книги из ГПНТБ / Чижиков, Ю. М. Редуцирование и прокатка металла непрерывной разливки

согласно плану девятой пятилетки, не должна быть меньше 300—350 т. Использование же унифицирован­ ных непрерывнолитых слитков-слябов больших сечений большой массы позволит применять мощные сталепла­ вильные агрегаты. Это обстоятельство, а также и то, что для отливки крупных слитков требуются не многоручье­ вые, а всего лишь одно-, двухручьевые установки непре­ рывной разливки, делает сталеплавильный комплекс бо­ лее технически совершенным и более экономичным. Од­ новременно с этим, как показывают расчеты, благодаря унификации слитков-слябов существенно возрастает производительность УНРС и в связи с этим существенно уменьшается потребность в них.

Все изложенное выше касается главным образом со­ става оборудования комплексов. Не менее важны про­ блемы обеспечения высокого качества продукции. В ста­ леплавильном производстве легко создать устойчивый, строго регламентированный, полностью автоматизиро­ ванный процесс непрерывной разливки, если отливать слябы одного унифицированного сечения. Очевидно, что именно при таком процессе можно получить слябы вы­ сокого качества.

В прокатном производстве в свою очередь появляют­ ся предпосылки дальнейшего, весьма существенного по­ вышения качества продукции, основанные на возмож­ ности увеличения степени суммарной деформации.

Известно, что суммарная деформация оказывает ре­ шающее влияние на свойства металла. При достаточных суммарных деформациях свойства металла, в частности механические, существенно повышаются и, что особенно важно, становятся более однородными как по сечению, так и по длине металла. Улучшается при этом и качест­ во поверхности, так как в результате значительного уве­ личения суммарной деформации происходит выкатка поверхностных дефектов, которые при необходимости можно удалить с обжатого металла зачисткой.

Из непрерывнолитых слябов, наибольших для задан­ ных условий размеров, путем редуцирования и дальней­ шей прокатки могут быть получены все сортовые и ли­ стовые профили, а то время как из блюмов небольших сечений невозможно приготовить качественные сортовые профили больших и средних размеров. Так, из-за недо­ статочной степени деформации из литых слитков-квад­ ратов сечением, например, 150X150 мм нельзя получить

10

круглые профили диаметром не только 150, но и 40 мм. Для производства более широкого сортамента готовой продукции необходимо иметь широкий сортамент исход­ ных слитков-квадратов, т. е. сечением и 150X150 мм, и 200X200 мм, и 250X250 мм и т. д., а в листовом произ­ водстве — большое количество исходных литых слябов различной ширины, соответствующей ширине требуемых листов. Все это неизбежно усложняет производство и приводит к ухудшению качества самих слитков. По мне­ нию автора, только использование в качестве исходных унифицированных, непрерывполитых слябов наиболь­ ших сечений действительно может обеспечить производ­ ство прокатной продукции самого широкого сортамента.

Согласно концепции автора, в сталеплавильно-про­ катные комплексы должны входить редуцирующие аг­ регаты, на которых осуществляется редуцирование не­ прерывнолитых слитков-слябов («литых слябов»).

При непрерывной разливке металла можно получить слитки квадратного и других близких к ним сечений размерами от 50X50 до 350X350 мм, а также плоские слитки типа слябов максимальной толщины при прак­ тически любой ширине, например 2000—2500 мм. Эта особенность — получение сечений, ограниченных по тол­ щине (до 350 мм) и любой ширины (2500 и больше) — предопределяет возможность увеличения массы слитков,

комплексов слитки, отливаемые на установках непре­ рывной разливки, должны быть плоскими с достаточно большим отношением сторон сечения, которое практи­ чески будет изменяться в пределах от 2,5 до 8, возмож­ но, и больше. Такое соотношение сторон сечения харак­ терно для слябов, применяемых в листовом производст­ ве, поэтому непрерывнолитые слитки-слябы по существу представляют собой литые слябы.

