ЭЛЕКТРОСТАЛЬСКИЙПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(филиал)
МосковскогоИнститута Стали и Сплавов.
Кафедраэкономики
Домашняяработа
По дисциплинеИндустриальные системы и оборудование в металлургии
На тему:
Выбортехнологии и состава оборудования для производства проката рельса Р75 из стали45Г
Выполнила студентка
Группы ДЭМ 08-1
Губина Татьяна
Электросталь,2010
Содержание
1. Назначениеи механические характеристики стали 45Г
2. Выбортипа печного оборудования и оборудования для разливки стали 45Г. Его краткаяхарактеристика
3. Технологическийпроцесс и состав оборудования последних двух станов технологического потока производстварельса Р75
4. Расчетпроизводительности последнего в техническом потоке стана (в общем виде)
5. Списокиспользуемой литературы
1. Назначение имеханические характеристики стали 14 Х ГСМарка: 14ХГС Заменитель: 15ХСНД, 16ГС, 14ГН, 16ГН, 14СНД Классификация Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций Назначение: электросварные трубы магистральных газопроводов высокого давления; сварные конструкции, листовые, клапанные конструктивные детали.
Вид поставки
Лист толстый ГОСТ19282-73, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19903-74, ГОСТ19904-74. Полоса ГОСТ 82-70.
Химический состав в %материала 45Г. ГОСТ 4543 – 71Кремний (Si) Медь (Cu), Мышьяк (As) Марганец (Mn Никель (Ni), Фосфор (P), Хром (Cr) Сера (S), 0.4-0.7 0.30 0.08 0.9-1.3 0.30 0.035 0.5-0.8 0.040
Механические свойства приТ=20/>Сматериала 45Г .Сортамент Размер Напр.
/>
/>
/>/> y KCU Термообр. - мм - МПа МПа % %
кДж/м/> - Пруток Ж 25 620 370 15 40 490
Закалка 850/>C, масло, Отпуск 600/>C, воздух,
Обозначения:
Механические свойства :
/> — Предел кратковременнойпрочности, [МПа]
/> — Предел пропорциональности (предел текучестидля остаточной деформации), [МПа]
/> — Относительное удлинение приразрыве, [ % ]
y — Относительноесужение, [ % ]
KCU — Ударная вязкость,[ кДж / м2]
HB — Твердость поБринеллю
Твердость материала 45Г послеотжига:
HB = 229
Температура критическихточек:Критическая точка °С
Ac1
Ac3
Ar3
Ar1
715
735
710
635
Технологические свойстваматериала 45Г .Свариваемость: трудносвариваемая. Склонность к отпускной хрупкости: малосклонна.
Свариваемость:
без ограничений — сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая — сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая — дляполучения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции:подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки – отжиг.
2. Выбор типа печного оборудования иоборудования для разливки стали 45Г. Его краткая характеристика
Сталь45Г — конструкционная, легированная, поэтому ее можно производить вмартеновских печах. Мартеновская печь (рис. 1) — пламенная отражательнаярегенеративная печь.
/>
/>
Рис.1 Схема мартеновскойпечи.
Онаимеет рабочее плавильное пространство, ограниченное снизу подиной 12, сверхусводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет форму ванныс откосами по направлению к стенкам печи. Футеровка печи может быть основной икислой. Если в процессе плавки стали в шлаке преобладают основные окислы,процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые — кислым.Основную мартеновскую печь футеруют магнезитовым кирпичом, на который набиваютмагнезитовый порошок. Кислую мартеновскую печь футеруют динасовым кирпичом, а подинунабивают из кварцевого песка. Свод мартеновской печи делают из динасовогокирпича или магнезитохромитового кирпича. В передней стенке печи имеютсязагрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней — отверстие 9 длявыпуска готовой стали.
Внашей стране работают мартеновские печи вместимостью 200 — 900 т жидкой стали.Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которуюусловно подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. Например, для печивместимостью 900 т площадь пода составляет 115 м2. Головки печи 2 служат для смешения топлива (мазута или газа) с воздухом и подачиэтой смеси в плавильное пространство.
