СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛОСЫ ИЗ СТАЛИ
METHOD OF PRODUCING STEEL STRIP

Изобретение относится к способу получения полосы из стали, в котором сначала в разливочной машине отливают сляб, который затем в, по меньшей мере, одном прокатном стане прокатывают в полосу, причем прокатный стан содержит ряд прокатных клетей.
При получении стальной полосы известна бесконечная прокатка с использованием теплоты разливки. При этом способ тем выгоднее, чем выше скорость разливки. Этот способ известен, например, из документов EP 0889762 B1, WO 2006/106376 A1 и WO 2007/073841 A1. При этом сначала в установке непрерывной разливки получают сляб, который выходит из кристаллизатора вертикально вниз и затем изменяет направление на горизонтальное. Затем еще горячая заготовка проводится в прокатный стан. В клетях прокатного стана происходит уменьшение толщины сляба, пока не будет получена полоса желаемой толщины.
При этом для самых разных случаев применения требуются стальные полосы различной толщины.
Преимущества этого способа совмещенной бесконечной прокатки и разливки заключаются в относительно короткой габаритной длине установки и связанных с этим низких инвестиционных расходах. Кроме того, можно сэкономить энергию при получении полосы. При низкой скорости прокатки имеется также низкое сопротивление пластической деформации полосы. Можно производить сложно прокатываемые продукты, например, очень тонкие полосы (толщиной, например, 0,8 мм), обрабатывать высокопрочные специальные материалы и комбинированно получать широкие и тонкие полосы. Кроме того, можно легче избежать развальцовки концов полосы и тем самым повреждения валков. Наконец, степень дефектов низкая, в частности, имеется меньше "поднимающихся складок".
В указанном документе EP 0889762B1, а также в WO2007/073841A1 процесс разливки и процесс прокатки соединены напрямую. Между процессом разливки и процессом прокатки не формируется никаких запасов материала. Разделение бесконечной полосы ножницами может производиться незадолго перед намоткой. Для улучшения уровня температуры при относительно низкой скорости полосы перед или внутри прокатного стана можно предусмотреть нагревательные устройства.
Указанная технология называется также технологией CSP. Под этим следует понимать изготовление стальной полосы в установке прокатки тонкой полосы из тонкого сляба, которое позволяет обеспечить эффективное получение горячей полосы, когда жесткое соединение установки непрерывной разливки и прокатного стана и их температурный режим устанавливаются во всей установке.
Так, прокатные клети расположены сразу за разливочной машиной. За несколькими (например, двумя или тремя) черновыми клетями проводится промежуточный нагрев до определенной промежуточной температуры в контрольной точке или контрольной позиции перед чистовым станом с n клетями. Затем в чистовых клетях проводится дальнейшее формование до конечной толщины полосы. Перед чистовыми клетями могут находиться ножницы для удаления холодного слитка или для резки полосы (при определенных производственных условиях). Для обеспечения непрерывного режима ножницы могут потребоваться за прокатными клетями или перед группой намотки для резки на желаемый вес рулона. Ножницы непосредственно перед намоткой применяются для тонких полос, а другие ножницы - для резки более толстых полос. Кроме того, проводится охлаждение полосы до желаемой температуры намотки на отводящем рольганге.
При применении указанной установки разливки и прокатки (литейно-прокатной установки) возможен совмещенный, полностью непрерывный процесс разливки и прокатки (бесконечная прокатка). Однако из-за прямого сопряжения обоих процессов: разливки и прокатки, требуется высокая эксплуатационная готовность компонентов установки. При всех обстоятельствах следует избегать прекращения разливки.
Если при этом возникают колебания процесса, например, при старте разливки, при неисправностях, при колебаниях скорости и подобном, или если желаемую скорость разливки нельзя установить по другим причинам, то это имеет значительные негативные последствия для выпуска полосы и ее качества, что может привести к существенному экономическому ущербу.
Поэтому в основе настоящего изобретения стоит задача усовершенствовать способ указанного выше типа таким образом, чтобы при совмещенной разливке и прокатке можно было гарантировать непрерывный технологический процесс, и чтобы доля низкокачественной полосы при высокой эксплуатационной готовности установки оставалась по возможности низкой.
