СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОРЯЧЕКАТАНОЙ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ
PLANT AND PROCESS FOR ENERGY-EFFICIENT PRODUCTION OF HOT-ROLLED STRIP

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу непрерывного или полунепрерывного изготовления горячекатаной стальной полосы, которая, исходя из выводимого через слябовое направляющее устройство сляба, подвергается прокатке в обжимном прокатном стане до промежуточной полосы, и затем последовательно в стане чистовой прокатки до готового полосового проката, согласно Пункту 1 патентной формулы, а также к соответствующей этому установке для исполнения этого способа согласно Пункту 19 патентной формулы.
О непрерывном изготовлении, или «бесконечной прокатке», говорят, когда литейная установка связана с прокатной установкой таким образом, что отлитый в кристаллизаторе сляб непосредственно - без отделения готовой отлитой части сляба и без промежуточного хранения - направляется в прокатную установку и там подвергается прокатке до желательной в каждом случае конечной толщины. Таким образом, уже начало сляба может быть прокатано до стальной полосы с готовой конечной толщиной, в то время как литейная установка продолжает отливать такой же сляб, то есть, вообще без того, чтобы существовал конец сляба. Также говорят о непосредственно связанной работе, или бесконечной работе литейной и прокатной установок.
При полунепрерывном изготовлении, или, соответственно, «полубесконечной прокатке», отлитый сляб после литья отделяют, и отделенные слябы или, соответственно, плоские заготовки, без промежуточного хранения и охлаждения до температуры окружающей среды направляют в прокатную установку.
Выходящий из кристаллизатора литейной установки сляб сначала проходит через следующее непосредственно после кристаллизатора слябовое направляющее устройство. Слябовое направляющее устройство, называемое также «слябовым направляющим корсетом», включает многочисленные (обычно от трех до шести) направляющие сегменты, причем каждый направляющий сегмент имеет одну или несколько (обычно от трех до десяти) пар направляющих элементов, преимущественно выполненных в виде опорных роликов для сляба. Опорные ролики могут вращаться вокруг оси, проходящей перпендикулярно направлению транспортирования сляба.
Вместо опорных роликов для сляба могут быть использованы отдельные направляющие элементы, выполненные также в виде неподвижных деталей, например, в форме полозьев.
Независимо от конкретного варианта исполнения направляющих элементов, они размещены по обе стороны сляба относительно поверхностей по его ширине таким образом, что сляб пропускается через верхние и нижние серии направляющих элементов и подается в обжимной стан черновой прокатки.
Точнее говоря, сляб поддерживается не только слябовым направляющим устройством, но также уже нижним торцевым участком кристаллизатора, вследствие чего кристаллизатор также можно было бы рассматривать как часть слябового направляющего устройства.
Затвердевание сляба начинается на верхнем конце (проточного) кристаллизатора у поверхности ванны, на так называемом «мениске», причем кристаллизатор типично имеет длину около 1 м (0,3-1,5 м).
Сляб выходит из кристаллизатора вертикально вниз и изменяет направление на горизонтальное. Поэтому слябовое направляющее устройство имеет дугообразный профиль с углом поворота по существу на 90°.
Сляб, выходящий из слябового направляющего устройства, подвергается черновой прокатке в обжимном прокатном стане (HRM, прокатный стан с высокой степенью обжатия) с сокращением толщины, образованная при этом промежуточная полоса нагревается с помощью нагревательного устройства и окончательно прокатывается в прокатном стане чистовой прокатки. В прокатном стане чистовой прокатки происходит горячая прокатка, то есть, прокатываемая полоса при прокатке имеет температуру выше температуры ее рекристаллизации. Для стали она составляет значение в диапазоне выше примерно 750°С, обычно же горячая прокатка выполняется при температурах до 1200°С.
При горячей прокатке стали металл находится главным образом в аустенитном состоянии, в котором атомы железа размещены в кубической гранецентрированной решетке. О прокатке в аустенитном состоянии говорят тогда, когда температура как начала, так и окончания прокатки находится в аустенитной области данной конкретной стали. Аустенитная область стали зависит от состава стали, но, как правило, составляет выше 800°С.
Решающими параметрами в процессе изготовления горячекатаной стальной полосы из комбинированных установок литья-прокатки являются скорость литья, с которой сляб покидает кристаллизатор (и проходит через слябовое направляющее устройство), а также массовый расход, или, соответственно, объемный расход, который задается как произведение скорости литья на толщину сляба, и обычно выражается единицей [мм×м/мин].
Полученные стальные полосы, помимо всего прочего, впоследствии подвергаются переработке для автомобилей, предметов домашнего обихода и строительства.
Уровень техники
Из прототипа уже известно непрерывное и полунепрерывное изготовление горячекатаных стальных полос. Ввиду сочетания литейной установки и прокатной установки настоятельной технологической необходимостью представляется управление всеми без исключения параметрами установки. Модификации процесса литья и прокатки, в частности, изменением скорости литья в комбинации с толщиной сляба, а также специфических для материала и регулируемых охлаждением коэффициентов затвердевания, оказывают значительное влияние на качество изготовления и эффективность энергопотребления установки.
Соответствующие данному типу способ и, соответственно, установки известны, например, из патентных документов ЕР 0415987 В1, ЕР 1469954 В1, и DE 10 2007058709 А1 и WO 2007/086088 А1 или RU 2166387 С2.
Значительные успехи в технологии горячей прокатки были достигнуты, в частности, фирмой Acciaieria Arvedi S.p.A., которая разработала основывающийся на ISP-технологии (поточного производства полос) способ бесконечного получения тонких
листовых заготовок под наименованием Arvedi ESP (производство бесконечной полосы).
С помощью этой технологии может быть без проблем намотки изготовлена стальная полоса с толщиной менее 0,8 мм, причем по всей ширине и длине стальной полосы могут быть обеспечены единообразные и воспроизводимые механические свойства.
В этом ESP-способе процессы литья и прокатки объединены друг с другом особенно благоприятным путем так, что последующая холодная прокатка для многих горячекатаных стальных листовых изделий уже больше не требуется. В случае таких горячекатаных стальных листовых изделий, для которых все же необходима последующая холодная прокатка, может быть сокращено число прокатных клетей сравнительно с традиционными прокатными станами.
Например, ESP-установка для изготовления горячекатаной полосовой стали, обнародованная на Конференции по прокатке и обработке 2008 года (сентябрь) и смонтированная в фирме Arvedi, Кремона, Италия, включает последующий после установки для литья сляба обжимной стан черновой прокатки с тремя прокатными клетями черновой прокатки, два устройства для разделения полос, индукционную печь для промежуточного нагрева подвергнутой черновой прокатке промежуточной полосы, с последующим прокатным станом чистовой прокатки с пятью прокатными клетями чистовой прокатки. Выходящая из обжимного стана черновой прокатки готовая полоса охлаждается на участке охлаждения и с помощью трех подпольных моталок наматывается в рулоны ленты с весом до 32 тонн. Перед подпольными моталками расположено разделительное устройство в форме быстродействующих ножниц. В зависимости от сортов стали и толщин прокатанной стальной полосы, производственная мощность этой одностренговой производственной линии составляет около 2 миллионов тонн в год. Эта установка приблизительно описана также в следующих публикациях: авторов Hohenbichler и др., «Arvedi ESP - technology and plant design» («Arvedi ESP - технология и конструкция установки»), Millenium Steel 2010, 1 марта 2010 года, страницы 82-88, Лондон, и авторов Siegl и др., «Arvedi ESP - First Tin Slab Endless Casting and Rolling Results» («Технология Arvedi ESP - первые результаты непрерывного литья и прокатки тонкого сляба»), 5th European Rolling Conference («5-ая Европейская конференция по прокатке»), Лондон, 23 июня 2009 года.
Установка подобного рода позволяет в режиме непрерывного производства изготавливать горячекатаные полосы с конечной толщиной между 0,8 и 4 мм. В режиме полунепрерывной работы могут быть изготовлены рулоны стальной полосы с конечными толщинами полосы между 4 и 12 мм, однако, согласно расчетам авторов настоящего изобретения, для малоуглеродистых сталей в режиме непрерывного производства требуется минимальная в расчете на ширину пропускная способность около 450 мм×м/мин, чтобы в прокатном стане чистовой прокатки могли быть задействованы все пять прокатных клетей чистовой прокатки.
Ниже этой минимальной пропускной способности могут быть использованы только четыре прокатных клети чистовой прокатки, причем для сортов стали, которые вследствие специфических требуемых свойств материала должны отливаться медленнее, едва ли достигается объемный расход на уровне 400 мм×м/мин. При необходимом по производственно-технологическим соображениям более сильном охлаждении горячекатаной стальной полосы (промежуточной полосы), даже при величинах объемного расхода в диапазоне 400-450 мм×м/мин, становится сомнительным применение четырех прокатных клетей чистовой прокатки, и, соответственно, показано использование только трех прокатных клетей чистовой прокатки.
