Способ литья с последующей прокаткой, при котором обеспечиваются высокие скорости литья и последующая горячая прокатка относительно тонких металлических, в частности стальных, заготовок, и подходящее устройство
Изобретение предназначено для снижения потерь температуры нагретой полосы. Способ включает литье с последующей прокаткой с регулированием температуры рабочих валков. Точность температуры конца прокатки обеспечивают за счет того, что при скоростях литья от примерно 4 м/мин до 12 м/мин температуру рабочих валков, начиная от низкой начальной температуры, повышают с заданной величиной увеличения, а температуру полосы в линии чистовой прокатки обеспечивают путем регулирования или управления интенсивностью охлаждения валков, равной заданной температуре нагретой полосы. Устройство выполнено таким образом, что рабочие валки на длине, пригодной для повышения температуры, и опоры рабочих валков выполнены охлаждаемыми и подключены к системе круговой масляной смазки или смазаны специальным жиром. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к способу литья с последующей прокаткой при высокой скорости литья и последующей горячей прокаткой относительно тонких металлических, в частности стальных, заготовок до тонкой нагретой полосы в многоклетьевой линии чистовой прокатки нагретой полосы с регулированием температуры рабочих валков, а также подходящему литейно-прокатному устройству.
Прокатка с (высокими) скоростями разливки, то есть согласование машины непрерывной разливки и линии чистовой прокатки нагретой полосы, ведет к относительно низким скоростям транспортировки в линии чистовой прокатки нагретой полосы, расположенной после машины непрерывного литья заготовок. Несмотря на высокую начальную температуру (примерно 1250°С), вследствие высоких потерь тепла в окружающую среду при обычных условиях не может удерживаться необходимая температура в конце прокатки (примерно 850°С). Значительные количества энергии также отводятся на рабочих валках.
Такие обычные условия, например, в случае машины непрерывного литья заготовок предусматривают высокие скорости литья и высокую начальную температуру для линии чистовой прокатки.
Известно (DE 19830034 A1), что рабочие валки посредством индукторов поперечного поля и расчетной модели устанавливаются на заданную температуру с учетом толщины полосы, свойств материала, значений обжатия за один проход, скорости прокатки, температуры прокатки и режима охлаждения валков. Результат применяется для регулирования температуры в заданных условиях для областей валков или прокатываемой полосы.
Кроме того, известен (см. EP 0415987 B2) дополнительный индуктивный нагрев так называемых тонких слябов (литых заготовок с толщиной примерно 50 мм) на отдельных ступенях прокатки перед и в линии чистовой прокатки, для чего в значительном объеме требуется электроэнергия.
Также предлагается уменьшать диаметр рабочих валков для снижения передачи тепла в рабочие валки.
В основе изобретения лежит задача снижения потерь температуры нагретой полосы в линии чистовой прокатки нагретой полосы при осуществлении процесса литья с последующей прокаткой для обеспечения установки точной и высокой заданной температуры в конце прокатки.
Поставленная задача решается согласно изобретению за счет того, что при скоростях литья от примерно 4 м/мин до 12 м/мин и с учетом относительно небольших толщин литых заготовок регулируют скорости прокатки и температуры рабочих валков, исходя из низкой начальной температуры, повышают с заданной величиной увеличения, причем температуру полосы в линии чистовой прокатки нагретой полосы устанавливают и/или обеспечивают путем регулирования или управления интенсивностью охлаждения валков, равной заданной температуре нагретой полосы. За счет этого при бесконечной прокатке (и согласовании процессов литья и прокатки) потери тепла минимизируются и прокатка проводится при высокой температуре рабочих валков для всех прокатных клетей в линии чистовой прокатки нагретой полосы. Таким образом, нагрев рабочих валков может обеспечиваться внутренним теплом процесса. Кроме того, охлаждение валков устанавливают в зависимости от краевых условий таким образом, что рабочие валки медленно и при заданной скорости повышения температуры достигают заданной температуры (от примерно 400°С) и остаются в интервале температуры отпуска прокатываемого материала. Согласование процессов литья и прокатки осуществляется при скоростях литья от 4 до 12 м/мин и обычных толщинах при прокатке на уровне 20-90 мм при скорости прокатки примерно 0,3-18 м/сек.
Дальнейшее усовершенствование заключается в том, что при заданном плане проходов устанавливается заданная температура, которая ниже, чем температура отпуска материала рабочих валков.
Другое усовершенствование предусматривает, что путем подачи заданного количества охлаждающей воды на рабочие валки устанавливается максимальная температура валков и скорость полосы, при которых достигаются заданные температуры полосы.
