Технологические особенности производства в ПАО "Мариупольский металлургический комбинат имени Ильича"

Технологические особенности.

В состав шихты кислородно-конвертерной процесса входят: жидкий чугун, металлический лом, известь, твердые окислители (железная руда, окатыши и агломерат) и плавиковый шпат. На одну тонну выплавляемой стали в кислородном конвертере, приближенно расходуется:

а = (0,75 - 0,8)т чугуна;

b = (0,15 - 0,2)т лома;

с = (0,02 - 0,04)т флюсов;

д = (0,004 - 0,008)т раскислителей.

Технологический цикл кислородно-конвертерной плавки складывается из следующих операций:

- осмотра конвертера после выпуска предыдущей плавки;

- загрузки лома;

- заливки жидкого чугуна;

- продувки;

- отбора проб металла для контроля его химического состава и температуры;

- выпуск стали (полупродукта, расплава) в сталеразливочный ковш;

- слив конечного шлака.

Многолетний опыт эксплуатации кислородных конвертеров позволил повсеместно установить следующий порядок загрузки шихты: в освободившийся после предыдущей плавки конвертер загружают лом (лоток с ломом предварительно взвешивают и доставляют к конвертеру заблаговременно, в момент загрузки лоток при помощи крана наклоняют (опрокидывают) и лом ссыпается в конвертер). После загрузки лома в конвертер заливают необходимое количество жидкого чугуна с tчугуна>=1320C. Состав с чугуновозными ковшами заранее подают к конвертеру. После окончания заливки чугуна конвертер устанавливают в вертикальное положение, опускают кислородную фурму и начинают продувку. Температура в реакционной зоне находится на уровне 2200 - 2500C. Изменением положения фурмы и давления кислорода можно в широких пределах управлять процессами расплавления шихты, усвоения кислорода расплавом, окисление фосфора и углерода, шлакообразования.

Шлакообразующие и добавочные материалы вводят в конвертер в предварительно измельченном (до фракции 20-25мм) виде (эти материалы называют сыпучими). Подачу сыпучих материалов осуществляют тремя способами:

1) все сыпучие загружают в конвертер до заливки чугуна (под чугун) или даже до загрузки лома;

2) сыпучие материалы вводят непрерывно сверху по ходу продувки;

3) часть сыпучих (около половины) присаживают одновременно с началом продувки, остальное количество вводят в течение нескольких минут непрерывно по ходу продувки.

Чаще всего используют третий способ. Все эти процессы оказывают взаимное влияние, их протекание зависит также от состава и характера шихтовых и шлакообразующих материалов, конструкции фурмы, давления и расхода кислорода и организации продувки.

В конвертерном производстве используют чугуны, по традиции часто называемые мартеновскими (или мартеновского состава). Под этим понимают их отличие от бессемеровских (в которых много кремния) и от томасовских (в которых много фосфора).

Технология производства должна предусматривать десульфурацию чугуна в ковшах; полное скачивание шлака из заливочного ковша перед сливом чугуна в конвертер; применение непрерывной разливки; применение внепечной обработки стали и, в частности, продувку в ковше перед заливкой аргоном с одновременной корректировкой состава и температуры, а для высококачественных сталей - обработку вакуумом, шлаками и другие способы внепечного рафинирования. Технология выплавки должна базироваться на применении автоматизированных систем управления ходом плавки, что позволяет исключить додувки и другие корректировочные операции. Эффективность кислородно-конвертерного процесса зависит от решения следующего комплекса вопросов: улучшение подготовки лома и ускорение его завалки; сокращение длительности цикла плавки; интенсификация продувки с применением многоструйных фурм; освоение передела низкомарганцовистого чугуна; широкое применение систем автоматического управления плавкой и цехом в целом; усовершенствование газоочистки. К недостаткам способа относится невозмозность увеличения доли металлолома в шихте, большой угар (до 14 - 19%) и дымообразование при продувке. Качество стали определяется в значительной степени ее химическим составом и содержанием вредных примесей, газов и неметаллических включений. Особое внимание при производстве конвертерной стали уделяется получению металла с низким содержанием газов и, прежде всего, азота.

Производительность.

Действительная длительность плавок в отечественных цехах составляет 45--50 мин; она больше нормативной в связи с большей длительностью продувки (13--20 мин вместо 12), простоями конвертеров при корректирующих операциях и большей длительностью загрузки лома. Число рабочих суток в году зависит от организации работы в цехе. При установке в цехе 2--4 конвертеров, один из которых постоянно находится в ремонте или резерве, число рабочих суток работающих конвертеров принимают равным 365. Длительность холодного ремонта (замена рабочего слоя футеровки) для конвертеров вместимостью 160, 200, 300 и 400 т равна соответственно 72, 81, 102 и 130 ч. Интервал между холодными ремонтами (стойкость рабочего слоя футеровки) составляет 500--600 плавок, а при торкретировании футеровки возрастает до 1000 плавок и более. Горячие простои составляют ~ 2 % календарного времени, простои на ремонтах газоотводящего тракта -- два раза в год по 14 сут. и один раз в шесть лет длительностью 53 сут, простои на торкретировании -- 1,5--2 % календарного времени.

Расход средств производства.

Расход металлической шихты в отечественных конвертерных цехах составляет 1120--1165 кг/т стали; расход смоло-связанных огнеупоров на ремонт конвертеров 2--5 кг/т, общий расход огнеупоров по цеху 10-21 кг/т. Расход извести составляет 6--8 %, плавикового шпата 0,15-г1,0 %. Расход кислорода на продувку равен 47--60 м3/т. Выход жидкой стали по отношению к массе металлической шихты определяется величиной потерь металла при продувке и обычно составляет 89--91 %. Количество образующегося шлака равно 11--17 % от массы плавки; количество отходящих конвертерных газов равно 4-10 м3/(т * мин), оно тем больше, чем выше интенсивность продувки кислородом. Выплавка стали на одного работающего в конвертерном цехе колеблется в широких пределах от 1800 до 4350 т/г.

