КПД системы. При нагреве слябов одинаковой длины и на одной частоте КПД для этих трех типов нагревателей будет примерно одинаков.
Изменение длины нагреваемых слябов будет сказываться только на КПД индукторов Росса. При изменении ширины нагреваемых слябов в индукторах Росса могут возникнуть проблемы с равномерностью температурного поля из-за продольного краевого эффекта. В установках с возвратно-поступательном движением слябов, при уменьшении ширины сляба более чем в два раза от максимальной, предусмотрен одновременный нагрев двух слябов. Например, для поддержания высокого КПД и производительности при нагреве слябов различной длины и ширины в ИНУ, установленной в Geneva Steel, имеется возможность нагревать либо 2 сляба, расположенных рядом друг с другом, либо 4 сляба, расположенных двумя парами.
Удобство транспортировки.При использовании индукторов Росса транспортировка представляет ряд трудностей, связанных с вертикальным расположением слябов и их устойчивостью на узкой грани. Также для индукторов Росса отсутствие футеровки во время транспортировки ведет к увеличению тепловых потерь с поверхности загрузки.
Удаление окалины.При нагреве образуется окалина, которая, осыпаясь, попадает на элементы конструкции индуктора, и, тем самым, является одной из причин выхода ИНУ из строя. Наиболее приспособлены к удалению окалины индукторы Росса.
Потребность в буферной зоне на выходе индуктора. ИНУ на основе периодических индукторов Росса и ИНУ с возвратно-поступательным движением сляба не нуждаются в буферных зонах на выходе установки. И, как преимущество, можно отметить, что в случае кратковременной остановки прокатного оборудования они могут использоваться в режиме термостатирования. Однако для ИНУ непрерывного действия возникают проблемы неравномерного распределения температуры в продольном сечении при нагреве длинных слябов. Начало сляба, покинув последний индуктор, подвергается остыванию, в то время как конец сляба все еще остается в ИНУ и продолжает нагреваться. Для решения этой проблемы можно менять мощность на последнем индукторе, перегревая начало сляба или используя на выходе ИНУ термостатирующую буферную зону. В качестве буферной зоны можно применять простейшую газовую печь, работающую в режиме компенсации тепловых потерь с поверхности загрузки, или же использовать тепловые экраны.
Конечное температурное поле. Для нагрева стальных слябов одинаковой толщины и ширины равномерность конечного температурного поля будет при правильном выборе частоты приблизительно одинакова.
Занимаемая площадь.Одно из преимуществ ИНУ в сравнении с газовыми печами — небольшая рабочая площадь. При сравнении различных типов ИНУ самые лучшие показатели у установки с возвратно-поступательным движением. Ее длина определяется максимальной длиной нагреваемых слябов. ИНУ, использующая периодические индукторы Росса, также занимает небольшую площадь (слябы размещаются вертикально), но для обеспечения необходимой производительности приходится использовать параллельно несколько линий (на McLouth Steel— 6 линий по 3 индуктора). Наихудшие показатели у непрерывного индуктора, его длина определяется из условия достижения нужного температурного поля и, как правило, намного больше, чем у ИНУ с возвратно-поступательным движением загрузки. Исходя из этого, можно сделать вывод, что он менее всего подходит для нагрева стальных слябов от начальной температуры окружающей среды.
Из вышесказанного следует, что установка с возвратно-поступательным движением загрузки более универсальна и может использоваться как для нагрева, так и для подогрева слябов различной длины и ширины, и эта концепция была использована при разработке и внедрении индукционной установки мощностью 42 МВт для Geneva Steel (Utah, USA).
Комбинированная работа индукционной нагревательной установки совместно с газовой печью.
Доведение температурного поля сляба до необходимых кондиций непосредственно перед прокаткой можно осуществлять в индукционных нагревателях благодаря ряду преимуществ, таких как хорошие энергетические показатели, высокая скорость нагрева, небольшие габариты установок и т.д.
Но исследования ERPI Center for Materials Production (Pittsburg, USA) показывают, что, несмотря на хороший КПД и равномерный нагрев, применение только индукционного нагрева часто оказывается слишком дорогим, особенно, в случае с тонкими слябами. Рекомендуется применять систему, которая бы использовала газовую печь для основного нагрева и применяла бы индукционную технику для тонкого регулирования температуры только перед самой прокаткой.
Следует отметить, что экономические оценки для выбора метода подогрева должны учитывать специфику страны и местоположение завода, так как эти факторы будут оказывать влияние на стоимость электроэнергии и газа. Исходя из экономической выгоды, возможен выбор либо газового, либо индукционного оборудования, либо их комбинации.