Предпочтительно, если разница температур между центром рабочего валка и поверхностью рабочего валка устанавливается таким образом, что не превышаются допустимые напряжения в рабочем валке.
Далее может осуществляться контроль напряжений внутри рабочего валка, как в радиальном, так и аксиальном направлении, на основании рассчитанных температурных полей и полей напряжений.
Другими признаками изобретения предусматривается, что контроль напряжений осуществляется посредством онлайновой расчетной модели.
Рабочие валки, кроме того, перед применением могут быть нагреты на начальную температуру. При температуре предварительного нагрева примерно 200°С более быстро достигается стационарное состояние и/или уровень напряжений в валке снижается.
Другие признаки изобретения заключаются в том, что рабочие валки могут эксплуатироваться при повышенных по отношению к заданным уровням температуры температурах полосы. За счет этого потери тепла в полосе могут направленно компенсироваться.
Практически это означает, что рабочие валки при вращении подогреваются индукционным полем. За счет этого обеспечивается ограниченный по месту и направленный подвод тепла в зависимости от распределения массы рабочего валка.
Улучшение протекания способа обеспечивается тем, что индуктивный нагрев поверхности валка обеспечивается на входной стороне прокатной клети. За счет этого увеличивается температура рабочих валков на участке контакта в очаге деформации и минимизируются потери тепла полосы в очаге деформации. Желаемый эффект достигается перед тем, как установится высокая температура в центре валка.
Далее предлагается, что индуктивный нагрев рабочего валка различается по толщине полосы.
Дальнейшие признаки для улучшения протекания способа предусматривают, что рабочие валки в линии чистовой прокатки нагретой полосы предварительно нагреваются индукционным полем непосредственно у линии чистовой прокатки нагретой полосы перед установкой.
Особенно следует упомянуть такое мероприятие, при котором при начале процесса, помимо установки интенсивности охлаждения валков и/или индуктивного нагрева, также план проходов является устанавливаемым параметром.
Улучшение краевых условий для снижения уменьшения температуры полосы достигается тем, что предусмотренное устройство гидросбива окалины эксплуатируется с минимальным количеством воды, в частности в однорядном режиме.
Другим приемом при установлении охлаждающего эффекта является регулирование интенсивности охлаждения рабочих валков путем точного дозирования количеств охладителя и/или распыляемого тумана.
Кроме того, может быть предусмотрено, что только часть прокатных клетей в линии чистовой прокатки нагретой полосы эксплуатируется с повышенной температурой рабочих валков.
Далее влияние рабочих валков на форму полосы в зоне кромки, вызываемое повышенной температурой и удлинением рабочих валков, может компенсироваться механическими и/или термическими установочными средствами.
Литейно-прокатное устройство предусматривает известное устройство непрерывного литья и линию чистовой прокатки нагретой полосы, устройство нагрева и предусмотренное для каждой прокатной клети устройство охлаждения рабочих валков.
Конструкция и усовершенствования линии чистовой прокатки нагретой полосы предусматривают, что длины рабочих валков, пригодные для повышения температуры, и опоры рабочих валков охлаждаются и подключены к системе круговой масляной смазки или смазаны специальным жиром. За счет этого надежно обеспечивается повышение температуры (величины повышения) на длине валков.
Другим мероприятием для уменьшения энергии нагрева и повышения времени эксплуатации рабочих валков является шлифовка рабочих валков в горячем состоянии.
С этой точки зрения является предпочтительным, если материал рабочих валков является устойчивым к температуре и к износу.
Высокие температуры рабочих валков применяются еще и для того, чтобы в прокатной клети линии чистовой прокатки реализовывать так называемую HIP-прокатку (горячее изостатическое прессование).
Согласно другим признакам предусматривается онлайновая модель для расчета температуры рабочих валков на основании измеренных значений температуры поверхности рабочего валка, начальной температуры рабочего валка и физических свойств рабочего валка.
Дополнительно является целесообразным, если в модели расчета температуры рабочего валка учитываются максимально допустимые температуры поверхности рабочего валка, максимально допустимая разность температур между центром валка и его поверхностью и максимально допустимое напряжение в рабочем валке.
Другими признаками предусматривается, что для противодействия снижению температуры нагретой полосы между прокатными клетями применяется крытый рольганг.
Улучшение предотвращения образования окалины или оксидного слоя на полосе или рабочем валке достигается тем, что между первыми прокатными клетями под крышку рольганга предусмотрен подвод инертного газа.
Другой вариант реализации предусматривает, что в параметрах плана проходов учитывают усилие прокатки, толщину на входе и выходе, скорость прокатки, температуру полосы, толщину слоя окалины и материала полосы.
