Металлургическое предприятие как энергетическая система

Металлургическое предприятие как энергетическая система

Потребление энергии в структуре предприятия

Предприятия черной металлургии потребляет большое количество топлива, тепловой и электрической энергии.

В целом, структура потребления энергии на металлургическом предприятии ориентирована в основном на использование топлива, которое широко используется на всех стадиях металлургического производства.

Наиболее энергоемким являются доменное производства и горячая обработка металлов давлением, в которых потребляется и набольшее количество печного топлива. В то время как электроэнергия в качестве основного ресурса используется для выплавки стали в электропечах и при производстве кислорода. Затраты энергии на производство продукции определяются энергоемкостью, которая является одним из наиважнейших показателей производства, поскольку определяет его эффективность и напрямую влияет на себестоимость продукции.

Энергоемкость продукции — показатель, характеризующий расход энергии на единицу производимой продукции. В энергоемкость включаются все виды топлива и энергии, потребленные на производственно-эксплуатационные нужды: электрической, тепловой энергии, израсходованной на технологические нужды, которую пересчитывают в тонны условного топлива (или гигаджоули - ГДж).

Тонна условного топлива (т у.т.) - единица измерения энергии, равная 2, 93× 10¹⁰ Дж, которая определяется как количество энергии, выделяющееся при сгорании 1 тонны топлива с теплотворной способностью 7000 ккал/кг (соответствует типичной теплотворной способности каменного угля). Средние затраты энергии на производство 1 тонны готового проката составляют:

Россия и Украина - 1, 24;

Япония – 0, 90;

страны Евросоюза – 0, 99 т у.т./т.

В целом энергоемкость произведенного проката зависит от способов выплавки стали и ее разливки. Так, в случае производства сортового проката с использованием слиткового передела, затраты на 1 тонну проката составят 1350 кг у.т./т, а при разливке на машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) - 1180 кг у.т./т. При производстве же тонколистового проката из мартеновской стали и разливки в слитки, затраты на 1 тонну проката составят 1110 кг у.т./т, в то время как при использовании кислородно-конвертерного способа и разливки на МНЛЗ – 1070 кг у.т./т. Такая небольшая разница объясняется тем, что в мартеновском производстве можно использовать большое количество металлолома, на получение которого практически не надо затрачивать энергию, в то время как шихта для кислородного конвертера состоит в основном из чугуна, производство которого, довольно энергозатратно. Поэтому, даже учитывая то, что кислородно-конвертерный способ сам по себе экономичнее мартеновского в 12–18 раз, сквозные затраты энергии при переходе с одного способа на другой фактически не уменьшаются. В то время, как переход от получения заготовки с помощью слиткового передела к разливке на МНЛЗ существенно уменьшает энергозатраты на производство готового проката.

Методы энергосбережения при производстве чугуна, стали, и ее разливке

Доменное производство

Доменные печи являются основным агрегатом для переработки железной руды, хотя количество разнообразных агрегатов для прямого восстановления железа постоянно растет. В доменной печи из руды, которую подвергают окускованию (агломерация или производство окатышей), производят жидкий чугун и побочный продукт – шлак.

Упрощенно технологию доменной плавки можно описать следующим образом. Шихта, в составе которой присутствует железорудная часть (окатыши, агломерат), кокс, известняк и флюсы, загружается по скиповому подъемнику (в современных печах по ленточному транспортеру) и через засыпной аппарат сверху подается в шахту печи. В нижнюю часть печи (горн) через фурмы подают подогретый воздух для горения и заменители кокса. Возле фурм происходит горение кокса с выделением угарного газа – СО, который поднимаясь вверх по столбу шихты восстанавливает оксиды железа, содержащиеся в рудной части. По мере опускания шихты вниз происходит ее нагрев и расплавление. Жидкий чугун сливается через чугунную летку в чугуновоз и направляется в сталеплавильный цех. Как уже отмечалось в предыдущей главе, доменное производство занимает первое место по энергозатратам среди других металлургических производств. В себестоимости чугуна около 50% всех затрат приходится на стоимость энергоносителей, превалирующую часть которых составляет кокс. Вследствие чего, основным энергосберегающим мероприятием при производстве чугуна является снижение расхода кокса. Снизить расход кокса можно как за счет различных технологических мероприятий непосредственно направленных на снижение расхода, так и за счет замены кокса на другие виды топлива, в частности природный газ.

