что такое блюминг в металлургии
4 этапа проката металлов методом блюминга
После выплавки стали в металлургическом цеху происходит прокатная обработка стального слитка. Прокат позволяет получить металл нужной толщины, а примером обкаточной технологии является блюминг. Из каких этапов состоит прокат стали методом блюминга? И чем эта технология отличаются от слябинга? Ниже мы в деталях рассмотрим все эти вопросы.
Прокатная обработка металлов — блюмы и слябы
Технология блюминга
Блюминг имеет вид двух станин, которые объединены в клетьевую установку (высота от 6 до 10 метров). Станины представляют представляют собой вращающиеся отливки, на которые крепятся крупные металлические валки из стали с никелевыми и хромовыми добавками. Технология работы подобной установки очень проста: валки под действием электрического тока осуществляют медленное вращение вокруг своей оси, а при попадании между ними стального слитка происходит его обжатие — в результате образуется блюм.
Обратите внимание, что верхний валок обычно имеет встроенный электропривод для подъема и опускания установки — за счет этого происходит регуляция толщины слитка-блюма. Помимо этого блюминг-установки оснащены вспомогательными элементами — запасными электрическими двигателями, системами охлаждения, установками подачи смазочных материалов на поверхность валков и так далее.
Также обратите внимание, что это общая схема. На практике встречаются также многоклетьевые установки, блюминги с реверсивной подачей заготовки, установки с тремя валками и так далее. Самой большой популярностью в России пользуются установки блюминг-1300 и 1150, которые показывают хорошие технико-эксплуатационные показатели, редко ломаются и не требуют специального ухода. Также существуют и более современные установки, а самые мощные агрегаты промышленного типа могут давать порядка 5-6 миллионов блюмов в год.
Преимущества
Блюминг-цех обычно состоит из трех основных частей. В первом блоке монтируются электрические двигатели для вращения станин на блюминг-установках. Обычно монтируется сразу несколько моторов — как на случай аварии, так и для ситуаций, когда требуется дополнительная мощность для агрегатов. Во втором блоке непосредственно монтируется блюминг-установка + различные вспомогательные механизмы подачи металлических заготовок. Третий блок является вспомогательным — здесь собираются и хранятся все отходы производства (окалины, обрезки и так далее).
Этапы проката металла
Давайте теперь узнаем о том, как непосредственно происходит прокатка металла методом блюминга:
Нагрев
Перед обкаткой необходимо выполнить разогрев металлической заготовки. Это позволит придать материалу пластичности, что положительно скажется на качестве его обкатки. Для нагрева слитки с помощью кранов помещаются в специальные колодцы, где их нагревают до 1300 градусов. Для более оптимального нагрева слитки обычно помещаются в вертикальном направлении вдоль одной из стен колодца. Время нагрева слитков напрямую зависит от их начальной температуры. Если в колодцы помещаются полностью холодный металл, то нагрев осуществляется порядка 14 часов. Если же слитки поступают в колодцы с температурой 500-800 градусов — то не более 8 часов.
Доставка, взвешивание, перемещение
После нагрева слитки достаются из колодца с помощью все тех же кранов. Происходит взвешивание нагретых слитков. Затем оператор выбирает формат размещения слитков, а при необходимости он может осуществить разворот слитков методом кантования на 180 градусов. Зачем это нужно? Дело все в том, что в случае размещения «неспокойной» стали в стандартном направлении получится большое количество обрезков и окалин. Разворот слитка донной части позволит уменьшить количество «мусора», что очень важно с точки зрения экономии производства.
Обжатие
Теперь происходит непосредственно обжатие слитка на блюминг-установке. Обжатие обычно осуществляется в 10-15 пропусков — в зависимости от того, какой диаметр итогового блюма-полуфабриката вам нужно получить. За один обжим заготовка обычно уменьшается в размерах на 5-15 сантиметров. Полный цикл прокатки занимается 30-60 секунд (при максимальной скорости 7-8 м/с). Обжатие является достаточно трудоемким и сложным мероприятием, а осуществляют его операторы блюм-машин.