Решение этой задачи по изобретению характеризуется тем, что способ включает в себя следующие этапы:
a) ввода в систему автоматического управления функциональной связи между скоростью разливки или массовым потоком, рассчитываемым как произведение скорости разливки и толщины сляба или как произведение скорости полосы и толщины полосы, и температурой полосы за последней прокатной клетью, которая участвует в процессе формования, для разного числа активных прокатных клетей и разной конечной толщины;
b) определение или задание скорости разливки (v) или массового потока и передача определенных значений в систему автоматического управления;
c) автоматическое определение оптимального числа активных прокатных клетей и тем самым конечной толщины, которую можно получить прокаткой, и снижение толщины в прокатном стане на основе сохраненных на этапе a) функциональных характеристик в системе автоматического управления, чтобы при заданной скорости разливки или при заданном массовом потоке достичь желаемой температуры полосы за последней активной прокатной клетью;
d) при необходимости вывод ряда клетей прокатного стана, чтобы активным было только число прокатных клетей, определенное на этапе c).
При этом функциональная связь согласно этапу a) формируется как математическая модель. При этом следует принимать во внимание, что при изменении числа активных прокатных клетей изменяется конечная толщина полосы.
Одним усовершенствованием предусматривается, чтобы прокатываемая полоса перед чистовым прокатным станом нагревалась, и чтобы она имела определенную промежуточную температуру. Можно также предусмотреть, чтобы прокатываемая полоса охлаждалась, по меньшей мере, между двумя прокатными клетями чистового прокатного стана; при этом, в частности, предусматривают, чтобы полоса охлаждалась между последними прокатными клетями чистового прокатного стана.
Температура полосы может измеряться за последней активной прокатной клетью, и измеренное значение направляется в систему автоматического управления. Благодаря этому у системы автоматического управления имеется эффективная конечная температура полосы, так что при необходимости на нее можно повлиять в замкнутом контуре регулирования.
Способ подходит также, чтобы противостоять чрезвычайным происшествиям при совмещенной разливке и прокатке. В соответствии с этим, прокатную клеть можно вывести, когда в ней в течение заданного времени превышается заданная максимальная разность усилий прокатки, причем каждая выведенная прокатная клеть учитывается в вышеуказанном способе действия. Прокатную клеть можно вывести также и тогда, когда в ней превышено заданное интегральное значение разности усилий прокатки за какое-то время, причем выведенная прокатная клеть учитывается в вышеописанном способе действия.
Прокатную клеть можно вывести также и тогда, когда обнаружено, что полоса в этой прокатной клети имеет неровность, которая превышает заданную степень, причем каждая выведенная прокатная клеть учитывается в вышеописанном способе действия.
Кроме того, прокатную клеть можно выводить тогда, когда установлено, что маркировка поверхности полосы в этой прокатной клети превышает заданную степень, причем каждая выведенная прокатная клеть учитывается в вышеописанном способе действия.
Один вариант действий согласно изобретению предусматривает, чтобы на выведенной прокатной клети смена валков могла проводиться без остановки производства.
Наконец, возможно, чтобы при выходе из строя одной прокатной клети она выводилась, причем каждая такая прокатная клеть учитывается при вышеописанном способе действия.
ref
Таким образом, изобретение предусматривает, чтобы производилось автоматическое открытие прокатных клетей (в частности, чистовых прокатных клетей, за пунктом P), притом в зависимости от скорости разливки или от массового потока, чтобы обеспечить достаточно высокую конечную температуру прокатки, чтобы сохранить также требуемые свойства материала, и чтобы полосы имели достаточно высокое качество. Таким образом, работают не на желаемую конечную толщину полосы, а задают более значительную запасную толщину, причем в этом случае гарантируется высокое качество полосы и, в частности, нет опасности прекращения процесса. Итоговая толщина полосы получается из числа активных включенных прокатных клетей (чистового стана). Более высокая минимальная конечная толщина выбирается в зависимости от закономерностей изменения толщины полосы и числа активированных прокатных клетей, или устанавливается другая, лежащая выше этой кривой толщина в соответствии с требованиями к полосе.