Основные пути снижения расхода кокса следующие:

- повышение качественных характеристик кокса: повышение прочности, снижение количества мелочи, влажности, золы и содержания серы и щелочных соединений, что обеспечит более ровный ход печи и повышение эффективности процесса;

- повышение содержания железа в шихте на 1% дает экономию кокса до 1, 5%, этого можно добиться за счет более глубо-кого обогащения руды;

- применение заменителей кокса: пылеугольное топливо (ПУТ), природный газ, мазут, восстановительные газы СО и Н₂, древесный уголь. Добавление в шихту продуктов пиролиза древесины или антрацита. Эти мероприятия позволяют снизить расход дорогостоящего кокса. Расход ПУТ в мире составляет 250..280 кг/т;

- обеспечение постоянства свойств шихты (усреднение);

- улучшение конструкции засыпных агрегатов, применение бесконусных засыпных устройств, оптимизация порядка подачи материалов в печь, повышение давления на колошнике;

- повышение температуры воздуха для дутья до 1250–1400 °С, а природного газа до 600 °С;

- сокращение выхода шлака до 250–300 кг/т чугуна;

- увеличение объема доменных печей;

- увеличение длительности кампаний доменной печи;

- применение разнообразных средств автоматизации и контроля

Также в доменном производстве в качестве горючего и ВЭР избыточного давления используется доменный газ, тепло воды из системы охлаждения, тепло шлака и т.д.

Процессы прямого восстановления железа.

Производство железа в шахтных печах (технология Midrex)

В шахтных печахполучают губчатое железо газообразными восстановителями в толстом слое железосодержащих окатышей. Процесс производства железа осуществляют в противотоке железорудных материалов, загружаемых в агрегат сверху, и нагретых восстановительных газов, подаваемых снизу. Работа агрегата в противотоке дает возможность достигать высокой производительности при хорошем использовании газа. В качестве восстановителей применяют конвертированный природный газ, состоящий в основном из водорода (H2) и оксида углерода (CO). Восстановительный газ получают в кислородном реакторе (реформере), путем неполного сжигания природного газа в кислороде. Полученный газ, содержащий 29% CO, 55% H₂ и 13% окислителей (H₂O и CO₂) освобождают частично от окислителей, затем нагревают, до температуры 1100–1150 °С и через фурмы подают в печь.

Добытую руду обогащают и получают окатыши. Окатыши из бункера загружают в шахтную печь, работающую по принципу противотока. Для восстановления железа из окатышей в среднюю часть печи по трубопроводу подают конвертированный природный газ. В восстановительной зоне печи создается температура 1000–1100 °C, при которой Н₂ и СО восстанавливают железную руду в окатышах до твёрдого губчатого железа. Содержание железа в окатышах достигает 90–95%. Для охлаждения железных окатышей, снизу печи в зону охлаждения печи подают воздух. Охлаждённые окатыши выдаются на конвейер и поступают на выплавку стали в электропечах. Если производятся горячие окатыши или горячебрикетированное железо, то охлаждение восстановленного железа в нижней зоне печи не производится

Инновационные технологии в сталеплавильном производстве

Процесс Consteel

Процесс Consteel является инновационным решением в электросталеплавильном производстве, которое позволяет значительно экономить энергоресурсы и повышает эффективность и экологичность производства стали в электропечах. Особенностью этой технологии является непрерывная подача металлолома по конвейеру в электросталеплавильную печь. Таким образом, процесс плавки становится фактически непрерывным. При этом обеспечивается постоянное плоское зеркало металла, над которым горят электроды, а расплавление поступающего металлолома происходит в ванне жидкого металла, что приводит к повышению стабильности процесса. Емкость таких печей составляет от 40 до 320 т. В соответствии с технологией, шихта, с помощью электромагнитного крана, из вагонов подается на загрузочный конвейер, подогреваемый отходящими печными газами, который транспортирует её к ДСП. Существует вариант технологии с дополнительными горелками, установленными над конвейером. Преимуществом процесса является отсутствие необходимости окускования металлолома, возможно использование даже стружки. Подогретая шихта загружается в ДСП, где происходит её расплавление в ванне жидкого металла. Отходящие с ДСП печные газы подогревают движущуюся по конвейеру шихту, после чего направляются на станцию газоочистки. В отличие от загрузки, выпуск стали из печи осуществляется периодически, а для автоматического обнаружения шлака при вы-пуске используется устройство на основе инфракрасного датчика. В печь также можно заливать жидкий чугун, который непрерывно подается в рабочее пространство печи по специальному футерованному желобу.