Непрерывнолитые слитки-слябы могут быть исполь­ зованы как в сортовом, так и в листовом производстве. Различаться они будут только соотношением сторон се­ чения: для сортового производства это отношение долж­ но быть 2,5—4,0, для листового — в пределах от 4 до 8. Не исключается возможность использования непрерыв­ нолитых слябов с наибольшим отношением сторон сече­ ния не только для листового производства.-

Непрерывнолитые слябы-слитки подвергаются реду­

11

цированию, основной целью которого является уменьше­ ние ширины литых слябов до нужных размеров. Процесс редуцирования (это понятие применительно к условиям горячей продольной прокатки введено впервые) был неизвестен в мировой практике. При обычной прокатке допускалось обжатие полос, у которых отношение сто­ рон сечения Н/В не превышало 2 (здесь и далее Н со­ ответствует большей стороне сечения, в направлении ко­ торого осуществляется редуцирование). Объектом для редуцирования являются полосы с отношением сторон сечения от 2 до 8 (возможно и более). Обжатие при ре­ дуцировании может достигать 80% (до получения сече­ ний с Н/В= 14-1,5, дальнейшая прокатка которых про­ изводится как обычно).

Приоритет на процесс редуцирования принадлежит

СССР с 1961 г. [1, 5, 6]. Впервые опыты по редуцирова­

рования являлся метод моделирования, детально разра­ ботанный на основе теории подобия применительно к обработке металлов давлением [10], а, в частности к прокатке [11]. Здесь уместно отметить, что практика подтвердила выводы, сделанные при моделировании.

Для осуществления процесса служат редуцирующие агрегаты, которые состоят из двух или трех пар вал­ ков: одна или две пары валков предназначены для ре­ дуцирования (они имеют соответствующей конструкции глубокие ящичные калибры [9]) и одна пара гладких валков необходима для проглаживающих проходов и плоской прокатки с обжатием по меньшей стороне. Ре­ дуцирующие валки (клети) могут быть вертикального или горизонтального исполнения и соответственно глад­ кие валки горизонтального и вертикального исполнения. Агрегаты могут быть реверсивными. При последователь­ ном расположении они могут работать и как непрерыв­ ные.

В ряде случаев для редуцирования можно использо­ вать после соответствующего переоборудования дейст­ вующие блюминги, а также и некоторые другие станы (например, обжимные клети рельсобалочных станов). Обо всем этом более подробно будет сказано в соответ­ ствующих разделах книги.

12

Ч а ст ь I

ОСОБЕННОСТИ НОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРОКАТКИ МЕТАЛЛА

НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ

Г л а в а 1

РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА ПРОКАТНОЙ ПРОДУКЦИИ

ИЗ МЕТАЛЛА НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ

СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Состав прокатного оборудования, технологические процессы прокатки, качество проката и уровень органи­ зации прокатного производства находятся в прямой за­ висимости от типа, размеров, формы и качества отли­ ваемых в сталеплавильных цехах слитков, являющихся исходным продуктом прокатного производства.

В качестве исходного продукта в черной металлур­ гии ранее применяли слитки небольших размеров и мас­ сы. Эти слитки прокатывали непосредственно на сорто­ вых и листовых станах до готовой продукции. По мере развития металлургии систематически и постоянно уве­ личивались размеры и масса отливаемых и прокатывае­ мых слитков. Процесс увеличения массы слитков обус­ ловлен рядом очень важных причин. Главными из них являлись стремление увеличить мощности сталепла­ вильных и прокатных агрегатов и их производитель­ ность, улучшить условия организации крупного метал­ лургического производства и, что особенно важно, по­ высить качество прокатной продукции.

В настоящее время вся сортовая продукция получа­ ется из слитков квадратного или прямоугольного сече­ ний массой до 5—б т на 1 м. Слитки прокатывают на блюмингах и обжимных станах, а также на заготовоч­ ных станах на блюмы сечением до 380X380 мм и заго­

13

товку сечением от 150X150 до 50X50 мм. Из блюмов и заготовки на соответствующих станах получают про­ фили всех требуемых размеров и сечений.