Метинвест запустил технологию производства железнодорожных рельсов из кислородно-конвертерной стали на МК «Азовсталь». Данная технология производства рельсов одобрена стратегическим партнером комбината - «Укрзализныцей».

Специалистами Метинвеста совместно с украинским государственным научно-техническим центром «Энергосталь»была разработана и апробирована технология производства транспортного металла из кислородно-конвертерной стали, успешно проведены все необходимые сдаточные испытания. Переход на данную передовую технологию производства позволит снизить операционные издержки, энергозатратность и повысить эффективность работы комбината в целом.

28 апреля, в ходе состоявшегося заседания на комбинате «Азовсталь» межведомственной комиссии по приемке транспортного металла из кислородно-конвертерной стали, с участием представителей «Укразализныци», было принято решение о допуске к производству железнодорожных рельсов из кислородно-конвертерной стали.

«Освоение высокотехнологичных способов производства - одна из стратегических задач развития комбината и Группы Метинвест, направленных на повышение эффективности производства, модернизацию металлургических мощностей, внедрение инновационных подходов и выход на новые рынки сбыта», - отмечает генеральный директор ПАО «МК «АЗОВСТАЛЬ» Энвер Цкитишвили.

Кислородно-конвертерный цех ММК Ильича. Кислородно-конвертерный цех в составе трех конвертеров по 160 т каждый специализируется на выплавке как углеродистых, так и низколегированных (в т.ч. для сварных труб) сталей. Вся сталь ответственного назначения разливается на трёх слябовых машинах непрерывного литья заготовок.

5. Доменное производство

Доменное производство, производство чугуна восстановительной плавкой железных руд или окускованных железорудных концентратов в доменных печах. Доменное производство - отрасль чёрной металлургии.

Чугун был известен за 4-6 вв. до н. э. Доменное производство возникло в результате развития сыродутного процесса - «прямого» получения железа в твёрдом состоянии непосредственно из железной руды путём восстановления её в низких горнах или шахтных печах (домницах) с помощью древесного угля. Первые доменные печи в Европе появились в середине 14 в., а в России - около 1630, вблизи Тулы и Каширы. На Урале первый чугун получен в 1701, а в середине 18 в. благодаря развитию уральской металлургии Россия вышла на 1-е место в мире, которое удерживала до начала 19 в. До середины 18 в. единственное топливо в Доменное производство - древесный уголь. В 1735 А. Дерби применил в доменной плавке каменно-угольный кокс.

Основные этапы развития: применение паровой воздуходувной машины (И. И. Ползунов, 1766), нагрев дутья, изобретение кирпичного воздухонагревателя регенеративного типа (Э. Каупер, 1857). В 1913 в России было выплавлено 4,2 млн. т чугуна и она занимала 5-е место в мире. В 1940 в СССР было выплавлено 15 млн. т чугуна (3-е место в мире), а с 1947 Советский Союз уступал только США. В 1970 СССР вышел на 1-е место в мире. Выплавка чугуна в СССР в 1971 составила 89,3 млн. т. Большую роль в развитии Доменное производство в СССР сыграли М.А. Павлов, М.К. Курако, И.П. Бардин. Доменное производство в СССР характеризуется применением высокомеханизированных и автоматизированных агрегатов и передовой технологии.

Исходными материалами (шихтой) в доменном производстве являются: железная руда, марганцевая руда, агломерат, окатыши, а также горючее и флюсы. Широкое применение в шихте доменных печей СССР получил офлюсованный агломерат (свыше 90 %), который содержит 50-60% Fe при основности 1,1-1,3; расширяется применение офлюсованных окатышей. Важнейшие свойства железосодержащих шихтовых материалов, определяющие технико-экономические показатели доменной плавки: содержание железа, состав пустой породы, количество вредных примесей, а также гранулометрический состав, прочность и восстановимость. Основным горючим в Доменное производство служит каменноугольныРасчет оптимального состава шихтовых материалов методами линейного программированияй кокс. Получает распространение плавка с заменой части кокса газообразным, жидким или твёрдым топливом, вдуваемым в горн доменной печи. В качестве флюсов используется известняк, иногда доломит.

Основные виды чугуна, выплавляемого в доменных печах: передельный чугун, используемый для производства стали в сталеплавильных агрегатах; литейный, идущий для чугунных отливок; специальные чугуны. Побочные продукты Доменное производство: доменный газ [теплота сгорания 3,6-4,6 Мдж/м3 (850-1100 ккал/м3)] после очистки от пыли используется для нагрева дутья в воздухонагревателях, а также в заводских котельных установках, коксохимических, агломерационных и некоторых др. цехах; доменный шлак находит применение главным образом в промышленности строительных материалов; колошниковая пыль, выносимая из печи и улавливаемая системой газоочистки, содержащая 30-50 % Fe, возвращается в шихту доменных печей после её предварительного окускования (главным образом путём агломерации).

Доменный цех завода с полным металлургическим циклом имеет, как правило, не менее 3 доменных печей с воздухонагревателями и системой газоочистки. Запас шихты (кокса на 6-12 ч, агломерата или руды, а также флюсов на 1-2 суток работы печей) хранится в бункерах эстакады (общей для всех доменных печей). На многих металлургических заводах в состав доменного цеха входит так называемый рудный двор, где хранится основной запас железных руд, укладываемых в штабеля рудными перегружателями. Формирование штабеля и забор из него материалов производятся с учётом усреднения руд. В доменном цехе имеются также машины для разливки чугуна.

Доменная печь, домна -- большая металлургическая, вертикально расположенная плавильная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до её капитального ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов. Первые доменные печи появились в Европе в середине XIV века, в России -- около 1630 года.