Преимущества технологии Consteel:

- сокращение расхода электроэнергии на 80–120 кВт·ч/т и электродов за счет повышения стабильности процесса и подогрева шихты;

- повышение производительности печи за счет непрерывности процесса; 98- лучшие условия для шлакообразования и более благоприятная атмосфера в печи.- повышение стойкости футеровки печи;

- снижение более чем на 40% затрат на материально-техническое обеспечение, персонал и обработку отходов производства.- пониженное содержание FeO в шлаке, снижение содержания азота, фосфора и водорода в стали;

- снижение уровня шума и повышение экологичности производства.

Двухкорпусные печи

Двухкорпусные печи в первую очередь характеризуются повышенной производительностью. Такая печь состоит из двух ванн (корпусов) и одной системы питания с одним (печь постоянного тока) или тремя (печь переменного тока) электродами, которые переставляются с одной ванны на другую.

Пока в одном корпусе идет плавка металла с помощью электродов в другом корпусе происходит подогрев шихты отходящими газами из первого корпуса или газовыми горелками. При этом время плавки сокращается на 40%, а за счет подогрева шихты достигается снижение расхода электроэнергии на 40–60 кВт·ч/т. Встречаются печи, в которых электроды установлены на двух ваннах, однако в этом случае теряется экономический эффект от сокращения капитальных затрат на строительство агрегата.

Еще одним вариантом реализации двухкорпусных печей является агрегат CONARC (СONverter + electric ARC furnance).Этот агрегат также имеет два корпуса печи, но помимо одного комплекта электродов на нем установлена и фурма для подачи кислорода (как в конвертере). Преимуществом данного агрегата является возможность выплавки стали из жидкого чугуна и металлолома (или DRI) практически в любых пропорциях.

Процесс выплавки стали разделен на две стадии. Вначале в один корпус заливают чугун, в печь устанавливают фурму и начинают продувку кислородом. На этой стадии производится обезуглероживание металла. Во избежание перегрева ванны из-за происходящих во время продувки процессов окисления углерода, кремния, марганца и фосфора, в печь добавляют охладители в виде металлолома или DRI. После завершения продувки, кислородную фурму переставляют на второй корпус (или отводят в сторону), а на первый корпус устанавливают электроды. На этой стадии в печь добавляют оставшееся количество твердой шихты и начинают ее расплавление с помощью электродов. После достижения необходимой температуры металл выпускают в ковш. Затем процесс циклически повторяется снова. Таким образом, выплавка стали идет одновременно в двух корпусах печи, а электроды и фурма переставляются на них поочередно, что обеспечивает высокую производительность агрегата, которая на 30 % выше чем у двух обособленных агрегатов аналогичной емкости). Время плавки составляет от 40 до 60 мин. Аналогичный принцип использован и в агрегате «Arcon-процесс», разработанном компанией «Concast Standard AG». Отличием является то, агрегат питается постоянным током и корпус агрегата фактически соответствует корпусу конвертера. Поскольку используется постоянный ток, то на агрегате установлено не три, а два электрода – один верхний графитовый и один донный пластинчатый медный электрод. Агрегат «Arcon» имеет производительность 1, 6 млн.т/год. В качестве металлошихты используют жидкий чугун (40%), гранулированный чугун (5%) и HBI (55%). Масса выпускаемой плавки - 170 т. Цикл работы каждого корпуса агрегата составляет 92 мин.

В целом, комбинация конвертера и дуговой печи в одном агрегате дает следующие преимущества по сравнению с обычной дуговой печью:

- широкий выбор металлошихты;

- высокая производительность;

- низкий расход электроэнергии в результате использования химической энергии окисления примесей металлошихты;

- уменьшение требуемой электрической мощности;

- снижение удельного расхода электродов; - меньшее влияние на токоподводящие сети, возможность работы при маломощных электросетях;

- снижение затрат на электрооборудование.