Важными особенностями современной технологии производства сортовой продукции, благоприятно сказы­ вающимися на ее качестве, являются: 1) прокатка, как правило, в два передела (обжимной и чистовой) с дву­ мя нагревами (нагрев слитков, нагрев блюмов или за­ готовки); 2) контроль качества обжатых блюмов и за­ готовки и удаление с них поверхностных дефектов до последующей прокатки; 3) большие степени суммарной деформации, которые даже при прокатке таких крупных профилей, как круглые диаметром 150 мм, доходят до 30-кратной.

Вся листовая продукция получается из слитков мас­ сой 50 т и выше. Эти слитки на слябингах и блюмингах прокатывают на слябы различной ширины и толщины применительно к размерам листов, для которых слябы предназначены. Обжатые слябы затем прокатывают на листовых станах до требуемых размеров листов (особо толстые листы получают непосредственно из слитков). Современная технология производства листов также предусматривает два нагрева (нагрев слитков и нагрев слябов), возможность контроля качества обжатых сля­ бов и удаление с них поверхностных дефектов.

Таким образом, для современного сталеплавильно­ прокатного производства характерно следующее:

1. Отливка и прокатка крупных слитков большой массы.

2.Применение блюмингов и обжимных прокатных станов.

3.Контроль и'зачистка поверхности обжатых слябов

изаготовки.

лей.

Вближайшие годы в металлургической промышлен­ ности все шире будет внедряться непрерывная разливка стали.

Всвязи с особенностями процесса непрерывной раз­ ливки существенно изменяется форма, размеры и масса исходного продукта прокатного производства непрерыв­ нолитых слитков. На установках непрерывной разливки (УНРС) отливают квадратные и прямоугольные сече­

14

ния, по своим размерам отвечающие обжатым слябам, блюмам и заготовке. Литые слябы отливают с соотно­ шением сторон сечения от 1 : 2 до 1 : 8 и более при наи­ большей толщине порядка 300—350 мм и ширине 2000— 2500 мм. Литые блюмы имеют максимальное сечение 350X350 мм, а литая заготовка минимальное сечение порядка 50X50.

При переходе на непрерывную разливку до послед­ него времени основывались на двух посылках: 1) вся прокатная продукция как сортовая, так и листовая, про­ катывается из литой заготовки, литых блюмов и литых слябов, поступающих непосредственно на отделочные (чистовые) сортовые и листовые станы; 2) блюминги и заготовочные станы в сортовом производстве и слябинги в листовом производстве из сталеплавильно-прокатных комплексов исключается.

Для изготовления нужного сортамента сортовой и листовой продукции требуется большое количество отли­ чающихся по размерам заготовок, блюмов и слябов. По современной технологии их получают из крупных слит­ ков одного или нескольких типов путем прокатки на блюмингах и слябингах. В связи с исключением блюмин­ гов и слябингов весь необходимый набор заготовок, блюмов и слябов должен производиться на установках непрерывной разливки. Именно это обстоятельство — отливка отличающихся по размерам и сечению загото­

невозможным и такой важный элемент современной тех­ нологии, как зачистка (для удаления поверхностных де­ фектов) заготовки, блюмов и слябов в обжатом состоя­ нии до поступления их в окончательную прокатку. По­ верхностные дефекты можно удалять только с исходных слитков в литом состоянии. Это обстоятельство является второй характерной особенностью, описываемой техно­ логии.

Кроме того, в связи с исключением обжимного пере­ дела, когда всю прокатную продукцию получают непо­ средственно из литых слитков (заготовок, блюмов, сля­ бов) малых сечений, неизбежно существенное уменьше­ ние суммарной деформации. Таким образом, для техно­ логии, предусматривающей переход на непрерывную

15

разливку стали, характерно следующее: 1) непрерывная разливка весьма широкого сортамента исходных слит­ ков различных сечений и размеров; 2) прокатка всего сортамента продукции из большого количества различ­ ных непрерывнолитых слитков малых сечений с неболь­ шой массой; 3) малые степени суммарной деформации для большинства профилей проката; 4) зачистка метал­ ла в литом состоянии.

