Федеральное агентство по науке и образованию
Пояснительная записка
к курсовому проекту
по дисциплине: «Технология процессов прокатки и волочения»
на тему:
«Разработка технологического процесса получения горячекатаноголиста h=8-30 мм, b=1000-2000 из сталей 18Х12Н10Т, 09Г2С, 45, 3сп сиспользованием клети кварто- 2800»
Содержание
Введение
1. Анализтехнологического процесса и оборудования стана трио-Лаута 2850
2. Анализтехнологических схем производства толстого листа
3. Предлагаемаятехнологическая схема прокатки
4. Выбороборудования прокатного стана
4.1 Рабочаяклеть
4.2 Правильнаямашина
4.3 Ножнициторцевой резки
5. Разработкатехнологии прокатки
6. Расчетрежимов обжатий
7. Расчетэнергосиловых параметров прокатки
8. Расчетэлементов конструкции клети кварто «2800»
8.1 Расчетрабочего валка на прочность
8.2 Профилировкарабочих валков
8.3 Расчет напрочность станины клети кварто2800
9. Расчетпроизводительности и технико-экономических показателей работы прокатного стана
10. Определениерасхода энергоносителей, валков и вспомогательных материалов
11. Методыконтроля и управления качеством продукции
Списокиспользованной литературы
Введение
Целью данного проекта является реконструкции стана «2850» АМЗ сцелью расширения сортамента, замена устаревшей ролико-правильной машины и торцевыхгильотиновых ножниц на более современные и мощные.
Прокатка является основным видом обработки металлов давлением.Около 3/4 стали, выплавляемой на металлургических заводах, обрабатывается напрокатных станах и выпускается в виде готового проката: листов, сортовыхпрофилей, труб. В отличие от других видов обработки металлов давлением (ковки,штамповки, прессования), деформация металла при прокатке осуществляетсянепрерывно-вращающимися валками, поэтому процесс прокатки является наиболеевысокопроизводительным. Прокатные изделия — листы и полосы, различные сортовыепрофили и трубы — стали основными исходными продуктами в машиностроении,строительстве и других отраслях экономики.
1. Анализтехнологического процесса и оборудования на стане трио- 2850
Стан «2850» был пущен в эксплуатацию в 1950 году. По составуоборудования и технологическому процессу он морально и физически устарел поотношению к числу лучших современных толстолистовых станов.
Все оборудование стана расположено в двух пролетах — на двухлиниях прокатки. Схема расположения основного оборудования представлена на рис.1.1
В состав стана входят три нагревательные методические печи,правильная роликовая машина, гильотинные ножницы для обрезки торцовых частей,двое ножниц для обрезки боковых кромок и карман для готовой продукции сосбрасывающим устройством [3].
Исходной заготовкой для прокатки листов являются слитки и слябы.Основные размеры слитка I и V типа представлены на рис. 1.2 а, б.
На стане «2850» прокатываются листы толщиной от 8 до 50мм, ширинойдо 2000мм, длиной не более 15м в необразном виде и не более 8м в обрезном виде:
из углеродистой стали обыкновенного качества по ГОСТ 14637-89;
из конструкционной качественной стали по ГОСТ 1577-93;
из углеродистой стали для котлов и сосудов, работающих под давлениемпо ГОСТ 5520-79;
из низколегированной марки стали 09Г2С по ГОСТ 19281-89 толщинойот 12 до 100мм;
прокат стальной для судостроения, ГОСТ 5521-93 толщиной от 10 до30мм;
из других марок стали и сплавов по разовым заказам потребителей.
Анализ существующей технологии прокатки горячего листа на станетрио «2850» показывает, что оборудование морально и физически устарело и неотвечает современным требованиям производительности. Улучшения качестваполучаемой продукции и расширения марочного сортамента можно достигнуть за счетболее современного оборудования.
Стан 2850 имеет ряд существенных недостатков, которые не должныдопускаться при проектировании нового толстолистового стана.
К нагревательным печам слитки и слябы подают краном, которыйдолжен непрерывно обслуживать только печи. Печи не имеют достаточных посадочныхстеллажей и удлиненного рольганга в сторону склада заготовки и не соединенымежду собой посадочным рольгангом. Таким образом, посадочная площадка уторцовой части каждой печи по существу представляет собой рольганг длиной лишьнемного больше ширины печи. Это вынуждает постоянно обслуживать печи краном.Кран не может произвести запас слябов у посадочного стола, так как отсутствуютдля этого площадки. Рассоединение посадочного рольганга обеих печей непозволяет осуществлять передачу металла от одной печи к другой; кран вынужденпостоянно перемещаться над каждой печью, поскольку укладка слябов производитсянепрерывно. Такое положение противоречит и условиям безопасности труда: машинисткрана работает в загазованной атмосфере и при высокой температуре, аобслуживающий персонал должен постоянно отходить от рабочего места как во времятранспортировки краном металла, так и при последующем перемещении его к складу.
Не учтены габариты рабочих мест у торцевых частей печи,неудовлетворительно осуществлена вентиляция на этом участке. Все это снижаетпроизводительность труда.
Нагревательные печи имеют боковую выдачу нагретых слитков ислябов. Выдача производится специальными выталкивателями типа приводнойтележки. Таким образом, процессы подачи и выдачи слитков и слябов из печидолжны быть строго синхронизированы, в противном случае можно вывести из строявыталкиватель и даже разрушить стенку нагревательной печи.
Установленный на печах механизм для поворота слитков и способтранспортировки их по наклонному рольгангу в виде желоба не являются лучшимрешением вопросов.
/>
Рис. 1.1 Схема расположения основного оборудования на стане трио«2850»:
1-методические печи №1,2,3; 2-поворотный механизм; 3-прокатнаяклеть с подьемно-качающими столами; 4-рольганг; 5-шестеренная клеть;6-электродвигатели; 7-правильная машина; 7-инспекторские столы №1,2;9-разметочная машина; 10-гильотинные ножницы; 11-боковые ножницы; 12-клеймовочнаямашина; 13-листоукладчик.
/>
рис. 1.2 Основные размеры слитков: а- слиток 1-го типа, б- слиток5-го типа.