Недостатком оказалась, в частности, слишком большая длина слябового опорного участка, составляющая 17 м, которая, более точно, соответствует называемому «металлургической длиной» расстоянию между зоной разливки из кристаллизатора, точнее говоря, между называемой «мениском» поверхностью ванны жидкой стали и обращенным к обжимному стану черновой прокатки концом слябового направляющего устройства.
Как уже было описано вначале, слябовое направляющее устройство между направляющими элементами и, соответственно, слябовыми опорными роликами, образует частично изогнутый приемный ручей для подхватывания свежеотлитого (еще содержащего жидкую сердцевину) сляба.
Таким образом, в данной ситуации под концом слябового направляющего устройства понимают предусмотренную для контакта со слябом активно направляющую поверхность или, соответственно, образующую последнего направляющего элемента, обращенного к обжимному стану черновой прокатки, или, соответственно, последнего опорного ролика верхней серии направляющих элементов.
Длина слябового опорного участка в 17 м приводит к тому, что сердцевина поперечника сляба еще до выхода сляба, а именно уже за несколько метров до конца слябового направляющего устройства, полностью затвердевает. Известное из ISP-способа технологическое в плане переработки преимущество горячей сердцевины стальной полосы тем самым не достигается или же проявляется лишь в недостаточной мере. Прокатка полностью затвердевшего насквозь и, соответственно, более холодного отлитого сляба требует гораздо большего расхода энергии, чем прокатка отлитого сляба с очень горячей сердцевиной поперечника.
По мере удаления от мениска сляб или, соответственно, находящаяся в своей исходной форме стальная полоса, транспортируемая в слябовом направляющем устройстве, все более и более охлаждается. Та внутренняя область сляба, которая еще является жидкой или, соответственно, имеет тестообразную полужидкую консистенцию, в дальнейшем будет обозначаться как жидкостный зумпф. Наиболее удаленная от кристаллизатора «вершина зумпфа» жидкостного зумпфа определяется как та расположенная в центре поперечного сечения область сляба, в которой температура еще в значительной степени соответствует как раз температуре солидуса стали, и затем падает ниже этого значения. Поэтому температура вершины зумпфа соответствует температуре солидуса данного сорта стали (как правило, между 1300°С и 1535°С).
Для величин объемного расхода ниже 380-400 мм×м/мин до сих пор в ISP- или ESP-способе имело место только изготовление в периодическом режиме («прерывная работа»).
Известные из прототипа способы CSP (компактное производство полосы) работают при толщинах сляба 45-65 мм, также с величинами объемного расхода ниже, чем около 400 мм×м/мин, при использовании печи с роликовым подом с длиной 250 м и более, причем происходит исключительно изготовление в периодическом режиме («прерывная работа») или полунепрерывное изготовление. При последнем выполняется бесконечная прокатка 3-6 разделенных (больше не связанных с литейной установкой и, соответственно, кристаллизатором) слябов или, соответственно, плоских заготовок.
2
В патентном документе ЕР 0 889 762 В1 для бесконечных литья и прокатки горячекатаной полосы предложена величина объемного расхода >0,487 мм/мин (в пересчете на упомянутую вначале общеупотребительную единицу: >487 мм×м/мин). Однако литье при столь высоком объемном расходе со сравнительно малой толщиной сляба для многих сортов стали оказывается слишком быстрым, чтобы оно могло обеспечить достаточное качество готовой продукции.
Сущность изобретения
В условиях все ужесточающихся требований к рентабельности и производству становится актуальной дальнейшая оптимизация изготовления горячекатаной стальной полосы.
В частности, должна быть заметно повышена эффективность использования энергии установок обсуждаемого типа для изготовления горячекатаной стальной полосы, и тем самым обеспечена возможность более экономичного производства.
Чтобы оптимально использовать теплоту этапа литья во время процесса производства горячекатаной полосовой стали, должно быть обеспечено то, чтобы вершина зумпфа, то есть именно еще тестообразная полужидкая сердцевина поперечника сляба, транспортируемого в слябовом направляющем устройстве, постоянно находилась как можно ближе к концу слябового направляющего устройства, и тем самым по возможности близко ко входу в обжимной стан черновой прокатки.
Поэтому в основу изобретения положена задача найти для многочисленных сортов стали, параметров охлаждения и толщин слябов такие параметры литья и характеристики установки, при которых вершина зумпфа в слябе могла бы удерживаться в отдалении от кристаллизатора, то есть, по возможности близко к концу слябового направляющего устройства.
При такой постановке задачи необходимо принимать во внимание, что в зависимости от специфического для материала коэффициента затвердевания и предусмотренной в каждом случае толщины сляба, скорость литья и, соответственно, величина пропускаемого через слябовое направляющее устройство объемного расхода также не могут быть слишком высокими, поскольку в таком случае могло бы происходить смещение вершины зумпфа наружу за пределы слябового направляющего устройства, и тем самым вспучивание и растрескивание сляба.
Эта задача решена с помощью способа с признаками согласно Пункту 1 патентной формулы, и установки с признаками согласно Пункту 19 патентной формулы.
Способ непрерывного или полунепрерывного изготовления горячекатаной стальной полосы, которая, исходя из выводимого через слябовое направляющее устройство сляба, подвергается прокатке в обжимном стане черновой прокатки до промежуточной полосы, и затем последовательно в прокатном стане чистовой прокатки до готового полосового проката, соответственно изобретению включает следующие технологические этапы:
- литье сляба в кристаллизаторе литейной установки, причем выходящий из кристаллизатора и поступающий в слябовое направляющее устройство сляб имеет толщину сляба между 95 и 110 мм, предпочтительно толщину сляба между 102 и 108 мм, и причем сляб в режиме обжатия с жидкой сердцевиной (LCR) посредством последующего слябового направляющего устройства при жидкой сердцевине поперечника сляба обжимается до толщины сляба между 60 и 95 мм, предпочтительно до толщины сляба между 70 и 85 мм,
- причем длина слябового опорного участка, измеренная между мениском, то есть, поверхностью ванны литейной установки, и обращенным к обжимному стану черновой прокатки концом слябового направляющего устройства, составляет между 13 м и 15,5 м, предпочтительно в диапазоне между 13 и 15 м, в особенности предпочтительно между 14,2 и 15 м,
- и причем скорость литья сляба (которая по существу также соответствует скорости перемещения сляба через слябовое направляющее устройство) варьирует в диапазоне 3,8-7 м/мин.
При сочетании этих параметров литья обеспечивается то, что вершина зумпфа в слябе, независимо от данных в каждом случае обусловленных качеством материала максимальных скоростей литья, всегда доходит до места вблизи конца слябового направляющего устройства.
Этим путем гарантируется, что сляб во время сокращения его толщины, по меньшей мере в первом расположенном после слябового направляющего устройства прокатном стане, имеет достаточно горячую сердцевину поперечника, чтобы быть прокатанным с относительно малым расходом энергии и при обеспечении высокого качества изготовления.
Тем самым значительно сокращается расход энергии при прокатке горячекатаной стальной полосы, и повышается эффективность установок обсуждаемого типа.
