О
о
ess
о
УДК 621.746.047 £
ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В ОСВОЕНИИ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ТОНКОЙ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ 1
© П.Кемпбелл ("Castrip LCC"), В.Блейдж, Р.Махапатра ("ВНР Steel"), Р.Векслер ("Castrip LCC")
Первая в мире промышленная установка для разливки стальной полосы из низкоуглеродистых сталей, использующая технологию "Castrip", находится в стадии промышленного освоения на металлургическом заводе фирмы "Nucor" (г. Кро-уфордсвилл, штат Индиана, США).
Разработка процесса "Castrip" началась в 1989 г. совместно фирмами "BSS" (бывшая компания "ВНР Steel") и "IHI" под условным названием "проект М". В результате успешных лабораторных исследований, проведенных в 1980-х годах, компании пришли к соглашению о сотрудничестве в более крупномасштабном проекте: на первом этапе - создание "пилотной" установки, затем - создание промышленного агрегата.
Первоначально работы по реализации данного проекта были ориентированы на разливку полосы из коро-зионностойкой стали (марки 304) толщиной от 2,0 до 3,5 мм. Однако в середине 1990-х годов "проект М" был переориентирован на разливку полосы из низкоуглеродистых сталей для строительной индустрии.
Фирма "BSS" - лидер по производству стального плоского проката в Австралии, значительная часть которого поставляется на строительный рынок. После более чем 10 лет успешных работ по совершенствованию процесса и организации производства более 30 000 т полосы, компании "BSS" и "IHI" пришли к соглашению, что технология готова для полного промышленного внедрения.
В конце 1999 г. фирма "Nucor" приступила совместно с "ВНР Steel" и "IHI" к строительству промышленной установки на заводе фирмы "Nucor" в г.Кроуфордс-вилл (это первый в мире завод, который в 1989 г. ввел в эксплуатацию МНЛЗ для производства тонких слябов). Изготовление нового оборудования по проекту
Рис. 2. Общий вид установки "Castrip" на заводе "Nucor"
Рис. 1. Упрощенная схема двухвалковой разливки
"Castrip" было начато в феврале 2001 г. По истечении 14 мес. было закончено строительство и проведено холодное опробование работы узлов и механизмов; 3 мая 2002 года была произведена первая разливка жидкой стали на установке "Castrip". Начиная с этого времени завод постоянно совершенствовал технологию промышленного производства полосы категории UCS (Ultra-thin Cast Strip -сверхтонкая литая полоса) [1-4].
Процесс "Castrip" аналогичен всем операциям разливки с использованием двух вращающихся навстречу друг другу валков для образования корочек, внутри которых формируется непрерывная полоса за счет сжимающих роликов (рис. 1). Непоказанные на рис.1, боковые огнеупорные ограничительные экраны в торцах разливочных роликов используются для поддержания необходимого уровня расплавленного металла. Хотя концепция разливки непрерывной полосы, использованная в представленном способе, была разработана 150 лет назад Г. Бессемером, только в последнее десятилетие с освоением и объединением современных компьютерных технологий, применением новых материалов и фундаментальных знаний в области первичной кристаллизации и ряда "ноу-хау" в технологии разливки стали стало возможным освоение данной технологии в промышленном масштабе.
На рис. 2 показан общий вид установки "Castrip", а основные узлы - на рис. 3. Разливочный ковш (на заднем плане в центре), установленный на поворотной башне, н&ходится в позиции разливки. Встроенный в линию одноклетевой прокатный стан - на переднем плане. Колебания волнистости полосы в направлении ее движения в линии агрегата регистрируются на станции контроля поверхности. Стальная полоса, выходящая из зоны охлаждения, вторые тянущие ролики, ножницы, моталки расположены вне зоны обзора.
В состав оборудования входят разливочные ковши емкостью 110 т и промежуточный ковш, аналогичные применяемым для разливки в тонкие слябы в электросталеплавильном цехе (ЭСПЦ) завода "Nucor". Из ЭСПЦ, расположенного на расстоянии 500 м, жидкая сталь доставляется автосталевозом к установке
Таблица 1. Параметры разливки и кристаллизации стали при различных методах непрерывной разливки
Параметр Двухвалковый Тонкослябовая Традиционная
агрегат разливка разливка
Толщина литой заготовки, мм 1,6 . 50 220
Скорость разливки, м/мин 80 6 2
Величина теплоотвода от
жидкой стали, МВт/м2 14 2,5 1,0
Время кристаллизации, с 0,15 45 1070
Средняя скорость охлаждения
в зоне кристаллизатора (валков), °С/с 1700 50 12
"Castrip". Помимо основного разливочного оборудования установка оснащена агрегатом ковш-печь для доводки стали по химическому составу и температуре непосредственно перед разливкой.
