Современные тенденции развития производства метизов

В современных масштабах  производства металла основной зада-чей  является повышение качества металлопродукции, а также резкое снижение отходов  металла при его производстве и обработке. В осуществлении программы экономии черных металлов важное место занимает внедрение технологий термомеханической обработки, которые улучшают механические свойства проката. На металлургических заводах страны термомеханическая обработка проката в термических печах имеет большое распространение, а для многих видов профилей является обязательной операцией. Операция ускоренного охлаждения проката представляет собой термомеханическую обработку, которая позволяет исключить или сократить термическую обработку металла со специального нагрева в термических печах. Поэтому эта операция приобретает важное значение.

Термическая обработка горячекатаных листов в агрегатах непрерывного действия, в состав которых входят нагревательные (нормализационные) печи с роликовым подом производительностью 10—30 т/ч и больше. Процесс термической обработки листов в зависимости от марки стали состоит из нагрева их до 900— 1000° С, закалки в прессе под давлением и отпуске при 400—700° С. Закалочные прессы обеспечивают закалку листов с минимальным короблением.

Закалке составляет 1500—6500 м3/ч. После такой термической обработки предел прочности низколегированных сталей достигает 80— 120 кгс/мм2. Агрегаты для осуществления нормализации и закалки с отпуском толстых листов действуют на станах 2800 и 2800/1700. Закалочные прессы устанавливаются непосредственно за нагревательными печами. Скорость продвижения листов через закалочный агрегат составляет 0,6 м/с. При отпуске применяют пакетный способ нагрева толстых листов, что увеличивает пропускную способность отпускных печей.

Часть горячекатаной  листовой стали подвергают травлению в нагретом растворе серной или соляной кислот. Цель травления — очистить металл от окалины.

В соответствии с техническими условиями и заказами прокатанные  листы подвергаются поперечной и  продольной резке. Эти операции осуществляются на механизированных и автоматизированных агрегатах.

Для обрезки боковых  кромок листов и их разрезки вдоль  на несколько узких полос применяют  двухпарные и многопарные дисковые ножницы соответственно. Толщина листов, разрезаемых на дисковых ножницах, обычно не превышает 25—30 мм.

Для поперечной резки  листов на мерные длины и обрези переднего и заднего концов применяют  ножницы с верхним наклонным  ножом (гильотинные ножницы). Сопротивление  резанию на ножницах с наклонным  ножом оказывает не вся площадь  сечения разрезаемого листа, а лишь небольшая его часть. Поэтому усилие резания значительно уменьшается. Толщина листов, разрезаемых на гильотинных ножницах, обычно не превышает 50 мм.

Резку рулонной стали  толщиной 1,2—12 мм производят на специальных  агрегатах. Кроме резки на мерные длины, на этих агрегатах осуществляют также обрезку боковых кромок, правку, сортировку, промасливание, укладку в стопы, взвешивание и упаковку листов.

 

3.2 Влияния ускоренного охлаждения на микроструктуру проката

ускоренное охлаждение металла стало важной частью технологического процесса во многих прокатных цехах, и применяется, в основном, для производства конструкционных сталей. Эта технология может использоваться как самостоятельная операция, а также как составная часть других технологических процессов. В основном, ускоренное охлаждение применяется тогда, когда необходимо получение стальной продукции со структурой мелкодисперсного перлита (сорбита), которому присущи высокая прочность и пластичность.

Технология ускоренного  охлаждения металла применяется на разных участках производства проката, в частности, между клетями прокатного стана (межклетьевое охлаждение), непосредственно после выхода проката из чистовой клети, а также при закалке металла после специального нагрева в различных нагревательных устройствах. В частности, межклетьевое охлаждение наиболее применимо на полосо-прокатных станах. Такое охлаждение расширяет возможности управления температурой металла, тем самым способствует повышению производительности стана и качества проката. Управление межклетьевым охлаждением базируется на измерении скорости прокатки и температуры раската на входе и выходе из стана. Охлаждение между клетями прокатного стана в сочетании с ускоренным охлаждением проката приводит к снижению температуры металла на выходе из последней клети прокатного стана, что повышает уровень пластических свойств стали при незначительном повышении прочностных свойств за счет образования мелкозернистой структуры стали. Это создает предпосылки по снижению энергоресурсов при дальнейшей обработке проката в термических печах.