Чтобы дополнительно оптимизировать соответствующий изобретению способ, с помощью расчетов и экспериментальных установок были определены специальные технологические параметры, которые обеспечивали возможность значительного прогресса в отношении качества изготовления и эффективности энергопотребления при изготовлении горячекатаной стальной полосы.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что в обжимном стане черновой прокатки выполняется черновая прокатка сляба до промежуточной полосы по меньшей мере в четырех проходах прокатки, то есть, с использованием четырех клетей черновой прокатки, предпочтительно в пяти проходах прокатки, то есть, с использованием пяти клетей черновой прокатки. В то время как в способах согласно прототипу черновая прокатка сляба выполняется главным образом в трех проходах прокатки, проведением согласно изобретению четырех или пяти проходов прокатки может быть дополнительно повышена эффективность энергопотребления в способе литья/прокатки. Поскольку четыре или пять проходов прокатки проводятся в возможно более быстрой последовательности, оптимально используется еще присутствующая в слябе теплота этапа литья. Кроме того, при выполнении четырех или пяти проходов прокатки, почти независимо от исходной толщины отлитого сляба, достигается очень узкий диапазон толщин промежуточной полосы (между 3 и 15 мм, предпочтительно между 4 и 10 мм), так что последующее после обжимного стана черновой прокатки нагревательное устройство, например, индукционная печь с нагревом в поперечном магнитном поле, может быть точно рассчитано на конкретный диапазон толщин промежуточной полосы. Тем самым можно избежать потерь энергии вследствие слишком крупных габаритов приемного участка нагревательного устройства.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что выполняемые в обжимном стане черновой прокатки четыре или пять проходов прокатки производятся в течение не дольше 80 секунд, предпочтительно в течение не дольше 50 секунд.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что первый проход прокатки в обжимном стане черновой прокатки выполняется в пределах времени не дольше 5,7 минут, предпочтительно в пределах не дольше 5,3 минут от начала затвердевания находящегося в литейной установке жидкого сляба. В идеальном случае, первый проход прокатки в обжимном стане черновой прокатки выполняется в пределах времени не дольше 4,8 минут, что также соответствует скоростям литья в диапазоне 4 м/мин.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что между концом слябового направляющего устройства и входным участком обжимного стана черновой прокатки допускается охлаждение сляба, обусловленное исключительно воздействием условий окружающей среды в форме естественной конвекции и излучения, то есть, не производится никакое искусственное охлаждение сляба с помощью охлаждающего устройства.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что в обжимном стане черновой прокатки за каждый проход прокатки производится сокращение толщины сляба на 35-60%, предпочтительно на 40-55%. Таким образом, если предусматриваются именно четыре прокатных клети, то получается, что из обжимного стана 4 черновой прокатки выходит промежуточная полоса с толщиной от около 3 до 15 мм, предпочтительно с толщиной от 4 до 10 мм. По сравнению с этим промежуточная полоса в описанной вначале ESP-установке согласно прототипу прокатывается до толщины между 10 и 20 мм.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что скорость потери температуры выходящей из обжимного стана черновой прокатки промежуточной полосы составляет менее максимальной величины 3 К/м, предпочтительно ниже максимальной величины 2,5 К/м. Была бы представимой также реализация скорости потери температуры <2 К/м.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что нагрев выходящей из обжимного стана черновой прокатки промежуточной полосы выполняется с помощью индукционного нагревательного устройства, предпочтительно способом нагрева в поперечном магнитном поле, начиная от температуры выше 725°С, предпочтительно выше 850°С, до температуры по меньшей мере 1100°С, предпочтительно до температуры выше 1180°С.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что нагрев промежуточной полосы выполняется в пределах периода времени от 4 до 30 секунд, предпочтительно в пределах промежутка времени от 5 до 15 секунд.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что при выполнении именно четырех проходов прокатки в обжимном стане черновой прокатки предусматривается, что промежуток времени между первым проходом прокатки и поступлением в нагревательное устройство при толщинах промежуточной полосы 5-10 мм составляет не дольше 110 секунд, предпочтительно не дольше 70 секунд.
При соблюдении этих параметров получается очень компактная установка, в которой расстояние от нагревательного устройства до литейной установки и, соответственно, до обжимного стана черновой прокатки поддерживается очень малым, что позволяет достигнуть благоприятного термического коэффициента полезного действия.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что чистовая прокатка нагретой промежуточной полосы в прокатном стане чистовой прокатки выполняется за четыре прохода прокатки, то есть, с использованием четырех прокатных клетей чистовой прокатки, или в пяти проходах прокатки, то есть, с использованием пяти прокатных клетей чистовой прокатки, для получения готового полосового проката с толщиной <1,5 мм, предпочтительно <1,2 мм. С помощью соответствующего изобретению способа возможна также прокатка до конечных толщин <1 мм.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что проводимые внутри прокатного стана чистовой прокатки с помощью пяти или четырех прокатных клетей чистовой прокатки проходы прокатки выполняются в пределах промежутка времени максимально 12 секунд, предпочтительно в пределах промежутка времени максимально 8 секунд.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, направляющие элементы слябового направляющего устройства, предварительно предназначенные для сокращения толщины сляба в режиме обжатия с жидкой сердцевиной (LCR) при контактировании сляба с ними, могут (поперечно) регулироваться относительно продольной оси сляба, причем регулирование направляющих элементов предпринимается в зависимости от материала сляба и/или скорости литья, чтобы сократить толщину сляба на величину до 30 мм.
Согласно одному усовершенствованию изобретения, при этом предусматривается, что толщина сляба однократно устанавливается квазистатической, то есть, сразу после начала литья или, соответственно, разливки ленточной отливки, как только называемый «головкой сляба» горячий передний участок сляба проходит через предусмотренные для сокращения толщины направляющие элементы.
Но в одном особенно предпочтительном варианте исполнения может быть также предусмотрено, что толщина сляба регулируется динамически, то есть, может произвольно варьироваться во время процесса литья или, соответственно, во время прохода сляба через слябовое направляющее устройство. Тогда динамическая регулировка предпочтительно выполняется технологическим персоналом в зависимости от сорта стали и фактической скорости литья, в такой мере, насколько она изменяется только от случая к случаю. Сокращение толщины в режиме LCR составляет между 0 и 30 мм, предпочтительно между 3 и 20 мм.
В одном предпочтительном варианте исполнения динамического применения LCR эта функция может быть передана также автоматизированному устройству, в частности, тогда, когда были бы обычными или необходимыми очень частые изменения толщины или скорости.
Связь регулирования толщины сляба в согласовании со скоростью литья выводится с помощью предлагаемых согласно изобретению факторов К скорости, выбор которых производится в зависимости от длины слябового опорного участка и сорта слябовой стали.
Для фактора К скорости в каждом случае задаются диапазоны граничных значений, в пределах которых эксплуатация с позиции технологии литья может быть проведена эффективно и целесообразно.
c
c
На положение вершины зумпфа внутри сляба большое влияние оказывает характеристика охлаждения данных сортов стали. Быстро затвердевающие сорта стали позволяют эксплуатировать установку с относительно высокими скоростями v литья, тогда как для медленнее затвердевающих сортов стали должны выбираться меньшие скорости v литья, чтобы предотвратить вспучивание и растрескивание сляба в области вершины зумпфа. В связи с быстротой охлаждения сляба говорят о «жестком охлаждении» (быстрое затвердевание), «среднежестком охлаждении» и «мягком охлаждении» (более медленное затвердевание).
Для охлаждения сляба на него в области слябового направляющего устройства (между торцом кристаллизатора и обращенным к обжимному стану черновой прокатки концом слябового направляющего устройства) наносится охлаждающее средство, предпочтительно вода. Нанесение охлаждающего средства на сляб выполняется с помощью распылительного устройства, которое может включать любое число распылительных форсунок.
Для жесткого охлаждения расходуются от 3 до 4 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали, тогда как для среднежесткого охлаждения потребляются от 2 до 3,5 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали, и для мягкого охлаждения расходуются <2,2 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали. Указанные количества охлаждающего средства для жесткого, среднежесткого и мягкого охлаждения перекрываются, поскольку практическое исполнение жесткого, среднежесткого или мягкого охлаждения зависит не только от количества охлаждающего средства, но также от конструктивного исполнения распылительного устройства, в частности, типа конструкции форсунок (существуют форсунки для чистой воды и воздушно-водяные форсунки, так называемые «двухфазные форсунки»). Дополнительными факторами влияния на быстроту охлаждения сляба являются конструкция направляющих элементов и, соответственно, слябовых опорных роликов слябового направляющего устройства (слябовых опорных роликов с внутренним или поверхностным охлаждением), расположение опорных роликов, в частности, отношение диаметра опорных роликов к расстоянию между соседними опорными роликами, характер распыления форсунками, а также температура охлаждающего средства или, соответственно, воды.
В пределах предлагаемых согласно изобретению диапазонов граничных значений выбор конкретного фактора К скорости производится, в частности, в зависимости от сорта стали и, соответственно, характеристики охлаждения сляба. Для быстро охлаждаемых сортов стали может быть привлечен фактор К скорости, находящийся в верхней области предлагаемого согласно изобретению диапазона граничных значений, тогда как для медленнее охлаждаемых сортов стали привлекается находящийся в срединной или нижней области предлагаемого согласно изобретению диапазона граничных значений фактор К скорости.
c
c
c
2
Таким образом, согласно технологической оптимизации предусматривается, что для слябовых сталей, подвергаемых жесткому охлаждению с помощью распылительного устройства в области слябового направляющего устройства, то есть, при нанесении от 3 до 4 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали, при стационарно-непрерывной работе установки взаимосвязь измеряемой в [мм] толщины d сляба с измеряемой в [м/мин] скоростью v литья соблюдается согласно формуле v=K/d, причем входящий в формулу фактор К скорости при длине слябового опорного участка L=13 м находится в диапазоне граничных значений от 30000 до 35200, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 32500 до 35200, тогда как фактор К скорости при длине слябового опорного участка L=16,5 м находится в диапазоне граничных значений от 38000 до 44650, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 41000 до 44650, причем для определения (целевых) скоростей v литья или (целевых) толщин d сляба для установок с длинами L слябового опорного участка, лежащими между длинами слябового опорного участка L=13 м и L=16,5 м, может быть выполнена интерполяция между вышеуказанными диапазонами граничных значений.