Сравнивая особенности этой технологии с особен­ ностями современной технологии производства прокат­ ной продукции, изложенной выше, нетрудно убедиться в том, что они принципиально различаются.

Как это сейчас становится ясным, все эти изменения технологии, связанные с переходом на непрерывную разливку, неизбежно должны привести к ухудшению ка­ чества металла, сужению сортамента, прокатной про­ дукции и ограничению параметров оборудования (сни­ жению единичных мощностей агрегатов, производитель­ ности и т. д.). В целом же рассмотренная технология может затруднить дальнейший прогресс черной метал­ лургии.

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Автором предложена новая технология производства прокатной продукции из непрерывнолитого металла. Принципиальными особенностями этой технологии явля­ ются:

1. Непрерывная разливка унифицированных слябов крупных сечений, с большой массой 1 м.

2. Прокатка всего сортамента сортовой и листовой продукции из обжатых заготовок, блюмов и слябов, по­ лученных путем редуцирования из непрерывнолитых слябов крупных сечений.

3.Высокие степени суммарной деформации при про­ катке всего сортамента сортовых профилей и листов. Увеличение суммарной деформации с ростом степени ре­ дуцирования.

4.Зачистка поверхностных дефектов металла в обжа­ том состоянии.

Чтобы получить необходимые для производства об­ жатые блюмы, заготовки и слябы из литых слябов плос­ ких сечений с большим отношением сторон сечения, ко­ торое в практических условиях может доходить до 1:8 и

16

более, их необходимо подвергать редуцированию — весь­ ма значительной (до 80% и более) односторонней дефор­ мации по большей стороне. Такой процесс в практике прокатного производства отсутствовал.

Новый процесс может быть широко применен как на новых, так и на действующих заводах. На действующих заводах можно использовать блюминги, на которых должна быть организована прокатка исходных литых слябов больших сечений вместо обычных слитков. Для этой цели, очевидно, следует внедрить непрерывную раз­ ливку стали.

Как показал опыт, при специальных калибровках вал­ ков па действующих блюмингах возможно одновременно прокатывать и обычные слитки, и непрерывнолитые сля­ бы. Это дает возможность получать сортовую продукцию из заготовки, прокатанной как из обычных слитков, так и из непрерывнолитых слябов.

На новых металлургических заводах, где предусмат­ ривается непрерывная разливка стали, надобность в блюмингах и слябингах отпадает. На этих заводах для получения всей гаммы заготовок и обжатых слябов, не­ обходимых для производства всего сортамента сортовых профилей и листовой продукции, в линии непрерывных заготовочных и непрерывных листовых станов должны ус­ танавливаться специальные редуцирующие агрегаты, на которых уменьшается ширина исходных слитков — сля­ бов непрерывной разливки (производится редуцирова­ ние). На некоторых заводах с очень большой производи­ тельностью возможна также установка отдельных реду­ цирующих агрегатов вне заготовочных и листовых ста­ нов.

Новая технология — получение гаммы слябов в листо­ вом производстве и сортовой заготовки в сортовом про­ изводстве из слябов одного-двух типов путем их редуци­ рования в процессе прокатки — имеет следующие преи­ мущества перед получением их непосредственно отлив­ кой.

1. Она позволяет унифицировать литые слябы, ис­ пользуемые на заводах черной металлургии. Например, в качестве исходных могут быть приняты слябы непре­ рывной разливки сечением 315ХЮ50 или 350X1 Ю0 мм для получения всей гаммы сортовых заготовок и сечени­

ем 315X2200 или 350X2200 мм длр-нолучения всей гам­ мы слябов для производства листор. В принципе вся про™

v 2—938 Г‘- ■ 17

катная продукция может быть изготовлена и из непре­ рывнолитых слябов одного сечения, например 350Х Х2500 мм, из которых путем редуцирования будут полу­ чаться обжатые слябы для листов любой ширины и сля­ бы, например, сечением 315ХЮ50 мм, для дальнейшей прокатки на заготовку и сортовые профиля всех разме­ ров.