Промежуточный ковш расположен прямо над приемным ковшом (рис. 3), предназначенным для поддержания необходимого уровня жидкого металла с целью распределения его по всей длине бочки валков. Центральное выпускное отверстие обеспечивает формирование струи жидкого металла, исходящей из приемного ковша, и позиционирование расплава между валками. В процессе разливки жидкий металл кристаллизуется с образованием твердой полосы, которая затем образует свободную петлю на уровне ниже валков. Обычно при скорости разливки ~ 80 м/мин толщина полосы <1,6 мм. Образование окалины на поверхности полосы устраняется защитной атмосферой, создаваемой в камере "hot box", в которой полоса находится вплоть до входа в клеть горячей прокатки. Тянущие ролики, расположенные перед клетью, осуществляют также натяжение полосы прокатной клети. Встроенная в линию прокатная клеть способна осуществлять обжатие полосы максимально до 50%, однако обычно величина обжатия составляет менее 30%. Две моталки обеспечивают непрерывность процесса. Более подробно технология и преимущества процесса "Castrip" описаны в работах [5-7].
Механизм кристаллизации при двухвалковом процессе разливки существенно отличается от традиционной или тонкослябовой непрерывной разливки стали.
Основное отличие состоит в том, что в технологии разливки полосы не используется ни шлакообразую-щая смесь, ни смазка; кристаллизатор (валок) и стальная оболочка имеют одну и ту же скорость (т.е. нет качания кристаллизатора). Поскольку отсутствует шла-кообразующая смесь, поверхность валка значительно лучше контактирует с кристаллизующейся оболочкой, начинающей образовываться на мениске и продолжающей расти вниз к выходу полосы из зазора между валками.
Рис. 3. Схема установки "Castrip": 1 - разливочный ковш; 2 - промежуточный ковш; 3 - приемный ковш; 4 -разливочные сопла; 5 - разливочные валки; 6 - камера с контролируемой атмосферой (hot box); 7 - тянущие ролики: 8 - одноклетевой стан горячей прокатки; 9 -водяное охлаждение; 10 - тянущие ролики; 11 -ножницы; 12 - правильные ролики; 13 - моталки
Из представленых в табл. 1 данных видно, что при процессе "СаэМр" наблюдается высокая степень отвода тепла от жидкой стали в зоне кристаллизации и, соответственно, достигаются очень высокие скорости кристаллизации стали по сравнению с традиционными способами разливки. И как результат - высокая производительность для тонких профилеразмеров и очень качественная микроструктура в твердом состоянии.
С января 2003 г. завод работает в 24-часовом режиме полную неделю, используя четыре полных бригады. Обслуживающий персонал, включая менеджмент и техническую службу, состоит примерно из 60 человек. С момента пуска в мае 2002 г. до июня 2004 г. завод выпустил более 110 тыс. т горячекатаной полосы (рис. 4).
Производительность работы установки значительно возросла на второй год эксплуатации - в связи с завершением монтажа ключевых узлов в июле-августе 2003 г. Около 75% общего объема было произведено в период с мая 2003 г. по май 2004 г.
Одним из сдерживающих факторов роста производства продукции в определенный период явились производственные возможности сталеплавильного цеха фирмы "Ыисог", который обеспечивает жидкой сталью (в объеме более 2,0 млн т) тонкослябовую МНЛЗ и дополнительно поставляет жидкую сталь на установку "Саз1пр". Предполагается, что оптимизация цикличности разливки стали на ней (количество плавок, разлитых по методу "плавка на плавку") обеспечит ритмичность работы и полноту загрузки ЭСПЦ, что позволит направлять значительно большие объемы жидкой стали на установку к концу 2004 г.
Стандартно достигнутое число плавок при способе "плавка на плавку" для установки "СаэМр" - 4 плавки. Развитие проекта показало, что увеличение числа плавок, разливаемых этим методом, - важный фактор для повышения его экономической эффективности.
В августе 2004 г. на установке было разлито 7 плавок методом "плавка на плавку". Более чем за 10 ч было разлито 832 т стали. Это мировое достижение - существенный шаг на пути промышленного освоения процесса "СаэМр".
Увеличение числа плавок, разливаемых методом "плавка на плавку", влияющих на экономическую эффективность двухвалкового способа разливки, показана в работе J.Herbertson [8].
Лимитирующим фактором, определяющим экономическую эффективность процесса, является достижение срока службы боковых огнеупорных ограничи-
о о н U Et
о
а т s о о. с а> о 3 \о О
120 ООО
100 ООО
80 000
60 000
40 000
20 000
2 2
3 о о
4 о с
S
3 с о
1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1.4 1,3 1,2 1,1 1
К
^ -
>
К К Н! е«
Янв. Май Сент. Янв. Май 2003 г. 2003 г. 2003 г. 2004 г. 2004 г.
Рис. 4. Динамика производства горячекатаной полосы на установке "Castrip"
тельных экранов, удерживающих поток жидкого металла с каждой стороны разливочной ванны, - не менее 300 т (три "плавки на плавку"). Увеличение числа плавок, разливаемых методом "плавка на плавку" до четырех, общей продолжительностью разливки более 6 ч, указывает на значительные потенциальные возможности повышения экономичности процесса.
Процесс "Castrip" представляет особый интерес при его применении для производства тонкой стальной полосы. В период его освоения получали готовую полосу толщиной только около 2,0 мм. Со временем благодаря использованию комбинации более высокой скорости разливки и больших величин обжатий в одно-клетевом стане толщина готовой продукции неуклонно снижалась (рис. 5).
С середины 2002 г. объемы продаж продукции, произведенной процессом "Castrip" постоя
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.