СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОГО ПРОКАТА ИЗ СЛИТКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ НА МАШИНЕ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ (МНЛЗ) КРИВОЛИНЕЙНОГО ТИПА
METHOD OF PRODUCING HOT-ROLLED STOCK FROM INGOTS MADE AT CURVED-TYPE CONTINUOUS CASTING MACHINE (CCM)

Изобретение касается металлургии, в частности непрерывного литья заготовок и их последующей прокатки.
Известен способ изготовления горячекатаного проката из полученной непрерывным литьем заготовки (см. патент Украины №41954, МПК8 В21В 1/46, B22D 11/128, 11/14, от 12.04.1996 г., опубл. 12.11.1999 г.).
В соответствии с патентом после выхода из машины непрерывного литья заготовку подают к подогревательной и термостатирующей печам для нагрева до необходимой температуры и выравнивания температуры по ее длине и сечению, а затем ее передают в подвижные термостатические печи и дальше в прокатный стан.
Признаками аналога, сходными с существенными признаками заявляемого изобретения, являются формирование в кристаллизаторе поверхностного слоя слитка, вытягивание слитка из кристаллизатора, отделение заготовки от слитка.
Недостатком аналога являются значительные расходы энергоносителей, обусловленные несовершенством технологии получения заготовки, в частности обязательной ее кристаллизацией и необходимостью подогрева, а также большие объемы (тоннаж) оборудования и потребность в значительных производственных площадях для его расположения.
Известен способ получения сортовых профилей, включающий нагрев слитков, обжатие их в блюмы на обжимных станах, обжатие заготовок в клетях непрерывно-заготовочных станов (НЗС) (или получение заготовок разливкой металла на МНЛЗ), причем по завершении обжатия на НЗС и выхода раската из чистового калибра заготовка в отличие от обычной технологии не режется ножницами на мерные длины, а сворачивается в спираль (см. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук «Разработка и исследование процесса формирования крупнотоннажной заготовки с целью получения из нее сортового проката», А.Н.Марков, Днепропетровск, 1980 г.).
В дальнейшем в сортовых цехах спиральные заготовки большой массы нагревают в печах, разматывают специальным устройством и прокатывают на непрерывном стане по существующим калибровкам и режимам обжатия.
При этом в способе по прототипу не различают процесс образования спиральной заготовки, полученной прокаткой на непрерывно-заготовочных станах, и заготовки, полученной на МНЛЗ.
Существенными признаками прототипа, сходными с существенными признаками заявляемого изобретения, является формирование в кристаллизаторе поверхностного слоя слитка, вытягивание слитка из кристаллизатора, формирование слитка в цилиндрическую спираль, отделение заготовки от слитка и прокатка выпрямленных заготовок.
Недостатком прототипа является то, что непрерывнолитой слиток сворачивают в спираль после его выпрямления и окончания кристаллизации слитка, что требует дополнительного нагрева заготовки перед обжатием.
Таким образом, недостатком прототипа является нерациональное использование теплосодержания жидкой стали, значительные расходы энергоносителей, обусловленные несовершенной технологией получения заготовки, которая нуждается в обязательной кристаллизации, и необходимостью последующего подогрева заготовки, а также большой тоннаж оборудования и потребность в значительных производственных площадях для его размещения.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ производства горячекатаного проката из слитков, полученных на машине непрерывного литья (МНЛЗ) криволинейного типа путем сокращения цикла производственных операций и уменьшения потерь теплосодержания за счет использования заготовки с повышенным, по сравнению с традиционной технологией, теплосодержанием, что позволяет отказаться от дополнительного ее нагрева или подогрева в нагревательных печах перед прокаткой, а также за счет исключения из производственного цикла операций нагрева и сокращения времени транспортировки заготовок между агрегатами, что позволяет уменьшить потери теплосодержания заготовок, благодаря чему способ обеспечивает значительный энергосберегающий эффект.
Поставленная задача решается тем, что в способе производства горячекатаного проката из слитков, полученных на машине непрерывного литья (МНЛЗ) криволинейного типа, включающем формирование в кристаллизаторе поверхностного слоя слитка, вытягивание слитка из кристаллизатора, формирование слитка в цилиндрическую спираль, отделение заготовки от слитка и прокатку выпрямленной заготовки, согласно изобретению непрерывнолитой слиток, сформированный в цилиндрическую спираль, после выхода с МНЛЗ вводят в теплоизолирующее устройство на скорости разливки металла МНЛЗ, отделяют заготовку от слитка, термостатируют с одновременной транспортировкой к прокатному стану и последующей подачей заготовки на скорости прокатки в прокатный стан, при этом термостатирование выполняют при температуре, близкой к температуре кристаллизации металла, а слиток вводят в теплоизолирующее устройство по винтовой траектории, соединяя эту операцию с выдачей слитка из МНЛЗ, после чего отделяют заготовку от слитка и транспортируют ее в теплоизолирующем устройстве к прокатному стану, придавая заготовке колебательные движения с амплитудой от 1,5 R до 6,0 R, где R - радиус цилиндрической спирали, при этом заготовку выдают из теплоизолирующего устройства в прокатный стан по винтовой траектории со скоростью, тождественной скорости прокатки в первой клети прокатного стана.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Использование заготовки, которая на стадии отделения от непрерывнолитого слитка имеет температуру, близкую к температуре кристаллизации металла, то есть на некоторой части своей длины может иметь жидкотвердую или твердожидкую сердцевину, позволяет получить значительно более высокое среднее теплосодержание единицы длины заготовки по сравнению с традиционной технологией.