В результате ускоренного  охлаждения, в структуре стального  проката, происходят фазовые превращения аустенита с образованием мелкодисперсных частиц карбидов, замедляющих процессы динамической рекристаллизации. С увеличением скорости охлаждения и степени переохлаждения растет число зародышей карбидов, а их размеры и расстояние между ними уменьшаются.

По технологии ведения  процесса, ускоренное охлаждение можно  разделить на одностадийное и  двухстадийное. Одностадийное охлаждение осуществляется в устройствах, в которых прокат охлаждается водой, например, в проводящих трубах. Одностадийное охлаждение уменьшает окалинообразование, но недостатком такого охлаждения, в частности, является то, что при последующем охлаждении в бунтах происходит значительный разброс механических свойств по длине и разнородная структура по сечению, что отрицательно сказывается на качестве продукции.

Двухстадийная технология состоит из водяного и интенсивного воздушного охлаждений. Одним из первых внедренных в промышленности способов двухстадийного охлаждения является способ “Стилмор”. Такой способ особенно пригоден для производства проволоки из высокоуглеродистых сталей. При водяном охлаждении сохраняется достигнутая при горячей прокатке мелкозернистая структура. Заключительный, интенсивный обдув воздухом приводит к образованию очень мелкозернистой перлитной структуры, которая исключает необходимость использования применяемого обычно патентирования катанки перед волочением.

Основными недостатками способа “Стилмор” являются большие  конструкционные размеры линии охлаждения и некоторая неравномерность механических свойств по длине проката за счет различных скоростей воздушного охлаждения.

 

3.3Способы охлаждения проката

В настоящее время известны различные способы охлаждения проката, они характеризуются видом охлаждающей среды, организацией подачи ее на охлаждаемую поверхность проката и отвода отработанного охладителя. Известны такие способы: охлаждение металла в баках со спокойной водой, спрейерное (струйное) охлаждение, охлаждение водовоздушной смесью, охлаждение в сплошном потоке воды в устройствах камерного типа (камерное охлаждение).

Способ охлаждения сортового  металла в баках со спокойной  или проточной водой не получил  широкого применения из-за ряда недостатков, основными из которых являются невысокие скорости охлаждения, а также неоднородность структуры и, как следствие, низкие механические свойства.

Широко известен и  изучен способ спрейерного или струйного  охлаждения проката, сущность которого заключается в подаче струй охлаждающей воды на поверхность профиля. Такой способ охлаждения позволяет создать компактные установки, в которых происходит ускоренное охлаждение проката водой. Интенсивность охлаждения зависит от плотности орошения, скорости выхода воды из сопла, расстояния между соплом и охлаждаемой поверхностью. Скорость охлаждения проката в среднем по сечению может достигать 100 °С/c. Главными недостатками такого способа охлаждения являются необходимость строгой фиксации охлаждаемого профиля относительно струй воды, затруднения с обеспечением сплошного охлаждения всей поверхности, низкий коэффициент использования воды, а также необходимость очистки воды, чтобы не засорять отверстия спрейеров.

Эффективным способом снижения температуры проката является охлаждение его водовоздушной смесью. При введении жидкости в поток воздуха возникает мелкодисперсная струя водяного тумана. На поверхность охлаждаемого проката водовоздушная смесь может подаваться перпендикулярно, параллельно или под углом в открытом пространстве или в закрытых камерах. Для ускоренного охлаждения сортового и фасонного проката смесью воды с воздухом разработаны устройства коллекторного типа. Достоинствами водовоздушного спо-соба охлаждения являются возможность регулирования интенсивности охлаждения изменением соотношения расходов воды и воздуха в смеси, а также равномерное охлаждение металла по сечению струи в сравнении с водяными струями .

Камерный способ охлаждения достаточно широко применяется в  производстве металлопродукции и чаще всего используется для тер-мического упрочнения крупных фасонных профилей и длинномерных изделий. Одним из главных преимуществ такого способа охлаждения является возможность применения противоточной подачи воды, благодаря чему повышается интенсивность теплообмена

 

3.4 Конструкции устройств для камерного охлаждения

Участок ускоренного  охлаждения может состоять из отделения  водоподготовки, устройств пред- и  последеформационного охлажде-ния  проката в линии прокатного стана. К камерам охлаждения вода подается по отдельному трубопроводу. Давление воды в охлаждающих устройствах регулируется задвижками и, как правило, в среднем достигает 10-20 атмосфер, в зависимости от конструкции охлаждающих устройств .

