Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ШИРОКОПОЛОСОВОЙ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ НА СТАНЕ, СОДЕРЖАЩЕМ НЕПРЕРЫВНУЮ ПОДГРУППУ ИЗ ЧЕРНОВЫХ КЛЕТЕЙ

Изобретение относится к черной металлургии, точнее к способам горячей прокатки полос на широкополосовых станах.

Известен способ широкополосовой горячей прокатки на стане, содержащем непрерывную подгруппу из черновых клетей, включающий прокатку горячего сляба в черновой группе клетей, в том числе с ускорением в последних клетях черновой группы, передачу подката по промежуточному рольгангу, прокатку в чистовых клетях с ускорением, охлаждение на отводящем рольганге и смотку готовых полос в рулон [см., например, Г.Г.Фомин и др. “Механизация и автоматизация широкополосных станов горячей прокатки”. Изд-во “Металлургия”, 1979, стр. 23].

Основной недостаток известного способа состоит в низкой его эффективности в решении задачи совершенствования температурного режима прокатки в чистовой группе клетей: повышение температуры заднего конца подката благодаря прокатке с ускорением в непрерывной черновой подгруппе может достигать не более 40°С, что явно недостаточно для реализации процесса прокатки в чистовых клетях с получением высококачественной готовой полосы.

Известен способ широкополосовой горячей прокатки на стане, содержащем непрерывную подгруппу из 3^х черновых клетей, включающий прокатку горячего сляба в черновой группе клетей, передачу подката по промежуточному рольгангу с его экранированием в процессе этой передачи, прокатку в чистовой группе клетей, охлаждение на отводящем рольганге и смотку готовых полос в рулон (см., например, Технологическая инструкция “Горячая прокатка полос на стане 2000 горячей прокатки”, ТИ-101-ГЛ.10-374-90, г. Магнитогорск, 1995 г., Приложение 3).

По совокупности существенных признаков этот известный способ широкополосовой горячей прокатки наиболее близок к предлагаемому, поэтому принят за прототип.

Основным недостатком известного способа является недостаточная (на уровне 60...80%) степень снижения “температурного клина” в процессе экранирования, не позволяющая реализовывать в чистовой группе клетей прокатку с постоянной скоростью. В свою очередь это приводит к необходимости осуществлять чистовую прокатку с пониженным ускорением, что снижает производительность процесса.

Предлагаемый способ широкополосовой горячей прокатки свободен от указанного недостатка известного способа прокатки. Путем его реализации стабилизируется весь режим прокатки в чистовой группе клетей, что позволяет:

- снизить продольную и поперечную разнотолщинность готовых полос, особенно толщиной менее 2,5 мм;

- прокатывать более широкие тонкие полосы;

- обеспечить однородность показателей механических свойств по длине готовой полосы;

- снизить расход электроэнергии в чистовых клетях за счет отказа от их ускорения, а также прокатки более горячего металла;

- для ряда типоразмеров полос, особенно тонких, путем резки подката пополам на летучих ножницах на 100% использовать под нагревательных печей и в два раза сократить потери металла с обрезью на летучих ножницах.

Отмеченные технические результаты достигаются в способе широкополосовой горячей прокатки на стане, содержащем непрерывную подгруппу из черновых клетей, включающим прокатку горячего сляба в черновой группе клетей, передачу подката по промежуточному рольгангу с его экранированием в процессе этой передачи, прокатку в чистовой группе клетей, охлаждение на отводящем рольганге и смотку готовых полос в рулон благодаря тому, что осуществляют прокатку в чистовой группе с постоянной скоростью, при этом путем реализации прокатки с ускорением в непрерывной подгруппе из черновых клетей с последующим экранированием подката на промежуточном рольганге обеспечивают квазипостоянную температуру подката по его длине на входе в чистовую группу клетей.

Предлагаемый способ пояснен схематическим чертежом технологической линии стана, содержащего непрерывную подгруппу из черновых клетей, на котором осуществляют способ, и известными данными о выравнивающей способности по температуре чистовой группы клетей.

На фиг.1 показана схема технологической линии непрерывного широкополосового стана горячей прокатки (НШПС г.п.), содержащего в черновой группе непрерывную подгруппу из трех последних клетей; на фиг. 2 - изменение (журнал “Сталь”, 1976 г., №11, стр. 1012, рис.2) сглаживающего коэффициента η в зависимости от числа чистовых клетей F_i, и толщины прокатываемой полосы h в мм. Здесь где Δt_F1 - изменение температуры подката на входе в чистовую группу, Δt_кп - обусловленное этим изменением колебание температуры конца прокатки (фиг.1).