Дляподогрева воздуха и газа (при работе на низкокалорийном газе) печь имеет дварегенератора 1. Регенератор — это камера, в которой размещена насадка —огнеупорный кирпич, выложенный в клетку. Отходящие из печи газы имеюттемпературу 1500—1600 °С. Попадая в регенераторы, газы нагревают насадку до1250—1280 °С. Через один из регенераторов, например, правый, подают воздух,который, проходя через насадку, нагревается до температуры 1100— 1200 °С ипоступает в головку печи, где смешивается с топливом; на выходе из головкиобразуется факел 7, направленный на шихту 6. Отходящие газы проходят черезпротивоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие дляотделения от газа частиц шлака и пыли, направляются во второй (левый)регенератор, нагревая его насадку. Охлажденные газы покидают печь через дымовуютрубу 8. После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны ипоток газов в печи изменяет направление: через нагретые левый регенератор иголовку в печь поступает воздух, а правый нагревается теплотой отходящих газов.Факел имеет температуру 1750—1800 °С и нагревает рабочее пространство печи ишихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.
Взависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидностимартеновского процесса:
1)скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25— 45 %чушкового передельного чугуна; процесс применяют на заводах, где нет доменныхпечей, но расположенных в промышленных центрах, где много металлолома;
2)скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна 55—75 %,скрапа и железной руды; процесс применяют на металлургических заводах, имеющихдоменные печи. Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом вмартеновских печах с основной футеровкой, что позволяет переделывать в стальразличные шихтовые материалы.
Плавкастали скрап-рудным процессом в основной мартеновской печи происходит следующимобразом. В печь с помощью завалочной машины загружают железную руду и известнякипосле их прогрева подают скрап. По окончании прогрева скрапа в печь заливаютжидкий чугун, который взаимодействует с железной рудой и скрапом. В периодплавления за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна:кремний, фосфор по реакции, марганец и частично углерод. Оксиды Si02, Р205,МnО, а также СаО и извести образуютшлак с высоким содержанием FeO иМnО (железистый шлак).
Послерасплавления шихты, окисления значительней части примесей и разогрева металлапроводят период кипения ванны: в печь загружают железную руду или продуваютванну подаваемым по трубам 3 (рис. 1) кислородом. Углерод в металле интенсивноокисляется, образуется оксид углерода. В это время отключают подачу топлива ивоздуха в печь и удаляют шлак. Для удаления из металла серы наводят новый шлак,подавая на зеркало металла известь с добавлением боксита или плавикового шпатадля уменьшения вязкости шлака. Содержание СаО в шлаке возрастает, a FeO уменьшается. В период «кипения» углерод интенсивноокисляется. Поэтому для «кипения» ванны шихта должна содержать избыток углерода(на 0,5—0,6 %) сверх заданного ввыплавляемой стали. В процессе «кипения» металл доводится до заданногохимического состава, его температура выравнивается по объему ванны, из негоудаляются газы и неметаллические включения. Процесс «кипения» считаютокончившимся, если содержание углерода в металле соответствует заданному, асодержание фосфора минимально. После этого металл раскисляют в два этапа:
1) в период «кипения» прекращаютзагрузку руды в печь, вследствие чего раскисление идет путем окисления углеродаметалла, одновременно подавая в ванну раскислители — ферромарганец,ферросилиций, алюминий;
2)окончательно раскисляют алюминием и ферросилицием в ковше при выпуске стали изпечи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в сталеразливочный ковшчерез отверстие в задней стенке печи.
Восновных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые конструкционные,низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кромевысоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильныхэлектропечах.
Выплавленнуюсталь выпускают из плавильной печи в разливочный ковш, из которого ее разливаютв изложницы или кристаллизаторы машины для непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).В изложницах или кристаллизаторах сталь затвердевает, и получаются слитки,которые подвергают прокатке, ковке.
Изложницы— чугунные формы для изготовления слитков. Изложницы выполняют с квадратным,прямоугольным, круглым и многогранным поперечными сечениями. Слитки квадратногосечения переделывают на сортовой прокат (двутавровые балки, швеллеры, уголки ит. д.). Слитки прямоугольного сечения с отношением ширины к толщине 1,5—3переделывают на лист. Из слитков круглого сечения изготовляют трубы, колеса.Многогранные слитки используют для поковок.
Дляпрокатки отливают слитки массой 200 кг — 25 т; для поковок отливают слиткимассой до 300 т и более. Обычно углеродистые спокойные и кипящие сталиразливают в слитки массой до 25 т.