Агрегат «печь-ковш»

Наиболее эффективным приемом внепечной обработки стали является комплексная обработка расплава в сталеразливочном ковше с применением мощного высокотемпературного источника локального нагрева, который обеспечивает непрерывную компенсацию тепловых потерь. Агрегаты, обеспечивающие нагрев и перемешивание стали в ковше, ее рафинирование и корректировку химического состава, получили название «печь-ковш» (от английского ladle-furnace (LD). Печь-ковш представляет собой установку, состоящую из крышки для ковша с отверстиями, через которые установлены три электрода. Под крышку помещается сталеразливочный ковш с металлом после выпуска из сталеплавильной печи. Кроме того, в состав установки «печь-ковш» обычно также входят средства для перемешивания металла инертным газом, система подачи ферросплавов и материалов для рафинирования стали в ковше. В настоящее время непрерывный ввод различных веществ (углерода, раскислителей, модификаторов) проводят с применением порошковой проволоки, имеющей в своем сечении круг или прямоугольник, стальная оболочка которой обычно завальцована. Такая проволока большой длины поставляется в катушках на металлической или деревянной раме. Ввод порошковой проволоки в расплав осуществляется по направляющей трубе с помощью специального трайбаппарата, состоящего из подающего и разматывающего устройств. Одним из энергосберегающих способов при обработке стали на печи ковш является подача аргона через полые электроды. Данная технология позволяет сократить расход электроэнергии и угар электродов.

Обработка стали вакуумом

Вакуумирование металла осуществляют основным образом в сталеразливочном ковше. Лучшие результаты при этом получаются при вакуумировании нераскисленного металла. За счет создания разрежения над поверхностью металла происходит интенсивное выделение пузырьков растворенных в нем газов - водорода, азота и монооксида углерода. Также к поверхности этих пузырьков прилипают неметаллические включения, которые выводятся на поверхность и переходят в шлак. Кроме того, рас-творенный в металле кислород взаимодействует с углеродом, поэтому этот процесс используют и для получения безуглеродистых коррозионностойких сталей. После интенсивной дегазации в металл сверху из помещенного в вакуумной камере бункера вводят раскислители и легирующие добавки. Различают две разновидности процесса: -

- вакуумная дегазация металла VD (Vacuum Degassing);

- вакуумно-кислородное обезуглероживание, при котором для удаления углерода из металла используют и продувку кислородом VOD (Vacuum Oxygen Decarburization).

Однако в последнее время все большее распространение получают комбинированные агрегаты, сочетающие в себе обе разновидности. В настоящее время наиболее распространенными способами обработки металла вакуумом в ковше являются:

1) помещение ковша с металлом в вакуумную камеру, последующее перемешивание металла инертным газом и ввод раскислителей из бункера, данный метод часто называют «ковшовым вакуумированием», аналогичным образом происходит и обезуглероживание металла;

2) вакуумирование при переливе из ковша в ковш или из ковша в изложницу. Поскольку обработке вакуумом подвергается «струя» металла, данный метод иногда называют «струйным вакуумированием» или «вакуумированием струи»;

3) циркуляционное вакуумирование, когда металл под действием вакуума всасывается в специальную камеру, где и про-исходит удаление вредных примесей;

4) порционное вакуумирование, при котором металла закачивается в камеру вакуумирования отдельными порциями.