Описание и процессы.

Доменная печь представляет собой непрерывно действующий агрегат шахтного типа. Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части -- колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части -- шахты. В которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части -- распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части -- заплечиков. Где образуется восстановительный газ -- монооксид углерода; цилиндрической части -- горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса -- чугуна и шлака. А также верхняя - фурменная зона, где происходит вдувание комбинированного дутья в печь и нижняя часть - лещадь

В верхней части горна располагаются фурмы -- отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья -- сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C. Таким образом, в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.

В верхней части горна, где приток кислорода достаточно велик, кокс сгорает, образуя диоксид углерода и выделяя большое количество тепла.

Диоксид углерода, покидая зону, обогащённую кислородом, вступает в реакцию с коксом и образует монооксид углерода -- главный восстановитель доменного процесса.

Поднимаясь вверх, монооксид углерода взаимодействует с оксидами железа, отнимая у них кислород и восстанавливая до менее окисленного оксида.

Полученный в результате реакции металлический расплав каплями стекает по раскаленному коксу вниз, насыщаясь углеродом, в результате чего получается сплав, содержащий 2,14 -- 6,67 % углерода. Такой сплав называется чугуном. Кроме углерода в него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси -- сера и фосфор. Кроме чугуна в горне образуется и накапливается шлак, в котором собираются все вредные примеси.

Ранее шлак выпускался через отдельную шлаковую лётку. В настоящее время и чугун, и шлак выпускают через чугунную лётку одновременно, таким образом, контакт чугуна и шлака увеличивается при перемешивании и часть серы чугуна переходит в шлак. Разделение чугуна и шлака происходит уже вне доменной печи -- в жёлобе, при помощи разделительной плиты скиммерного устройства вследствие различных плотностей жидких продуктов плавки. Отделённый от шлака чугун поступает в чугуновозные ковши, либо в ковши миксерного типа. Шлак, по шлаковым желобам разливается в шлаковые чаши.

Фундамент печи.

Современная печь вместе со всеми сооружениями и металлоконструкциями, футеровкой (огнеупорной кладкой) и находящимися в ней шихтовыми материалами и продуктами плавки может иметь массу свыше 30 тыс. т. Эта масса должна быть равномерно передана грунту. Нижнюю часть фундамента (подошву) делают в виде массивной бетонной плиты толщиной до 4 м. На подошву опираются колонны, поддерживающие металлические конструкции печи (кожух). Верхняя часть фундамента (пень) представляет собой монолитный цилиндр из жароупорного бетона, на котором находится горн печи.

Горн доменной печи.

Горн доменной печи -- нижняя часть доменной печи, цилиндрическая по внутреннему очертанию и коническая (иногда цилиндрическая) по наружной форме. Горн оснащен устройствами для выпуска чугуна и шлака (чугунными и шлаковыми летками) и приборами (фурмами) для вдувания нагретого (на кауперах) до 1100--1400 °С, обогащенного кислородом до 23--25 %, воздуха. Горн доменной печи -- наиболее ответственная часть её конструкции. Здесь скапливается до 1000 т. и больше расплавленных продуктов плавки -- чугуна и шлака. На дно горна оказывает давление весь столб шихты массой 9--12 тыс. т. Давление горновых газов составляет 0,4--0,5 МПа, а их температура в очагах горения кокса достигает 1700--2100 °С. Внутри горна непрерывно движутся и обновляются кокс, жидкие чугун и шлак, горновые газы. По сути это мощный непрерывно движущийся реактор. В связи с этим к конструкциям горна предъявляются жесткие требования по прочности, герметичности и огнеупорности. Основные конструктивные элементы горна -- кожух, холодильники, чугунная и шлаковая летка, фурменные приборы.

Чугунная лётка.

Это канал прямоугольной формы шириной 250--300 мм с высотой 450--500 мм. Канал делают в огнеупорной кладке горна на высоте 600--1700 мм от поверхности лещади. Каналы для шлаковых лёток выкладывают на высоте 2000--3600 мм. Канал чугунной летки закрыт огнеупорной массой. Открывают чугунную лётку путём высверливания бурильной машиной отверстия диаметром 50--60 мм. После выпуска чугуна и шлака (на современных больших доменных печах выпуск чугуна и шлака осуществляется через чугунные лётки) отверстия забивают с помощью электрической пушки. Носок пушки входит и в неё из пушки под давлением подают лёточную огнеупорную массу. Шлаковая лётка на доменной печи защищена водоохлаждаемыми элементами, которые в совокупности называют шлаковыми стопорами и рычажной конструкции с пневматическим приводом, управляемым дистанционно. Доменные печи большого объёма (3200--5500 мі) оборудованы четырьмя чугунными лётками, работающими попеременно, и одной шлаковой лёткой. Выпуск чугуна и шлака из доменной печи включает в себя следующие операции:

1. открытие чугунной лётки (в необходимых случаях в шлаковой);

2. обслуживание, связанное непосредственно с вытеканием чугуна и шлака;

3. закрытие чугунной лётки (если шлак выпускали через шлаковую, то и шлаковой);

4. ремонт лётки и желобов.

Работа доменной печи начинается с её задувки. При этом горн и заплечики загружаются коксом, а шахта -- так называемой задувочной шихтой. В полностью загруженную печь подаётся нагретое дутьё (уменьшенное количество), кокс воспламеняется, и начинается опускание материалов. Первый выпуск чугуна и шлака производится через 12--24 ч, после чего количество дутья и рудная нагрузка (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постепенно увеличиваются, и через несколько дней после задувки доменная печь достигает нормальной производительности.

Непрерывная работа (кампания) доменной печи от задувки до выдувки (остановки на капитальный ремонт) продолжается 5--6, а в некоторых случаях 8--10 лет и более, в течение которых печь 1--2 раза останавливается на так называемый средний ремонт для замены изношенной кладки шахты. Выплавка чугуна на мощных печах за одну кампанию достигает 5--8 млн. т чугуна и более.