Технологическая линия НШПС г.п. (фиг.1) содержит нагревательные (подогревательные) печи 1, черновую группу клетей 2 с непрерывной подгруппой из трех последних клетей 3, промежуточный рольганг 4 с экранирующей установкой 5, чистовую группу клетей 6, отводящий рольганг 7 и моталки 8. Составной частью чистовой группы клетей является система межклетьевого охлаждения (МКО) 9.

Способ широкополосовой горячей прокатки реализуют следующим образом.

Горячий сляб, нагретый/подогретый в печах 1, выгружают из печи и подают в черновую группу клетей 2, где последовательно деформируют до толщины подката, который поступает на промежуточный рольганг 4. В процессе деформации в черновой группе клетей 2, в ее непрерывной подгруппе 3, прокатку осуществляют с ускорением, т.е. повышают скорость прокатки от переднего к заднему концу по мере прохождения раскатом клетей этой подгруппы. Реализацию прокатки с ускорением обеспечивают благодаря тому, что привод клетей непрерывной подгруппы 3 осуществляют от двигателей постоянного тока.

Благодаря прокатке с ускорением в черновой непрерывной подгруппе клетей получают перепад температуры по длине подката: более низкую температуру на переднем конце подката и более высокую на заднем его конце.

В этом состоянии подкат передают по промежуточному рольгангу 4 в чистовую группу клетей 6, содержащую семь клетей F₁...F₇. В процессе указанной передачи подкат проходит под экранирующей установкой 5. Нахождение подката под этой установкой уменьшает охлаждение заднего конца подката, благодаря чему повышается температура заднего конца подката в сравнении с его передним концом в момент входа металла в клеть F₁ чистовой группы клетей 6. Указанное повышение температуры заднего конца подката в сравнении с передним его концом суммируется с уже отмеченным повышением температуры заднего конца подката в сравнении с его передним концом, нивелируя в том числе повышение на 5...8°С температуры переднего конца подката из-за прохождения под экранирующей установкой.

В конечном итоге обеспечивают квазипостоянное распределение температуры по длине подката в момент его входа в первую клеть F₁ чистовой группы клетей 6. При этом под квазипостоянным распределением температуры по длине подката понимают допустимость различия в температурах заднего и переднего концов подката в момент его входа в клеть F₁ (Δt_F1 на фиг.1) (“технологически необходимая стабильность температуры раската” согласно Ю.В.Коновалову и др. “Расчет параметров листовой прокатки”, Справочник, М.: Металлургия, 1986 г., стр. 223) на величину, которая сглаживается по мере прохождения чистовой группы клетей 6 благодаря ее выравнивающей способности (фиг.2) до значений температур конца прокатки, фиксируемых датчиком температуры конца прокатки на выходе из клети F₇ как допустимое распределение температуры конца прокатки (Δt_кп на фиг.1) по длине готовой полосы

[Согласно технологической инструкции горячей прокатки полос на соответствующем стане].

При прокатке наиболее тонких полос (толщиной 1,2...1,5 мм) подкат перед входом в клеть F₁ на летучих ножницах режут пополам (при этом используют исходные слябы полной длины), тем самым “температурный клин” для каждого подката на входе в клеть F₁ уменьшают в два раза, а в остальном используют уже описанные приемы предлагаемого способа прокатки.

Указанные положения принимают за основу и прокатку в чистовой группе клетей 6 осуществляют с постоянной скоростью. При этом для исключения снижения производительности процесса прокатки, обусловленного отказом от прокатки с ускорением в чистовой группе клетей 6, общий уровень скорости прокатки в чистовой группе клетей 6 повышают, а возможные повышенные значения температуры конца прокатки устраняют либо понижением температуры нагрева/подогрева слябов, либо применением межклетьевого охлаждения. Причем МКО в основном применяют в третьем (F₃-F₄) - шестом (F₆-F₇) - межклетевых промежутках чистовой группы клетей 6, чем максимально используют эффект повышения температуры заднего конца подката на входе в клеть F₁ для снижения нагрузки на клети F₁-F₃ чистовой группы 6 (или для повышения обжатий в этих клетях).

После выхода из клети F₇ полосу транспортируют по отводящему рольгангу 7 с принудительным охлаждением и сматывают в рулон на моталках 8.

