СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ НА НЕПРЕРЫВНОМ МЕЛКОСОРТНОМ СТАНЕ 250-1 АО «ЕВРАЗ ЗСМК»

АННОТАЦИЯ

С целью снижения дефектообразования при прокатке на основании проведенного анализа предложена новая система охлаждения прокатных валков непрерывного мелкосортного стана 250-1 АО «ЕВРАЗ ЗСМК», включающая в себя применение охлаждающего коллектора и форсунок новой конструкции.

Ключевые слова: непрерывный мелкосортный стан, охлаждение прокатных валков, стойкость калибров.

Эффективность охлаждения прокатных валков является важным параметром, значимо влияющим, как на расход прокатных валков, а, следовательно, и на себестоимость производства проката, так и на качество прокатной продукции. Перегрев валков приводит к их повышенному износу и увеличивает вероятность образования дефектов проката.

Применительно к мелкосортному стану 250-1 АО «ЕВРАЗ ЗСМК» на образование поверхностных дефектов при прокатке не стане, доля которых в получении продукции несоответствующего качества составляет 11% (рисунок 1), наибольшее влияние оказывают такие факторы, как настройка привалковой арматуры и износ прокатных валков. При этом, если первый из указанных факторов является в наибольшей степени организационным, то износ валков в значительной степени определяется применяемой системой охлаждения [1-3].

Согласно литературным данным на температуру валков значимое влияние оказывают следующие технологические параметры: интенсивность обжатий; температура раската; среднее удельное давление на валки; температура подаваемого охладителя; время прокатки.

Практика показывает, что увеличение расхода жидкости для охлаждения валков, как правило, не позволяет коренным образом повысить эффективность работы систем охлаждения. Более эффективным является разработка новых способов отвода тепла, в частности, организации эффективной подачи охладителя на валки, повышению давления в коллекторах, снижению температуры воды.

Рисунок 1. Структура брака при производстве проката на мелкосортном стане 250-1 АО «ЕВРАЗ ЗСМК»

Вода, участвующая в охлаждении валков, входит в систему замкнутого цикла, что требует в свою очередь эффективного охлаждения последней. Проходя через градирни, вода тем самым охлаждается. Альтернативным способом охлаждения воды, можно считать охлаждение жидкости при помощи жидкого азота, тем самым уменьшая продолжительность оборотного цикла, что ведет как следствие к уменьшению количества воды участвующей в системе охлаждения валков.

Принцип работы устройств охлаждения прокатных валков водой основан на подаче охлаждающей жидкости на поверхность валков. Для этого используются специальные системы орошения и охлаждения, которые распределяют воду по поверхности валков с определенным давлением и расходом.

Технические решения по организации прокатных валков водой охлаждения водой могут включать в себя:

- систему орошения с использованием специальных форсунок или распылителей;

- систему циркуляции и фильтрации воды, чтобы поддерживать ее чистоту и предотвращать засорение системы;

- автоматические системы контроля и регулирования температуры воды для поддержания оптимальных параметров охлаждения.

- специальные материалы и покрытия для повышения эффективности охлаждения и защиты валков от коррозии.

К техническим решениям, применяемым в инновационных системах охлаждения водой можно отнести:

1) насадки с настраиваемым потоком воды, которые позволяют регулировать интенсивность охлаждения в разных зонах валков, исходя из особенностей процесса и требований к качеству продукции;

2) системы мониторинга и контроля, обеспечивающие возможность непрерывного контроля и мониторинга процесса охлаждения, а также автоматической регулировки параметров для достижения оптимальных условий;

3) применение системы обратного осмоса для очистки и повторного использования воды, что позволяет сэкономить водные ресурсы и уменьшить влияние на окружающую среду;

4) использование комбинированных систем охлаждения, когда для достижения максимального эффекта охлаждения в дополнении к воде используют азот или замороженный воздух.

Проведенный анализ показал, что существующая в настоящее время на непрерывном мелкосортном стане 250-1 АО «ЕВРАЗ ЗСМК» система охлаждения валков обладает рядом существенных недостатков. Так зачастую происходит засорение и деформация направляющих патрубков, вследствие чего струя воды не попадает на рабочую поверхность ручья калибра. Это приводит к перегреву валков и их значительному износу.

Проведенный анализ литературных данных показал, что существует целый ряд технических решений по совершенствованию конструкции устройств для охлаждения прокатных валков, в частности изобретения [4-6].