Непрерывная разливка стали

Непрерывная разливка стали сама по себе является эффективным мероприятием по снижению затрат в металлургическом производстве. За счет использования машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) из производственной цепочки исключается обжимной передел, что позволяет существенно снизить потребление энергоресурсов для производства готового проката. В МНЛЗ расплавленный металл из сталеразливочного ковша, установленного на поворотном стенде, через промежуточный ковш заливается в медный, охлаждаемый водой кристаллизатор, в котором начинает формироваться твердая оболочка (корочка) непрерывнолитого слитка. Из кристаллизатора слиток непрерывно вытягивается тянущими роликами и попадает в зону вторичного охлаждения, где он со всех сторон охлаждается водой из форсунок. Далее следует зона охлаждения на воздухе, в которой слиток окончательно затвердевает, после чего он режется на мерные длины с помощью газовых резаков. МНЛЗ бывают радиального типа, вертикальные, вертикальные с изгибом слитка на 90°, криволинейные, горизонтальные, валковые, ленточные и т.д. В настоящее время на МНЛЗ разливают непрерывнолитые блюмы, слябы и заготовки. При этом наибольшим энергосберегающим потенциалом являются установки, способные отливать непрерывнолитой слиток сечением, близким по форме и размерам к готовому изделию (прокату), что существенно сокращает цикл производства, потребление энергоресурсов и обеспечивает более приятные деформационные условия. К таким машинам относятся тонкослябовые агрегаты, агрегаты валковой разливки-прокатки и установки литья заготовки типа «собачья кость», которые используются для последующей прокатки в балки или рельсы. В настоящее время также активно проводятся исследования по производству квадратной заготовки со скругленными углами радиусом 15–30 мм вместо 3–8 мм (как принято сейчас). Это позволяет обеспечить более благоприятные условия деформации в прокатном стане (например отсутствие брака по «закату») и имеет определенные технологические преимущества в самом процессе разливки.

Также существенно позволяет экономить энергоресурсы объединение МНЛЗ с прокатным станом в единый литейно-прокатный агрегат (ЛПА). Что позволяет вести прокатку без отдельного нагрева заготовок. В случае же использования отдельно стоящей МНЛЗ без применения технологий транзитной прокатки или горячего посада, практически все тепло кристаллизующегося металла теряется. Потери тепла на МНЛЗ составляют: в окружающую среду 5%, на систему охлаждения кристаллизатора 5%, с водой и паром системы вторичного охлаждения – 40%, остальное тепло 50% содержится в твердом непрерывнолитом слитке.

Комплекс мероприятий по утилизации и сбережения тепла на МНЛЗ включает:

- комбинированное двухконтурное охлаждение кристаллизаторов водой с утилизацией тепла;

- применение системы водовоздушного вторичного охлаждения слитка с пароотводом и утилизацией тепла в пароотводящем тракте;

- установка термосберегающих и теплоутилизирующих экранов в линии МНЛЗ;

- использование тепла заготовки для последующей транзитной прокатки или горячего посада, а также создание литейно-прокатных агрегатов;

- применение нанопорошковых модификаторов (Y₂O₃, TiN, TiCN и др.), которые вводятся в виде проволоки или ленты в промежуточный ковш или кристаллизатор и создают дополнительные центры кристаллизации чем обеспечивают получение лучшей макро и микроструктуры, измельчение неметаллических включений и повышение механических свойств металла;

- в настоящее время также активно изучается возможность плазменного подогрева металла в промежуточном ковше, что позволит снизить температуру перегрева металла на 20 °С, и уменьшить структурную и химическую неоднородность.

 

Экранирование раската

В основном различают четыре вида экранов для экранирования промежуточного рольганга:

1. теплоотражательный;

2. тепловой;

3. энкопанель;

4. экран с активным теплоэкранированием подката.

Все известные экраны для уменьшения потерь тепла верхней поверхностью подката состоят из нескольких секций, установленных вдоль рольганга и приводом для подъема или опускания секций над рольгангом.

Длину секций чаще принимают кратной шагу роликов рольганга, при этом с увеличением длины секций уменьшается величина их «подскакивания» при ударах по ним переднего конца движущегося по рольгангу подката, которое опасно для торца секции, следующей по ходу указанного движения подката.

Для шага роликов рольганга 1200 мм (НШПС ГП в России и в Украине) предпочтительна длина секций 2400 и 3600 мм, в то время как на зарубежных станах устанавливаются и 6-ти метровые секции. Ширина секций должна превышать на 100–200 мм длину бочки валков рольганга.

На секции с возможностью оперативной замены крепят кассеты с экранами, обеспечивающие реализацию отмеченных способов теплоэкранирования верхней поверхности подката. Число кассет определяется конструкцией экрана.

Теплоотражательный экран изготавливается из листов полированной нержавеющей стали или из малоуглеродистой стали, покрытой алюминием. К недостаткам данного экрана относится уменьшение его теплоотражательной способности по мере загрязнения поверхности.