Под стационарно-непрерывной работой установки в данной связи следует понимать производственные фазы с продолжительностью >10 минут, в течение которых скорость литья является по существу постоянной. Определение стационарно-непрерывной работы установки служит, с одной стороны, только для разграничения между фазой литья, во время которой жидкая сталь сначала проходит через слябовое направляющее устройство, и во время которой скорость литья является основополагающим параметром, или, соответственно, с другой стороны, также периодически возможными ускоренными фазами для повышения пропускной способности и/или технологически необходимыми замедленными фазами (когда нужно дождаться доставки жидкой стали, или из-за качества сляба, отсутствия охлаждающей воды, …).
c
c
c
2
Для охлаждаемых в среднежестком режиме слябовых сталей, то есть, при нанесении от 2 до 3,5 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали, при стационарно-непрерывной работе установки соблюдается взаимосвязь измеряемой в [мм] толщины d сляба с измеряемой в [м/мин] скоростью v литья согласно формуле v=K/d, причем входящий в формулу фактор (К) скорости при длине L слябового опорного участка 13 м находится в диапазоне граничных значений от 28700 до 33800, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 31250 до 33800, тогда как фактор К скорости при длине слябового опорного участка L=16,5 м находится в диапазоне граничных значений от 36450 до 42950, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 39700 до 42950, причем для определения (целевых) скоростей v литья или (целевых) толщин d сляба для установок с длинами L слябового опорного участка, лежащими между длинами слябового опорного участка L=13 м и L=16,5 м, может производиться интерполяция между вышеуказанными диапазонами граничных значений.
c
c
c
2
Для охлаждаемых в мягком режиме слябовых сталей, то есть, при нанесении менее 2,2 литров (предпочтительно между 1,0 и 2,2 литрами) охлаждающего средства на кг слябовой стали, при стационарно-непрерывной работе установки соблюдается взаимосвязь измеряемой в [мм] толщины d сляба с измеряемой в [м/мин] скоростью v литья согласно формуле v=K/d, причем входящий в формулу фактор К скорости при длине L слябового опорного участка 13 м находится в диапазоне граничных значений от 26350 до 32359, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 29350 до 32359, тогда как фактор К скорости при длине слябового опорного участка L=16,5 м находится в диапазоне граничных значений от 34850 до 41200, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 38000 до 41200, причем для определения (целевых) скоростей v литья или (целевых) толщин d сляба для установок с длинами L слябового опорного участка, лежащими между длинами слябового опорного участка L=13 м и L=16,5 м, может быть выполнена интерполяция между вышеуказанными диапазонами граничных значений.
Подробный/конкретизированный выбор фактора скорости, наряду с длиной слябового опорного участка, зависит, в частности, от содержания углерода в разливаемых сталях, характеристик их затвердевания и превращения, их прочностных свойств и пластичности, и т.д.
Ведение процесса работы в соответствии с предлагаемыми согласно изобретению факторами К скорости обеспечивает возможность оптимального использования содержащейся в слябе теплоты этапа литья для последующего процесса прокатки, а также оптимизации пропускной способности материала и тем самым благоприятной производительности (при технологически обусловленном снижении скорости литья может быть увеличена толщина сляба и тем самым повышена пропускная способность материала).
Пункт 19 патентной формулы направлен на установку для исполнения соответствующего изобретению способа непрерывного или полунепрерывного изготовления горячекатаной стальной полосы, включающую литейную установку с кристаллизатором, размещенное после нее слябовое направляющее устройство, следующий за ним обжимной стан черновой прокатки, размещенное за ним индукционное нагревательное устройство, и размещенный после него прокатный стан чистовой прокатки, причем слябовое направляющее устройство имеет нижнюю серию направляющих элементов и параллельно или с сужением относительно нее размещенную верхнюю серию направляющих элементов, и между обеими сериями направляющих элементов сформирован приемный ручей, предназначенный для подхватывания выходящего из литейной установки сляба, который в результате создания различных расстояний между противолежащими направляющими элементами относительно друг друга сужается, по меньшей мере отдельными участками, по направлению транспортирования сляба, и тем самым может сокращаться толщина сляба. Согласно изобретению предусмотрено, что просвет по ширине захвата приемного ручья на его обращенном к кристаллизатору входном участке составляет между 95 и 110 мм, предпочтительно между 102 и 108 мм, что приемный ручей на своем обращенном к обжимному стану черновой прокатки конце имеет соответствующий толщине сляба просвет по ширине захвата между 60 и 95 мм, предпочтительно между 70 и 85 мм, причем измеренная между поверхностью ванны в литейной установке и обращенным к обжимному стану черновой прокатки концом приемного ручья слябового направляющего устройства длина слябового опорного участка составляет между 12 м и 15,5 м, преимущественно в диапазоне между 13 и 15 м, предпочтительно между 14,2 м и 15 м, и причем предусмотрено управляющее устройство, с помощью которого скорость литья сляба может поддерживаться в диапазоне между 3,8-7 м/мин.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения соответствующей изобретению установки предусмотрено, что обжимной стан черновой прокатки включает четыре или пять прокатных клетей черновой прокатки.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту исполнения соответствующей изобретению установки предусмотрено, что между концом приемного ручья и, соответственно, слябового направляющего устройства, и входным участком обжимного стана черновой прокатки не предусматривается никакое охлаждающее устройство, однако предусмотрено теплоизоляционное ограждение, которое, по меньшей мере участками, окружает предусмотренное для транспортирования сляба подающее устройство и тем самым замедляет охлаждение сляба.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту исполнения соответствующей изобретению установки предусмотрено, что с помощью размещенных в обжимном стане черновой прокатки прокатных клетей черновой прокатки может быть выполнено сокращение толщины сляба в каждом случае на 35-60%, предпочтительно в каждом случае на 40-55% на каждую прокатную клеть черновой прокатки, так что может быть изготовлена промежуточная полоса с толщиной от 3 до 15 мм, предпочтительно с толщиной от 4 до 10 мм.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту исполнения соответствующей изобретению установки предусмотрено, что нагревательное устройство выполнено как индукционная печь с нагревом в поперечном магнитном поле, с помощью которой сляб, начиная от температуры выше 725°С, предпочтительно выше 850°С, может быть нагрет до температуры по меньшей мере 1100°С, предпочтительно до температуры выше 1180°С.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту исполнения соответствующей изобретению установки предусмотрено, что прокатный стан чистовой прокатки имеет четыре или пять прокатных клетей чистовой прокатки, с помощью которых выходящая из обжимного стана черновой прокатки промежуточная полоса может быть обжата до готового полосового проката с толщиной <1,5 мм, предпочтительно <1,2 мм.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту исполнения соответствующей изобретению установки предусмотрено, что прокатные клети чистовой прокатки в каждом случае размещены друг относительно друга на расстояниях <7 м, предпочтительно на расстояниях <5 м, причем измеряются расстояния между осями рабочих валков прокатных клетей чистовой прокатки.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту исполнения соответствующей изобретению установки предусмотрено, что для сокращения толщины сляба могут регулироваться (по ширине зазора) определенные направляющие элементы, и тем самым может быть уменьшен или увеличен просвет по ширине захвата приемного ручья, причем толщина сляба и, соответственно, просвет по ширине захвата, может регулироваться в зависимости от материала сляба и/или скорости литья.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту исполнения соответствующей изобретению установки предусмотрено, что регулируемые направляющие элементы размещены в обращенной к кристаллизатору передней половине, предпочтительно в обращенной к кристаллизатору передней четверти продольной протяженности слябового направляющего устройства.
Чтобы по меньшей мере во время первых двух проходов прокатки обеспечить наличие по возможности горячей сердцевины сляба в слябе, согласно одному предпочтительному варианту исполнения соответствующей изобретению установки предусмотрено, что ось рабочего валка соседней ближайшей к слябовому направляющему устройству первой прокатной клети черновой прокатки обжимного стана черновой прокатки расположена на максимальном расстоянии 7 м, предпочтительно максимально 5 м от конца слябового направляющего устройства.
Согласно одному дополнительному предпочтительному варианту исполнения соответствующей изобретению установки предусмотрено, что обращенный к обжимному стану черновой прокатки входной конец нагревательного устройства размещен на максимальном расстоянии 25 м, предпочтительно максимум 19 м от оси рабочего валка ближайшей к нагревательному устройству прокатной клети черновой прокатки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Теперь изобретение будет подробнее разъяснено с помощью примера исполнения. При этом показано:
Фиг. 1 представляет схематическое изображение соответствующей изобретению установки для непрерывного или полунепрерывного изготовления горячекатаной стальной полосы в виде сбоку
Фиг. 2 представляет подробное изображение слябового направляющего устройства установки из Фиг. 1 в виде вертикального разреза
Фиг. 3 представляет подробный вид участка слябового направляющего устройства в разрезе
Фиг. 4 представляет технологический график способа изготовления согласно прототипу
Фиг. 5 представляет технологический график соответствующего изобретению способа изготовления (коэффициент затвердевания в зависимости от скорости литья)
Фиг. 6 представляет технологический график соответствующего изобретению способа изготовления (скорость литья в зависимости от длины слябового опорного участка)
Фиг. 7 представляет технологический график соответствующего изобретению способа изготовления (взаимосвязь между целевыми скоростями литья и целевыми толщинами сляба)
Вариант осуществления изобретения
Фиг. 1 схематически показывает установку 1, с помощью которой может быть исполнен соответствующий изобретению способ непрерывного или полунепрерывного изготовления горячекатаной стальной полосы.