При бесконечной прокатке уровень скорости разливки определяет температурный профиль во всей установке. При слишком низкой скорости разливки можно не удержать желаемые температуры чистовой прокатки и, тем самым, свойства материала. Соответственно, изобретение предусматривает возможность того, как можно подстраивать граничные условия к технологическим условиям, в частности, к скорости разливки.
При этом применяемые правила, то есть функциональные характеристики, закладываются в математическую модель, которая используется для управления или регулирования процесса.
Если скорость разливки или массовый поток превысят определенное указанное заданное значение, например, при проблемах в разливочной установке, в случае сложно отливаемых материалов, в процессе пуска, или когда разливочная машина не достигает свой предписанной скорости, то (чистовые) прокатные клети открываются, и устанавливается другая целевая толщина полосы. Кроме того, в таком случае можно установить устройства нагревания на скорректированный в определенных пределах уровень, чтобы достигалась необходимая конечная температура прокатки.
Прокатка с открытыми клетями может проводиться не только при низких скоростях разливки, чтобы достичь целевой конечной температуры прокатки, но также, если в чистовом стане происходят определенные происшествия. Здесь нужно назвать, в частности, следующее.
Одним возможным случаем, на который можно реагировать согласно изобретению, является отклонение полосы от центра клети. Если разность усилий прокатки превысит устанавливаемое пороговое значение (например, 2000 кН), и это превышение удерживается в течение также параметризуемого критического времени (например, 1 сек), то велика вероятность угрозы поломки валка. Этого следует избегать, чтобы не довести дело до прекращения разливки. После вывода проблемной клети проводится соответствующее увеличение толщины полосы в следующих клетях. Изменение параметров проводится в соответствии с закономерностями, какие описываются ниже на фиг.4 и фиг.5. После того как движение полосы устанавливается, или полоса снова будет центрирована, рабочие валки устанавливают в линию, и клеть снова вводится в процесс проката. Альтернативно для учета можно также применять весь интеграл произведения разности усилий прокатки и критического времени.
Следующим возможным случаем является установление или измерение повышенных неровностей полосы. При большой двухсторонней или односторонней неровности действуют аналогично вышеописанному способу действия, если неровность нельзя уменьшить другими быстрыми мерами, как, например, поворотом или введением изгиба рабочих валков.
Следующее применение идеи изобретения относится к маркировке поверхности полосы или рабочих валков. Если маркировка поверхности на полосе больше не является подходящей, то можно вывести клеть, валки которой вызывают ошибку или которые повреждены. То есть, в частности, как только начинается новая полоса, соответствующая клеть выводится, следующие клети корректируются в отношении толщины, и выбирается соответственно другая чистовая толщина для полосы, которая производится далее.
Кроме того, замена валков может осуществляться предложенным способом в ходе производства. Если замена валков обязательна, можно предусмотреть, чтобы широко открыть зазор между валками и провести замену валков, причем осуществляется способ согласно изобретению. После замены валков рабочие валки устанавливают на подходящее место полосы и снова вводят в процесс обжатия по толщине, а также соответствующим образом подстраивают конечную толщину прокатки, конечную скорость прокатки и температурный режим.
Предложенный способ можно применять, кроме того, если дело доходит до выхода из строя одной клети. Если, например, сломается привод клети, то можно действовать, как описано выше; соответствующую клеть тогда выводят, чтобы повреждение клети не имело отягчающих отрицательных последствий; последствия обнаруживаются скорее только в изменении толщины полосы, однако при этом полоса по-прежнему делается с безупречным качеством.
Это же справедливо в случае кратковременного простоя или неисправности прокатного стана. Если, несмотря на все меры предосторожности, нельзя избежать остановки прокатки, то можно автоматически переключиться на режим резки, пока неисправность не будет устранена. То есть, ножницы перед чистовым станом режут полосу во время простоя на мелкие куски или пластинки определенной длины, пока проблема не будет устранена.
Благодаря любому переключению или регулированию параметров обеспечивается высокая степень надежности процесса, так что можно избежать прекращения разливки. Это справедливо, в частности, при вводе в эксплуатацию производственной установки и при прокатке критических продуктов и форматов.