Теплоотражатели изготовлены из листа малоуглеродистой стали толщиной 2 мм, который покрыт алюминием. Подпружиненный отбойник и боковые стенки секции также покрыты алюминием. Толщина алюминиевого покрытия составляет порядка 0, 25 мм, первоначальная степень его черноты находится на уровне 0, 2. Расстояние между уровнем роликов и отбойником должна составлять порядка 250 мм. Предусмотрена возможность охлаждения теплоотражателей сухим воздухом, что позволяет также исключить осаждение пыли на верхнюю и нижнюю поверхности отражателей.

Тепловой экран изготавливается из керамических теплоизолирующих материалов. К недостаткам такого экрана относится необходимость его прогрева теплом от первых 3-4 полос, только после этого он выходит на рабочие температуры. По эффективности тепловой и теплоотражающий экраны примерно равны.

Энкопанель — представляет собой улучшенную разновидность теплового экрана. Такой экран представляет собой секционный тоннель из 10 и более секций длиной по 6 метров. В зависимости от длины полосы или необходимости регулирования температуры раската некоторые секции могут открываться. Конструкция такого экрана включает в себя: мембраны из нержавеющей стали, которые отражают тепло обратно к полосе и материал, который аккумулирует тепло.

Применение такого экрана позволяет:

- снизить температуру нагрева сляба на 50 °С (экономия топлива 10–15% и снижение угара);

- уменьшить разницу температур между передним и задним концом (температурный клин) на 60%;

- возможность использования раската как буфера (время задержки до 8 минут).

Активное теплоэкранирование подката включает активное воздействие на температуру движущегося подката путем подвода тепла к верхней его поверхности от газовых горелок. Газовые горелки располагают в однотипных секциях, снабженных приводом их перемещения к/от рольганга. По существу, в процессе движения подката по промежуточному рольгангу, его пропускают через тоннельную печь с верхними горелками.

Низкотемпературная прокатка

Сущность процесса низкотемпературной прокатки (также встречается термин низкотемпературный нагрев) заключается в значительном, на 100–400 °С, уменьшении температуры начала прокатки. Такое снижение температуры нагрева приводит к существенному уменьшению расхода топлива на нагрев заготовок и времени нагрева. Последнее увеличивает производительность печи и снижает окалинообразование.

Низкотемпературная прокатка относительно давно и успешно применяется на тонколистовых широкополосных станах, а также на проволочных и сортовых станах. Проведенные исследования показали, что благодаря снижению температуры начала прокатки можно достигнуть сокращения расхода энергии до 120 МДж/т на среднесортном стане и 195 МДж/т – на мелкосортном.

С одной стороны снижение температуры нагрева на каждые 10 °С сокращает расход топлива на 0, 3–1, 0 кг у.т./т и угар металла на 0, 4–1, 2 кг/т. С другой стороны, увеличивает расход электроэнергии на прокатку и износ валков на 1–2%, что обусловлено возрастанием сопротивления металла деформации и, соответственно, силы прокатки. Однако в денежном эквиваленте экономия расходов на топливо больше в 4 раза, чем дополнительные затраты на электроэнергию.

Одним из примеров реализации технологии низкотемпературной прокатки на сортовом стане является завод фирмы Fagerstad AB Osterbyverken (Швеция). На этом заводе технология низкотемпературной прокатки была применена при производстве мелкосортного проката квадратного сечения 10, 5× 10, 5 мм из заготовок диаметром 70 мм из углеродистой стали. На стане снизили температуру начала прокатки с 1150 до 750 °С, то есть на 400 °С. А для прокатки заготовок из пружинной, подшипниковой, инструментальной и нержавеющей сталей допустимо снижать температуру начала прокатки до 800–950 °С. Снижение затрат энергии составляет от 306 до 468 Мдж/т.

Следует отметить, что при прокатке среднеуглеродистых сталей ~80% энергии тратится на нагрев металла до 1150 °С. При снижении этой температуры до 750°С качество продукции остается соответствующим стандартам Швеции, а затраты энергии, невзирая на увеличение нагрузки двигателей стана, уменьшаются. При снижении температуры прокатки нержавеющих сталей до 800–950 °С затраты энергии уменьшаются на 13–20%.