Управление работой (ходом) доменной печи заключается в регулировании (в соответствии с качеством сырых материалов и видом выплавляемого чугуна) состава шихты, количества, температуры и влажности дутья, а также величины подачи или последовательности загрузки отдельных компонентов шихты и уровня засыпи. Ход доменной печи контролируется измерительными приборами, регистрирующими основные параметры загрузки, дутья, колошникового газа, температуру кладки печи на разных горизонтах.

Получили распространение плавка с вдуванием дополнительных видов топлива, обогащением дутья кислородом и работа с повышенным давлением колошниковых газов. При повышении давления на колошнике уменьшается перепад давлений между низом и верхом доменной печи; это обусловливает более ровный сход шихты, улучшает восстановительную работу газов, уменьшает вынос пыли.

Доменная печь характеризуется высокой степенью автоматизации. На современной доменной печи автоматически осуществляются все операции шихтоподачи: набор компонентов шихты с отсевом мелочи, взвешивание, транспортировка на колошник и загрузка в печь по заданной программе. Автоматически поддерживаются оптимальный уровень засыпи и распределение шихтовых материалов на колошнике, давление колошникового газа, расход воды на охлаждение, температура и влажность дутья, а также содержание в нём кислорода и расход природного газа. Автоматизировано переключение воздухонагревателей и управление режимом их нагрева. Автоматические анализаторы обеспечивают непрерывную регистрацию состава колошникового газа и дутья. Внедряются системы автоматического регулирования подачи дутья и природного газа как по общему расходу, так и по отдельным фурмам.

Новые доменные печи оснащаются системами централизованного контроля и управления, которые обеспечивают усреднение показателей приборов и подсчёт комплексных показателей работы печи. Ведутся работы по комплексной автоматизации Д. п., в том числе управления тепловым режимом доменной печи с помощью ЭВМ.

Показатели работы доменной печи зависят главным образом от качества сырых материалов и степени подготовки их к плавке. Основные показатели: суточная производительность доменной печи в т и расход кокса на 1 т чугуна. В СССР производительность доменных печей иногда характеризуется коэффициентом использования полезного объёма (кипо), т. е. отношением полезного объёма в м3 к суточной выплавке передельного чугуна в т. Производительность доменной печи объёмом 3000 м3 -- 7000 т чугуна в сутки. В 1970 средний кипо составил 0,597 (в некоторых случаях 0,43--0,45). Расход кокса на единицу выплавляемого чугуна имеет большое экономическое значение вследствие высокой стоимости кокса. Применение дополнительного топлива позволяет уменьшить расход кокса на 8--20% и снизить благодаря этому себестоимость чугуна. В СССР при выплавке передельного чугуна из хорошо подготовленной богатой железом шихты расход кокса 550--600 кг/т, а на некоторых заводах -- не более 450--500 кг/т.

Совершенствование Доменной печи направлено на улучшение подготовки сырых материалов к плавке, увеличение мощности (объёма) доменных печей, внедрение прогрессивной технологии, автоматического управления ходом доменной печи.

6. Прокатное производство

Прокатное производство, являясь завершающим этапом металлургического цикла, оказывает большое влияние на качество и количество выпускаемой продукции, а также на все технико-экономические показатели завода. Правильно разработанной прокатной технологией можно в известной степени локализовать отдельные дефекты литой стали - слитков. Пооперационный контроль технологического процесса прокатного производства должен обеспечить получение продукции высокого качества без снижения производительности агрегатов. Несмотря на большое разнообразие технологических процессов получения различных видов продукции, все способы прокатного производства (сортопрокатное, трубное, листопрокатное и др.) имеют между собой много общего. Как в отношении исходного материала, так и в отношении подготовки металла к нагреву, нагреву металла, охлаждению металла, отделке и т.д., поэтому в межоперационном и окончательном контроле прокатной продукции также много общего.

Исходя из этого, вопросы контроля технологии прокатного производства изложены в порядке последовательности операций.

Исходный металл для прокатного производства.

Исходным металлом для прокатного производства являются слитки и полуфабрикаты (блюмы, слябы, заготовки и сутунки) различных форм, размеров и марок сталей.

К основным параметрам слитков, влияющим на качество, относятся их развес, форма и соотношение геометрических размеров. Параметры зависят от химического состава и назначения металла.

Развес слитков для прокатного производства может колебаться в широких пределах от 100 кг до 50 т и выше. Следует отметить, что если раньше слитки среднелегированных и высоколегированных марок сталей отливали преимущественно небольших развесов, то: в последнее время технология сталеплавильного и прокатного производства настолько прогрессировала позволяет получать готовую продукцию средне и высоколегированной стали из слитков большого развеса.

Форма слитков бывает самая разнообразная: квадратная, прямоугольная, круглая, многогранная, волнистая и др., но наиболее распространенными формами являются квадратная, прямоугольная и круглого сечения. При этом в одинаковой степени применяются как слитки, уширенные кверху, так и уширенные книзу.

Современное состояние технологии выплавки и разливки стали в изложницы не гарантируют получения слитков с одинаковым химическим составом по сечению и высоте, при этом, чем больше развес слитков, тем более резко проявляется их химическая неоднородность.

В процессе охлаждения металла в изложнице и кристаллизации слитка образуются внутренние дефекты (усадочные раковины, сегрегация химических элементов, газонасыщенность и др.), которые последующим технологическим переделом устраняются или уменьшаются. Кроме того, встречаются внутренние дефекты, не связанные со спецификой технологии выплавки и разливки, а являющиеся результатом нарушения установленной технологии выплавки, разливки и охлаждения слитков (плохое раскисление металла, низкая или высокая температура и скорость разливки и др.). К числу таких дефектов относятся: неметаллические включения, пузыри, усадочная рыхлость, осевая и центральная повышенная ликвация, пятнистая ликвация, древовидный излом, внутренние трещины в слитках и др.