Рабочая клеть стана «2850». Подъемно-качающиеся столы (далееПКС) имеют большую массу, что приводит к использованию мощного и сложного оборудования.Затруднена настройка ПКС. ПКС имеют явно недостаточную длину, вследствие чегополучается очень большой угол наклона относительно линии прокатки, особенно припрокатке по нижнему горизонту. Значительный уклон ПКС при подаче раската вклеть по нижнему горизонту часто приводит в первых проходах к произвольномускатыванию металла к валкам и захвату его до того, как раскат установлен внеобходимое положение относительно валков.
Валки стана установлены на подшипниках скольжения. Материалподшипников- текстолит. Основным недостатком подшипников скольжения является ихзначительная упругая деформация и низкое допустимое удельное давление. Поэтомуприменение данного вида подшипников не может обеспечить необходимую точностьпрокатываемых профилей.
Стан «2850» не имеет систем автоматического регулирования толщиныпрокатываемых листов
Также рабочая клеть имеет малую жёсткость, а это сказывается наточности прокатки и на геометрии листа.
Листоправильная машина. Используемая листоправильная машина имеет7 горизонтально расположенных роликов, диаметр ролика 360 мм. Даннаялистоправильная машина имеет низкую жесткость, что в свою очередь снижаеткачество и точность правки.
Ножницы торцевой резки. Для порезки торцевых кромок листаприменяются ножницы гильотинного типа. Данный тип ножниц является крайненеудачным так как при порезке задней кромки, происходит изгиб заднего торцалиста верхним ножом, по сечению лист получается «серповидным». Этоприводит к затруднению при соединении торцов листов, а приводит к уменьшениюстоимости продукции.
Участок по порезке сутунки находится во II пролете цеха, гдесосредоточен основной комплекс оборудования и механизмов по разметке, порезке,клеймовке и складирования толстого листа. Также здесь находится участок попорезке толстого листа.
Вследствие этого на участке листоотделки постоянно загроможденыпроходы прокатанными листами и пакетами сутунки, что снижает в свою очередьтемп порезки сутунки и толстого листа, а также ухудшает условие труда и техникубезопасности рабочего и ремонтного персонала.
2. Анализ технологических схем производства толстого листа
Толстолистовые станы развиваются по пути изменения числа клетей отодно клетьевых к многоклетьевым- уменьшения толщины прокатываемых листов.Толстолистовые станы по числу клетей подразделяются на одно-, двух-, трех-, ичетырехклетьевые.
Наибольшее распространение для прокатки толстолистовой сталиполучили двухклетьевые станы с расположением рабочих клетей друг за другом.Первая клеть является черновой, а вторая- чистовой.
Производительность таких станов больше производительностиодноклетьевых. Листы получаются лучшего качества, так как чистовая клетьработает на подкате, очищенном от окалины в черновой клети. Кроме того, припрокатке листовой стали в черновой и чистовой клетях увеличиваетсяпродолжительность службы валков и, следовательно, уменьшается число ихперевалок [2].
Рассмотрим существующие технологические схемы производства толстоголиста из стали марки 18Х12Н10Т.
Одноклетьевой стан дуо «3500» (рис.2.1) предназначен для прокаткилистов толщиной 12...120 мм, шириной 1200...3000 мм и длинной до 12000 мм изслитков массой 4,7...7,4 т. Валки диаметром 1200мм приводятся во вращение от двухэлектродвигателей мощностью 2680 кВт каждый через шестеренную клеть и редуктор.
Для нагрева слитков или подкатов установлены семь печей камерноготипа с выдвижным подом, перед клетью расположен механический окалиноломатель.Прокатная клеть оборудована кантователями и манипуляторами. На линии потокараската готового профиля установлены гильотинные и дисковые (кромкообрезные)ножницы, роликовая правильная машина.
Технологический процесс прокатки на стане следующий. Нагретые дотемпературы прокатки слитки из печей подают краном на стан. Перед приемнымрольгангом стана установлен механический окалиносбиватель с цепями. Клещамикрана горячий слиток подвозят к окалиносбивателю, который цепями снизу сбиваетповерхностный слой окалины на нем. Затем слиток подают к клети и прокатываютпри одновременном удалении окалины с его верхней поверхности.
Прокатку производят за несколько проходов по длине слитка дляснятия конусности, затем в поперечном направлении до получения необходимойширины. После этого прокатывают лист до конечной толщины только по длинераската. В первых двух-четырех проходах процесс прокатки для снятия конусностиосуществляют при обжатиях по 20 мм. За один проход, при прокатке в поперечномнаправлении (10-16 проходов) за один проход обжимают лист на 13-15 мм, востальных 20-25 проходах при продольной прокатке обжатия за один проходпринимают в пределах 5-9 мм; последние два прохода стремятся осуществить приобжатиях не более 2-З мм, чтобы уменьшить разнотолщиность готового листа.
Полученный раскат поступает к гильотинным ножницам, которыеосуществляют рез головной и донной частей листа. Далее в потоке раскат(толщиной до 60 мм) подвергают правке. После этого раскат поступает к дисковымножницам, которые осуществляют рез кромок.
/>
Рис.2.1. Схема расположения оборудования толстолистового стана«3500»: 1-нагревательные печи; 2- механический окалиноломатель; 3- прокатнаяклеть; 4- шестереная клеть; 5- рольганг; 6- ножницы поперечной резки; 7- шлепперы;8-правильная машина; 9- дисковые ножницы; 10- карманы готовой продукции; 11- ножницыдля порезки бракованных листов.
Наличие поверхностных и внутренних дефектов листа контролируют наскладе готовой продукции при помощи ультразвукового дефектоскопа [4].
Основные недостатки стана «3500»: отсутствие рольганга междупечами и окалиносбивателем; для порезки головной и донной части листаприменяются гильотинные ножницы.
Трехклетьевой стан 2800 (рис.2.2) предназначен для прокаткилистовой стали толщиной 8-100 мм, шириной 2500 мм и длиной до 20 м. исходнымматериалом являются слябы толщиной 125-250 мм, шириной 700-1600 мм, длинной2500-6000 мм и массой до 12 т. Слябы нагреваются в трех трехзонных методическихпечах с торцевой посадкой и выдачей.