В зависимости от взаимного  направления движения проката и воды различают два типа камер: прямоточные и противоточные. В прямоточных камерах движение воды направлено в сторону моталок или холодильника, поэтому для сбора отработанной воды применяются специальные устройства механического дробления струи. Это приводит к удлинению участка охлаждения и повышению стоимости установки. Так как охлаждение проката на участках дробления часто носит неупорядоченный характер, то нарушается равномерность отбора теплоты от поверхности металла и, соответственно, происходит ухудшение свойств проката по периметру и длине. Преимуществом прямоточных камер, особенно при охлаждении длинномерного проката перед холодильником, является наличие гидротранспортирования проката.

Противоточный способ охлаждения является более эффективным, с точки зрения теплообмена. В процессе эксплуатации промышленных противоточных охлаждающих устройств выявились их некоторые технологические и теплотехнические преимущества. Скорость охлаждения поверхности металла в противоточных устройствах приблизительно в 4 – 5 раз выше, чем в прямоточных, при одном и том же расходе воды. Длина камеры охлаждения значительно меньше, что создает предпочтение при размещении этих устройств на действующих прокатных станах.

Недостатком такого способа  являются трудности со сбором отра-ботанной воды, особенно в случае многоступенчатого охлаждения, но проблема частично может быть снята при размещении камеры возле клети, когда струя воды из камеры бьет в калибр клети.

Также применяется смешанный  прямо-противоточный режим в одном устройстве, где встречные потоки воды взаимопоглощаются. Общий расход воды при этом увеличивается, причем половину его потребляет менее эффективный прямоточный участок из-за необходимости соблюдать равенство кинетических энергий встречных потоков. Нарушение этого условия может привести к преобладанию прямо- или противотока и вытеканию воды в обратном направлении. В некоторых прямо-противоточных устройствах из-за наличия взаимного подпора воды возрастает гидравлическое сопротивление охлаждающих камер, что приводит к увеличению энергетических затрат, уменьшению скорости воды и, как следствие, снижению охлаждающей способности устройства.

Охлаждающие установки  могут быть как односекционными, так и многосекционными. Применение многосекционных установок является более эффективным, так как охлаждение проката в каждой из отдельных секций ведется с собственной для нее интенсивностью, что обеспечивает переход от прерванной к прерывистой закалки. Еще одно преимущество многосекционных установок термического упрочнения заключается в более гибком управлении процессом упрочнения.

Наиболее эфективным способом является охлаждение сортового проката в камерных устройствах сплошным потоком воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Отечественная металлургия  в настоящее время переживает не самые лучшие времена. Если раньше она шла по пути интенсивного развития производства, то теперь пора переходить к экстенсивному развитию — заняться энергосберегающими технологиями, использовать внутренние резервы, начинать искать пути повышения эффективности производства. Украинские рынки сбыта начинает завоевывать Китай, сделавший колоссальный шаг вперед, превратившись из страны-импортера в экспортера. Не менее важно в этой ситуации и оживление внутреннего рынка. Сегодня 80% отечественной металлопродукции экспортируется, 20% — потребляется у себя. В России эти пропорции — 60% к 40%.

 Наиболее актуальные  проблемы — это отсутствие  стабильности в поставках, а  также в цене газа и электроэнергии  плюс устаревшая технология. Мартеновское  производство в Украине занимает около 70%, хотя, к примеру, в России всего лишь 30%, остальной мир уже вообще ушел от такого производства. Кроме того, необходимо внедрять энергосберегающие технологии — у нас нет сейчас рационального использования энергии.

Ресурсосбережение — более емкое понятие, подразумевающее снижение затрат железорудного сырья на получение единицы продукции. Необходимо развивать альтернативы доменному производству — прямое восстановление железа и т. д. Особенно для отечественной металлургии важно внедрение автоматизации и компьютерных технологий ведения металлургических процессов. Также важно для металлургии вовлечение в производственные процессы промышленных отходов производства — то есть использование тех гор отходов, которые появляются в результате добычи сырья. Утилизация отходов снизит расходы металлургов. Их, например, можно использовать, как делали в США еще в 1930-ые годы, для строительства дорог.

 

Список литературы

1. МЕТИЗМЕТАЛЛ – www.metizmetall.ru

 

2.  Узлов И. Г. Термическая обработка проката / Узлов И. Г., Савенков В. Я., Поляков С. Н. – К. : Техніка, 1981. – 159 с.