Технология производства горячекатанного листа в условиях стана 2000 ОАО «Северсталь»

Температуру элементов механизма  крепления и перемещения БАИ  верхнего и бокового экранирования измеряли после 3 - 4 ч непрерывной работы стана. Установили, что температура наружных крышек верхних БАИ с приводной стороны равна 55 °С, по оси прокатки — 65 °С, с неприводной стороны — 60 °С, температура наружных крышек боковых экранов и их креплений — 45-50 °С, температура элементов рамы для крепления БАИ верхнего экранирования — 45 - 60°С, температура рычага подъема и цилиндра пневмопривода —25 - 35 °С.

         В работе обобщены результаты сотрудничества МИСиС и НЛМК по созданию теплосохраняющих экранов для промежуточного рольганга ШПС 2000 горячей прокатки, составной частью которого явились сопоставительные исследования ТОЭ, а также ТОЭ и ТАЭ с промежуточной мембраной (рисунок 5). В качестве отражателей использовали полированные листы из коррозионно-стойкой стали толщиной 2,0 мм, промежуточной мембраны — листы из коррозионно-стойкой стали (жаростойкого сплава) , теплоизолятора — коалиновую вату. Варьировали расстояние от поверхности экранов до металла. В процессе исследований измеряли температуру мембран и металла, оценивали работоспособность установок в реальных условиях промежуточного рольганга. Все исследования выполняли на наиболее напряженном в тепловом отношении участке — вблизи летучих ножниц.

1– подкат, 2– теплоотражатель , 3– окалина, 4– промежуточная мембрана, 5– вода, 6– теплоизолятор.

Рисунок 5– Схема панелей ТОЭ (а), а также ТОЭ (б) и ТАЭ (в) с промежуточной мембраной

Кроме того, из соотношения  лучистых потерь тепла раскатом при  использовании ТАЭ и ТОЭ получили выражение, отражающее сопоставимость этих видов экранирования:

 

   ,

где – температура разогрева мембраны;

      – температура поверхности раската;

 – произведение приведенной степени черноты экрана-раската на  

              угловой коэффициент между экраном и раскатом.

 На рисунке 6 прямая линия соответствует взаимозаменяемости ТОЭ и ТАЭ: в зоне А более эффективны ТАЭ, в Б — ТОЭ.

Рисунок 6– К определению границ применения панелей ТАЭ и ТОЭ рольганга ШПС горячей прокатки, обозначения- в тексте

Для уменьшения охлаждения нижней поверхности подката использовали теплоаккумулирующие свойства воздушной окалины, толщину слоя которой варьировали. Измеряли температуру разогрева поверхности окалины и скорость ее снижения после ухода металла, а также температуру внутренних слоев окалины.

Расчеты выполняли с использованием математической модели, адаптированной к результатам эксперимента. Для ТОЭ при воздушном охлаждении отражателей их температура достигала 420 – 450°С; при охлаждении отражателей непроточной водой — 350°С с соответствующим кипением воды, ее испарением и необходимостью восполнения через 7-8 ч работы; в змеевике, пропущенном через воду, проточная вода нагревалась до 45– 55°С; при охлаждении отражателей проточной водой _; — до 70–80°С. Независимо от вида охлаждения отражателя его поверхность быстро теряла свою отражательную способность (степень черноты через 10 дней эксплуатации увеличивалась до 0,7).

Полученные данные позволили  сделать вывод, что в ТОЭ основной проблемой является поддержание  исходной теплоотражательной способности экранов. Без решения этой проблемы применение ТОЭ на ШПС горячей прокатки следует считать проблематичным.

Для ТОЭ и ТАЭ с промежуточной  мембраной (рис. 5, б, в) получили достаточно близкие по уровню температуры разогрева мембран: до 860°С при толщине мембраны 1,5 мм и расстоянии между мембраной и металлом 250 мм. Отмечены существенные тепловые расширения мембраны, ее недостаточная жесткость, а также значительный перепад температуры по ее ширине.

Учитывая накопленный  опыт, последующую разработку ТОЭ сконцентрировали на исследовании возможности применения алюминия в качестве отражающей поверхности экранов. Выполненный анализ выбора материалов, удовлетворяющих требованиям эксплуатации станов горячей прокатки, приведен в таблице .