Кроме вышеуказанных дефектов, нарушение технологии производства или неправильно выбранный режим той или иной операции сталеплавильного производства может привести к образованию также поверхностных дефектов. К наиболее часто встречающимся поверхностным дефектам относятся рванины, поперечные и продольные трещины, плены, осповины, шлаковые включения и др., которые подлежат удалению с поверхности слитков.

Качество стального слитка определяется степенью развития дефектов и возможностями их устранения без снижения технико-экономических показателей производства при условии получения готовой продукции в строгом соответствии с ГОСТом.

Влияние внутренних дефектов слитков может быть несколько снижено или локализовано за счет дальнейшей правильной технологии передела (нагрева, прокатки, охлаждения и др.), а поверхностные дефекты должны быть удалены непосредственно со слитка или же в случае горячего посада с полуфабриката.

Качество полуфабриката в большой степени зависит как от качества исходного металла - слитка, так и от технологии передела слитков: нагрева, прокатки и охлаждения полуфабриката. Правильно выбранная технология передела в значительной степени улучшает металл, и, наоборот, неправильная технология усугубляет пороки слитков и в увеличенном количестве передает их полуфабрикату.

Наиболее часто встречающиеся пороки прокатного происхождения следующие: перегрев, пережог, закат, царапины, флокены, по геометрическим размерам, обезличенные и др.

Перед посадкой в нагревательные колодцы и печи слитки подвергаются контролю по состоянию поверхности и по правильности маркировки.

Контроль состояния поверхности слитков производится путем внешнего осмотра либо непосредственно перед посадкой в нагревательные колодцы при горячем всаде, либо в случае применения слитков холодного всада, на адъюстаже сталеплавильного цеха. Слитки не должны иметь поверхностных дефектов в виде рванин, трещин, плен, шлаковых включений, оспоаин и др., размеры которых превышают нормы, установленные техническими условиями. В зависимости от марки стали, назначения, глубины залегания, и протяженности дефектов могут быть применены те или иные способы зачистки поверхности.

Для предупреждения возможности перепутывания, обезличивания слитков чрезвычайно важна правильная организация учета и маркировки слитков.

Слитки, предназначенные для холодного посада, специально маркируются при помощи металлических скоб с нанесением на них номера плавки и марки стали. Скобы устанавливаются в надставку слитка до разливки металла.

Если слитки плавок, предназначенных для горячего посада, направляются на склад, на одной из боковых граней каждого слитка наносится краской номер плавки и марки стали.

Общее количество поступивших слитков данной плавки, а также количество годных и забракованных контролируются сопоставлением с данными паспорта плавки.

Блюмы, слябы и заготовки после охлаждения подвергаются, прежде всего, контролю состояния поверхности (внешним осмотром после удаления окалины с поверхности металла).

Удаление окалины в зависимости от специфики производства, марки стали, назначения металла может быть произведено травлением в кислотах, дробеструйными установками или другими способами.

На поверхности полуфабриката не должно быть дефектов в виде трещин, плен, рванин, закатов, рисок и др. Обнаруженные дефекты обводят мелом и удаляют. Удаление поверхностных дефектов в зависимости от марки стали, назначения заготовок, размеров пороков и особенности производства может быть произведено огневой зачисткой, пневматической вырубкой, строжкой и другими методами.

После этого тщательным внешним осмотром клейма каждой заготовки проверяется правильность маркировки. В случае сомнения в правильности клеймовки, все заготовки плавки подвергаются контролю искрением или стилоскопом. При производстве высоколегированной стали все заготовки независимо от состояния клеймовки подвергаются проверке на искру.

Путем пересчета заготовок проверяется соответствие количества заготовок в плавке с данными паспорта плавки.

Качество резки заготовок проверяется путем внешнего осмотра торцов заготовок. Торцы должны иметь гладкий и ровный рез, без сколов, трещин и вырывов, так как последние указывают или на недостаточную обрезь усадочной раковины, или на резку металла неисправными или же неправильно установленными ножами.

Размеры полуфабриката контролируются путем замера штангенциркулем, шаблоном и металлической рулеткой и др.

Итоги поплавочного контроля, обработка и забракование полуфабриката фиксируются в специальном журнале.

Подготовка металла к прокатке.

Технологический процесс прокатного производства в различных стадиях обработки металла (нагрев, прокатка, охлаждение и др.) связан с неравномерностью изменения отдельных частей объема металла, что вызывает в последнем различные по знаку и величине напряжения.

Неоднородность структуры металла, расположение и свойства различных кристаллов, наличие внутренних и внешних пороков в металле усугубляет неравномерность распределения напряжений в процессе обработки металла давлением.

Все пороки металла, будучи местами повышенной, концентрации напряжений и подвергаясь растягивающим напряжениям в процессе прокатки, могут привести к образованию местных хрупких разрушений до того, как среднее напряжение дойдет до предела текучести.

Не удаленные с поверхности слитков и заготовок пороки передаются готовому сорту. При этом чем меньше размер готового профиля, тем большую поверхность этот порок поражает и тем большая требуется затрата энергии для удаления порока. Часто пороки, которые легко можно было бы удалить со слитка или полуфабриката, переходя в готовый сорт, превращают его в окончательный брак.

Различными опытами и исследованиями установлено, что повышение концентрации напряжения тем больше, чем глубже порок расположен в металле, и чем меньше угол между сторонами порока.

Влияние поверхностных дефектов, на понижение прочности материала показано опытами, проведенными акад. А.Ф. Иоффе, над кристаллами каменной соли.

