечивающий получение более высокого качества изделия. Эта клеть 21 может осуществлять уменьшение толщины до 40-50%, предпочтительно примерно 35%.
Далее по направлению движения относительно клети 21 предусмотрены ножницы 22 барабанного типа с вращающимся ножом, приспособленные для выполнения следующих функций:
а) при начале процесса разливки указанные ножницы отделяют головку затравки и разрезают сляб на длинные куски, которые не прокатываются до достижения максимальной скорости разливки и, следовательно, до тех пор, пока установка не достигнет нормальных условий эксплуатации;
б) в случае неисправности на линии разливки указанные ножницы отрезают конец сляба, чтобы нарушить непрерывность процесса и подать хороший материал на прокатный стан и, следовательно, они разрезают сляб на отрезки до выключения установки;
в) в случае неисправной работы прокатного стана 30, они прерывает входящий поток материала для прокатного стана.
В этом положении ножницы барабанного типа позволяют добиться лучшей производительности процесса, так как они позволяют оптимизировать брак в материале на начальном этапе процесса, этапе выключения и при обработке чрезвычайных происшествий.
В частности, в случае варианта осуществления с фиг.3 ножницы 22 барабанного типа также работают в качестве отбраковочной машины в чрезвычайных ситуациях и предусмотрен дополнительный контейнер 52' для сбора, расположенный под ножницами 22 барабанного типа и предназначенный для возможного брака.
Целесообразно, чтобы далее по направлению движения относительно ножниц 22 барабанного типа были предусмотрены системы 23 нагревания и/или системы поддержания температуры, обеспечивающие надлежащую температуру изделия, поступающего на первую клеть отделочного прокатного стана 30 при любых условиях эксплуатации установки. Такие системы 23 нагревания могут быть активными, например печами индукционного нагрева, или пассивными, например изолирующими кожухами или изоляционными панелями.
Так как тепловые потери изделия вдоль пути разливки очень ограничены, то указанные системы 23 нагревания ограничены по размерам, при этом их длина составляет от 1 до 2 м. Целесообразно, чтобы при выходе из одной из указанных систем нагревания, температура - однородная по всему участку - изделия должна составлять, по меньшей мере, 1000°C, чтобы обеспечить на выходе прокатного стана 30 температуру, равную, по меньшей мере, 850°C.
В случае индукционной системы нагревания или просто индуктора для обеспечения такого значения температуры требуется мощность, составляющая от 3 до 5 МВт при 3000 Гц. Использование индуктора или не использование, а также регулировка используемой мощности определяется условиями разливки, в частности скоростью разливки и толщиной после «мягкого обжатия»: такие параметры определяют так называемый «поток массы», а температура изделия у конца линии разливки связана с указанным «потоком массы». Целесообразно, чтобы индуктор содержал колеса, нужные для его выключения сбоку относительно производственной линии. В этом последнем предположении предоставляется удобный доступ к ножницам барабанного типа с целью выполнения, например, замены ножей.
Далее по направлению движения от систем 23 нагревания предусмотрены системы очистки поверхности изделия от окалины, например устройство 19'' очистки от окалины с помощью очень высокого давления и очень медленного потока воды; целесообразно, чтобы устройство 19'' очистки от окалины содержало третьи тянущие валки 41, состоящие из двух валков и расположенные ранее по направлению движения, и содержало колеса для выключения сбоку, таким образом имеется возможность более удобного технического обслуживания и лучшего доступа к первой клети прокатного стана.
Отделочный прокатный стан 30 содержит, по меньшей мере, две клети прокатного стана, при этом число клетей может доходить до шести, и указанные клети относятся к «четырехвалковым». Каждая клеть может выполнять уменьшение толщины до 70%.
Далее по направлению движения от отделочного прокатного стана 30 предусмотрены следующие устройства: роликовый конвейер 31, снабженный охлаждающими душами 32 с ламинарным течением воды, летучие ножницы 33, предназначенные для разрезания на мерные по длине отрезки, и, по меньшей мере, два вращающихся колеса 34, например типа «подпольная моталка».
Далее по направлению движения от вращающихся колес расположена концевая область 50, предназначенная для хранения затравки и длинных кусков сляба, отрезанных ножницами 22 барабанного типа.
При нормальных условиях эксплуатации летучие ножницы 33 работают с целью разрезания полосы на отрезки, подходящие для получения рулона весом примерно 30 тонн.
Во взаимодействии с устройством 18 отклонения и направления расположены устройства 24', 24'' разрезания, которые предпочтительно содержат две газовые горелки кислородной резки, каждая из которых установлена на кронштейне, по существу, удлиненной формы, шарнирно прикреплена за конец и может занимать, по меньшей мере, два рабочих положения. Каждая газовая горелка расположена соответственно рядом с начальным участком и концом участка устройства 18 отклонения и направления.
Далее изложен порядок работы газовых горелок кислородной резки.
При возникновении искривления в прокатном стане во время бесконечного процесса изготовления производственную линию очищают следующим образом:
- прекращают подачу жидкой стали ранее по направлению движения;
- очищают линию разливки путем перемещения вперед с помощью тянущих валков 17 участков сляба, которые далее разрезают с помощью газовой горелки 24';
- очищают линию прокатки путем перемещения назад изделия, заблокированного в отделочном прокатном стане, с помощью тянущих валков 40, 41 соответственно содержащихся в устройствах 19', 19'' очистки от окалины и благодаря разрезанию на куски с помощью газовой горелки 24'';
- собирают куски, отрезанные газовыми горелками, в контейнере 52 для сбора и далее от них избавляются.
При конкретном расположении элементов, образующих установку, длина линии разливки, доходящей до конца участка отклонения и направления, значительно меньше по сравнению с установками, соответствующими уровню техники.
Благодаря уменьшенной длине линии разливки между кристаллизатором и клетью 21 прокатного стана на отлитом изделии формируется мало окалины: следовательно, это позволяет использовать устройства очистки от окалины меньшей мощности, с меньшим потреблением воды и энергии, добиться меньшего охлаждения отлитого изделия и меньшего образования пара.
Благодаря установке и способу, которые соответствуют настоящему изобретению, окончательное изделие можно получить на очень ограниченном пространстве без дискретности производственной линии. Действительно, разливка с помощью кристаллизатора позволяет разливать начальное изделие, которое само является слябом, с высокой скоростью и толщина которого уже очень близка к толщине конечного изделия, которое представляет собой полосу.
Целесообразно, чтобы толщина полученных тонких слябов, выходящих из кристаллизатора, составляла от 40 до 55 мм, при этом скорость разливки составляла от 4 до 16 м/мин.
Это изобретение позволяет осуществлять бесконечное преобразование жидкой стали, поступающей из сталелитейного завода в рулоны высококачественной стальной полосы, с конкурентоспособными ценами, в ходе чрезвычайно компактного и очень гибкого единственного цикла.
Общая длина установки по изготовлению полосы, которая соответствует изобретению, составляет от 50 до 70 м, если измерять от вертикальной оси Y разливки, расположенной во внешней вертикальной плоскости кристаллизатора, до оси второго вращающегося колеса.
Механические свойства горячекатаной полосы, полученной с помощью установки и способа, которые соответствуют изобретению, даже лучше чем механические свойства аналогичных изделий, полученных на обычных установках для разливки и горячей прокатки, таким образом, для различных типов применения, нет необходимости в последующем этапе холодной прокатки, используемой в обычных установках. Соответственно, достигается значительная экономия капитальных затрат и затрат на производство, а также значительное сокращение потребления энергии и лучшее соответствие требованиям охраны окружающей среды.