Установки индукционного нагрева потребляют на 73-80 % меньше конечной энергии, чем газовые установки. Следующим преимуществом индукционных установок являются широкие возможности регулирования нагрева, что приводит к повышению качества продукта и увеличению срока службы прокатного стана. Выбор же некоторых предприятий в пользу газовых установок для подогрева кромок вызван относительно высокой стоимостью индукционного оборудования и нередко очень высокой ценой на электроэнергию.
В прокатном производстве, где необходимо нагревать слябы от комнатной температуры до температуры прокатки, индукционные установки составляют лишь незначительную долю нагревательного оборудования. В принципе, и здесь можно сократить потребление конечной энергии и окалинообразования путем использования индукционного нагрева, но эти преимущества незначительны в связи с тем, что техника пламенных печей высокоразвита, и поперечные сечения нагреваемого материала велики, и, следовательно, преимущества ИНУ не так значительны, так как выравнивание температуры по сечению заготовки происходит, в основном, за счет теплопроводности материала (так же, как и для газовой печи). Даже длительное время разогрева газовых печей не сильно сказывается на потреблении конечной энергии. Поэтому чисто индукционный способ нагрева слябов от комнатной температуры рекомендуется в том случае, если качество продукта определенно является приоритетной задачей, или если доступен источник дешевой электроэнергии.
Определение метода нагрева по экономическим показателям (полученным из расходов на капитальные вложения, конечную энергию, применяемый материал, техническое обслуживание и т.д.) часто приводит предприятие к выбору пламенных методов нагрева. При этом даже присущий этим методам низкий КПД процесса не может ничего изменить, поскольку затраты на ископаемые горючие материалы сегодня значительно ниже, чем на электроэнергию.
В связи со сказанным хочется отметить, что гибридная система, состоящая из газовой и индукционных печей, включает в себя ряд положительных моментов, присущих каждой из них в отдельности. Она требует меньше места, чем только газовая система, и предоставляет большую гибкость. Удобно использовать газовую печь как буфер слябов в случае кратковременной поломки прокатного оборудования, и применение ИНУ дает возможность понизить температуру газовой печи, тем самым будет снижено количество образующейся окалины.
Низкотемпературная и "сухая" прокатка
Рассматриваются два новых для ТЛС способа, которые почти не требуют для своего внедрения капитальных расходов. Это низкотемпературная прокатка (НТП) и так называемая „сухая" прокатка.
Сущность НТП заключается в значительном, на 100..400°С, уменьшении температуры начала прокатки. НТП относительно давно и успешно применяется на тонколистовых широкополосных станах, а также на проволочных и сортовых станах. Проведенные исследования показали, что благодаря снижению температуры начала прокатки достигнута экономия энергии 120 Мдж/т на среднесортном стане и 195 Мдж/т - на мелкосортном. В Швеции на заводе фирмы Fagerstad AB Osterbyverken при прокатке мелкого сорта квадратного сечения 10,5х10,5 мм из заготовок диаметром 70 мм углеродной стали показана возможность снижения температуры начала прокатки с 1150 до 750°С, то есть на 400°С . Установлено также, что для прокатки заготовок пружинной, подшипниковой, инструментальной и нержавеющей сталей допустимо снижать температуру начала прокатки до 800-950°С. Снижение затраты энергии составило от 306 до 468 Мдж/т. При прокатке среднеуглеродистых сталей ~80% энергии тратится на нагрев металла до 1150°С. При снижении этой температуры до 750°С качество продукции остается соответствующим стандартам Швеции, а затрата энергии, невзирая на увеличение нагрузки двигателей стана, уменьшается. При снижении температуры прокатки нержавеющих сталейдо 800-950°С затраты энергии уменьшаются на 13-20%.
Однако до настоящего времени не известны факты внедрения или хотя бы исследования возможности ведения НТП на ТЛС. Причина - в особенностях скоростного режима прокатки на реверсивных станах, к которым относятся все ТЛС. В отличие от непрерывных станов, где скорость прокатки доходит до 25 м/с и более, время охлаждения при транспортировке раскатов от клети к клети небольшое, на ТЛС, при максимальной скорости 6 м/с, длительность пауз между проходами, особенно в чистовой клети, значительно больше. Увеличение скорости прокатки невозможно. Поэтому при существенном снижении температуры нагрева металла температура конца прокатки становится настолько малой, что процесс деформации становится невозможным.
Но в принципе можно так изменить тепловой балансу прокатки на ТЛС, что металл не будет охлаждаться до недопустимой температуры.