Сокращение цикла производственных операций с момента поступления переднего торца заготовки в теплоизолированное пространство и к моменту выхода всей заготовки из теплоизолированного пространства в процессе выдачи ее в прокатку достигается благодаря исключению из технологической цепочки операции нагрева заготовки, минимизации длины пути от МНЛЗ к прокатному стану, совмещению операций выдачи заготовки из МНЛЗ с загрузкой ее в теплоизолированное пространство и операции выдачи заготовки из теплоизолированного пространства с прокаткой ее в черновой группе. Сокращение цикла производственных операций позволяет уменьшить потери теплосодержания заготовки, пропорциональные времени их выполнения.
К тому же сокращение цикла достигается специальным режимом вращательных и поступательных скоростей сверхдлинной заготовки (то есть длиннее в 10 раз и более, чем традиционная заготовка), выполненной в виде винтовой цилиндрической спирали, а именно:
- с момента выхода непрерывнолитого слитка из МНЛЗ и пересечения границы теплоизолированного пространства ее передним торцом и до момента отделения заготовки от непрерывнолитого слитка слиток движется со скоростью вращения, тождественной скорости разливки на МНЛЗ;
- с момента отделения заготовки от непрерывнолитого слитка и до пересечения задним торцом границы теплоизолированного пространства движение винтовой спирали ускоряется для создания условий своевременной замены заполненного винтовой спиралью теплоизолирующего устройства на следующее (пустое).
При завершении предыдущего периода заготовка тормозится.
В дальнейшем в процессе транспортировки заготовки в теплоизолирующем устройстве к прокатному стану и ожидании выдачи заготовки в прокатку ей придают колебательные движения с амплитудой от 1,5 R до 6,0 R, где R - радиус винтовой спирали, в которую сформирована заготовка.
Такой диапазон обусловлен необходимостью предотвратить локальное охлаждение заготовки в местах ее контакта с поддерживающими элементами.
При амплитуде меньше чем 1,5 R длина дуги спирали, которая контактирует с поддерживающими элементами, слишком мала, что приводит к нежелательному уровню локального охлаждения заготовки в местах ее контакта с поддерживающими элементами.
В случае, когда амплитуда колебания большая чем 6,0 R возникает потребность увеличивать габариты теплоизолирующего оборудования, что уменьшает эффективность способа.
С началом выдачи заготовки, сформированной в винтовую спираль, в прокатку она движется наружу из теплоизолированного пространства по винтовой траектории со скоростью, близкой к скорости прокатки в первой клети прокатного стана, за счет чего лучше сохраняется ее теплосодержание и исключается охлаждение заготовки в местах ее контакта с поддерживающими элементами.
Использование сверхдлинной заготовки, сформированной в виде винтовой цилиндрической спирали, позволяет уменьшить объем теплоизолированного пространства, необходимого для размещения заготовки. Компактная форма заготовки и теплоизолирующего устройства обеспечивает уменьшение потерь тепла в окружающее пространство по сравнению с использованием традиционной линейной формы заготовки. К тому же использование заготовки линейной формы нуждается в значительно большей производственной площади и массе оборудования на единицу длины заготовки.
Таким образом, положительный эффект от применения заявленного способа достигается благодаря использованию сверхдлинной заготовки, сформированной в виде винтовой спирали с повышенным уровнем теплоемкости и расположенной в теплоизолированном пространстве, и сокращению производственного цикла в результате совмещения производственных операций в промежуток времени между выходом заготовки из МНЛЗ и началом прокатки заготовки в прокатном стане.
Способ производства горячекатаного проката из слитков, полученных на машине непрерывного литья (МНЛЗ) криволинейного типа, реализуется следующим образом.
Непрерывнолитой слиток, имеющий температуру, близкую к температуре кристаллизации металла, выдается из машины непрерывного литья заготовок в виде винтовой цилиндрической спирали, направляется в теплоизолирующее устройство по винтовой траектории и постепенно заполняет его. Скорость вращения спирали при этом равняется скорости разливки стали на МНЛЗ, а ее поступательное движение определяется скоростью вращения спирали и углом наклона винтовой линии, по которой двигается спираль.
При достижении заданной длины спирали ее отделяют от слитка и дальше она имеет название «заготовка».
С момента отделения от слитка заготовка движется с ускорением, что дает возможность сократить время нахождения хвостовой части вне теплоизолированного пространства.
С момента прохождения границы теплоизолированного пространства хвостовым торцом заготовки она тормозится и переходит в режим колебательного движения с амплитудой, что исключает локальное охлаждение зон спирали, которые контактируют с поддерживающими элементами оборудования.
По завершении периода транспортировки заготовки к прокатному стану и ожиданию начала ее прокатки заготовка ускоряет движение по винтовой траектории в направлении к прокатному стану до величины скорости вращения, тождественной скорости прокатки в первой клети, и поддерживает эту скорость до выхода всей спирали из теплоизолированного пространства.
В непосредственной близости от прокатного стана на выходе из теплоизолирующего устройства передний конец заготовки захватывают специальным устройством и разгибают так, чтобы на входе в первую прокатную клеть сортового стана заготовка не имела кривизны.
По ходу прокатки таким образом непрерывно разгибают новые части по длине заготовки, пока последний виток спирали не выйдет из теплоизолирующего устройства и не будет полностью выпрямлен.
На сортовом стане заготовку прокатывают на профили нужного размера по обычной технологии.
Использование способа позволяет отказаться от дополнительного нагрева или подогрева заготовки в нагревательных печах перед прокаткой, что обеспечивает значительный энергосберегающий эффект за счет лучшего использования тепла жидкой стали и уменьшения потерь теплосодержания заготовок, пропорциональных времени их транспортировки.