Стан имеет клеть с вертикальными валками диаметром 1000 мм,длинной бочки 700 мм, с нижним приводом от электродвигателя мощностью 850 кВт счислом оборотов 0-70-120 в минуту.
В качестве черновой клети применена дуо-реверсивная клеть с валкамидиаметром 1150 мм и длиной бочки 2800 мм. Каждый валок этой клети приводится вовращение от отдельного электродвигателя постоянного тока мощностью 2950 кВт с числомоборотов в минуту 0-30-60 со стороны входа и выхода клети установленыманипуляторы для правильной задачи раската в валки. Клеть также оборудованаустройством для удаления окалины с поверхности прокатываемой полосы водой поддавлением (гидросбив).
Чистовая клеть стана «2800» является универсальной клетью кварто.С передней стороны клети имеются два вертикальных валка для обработки боковыхкромок, что снижает отходы при обрезке боковых кромок прокатных листов. Размерыгоризонтальных валков: диаметр рабочих 800 мм, опорных 1400 мм, длина бочки2800 мм. Рабочие валки приводятся во вращение от электродвигателя постоянноготока мощностью 7360 кВт, числом оборотов в минуту 0-80-160 через зубчатую муфтуудлиненного типа, шестеренную клеть и универсальные шпиндели.
Валки вращаются в роликовых конических подшипниках. Верхнийрабочий и верхний опорный валки уравновешиваются гидравлическими плунжерами,расположенными в подушках валков. Размеры вертикальных валков: диаметр 700мм,длина бочки 1500 мм. Они приводятся во вращение от двух вертикальныхэлектродвигателей мощностью 200 кВт каждый через цилиндрический редуктор. Валкисмонтированы в роликовых подшипниках, расположенных в каретках, которыепередвигаются при помощи нажимных механизмов.
Технологический процесс прокатки стали 18Х12Н10Т на трех клетьевомстане 2800 следующий. Слитки или слябы, поступающие на склад, осматривают иподвергают огневой зачистке для удаления поверхностных дефектов. Затем онипоступают в нагревательные печи, в которых их укладывают в определенном порядкев соответствии с размерами печи. Нагретые слябы подают к первой клети, где осуществляютих обжатие в поперечном направлении. Величину обжатия принимают из расчетанарушения сплошности окалины, которую здесь же удаляют с помощью гидросбива.Кроме разрушения и удаления окалины, в первой клети задают ширину сляба с такимрасчетом, чтобы при прокатке его во второй клети в поперечном направленииширина готового листа была бы обеспечена без больших отклонений от нужногоразмера. Периодическая прокатка раската с обжатием в вертикальных валкахобеспечивает получение хорошей кромки. Во второй клети первоначальноосуществляют поперечную прокатку сляба (3-5 проходов) до получения номинальнойширины листа плюс припуск (120-160) на обрезку кромок. Затем раскатповорачивают в горизонтальной плоскости на 90° с помощью поворотного рольганга,центрируют манипуляторами линейками и задают в валки этой клети для прокаткилиста только в поперечном направлении.
После чистовой универсальной клети готовые листы поступают кмашине горячей правки. Отсюда с помощью шлепперов и двух секционных стеллажей,оборудованных транспортерными цепями роликового типа, листы передают на другуюлинию потока металла. В начале второй линии установлены инспекторские столы,где происходит процесс охлаждения и контроля качества прокатанного листа.Инспекторский стол оборудован кантователем листов, осуществляющим его поворотна 180° в вертикальной плоскости. На линии рольганга установлены разметочныйстол и гильотинные ножницы с манипуляторами для поперечной резки листа. Затемтолстолистовую сталь на дисковых ножницах продольной резки режут наокончательные размеры и передают на склад готовой продукции для последующейтермообработки [2].
Основной недостаток рассмотренной схемы прокатки листа заключаютсяв том, что для порезки листа применяются ножницы гильотинного типа.
/>
Рис.2.2 План расположения оборудования трехклетьевоготолстолистового стана «2800»:
1- нагревательные печи; 2- клеть с вертикальными валками; 3-черновая двухвалковая реверсивная клеть; 4- чистовая универсальнаячетырехвалковая клеть; 5- рольганг; 6- правильная машина; 7- шлеппер; 8-кантователь; 9- ножницы с наклонными ножами; 10- дисковые ножницы; 11-листоукладчик.
3. Предлагаемая технологическая схема прокатки
Предлагаемая технологическая схема прокатки листа 17x2100 мм изстали 18Х12Н10Т в условиях ЛПЦ-1 ОАО «АМЗ», аналогична схеме прокатки,описанной в пункте 1 (рис. 1.1). Выбранная схема прокатки отличается тем, чтовместо нереверсивного трехвалкового стана «2850» будет установлен четырехвалковыиреверсивный стан «2800», на котором можно осуществлять прокатку более широкогочисла марок сталей и профилеразмеров.
Операция нагрева остается без изменения, а процессы правки ипорезки листов после прокатки на стане 2800 будут производить на более современныхи производительных агрегатах, в отличие от существующих на стане 2850.
Для увеличения производительности по выпуску сутунки, а также дляповышения безопасности труда на участке листоотделки, необходимо перенестиучасток по порезке сутунки в IV пролет цеха.
4. Выбор оборудования прокатного стана
4.1 Рабочая клеть
Для реконструкции стана «2850» выбираем оборудование с учетомрасширения марочного сортамента и повышения качества готового проката.
Предлагается заменить стан трио «2850» горячей прокатки станомкварто «2800», который включает в себя энджерную и рабочую клети. Предлагаемый стан«2800» обладает характеристиками, приведенными в табл. 4.1.
Основные характеристики стана «2800» Таблица 4.1 Наименование Условное Значение обозначение Длина бочки мм 2800 Диаметр опорных валков мм 1800 Диаметр шейки опорного валка мм 1200 Длина шейки опорного валка мм 1620 Диаметр рабочих валков мм 1000 Диаметр шейки рабочего валка мм 670 Длина шейки рабочего валка мм 900 Максимальное давление металла на валки мн 154
Прокатные валки приводятся во вращение со скоростью 0-40-80 об/минчерез шестеренную клеть с передаточным числом 5 от электродвигателя мощностью7360 кВт и числом оборотов 0-200-400 об/мин.