/>
Рисунок 2.Схема разливки стали по изложницам
Разливка стали сверху:
1 — ковш с металлом;
2 — изложница;
3 — поддон
Стальразливают в изложницы сверху, снизу (сифоном) и на машинах непрерывного литьязаготовок (МНЛЗ). Для обычных углеродистых сталей используют разливку сверху.При разливке сверху сталь поступает непосредственно из ковша в изложницу; посленаполнения изложницы отверстие в ковше закрывают, краном перемещают ковш кследующей изложнице, и процесс повторяется.
При такомспособе разливки стали поверхность слитков вследствие попадания брызг жидкогометалла на стенки изложницы может быть загрязненной пленками оксидов.
3.Технологический процесси состав оборудования последних двух станов технологического потокапроизводства рельса Р75
Блюминг
Блюминг (англ. blooming),высокопроизводительный прокатный стан для обжатия стального слитка большогопоперечного сечения массой до 12 т и более в Блюм. В некоторых случаяхБ. используют для прокатки Слябов, а также фасонных заготовок (длякрупных двутавровых балок, швеллеров и др.). На металлургических заводах Б. —промежуточное звено между сталеплавильными и прокатными цехами, выпускающимиготовую продукцию. На современных заводах Б. работают совместно с непрерывнымизаготовочными станами, которые выпускают заготовку для сортовых станов.
Б. характеризуютсядиаметром прокатных валков и бывают:
одноклетьевые — а) реверсивные двухвалковые(табл.) — дуо (большие 1300—1150 мм, средние 900—950 мм и малые 800—750 мм) иб) нереверсивные трёхвалковые — трио 800—750 мм; сдвоенные — из двухпоследовательно расположенных дуо-клетей с валками 1150 мм в первой клети и 1000—900 мм во второй; непрерывные — несколько последовательнорасположенных нереверсивных дуо-клетей с валками 1000— 800 мм; специализированные (одноклетьевые реверсивные дуо) 1400—1350 мм, выпускающие заготовку дляширокополочных балок.
/>
Рисунок 3. Макетблюминга: 1 — рабочая клеть; 2 — верхний валок; 3 — манипулятор; 4 —универсальные шпиндели; 5 — главные электродвигатели.
В состав собственно Б. (рис.3) входят: рабочая клеть, главные электродвигатели и механизмы, приводящие вовращение Валки прокатные. В состав цеха Б. входит вспомогательноеоборудование (мостовые краны, слитковоз, манипуляторы, рольганги) и ножницы длярезки выходящей из Б. полосы на заданные размеры. Рабочая клеть состоит из двухлитых стальных станин массой 60—105 т, которые установлены на фундаментныхплитах (плитовинах); прокатных стальных валков и их подшипников; механизма дляустановки (подъёма и опускания) верхнего валка и механизма для смены валков.Общая высота рабочей клети достигает 7—9 м. Вращение валков осуществляется отэлектродвигателей постоянного тока. У Б. с одним электродвигателем механизм,передающий вращение валкам, состоит из двух универсальных шпинделей,шестерённой клети с двумя зубчатыми шестернями, расположенными одна над другой,и коренной муфты, сцепляющей ведущий вал шестерни с валом электродвигателя. ВБ. новейшей конструкции каждый рабочий валок снабжен индивидуальным электродвигателем;в этом случае вращение передаётся через приводные валы и универсальныешпиндели.
Технологический процесспрокатки в цехе Б. включает: доставку горячих слитков на ж.-д. платформах изсталеплавильного цеха к нагревательным колодцам; подогрев слитков ввертикальном положении в колодцах до 1100—1300°С (в зависимости от маркистали); подачу каждого слитка на слитковозе к приёмному рольгангу Б.;взвешивание слитка и подачу его по рольгангу к валкам Б.; прокатку в 11—19проходов с обжатием 40—120 мм за проход и промежуточными кантовками на 90°(кантовка и перемещение полосы вдоль валков осуществляются манипулятором). Уполосы, поступившей к ножницам, отрезают передний и задний концы, после чегоона передаётся на заготовочные станы (См. Заготовочный стан). Частополосу разрезают на отдельные блюмы или слябы, которые передаются рольгангамина холодильник и затем на склад. Выход блюмов и слябов составляет 85—90% массыслитков. Применение Б. позволяет разливать сталь в крупные слитки, повышаеткачество готового проката.