Кристаллы каменной соли подвергались разрыву в сухом виде и в воде. Было установлено, что предел прочности сухих образцов равняется 0,5 кг/мм2, а предел прочности подобных образцов при разрывах их в воде равнялся 200 кг/мм2.

Такое резкое повышение предела прочности кристаллов соли объясняется главным образом тем, что в воде растворился поверхностный слой соли, на котором имелись микротрещины, являющиеся источниками повышенной концентрации напряжений.

Удаление поверхностных пороков с металла является ответственной и трудоемкой операцией прокатного производства от тщательности, выполнения которой зависит качество готовой продукции и технико-экономические показатели производства.

Зачистка слитков.

При посадке слитков в нагревательные колодцы в холодном состоянии зачистка пороков поверхности слитков производится в холодном состоянии, перед их нагревом.

Может также производиться огневая зачистка пороков поверхности слитков, как горячего, так и холодного всада.

Иногда для слитков, главным образом горячего всада, зачистка пороков поверхности слитков не производится.

Ни одна из схем зачистки пороков поверхности слитков не гарантирует полностью от необходимости последующей зачистки полуфабриката. Конечно, после предварительной зачистки слитков поверхностных пороков на полуфабрикате будет значительно меньше.

Наиболее эффективным способом, который получает большое распространение, является огневая зачистка горячего раската.

Преимущества этого способа перед остальными особенно ощутимы при применении специальных машин непрерывной, сплошной огневой зачистки поверхности горячего раската, установленных в общую линию прокатного стана по пути движения раската.

Слитки ряда ответственных легированных сталей перед удалением пороков с их поверхности подвергаются различным видам термической обработки.

К основным видам термической обработки слитков перед зачисткой относятся: отжиг, нормализация с отпуском, гомогенизация.

Отжиг и нормализация с отпуском необходимы, чтобы снять внутренние напряжения, образовавшиеся в слитках в процессе охлаждения, которые могут при определенных условиях нагрева и прокатки привести к образованию пороков в слитках, смягчить сталь для облегчения зачистки поверхностных дефектов и уменьшить флокеночувствительность металла.

Гомогенизация (диффузионный отжиг), кроме того, несколько выравнивает химический состав металла.

Зачистка полуфабрикатов.

С целью обнаружения поверхностных пороков на полуфабрикате его подвергают предварительной очистке от окалины.

Окалина, покрывающая поверхность углеродистого металла, состоит в основном из трех слоев: верхнего - окисла Fe2О3, среднего - окисла Fе3О4, и нижнего - закиси FeO. В окалине, покрывающей поверхность легированных и высоколегированных сталей, кроме того, содержатся еще в небольших количествах окислы легирующих элементов (от 2 % до 3%). В состав основных слоев окалины входит примерно от 20 % до 50% окислов Fe2О3 и Fе3O4 и от 50 % до 80% закиси FeO.

В зависимости от химического состава стали применяют различные кислоты. Для травления полуфабрикатов из низколегированной и углеродистой стали применяют, в основном, раствор серной кислоты.

Для травления полуфабрикатов, чистого сорта, а также горячекатаных полос и листов из нержавеющих сталей применяют водные растворы соляной, серной, азотной или фтористоводородной кислот разных концентраций и в различных комбинациях.

Контроль водного раствора кислоты производится следующим образом. Свежий раствор перемешивают. Из глубины ванны свинцовым или кислотоупорным стаканом отбирают пробу. В стакан опускают термометр и ареометр и определяют плотность при соответствующей температуре, исходя из чего определяют удельный вес раствора. Из стаканчика с раствором пипеткой отбирают в колбу 10 см3 раствора и добавляют 3-4 капли метилоранжа. Титруют, добавляя в раствор по каплям из бюретки щелочной раствор едкого натра, до изменения красного цвета раствора в зеленый. По делениям бюретки определяют количество израсходованной щелочи, а по количеству израсходованной щелочи и удельному весу раствора устанавливают содержание в растворе кислоты и купороса.

Травильный раствор должен проверяться не реже чем каждые 3-4 часа и результаты контроля отражаться в специальном журнале.

Качество травления проверяется внешним осмотром поверхности заготовок. Хорошо протравленный металл должен иметь гладкую поверхность ровного светло-серого цвета, без остатков не вытравленной окалины, следов перетрава и других дефектов.

В случае обнаружения дефектов выясняются причины их образования, и производится соответствующая регулировка режима работы травильных ванн.

За последние годы получил распространение непрерывный способ удаления окалины с поверхности полуфабриката, сортового проката листов и полос с помощью дробеструйных установок различных конструкций.

Этот способ имеет ряд преимуществ по сравнению с травлением металла в кислотах, основные из которых отсутствие пороков травления и потерь здорового металла. При производстве полуфабриката и сортового проката из легированной и высокоуглеродистой стали применяется также абразивный способ удаления окалины, представляющий собой разновидность фрезерования металла зернами абразивного круга.

Сущность этого метода заключается в сошлифовке на поверхности металла змейки или колец с шагом 100 мм - 200 мм.

По сравнению с другими способами удаления окалины с поверхности металла он имеет ряд весьма существенных недостатков, из которых основными являются низкая производительность, значительные потери здорового металла и небольшая величина поверхности металла, очищаемой от окалины.

Очистка грубой окалины с поверхности полуфабриката и крупного сортового проката углеродистых и низколегированных сталей может производиться отбивкой посредством пневматических молотков, с последующей зачисткой металлическими щетками. Этот способ не обеспечивает достаточно полного удаления окалины, особенно нижнего слоя, и не дает возможности качественно выявить поверхностные дефекты металла. Им можно пользоваться лишь в том случае, если поверхность металла достаточно чиста или же по условиям поставки допускаются незначительные пороки на поверхности.

В последнее время для удаления с поверхности металла окалины начал применяться газопламенный способ, основанный на нагреве поверхности металла специальными многопламенными горелками, которые перемещаются вдоль обрабатываемого металла на тележках.

