Агрегат непрерывного отжига

Ранее для светлого рекристаллизационного отжига рулонной полосы из углеродистой стали использовали колпаковые муфельные печи (одностопные и многостопные), но в настоящее время этот процесс применяется редко из-за его чрезмерной длительности, больших занимаемых площадей и высокой пожаро- и взрывоопасности^[2]. В этой связи наиболее прогрессивным способом является отжиг в непрерывных агрегатах, поскольку при этом обеспечивается одинаковая температура по всей длине полосы, а также однородность свойств и структуры отожжённого металла^[3].

Другим важным преимуществом агрегатов непрерывного отжига (АНО) является возможность совмещения в одном непрерывном агрегате операций обезжиривания, собственно отжига и контроля качества металла. АНО с горизонтальными или вертикальными печами используют также для обезуглероживающего отжига электротехнической трансформаторной листовой стали, в этом случае в непрерывном агрегате есть еще и операция нанесения на полосу защитного покрытия, предотвращающего витки рулона от слипания при последующем высокотемпературном отжиге^[4].

Наиболее вы­сокопроизводительным (до 60 т/ч) является АНО для производства холоднокатаной полосы из углеродистых и низколе­гированных сталей, в том числе и автомобильного листа. Такой тип АНО был разработан в начале 1970-х годов в Японии фирмами «Ниппон Стил» и «Ниппон Кокан»^[1].

Агрегаты непрерывного отжига существуют двух видов: горизонтальные и вертикальные башенные.

В горизонтальных печах отжигают полосу толщиной 0,5—1,5 мм, но скорость движения полосы составляет всего 1,5—2 м/с (при большей скорости начинается сильное биение и сползание полосы к стенкам печи) и производительность такой печи очень низка (10—15 т/ч). Кроме того, горизонтальные печи имеют длину 150—200 м и занимают достаточно большое пространство в цехе. Правда, для уменьшения длины печей ролики для перемещения полосы могут располагаться в несколько рядов по высоте^[3][5].

Вертикальные печи основаны на принципе прохождения полосой петлевого маршрута в башне, с огибанием профилированных роликов, при помощи которых удобно регулировать натяжение полосы. Скорость движения в таких агрегатах намного выше (5—10 м/с), а производительность достигает 30—50 т/ч^[3]. Тем не менее, следует учитывать, что АНО с вертикальными печами более сложны в эксплуатации и техническом обслуживании.

Конструктивно агрегат непрерывного отжига состоит из трёх секций: головной, средней печной и хвостовой. Непрерывность движения полосы определяется двумя петлевыми башнями, одна из которых расположена перед печью, а вторая — после неё.

Собственно печь непрерывного отжига состоит из пяти вертикальных камер^[3][5][6]:

• камера нагрева (три петли общей длиной до 100 м) для нагрева до 700—750 °С в течение 20 секунд газовым или электрическим способом;
• камера выдержки (три петли общей длиной до 100 м) при температуре нагрева в течение 20—25 секунд с электрическим обогревом для обеспечения полной рекристаллизации металла;
• камера замедленного охлаждения (одна петля) до 400—480 °С холодным воздухом в трубах для полного выпадения мелкодисперсных карбидов, растворённых в феррите;
• камера ускоренного охлаждения (10 петель) до 120—150 °С в течение 40—50 секунд при прохождении каналов с водяными рубашками;
• камера окончательного охлаждения (одна петля) до 60 °С холодным воздухом.

Рекристаллизационный отжиг проводится при температуре 720—750 °С после холодной прокатки и очистки полосы, его целью является снятие наклёпа и получение требуемой структуры металла. Во избежание образования окалины на поверхности полосы отжиг проводится в защитной атмосфере (95 % азота и 5 % водорода). Поэтому при отжиге не происходит окисление полосы, она остаётся светлой, и сам отжиг также называют светлым^[3].

Процесс непрерывного отжига включает следующие операции:

• размотка рулонов;
• обрезка концов;
• сваривание концов рулонов;
• электролитическая очистка полосы
• непрерывное движение полосы через АНО;
• вырезание сварных швов на выходе из печи;
• смотка в рулоны.

Весь процесс отжига продолжается 1,5—2 мин.

Непрерывный отжиг целесообразно применять для полос толщиной менее 0,5 мм с точки зрения оптимального сочетания производительности и технологических свойств (прежде всего, штампуемости)^[3].

В проходной башенной печи реализу­ется двухступенчатый отжиг. По сравнению с отжигом в колпаковых печах, отжиг на АНО  более дешёв и обеспечивает возможность термообработки при наиболее высоких температурах из-за исключения сваривания витков. Вследствие стабильного теплового режима металл, про­шедший обработку на АНО, более изотропен по структуре и механическим свойствам. Кроме того, такие печи имеют большие возможности для варьирования режимов термообработки^[7].

В России АНО работают на нескольких крупных предприятиях с листопрокатным производством, в частности, на Магнитогорском(ПАО «ММК»), Новолипецком (ПАО «НЛМК») и Череповецком (ПАО «Северсталь») металлургических комбинатах.

В рамках введённого в эксплуатацию нового стана 2000 холодной прокатки конструкции фирмы SMS Demag (Германия), в 2011—2012 гг. на ПАО «ММК» была установлена комбинированная линия горячего цинкования и отжига производительностью 650 тыс. т/год^[8][9]. Агрегаты непрерывного отжига есть также на специализированных листопрокатных заводах, таких как «ВИЗ-Сталь» в Екатеринбурге (входит в ПАО «НЛМК») и Ашинский металлургический завод в Челябинской области. Так, на Ашинском металлургическом заводе в 2017 г. была введена в эксплуатацию высокотемпературная печь для отжига ленты из жаропрочных сплавов и коррозионно-стойких сталей^[10]. Из других стран бывшего СССР, агрегаты непрерывного отжига есть в Казахстане на комбинате Qarmet (ранее – Карагандинский металлургический комбинат) в Темиртау.