Еще одним из положительных эффектов от использования технологии низкотемпературной прокатки является снижение потерь тепла раскатом во время прокатки и транспортировки. В связи с тем, что теплоотдача от раската в окружающую среду зависит от 4-й степени абсолютной температуры (закон Стефана-Больцмана), снижение температуры нагрева приводит и к уменьшению потерь тепла во время прокатки и транспортировки раската.

Установлено, что потери тепла излучением при низкотемпературной прокатке уменьшаются до 70%. В то же время, зависимость потерь тепла в связи с контактом прокатываемого металла с валками от перепада температур носят линейный характер и уменьшаются при снижении температуры метала в меньшей степени.

С другой стороны приход энергии от разогрева металла в условиях пластической деформации, если прокатка ведется в одинаковых энергосиловых условиях, зависит только от числа проходов. Уменьшение температуры нагрева влечет за собой уменьшение разовых абсолютных обжатий, что приводит к увеличению числа проходов. Например, если при обычном режиме нагрева сляба в черновой клети ТЛС совершается 5–7 проходов, а в чистовой 9–11, то увеличение числа проходов до 9–15 в случае использовании технологии низкотемпературной прокатки вполне допустимо. Таким образом за счет увеличения количества проходов приход тепла только за счет тепла деформации может увеличится в 1, 5 раза.

Несмотря на все преимущества, применение технологии низкотемпературной прокатки во многих случаях может ограничиваться допустимыми нагрузками на прокатное оборудование (в связи с возрастанием силы прокатки), а также требованиям к получению необходимой микроструктуры металла.

При разработке технологии низкотемпературной прокатки необходимо решить следующие задачи:

- определить допустимую минимальную температуру нагрева металла с точки зрения обеспечения образования необходимой структуры;

- рассчитать силу прокатки и произвести проверочные расчеты оборудования на прочность;

- рассчитать расход топлива на нагрев и электроэнергии на прокатку при разных температурах нагрева;

- оптимизировать температурный режим по минимуму энергозатрат (или по минимуму денежных затрат).

В качестве примера представлены результаты расчетов расхода энергоносителей в зависимости от температуры нагрева для прокатки полосы толщиной 5 мм. Оптимальной температурой нагрева с точки зрения минимума энергозатрат в этом случае является температура 1000 °С. Следует отметить, что для разных прокатных станов и типоразмеров проката оптимальная температура начала прокатки будет существенно отличаться.

Технология «сухой» прокатки

Еще одной перспективной технологией, которая позволяет сократить потери тепла является «сухая» прокатка. Данная технология заключается в препятствовании попаданию воды из системы охлаждения валков на прокат благодаря применению замкнутых систем охлаждения.

Это позволяет избегать дополнительных потерь тепла раскатом от контакта с охлаждающей водой. Для избегания этих потерь необходима тщательная изоляция раскатов от охлаждающей жидкости, потому как вода забирает наибольшее количество тепла при контакте с поверхностью полосы. Поэтому при разработке замкнутых систем охлаждения важнейшим моментом является создание надежных уплотнений между валками и самой системой.

Предупреждение попадания воды на поверхность раската уменьшает скорость его охлаждения, что приводит к уменьшению силы прокатки или позволяет нагревать металл до меньшей температуры, тем самым экономя энергоносители.

Охлаждение поверхности валков делается более эффективным, что увеличивает срок их службы за счет уменьшения поверхностных напряжений, которые ведут к образованию трещин, и износа. Устройство устанавливается на рабочих валках клети кварто и состоит из двух ограждающих кожухов, каждый из которых имеет корпус и боковые бурты. Обтирочный брус, который обеспечивает отжим воды с поверхности валка изготавливается из нескольких независимых между собой частей для лучшего прилегания к поверхности валка. Боковые уплотнения выполнены как набор брусков из эластичного и антифрикционного материалов.

Во время перевалки оба кожуха прикрепляются к валковому комплекту вне прокатной клети и заводятся в клеть вместе с валками. Уплотнение прижимается к бочке валка под собственным весом кожухов и обеспечивает отжим охлаждающей жидкости с поверхности валка и не попадание ее на раскат. Охлаждающая жидкость после отжима с поверхности валка сливается через отверстия с патрубками.