Рабочие валки двухслойные чугунные с отбеленным слоем, ствердостью по Шору 70 единиц. Опорные валки из стали 9ХФ с твердостью по Шору45 единиц. Материал и технические характеристики валков должны соответствоватьОСТ 24.0П.04-90Е и ТУ 14-120-28-93.
Валки стана установлены на четырехрядных ролико-подшипниках.Смазка шеек валков производится густой смазкой П-28 от автоматической станции.
Уравновешивание валков гидравлическое при помощи восьми цилиндров,расположенных в подушках нижних валков и работающих на распор подушек. Рабочейжидкостью является масло-водяная эмульсия.
Рабочая клеть оборудована нажимным механизмом комбинированногогидромеханического типа [5].
4.2 Правильная машина
Используемая листоправильная машина имеет 7 горизонтальнорасположенных роликов, диаметр ролика 360 мм. Данная листоправильная машинаимеет низкую жесткость, что в свою очередь снижает качество и точность правки.
Предлагается заменить существующую листоправильную машину на7-роликовую листоправильную машину конструкции УЗТМ(рис.4.1)
Машина предназначена для горячей правки толстых листов ширина до2600 мм и толщиной в до 50 мм.
В машине предусмотрено пять приводных рабочих роликов 2 диаметром400 мм(два средний вверху и три внизу): верхние крайние ролики 4 диаметром 450 ммнеприводные и предназначены для правильного направления металла и устраненияобщей кривизны выходного листа; эти ролики перемещаются независимо ввертикальном направлении при помощи нажимных винтов. Для уменьшения прогибарабочих роликов к ним предварительно прижимают опорные ролики 3 диаметром 650 мм.Верхние ролики смонтированы в верхней подвижной траверсе 1; нижние — в нижнейтраверсе 5, опирающейся на фундамент. В нижней траверсе по углам смонтированычетыре жесткие колонны 6 диаметром 320мм.
Для установки необходимого раствора между рабочими роликамиверхняя траверса с роликами перемещается параллельно по вертикали при помощичервячных передач 7, установленных на концах колонн и приводимых отэлектродвигателя 8 мощностью 220 кВт, скорость перемещения 20мм/сек.
Рабочие ролики приводятся в движение пятью универсальнымишпинделями, соединенными с комбинированным редуктором-шестеренной клетью.Скорость правки составляет 0,4...0,8 м/с[6].
Определение усилий на ролики при правке листа [7].
Контактное напряжение на роликах:
/> (4.1)
где b — ширина листа, мм;
R — радиус ролика, мм;
Е — модуль упругости материала валка;
/> - предел текучести материалалиста, подвергаемого правке, МПа;
Р — максимальное давление на ролик, кН.
/> (4.2)
Р =2,478МН.
Мощность и крутящий момент на всех роликах (кроме первого и последнего,которые не изгибают полосу) при правке полосы со скоростью v можно определятьпо формулам:
/> (4.3)
/>
/>
Рис.4.1 Листоправильная 7-роликовая машина 50х2600мм для горячейправки толстых листов:
1- верхняя траверса; 2- рабочий ролик; 3- опорный ролик; 5- нижняятраверса; 4- крайний не приводной ролик; 6- жесткая
колонна; 7- червячный редуктор; 8- электродвигатель.
/> (4.4)
где /> — результирующий (суммарный) коэффициентпластической деформации при правке полосы
/>, (4.5)
здесь /> — коэффициент проникновенияпластической деформации под вторым роликом.
/>
При определении электродвигателя для привода правильной машины,кроме мощности деформации пластического изгиба (формула 4.4), необходимо учестьпотери мощности на трение в подшипниках /> и мощность трения качения роликовпо полосе /> дляп роликов, а также />к.п.д. редуктора шестеренной клети,имеющихся в линии привода машины:
/>. (4.6)
Потерь мощности на трение в подшипниках всех n рабочих роликов:
/> (4.7)
/>=87,3 кВт;
где /> — коэффициент трения вподшипниковых опорах роликов; для роликовых подшипников />=0,005;
d — диаметр трения в подшипниковых опорах;
/> — угловая скорость вращенияроликов.
Мощность трения качения роликов по полосе:
/>, (4.8)
/>
где /> — коэффициент трения качения; с учетомвозможного
проскальзывания между роликами и полосой следует принимать />=0,8… 1 ммдля стальной полосы.
/>
Вывод: тип данной правильной машины для правки листа толщиной от 8до 50 мм и шириной до 2600 мм полностью подходит для проектируемого стана.
4.3Ножницы торцевой резки
Рекомендуется заменить гильотинные ножницы на ножницы с катящимсярезом для поперечной резки листового проката конструкции ОАО «КОВНИИМЕТМАШ» (Россия, Санкт-Петербург) (рис.4.2).
/>
Рис.4.2. Ножницы бесшатунные однокривошипные с катящимся резом 1 — нижний нож; 2- станина; 3- верхний нож; 4- суппорт; 5- ксцентриковый вал; 6- коромысло.
Высокое качество резки без деформации кромок листа обеспечиваетсянезначительным изменением малого угла резания и минимальным (постоянным)перекрытием ножей на всей длине реза.
Привод верхнего ножа осуществляется одним кривошипным валом наподшипниках качения. Привод кривошипного вала выполнен реверсивным. В процессеработы ножниц каждый рез происходит в направлении, противоположном предыдущему,это позволяет уменьшить величину холостого хода и тем самым, снизить устанавливаемуюмощность привода на 15-29% и повысить экономию электроэнергии.
Основные характеристики ножниц приведены в табл. 4.2
Основные характеристики ножниц Таблица 4.2Наименование Условное Значение обозначение Разрезаемый лист: толщина мм 4...50 ширина мм до2500 Усилие резания кН 9000 Число ходов в минуту 15 Угол резания град 2,67...3,0 Мощность привода кВт 2x400 Температура резки °С Для измерения длины отрезаемых листов и их точной остановки,ножницы оснащены системой безупорного останова.