Финальная обработка готового блюма
После получения блюм-полуфабриката осуществляется финальная обработка. Для обработки обычно используются специальные МОЗ-машины, которые по сути представляют собой модифицированные горелки. После обработки блюмов с помощью горелок осуществляется обрезка. Сперва отрезаются плохие концы заготовки, а потом с помощью специального режущего аппарата блюм режется на несколько равных частей. Согласно нормам ГОСТ в конце на все части блюма нужно нанести специальное клеймо. На котором должна будет указана техническая информация — марка стали, номер производственного цикла, базовые сведения об операторе. В конце с помощью конвейерной ленты блюмы отправляются на склад для финальной маркировки и хранения.
Разница между блюмингом и слябингом
На технологию блюминга очень похож слябинг. В чем же между ними разница? Главное отличие заключается в том, что на слябинг-машине установлена не 1, а 2 пары валков. Они расположены друг относительно друга в перпендикулярном направлении. Во время проката слиток-заготовка обжимается сразу в двух направлениях. Может показаться, что слябинги пользуются более большой популярностью в металлургии, однако это абсолютно не так. Дело все в том, что продуктивность слябинг-стана в 2-2,5 ниже, чем продуктивность блюминга. Поэтому сегодня эти два метода используются наравне друг с другом для решения разных технологических задач.
Также стоит обратить внимание, что во всем мире блюминг-технология достаточно давно вышла из употребления. Почему это произошло? Вызвано это тем, что блюминг все же далеко не идеален. Его главный минус — при прокате образуется большое количество окалины и обрезков. Из-за этого увеличивается конечные расходы стали, что негативно влияет на ее конечную цену для потребителя. Поэтому сейчас блюминг-установки остались в основном на территории бывшего Советского Союза. Во всем остальном мире используются более современные и экономные методы проката стальных заготовок.
Заключение
Подведем итоги. Блюминг — это технология проката, которая позволяет получить квадратные стальные заготовки-блюмы. С технической точки зрения блюминг-машины имеют вид двух станин, к которым прикреплены валки — они вращаются и осуществляют обкатку заготовок. Непосредственно перед обкаткой осуществляется нагрев исходного материала — это позволяет сделать сталь более пластичной.
В конце после обкатки блюмы проходят термическую обработку, а также маркирование. На технологию блюминга похож слябинг. С помощью слябинга можно получить не квадратные, а прямоугольные заготовки. Технология блюминга применяется в основном на территории Украины и России. В других странах подобный метод проката заменили более современные технологии.
Блюминг – прокатный обжимной стан для выпуска блюмов
Завершающим этапом выполнения цикла металлургических операций является прокатное производство, в цехах которого используется мощный прокатный стан – либо блюминг, либо слябинг.
1 Блюминг – что он собой представляет?
В прокатный цех из сталеплавильного металл приходит с агрегатов непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в виде литых заготовок или же в слитках, которые отливались в изложницы. На блюминге указанные слитки (заготовки) обжимаются в так называемые «черновые изделия». Они представляют собой своеобразный металлургический полуфабрикат, из коего впоследствии (после прокатки) получают конечную продукцию.
Блюм – это квадратная по своему сечению заготовка, прошедшая обработку на обжимном стане. Производительность такого стана, как правило, описывается сечением валков, используемых для прокатки стали. 
Он может иметь три либо два валка. На большинстве отечественных предприятий работают станы с двумя валками. В мировой металлургической практике описываемые нами обжимные станы сейчас практически не используются. Это обусловлено тем, что на них отмечаются большие потери металла с окалиной, а также потери при обрезании донной и головной части стального слитка.