Можно видеть вертикальную литейную установку с кристаллизатором 2, в котором отливается слябы 3, которые у торца кристаллизатора 2 имеют толщину d сляба между 95 и 110 мм, предпочтительно толщину d сляба между 102 и 108 мм.
Перед кристаллизатором 2 расположен разливочный ковш 39, который через керамическое проточное сопло заполняет жидкой сталью распределитель 40. Распределитель 40 затем заполняет кристаллизатор 2, к которому присоединено слябовое направляющее устройство 6.
Затем производится черновая прокатка в обжимном стане 4 черновой прокатки, который может состоять из одной - как здесь - или из нескольких клетей, и в котором сляб 3 прокатывается до промежуточной толщины. При черновой прокатке происходит превращение структуры отливки в более мелкозернистую структуру прокатного металла.
Кроме того, установка 1 включает ряд компонентов, например, как устройства 41, 42 для удаления окалины, и не показанные в Фиг. 1 разделительные устройства, которые по существу соответствуют прототипу, и поэтому на которых в данном месте нет необходимости останавливаться подробнее. Выполненные, например, в форме быстродействующих ножниц разделительные устройства могут быть размещены в любом положении установки 1, в частности, между обжимным станом 4 черновой прокатки и прокатным станом 5 чистовой прокатки, и/или в области после прокатного стана 5 чистовой прокатки.
Позади обжимного стана 4 черновой прокатки размещено нагревательное устройство 7 для промежуточной полосы 3'. Нагревательное устройство 7 в данном примере исполнения выполнено как индукционная печь. Предпочтительно применяется индукционная печь с нагревом в поперечном магнитном поле, что делает установку 1 особенно экономичной в плане энергопотребления.
В альтернативном варианте, нагревательное устройство 7 могло бы быть выполнено также в виде традиционной печи, например, с заполненной факелом пламени топочной камерой, или как комбинированная печь, состоящая из сегмента для сжигания углеводородного топлива и индукционного сегмента.
В нагревательном устройстве 7 промежуточная полоса 3' относительно равномерно по поперечному сечению доводится до желательной входной температуры для поступления в прокатный стан 5 чистовой прокатки, причем входная температура, как правило, в зависимости от сорта стали и последующего процесса прокатки в прокатном стане 5 чистовой прокатки составляет между 1000°С и 1200°С.
После нагрева в нагревательном устройстве 7 выполняется - после промежуточно производимого необязательного удаления окалины - чистовая прокатка в многоклетевом прокатном стане 5 чистовой прокатки до желательной конечной толщины и конечной температуры прокатки, и затем охлаждение полосы на участке 18 охлаждения, а также в конечном итоге намотка в рулоны с помощью подпольных моталок 19. Непосредственно перед подпольными моталками 19 готовая полоса 3'' зажимается между фрикционными дисками 20, которые также направляют готовую полосу'' и удерживают ее в натяжении.
Согласно изобретению, выполняются следующие технологические этапы:
Сначала с помощью литейной установки 2 (в Фиг. 1-3 представлен кристаллизатор литейной установки) отливается сляб 3. Сляб 3 в режиме обжатия с жидкой сердцевиной (LCR) посредством слябового направляющего устройства 6 при жидкой сердцевине поперечника обжимается до толщины d сляба между 60 и 95 мм, предпочтительно до толщины сляба между 70 и 85 мм.
Длина L слябового опорного участка, измеренная между мениском 13, то есть, поверхностью расплава в ванне литейной установки 2, и обращенным к обжимному стану 4 черновой прокатки концом 14 слябового направляющего устройства 6, является меньшей или равной 16,5 м, и большей или равной 10 м, а именно между 12 м и 15,5 м.
Подробно показанный в Фиг. 3 мениск 13, как правило, находится на несколько сантиметров ниже верхнего края 38 кристаллизатора 2, обычно изготовленного из меди.
Длина L слябового опорного участка при этом измеряется между мениском 13 кристаллизатора или, соответственно, литейной установки 2, и осью последнего, обращенного к обжимному стану 4 черновой прокатки опорного ролика верхней, и более подробно описанной ниже серии направляющих элементов 10 (если смотреть на установку 1 сбоку, когда оси роликов параллельны направлению взгляда согласно Фиг. 1). При точном измерении длина L слябового опорного участка измеряется по наружной широкой стороне сляба 3 или, соответственно, слябового направляющего устройства 6, относительно центральной точки радиуса кривизны сляба 3 или, соответственно слябового направляющего устройства 6 (а также участка внутри кристаллизатора 2). Для лучшей различимости касательной к опорным роликам 10 наружной широкой стороны сляба 3, и, соответственно, длины L слябового опорного участка, в Фиг. 2 вычерчена концентрическая с длиной L слябового опорного участка вспомогательная линия L', какую используют для проставления размеров.
В качестве дополнительного соответствующего изобретению параметра предусмотрено, что во время стационарно-непрерывной работы установки измеренная скорость литья сляба 3 (которая по существу соответствует также скорости сляба 3 при перемещении через слябовое направляющее устройство 6, следовательно, также скорости сляба 3 на конце 14 слябового направляющего устройства 6) находится в диапазоне 3,8-7 м/мин, предпочтительно в диапазоне 4,2-6,6 м/мин.
Сочетанием этих параметров обеспечивается то, что определенная вначале вершина зумпфа в слябе 3, независимо от данных обусловленных сортом материала максимальных скоростей литья, всегда доходит до места вблизи конца слябового направляющего устройства, и тем самым сляб 3 может быть с относительно низким расходом энергии и с гарантией высокого качества изготовления подвергнут черновой прокатке до желательной промежуточной толщины и после этого также чистовой прокатке.
В варианте исполнения установки 1 длина L слябового опорного участка является меньшей или равной 15,5 м, предпочтительно длина L слябового опорного участка варьирует в диапазоне между 13 и 15 м. Длина L слябового опорного участка составляет по меньшей мере 12 м, предпочтительно по меньшей мере 13 м.
1
2
3
4
1
2
3
4
5
В обжимном стане 4 черновой прокатки проводится черновая прокатка сляба 3 до промежуточной полосы 3' по меньшей мере в четырех проходах прокатки, то есть, с использованием четырех прокатных клетей 4, 4, 4, 4 черновой прокатки, предпочтительно в пяти проходах прокатки, то есть, с использованием пяти прокатных клетей 4, 4, 4, 4, 4 черновой прокатки.
Выполняемые в обжимном стане 4 черновой прокатки четыре или пять проходов прокатки проводятся в пределах времени не дольше 80 секунд, предпочтительно в пределах времени не дольше 50 секунд.
Кроме того, предусмотрено, что первый проход прокатки в обжимном стане 4 черновой прокатки выполняется в пределах времени не дольше 5,7 минут, предпочтительно в пределах времени не дольше 5,3 минут после начала затвердевания находящегося в литейной установке 2 жидкого сляба. В идеальном случае первый проход прокатки в обжимном стане 4 черновой прокатки выполняется в пределах времени не дольше 4,8 минут, что также соответствует скоростям литья в диапазоне 4 м/мин.
1
Между концом 14 слябового направляющего устройства 6 и входным участком обжимного стана 4 черновой прокатки допускается охлаждение сляба 3, обусловленное только воздействием гораздо более низкой по сравнению с поверхностью сляба температуры окружающей среды, то есть, не производится никакое искусственное охлаждение сляба 3 с помощью охлаждающего устройства. Поверхность сляба 3 в этой области имеет температуру в среднем >1050°С, предпочтительно >1000°С. Между концом 14 слябового направляющего устройства 6 и первой прокатной клетью 4 черновой прокатки предусматривается предпочтительно створчатое теплоизоляционное ограждение, чтобы по возможности удержать теплоту в слябе 3. Теплоизоляционное ограждение окружает, по меньшей мере участками, предусмотренное для транспортирования сляба 3 подающее устройство, обычно выполненное в виде роликово-ленточного конвейера.
При этом теплоизоляционное ограждение может охватывать подающее устройство сверху и/или снизу и/или с боковых сторон.