5. Разработка технологии прокатки
Основной заготовкой для производства листа марки 18Х12Н10Тразмером 17x2020 являются слябы и слитки (рис. 1.2 а, б.).
Слитки поставляются открытыми вагонами МПС в сопровожденииотвесной, где указывается номер плавки, марка стали по ГОСТ 380-94, количествои тип слитков, химический анализ стали, количество неполноценных слитков(недоливки, слитки с поясами и т. д.).
Слитки маркируются светлой краской, маркировка содержит номерплавки, марку стали.
Слябы поставляются открытыми вагонами МПС в сопровождениижелезнодорожной накладной с других заводов.
Порезка слябов на заготовки производится в соответствии с наряд-заданием. Каждая заготовка маркируется номером плавки и маркой стали.
Нагрев металла перед прокаткой
Посадка слитков или слябов в нагревательные печи производитсяпоплавочно в соответствии с нарядом. Контролёр ОТК следит за правильностьюучёта всада слитков, времени посадки. За время посадки принимается время заходаметалла под заслонку печи. Перед посадкой в нагревательные печи все слиткиочищаются от грязи и мусора метлой или воздухом. Разделение плавок при посадкепроизводится наложением металлической переложки на первый слиток плавки вкаждом ряду. Проталкивание слитков производится после правильной укладки их напосадочной площадке.
Нагревательные печи № 1и 2 — методические, двухрядные, трехзонные,с нижним подогревом, с торцевой загрузкой и боковой выдачей;
полезная площадь пода, кв. м. -97,4;
длина активного пода, м. -28,0;
количество горелок, шт.-11.
Нагревательная печь № 3 — методическая, двухрядная, пятизонная, сторцевой загрузкой и боковой выдачей;
полезная площадь пода печи, кв. м. -120;
длина активного пода, м. -34,5;
количество горелок, шт -13.
Режим нагрева:
Топливо: смесь воздуха и природного газа.
Температурный режим печей и время нагрева представлены в табл.5.1, 5.2, 5.3.
Таблица 5.1
Температурный режим по зонам при работе на природном газе
/>
Таблица 5.2
Температурный режим по зонам при работе на мазуте
/>
Таблица5.3
Продолжительность нагрева слитков и слябов
/>
Продвижение металла в печи производится однорядными реечнымитолкателями с усилием 200 тонн. Выдача слитков осуществляется выталкивателем сусилием 12 тонн.
Контроль теплового режима печей осуществляется радиационными пирометрамиТЕРА-50 и электронными потенциометрами КСПЭ-П, предел измерения от 700С до 1500С, цена деления 20 С. Давление в печи контролируется тягонапорометром ТММП-12,предел измерения от 0-0,6 кПа (0 до 60 кгс/м), цена деления 10 Па -1,0 кгс/м) инапорометром НБП-52, предел измерения от 0 до 1 кПа, цена деления 0,1 кПа [3].
Прокатка листов
После нагрева слитки или слябы выдают на поворотный стол,расположенный между печами, а далее транспортируют на приводной рольганг,подающий металл непосредственно к прокатной клети. Поступившие слитки послеснятия конусности раскатывают до получения необходимой ширины, а затем в длину.
Температура начала прокатки определяется после удаления окалины,т. е. после второго — шестого пропуска и должна быть не менее 1150 °С.Непрогретые, а также остывшие слитки к прокатке не допускаются. Температуройконца прокатки считается температура в последнем пропуске перед проглаживанием[2]. Для предупреждения образования царапин на нижней стороне листов проводкирабочих валков должны быть подобраны по высоте. Все неровности проводокобязательно зачищаются наждачным камнем.
В процессе прокатки валки непрерывно охлаждаются водой. Количествоподаваемой воды должно регулироваться старшим вальцовщиком в зависимости оттемпа прокатки и длины листов. Очистка поверхности раската от окалиныпроизводится в процессе прокатки гидросбивом с задней стороны рабочей клети.
Прокатка листов ведется по следующей схеме: первые 2-4 проходапредназначены для снятия конусности и уплотнения литой структуры, затем раскатзадается в валки под углом 90 градусов и прокатывается таким образом дополучения необходимой ширины будущего листа. После получения нужной шириныпрокатка ведется вдоль прокатной оси. При этом положение раската периодическификсируется линейками. Поворот раската в горизонтальной плоскости на столахпроизводится при помощи конических роликов [4].
Отделка листов
Настройка правильной машины на каждую толщину листа производитсяпо циферблату. Загнутые концы листов перед задачей в машину должны выправляться.Во избежание образования вмятин при правке, не допускается задача в машинулистов с загрязнённой поверхностью.
После правки листы охлаждаются на инспекторских столах поштучно.Охлаждение листов осуществляется вентиляторным воздухом. Ширина первой секции инспекторскихстолов 12м. Ширина второй секции инспекторских столов 18м. После охлажденияконтролёр ОТК производит осмотр листов с обеих сторон, замеряет толщину листовс учётом температурной усадки и отмечает дефектные места.
Разметка листов производится на разметочной машине согласно заказус учётом температурной усадки металла. При разметке листов правая кромкаразмечается, а величина обрези с левой кромки определяется периодическипроверкой ширины необрезного листа:
/> ход тележки разметочной машины- 16м;
/> ход линейки — 1800 мм;
/> скорость тележки -0,5м/с.
Торцевая обрезь листов, прокатанных из слябов, определяется из условияполного удаления заката. Определение механических свойств металлопрокатапроизводится неразрушающим методом контроля на листах по ТИ 123-1 П. ГЛ-5-95или испытанием образцов в условиях ЦЗЛ. Не допускается отбор проб от листов сналичием дефектов поверхности: пузыри, плен, рисок, вмятин, вкатов постороннихпредметов [3].
Каждый лист клеймится на клеймовочной машине. Маркировка наноситсяна расстоянии не более 200мм от конца листа. Знак маркировки включает:
товарный знак изготовителя;
/> номер бригады;
/> марку стали;
/> номер плавки;
/> номер партии;
/> толщину листа;
/> знак ТМ (поставка потеоретической массе).
Порезка сутунки
После листоотделки листы транспортируются на передаточной тележкена участок порезки сутунки расположенный в IV пролете цеха.