Реализация предлагаемого способа широкополосовой горячей прокатки позволяет:

1) иметь существенную экономию электроэнергии в чистовой группе клетей благодаря отказу от прокатки металла с ускорением чистовой группы клетей;

2) дополнительно иметь экономию электроэнергии в чистовой группе клетей на уровне 10...12% благодаря прокатке в первых чистовых клетях более горячего металла;

3) снизить продольную и поперечную разнотолщинность полос и разброс показателей механических свойств по длине готовых полос благодаря стабилизации температурно-деформационных условий прокатки во всех клетях чистовой группы;

4) для заказов на облегченные рулоны (особенно для тонких полос) снизить в 2 раза потери на обрезь на летучих ножницах и на МНЛЗ путем использования цельных слябов и резки подката пополам на летучих ножницах. Повысить степень использования пода печей, заметно увеличить выход годного.

Пример 1. Непрерывный широкополосовой стан 2000 горячей прокатки имеет параметры, приведенные на фиг.1 и описанные в книге Г.Г.Фомин и др. Механизация и оптимизация широкополосных станов горячей прокатки, стр. 37...63. Этот стан содержит в черновой группе клетей непрерывную подгруппу из 3^х последних клетей, допускающую возможность варьирования скорости прокатки в пределах 2...5 м/с, чистовая группа стана имеет 7-мь клетей кварто (таблица 7 в указанной книге, НШПС г.п. 2000 Череповецкого металлургического комбината) и МКО.

Промежуточный рольганг стана оборудован теплосохраняющей (экранирующей) установкой протяженностью 52,8 м (для экранирования сверху) и экранированием снизу на протяжении 100 м, которое осуществляют с использованием межроликовых плит с емкостями, заполненными воздушной окалиной (подробное описание экранирующей установки и ее возможности изложены в статье В.Н. Хлопонин и др. Теплосохраняющая установка для широкополосных станов горячей прокатки, Черные металлы, февраль 2002 г., с. 13...18).

Согласно технологической инструкции ЧерМК для прокатки на этом стане: “Горячая прокатка полос в листопрокатном цехе №2. ТИ-105-П.ГЛ.2-02-92, таблица 8.1, пункт 10 допускается предельное отклонение температуры конца прокатки t_кп от номинала Δt_кп=+15°С [заметим, что для весьма близкого по компоновке НШПС г.п. ММК согласно отмеченной технологической инструкции ТИ-101-ГЛ.10-374-90, табл. 10 допускается колебание температуры прокатки Δt_кп ±10°С от номинала, т.е. перепад температуры Δt_кп=20°С].

На стане, рассматриваемом НШПС 2000 г.п., горячий сляб толщиной 250 мм, шириной 1500 мм и длиной 10250 мм в черновой группе прокатывают на подкат толщиной 35 мм и длиной 73,2 м. Причем прокатку в непрерывной подгруппе 3 осуществляют с ускорением, изменяя скорость прокатки с V=2 м/с в последней черновой клети для переднего конца подката до 5 м/с - для заднего конца подката, реализуя постоянное значение ускорения.

В процессе передачи подката по промежуточному рольгангу 4 с указанной теплосохраняющей установкой 5 и прокатке его в чистовой группе 6 на готовую горячекатаную полосу толщиной 3,0 мм с постоянной скоростью прокатки в последней чистовой клети F₇, равной 10 м/с, на входе в первую чистовую клеть F₁ формируют температурный клин Δt_F1=5°С с более низкой температурой для заднего конца подката.

Согласно фиг.2 при прокатке полосы толщиной 3,0 мм коэффициент сглаживания для семиклетьевой чистовой группы равен порядка 2,8. Таким образом реализуют процесс прокатки в чистовой группе на постоянной скорости и имеют постоянную температуру конца прокатки t_кп по длине готовой полосы (перепад температуры Δt_кп по длине готовой полосы составляет 1,7°С).

Пример 2. При указанных в примере 1 условиях на НШПС 2000 г.п. из сляба толщиной 250 мм, шириной 1835 мм и длиной 10000 мм прокатывают полосу толщиной 10 мм и шириной 1835 мм, при этом в чистовой группе клетей прокатку осуществляют с постоянной скоростью в последней чистовой клети F₇, равной 3,2 м/с. В этом случае на входе в первую чистовую клеть F₁ формируют температурный клин Δt_F1=4°С с более низкой температурой для заднего конца подката, длина которого составляет 71,4 м.

Учитывают, что при прокатке полосы толщиной 10 мм для семиклетьевой чистовой группы коэффициент сглаживания равен порядка 1,5 (фиг.2). Таким образом реализуют процесс прокатки в чистовой группе на постоянной скорости и имеют постоянную температуру конца прокатки по длине готовой полосы (перепад температуры Δt_кп по длине готовой полосы составляет 2,7°С).