Поэтому предложенный способ дает существенные преимущества при изменении скорости разливки для сохранения желаемой или необходимой конечной температуры прокатки.
С предложенным способом действия можно избежать остановки разливки при неожиданных неисправностях в прокатном стане.
При этом используется взаимосвязь между скоростью разливки или массовым потоком, конечной температурой прокатки и числом используемых клетей.
Охлаждение полосы внутри чистового стана при открытых чистовых клетях создает расширенный участок охлаждения, что выгодно.
При начале разливки или для съема секций полосы неравной толщины можно использовать ножницы.
На чертежах показаны примеры осуществления изобретения.
Показано:
фиг.1 - схема совмещенной установки разливки и прокатки, в соответствии с первой конструктивной формой изобретения, с разливочной машиной, черновым станом и чистовым станом,
фиг.2 - альтернативное фиг.1 выполнение совмещенной установки разливки и прокатки,
фиг.3 - следующее альтернативное фиг.1 компактное выполнение совмещенной установки разливки и прокатки,
фиг.4 - заложенная в систему автоматического управления функциональная зависимость конечной температуры полосы как функции скорости разливки или массового потока для разного числа активных чистовых прокатных клетей,
фиг.5 - изменение конечной толщины полосы в зависимости от числа активных чистовых прокатных клетей и
фиг.6 - изменение толщины полосы в зависимости от числа активных чистовых прокатных клетей при более высокой нагрузке на чистовые прокатные клети.
На фиг.1 изображена схема совмещенной установки разливки и прокатки, на которой получают полосу 1. Установка содержит разливочную машину 2, на которой непрерывной разливкой отливается сляб 3. Сляб 3 выходит из кристаллизатора 9 вертикально вниз и известным образом изменяет направление на горизонтальное. Здесь расположен первый прокатный стан 4 с двумя прокатными клетями 6. К нему примыкают первые ножницы 10, нагревательное устройство 11 индуктивного нагрева или печь с роликовым подом, а также вторые ножницы 12.
За вторыми ножницами 12 начинается чистовой прокатный стан 5, который имеет n чистовых прокатных клетей 7. За чистовым прокатным станом 5 находится участок охлаждения 13, причем перед ним и за ним находятся ножницы 14 и 15. За концом установки известным образом следуют моталки 16.
E
Еще раз отметим, что определяющим параметром процесса является скорость разливки v, с которой заготовка выходит из установки непрерывной разливки 2. Кроме того, важным критерием является массовый поток, выражаемый как произведение скорости разливки v на толщину сляба H (ширина и толщина продукта с хорошим приближением считаются постоянными). В конце установки сляб 3 прокатывается в полосу 1 с конечной толщиной d.
Не показаны пирометры, какими можно измерять температуру T за отдельными чистовыми клетями 7. Между некоторыми прокатными клетями 7 расположены отдельные устройства охлаждения 18.
Установка, показанная на фиг.2, отличается от установки по фиг.1 только числом прокатных клетей 6 чернового стана 4. В решении, согласно фиг.3, прокатный стан является очень компактным, и участок нагревания 11 короче и выполнен как индукционный нагрев. Перед компактным чистовым станом, в соответствии с фиг.3, можно также альтернативно расположить традиционную выравнивающую печь или нагревательную печь.
ref
ref
Во всех трех случаях задается контрольная позиция P, которая находится непосредственно перед чистовым станом 5. При числе клетей более пяти за контрольной позицией P справедлив тот же способ действия. Однако дополнительные клети требуют более высокого массового потока.
Система автоматического управления 8, как видно из фиг.1, регистрирует скорость разливки v или массовый поток v × H и температуры T на выходе из чистовой прокатной клети 7 чистового стана 5 или задает эти данные. Система автоматического управления 8 может влиять на включение отдельных прокатных клетей 6, 7 и, в частности, открывать заднюю прокатную клеть 7 чистового стана 5, если это технологически оправданно.