2.Применение слябов одинаковых сечений в качестве исходных позволяет создавать однотипные установки не­ прерывной разливки для разных заводов черной метал­ лургии, что обеспечивает высокую мобильность отрасли

всмысле поставки слитков с одного завода на другой.

3.Унификация УНРС, стандартизация их изготовле­ ния, производство серии однотипных установок на ряде заводов, очевидно, существенно снизит их стоимость. Осо­ бенно большой экономический эффект в связи со стан­ дартизацией УНРС сможет быть достигнут из-за умень­ шения типов и количества кристаллизаторов, запасных частей и сменного оборудования. Очень важным являет­

ся и то, что изготовление вспомогательного и сменного оборудования может быть централизовано, что также снизит его стоимость.

4. С увеличением сечения отливаемых слябов увели­ чивается и их относительная масса, т. е. масса 1 ног. м, в результате чего уменьшается количество необходимых для разливки ручьев-кристаллизаторов в каждой маши­ не, поэтому не только упрощается конструкция УНРС, но и уменьшается и число УНРС, необходимых для разлив­ ки определенного количества стали.

5. Расчеты показывают, что чем меньше отливаемое сечение, тем меньше должна быть и масса разливаемой плавки и, наоборот, чем больше относительная масса от­ ливаемых слябов, тем большая по массе плавка может быть отлита на УНРС. Следовательно, с увеличением размеров сечения непрерывнолитых слябов увеличивает­ ся и единичная мощность сталеплавильных агрегатов, ко­ торые могут быть использованы в сталеплавильном про­ изводстве.

6. Отливка на УНРС слябов одного-двух типов созда­ ет предпосылки для создания полностью автоматизиро­ ванного процесса разливки. В свою очередь стандартные условия разливки обеспечивают возможность наиболее тщательного выполнения требований технологических ин­ струкций. В таких условиях качество непрерывнолитых

18

слябов, очевидно, будет получаться наиболее высоким.

7.Производство прокатной продукции из стандарт­ ных слябов создает наилучшие условия для планирования производства, фабрикации продукции, выполнение зака­ зов и для наиболее полного удовлетворения требований по сортаменту.

8.Более высокие степени суммарной деформации, возможность зачистки металла в промежуточном обжа­ том состоянии, осуществляемом, как правило, в процессе прокатки, создают предпосылки для существенного улуч­ шения качества прокатной продукции по всем показате­ лям.

9.Новая технология благодаря применению унифи­ цированных непрерывнолитых слябов дает возможность также достигать паилучших результатов по таким важ­ ным показателям производства, как относительная масса рулонов (отношение массы рулона к ширине листов) на листовых станах, длина раскатов и т. д.

10.Создание сталеплавильно-прокатных комплексов

сиспользованием процесса редуцирования при оптималь­ ных решениях обеспечивает возможность достигнуть на­ илучших показателей по производительности труда, что наряду с обеспечением высокого качества продукции яв­ ляется главным.

11.Наконец, при использовании новой технологии открываются возможности для широкого внедрения не­ прерывной разливки практически на всех действующих современных металлургических заводах с сохранением существующих технологических потоков и для достиже­ ния при этом высоких экономических показателей.

Г л а в а 2

НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ РЕДУЦИРОВАНИИ

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ПО ВЫСОТЕ СЕЧЕНИЯ

Деформированное состояние по высоте (при редуци­ ровании по большей стороне сечения) определяли по разным методикам. Путем замеров изменения коорди­ натной сетки, нанесенной на боковые поверхности де­ формируемого металла и по поведению каналов, про­ сверленных в торцах образцов. Каналы в части образ-