 Почти все перечисленные  в таблице материалы при использовании  на станах горячей прокатки  в качестве ТОЭ показали относительно  низкую стойкость. Наилучшие отражательные свойства и их сохранение во времени проявил алюминий. На основании этого в качестве несущей части материала для ТОЭ использовали стальные листы, а на них напыляли газотермическое алюминиевое покрытие. Такой установке ТОЭ присуще сочетание хороших прочностных и высоких отражательных свойств. Для повышения стабильности эксплуатации проводили дополнительное уплотнение покрытия путем пластической деформации. Применение алюминиевого газотермического покрытия, содержащего в своем составе и окисды алюминия, одновременно обеспечивает высокие отражательные свойства, что позволяет устанавливать ТОЭ на меньшей высоте от рольганга и тем самым усиливать эффект экранирования.

Таблица 23– Материалы, параметры их установки на ТОЭ и причины

                       выхода из строя

Материал	Расстояние до раската, мм	Срок службы, мес.	Причина выхода из строя
Алюминий АД1	600-850	4-6	Низкие прочностные свойства. Локальные зоны повышенной хрупкости  и механические повреждения
Горячекатанный дюралюминий Д16Т, плакированный с двух сторон алюминием	580-1400	6	Охрупчивание
Алюминиевый сплав В95- 2АМ	850	≤3.5	Постепенное ухудшение отражательных  свойств и коробление поверхности  отражателя
Коррозионностойкая сталь (полированная)	470-580	3	Быстрое (в течение 2-3 недель) ухудшение отражательных свойств
Сталь с алюминиеым покрытием	270-550	≤8	Постепенное ухудшение отражательных  свойств покрытия на участках недостаточное  его уплотнения

 

Для ТАЭ предложили промежуточную  мембрану выполнить составной в виде набора труб, наполненных теплоизолятором и расположенных вдоль рольганга. Разработали меры по уменьшению инерционности системы: максимально отделили мембрану от основной части каждой трубы, предусмотрели аккумулятор тепла на дальней от металла стороне трубы, разную толщину мембраны для них по ширине рольганга, а также перфорацию стенок труб.

 

1 — профилированная труба; 2 — несущие стержни; 3 — "аккумулятор" тепла; 4 — стенка трубы; 5 — мембрана; 6 — теплоизолятор; 7 — щели перфорации; 8 — прутки, точками отмечены места крепления термопар; I—VII — номера труб.

  Рисунок 7– Схема экспериментальной панели ТАЭ и образующих ее 

                       труб

 

На рисунке 7 показана схема опытного макета и трубы, из которых он был собран при проведении на ШПС 2000 предварительных исследований рассмотренных ТАЭ.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8– Экспериментальный модуль ТАЭ из двух секций

 

Ha этих ТАЭ получили следующие данные: температура мембран (толщина 1.0 мм, расстояние до подката 220 мм) в центре по ширине рольганга для монолитных труб панелей составила 870°С, для труб с перфорацией боковых стенок — 920°С, при выводе перфорации боковой стенки трубы к мембране — 965- 985°С (рисунок 8);

τ,с

1 — перфорация максимально  приближена к мембране

2— "монолитная" труба с перфорацией ее боковых стенок

температура мембран на краю по ширине рольганга- 750°С;

Рисунок 9– Изменение температуры мембраны (1 и 2) и подката (3) в процессе прокатки (а) и паузе (б).

разность между температурами  металла и окалины составляет 10-20°С.

инерционность системы (при  толщине мембраны 0,8 мм) — 2-3 подката;

по сравнению с охлаждением  на воздухе скорость охлаждения металла  уменьшается в 6-7 раз и более;

повышенная жесткость  конструкции экранирующих панелей, хорошее противостояние ударам подкатов. отсутствие существенных тепловых расширении мембран;

в течение 4 месяцев чистого  времени работы экранов практически  полное отсутствие корродирования мембран (применен жаростойкий сплав);

при выходе на стационарный режим наблюдается разогрев подшипников  роликов рольганга до 160°С, поэтому необходимо дополнительно их охлаждать;

изготовление труб панелей  в виде "монолита" уже через 3 недели эксплуатации приводит к появлению  в матах перегиба продольных трещин, а через 2-3 месяца- к постепенному разрушению труб из-за тепловых деформаций; панели при этом сохраняют свою способность теплоизолировать раскат, но внешний вид установки ухудшается;

      при изготовлении  труб панелей с выводом перфорации боковой стенки к мембране полностью устраняется разрушение панелей из-за тепловых деформаций. Максимальная температура разогрева мембран центральных труб в этом случае в среднем на 0,05 выше по сравнению с "монолитными" трубами с перфорацией боковых стенок, что дополнительно повышает эффект экранирования раската примерно на 15%.

В дальнейшем были созданы  кассеты, которые лучше воспринимали удары раската(рисунок 10).