Предлагаемое авторами изобретения [4] устройство обладает высокой охлаждающей и отсекающей способностью за счет использования энергии образующегося конденсата и направления его на отсечку охладителя и дополнительного охлаждения очищенной от охладителя поверхности валка перед очагом деформации потоком осушенного от конденсированной влаги воздуха. Таким образом, отсутствие влаги на поверхности валка в очаге деформации и продуктов ее диссоциации при высокой температуре в зоне контактного давления приводит к повышению стойкости валков.

Использование заявляемого авторами патента [5] устройства и способа охлаждения прокатных валков обеспечивают развитие на поверхности валка высоких энергосиловых параметров, обеспечивающих повышение интенсивности и равномерности охлаждения поверхности прокатных валков за счет гарантированного проникновения подаваемого охладителя сквозь слой отработанного охладителя с одновременным удалением последнего из ручьев прокатных валков. Кроме того, осушение ручьев сжатым воздухом и последующее контролируемое увлажнение валка на входной стороне предотвращают эффект «микровзрыва», а также прилипания прокатываемого металла в очаге деформации к сухой поверхности валка.

Применение устройства, предложенного авторами патента [6] позволяет за счет равномерного распределения охладителя по охлаждаемой поверхности предотвратить их преждевременный выход из строя, избежать отбраковки металла по качеству поверхности из-за прокатки в валках с изношенными участками бочки, исключить локальный перегрев участков бочки валка.

Для условия непрерывного мелкосортного стана 250-1 АО «ЕВРАЗ ЗСМК» предложено применение нового охлаждающего коллектора (рисунок 2), использование которого позволит увеличить стойкость калибров валков до 2-х раз [7]. Однако, применение существующей системы охлаждения с использованием охлаждающих коллекторов новой конструкций имеет существенный недостаток: вода содержит крупные посторонние фракции (до 1-30 мм), выводящими из строя форсунки. Данный факт обуславливает аварийный выход валков из строя.

Рисунок 2. Охлаждающий коллектор новой конструкции

В мировой практике смешанное охлаждение водо-воздушным методом с чередованием подачи охлаждающих элементов под давлением до 5 атмосфер показало наибольшую эффективность. Эффективность охлаждения повышается за счет применения форсунок новой конструкции (рисунок 3), подающих охлаждающие элементы на нагреваемую поверхность с большой точностью, нейтрализующих влияние паровой подушки.

а                                б                                                   в                                      г

а – корпус; б – втулка; в – сопло; г – зона орошения

Рисунок 3. Конструкция форсунки для водо-воздушного охлаждения валков

Для создания наилучшей эффективности охлаждения, исключения выхода из строя валков из-за отказа охлаждающей системы необходимо применение насосно- фильтрующей станции производительностью 10 м³/ч, воздушно-компрессорной станции производительностью 50 м³/ч.

Список литературы:

1. Тришевский И.С. Настройка непрерывных прокатных станов / И.С. Тришевский, В.В. Клепанда, Н.В. Литовченко. – М.: Металлургия, 1964. – 368 с.
2. Бочков Н.К. Экономия металла в прокатном производстве / Н.К. Бочков, В.Н. Сафонова. – Москва: Металлургия. 1997. – 336 с.
3. Глухов В.В. Экономика прокатного производства / В.В. Глухов, А.С. Метс – Ленинград: Издательство Ленинградского университета 1979. – 131 с.
4. Устройство для охлаждения прокатных валков: пат. 2193936 Рос. Федерация: МПК51 В 21 В 27/10 / Е.В. Карпов, В.Н. Урцев, Д.М. Хабибулин, Ю.Е. Бердичевский, С.Н. Воронков; заявитель и патентообладатель ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ООО «Техномаг»; заявл. 18.12.2001; опубл. 10.12.2002.
5. Способ охлаждения прокатных валков и устройство для охлаждения прокатных валков: пат. 2446025 Рос. Федерация: МПК51 В 21 В 27/10 / В.Н. Урцев, Ю.Е. Бердичевский, Д.М. Хабибулин; заявитель и патентообладатель ООО "Исследовательско-технологический центр «Аусферр»; заявл. 23.06.2010; опубл. 27.03.2012.
6. Устройство для охлаждения прокатных валков и проката: пат. 2446025 Рос. Федерация: МПК51 В 21 В 27/10 / Е.В. Карпов, В.Н. Урцев, Д.М. Хабибулин, Ю.Е. Бердичевский, С.Н. Воронков; заявитель и патентообладатель ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ООО «Техномаг»; заявл. 18.12.2001; опубл. 10.12.2002.
7. Гарбер Э.А. Технический прогресс систем охлаждения прокатных станов / Э.А. Гарбер, А.А. Гончарский, М.П. Шаравин. – М.: Металлургия, 1991. – 256 с.