При этом значительные снижения толщины полосы в плане проходов смещают в заднюю область линии чистовой прокатки нагретой полосы.
Другое мероприятие, которое является необходимым для осуществления способа, заключается в том, что минимальная толщина на выходе ограничивается постоянной величиной.
В качестве примера параметров типичного способа или типичной линии чистовой прокатки длинной полосы могут служить такие значения, что в линии чистовой прокатки нагретой полосы с примерно 7 клетями начальная толщина полосы меняется от H=50-90 мм, а конечная толщина на выходе меняется от 0,6 до 1,2 мм.
На чертежах представлены примеры реализации способа, которые более подробно описаны далее, при этом показано:
Фиг.1 - график температуры рабочих валков во времени для осуществления прокатки без охлаждения рабочих валков и с обычным охлаждением рабочих валков;
Фиг.2 - подобная диаграмма для сниженного охлаждения рабочих валков и обеспечения заданной температуры рабочих валков;
Фиг.3 - блочная схема, изображающая структуру модели расчета температуры рабочих валков;
Фиг.4 - линия чистовой прокатки нагретой полосы и изменение температуры полосы по этой линии при различных температурах рабочих валков;
Фиг.5 - диаграмма, показывающая изменение во времени количества воды для охлаждения рабочих валков.
В обычной линии 3 чистовой прокатки нагретой полосы для металлических, в частности стальных, заготовок 1 при производстве тонкой полосы осуществляется прерывистый цикл прокатки в течение 180 сек, после чего следует пауза примерно 20 сек. Во время прокатки устанавливается средняя температура 19 на поверхности рабочего валка на уровне примерно 120°С, и в паузе поверхность охлаждается до температуры, близкой к температуре охлаждающей воды. После прокатки некоторого количества полос 2 в конце программы прокатки температура валков остается на уровне 90°С.
При непосредственном соединении установки непрерывного литья и линии 3 чистовой прокатки нагретой полосы, при осуществлении бесконечной прокатки в линии 3 чистовой прокатки нагретой полосы, имеются потери температуры полосы, которые необходимо снизить путем соответствующих мероприятий. Из этих соображений предлагается осуществлять прокатку при повышенной температуре рабочих валков во всех клетях 3а...3n или только в части клетей.
Предпочтительно, на графике на фиг.1 (температура рабочих валков во времени), изменение температуры без охлаждения 18 рабочих валков изображено на средней температуре 19 поверхности и температуре 20 в центре. Обычное в прокатных станах охлаждение 21 рабочих валков (нижняя часть графика) ведет к приближению температуры 20 в центре валка (примерно 20°С) к средней температуре 19 на поверхности (примерно 120°С). Видно, что при увеличении рабочего времени температура 20 в центре при прочих одинаковых условиях прокатки приближается к средней температуре 19 поверхности и далее становится равной.
Целью является такое дозирование охлаждения валов в зависимости от внешних краевых условий, что рабочий валок 4 с заданной скоростью повышения достигает заданной температуры 6, на фиг.2 примерно 400°С, которая лежит ниже температуры отпуска материала валка. Кроме того, температурное поле внутри рабочего валка 4 или разница температур между серединой 4а валка и поверхностью 4b валка должны устанавливаться так, чтобы не превышались допустимые напряжения в рабочем валке 4. Такой подход действует как в радиальном, так и в аксиальном направлении. Для этого применяется онлайновая расчетная модель, изображенная на фиг.3.
По другому ведет себя изображенная на фиг.2 штриховая кривая сниженного охлаждения 22 рабочих валков, согласно изобретению, при повышенной средней температуре 19а поверхности для установления целенаправленно повышенной температуры рабочего валка у заранее подогретого рабочего валка 4 на уровне начальной температуры 5 примерно 200°С и при начальной разнице 23 температур с температурой 20 в центре. Более нагретый рабочий валок 4 уменьшает нежелательное снижение температуры 15 полосы при наличии средней температуры 19а на поверхности примерно на уровне 400°С.
На фиг.3 в основных чертах показана онлайновая расчетная модель 7. В модели 9 расчета температуры рабочих валков осуществляется расчет температур рабочих валков, количеств воды для охлаждения валков и напряжений в рабочих валках 4. При этом для расчета используются по меньшей мере следующие параметры: максимальная допустимая средняя температура 19 поверхности, максимальная допустимая разница 23 температур между центром и поверхностью, максимальное допустимое напряжение 24 в рабочем валке 4.