На гидравлических ножницах листы режутся на карточки заданногоразмера и складываются в пакеты (в нашем случае 17x260x1010мм). Масса пакета недолжна превышать 3т.
Мерная сутунка поступает в пакетирующее устройство где происходитобвязка и маркировка сутунки.
Готовый пакет поступает при помощи электромагнитного крана насклад готовой продукции, где происходит взвешивание пакетов. После приемкипродукции ОТК и оформления сопроводительных документов пакеты отгружаются влистопрокатный цех №2.
Требования к заготовке и готовому прокату
Химический состав стали 18Х12Н10Т,% (ГОСТ5632-72) приведен в табл.5.4
Таблица 5.4
Химический состав стали 18Х12Н10ТЭлемент С Si Мп Сг Ni Си Р S N As % 0,10- 0,6- 1,9- 17,0- 0,9- не более 0,12 0,8 2,0 19,0 1,0 0,3 0,08 0,04 0,008 0,08
Сталь 18Х12Н10Т относится к аустенитной нержавеющей стали,обладает низким пределом текучести (205 Н\мм2), умеренной прочностью, высокойпластичностью и хорошей коррозионной стойкостью в кислых средах [8].
Качество готового проката принимается по ГОСТ 19903-74(геометрическое соответствие листов), ГОСТ 26877-91 (планшетность листов, их волнистостьи коробоватость), ГОСТ 65007-90 (замеры по толщине с допусками), ГОСТ 166-89(замеры трещин и волосовин щупом их глубины). При приемке слитков и готовогопроката должны отсутствовать следующие дефекты, которые приведены в табл. 5.5.
Таблица 5.5
Основные дефекты исходной заготовки и готовой продукцииДефекты заготовки Дефекты готовой продукции 11.трещины (продольные и 1.пережег (дефект нагрева) поперечные); 2.вкат; 2.плены (образуются при отливке З.карабоватость листа; слитка); 4.риска; 3.песочины; 5.волосовина; 4.пузыри — вздутия; 6.отпечаток; 5.рванины (по кромкам); 7.заусенец (не более 2 мм); 6. шамот; 8.зуб (не более 2 мм); 7.расслой; 9.гармошка. 8.пояс; 9.увеличенной прибыли; 10.путец.
После прокатки готовый лист режется на карточки имеющие размеры17x260x1010 мм.
6. Расчет режимов обжатий
В ряде случаев при расчете обжатий на станах всех типов,прокатывающих слитки или слябы, в качестве отправного критерия приходитсяпринимать прочность валков. Это особенно относится к станам прокатывающимтолстолистовую сталь и снабженным электродвигателями, как правило с достаточновысокой мощностью, что определяет большие возможности для осуществления высокихобжатий. Однако прочность прокатных валков ограничивает эти возможности.
Для четырех валковых клетей для расчета обжатий принимают условиепрочности бочки опорных валков [9].
Если принять общий допускаемый износ валков равным 10%, торасчетный диаметр опорного валка составит:
/> (6.1)
/>
Взяв за основу диаметр валков, примем условие равнопрочности бочкии шейки валков. Величина абсолютного обжатия будет равна:
/> (6.2)
где /> — допускаемое напряжение на изгиб;
/> — диаметр рабочих валков;
/> — ширина раската;
/> — длина бочки валка;
/>-длина шейки валка;
/> — удельное давление.
Опорные валки изготовлены из чугуна и имеют отбеленный слойглубиной 15—25 мм Химический состав чугуна: 2,9—3,2% С, 0,4—0,55% Si; 0,25—0,45Мп, 0,55% Р, по 0,1 % S и Сг, 0,7%. Твердость по Шору составляет 70 единиц.
В качестве отправных данных примем размеры готового профиля17х2020 мм; исходной заготовкой является слиток толщиной 410 мм, шириной 1000мм, длина 1700 мм и массой 3850 кг.
Для чугунных валков принимаем допускаемое напряжение на изгиб />=80 МПа./>
Определение максимального обжатия по приведенному уравнениюзатруднено, так как в знаменатель входит величина удельного давления, которое всвою очередь зависит от обжатия.
Поэтому определение максимального обжатия, основанного напрочности валков, может сводится к двум вариантам: или предварительно задаютсясредней величиной удельного давления, согласно практическим данным, илизадаются условной величиной обжатия, а по ней находят удельное давление,которое затем корректируют. Последний вариант несколько сложнее и требуетдвойных расчетов, но он дает более точные результаты.
Принимаем среднее значение удельного давления отдельно дляпрокатки поперек и вдоль с учетом толщины раската. Практическое значениесредних удельных давлений для толстолистовых станов при нормальной температурепрокатки и толщине прокатываемой полосы 60… 150 мм можно принять в пределах55...80 МПа, для меньших толщин 80… 120 МПа.[7]
Для получения заданной ширины готового листа необходимоосуществить прокатку слитка в поперечном направлении.
При этом общий коэффициент высотной деформации слитка:
/> (6.3)
/>
где /> - начальная толщина заготовки;
/> — конечная толщина в поперечномнаправлении.
Тогда конечная толщина раската в поперечном направлении дополучения необходимой ширины равна:
/> (6.4)
/>
Общее обжатие при этом составит
/>, (6.5)
/>=410-186=224 мм.
После этого раскат поворачивается на 90 ° в горизонтальнойплоскости, и дальнейшая прокатка производится в продольном направлении до h=17мм. и общее обжатие при этом составит:
/>224-17=207 мм.
Определим предельную величину обжатия за один проход в продольномнаправлении при снятии конусности слитка. Для расчетов принимаем удельноедавление p=60 МПа [11]:
/>
Рассчитаем максимальную величину обжатия после разворота слитка на90°, для разбивки ширины. Удельное давление при прокатке в поперечномнаправлении р=60 МПа [11]:
/>
Теперь определим возможные обжатия при прокатке раската впродольном направлении, когда толщина раската будет изменятся от 186 мм до17мм. В продольном направлении, при р= 120 МПа [11]:
/>
По приведенному методу расчета обжатий, следует сделатьдополнительные замечания. Если режимы обжатий на листовом стане определять,исходя из минимальных диаметров валков, и эти схемы считать постоянными во всехслучаях, то такой подход к работе стана и эксплуатации его оборудования будетне верен, на практике приходится иметь несколько таблиц, отвечающих разнымвеличинам переточек. Для определенных диаметров валков и рассчитывают величиныобжатий, составляют таблицы и схемы обжатий. Вместо таблиц можно пользоватьсяграфиками, на которых каждому диапазону диаметров валков отвечает определеннаякривая изменения величин обжатий по проходам.