При этом на российских комбинатах, оснащенных конвертерными и мартеновскими печами, где выплавляют углеродистые стали, мартенситные стали и другие виды сталей, обойтись без цеха, где производится прокатка блюма, нельзя. Суть в том, что в названных печах выплавляется огромный тоннаж стали. И отливать в этом случае слитки в 1–2 тонны (по меркам металлургии – это мелкие изделия) получается технически сложно, а экономически – полностью нецелесообразно. Обычно блюм имеет массу от 5 до 25 тонн и квадратное сечение размерами до 40 на 40 сантиметров.
Конструктивно стандартный стан состоит из двух чугунных станин, соединенных на высоком уровне жесткости в единую систему. В станинах, как было сказано, монтируется несколько валков сечением 1–1,5 метра. Верхний валок за счет наличия электрического механизма может опускаться и подниматься. Это дает возможность прокатывать на стане слитки различной толщины.
2 Первый этап прокатки стальных блюмов
Когда слитки поступают на обжимной станок из сталеплавильного цеха (а именно из его стрипперного участка), перед прокаткой их требуется обязательно прогреть. Данная операция выполняется в специальных нагревательных камерах, именуемых металлургами колодцами. В такие колодцы заготовки подаются в вертикальном положении клещевым колодцевым краном. Необходимость именно вертикальной подачи обусловлена двумя факторами:
В обжимном цехе может быть смонтирован один большой колодец, но чаще применяется схема с двумя камерами. На очень крупных металлургических предприятиях можно увидеть и больше колодцев, которые обычно объединяются в группы по 2–4 камеры.
Описываемые нами колодцы имеют садку от 100 до 200 тонн, относятся они к категории рекуперативных сооружений, которые подогреваются комбинацией коксового и доменного газа сверху либо снизу. В камеры следует подавать предварительно нагретые до 800–900 градусов заготовки. Если загружать колодцы холодным металлом, время на его подогрев в таких сооружениях значительно увеличивается (до 3 раз), что приводит к увеличению себестоимости металлургической продукции.
Снятие с железнодорожных платформ заготовок, поступающих из сталеплавильного цеха, их посадка в рекуперативные камеры, выемка из колодцев и загрузка в слитковоз осуществляется при помощи кранов мостового типа, которые способны работать с грузами до 50 тонн.
3 Прокатный обжимной стан – технология его работы
После колодцев слитки по челночному пути на железнодорожном слитковозе доставляют к приемному рольгангу. На него заготовки подаются горизонтально, а затем следуют на весовой рольганг для установления его точной массы и (если требуется) для поворота слитка на 180 градусов. Далее выполняются следующие действия:
За один проход в процессе прокатки обжимается от 40 до 120 миллиметров слитка. Для придания заготовке требуемых параметров обычно требуется от 11 до 19 проходов. Отметим, что прокатка может сопровождаться неоднократной кантовкой слитка при помощи специального манипулятора.
Затем сталь проходит выборочную либо сплошную зачистку со скоростью от 0,3 до 0,6 м/с на специальном агрегате. Зачищенный раскат направляется на безупорную резку, где, во-первых, осуществляется обрезка его концов, во-вторых, выполняется резка слитка на блюмы с нужными геометрическими размерами. После этого на блюмы ставят клеймо, и они поступают к уборочным механизмам, откуда прокатная продукция попадает на стол для штабелирования.
На современных станах, где выполняется прокатка блюмов, валки рабочей камеры, расположенные горизонтально, имеют несколько калибров, что позволяет обрабатывать разные заготовки. Кроме того, на таких станах имеются:
Добавим – при обрезке концов проката теряется до 15 процентов металла. В связи с этим металлургическая отрасль пытается отказаться от описанной технологии, используя вместо нее более экономные схемы прокатного производства. Но не стоит при этом забывать, что полученный по такому методу прокат отличается действительно высоким качеством.
4 Несколько слов об истории создания обжимных станов
Американец Холлей в начале 1870-х годов впервые использовал станы с тремя валками для обжатия заготовок, выплавленных по бессемеровской технологии. Впоследствии он улучшил свою прокатную методику и запустил в работу трио-станы с высоким уровнем механизации. На них можно было прокатывать заготовки с относительно малым весом.