В качестве параметров 11 плана прокатки предусмотрены: усилие 12 прокатки, толщина 13 на входе и выходе, скорость 14 прокатки, конечная температура 15 полосы, толщина 16 слоя окалины и материала 17 полосы.
Фиг.4 показывает пример линии 3 чистовой прокатки нагретой полосы, а также изменения температуры 15 полосы для различных краевых условий. Устройство 25 гидросбива окалины, которое предпочтительно является однорядным, предусмотрено выше по потоку. Для случая, когда прокатные клети 3а...3n работают с повышенной температурой рабочих валков, например 400°С на F1-F7, осуществляется также положительное влияние на локальную температуру 15 полосы. В изображенном примере может достигаться начальная температура 5 на уровне 1180°С за устройством 25 гидросбива окалины и заданная температура 6 на уровне 910°С. При использовании обычных температур рабочих валков устанавливается недопустимо низкая температура 15 полосы на уровне 805°С, как показано на фиг.4 штриховой линией.
Предусмотрено, что рабочие валки 4 нагреваются или подогреваются в индукционном поле 8а. Пригодное устройство показано на фиг.4 только на входной стороне прокаткой клети F1. Такое устройство, тем не менее, является желательным и предпочтительным для всех прокатных клетей 3a...3n.
Интенсивность индукционного нагрева 8а рабочего валка 4 может также задаваться различной по длине.
Протекание способа или изменение количества 26 охлаждающей воды для охлаждения рабочих валков показано на фиг.5. По сравнению с «нормальным» водным охлаждением при этом способе, как правило, в начале процесса бесконечной прокатки используется меньшее количество воды, и при повышении температуры в центре 20 также согласно онлайновой расчетной модели 7 снижается подаваемое количество.
Описанный способ снижения отвода тепла от рабочих валков 4 не ограничивается приведенным примером бесконечной прокатки с относительно длинным временем прокатки и низкими скоростями прокатки. Способ также может применяться в обычных непрерывных или многоклетьевых станах.
Для чувствительных к температуре материалов в контакте с валками достигается сниженное охлаждение поверхности полосы при высокой температуре прокатки. За счет этого возникают гомогенные свойства внутри полосы, в частности по толщине полосы.
Список использованных обозначений
| 1 | Металл, в частности стальная заготовка |
| 2 | Тонкая нагретая полоса |
| 3 | Линия чистовой прокатки |
| 3а...3n | Прокатные клети |
| 4 | Рабочий валок |
| 4а | Центр рабочего валка |
| 4b | Поверхность рабочего валка |
| 5 | Начальная температура |
| 6 | Заданная температура |
| 7 | Онлайновая расчетная модель |
| 8 | Нагревательное устройство |
| 8а | Индукционное поле |
| 9 | Модель расчета температуры рабочих валков |
| 10 | Температура на поверхности рабочих валков |
| 11 | Параметры плана проходов |
| 12 | Усилие прокатки |
| 13 | Толщина на входе и выходе |
| 14 | Скорость прокатки |
| 15 | Температура полосы |
| 16 | Толщина слоя окалины |
| 17 | Материал полосы |
| 18 | Охлаждение рабочих валков |
| 19 | Средняя температура поверхности |
| 19а | Повышенная средняя температура поверхности |
| 20 | Температура в центре |
| 21 | Обычное охлаждение рабочих валков |
| 22 | Уменьшенное охлаждение рабочих валков |
| 23 | Начальная разница температур |
| 24 | Максимально допустимое значение напряжения в рабочем валке |
| 25 | Устройство гидросбива окалины |
| 26 | Изменение количества воды на охлаждение рабочих валков |
1. Способ литья с последующей прокаткой относительно тонких металлических, в частности стальных, заготовок (1), включающий литье с повышенной скоростью и горячую прокатку при относительно низкой скорости полосы до тонкой нагретой полосы (2) с регулированием температуры рабочих валков (4) в многоклетьевой линии (3) чистовой прокатки, отличающийся тем, что при скоростях литья от примерно 4 м/мин до 12 м/мин и с учетом относительно небольших толщин литых заготовок скорости прокатки регулируют, при этом температуры рабочих валков (4), начиная от низкой начальной температуры (5), повышают с заданной величиной увеличения, причем температуру (15) полосы в линии (3) чистовой прокатки нагретой полосы устанавливают и/или обеспечивают путем регулирования или управления интенсивностью охлаждения (18) валков, равной заданной температуре (6) нагретой полосы (2).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при заданном плане проходов устанавливают заданную температуру (6) ниже, чем температура отпуска материала рабочих валков (4).