Общийвид рабочей линии блюминга 1150.
/>
Рисунок 4.Общий вид рабочей линии блюминга 1150:
1 — устройство для смены валков; 2 — рабочая клеть; 3 — устройство дляуравновешивания верхнего валка; 4 — универсальный шпиндель; 5 — устройство дляуравновешивания верхнего шпинделя; 6 — промежуточный вал; 7 — главный электродвигатель.
Схемарасположения оборудования блюминга 1150:
/>
Рисунок 5.Схема расположения оборудования блюминга 1150:
1 — нагревательные колодцы; 2 — слитковоз; 3 — поворотный стол для слитков; 4 — главныеэлектродвигатели; 5 — рабочая клеть; 6 — яма для окалины; 7 — ножницы; 8 — конвейер для обрезков; 9 — сталкиватель; 10 — холодильник для блюмов; 11 — подъемный стол-укладчик для слябов.
Рельсобалочныестаны
Рельсобалочные станыметаллургических заводов обычно реверсивные двухвалковые с расположениемрабочих клетей в одну линию. Прокатка рельсов и балок на этих станахосуществляется без промежуточного нагрева блюмов. На крупных металлургическихзаводах установлены современные рельсобалочные станы. Эти станы расположены вдве или три линии и состоят из 4—5 двухвалковых и трехвалковых рабочих клетей.Перед этими станами установлены методические печи для нагрева блюмов.
На рис. 6 изображенорасположение оборудования в современном рельсобалочном стане950/800:
/>
Рисунок 6. Расположениеоборудования в современном рельсобалочном стане 950/800:
1 — загрузочная решетка для блюмов; 2 — рольганг; 3 — нагревательные печи; 4 — черновая двухвалковая клеть 950x2350 мм; 5 – яма для сбора мусора ивыгрузки окалины; 6 — подъемно-качающиеся столы у трехвалковых клетей; 7 — дветрехвалковые клети 800х1900 мм; 8 – чистовая двухвалковая клеть 850х1200 мм; 9– дисковые пилы; 10 — клеймовочная машина; 11 — гибочная машина; 12 — холодильник;13 — колодцы для замедленного охлаждения рельсов; 14 – неормализационные печи;15,17 — фрезерные и сверлильные станки; 16 — поточные линии отделки рельсов; 18— правильные машины для рельсов; 19 – инспекторские стеллажи; 20 – дисковаяпила; 21 — правильный пресс.
На рис. 6 представленасхема расположения оборудования современного рельсобалочного стана 950/800конструкции УЗТМ (Уральский завод тяжелого машиностроения) с размещениемрабочих клетей в две линии. Для этого стана характерно расположение реверсивнойчерновой двухвалковой клети в самостоятельной линии. Реверсивная черновая клетьимеет валки диаметром 950 мм и длину бочки 2350 мм. Валки этой клети приводятся во вращение от электродвигателя постоянного тока мощностью 5000кВт (0—70—110 об/мин) через зубчатую муфту, шестеренную клеть и универсальныешпиндели. Установка реверсивной черновой двухвалковой клети позволяетразгрузить блюминг, который в этом случае прокатывает блюмы сечением более250x250 мм, кроме того, разгружаются чистовые клети от черновых проходов.Увеличение поперечного сечения блюмов приводит к повышению производительностистана и уменьшению потерь металла в обрезь.
Втораялиния рельсобалочного — стана состоит из двух черновых трехвалковых клетей иодной чистовой двухвалковой клети. Черновые трехвалковые клети имеют валкидиаметром 800 мм с длиной бочки 1900 мм. Валки этих клетей приводятся вовращение от реверсивного электродвигателя мощностью 8100 кВт с частотойвращения ПО—200 об/мин. Установка реверсивного электродвигателя обеспечиваетширокую регулировку числа оборотов валков, захват валками балок большихразмеров при сниженных оборотах и быстрый разгон валков до необходимой скоростипрокатки, а так же в случае необходимости обеспечивает реверсирование стана.Чистовая двухвалковая клеть имеет валки того же диаметра, что и валки черновыхклетей, а в данном случае несколько большего (850 мм), но с длиной бочки 1100—1200 мм. Валки чистовой клети вращаются отдельным электродвигателеммощностью 2100 кВт с частотой вращения 100—220 об/мин. Для прокатки облегченныхи широкополочных балок современные рельсобалочные станы оборудованы сменнойуниверсальной клетью, устанавливаемой на место чистовой двухвалковой клети.
