В ПОРЯДКЕ ОБСУЖДЕНИЯ
УДК 669.18:621.746.27
О ТЕНДЕНЦИИ УВЕЛИЧЕНИЯ ТОЛЩИНЫ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБОВ ДЛЯ ПРОДУКЦИИ ОСОБОГО НАЗНАЧЕНИЯ
© Паршин Валерий Михайлович, д-р техн. наук, директор Центра непрерывной разливки стали
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина». Россия, Москва. E-mail: xfl@comtv.ru Статья поступила 10.06.2014 г.
В статье отмечена наблюдающаяся в последние годы мировая тенденция увеличения производства непрерывнолитых слябов толщиной свыше 350 мм. Обоснована потребность экономики России в продукции этого вида и предложены пути создания отечественной МНЛЗ для ее производства.
Ключевые слова: непрерывная разливка стали; сверхтолстый сляб; концепция создания МНЛЗ; инновационные технологии.
В последние годы в мировой металлургической
практике отмечается устойчивая тенденция увеличения производства непрерывнолитых слябов увеличенной толщины. Это, прежде всего, связано с потребностью современной экономики в уникальных видах металлопроката - толстых листах и плитах с высоким уровнем эксплуатационных свойств. Такая продукция может быть получена непосредственно путем горячей прокатки, при этом должна быть обеспечена кратность деформации в пределах от 4 до 10 в зависимости от конкретного назначения листов. Исходя из этого, толщина непрерывнолитого сляба должна составлять более 350 мм. Такие слябы условно называют «сверхтолстыми».
Рынок «сверхтолстых» слябов начал складываться относительно недавно и пока еще невелик. В мире уже существует девять МНЛЗ, способных производить такие слябы, а в текущем году на заводе Dillinger Hüttenwerke (Диллинген, Германия) компанией SMS-Demag завершаются работы по строительству новой МНЛЗ для разливки в слябы толщиной до 500 мм. В России имеется лишь одна МНЛЗ (производства VAI-Siemens), на которой возможно получение заготовок максимальной толщиной 355 мм.
Российская металлургия испытывает трудности в обеспечении заготовками производства продукции отдельных видов, необходимых для реализации крупных газотранспортных проектов. Речь идет, прежде всего, о трубах большого диаметра с толщиной стенки не менее 39 мм для отдельных участков трубопроводов. Несмотря на
имеющиеся в стране три стана 5000, часть штрип-са этой толщины поставляется по импорту из стран ЕС.
В настоящее время с учетом отечественного опыта в области техники и технологии непрерывной разливки в слябы целесообразно рассмотреть возможную концепцию создания современной МНЛЗ нового поколения для производства слябов толщиной свыше 350 мм.
Известно, что металлопродукция из таких слябов предназначена для эксплуатации в особо жестких условиях (значительные перепады температуры, агрессивная среда, высокие знакопеременные нагрузки и др.), что требует сочетания показателей высокой прочности, ударной вязкости и других, в том числе специфических, свойств. Так, например, для изготовления отдельных участков газопровода «Южный поток» с глубоким заложением на морском дне используют трубы с толщиной стенки 40 мм и более. При этом доля вязкой составляющей в структуре при испытании ИПГ-20 должна быть не ниже 85%. Следует отметить также, что сочетание низкотемпературной вязкости и хладостойкости при увеличении толщины плиты может быть обеспечено только при условии формирования сверхмелкодисперсной структуры металла в процессе контролируемой прокатки на толстолистовом стане. При этом достижение целевой структуры возможно при использовании заготовок толщиной, в 8-10 раз превышающей толщину готового проката. Таким образом, чтобы получить качественный штрипс толщиной 40 мм, необходимо использовать заготовку толщиной не
менее 400 мм. Кроме того, современные европейские стандарты строго регламентируют степень обжатия для толстых листов и плит, предназначенных для морских платформ, на уровне не менее 4:1 при толщине 25-150 мм.
С учетом создавшейся геополитической обстановки реализация газотранспортных проектов большой протяженности, строительство объектов тяжелого машиностроения, энергетики (в том числе атомной) и оборонных отраслей, а также в связи с широкими планами по освоению Арктического шельфа России создание отечественной МНЛЗ для производства такой продукции весьма актуально. Реализация подобного проекта сопряжена с высокими инвестиционными рисками, поскольку емкость внутреннего рынка слябов толщиной 400-450 мм пока невелика и по предварительным оценкам находится на уровне максимум 300 тыс. т/год.
В Центре непрерывной разливки стали ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» на инициативной основе1 разрабатываются базовые решения по концепции создания различных вариантов отечественной МНЛЗ для производства слябов толщиной до 450 мм. Начало этим работам было положено в 2006 г. предложением о сотрудничестве с итальянской фирмой STG Group SpA в проведении реконструкции УПНРС металлургического завода Verona Steel в г. Вероне (Италия), производящей литые заготовки сечением 450x2500 мм. Разработанный совместно с STG Group SpA проект модернизации установки для существенного улучшения общего качества заготовки не был реализован из-за смены собственника и отказа от реконструкции. По имеющейся информации, несмотря на кризис, продукция этой УПНРС успешно реализуется.