/>
где />,/>-толщина раската до и послеобжатия.
Если принять общий допускаемый износ валков равным 10%, торасчетный диаметр рабочих валков составит
/> (7.1)
/>=900мм.
Найдем окружную скорость валков по формуле [10]
/> (7.2) />
Найдем длину дуги захвата металла валками по формуле [10]
/> (7.3)
/>
где /> абсолютное обжатие.
/>
Определим угол захвата полосы [10]
/>
/>
Определим уширение по формуле А.П. Чекмарева [10]
/> (7.5)
где/>-уширение полосы;
при />
при />
/>
Определим ширину полосу на выходе: [10]
/>
/>
Для определения длины полосы найдем коэффициент вытяжки. Так какпри прокатки уширение полосы незначительно, то можно воспользоваться формулой[10]
/> (7.7)
/>
/>
/>
Для определение коэффициента трения при прокатке воспользуемсяформулой С. Экелундра с поправками Б.М. Бахтинова.
Определим f при прокатке в чугунных валках
/> (7.9)
где: />-значение коэффициента зависит отматериала валков (Кр=0,8 для чугунных валков) [9]
/>=0,95.
Значение /> — коэффициента, учитывающийвлияние скорости валков (скорости прокатки) на коэффициент трения, принимаемсогласно табл.24 [10]
/>
/>
Падение температуры металла при прокатке происходит из-за потерьтепла в результате излучения, отдачи тепла конвекцией воздуху, омывающемуполосу, потерь с охлаждающей водой, теплоотдачи валкам.
При прокатке выделяется тепло, пропорциональное работе,затрачиваемой на деформацию.
Находим температуру раската в каждом проходе по формуле В. А.Тягунова
/> (7.10)
/>
где t — температура в анализируемом проходе, °С;
to — температура в предыдущем проходе, °С;
h — толщина прокатываемой полосы в предыдущем проходе, мм;
z — время прохода с последующей паузой, сек.
Находим степень деформации
/> (7.11)
/>
Логарифмическая степень деформации
/> (7.12)
/>
Определим количество проходов:
/>
Где n – число проходов;
/>суммарная вытяжка;
/> средняя вытяжка.
/>
Так как стан реверсивный число проходов должно быть нечетным,принимаем число проходов n=25.
7. Расчет энергосиловых параметров
Произведем расчет энергосиловых параметров (ЭСП) для 3-го прохода,так как в первых двух проходах происходит снятие конусности слитка.
Среднюю скорость деформации рассчитываем по формуле А. И. Целикова
/> (7.13)
/>
Находим сопротивление деформации по методике кафедры прокаткиЮУрГУ:
/>
/>
где kj — термомеханические коэффициенты, определяемые для каждоймарки стали экспериментальны, для стали 18Х12Н10Т />=189,2 МПа.[12].
Коэффициент напряженного состояния /> определяется по методике БровманаМ. Я. [1]
/> (7.15)
где /> — фактор формы;
m=0,37,
/>
/> — средняя высота вочаге деформации, мм
/> (7.16)
/>
Расчет среднего удельного давления металла на валки выполняем повыражению
/> (7.17)
/>
Находим горизонтальную проекцию площади контакта металла свалками:
/> (7.18)
/>
где /> - средняя ширина металла в очагедеформации,
/> (7.19)
/>
Определяем усилие прокатки:
/> (7.20)
/>
Находим момент на валках:
/> (7.21)
/>/>
/> (7.22)
/>
Максимальный крутящий момент на валу электродвигателя:
/> (7.23)
Где /> — статический момент;
/> — динамический момент;
/>момент холостого хода.
Момент трения в подшипниках валков
/> (7.24)
где /> — коэффициент трения в подшипникахвалков, принимаемый для подшипников с коническими роликами равным 0,004,жидкостного трения -0,003, скольжения с бронзовыми вкладышами — 0,07...0,1 тоже с текстолитовыми вкладышами — 0,01...0,02;
/> - диаметр шейки валков.
/>
/>
КПД главной линии стана определяется потерями в шпинделях смуфтами и можно принять />=0,9
/> (7.25)
/>
Момент холостого хода необходимый для привода главной линиипрокатного стана во время паузы принимаем равным:
/> (7.26)
/> (7.27)
/>
/>
Мощность на валу двигателя
/> (7.28)
/>
Расчёт ЭСП с использованием ЭВМ Расчет энергосиловых параметровпрокатки в последующих проходах был выполнен по представленному выше алгоритму наЭВМ с использованием программы электронные таблицы (Excel).
Результаты расчетов приведены в табл. 7.1. Диаграммы распределенияотносительного обжатия по проходам, изменения температуры, давления металла навалки, момента прокатки представлены в приложениях 1,2,3 и 4 соответственно.
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод,что при прокатке стали 12Х18Н10Т с назначенными обжатиями, энергосиловыепараметры не превышают критических значений.
Таблица 7.1
Энергосиловые параметры прокатки слитка /> мм из стали18Х12Н10Т№ прохода
P,
MH.
MB,
kHм.