В обжимном стане 4 черновой прокатки за каждый проход прокатки производится сокращение толщины d сляба 3 на 35-60%, предпочтительно на 40-55%. Таким образом, если предусматриваются именно четыре прокатных клети, то получается, что из обжимного стана 4 черновой прокатки выходит промежуточная полоса 3' с толщиной от около 3 до 15 мм, предпочтительно с толщиной от 4 до 10 мм.
Согласно одному дополнительному предпочтительному в производственно-технологическом отношении варианту предусмотрено, что скорость потери температуры выходящей из обжимного стана 4 черновой прокатки промежуточной полосы 3' составляет менее максимальной величины 3 К/м, предпочтительно ниже максимального значения 2,5 К/м. Также была бы возможной реализация скоростей потери температуры <2 К/м. Такая скорость потери температуры обусловливается тепловым излучением и/или конвекцией от промежуточной полосы, и может регулироваться с помощью соответствующего выбора термических граничных условий (ограждений, туннеля, доступа холодного воздуха, влажности воздуха, …) и скорости транспортирования, и, соответственно, величины массового расхода.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусмотрено, что нагрев выходящей из обжимного стана 4 черновой прокатки промежуточной полосы 3' выполняется с помощью индукционного нагревательного устройства 7, предпочтительно способом нагрева в поперечном магнитном поле, начиная от температуры выше 725°С, предпочтительно выше 850°С, особенно предпочтительно: выше 900°С, до температуры по меньшей мере 1100°С, предпочтительно до температуры свыше 1180°С.
Нагрев промежуточной полосы 3' выполняется в пределах периода времени от 4 до 30 секунд, предпочтительно в пределах промежутка времени от 5 до 15 секунд.
При выполнении именно четырех проходов прокатки в обжимном стане 4 черновой прокатки предусматривается, что при выходе из слябового направляющего устройства 6 сляб 3 с толщиной 80 мм, который в обжимном стане 4 черновой прокатки обжимается в промежуточную полосу 3' с толщиной 5 мм, спустя самое позднее 260 секунд, предпочтительно не дольше чем через 245 секунд от выхода из кристаллизатора 2, поступает в индукционное нагревательное устройство 7, и что при выходе из слябового направляющего устройства 6 сляб 3 с толщиной 95 мм, который в обжимном стане 4 черновой прокатки обжимается в промежуточную полосу 3' с толщиной 5,5 мм, вводится в индукционное нагревательное устройство 7 самое позднее через 390 секунд, предпочтительно спустя самое позднее 335 секунд от выхода из кристаллизатора 2.
1
2
3
4
1
2
3
4
5
Чистовая прокатка нагретой промежуточной полосы 3' в прокатном стане 5 чистовой прокатки предпочтительно выполняется в четырех проходах прокатки, то есть, с использованием четырех прокатных клетей 5, 5, 5, 5чистовой прокатки, или в пяти проходах прокатки, то есть, с использованием пяти прокатных клетей 5, 5, 5, 5, 5 чистовой прокатки, до готовой полосы 3'' с конечной толщиной <1,5 мм, предпочтительно <1,2 мм. С помощью соответствующего изобретению способа также возможна прокатка до конечных толщин <1 мм.
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Прокатные клети 5, 5, 5, 5, 5 чистовой прокатки в каждом случае размещены на расстояниях друг от друга <7 м, предпочтительно на расстояниях <5 м (измеренных между осями рабочих валков прокатных клетей 5, 5, 5, 5, 5 чистовой прокатки). При этом выполняемые внутри прокатного стана 5 чистовой прокатки проходы прокатки проводятся в пределах промежутка времени максимально 12 секунд, предпочтительно в пределах промежутка времени максимально 8 секунд.
В данном примере исполнения готовая полоса 3'' затем охлаждается до температуры намоточного устройства между 500°С и 750°С, предпочтительно до температуры от 550°С до 650°С, и наматывается в рулон. Наконец, проводится разделение готовой полосы 3', или промежуточной полосы 3', или сляба 3 по направлению, поперечному относительно направления 15 их транспортирования, и окончательная намотка освобожденной со стороны прокатного стана готовой полосы 3'. В альтернативном варианте, для намотки были бы также возможными отведение и штабелирование готовой полосы 3''.
Как очевидно из Фиг. 2, слябовое направляющее устройство 6 включает многочисленные предназначенные для проведения сляба 3 направляющие сегменты 16 согласно Фиг. 3, которые в каждом случае составлены (не представленной в Фиг. 3) нижней серией направляющих элементов 9 и расположенной параллельно ей или сходящейся к ней верхней серией направляющих элементов 10.
Каждый направляющий элемент 9 нижней серии направляющих элементов размещен напротив противолежащего направляющего элемента 10 верхней серии направляющих элементов. Направляющие элементы тем самым располагаются парами по обе стороны относительно широкой стороны сляба 3.
Между обеими сериями направляющих элементов 9, 10 сформирован предназначенный для подхватывания выходящего из кристаллизатора 2 сляба 3 приемный ручей 11, который в результате создания различных расстояний между противолежащими направляющими элементами 9, 10 относительно друг друга сужается, по меньшей мере отдельными участками, по направлению транспортирования сляба, и тем самым может сокращаться толщина сляба 3. Направляющие элементы 9, 10 выполнены в виде вращающихся на подшипниках опорных роликов.
Верхние и нижние серии направляющих элементов, или опорных роликов, 9, 10 в каждом случае могут быть, в свою очередь, подразделены на (под)серии специфических опорных роликов с различными диаметрами и/или межосевыми расстояниями.
Направляющие элементы верхней серии направляющих элементов 10 могут быть селективно отрегулированы по глубине, или, соответственно, могут быть приближены к направляющим элементам нижней серии направляющих элементов 9. Регулирование направляющих элементов верхней серии направляющих элементов 10 и тем самым изменение просвета в поперечном сечении приемного участка 12 слябового направляющего устройства 6 может быть выполнено, например, с помощью гидравлического привода. Один из соответствующих желательной толщине d сляба и измеренных между противолежащими друг относительно друга верхними и нижними направляющими элементами просветов по ширине захвата 12 приемного ручья 11 слябового направляющего устройства 6 мог бы быть уменьшен, например, от 100 мм до диапазона между 70 и 90 мм.
Поскольку проводимый в более узком приемном ручье 11 сляб 3 быстрее затвердевает и остывает, должна была быть повышена скорость литья, а также эквивалентная ей величина пропускаемого через прокатные станы 4, 5 объемного расхода, когда было бы желательно довести вершину зумпфа в слябе дальше, по возможности ближе к концу слябового направляющего устройства 6.
Для сокращения толщины сляба 3 могут быть отрегулированы, например, от трех до восьми (пар) направляющих элементов обращенного к кристаллизатору 2 - но не обязательно примыкающего к кристаллизатору 2 - первого направляющего сегмента 16'. В альтернативном варианте, могут быть использованы также многочисленные следующие друг за другом направляющие сегменты 16 для сокращения толщины в режиме LCR, которые непосредственно или косвенно связаны с кристаллизатором.
Толщина d сляба и, соответственно, просвет по ширине захвата 12, регулируется в зависимости от материала сляба 3 и/или в зависимости от скорости литья. Регулирование данных направляющих элементов 9, 10 выполняется по направлению, проходящему по существу перпендикулярно относительно направления транспортирования сляба, причем могут быть регулируемыми как верхние направляющие элементы 10, так и нижние направляющие элементы 9. Как видно в Фиг. 3, верхние направляющие элементы 10 шарнирно присоединены к соответствующим опорным элементам 17, которые предпочтительно регулируются гидравлически.
Регулируемые (гидравлически) LCR-направляющие элементы 9, 10 предпочтительно размещены в обращенной к кристаллизатору 2 передней половине, предпочтительно в обращенной к кристаллизатору 2 передней четверти продольной протяженности слябового направляющего устройства 6.
Регулирование толщины d сляба и, соответственно, просвета по ширине захвата 12, может быть выполнено квазистатически, то есть, однократно, сразу после начала литья, как только обращенный к обжимному стану 4 черновой прокатки головной участок отлитого сляба 3 достигнет конца слябового направляющего устройства 6, или, соответственно, пройдет через LCR-направляющие элементы, или также динамически, то есть, во время процесса литья или, соответственно, во время непрерывно-квазистационарного прохода сляба 3 через слябовое направляющее устройство 6. При динамическом регулировании толщины d сляба оно может изменяться во время прохода сляба 3 через слябовое направляющее устройство 6 как угодно часто, с использованием разъясненной ниже с помощью Фиг. 7 взаимосвязи в качестве руководящего принципа.
Фиг. 4 показывает график для установок согласно прототипу, с помощью которого можно выяснить максимально допустимые скорости литья для слябов с различными толщинами.