А вот британец Рамсботом создал в 1880 году реверсивный стан с двумя валками, на котором была реализована схема вращения валков в переменных направлениях. На таком оборудовании можно было обрабатывать металлургические полуфабрикаты до 5–6 тонн. В 1902-м дуо-методика стала особенно востребованной за счет того, что Ильчнер создал реверсивный электропривод, который в разы повышал эффективность прокатных операций.
В Советском Союзе первый обжимной стан появился в 1933 году на меткомбинате в Макеевке. Его построили по чертежам немецких специалистов. А собственный стан советские инженеры создали лишь после второй мировой войны. Авторы этого проекта (А. Истомин и А. Целиков), а также коллектив специалистов, работавших с ними, даже получили премию имени Сталина за свою разработку.
Характеристика блюмингов и слябингов
Исходным продуктом прокатного производства являются слитки различной формы, размеров и массы. Из слитков получают полупродукт в виде блюмов, слябов, заготовок и сутунки, которые в свою очередь служат исходным продуктом для получения в последующем переделе готовой продукции: балок, швеллеров, рельсов, сортовых и специальных профилей, листов, труб и т. д.
Основной характеристикой современных крупных блюмингов и слябингов, имеющих в большинстве случаев индивидуальный привод каждого валка, является диаметр рабочих валков. Станы с приводом рабочих валков от шестеренной клети характеризуются диаметром начальной окружности шестеренных валков.
В зависимости от назначения, конструкции и состава оборудования различают следующие виды обжимных станов:
Блюминг является самым производительным агрегатом металлургического завода, его годовая производительность составляет 3—4 млн. т и более.
Наиболее мощными по производительности являются блюминги 1300, установленные на Челябинском, Криворожском и Западно-Сибирском металлургических заводах. Их проектная мощность в 1,5—2,0 раза превышает мощность аналогичных отечественных и зарубежных станов.
Блюминг 1150 конструкции УЗТМ
Уралмашзавод изготавливает блюминги 1150 для прокатки слитков массой 7—16 и 7—10 т. Средняя годовая производительность стана составляет до 3 млн. т по слиткам
Сортамент готовой продукции следующий: блюмы сечением от 200×200 до 400×400 мм; слябы сечением 100÷250×600÷1550 мм (при максимальной массе слитков до 10 т); фасонные блюмы (для прокатки двутавровых балок с широкими полками) высотой до 350 мм, шириной до 550 мм и толщиной шейки 100 мм.
Оборудование блюминга (рис. 150) расположено в трех параллельных пролетах. Пролет I представляет изолированное помещение машинного зала, в котором установлено электрооборудование стана. В пролете II помещаются все механизмы стана. Пролет III, называемый скрапным, предназначен для уборки окалины от стана и обрезков от ножниц.
В соответствии с техническим процессом оборудование блюминга можно разделить на четыре участка: головной (приемный); линию рабочей клети; ножницы; участок уборки блюмов и слябов.
На головном участке имеются слитковоз 1, пружинно-гидравлический упор 2, приемный рольганг 3 со встроенным в него стационарным опрокидывателем, сталкивателем и упором, башенные весы 4 с поворотным механизмом для слитков, рольганг-весы 5 и подводящий рольганг 6. Механизмы этого участка обеспечивают подачу слитков от нагревательных колодцев, укладку их на приемный рольганг, автоматическое взвешивание слитков и разворот их (при необходимости) в горизонтальной плоскости на 180° для задачи в рабочую клеть нижним концом и подачу на передний раскатной рольганг стана.
На новых блюмингах конструкции УЗТМ в отличие от существующих блюмингов к стану одновременно подают два прямоугольных слитка массой 7—10 т.