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что путем подачи заданного количества (26) охлаждающей воды на рабочие валки (4) устанавливают максимальную температуру валков и скорость полосы, при которых достигается заданная температура (6) полосы.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что разницу температур между центром (4а) рабочего валка (4) и поверхностью (4b) рабочего валка (4) устанавливают таким образом, что не превышаются допустимые напряжения в рабочем валке.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что осуществляют контроль напряжений внутри рабочего валка, как в радиальном, так и аксиальном направлении на основании рассчитанных температурных полей и полей напряжений.
6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что контроль напряжений осуществляют посредством онлайновой расчетной модели (7).
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочие валки (4) перед применением нагревают на начальную температуру (5).
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочие валки эксплуатируют при повышенных, по отношению к заданным уровням, температурах полосы.
9. Способ по п.5, отличающийся тем, что рабочие валки (4) при вращении подогревают индукционным полем (8а).
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что индукционный нагрев поверхности (4b) валка обеспечивают на входной стороне прокатной клети (3а...3n).
11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что осуществляют индукционный нагрев рабочего валка (4), различный по длине бочки валка.
12. Способ по п.9, отличающийся тем, что рабочие валки (4) предварительно нагревают индукционным полем (8а) в линии (3) чистовой прокатки нагретой полосы или перед установкой рядом с линией (3) чистовой прокатки нагретой полосы.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что в начале процесса, помимо установки интенсивности охлаждения валков и/или индукционного нагрева, также используют план проходов как устанавливаемый параметр.
14. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройство (25) гидросбива окалины эксплуатируют с минимальным количеством воды, в частности, в однорядном режиме.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование интенсивности охлаждения (18) рабочих валков осуществляют путем точного дозирования количества охладителя и/или распыляемого тумана.
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть прокатных клетей (3а...3n) в линии (3) чистовой прокатки нагретой полосы эксплуатируют с повышенной температурой рабочих валков (4).
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что влияние рабочих валков (4) на форму полосы в зоне кромки, вызываемое повышенной температурой и удлинением рабочих валков (4), компенсируют механическими и/или термическими установочными средствами.
18. Литейно-прокатное устройство, содержащее устройство непрерывного литья, линию (3) чистовой прокатки нагретой полосы, устройство (8) нагрева и предусмотренное для каждой прокатной клети (3а...3n) устройство охлаждения рабочих валков (4), отличающееся тем, что рабочие валки (4) на длине, пригодной для повышения температуры, и опоры рабочих валков выполнены охлаждаемыми и подключены к системе круговой масляной смазки или смазаны специальным жиром.
19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что рабочие валки (4) являются шлифованными в горячем состоянии.
20. Устройство по п.18 или 19, отличающееся тем, что материал рабочих валков (4) является устойчивым к температуре и к износу.
21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что прокатные клети (3а...3n) линии (3) чистовой прокатки выполнены с возможностью реализации HIP-прокатки.
22. Устройство по п.18, отличающееся тем, что имеет онлайновую модель (7), в которой предусмотрена модель (9) для расчета температуры рабочих валков на основании измеренных значений температуры (10) поверхности рабочего валка, начальной температуры (5) рабочего валка (4) и физических свойств рабочего валка (4).
23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что в модели (9) расчета температуры рабочего валка учитываются максимально допустимые температуры (19) поверхности рабочего валка, максимально допустимая разность (23) температур между центром (4а) валка и его поверхностью (4b) и максимально допустимое напряжение (24) в рабочем валке (4).
24. Устройство по п.18, отличающееся тем, что между прокатными клетями (3а...3n) предусмотрен крытый рольганг.
25. Устройство по п.24, отличающееся тем, имеет средства подвода инертного газа под крышку рольганга между первыми прокатными клетями (3а...3n).
26. Устройство по п.18, отличающееся тем, что выполнено с возможностью учета в параметрах (11) плана проходов усилия (12) прокатки, толщины (13) на входе и выходе, скорости (14) прокатки, температуры (15) полосы, толщины (16) слоя окалины и материала (17) полосы.
27. Устройство по п.25, отличающееся тем, что выполнено с возможностью значительных снижений толщины полосы в плане проходов в задней области линии (3) чистовой прокатки нагретой полосы.
28. Устройство по п.18, отличающееся тем, что выполнено с возможностью ограничения постоянной величиной минимальной толщины (13) на выходе.
29. Устройство по п.18, отличающееся тем, что в линии (3) чистовой прокатки нагретой полосы, имеющей примерно 7 клетей (F1-F7), начальная толщина полосы составляет 50-90 мм, а конечная толщина (13) на выходе - 0,6-1,2 мм.