4. Расчетпроизводительности последнего в техническом потоке стана (в общем виде)
Производительностьсортовых станов
Технически возможнаячасовая производительность, т/ч, сортового стана А = 3600*G/T, где G –масса слитка, блюма, заготовки, и т.д., т; Т – ритм (темп) прокатки, с. Ритмпрокатки на многоклетьевых станах линейного типа зависит от числа клетей ираспределения проходов между ними. Он будет тем меньше, чем больше клетей имеетстан и чем равномернее распределена, продолжительность прокатки по клетям. Ритмпрокатки будет наименьшим для данного стана, если ни одна из его клетей небудет являться узким местом (явление, при котором производительность илипропускная способность системы ограничена одной или несколькими компонентамиили ресурсами).
Практически возможнаячасовая производительность А = 3600*G*k/T, где k — коэффициентиспользования стана. Практически возможная часовая производительность станаменьше технически возможной, так как во время работы стана неизбежны потеритемпа из-за небольших и случайных издержек, нарушающих нормальный ритм работыстана. Чем больше коэффициент k,тем лучше используется стан, меньше разница между технически возможной ипрактически возможной часовой производительностью. Для рельсобалочного станакоэффициент использования стана принимают равным 0,85.
Выход годного иззаготовки определяется потерями металла на угар в нагревательных печах и вовремя прокатки, на обрезь концов на ножницах или пилах и брак. К отходам припроизводстве относят обрезки, окалину, стружку и т.д. – все это составляетоколо 5%, для балок примерно 6% (Таблица 1). То есть выход годных двутавров изблюмов равен 94%. Тогда коэффициент расходования металла равен Крме =100/94 = 1,06.
Таблица 1.Стан Выход годного, % Потери, % Коэффициент рас-хода ме-талла на 1 т готового проката угар обрезь
Рельсобалочный:
прокатка рельсов 94 1,5 4,5 1,060
С учетом двухкоэффициентов производительность сортовых станов можно рассчитать по формуле:
Р= Sсеч* ν*ρ*Кис*/>, где
Sсеч – площадь сечения двутавра;
ν – скоростьпрокатки сортового рельсобалочного стана;
ρ – плотность стали;
Кис –коэффициент использования стана;
Крме –коэффициент расходования металла.
Годоваяпроизводительность стана рассчитывается как Аг = Р*Ф, где Ф – фондрабочего времени, т.е. для определения годовой производительности сортовыхстанов необходимо знать фактическое число часов работы в течение года.Современные сортовые станы работают по непрерывному графику, останавливаясьтолько на капитальные и планово-предупредительные ремонты. В таблице 2приведены данные о времени работы рельсобалочного стана:
Таблица 2.Стан Капитальные и планово-предупредительные ремонты, сут Номинальное время работы в году Простои (перевалки валков, приемка к сдаче смен и пр.) Годовое число рабочих часов, ч сут ч % ч Рельсобалочный 17 348 8352 15 1252 7100
В итоге можно сказать,что к основным факторам, способствующим увеличению производительности сортовыхстанов линейного типа, относят сокращение числа проходов за счет увеличенияобжатия за отдельный проход; увеличение массы заготовки, что главным образомзависит от скорости прокатки; уменьшение пауз за счет механизации иавтоматизации.
Списокиспользуемой литературы
1. Технология конструкционныхматериалов. Учебник для машиностроительных специальностей вузов / А.М.Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского,М.: Машиностроение, 1985.
2. «Марочник сталейи сплавов» Под общ. ред. А.С. Зубченко 2-е издание доп. и испр. М.:Машиностроение 2003г.
3. Прокатноепроизводство. Полухин П.И.; Федосов, Н.М.; Королев, А.А. Издательство: М.:Металлургия; Издание 3-е, перераб. и доп. 696 страниц; 1982г.
4. Машины и агрегаты металлургическихзаводов. В 3-х томах.Учебник для вузов/A.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребеник, 2-е изд., перераб.и доп. — М.: Металлургия. 1988г.
5. Ресурсы сети Интернет.