Опыт сооружения МНЛЗ различных типов и назначения свидетельствует о том, что техническая концепция МНЛЗ, производящей слябы такой толщины, не может быть решена простым «масштабированием» технических решений, применяемых для получения слябов толщиной 250 мм или даже 350 мм и шириной 2000 мм и выше. Существует ряд принципиальных вопросов по технологии ведения процесса и по конструкции машины, реализующей оптимальные условия формирования сляба. Возникающие технические проблемы связаны как со значительной шириной «узких» граней сляба, так и с необходимостью
применения сверхнизких линеиных скоростей разливки. Есть и другие обстоятельства (например, относительно небольшие потребности в металлопродукции из слябов толщиной 450 мм), с учетом которых становится очевидным, что такая машина должна быть достаточно универсальной с точки зрения размерного сортамента. По технологическим соображениям и с позиций экономической целесообразности производительность даже одноручьевой МНЛЗ должна быть не менее 1 млн т/год, что обусловливает выбор криволинейной МНЛЗ. По нашему мнению, можно отказаться от вертикального участка с увеличением базового радиуса до 14 м, что позволит значительно упростить конструкцию МНЛЗ и избавиться от дополнительных напряжений, связанных с этапом «загиба» формирующейся заготовки. В качестве примера рассмотрим некоторые элементы технической концепции создания МНЛЗ для получения сверхтолстых слябов.
Вопрос «разгиба» формирующейся заготовки значительной толщины является достаточно сложной задачей, поэтому в конструкции такой МНЛЗ должен быть принят хорошо зарекомендовавший себя прогрессивный многоточечный разгиб, применяемый Уралмашем на МНЛЗ их производства.
Задача профилирования технологического канала решалась путем итерационного подбора диаметров и шагов роликов при условии минимизации массы и габаритов МНЛЗ и обеспечении качественных характеристик получаемого слитка по внутренним трещинам.
На основе анализа различных вариантов исходных данных (шаги и диаметры роликов) были найдены оптимальные, при которых на технологической оси располагаются 130 пар роликов, разделенных на три участка: радиальный, разгиба и горизонтальный. Ролики разделены на секции по семь единиц в каждой (кроме последней). Участок разгиба состоит из 13 роликов диам. 400 мм, установленных с шагом 500 мм.
Разработаны конструктивные параметры кристаллизатора для слитков сечением 450x2200 мм и выполнен его тепловой расчет. Наряду с традиционными решениями были применены инновационные разработки, полученные нами при выполнении государственных контрактов в 2010-2013 гг. Так, для снижения трения между оболочкой формирующейся за-
1 Работа проводилась совместно сотрудниками ЦНИИчермета (А.Д.Чертов, П.Ю.Жихарев - ЦНРС, Ю.Д.Морозов, И.Ф.Пемов, О.Н.Чевская - ЦТСК), кафедры МТ-10 МГТУ им. Н.Э.Баумана, УЗТМ «Уралмаш» и итальянской фирмы STG Group SpA.
готовки и стенкой кристаллизатора применяется ультразвуковое воздействие. Как показывает опыт, применение при разливке слябов ультразвукового воздействия обеспечивает повышение качества поверхности и снижение усилий вытягивания. Система состоит из блока питания и пьезокерамических излучателей, размешенных на медных плитах и работающих в режиме, близком к резонансному. Для получения качественной макроструктуры слитка МНЛЗ должна быть оснащена установкой ввода расходуемых холодильников также с наложением ультразвука в режимах различной интенсивности и частоты колебаний.
Особое внимание уделено применению интеллектуальных систем прогнозирования качества металлопродукции с вероятностью не менее 90% по определению наличия, расположения и вида дефекта сляба с дальнейшим переходом к автоматическому управлению процессом разливки на базе этой системы. Концепция системы уже опробована в промышленных условиях и в настоящее время формализуется для обеспечения универсальности алгоритмов обработки информационных потоков производственных БСАЭА-систем.
Предлагаемые нами решения достаточны для выдачи технического задания на проектирование МНЛЗ, что не исключает имитационных испытаний новых элементов технологии на действующих МНЛЗ в рамках НИОКР.
В настоящее время комплекс подготовленных технических решений, как минимум, не уступающих мировому уровню, может быть реализован в России совместно с машиностроительной корпорацией «Уралмаш». При экспертной оценке экономической эффективности реализации проекта предлагаемой МНЛЗ в расчете принималось, что МНЛЗ производительностью до 1,2 млн т/год обеспечивает получение из стали трубных и строительных марок слябов толщиной 300-450 мм и шириной 1800-2200 мм. Капитальные затраты
составят порядка 9 млрд руб (до горячего пуска). По экспертным оценкам при условии привлечения заемного капитала проект окупается примерно за четыре года с момента реализации.
Учитывая обстоятельства экономического характера (стоимость, баланс металла, прокатн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.