Также благодаря использованию этого устройства жидкость из систем охлаждения валков не вымывает смазку из подшипниковых узлов нижних валков, что увеличивает срок их службы.

Литейно-прокатные агрегаты

Сортовой ЛПА завода «Luna»

Одним из последних сданных в эксплуатацию ЛПА для производства круглых и квадратных профилей является ЛПА, разработанный фирмой «Danieli» (Италия) и построенный на заводе «Luna» фирмы «Acciaierie Bertoli Safau» («ABS») в Удине (Италия). В нем совмещение МНЛЗ и прокатного стана выполнено по варианту №1. ЛПА производит: круглые профили диаметром 2–100 мм и квадратные со стороной 40–100 мм — в прутках; круглые профили диаметром 15–50 мм — в бунтах. Годовая производительность — 500 тыс. т.

Схема расположения оборудования ЛПА показана на. В ЛПА используется двухручьевая МНЛЗ (расстояние между ручьями два метра, номинальный радиус изгиба 9 м). МНЛЗ может работать на два или один ручей, в зависимости от требуемого объема производства.

Сечение отливаемых заготовок 200× 160 мм. МНЛЗ оборудована механизмом замены поддерживающих роликов, которая занимает не более 10 мин. Скорость литья заготовок (м/мин):

- для углеродистой стали – 6;

- цементируемой – 5, 5; пружинной – 5;

- микролегированной (бором и ванадием) – 4, 5;

- подшипниковой – 4;

- коррозионностойких – 3, 5.

Выходной участок каждого ручья МНЛЗ до тоннельной печи оборудован теплоизолирующими туннелями, которые позволяет уменьшить потери тепла.

Непосредственно за МНЛЗ установлены закалочные камеры, поскольку без промежуточной закалки невозможно выполнять прямую прокатку цементируемой и раскисленной алюминием низко- и среднеуглеродистой стали. Далее следуют ножницы для порезки непрерывного слитка.

Между МНЛЗ и прокатным станом расположена роликовая тоннельная печь общей длиной 125 м, которая имеет две секции и используется для выравнивания температуры, как в поперечном сечении, так и по длине непрерывнолитого блюма.

Первая секция печи длиной 65 м, расположена непосредственно за ножницами в две линии и используется для нагрева. Она принимает непрерывнолитые блюмы и работает с одним или с двумя ручьями, в зависимости от марки разливаемой стали и применения бесконечного или полубесконечного режима прокатки. При работе с МНЛЗ с двумя ручьями печь является своеобразным накопителем блюмов, если это требуется по циклу процесса.

Вторая секция — томильная. Она расположена непосредственно перед прокатным станом и предназначена для обеспечения бесконечного режима работы (при бесконечной длине непрерывнолитой заготовки с линии I) или полубесконечного режима (с получением заготовок поочередно с линий I и II).

ЛПА может работать в двух режимах: бесконечном и полубесконечном. При использовании бесконечного режима длина заготовки может изменяться от 14 м и до бесконечности без какой-либо разделительной резки между машиной непрерывного литья и прокатным станом, что обеспечивает бесконечную прокатку через проходную печь. В этом случае работает только один ручей МНЛЗ.

При использовании полубесконечного режима одновременно работают оба ручья МНЛЗ, а непрерывнолитые блюмы режутся на длину 45 м и поочередно посылаются в проходную печь. В этом случае печь действует и в качестве буфера между МНЛЗ и прокатным станом.

Прокатный стан состоит из 17 клетей, размещенных в черновой, промежуточной и предчистовой группах. Расположение клетей в группах непрерывное с чередованием клетей с горизонтальными и вертикальными валками. Клети бесстанинного типа. На участке стана имеется пять гидросбивов и пять ножниц. За клетями предчистовой группы расположена линия охлаждения, которая обеспечивает температуру конца прокатки после редукционно-калибровочного блока в пределах 700–1000 º С для прутков диаметром менее 40 мм и в пределах 800–950 º С для всех остальных прутков.

Далее установлен трехвалковый редукционно-калибровочный блок конструкции фирмы «Kocks». Стан и блок оснащены системой автоматического регулирования размеров раскатов и устройств для обнаружения дефектов проката в технологическом потоке в горячем состоянии.

123456Следующая ⇒

Поделиться: