Оптимізація температурного режима прокатки

 

Температурний режим прокатки зливків на обтискних станах є одним з найважливіших факторів, що визначають якість поверхні блюмів, слябів і заготовок, енергосилові параметри прокатки, навантаження на устаткування, витрата енергії на прокат і відходи металу в обрезь. Крім того, встановлено, що злитки й разкати по перетину мають значну температурну нерівномірність.

З метою встановлення впливу нестаціонарного температурного поля розкату на якість поверхні напівпродукту на станах 1250 і 1300 провели спеціальні дослідження.

Основну частку сортаменту на блюмінгах складають зливки вуглецевих і низьколегованих сталей двох типів - розширені догори з прибутковою частиною і розширені донизу. Маса сортових зливків для блюмінга 1300 - 12,5 т, для блюмінга-слябінга 1250 - 10 т. Розміри зливків відповідно висота 2500 мм. Розширені догори зливки мають округляє донну частину, а розширені донизу - плоску. Близько 90% зливків подається в колодязі гарячим всадом (760 ± 20 ° С при среднеквадратичном відхиленні ± 80 ° С). Злитки, розширені догори, подаються в виливницях, розширені донизу - зі знятими виливницями.

Зливки обох типів нагріваються на блюмінгу 1300 за однаковим режиму в рекуперативних нагрівальних колодязях з опаленням однієї центральної пальником. Середній час нагрівання становить 460 ± 20 хв, температура томління 1340 - 1350 ℃. Кільцева сліткоподача має чотири візки зі швидкістю переміщення до 4,5 м / с. Розташування колодязів Г-образне. Відстань від приймального рольганга до четвертої осередку 12 групи колодязів складає 275 м.

На блюмінгу-слябінгу 1250 зливки нагріваються в нагрівальних колодязях, що складаються з 12 груп, розташованих лінійно. Сліткоподача човникова.

Прокатка блюмів 360 × 360 на блюмінгу 1300 і 310 × 310 на блюмінгу-слябінгу 1250 з усіх типів зливків спокійних, напівспокійної та киплячої сталі здійснюється парами за однаковим режиму за 13 проходів по схемі 6 × 4 × 2 × 1. Цикл прокатки двох зливків складає 80-90 с.

Нестаціонарне температурне поле розкатів оцінювалося вимірюванням і порівнянням температур бічній поверхні і центральних шарів донної і головний частин блюмів. Температура бічній поверхні блюмів вимірювалася оптичними та фотоелектричними пірометрами (перевіреними по еталонної лампі з похибкою приладу ± 2 ° С) після останнього пропуску, температура центральних шарів - в момент різу на ножицях донної і головний частин розкатів. Щоб уникнути суб'єктивних помилок, температура вимірювалася одночасно двома пірометрами по два-три виміри в одній точці, з усередненням отриманих результатів. При такій методиці похибка вимірювання не перевищувала ± 15...... 20 ° С (1-2%). Фіксувалися також час транспортування зливків до стану і цикл прокатки. Всього було виміряно температурне поле 236 блюмів, прокатаних з розширених донизу зливків, 205 блюмів, отриманих з зливків, розширених догори, масою 12,5 т і 236 зливків, розширених донизу, масою 10 т.

На ад'юстажах блюмінгів досліджувалося якість поверхні блюмів і заготовок в залежності від температури кінця прокатки і часу транспортування зливків до стану. Рівень якості оцінювався за відсотком виходу заготовок по групі поверхні А з урахуванням часу, витраченого на зачистку блюмів і заготовок, і площі зачищеній поверхні. Дані експериментів оброблялися методами математичної статистики на ЕОМ «Мінськ-32». Були отримані статистичні оцінки закономірності розподілу температури по перетину і довжині блюма та їх характеристики із зазначенням точності оцінок при заданому рівні надійності, групування спостережень і полігони розподілу температури розкату і часу транспортування зливків до стану, перевірка нормальності розподілу температури розкату, рівняння регресії і коефіцієнти кореляції для залежності температури поверхні розкату від часу транспортування і групи колодязів. В обчисленнях рівень значущості був прийнятий 0,95, мала ймовірність - 0,05.

 

Таблиця 5.1. Розподіл температури по перетину і довжині блюмів 360 × 360 мм,

характеристика розподілу	t п	t г	t д	t г	t д	t г - t д
Середній і довірчий інтервал t 0,95
середньоквадратичне відхилення
коефіцієнт варіації
коефіцієнт точності

 

Дані розподілу температури по перетину і довжині блюмів 360 × 360, прокатаних з двох типів зливків масою 12,5 т, наведені в табл. 5.1. В чисельнику - дані для зливків, розширених донизу (киплячі і напівспокійну сталі), в знаменнику - для злитків, розширених догори (спокійні сталі).

Аналогічні вимірювання температури поверхні та центру Блюма 310 × 310, Прокачаний зі зливка У-10, розширеного донизу, на блюмінгу-слябінгу 1250 дали наступні результати. Середній інтервал температури поверхні lп склав 1090-1120 ° С, температури центральних шарів головний і донної lд частин розкату 1200-1220 ° С, перепад між поверхнею і центром Δt і Δtд 80-120 ° С. Розподіл температури кінця прокатки блюмів на стані 1250 приведено на рис. 5.1.

Аналіз характеристик розподілу температури для блюмів перетином 360 × 360 мм показує (табл. 5.1), що довірчі (95%) інтервали вузькі (4-6 ° С), середньоквадратичне відхилення не перевищує ± 40 ° С, коефіцієнти варіації невеликі, а коефіцієнти точності менше малу ймовірність 0,05. Це свідчить про достатню надійність отриманих результатів. Оцінка нормальності розподілу температури за показниками асиметрії, ексцесу, критеріям Пірсона і Колмогорова показала, що розподіл температури підкоряється закону нормального розподілу.

 

Рисунок 5.1. Розподіл температури кінця прокатки блюмів на стані 1250.

 

Полігони перепаду температури по перетину і довжині блюмів (рис. 5.2) свідчать, що температурні перепади залежать від форми зливка і досягають значної величини - по перетину Блюма більше 200 ° С, по довжині t _г — t _д — до 180 °С.

 

Рисунок 5.2. Полігони розподілу перепаду температури по перетину поблизу торців (а, б) і по довжині (в) блюмів, отриманих з зливків, розширених донизу (суцільна лінія) і догори (штрихова).

 

Розподіл температури по довжині і перерізу зливків двох типів істотно розрізняється. У зливків, розширених донизу, донна частина холодніше головний в середньому на 70 - 90 °С, максимальний перепад досягає 180 °С. У зливків, розширених догори, навпаки, головна частина холодніше донної, середній перепад температур складає 10-20 ° С, максимальний перевищує 100 ° С.

За перетину різниця температур між поверхнею і центром досягає у злитків, розширених догори, в головній частині 180 ° С, в донної - 220 ° С; у злитків, розширених донизу, відповідно 180 ° С і 200 ° С. Якщо врахувати, що ребра розкатів мають ще нижчу температуру, то перепади температур або нестаціонарність температурного поля по перерізу і довжині блюмів може перевищувати 300 ° С. Середня різниця температур між поверхнею і центром блюмів, прокатаних з розширених донизу зливків, в головній частині більше, а в донної частини приблизно в 2 разів менше, ніж у блюмів, отриманих з зливків, розширених догори. Така відмінність можна пояснити двома факторами - неоднаковою формою злитків і в зв'язку з цим різним вихідним температурним полем в процесі кристалізації, транспортування до криниць і нагріву. Надалі на вихідне температурне поле накладається зміна температури зливка в процесі його переміщення до стану, і прокатки. Отже, в процесі транспортування і прокатки зливків існує різко виражена нестаціонарність температурного поля по довжині і перерізу.

 

Рисунок 5.3. Залежність температури поверхні блюма в кінці прокатки від часу транспортування

 

У процесі транспортування до стану і прокатки поверхню зливка інтенсивно охолоджується, а центральні шари зберігають практично незмінну температуру. У результаті виникнення перепадів температур погіршуються умови деформації, збільшується її нерівномірність, збільшується вигин торцевих і бічних поверхонь розкатів, погіршує якість поверхні і збільшується витрата металу в обрізь. Тому необхідно знайти шляхи зменшення негативного впливу нестаціонарного температурного поля розкату на якість поверхні і витрата металу.

У зв'язку з цим були виконані експерименти, що дозволили встановити зв'язок часу транспортування, температури кінця прокатки, перепаду температур по перетину гуркоту з якістю поверхні заготовки і витратою металу. Спостереження показали, що час транспортування зливків до стану коливається в значних межах - для блюмінга 1300 - від 1 до 11 хв і для блюмінга-слябінга 1250 - від 1 до 5 хв. На рис. 5.3, 5.4 наведені ці залежності.

 

Рисунок 5.4. Залежність часу транспортування зливка від номера групи нагрівальних колодязів:

а) – блюмінг 1300; б) – блюмінг-слябінг 1250.