Для удаления пороков с поверхности полуфабриката можно использовать такие способы, как огневая зачистка, электродно-дуговая зачистка, обдирка на токарно-обдирочных станках, строжка на строгальных станках, фрезерование на специальных станках, пневматическая вырубка молотками и абразивная зачистка наждачными кругами.

При ручной огневой зачистке применяется примерно следующая технология и контроль качества:

1) металл, подлежащий огневой зачистке, укладывается на стеллажи поплавочно с тем, чтобы избежать обезличивания или перепутывания; с поверхности металла металлическими щетками и обойками удаляется окалина, грязь, песок и т.д.; 2) перед зачисткой поверхности проверяют размеры и клеймовку металла;

3) осматривается поверхность металла, и наружные пороки отмечаются мелом;

4) в зависимости от принятой технологии, размеров и марки стали после разметки дефектов приступают или непосредственно к огневой зачистке или же сначала часть пороков удаляют пневматическими молотками;

5) для ускорения процесса окисления поверхности металла в начале огневой зачистки вводят в факел пламени конец тонкого стального низкоуглеродистого прутка, а при зачистке нержавеющих сталей в очаг горения все время подается алюминиевый или железный порошок;

6) подготовленный и зажженный резак устанавливается под углом 70° - 80° к зачищаемой поверхности; по достижении температуры горения металла наклоняют головку резака под углом 25° - 30° и одновременно подают струю режущего кислорода, образующийся в процессе огневой зачистки шлак удаляется скребками;

7) зачистка дефектов производится в продольном направлении, начиная с ребра граней, при этом процесс огневой зачистки ведется непрерывно; образующиеся канавки должны перекрывать одна другую и не образовывать острых и высоких гребней;

8) после огневой зачистки поверхность металла подвергается вторичному контролю на отсутствие наплывов, трещин, острых гребней, на плавный развал канавок и т. д. с тем, чтобы избежать дефектов, которые при последующей прокатке могут привести к образованию трещин и закатов.

При контроле поверхности металла после огневой зачистки проверяется и отмечается мелом и краской забракованная часть металла.

При производстве высоколегированных сталей (нержавеющих, жаропрочных и др.) слитки, заготовки и слябы могут подвергаться сплошной обдирке поверхностного слоя на специальных токарных и строгальных станках большой мощности.

Основное преимущество этого способа зачистки заключается в том, что при этом удаляются все поверхностные дефекты и обеспечивается получение значительно более чистой поверхности полуфабриката по сравнению с другими видами зачистки металла, так как обдирка слитков производится до полного удаления поверхностных пороков.

Основные недостатки обдирки - низкая производительность, большие потери здорового металла (до 10 %) и необходимость предварительной термической обработки некоторых сталей перед зачисткой.

Контроль качества обдирки металла осуществляется внешним осмотром поверхности металла после зачистки. На поверхности металла не должно быть не удаленных пороков, острых гребней и неплавных переходов между отдельными слоями поверхности металла, которые при прокатке могут привести к трещинам и закатам. Проверяются также размеры зачищаемого металла. В отдельных случаях металл после строжки подвергается травлению с целью более тщательного контроля качества поверхности.

Удаление поверхностных пороков должно производиться поперечной зачисткой, так как в противном случае продольно расположенные трещины и волосовины сливаются на поверхности металла с рисками от наждачного камня, и их трудно отличить при контроле.

После зачистки каждая заготовка проверяется внешним осмотром на отсутствие поверхностных пороков, кроме того, путем замера проверяют, не выходят ли зачищенные места за пределы допусков.

Каждая проконтролированная годная заготовка клеймится специальным клеймом, а забракованные заготовки закрашиваются краской.

Торцы заготовок, вышедшие из размеров после зачистки, отрезают или закрашивают краской, если это разрешается по условиям поставки.

Нагрев металла перед прокаткой.

В технологическом процессе прокатного производства исключительно большую роль играет нагрев металла, особенно высоколегированных, легированных и высокоуглеродистых сталей перед прокаткой. Нагрев металла в пламенных печах и колодцах прокатных цехов занимает свыше 99 % времени всего цикла производства проката (без учета охлаждения металла и его адъюстажной отделки).

От нагрева металла в большой степени зависит качество готовой продукции, производительность прокатных станов, расход энергии и другие показатели работы прокатных цехов. Правильно выбранная технология нагрева металла в сочетании с правильным режимом его пластической деформации и охлаждения может в значительной степени локализовать отдельные дефекты литой стали, улучшить все характеристики готового сорта, и, наоборот, неудачно выбранная технология нагрева может привести к образованию новых пороков и получению окончательного брака.

Нагрев металла перед прокаткой должен обеспечить повышение его пластичности, снижение сопротивления деформации при прокатке и улучшение физико-механических и физико-химических свойств стали, как например, растворение карбидов при нагреве слитков шарикоподшипниковой стали, снижение флокенообразования флокеночувствительных легированных сталей и т.д.

Правильное определение температуры нагрева является чрезвычайно ответственной задачей. Практически температуру нагрева металла устанавливают, исходя из специфических особенностей работы того или иного завода. При этом принято ориентировочно считать, что температура нагрева металла должна быть на 150° - 250° ниже температуры плавления и на 100° - 120° ниже температуры пережога.

Для сталей большинства марок диапазон температур нагрева колеблется в пределах 1050°- 1300°.

При установлении температурного режима нагрева металла необходимо учитывать также температурный интервал прокатки, который оказывает большое влияние на производительность прокатного стана, качество готовой продукции и выход годного.