При обслуживании близких к стану колодцев или при выходе из строя слитковоза слитки на рольганг укладывает встроенный стационарный опрокидыватель. При подаче слитков слитковозом стационарный опрокидыватель беспрепятственно пропускает слитки, транспортируемые по рольгангу к стану. Слитки массой до 16 т автоматически взвешиваются с точностью ±25 кг башенными весами, расположенными над рольгангом весов. Встроенный в весы механизм при необходимости разворачивает слитки на 180°. Масса слитков регистрируется специальным прибором с автоматическим суммированием массы. Показания приборов передают на пульт управления.
В состав линии рабочей клети входят следующие агрегаты и механизмы: двухвалковая реверсивная клеть 9 с валками диаметром 1150 мм и длиной бочки 2800 мм; устройство для перевалки и встроенные в клеть четыре станинных ролика; универсальные шпиндели 10; раскатные рольганги 7 перед станом; рабочие рольганги 8 перед станом и за ним; манипулятор с кантователями 11; механизированное устройство для уборки крупного скрапа из-под рабочей клети; раскатной рольганг 12 за станом.
Установленные за блюмингом, прокатывающим слитки массой до 16 т, кривошипные ножницы 13 имеют усилие резания 10 Мн. В состав оборудования участка ножниц также входят отводящие рольганги 14, рольганг перед ножницами 15, сталкиватель обрезков, передвижной упор 16, отодвигающийся рольганг 17 с приводом и конвейер уборки обрезков 18 с ямами для их охлаждения.
На ножницах с нижним резом, совершающих 10 резов в минуту, предусмотрены рычажный прижим металла и предварительный подъем металла над рольгангом. Привод ножниц осуществляется через шпиндельное соединение и редуктор от двух электродвигателей общей мощностью до 1300 кВт, расположенных в машинном зале.
Участок уборки готовой продукции состоит из транспортных рольгангов 19 и 20, автоматических весов 21 для взвешивания готовой продукции, клеймителя 22, сталкивателей 23, штабелирующих столов 25, стеллажей с карманами 26 или других уборочных средств. При наличии линии уборки в пролете, параллельном становому пролету, блюмы или слябы убираются с рольгангов линии стана цепным транспортером 24 со сталкивателем.
Слябинг 1150
В отличие от блюминга слябинг является универсальным двухвалковым реверсивным станом, имеющим горизонтальные и вертикальные валки. Устанавливаемые в последнее время универсальные слябинги могут прокатывать слябы шириной до 2 м из слитков массой до 25—30 т (рис. 151). Для обеспечения заданной производительности слябинга необходимо иметь около 20 групп нагревательных колодцев. При расположении их в один ряд, как обычно практиковалось на блюмингах и слябингах, длина пути слитковоза в один конец достигает 320 м. При большой производительности этого стана и высоком ритме прокатки один слитковоз не успевает подавать слитки от нагревательных колодцев к приемному рольгангу. Поэтому нагревательные колодцы на многих заводах расположены в двух параллельных пролетах и обслуживаются двумя слитковозами.
Все оборудование слябинга можно разделить на пять участков:
Главная линия стана состоит из двухвалковой рабочей клети с горизонтальными валками и расположенной перед ней двухвалковой клети с вертикальными валками. Рабочая клеть с горизонтальными валками имеет валки диаметром 1150 мм с длиной бочки 2100 мм. Валки имеют гладкую бочку и установлены в подушках на подшипниках с текстолитовыми вкладышами. Рабочие валки имеют индивидуальный привод от двух электродвигателей мощностью пс 4600 кВт. Механизм для установки верхнего валка обеспечивает подъем его на 1750 мм со скоростью 75—150 мм/с. Рабочая клеть с вертикальными валками имеет валки диаметром 900 мм с длиной бочки 2100 мм. Для использования всей бочки валков они выполнены так, что их можно переворачивать при перевалке, благодаря чему значительно увеличивается срок службы валков. Привод вертикальных валков осуществляется от одного электродвигателя постоянного тока мощностью 2200 кВт. Механизм установки вертикальных валков обеспечивает зазор между валками в пределах 600—2150 мм. Скорость установки валков регулируется в пределах 40—80 мм/с.