 

Рисунок 5.5. Залежність якості поверхні заготовок 80 × 80 мм від температури кінця прокатки на блюмінгу: 1 - киплячі марки сталі; 2 - спокійні марки сталі.

 

Кореляційний зв'язок між часом транспортування зливків до стану і групою нагрівальних колодязів стана 1300 можна виразити рівнянням регресії τ = 2 + 0,28 N з коефіцієнтом кореляції R = 0,89 і довірчим інтервалом t_{0, 95} = ± 0,4 хв. Залежність температури поверхні Блюма після останнього пропуску tк.п від часу транспортування зливків до стану описується рівнянням регресії t = 1136 - 1,45 τ з коефіцієнтом кореляції R = 0,59 і довірчим інтервалом t_0,95 = ± 5 ° С. Тут τ - час транспортування зливків від колодязів до стану, хв; N - номер групи нагрівальних колодязів; t - температура поверхні блюма після кінця прокатки.

Як видно з рисунку 5.3, існує досить тісний зв'язок температури блюма, часу транспортування злитків і номера групи колодязів.

Нестаціонарне температурне поле блюма впливає на якість поверхні блюмів і заготовок. Залежність якості поверхні заготовок 80 × 80 мм від температури кінця прокатки на блюмінгу 1300 наведена на рис. 5.4. Залежність якості поверхні блюмів перетином 310 X 310 від темпі ратури кінця прокатки і часу транспортування зливків до стану на блюмінгу-слябінгу 1250 наведена на рис. 5.5.

 

Рисунок 5.6. Залежність якості поверхні блюмів від часу транспортування (а), від температури кінця прокатки (б)

 

З рисунку 5.5 видно, що більш висока якість поверхні спостерігається в інтервалі температур кінця прокатки на блюмінгу 1130-1150 °С. При цьому вихід заготовок по групі А з киплячих марок сталі збільшується приблизно в 1,5 рази, а з спокійних марок сталі - на 20%. Крім того, до 35% скорочується час зачистки заготовок і на 20% зменшується площа з поверхневими дефектами. Дані рисунка 5.6 підтверджують ці висновки. При зниженні часу транспортування зливків до стану в 2 рази площу зачищаємо поверхні блюмів знижується на 20%, а збільшення температури кінця прокатки з 1090 до 1130 ° С зменшує площу зачищаємо поверхні на 10-15% для спокійних марок сталі.

Порівняння рис. 23-26 показує, що для роботи в оптимальному інтервалі температур кінця прокатки 1130-1150 ° С необхідно забезпечувати час транспортування зливків до стану не більше 4 хв. З урахуванням циклу прокатки 1 хв 20 с I - 1 хв 30 с загальний час від видачі зливка до кінця прокатки 1 на блюмінгу не повинно перевищувати 5 хв 30 с.

На станах 1300 і 1250 ця умова виконується при транспортуванні зливків не далі, ніж з сьомої групи, тобто середня температура поверхні блюмів після прокатки на станах 1300 і 1250 в 75% випадків на 20-40 ° С нижче оптимального інтервалу для всіх типів злитків. Середній інтервал температур для блюмінга 1300 1110-1120 ° С і 1100 - 1110 ° С - для блюмінга-слябінга 1250. Отже, є резерви підвищення якості продукції за рахунок підвищення температури кінця прокатки або за рахунок скорочення часу транспортування зливків до стану.

Аналіз даних, наведених в табл. 4.8 і на рис. 5.3-5.6, показує, що при оптимальній температурі поверхні Блюма після прокатки 1130-1150 °С перепад температури між поверхнею і центром Блюма становитиме в середньому 80 °С і менше, це істотно менше, ніж фактично зафіксований.

Мабуть, поява дефектів поверхні типу рванина і тріщин на розкатах пов'язано не стільки з низькою абсолютною температурою, скільки з нерівномірністю розподілу її по перетину. Крім того, як випливає з рисунку 5.6, при збільшенні температури кінця прокатки до 1150 ° С скривлення торців штаби знижується на 50% і, отже, можна зменшити витрати металу в обрізь.

Таким чином, нестаціонарне температурне поле розкату чинить негативний вплив на якість блюмів і витрата металу.

Зменшити це негативний вплив можна підвищенням температури кінця прокатки до 1130-1150 ° С, зниженням часу транспортування зливків до стану до 4 хв і витримуванням температурного перепаду між поверхнею і центром не більше 80 ° С.