Как уже пояснялось, применяемые правила, т.е. функциональные характеристики, заложены в системе автоматического управления 8 в математической модели, которая привлекается к управлению или регулированию процесса. Применяемые закономерности, в частности, для связи между скоростью разливки v или массовых потоков v × H (как произведение скорости разливки v на толщину сляба H) и температурой на выходе из чистового стана T задаются при этом, как видно на фиг.4, для разного числа клетей. Иллюстрация на фиг.4 дает также зависимость между скоростью разливки или массовым потоком и температурой, достигаемой за последней активной клетью, причем это показано для разного числа активных прокатных клетей.
ref
ziel
Следует упомянуть, что иллюстрация на фиг.4 дается, разумеется, в качестве конкретного случая применения; для других случаев применения будет другой ход кривых. В примере осуществления, согласно фиг.4, речь идет о мягкой углеродистой стали, которая имеет среднюю температуру перед чистовыми клетями (в контрольной позиции P) 1200°C и которая при толщине литья 70 мм за установкой непрерывной разливки имеет промежуточную толщину от 8 до 18 мм. Максимальная ширина полосы для этой установки составляет около 1600 мм. С точки зрения оптимальной технологии обработки для этой стали требуется, например, целевая температура чистовой прокатки 850°C, что показано горизонтальной пунктирной линией. Для заданной скорости разливки или для заданного массового потока (v × H) по уровню целевой температуры (горизонтальная линия T) можно узнать число используемых клетей. Целевая температура чистовой прокатки варьируется в зависимости от материала.
ref
ziel
Показанные на фиг.4 количественные зависимости справедливы для ширины разброса массового потока v × H ±20%, промежуточной температуры < 1300°C в точке P, промежуточной толщины 8-18 мм, толщины сляба 50-100 мм, и конечная температура прокатки T может варьироваться в зависимости от материала.
E
Достигаемая минимальная конечная толщина d полосы 1, получающаяся при использовании определенного числа n чистовых клетей 7, видна из фиг.5. Показанный здесь график также относится к конкретному случаю и показывает мягкую углеродистую сталь с технологическими данными, указанными при пояснении фиг.4.
E
При этом чистовые клети могут испытывать более сильную нагрузку, так что при заданном числе n активных прокатных клетей достижима также меньшая толщина полосы d. Эта ситуация показана на фиг.6: если прокатные клети испытывают более сильную нагрузку, то верхняя кривая на фиг.6 опускается в направлении на нижнюю кривую, что показано стрелкой.
При более высокой прочности материала или при более широкой полосе кривая сдвигается в направлении большей конечной толщины, чтобы удерживать нагрузку в допустимых границах.
E
ref
Для представленного примера осуществления справедливо, что исходя из толщины отливки 70 мм достигается промежуточная толщина, которая перед чистовым станом составляет, в зависимости от используемого числа черновых клетей и выбранного распределения толщины, примерно 8-18 мм. Дальнейшее обжатие осуществляется в чистовом стане до готовой толщины полосы d, которая зависит от числа клетей, используемых за контрольной позицией P. Здесь также достижимая минимальная конечная толщина варьируется в зависимости от размеров клети и приводов или от границ процесса и установки.
Может оказаться технологически выгодным, если прокатываемая полоса подвергается промежуточному нагреву. Изменения представленного хода кривых могут в таком случае учитываться соответствующим образом в математической модели.
Заложенная математическая модель способна к обучению; параметры могут адаптироваться в зависимости от измеренной температуры чистовой прокатки и других технологических параметров. Кроме того, оказывается, что ход кривых меняется в зависимости, например, от используемого количества охлаждающей воды, количества воды для снятия окалины, расстояния между клетями, диаметра рабочих валков и температуры прокатки или также от прочности материала.
Разливочная установка 2 непрерывно снабжает материалом расположенный за ней прокатный стан 4, 5. Для процесса литья, а также для нормального производственного режима определение технологических параметров осуществляется в зависимости от регулируемой скорости разливки или массового потока (произведение толщины сляба на скорость).
При этом для мягкой углеродистой стали режим, определяемый системой автоматического управления 8, предусматривает, например, следующее (при этом толщина отливки может быть не равна вышеуказанным 70 мм):
- при массовом потоке H × v меньше 280 мм м/мин: непригодный режим, т.е. резка полосы или резка пластин ножницами перед чистовым станом,
ref
- при массовом потоке H × v между 280 и 380 мм м/мин: хорошая полоса, которую можно прокатать начисто с 2 чистовыми клетями (за P), и установка мощности нагревания (индукционный нагрев, печь) перед чистовым станом или мощности промежуточного нагрева так, чтобы можно было установить желаемую конечную температуру прокатки, здесь 850°C,
ref
- при массовом потоке H × v между 380 и 450 мм м/мин: хорошая полоса, которую можно прокатать начисто с 3 чистовыми клетями (за P), и установка конечной температуры прокатки с помощью подходящего промежуточного нагрева,
ref
- при массовом потоке H × v между 450 и 560 мм м/мин: хорошая полоса, которую можно прокатать начисто с 4 чистовыми клетями (после P), и установка конечной температуры прокатки с помощью подходящего промежуточного нагрева,
ref
- при массовом потоке H × v больше 560 мм м/мин: хорошая полоса, которую можно прокатать начисто с 5 чистовыми клетями (за P), и установка конечной температуры прокатки, здесь 850°C, с помощью подходящего промежуточного нагрева.
ref
Для сохранения желаемого качества поверхности полосы при этом исходят из максимальной контрольной температуры в позиции P 1200°C.
Чтобы оптимизировать охлаждение готовой полосы, прежде всего при нескольких открытых клетях, и обеспечить как можно более раннее охлаждение готовой полосы, предусмотрены межклетьевые устройства охлаждения 18 между последними клетями. Они применяются для улучшения свойств продукта. Соответствующая желаемая конечная температура прокатки готовой полосы отслеживается за соответствующей последней активной прокатной клетью пирометрами.
Если должна достигаться более высокая конечная температура прокатки, чем, например, 850°C (какая требуется в примере осуществления), то в соответствии с изображенным на фиг.4 эффект достижения температуры возможен путем открытия одной клети; таким образом, в этом случае чистовая прокатка проводится в меньшем на единицу числе клетей. "Скачок температуры" получается, как видно из фиг.4, благодаря открытию клети, при заданной скорости разливки или при заданном массовом потоке, с одной кривой на следующую кривую, которая воспроизводит процесс при числе клетей на единицу меньшем.
Как правило, оптимальная или максимальная скорость разливки для разных материалов известна из опыта, так что с самого начала можно выбрать правильные предписываемые величины. Например, при достижимой скорости разливки около 6,5 м/мин и толщине отливки 70 мм последнюю клеть чистового стана поднимают, чтобы ближе подойти к целевой температуре в чистовом стане. То есть в черновых клетях прокатывают до промежуточной толщины 8-18 мм, и затем, как правило, проводится чистовая прокатка со всего 4 чистовыми клетями.
Этот образ действий можно запланировать заранее. Однако в случае проблем в установке непрерывной разливки и при связанном с этим снижением скорости разливки происходит изменение толщины в пределах одной полосы. После того как процесс разливки будет снова стабилизирован и скорость разливки превысит заданное минимальное значение, снова проводятся установки в соответствии с фиг.4, как только начнется прокатка новой полосы. Область полосы с "неправильной" толщиной будет сохранена в памяти, чтобы позднее эту часть полосы можно было вырезать.
Под подъемом прокатной клети здесь понимается, что рабочие валки клети настолько отводятся друг от друга, что в этой прокатной клети никакой прокатки сляба или полосы не происходит.
Список позиций для ссылок
1 полоса
2 разливочная машина
3 сляб
4 прокатный стан
5 прокатный стан
6 прокатная клеть
7 прокатная клеть
8 система автоматического управления
9 кристаллизатор
10 ножницы
11 нагревательное устройство
12 ножницы
13 участок охлаждения
14 ножницы
15 ножницы
16 моталка
17 устройство для удаления окалины
18 устройство охлаждения
v скорость разливки
H толщина сляба
E
d конечная толщина полосы
T температура полосы
n число активных прокатных клетей
krit
t критическое время
W
ΔF разность усилий прокатки
ref
P контрольная позиция