При определении температурного интервала прокатки учитывается пластичность, и сопротивление стали деформации при различных температурах, а также требования к структуре металла. Обычно стремятся, чтобы температурный интервал прокатки соответствовал состоянию металла в области твердого раствора гамма-железа и заканчивался немного выше линии GS (на диаграмме железо - углерод). Для стали каждой марки характерен свой температурный интервал прокатки, обеспечивающий получение наилучших физико-механических свойств и структуры при оптимальных технико-экономических показателях работы стана.

Правильность установления температуры нагрева для стали данной марки может быть проверена экспериментально тремя способами. Первый способ обоснован на скручивании круглых образцов металла при различных температурах. Температура, при которой образец выдержит без разрушения наибольшее число скручиваний вокруг своей продольной оси, является оптимальной. Второй способ заключается в горячей осадке под молотом специально отлитых при разливке плавки проб в виде маленьких слиточков, размерами несколько больше маркировочных проб. Эти слиточки нагреваются до различных температур и ссаживаются под молотом в одинаковых условиях. Оптимальной является температура, при которой поверхность осаженных слиточков наиболее чистая.

Третий способ проверки правильности температуры - прокатка образцов на клин. Для этой цели отливаются несколько слитков квадратного сечения 35 мм * 35 мм или 45 мм* 45 мм, высотой 850 мм - 900 мм. От этих слитков отрезают образцы длиной 200 мм - 250 мм, которые нагревают до различных температур прокатки и прокатывают на клин в валках с переменным сечением или на обычных валках клиновых образцов. Осмотр образцов показывает, при какой температуре и обжатии получается наиболее чистая поверхность, что характеризует оптимальный режим.

При нагреве металла контролируются следующие показатели:

а) температура в каждой зоне нагревательного устройства в продолжение всего периода нагрева;

б) скорость нагрева в каждой зоне печи;

в) общая продолжительность нагрева;

г) газовая атмосфера печи (контролируется на содержание Н2; СО, СО2 и СH4 в продуктах горения с тем, чтобы предупредить интенсивное окисление и обезуглероживание металла);

д) расход газа и воздуха;

е) давление в печи (колодцах), нормальный уровень которого должен быть 5-6 атм;

ж) температура в борове печи (колодцах);

з) своевременность кантовки (в процессе нагрева металла, особенно легированных сталей, для равномерного прогрева слитков и заготовок систематически, через определенные промежутки времени, производится их кантовка).

При нагреве в одной ячейке или печи слитков или заготовок разного развеса, но стали одной марки, нагрев ведется по металлу меньшего развеса. При нагреве в одной ячейке слитков разных марок режим нагрева устанавливается по стали, требующей более медленного подъема температур и более низкой температуры выдачи.

На современных нагревательных устройствах регулировка режима нагрева и контроль могут осуществляться при помощи счетно-решающих машин и телевизионных установок.

При выдаче металла контролируется, прежде всего, температура нагрева, которая проверяется оптическим пирометром, фотоэлементом или другими приборами при выдаче металла из печи и в начале прокатки. Одновременно проверяется равномерность прогрева слитка по всей высоте (визуально и по поведению его в процессе прокатки) - неравномерно нагретые слиток или заготовка будут изгибаться при прокатке из-за неравномерной вытяжки. Проверяется также состояние поверхности металла (визуально) и поплавочная выдача металла из нагревательных устройств, соответствие которой с заданной схемой посадки контролируется согласно записям на печной доске и в печном журнале.

Данные контроля нагрева металла заносятся в специальную карточку в виде приложения к паспорту плавки, которая сопровождает плавки на всех последующих переделах в прокатном цехе.

Прокатка является одним из наиболее прогрессивных способов получения готовых металлоизделий и занимает ведущее положение среди существующих способов обработки металлов давлением.

Современные прокатные станы представляют собой механизированные сложные агрегаты с большой производительностью.

По способу прокатки все станы могут быть разделены на три большие группы: станы продольной прокатки, поперечной прокатки и косой прокатки.

Продольная прокатка основана на деформации металла валками, расположенными параллельно в одной плоскости и вращающимися в разные стороны; ось прокатки металла перпендикулярна большим осям валков.

Поперечная прокатка - это деформация металла двумя валками, вращающимися в одну сторону; ось прокатки параллельна большим осям валков.

Косая прокатка представляет собой деформацию металла двумя валками, расположенными под определенным углом друг к другу и вращающимися в одну сторону. При этом металл задается в валки вдоль их больших осей. Такое расположение валков придает металлу вращательное и поступательное движение.

Последние два способа прокатки предназначены для изготовления изделий в виде тел вращения (трубы, шары и т.д.).

Кроме способов прокатки, станы подразделяются:

1) по числу валков (дуо, трио, кварто и многовалковые);

2) по расположению рабочих клетей (линейные, непрерывные, полунепрерывные и т.д.).

3) по назначению прокатываемой продукции (сортопрокатные, листовые, проволочные);

4) по вращению валков (реверсивные и нереверсивные).

Все поступающие на завод валки контролируются по геометрическим размерам, состоянию поверхности, твёрдости, химическому анализу и структуре (микро- и макро-). Итоги проверки заносятся в специальный журнал учёта и хранения валков.

За расточкой новых валков и переточкой бывших в употреблении устанавливается тщательный контроль в вальцетокарной.

Контролю подвергается:

а) соответствие геометрических размеров калибров, диаметра валков, буртов и других параметров данным чертежа;

б) состояние поверхности валков, на которых не должно быть царапин, рисок, подрезов и других дефектов;

а) качество шлифовки листовых валков (класс чистоты поверхности);

b) отсутствие эксцентричности (не должно быть биение валка);

c) комплектность и маркировка валков.

К арматуре стана относятся все сменные детали (коробки, линейки, брусья, пропуска, проводки и т.д.), применяющиеся для крепления, направления и удержания металла при прокатке в определенном положении. Кроме этого, в линейных станах для передачи полосы из одной клети в другую применяются еще обводные аппараты различных конструкций.

...