После деформации раскат поступает на машину огневой зачистки, где поверхностные дефекты зачищаются кислородно-ацетиленовыми горелками.
Ножницы для резки горячих слябов имеют максимальное усилие резания 25 МН и ширину ножей 2100 мм.
За ножницами на рольганге с вмонтированными в него автоматическими весами слябы взвешиваются и затем могут двигаться по трем направлениям: непосредственно на листовые станы для дальнейшей прокатки без промежуточного нагрева; к методическим печам для подогрева и затем на листовые стали для дальнейшей прокатки; к уборочным устройствам, расположенным на складе слябов.
Цепной транспортер, служащий для передачи слябов на склад, рассчитан на транспортировку слябов длиной 1,5—5,5 м и массой до 17 т при скорости транспортировки 0,5 м/с. С транспортера слябы направляются на рольганг уборочных устройств. Для подачи слябов с транспортного рольганга на транспортер и для передачи слябов с рольганга уборочных устройств на штабелирование установлены четыре сталкива- теля, один из которых расположен у транспортного рольганга, а три других у рольганга уборочных устройств.
Сталкиватели слябов уборочных устройств, кроме того, служат для продвижения стопы слябов со штабелирующих устройств на стационарные стеллажи или на тележку для горячих слябов.
Штабелирующее устройство предназначено для укладки слябов в стопы. Наибольшая высота стопы равна 800 мм, а масса достигает 30 т. Штабелирующее устройство представляет собой подъемный стол, перемещаемый двумя вертикальными винтами. Для передачи слябов во второй пролет склада имеется специальная тележка грузоподъемностью 50 т.
Блюминг-слябинг 1150
В отличие от рассмотренных выше обжимных станов нагревательные колодцы блюминга-слябинга расположены перпендикулярно становому пролету. Это сделано для того, чтобы вдвое сократить пробег слитковоза и обеспечить тем самым высокий ритм прокатки (рис. 152).
В отличие от существующих блюмингов клеть оборудована кантователями с передней и задней сторон. После прокатки раскаты подвергают обработке на машине огневой зачистки.
От ножниц горячей резки блюмы поступают на полунепрерывный заготовочный стан 950/700/500, а слябы по цепному транспортеру на склад слябов.
Блюминг 1300
Блюминг 1300 конструкции УЗТМ — самый мощный автоматизированный обжимной прокатный стан. Его производительность составляет 5,5—6,0 млн. т/год, т. е. в 1,5—2 раза выше производительности типовых блюмингов 1150 (рис. 153).
Блюминг 1300 предназначен для прокатки слитков массой 10—13 т в блюмы сечением 300×300÷370×370 мм и слябов толщиной 100— 200 мм и шириной 700—1000 мм. Средний цикл прокатки слитка в блюмы составляет около 40 с, а в слябы — около 70 с. Для нагрева слитков предусмотрено 12 групп рекуперативных нагревательных колодцев с одной боковой горелкой в каждой ячейке.
За рабочей клетью установлена машина огневой зачистки блюмов и слябов на ходу всех четырех сторон и ножницы с нижним резом усилием 12,5 Мн. Клеймение блюмов и слябов в торец после резки на ножницах осуществляется в потоке автоматическим рычажным клеймителем. После обрезки переднего и заднего концов раската на ножницах блюмы по рольгангу направляют на дальнейшую прокатку на непрерывный заготовочный стан 900/700/500, а слябы, порезанные на участки заданной длины, сталкиваются толкателем на штабелирующий стол и затем передаются тележкой на склад для охлаждения и зачистки.
Благодаря широкому применению сварных конструкций и безредукторных приводов (манипулятора кантователя, ножниц и других машин) масса механического оборудования блюминга 1300 меньше массы установленных ранее типовых блюмингов 1150 и составляет около 5400 т.
Параметры некоторых блюмингов и слябингов, установленных на отечественных металлургических заводах, приведены в табл. 12.