По абсциссе этого графика отложена скорость литья в единицах [м/мин], по ординате нанесен специфичный для материала коэффициент k затвердевания, который описывается в единицах [мм/√мин]. Коэффициент k затвердевания варьирует между 24-27 мм/√мин, предпочтительно между 25 и 26 мм/√мин. В примере согласно Фиг. 4 коэффициент k затвердевания с величиной 25,5 мм/√мин обозначен горизонтальной линией, которая пересекает три линии 21, 22, 23.
Линия 21 обозначает сляб с толщиной сляба 80 мм, линия 22 соответствует слябу с толщиной сляба 55 мм, и линия 23 отвечает слябу с толщиной сляба 70 мм. Следует отметить, что эти профили линий в каждом случае действительны только для слябов, которые отлиты в слябовое направляющее устройство 6 с конкретной длиной L слябового опорного участка. Так, линии 21 и 23 обозначают слябы, которые отлиты в слябовое направляющее устройство 6 с длиной слябового опорного участка L=17 м, тогда как линия 22 обозначает сляб, который отлит в слябовое направляющее устройство 6 с длиной слябового опорного участка L=9 м.
Пересечение соответствующей коэффициенту затвердевания k=25,5 мм/√мин горизонтальной линии с линией 21 к тому же показывает, что при толщинах сляба 80 мм может быть выбрана максимальная скорость литья 6,8 м/мин. Фактически применяемая скорость литья для обеспечения технологически безупречного производственного процесса могла бы лежать именно ниже, но не выше этого значения, так как в противном случае вершина зумпфа в слябе вышла бы по направлению 15 транспортирования наружу за пределы конца 14 слябового направляющего устройства 6 и, соответственно, приемного ручья 11, и следовало бы опасаться растрескивания сляба.
Для толщин сляба в 55 мм (линия 22) допустима максимальная скорость литья 7,6 м/мин, для толщин сляба 70 мм (линия 23) максимальная скорость литья около 8,9 м/мин. Столь высокие скорости литья при сравнительно малых толщинах слябов не могут гарантировать безупречного качества изготовления.
Фиг. 5 показывает график с соответствующими Фиг. 4 шкалами абсциссы и ординаты, правда, для слябов, которые отлиты в слябовое направляющее устройство 6 с предлагаемой согласно изобретению, в металлургическом отношении особенно предпочтительной длиной L слябового опорного участка 15,25 м.
Описываемые далее соответствующие изобретению характеристики литья выбраны сугубо примерными и должны пониматься как ограничительные. В принципе, для каждой толщины сляба нет фиксированного значения скорости, но всегда имеется соответствующий диапазон скоростей, в котором процесс литья может быть проведен целесообразно. Равным образом, не следует уменьшать длину L слябового опорного участка до определенного значения, как, например, 15,25 м, но расчеты и соображения авторов настоящего изобретения показали, что длины L слябового опорного участка в диапазоне между 12 и 16,5 м уже обеспечивают значительное преимущество перед известными установками.
Аналогично сечению, проведенному согласно Фиг. 4, соответственно Фиг. 5 при коэффициенте затвердевания k=25,5 мм/√мин для обозначенной линией 24 толщины сляба 100 мм получается считываемая на абсциссе максимальная скорость литья 4 м/мин. Для толщины сляба 95 мм (линия 25) допустима максимальная скорость литья на уровне 4,4 м/мин, для толщины сляба 90 мм (линия 26) максимальная скорость литья около 4,9 м/мин, для толщины сляба 85 мм (линия 27) максимальная скорость литья 5,6 м/мин, и для толщины сляба 80 мм (линия 28) максимальная литья 6,25 м/мин.
Фиг. 6 показывает график, на ординате которого отложена максимальная скорость литья в единицах [м/мин], тогда как на абсциссе нанесена длина L слябового опорного участка, или, соответственно, «металлургическая длина», в единицах [м]. Вычерчены три линии 29, 30, 31, причем линия 29 обозначает толщину сляба 70 мм, линия 30 соответствует толщине сляба 80 мм, и линия 31 отвечает толщине сляба 90 мм.
Нанесенная в Фиг. 6 сугубо в качестве примера горизонтальная секущая линия соответствует максимальной скорости литья 6,25 м/мин. Пересечение этой горизонтальной секущей линии с линией 30 дает точку 30' пересечения, которая при вертикальной проекции на абсциссу показывает, что при скоростях литья 6,25 м/мин была бы оптимальной длина L слябового опорного участка около 15,3 м, чтобы вершина зумпфа в слябе удерживалась вблизи конца 14 слябового направляющего устройства. И наоборот, можно было бы сказать, что при длине L слябового опорного участка около 15,3 м может быть реализована максимальная скорость литья 6,25 м/мин.
Кроме того, с помощью графика согласно Фиг. 6 по существу наглядно разъясняется заявляемая согласно изобретению идея, что для слябов с толщинами сляба между 60 и, соответственно, 70 и 90 мм целесообразными в целях оптимизации процесса являются скорости литья между 3,8 и 7 м/мин при длинах L слябового опорного участка между 12 и 16,5 м.
c
c
c
c
2
Фиг. 7 наглядно показывает взаимосвязь толщины d сляба со скоростью v литья, причем регулирование (целевых) скоростей v литья или (целевых) толщин d сляба может определяться с помощью предлагаемых согласно изобретению факторов К скорости. Взаимозависимость толщины d сляба и скорости v литья при регулировании выражается согласно основополагающей для наладки формуле: v=[К_нижний предел... К_верхний предел]/d.
c
Следующие данные относятся к стационарно-непрерывной работе установки, под которой в данном контексте понимаются технологические этапы с продолжительностью >10 минут, в течение которых скорость v литья (в отличие, например, от фазы заливки) по существу остается постоянной.
c
c
Выбор фактора К скорости, наряду с длиной L слябового опорного участка, зависит, в частности, от содержания углерода (С) в отливаемых сталях и, соответственно, от их характеристик охлаждения. Быстро затвердевающие сорта стали позволяют эксплуатировать установку с относительно высокими скоростями v литья, тогда как для медленнее затвердевающих сортов стали должны выбираться меньшие скорости v литья, чтобы предотвратить вспучивание и растрескивание сляба в области вершины зумпфа. Нижеследующие таблицы относятся к отливаемым в слябы сортам стали, которые должны охлаждаться в «жестком» режиме, то есть, быстро затвердевают, и должны охлаждаться в «среднежестком» режиме, то есть затвердевают несколько медленнее.
Для фактора К скорости в каждом случае задаются диапазоны граничных значений, в пределах которых эксплуатация с позиции технологии литья может быть проведена эффективно и целесообразно. Специфичный для длины слябовой опоры диапазон граничных значений согласно нижеследующим таблицам в каждом случае ограничивается фактором скорости «К_верхний предел» и фактором скорости «К_нижний предел».
Выбор фактора К скорости зависит от длины L слябового опорного участка и от сорта стали, в частности, от содержания углерода в отливаемых сталях, их характеристик затвердевания и фазового превращения, ее характеристик прочности и пластичности, и прочих свойств материала.
Для охлаждения сляба 3 на него в области слябового направляющего устройства 6 (между нижним торцом кристаллизатора 2 и обращенным к обжимному стану 4 черновой прокатки концом слябового направляющего устройства 6) наносится охлаждающее средство, предпочтительно вода. Нанесение охлаждающего средства на сляб 3 выполняется с помощью не показанного распылительного устройства, которое включает любое число размещенных в произвольных конфигурациях (например, позади и/или рядом и/или между направляющими элементами 9, 10) распылительных форсунок.
Для жесткого охлаждения расходуются от 3 до 4 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали, для среднежесткого охлаждения от 2 до 3,5 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали, и для мягкого охлаждения <2,2 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали. Указанные для жесткого, среднежесткого и мягкого охлаждения количества охлаждающего средства перекрываются ввиду уже приведенных выше конструктивных признаков исполнения распылительного устройства и слябового направляющего устройства 6.
При выбранных в качестве примера, по существу одинаковых конструкционных и граничных условиях распылительного устройства и слябового направляющего устройства 6, для исполнения жесткого охлаждения могут быть нанесены от 3 до 4 литров, для выполнения среднежесткого охлаждения от 2 до 3 литров, и для проведения мягкого охлаждения от 1 до 2 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали.