1-10 — номера груб; 11 — стягивающие  стержни; 12 — теплоизолирующая вата; 13 - ось рольганга; 14 — направление  движения раската; 15 — раскат; 16 —  ролики рольганга; 17 — отбойники на кассетах; 18 — центральный отбойник на секции.

Рисунок 10– Схемы, иллюстрирующие основные положения, использованные при  создании секций ТСУ II—VIII — номера кассет, образующих секцию; стрелками  указаны направления установки  и выемки кассет из секции)

 

При адаптации математической модели к экспериментальным данным необходимо в расчетах ТАЭ учитывать распределение температуры (мембран) по ширине панелей. Применение в расчетах усредненных значении указанных температур приводит к заниженной оценке экономии тепла подкатом (в 1,2-1,35 раза) и его температуры (на 15-20°С).

Применительно к ШПС 2000 НЛМК анализировали влияние экранирующей установки на изменение температуры подкатов и на экономию тепла; воздействие на эти показатели протяженности экранирующей установки, скорости транспортирования подкатов по промежуточному рольгангу после выхода подката из последней черновой клети (v>3,2-4,5 м/с). По приведенной зависимости определяли протяженность участка рольганга (со стороны черновой группы), на котором панели ТАЭ ( =250 мм) могут быть заменены на ТОЭ (  = 350мм); расчетом модели уточняли полученные результаты.

Установили, что при прохождении  первого подката (например, 35х1500х71500 мм) под исходными "холодными" панелями ТАЭ экономия тепла достигает 60% и температура его хвостовой части повышается на 50°С по сравнению с охлаждением на воздухе при наличии окалины на рольганге (рисунок 10). На пятом подкате экономия тепла достигает 80% и температура хвостовой части дополнительно повышается на 20°С. На секциях 1-8 без снижения эффекта экранирования панели ТАЭ могут быть заменены на ТОЭ. При использовании экранирующей установки увеличение скорости транспортирования подкатов по промежуточному рольгангу практически не влияет на их охлаждение, но повышается вероятность ударов подкатов по панелям экранов. Протяженность экранирующей установки должна быть равна наибольшей длине подкатов, характерной для стана, и ее необходимо максимально приближать (из конструктивных соображений) к летучим ножницам.

 

1-5 — номера последовательно  прошедших подкатов; стрелкой отмечена секция, до которой панели ТАЭ могут быть заменены  панелями ТОЭ; N — номера секций экранов.

Рисунок 11– Изменение температуры (t) хвостовой части подката (штриховые линии) и мембран (сплошные линии) и экономии тепла () подката (пунктирные линии)

 

На основе выполненных  исследований разработали промышленную теплосохраняющую установку для промежуточного рольганга ШПС 2000 НЛМК. В конструкции установки предусмотрели: применение панелей ТАЭ, набранных из труб, имеющих вывод перфорации их боковых стенок к мембране; расстояние между мембраной и уровнем рольганга 250 мм с возможностью его изменения до 350 мм при замене панелей ТАЭ на ТОЭ; протяженность экранирующей установки, равную длине наибольшего подката, с максимальным приближением к летучим ножницам и переходом в районе действия подвижных линеек на ТОЭ; исполнение межроликовых плит с емкостями для воздушной окалины внутреннее охлаждение роликов рольганга в районе действия ТАЭ; применение ТОЭ для изоляции боковых зазоров; наличие отбойников на панелях ТАЭ и межроликовых плитах, а также входного отгибателя переднего конца подката на выходе из последней черновой клети; секционное исполнение экранирующей установки с возможностью придания каждой секции рабочего, промежуточного и нерабочего положений; упрощенную операцию замены панелей.

Таким образом, разработали  технологию изготовления панелей ТАЭ с выводом перфорации боковых стенок их труб к мембране.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Анализ разработанного  технологического процесса

 

При выборе деформационного  режима необходимо наиболее полно использовать возможности прокатного оборудования и обеспечить высокое качество прокатываемой  полосы.

Чтобы удовлетворить всем механическим и физическим свойствам, надо сохранять высокую температуру  раската в черновой группе клетей за счет распределения обжатий. В  черновых клетях предлагается повышающий режим обжатий, чтобы обеспечить как можно большую температуру  металла на момент выхода на промежуточный  рольганг. В чистовых клетях предлагается понижающий режим обжатий, чтобы  добиться постоянства усилия прокатки по клетям.

Предлагаемый деформационный режим позволяет получить равномерные  усилия прокатки в чистовых клетях. Это способствует более точной плоскостности  полосы и позволяет вести процесс  прокатки при постоянных условиях.

 

При рассчитанном оптимальном  режиме обжатия имеется достаточный  запас прочности по усилию, мощности и моменту прокатки.