Пример 3. При указанных в примере 1 условиях на НШПС 2000 г.п. из сляба толщиной 250 мм, шириной 1200 мм и длиной 9400 мм прокатывают полосы толщиной 1,5 мм и шириной 1200 мм. При этом в чистовой группе клетей прокатку осуществляют с постоянной скоростью в последней чистовой клети F₇, равной 10 м/с. В этом случае на входе в первую чистовую клеть F₁ формируют температурный клин Δt_F1 равный 44°С для длины подката 67100 мм. Учитывают, что при прокатке полосы толщиной 1,5 мм для семиклетьевой чистовой группы коэффициент сглаживания равен порядка 4,55 (фиг.2). Поэтому осуществляют процесс прокатки в чистовой группе с указанной постоянной скоростью и имеют укладывающийся в требования технологической инструкции перепад температуры по длине готовой полосы на уровне Δt_кп=9,8°С.

Пример 4. Осуществляют прокатку полосы толщиной 1,5 мм при условиях, описанных в примере 3, но подкат на летучих ножницах режут пополам, получая в конечном итоге две полосы. Таким образом на длине каждого подката на входе в чистовую группу имеют “температурный клин” Δt_F1=22°С, что равнозначно практически равномерному распределению температуры конца прокатки по длине каждой готовой полосы (перепад температуры Δt_кп по длине готовой полосы составляет 4,9°С). Таким образом обеспечивают технологически необходимую стабильность температуры раскатов. Кроме того, в сравнении с прокаткой этих же полос из исходных слябов полной длины (т.е. 10000 мм) имеют снижение потерь металла при резке слябов на МНЛЗ, в два раза сокращают потери металла с обрезью на летучих ножницах НШПС г. п., полностью используют под нагревательной печи и в конечном итоге повышают выход годного.

Пример 5. Осуществляют прокатку полосы толщиной 1,2 мм при условиях, описанных в примере 3. Технологией прокатки предусматривают резку подката пополам на летучих ножницах. В результате для каждого подката обеспечивают “температурный клин” Δt_F1 на входе в первую чистовую клеть на уровне 35°С и технологически необходимую стабильность температуры между подкатами. При скорости прокатки в последней клети F₇ семиклетьевой чистовой группы полос толщиной 1,2 мм коэффициент сглаживания равен порядка 5,2 (фиг.2). В этих условиях перепад температуры конца прокатки Δt_кп по длине каждой готовой полосы составляет 6,7°С, что вполне допустимо согласно действующей на этом стане технологической инструкции (практически в 2,2 раза ниже предельной границы в 15°С, установленной технологической инструкцией). К тому же, получают экономический эффект от увеличения выхода годного.

Пример 6. При указанных в примере 1 параметрах НШПС г.п. и условиях прокатки в черновой группе клетей подката длиной 73,2 м из сляба толщиной 250 мм, шириной 1500 мм и длиной 10250 мм прокатывают полосы толщиной 2,5 мм. Прокатку в чистовой группе клетей осуществляют на постоянной скорости, равной 10 м/с для последней седьмой клети F₇. Благодаря прокатке в непрерывной черновой подгруппе 3 с ускорением: повышают скорость прокатки с 2,0 м/с в начале процесса прокатки до 5,0 м/с в его конце, обеспечивают повышенную температуру заднего конца прокатки и последующим экранированием подката формируют на входе в первую клеть F₁ чистовой группы “температурный клин” Δt_F1 на уровне 3°С. Последнее (с учетом данных фиг.2) при указанных условиях прокатки равнозначно равномерному распределению температуры по длине подката на входе в чистовую клеть F₁ и также равномерному ее распределению (t_кп) по длине готовой 2,5 мм полосы. В этих условиях со 100% гарантией обеспечивают равномерные по длине полосы показатели механических свойств, продольную и поперечную разнотолщинность полос.

Материалы в примерах 1-6 получены путем компьютерного моделирования с использованием математических моделей, описанных в журналах Сталь, 1990 г., №10, с. 40...50 и Черные металлы, февраль 2002 г., с. 13...18. Во всех рассмотренных примерах горячей прокатки полос из слябов полосы равномерно охлаждают на их основной длине на отводящем рольганге 7, чем обеспечивают постоянство температуры смотки по их длине в соответствии с технологической инструкцией и формирование заданных параметров механических свойств, после чего сматывают в рулоны на моталках 8.