<b>Таблица 1</b><b>Фактор К скорости для сортов стали с незначительным содержанием углерода (С) (<0,16%)</b>и относительно жестким охлаждением (3-4 л охлаждающего средства/кг слябовой стали):
L=13 метров
L=16,5 метров
К_верхний предел
35200
44650
К_нижний предел
30000
38000
<b>Таблица 2</b><b>Фактор К скорости для сортов стали с содержанием углерода (С)>0,16%</b>и среднежестким охлаждением (2-3,5 л охлаждающего средства/кг слябовой стали):
L=13 метров
L=16,5 метров
К_верхний предел
33800
42950
К_нижний предел
28700
36450
<b>Таблица 3</b>Фактор К скорости для специальных сортов стали и мягким охлаждением (1,0 - 2,2 л охлаждающего средства/кг слябовой стали):
L=13 метров
L=16,5 метров
К_верхний предел
32350
41200
К_нижний предел
26350
34850
c
c
min
max
c
min
max
2
Таким образом, согласно одному предпочтительному варианту исполнения способа (смотри Таблицу 1) предусмотрено, что для охлаждаемых в жестком режиме слябовых сталей, то есть, при нанесении от 3 до 4 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали, взаимосвязь измеряемой в [мм] толщины d сляба с измеряемой в [м/мин] скоростью v литья соблюдается согласно формуле v=K/d, причем входящий в формулу фактор К скорости при предпочтительно минимальной длине L слябового опорного участка 13 м находится в диапазоне граничных значений от 30000 до 35200, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 32500 до 35200, тогда как фактор К скорости при предпочтительно максимальной длине L слябового опорного участка 16,5 м находится в диапазоне граничных значений от 38000 до 44650, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 41000 до 44650. Для определения (целевых) скоростей v литья или (целевых) толщин d сляба для установок с длинами L слябового опорного участка, находящимися между предпочтительными длинами L и L слябового опорного участка, может быть проведена интерполяция между вышеуказанными диапазонами граничных значений (с получением дополнительного, не приведенного в Таблицах диапазона граничных значений). Интерполяция между диапазонами граничных значений проводится по существу согласно линейной зависимости.
min
В случае длин слябового опорного участка < L также возможна экстраполяция от вышеуказанных диапазонов граничных значений.
c
c
2
Согласно Таблице 2, для охлаждаемых в среднежестком режиме слябовых сталей, то есть, при нанесении от 2 до 3,5 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали, при стационарно-непрерывной работе установки взаимосвязь измеряемой в [мм] толщины d сляба с измеряемой в [м/мин] скоростью v литья соблюдается согласно формуле v=K/d, причем входящий в формулу фактор (К) скорости при длине L слябового опорного участка 13 м находится в диапазоне граничных значений от 28700 до 33800, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 31250 до 33800, тогда как фактор К скорости при длине слябового опорного участка L=16,5 м находится в диапазоне граничных значений от 36450 до 42950, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 39700 до 42950.
c
c
2
Согласно Таблице 3, для охлаждаемых в мягком режиме слябовых сталей, то есть, с нанесением от 1,0 до 2,2 литров охлаждающего средства на кг слябовой стали, при стационарно-непрерывной работе установки взаимосвязь измеряемой в [мм] толщины d сляба с измеряемой в [м/мин] скоростью v литья соблюдается согласно формуле v=K/d, причем входящий в формулу фактор (К) скорости при длине L слябового опорного участка 13 м находится в диапазоне граничных значений от 26350 до 32359, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 29350 до 32359, тогда как фактор К скорости при длине слябового опорного участка L=16,5 м находится в диапазоне граничных значений от 34850 до 41200, предпочтительно в диапазоне граничных значений от 38000 до 41200.
Фиг. 7 показывает график с соответствующими вышеуказанным факторам К скорости характеристическими кривыми 32-37. На абсциссе графика отложена толщина d (измеренная на конце слябового направляющего устройства 6 или, соответственно, на входе в обжимной стан 4 черновой прокатки) сляба в единицах [мм], на ординате нанесена скорость литья в единицах [м/мин].
Характеристические кривые 32, 33 и 34 отвечают длинам слябового опорного участка L=13 м, характеристические кривые 35, 36 и 37 относятся к длинам слябового опорного участка L=16,5 м.
Для эффективного выполнения работы установки в каждом случае решающее значение имеют самые верхние, действительные для конкретной длины L слябового опорного участка характеристические кривые, тем самым согласно Фиг. 7 для длин слябового опорного участка L=13 м характеристическая кривая 32, и для длин слябового опорного участка L=16,5 м характеристическая кривая 35.
Самые верхние, действительные для конкретной длины L слябового опорного участка характеристические кривые согласуются с приведенными выше в таблицах факторами скорости «К_верхний предел». Более конкретно, характеристическая кривая 32 соответствует фактору К скорости 35200, и характеристическая кривая 35 соответствует фактору К скорости 44650. Характеристические кривые 32 и 35 тем самым соответствуют быстро затвердевающим сортам стали, которые позволяют выдерживать высокую скорость литья и отведение тепла с соблюдением стандартизированных критериев качества.
Согласно Фиг. 7, самые нижние, относящиеся к конкретной длине L слябового опорного участка характеристические кривые (для длин слябового опорного участка L=13 м: характеристическая кривая 34; для длин слябового опорного участка L=16,5 м: характеристическая кривая 37) соответствуют приведенным в таблицах факторам скорости «К_нижний предел».
Соответствующие характеристическим кривым 36 и 37 сорта стали вследствие их более медленного затвердевания могут охлаждаться не так «жестко», то есть, не столь быстро, как соответствующий характеристической кривой 35 сорт стали. Равным образом, соответствующие характеристическим кривым 33 и 34 сорта стали могут охлаждаться не столь быстро, как соответствующий характеристической кривой 32 сорт стали.
Скорость охлаждения решающим образом определяет положение вершины зумпфа внутри сляба 3. Следует избегать диапазонов скорости литья, лежащих выше специфичных для сортов стали характеристических кривых 32-37, чтобы предотвратить вспучивание и растрескивание сляба 3 в области вершины зумпфа. Другими словами, характеристические кривые 32-37 представляют граничные кривые скоростей литья для различных сортов стали.
c
c
c
При проведении работы, совпадающем с исходной точкой стрелки 35' в Фиг. 7, со скоростью литья v = 6 м/мин и толщиной сляба d=86 мм, вершина зумпфа в слябе 3 располагалась бы, например, на конце слябового направляющего устройства 6, то есть, по возможности вблизи входа в обжимной стан 4 черновой прокатки, благодаря чему обеспечивается оптимальное использование теплоты из этапа литья для последующего процесса прокатки. Если же теперь, как в порядке примера представлено стрелкой 35', скорость v литья из производственных соображений уменьшается до 5,5 м/мин, то, согласно стрелке 35'', должно бы быть выполнено увеличение толщины d сляба примерно до 90 мм, чтобы вершина зумпфа в слябе 3 по-прежнему удерживалась бы на конце слябового направляющего устройства 6, и обеспечивалось оптимальное использование теплоты из этапа литья для последующего процесса прокатки. Аналогично этому, в случае снижения скорости v литья до 5,2 м/мин согласно стрелке 35''' показано увеличение толщины d сляба примерно до 93 мм, чтобы вершина зумпфа в слябе 3 по-прежнему удерживалась бы на конце слябового направляющего устройства 6.
c
c
Напротив, при повышении скорости v литья (например, после того, как были разрешены технологические проблемы, которые сделали необходимым временное сокращение скорости v литья), толщина d сляба соответственно уменьшается, чтобы исключить опасность вспучивания сляба 3 в области вершины зумпфа.
c
В отношении производственно-технологических причин, которые делают необходимым снижение скорости v литья, речь может идти, например, о зарегистрированных датчиками неполадках в области шиберных затворов или кристаллизатора, в частности, на поверхности ванны кристаллизатора, или об отклонениях температуры сляба от заданных значений.
Изменение толщины d сляба может быть выполнено вышеописанным динамическим сокращением толщины в режиме LCR с помощью LCR-направляющего сегмента 16'.
c
Если скорость v литья по вышеуказанным причинам снижается, производственному персоналу через устройство вывода дается указание, чтобы сократить обжатие с жидкой сердцевиной (LCR) так, что увеличивается толщина d сляба, и чтобы опять достигнуть соответствующей изобретению взаимосвязи и, соответственно, данного диапазона граничных значений. Согласно изобретению, при этом предпочтительно стремятся выдерживать верхнюю область диапазона.
c
c
c
В зависимости от того, что именно рассматривается эксплуатирующим персоналом как основной параметр установки (толщина d сляба или скорость v литья), то, исходя из желательной толщины d сляба, может быть выбрана сообразная целевая скорость v литья, или же, исходя из желательной скорости v литья, может варьироваться толщина d сляба.
c
c
c
Следует отметить, что в смысле высокой стабильности производства вышеописанные изменения толщины d сляба выполняются только при существенных изменениях скорости v литья (например, при изменениях v примерно на 0,25 м/мин), и не при каждом незначительном отклонении скорости v литья от желательной в каждом случае целевой скорости литья.
c
Следуя соответствующим изобретению характеристическим кривым и соответствующим факторам К скорости, при снижении скорости v литья может быть увеличена толщина d сляба, и тем самым повышается и, следовательно, оптимизируется пропускная способность материала.
c
Поскольку стабильное литье едва ли достижимо при скорости v литья свыше примерно 7 м/мин, в эту область на графике согласно Фиг. 7 никакие данные внесены не были.