Nдв.
kBт. 1 2 3 4 1 9,51 113,9 2673,4 2 9,87 118,1 2765,1 3 10,28 122,8 2867,5 4 11,24 133,9 3110,8 5 11,02 119,9 2854,4 6 12,53 136,0 3213,3 7 14,45 156,4 3665,9 8 15,72 162,9 3843,0 9 17,79 179,7 4242,4 10 19,48 187,1 4457,7 11 19,89 180,8 4367,5 12 20,90 188,8 4558,1 13 22,12 198,3 4786,1 14 21,45 180,0 4432,2 15 20,80 162,0 4085,0 16 20,20 144,4 3746,2 17 19,45 12507 3381,4 18 18,19 104,3 2943,0 19 15,91 78,6 2378,7 20 12,09 49,0 1666,6 21 10,15 35,6 1335,7 22 7,45 21,6 953,5 23 8,17 23,4 1022,5 24 4,53 9,4 593,0 25 4,80 9,9 615,9
8. Расчет элементов конструкции клети прокатного стана кварто — 2800
8.1 Расчет рабочего валка на прочность
При расчете валок рассматривается как балка, лежащая на двухопорах, с расстоянием между ними равным расстоянию между осями нажимных винтов(серединами шеек).
На прочность проверяют следующие элементы валков клетей кварто:бочку на изгиб; приводную шейку на совместное действие изгиба и кручение. Прирасчете рабочего валка на прочность опорный валок с рабочим рассматриваются какединая система.
Расчет бочки рабочего валка на изгиб
/> (8.1)
/>
где />-максимальное напряжение изгибапосередине бочки;
P — давление металла на валки;
L — длинна бочки валка;
L — длинна шейки валка;
В — ширина раската;
D – диаметр валка.
Допустимое давление на валки:
/> (8.2)
/> — принимаем для стальных валков/>.
/>
Расчет шейки на совместное действие изгиба и кручение.
/> (8.3)
/>
где /> — максимальное напряжение изгиба шейкивалка, кг/мм2,
dш — диаметр шейки валка, мм.
/> (8.4)
/>
здесь /> - напряжение кручение в шейке;
Мкр — крутящий момент валка;
Суммарное напряжение в шейке рабочего валка
/> (8.5)
/>
/> (8.6)
/>16МН — допускаемое напряжение накручение.
Рассчитанный на прочность рабочий валок отвечает всем требованиямпрочности, предъявляемых для этого типа стана, которые предъявлены к данномурабочему валку для прокатки на стане «2800» кварто из марки стали 12Х18Н10Тразмером 17x2020 мм.
8.2 Профилировка рабочих валков
Под профилировкой листовых валков понимается придание их бочкеопределённой формы, чтобы в идеальном случае щель между валками при прокаткебыла с параллельными сторонами. При этом профиль бочки должен компенсироватьпрогиб и тепловую выпуклость валка. Кроме того, профиль бочки долженкомпенсировать износ и обеспечить устойчивость раската при прокатке [1].
/> (8.7)
где у — суммарная выпуклость (или вогнутость) валков при шлифовке;
/> — суммарный прогиб опорныхи рабочих валков;
/> — сплющивание рабочихвалков в очаге деформации;
/> - износ валков;
/> — суммарная тепловая выпуклостьвалков;Прогиб валков
Прогиб валка можно компенсировать выпуклой профилировкой. Величинапрогиба зависит от давления металла на валки, размеров валка и его материала.При расчете прогиба валок рассматривается как балка, лежащая на двух опорах инагруженная равномерно распределенной нагрузкой на ширине листа. Прогиб валкаможно компенсировать только выпуклой профилировкой.
/> (8.8)
где /> - максимальный прогиб валка, см.
Р — полное давление металла на валки, кг.
D — диаметр валка, см.
L — длина бочки валка, см.
l — длина шейки валка, см.
Е — модуль упругости (Юнга) материала валка, />
N -коэффициент зависящий от ширины листа (раската) b, от отношения
b/L+l. N=6,8.
/>
Вычисленный прогиб — это прогиб рабочего валка между опорами.Упругое сплющивание валков
Упругое сплющивание валков можно определить, воспользовавшисьсхемой А.И.Целикова и пренебрегая упругой деформацией полосы (рис.8.2).
/> (8.9)
/> (8.10)
/>
Рис. 8.2. Упругое сплющивание валков
здесь v — коэффициент Пуассона материала валков (модуль упругостивторого рода для чугуна v=0,4);
Е — модуль упругости первого рода;
г — радиус валка;
р — удельное давление металла на валки.
После подстановки в уравнение (8.10) значений Е имеем:
/> (8.11)
/>
/>Тепловая выпуклость
Тепловая выпуклость, в противоположность прогибу, должнакомпенсироваться вогнутой профилировкой или прогибом. Величина тепловойвыпуклости валка по длине бочки зависит от его диаметра и разности температурмежду краями и серединой, которая, в свою очередь, зависит от ширины листа иохлаждения бочки и шеек.
Увеличение диаметра валка за счёт разности температур определяетсяпо формуле:
/> (8.12)
где а — коэффициент линейного расширения материала валка принагревании, />;
d-диаметр валка, мм;
/> — температура середины бочки, 70°С;
/> — температура краёвбочки, 30 °С
/>
Износ валков
Количественно рассчитать износ весьма затруднительно, так как онопределяется очень многими факторами, поэтому его определяют практически путёмзамеров на прокатанном листе или самого валка.
/>
Рис.8.3. Профилировка рабочих валков.
Устойчивое положение раската в валках при прокатке возможно тольков том случае, если щель между валками будет иметь выпуклую форму. При этомраскат самоцентрируется, очевидно, вследствие вынужденной утяжки металла, происходящейиз-за неравномерности деформаций по ширине полосы.
После подстановки полученных данных в уравнение (8.7) получим, чтопрофилировка рабочих валков будет иметь выпуклую форму (рис.8.3).
у= +0,3 мм.
8.3 Прочность станины прокатного стана кварто 2800
Станина рабочей клети является самой ответственной детальюпрокатного стана. В ней расположены валки стана, производящие непосредственнуюдеформацию металла при прокатке. Все давление металла на валки, возникающее припрокатке, воспринимается станиной. Поэтому при конструировании и изготовлениюстанин особое внимание уделяют ее прочности и жесткости.
В клети листопрокатного стана 2800 применяется станина закрытоготипа. Она представляет собой литую массивную жесткую раму. В середине станиныимеются окна для установки подушек валков. В низу станины имеются приливы(лапы), при помощи которых ее устанавливают на плитовину и крепят болтами.
Расчёт станины на прочность производится по методике,разработанной А. А. Королёвым. Станины рассчитывают на максимальноевертикальное усилие, действующее при прокатке на шейку валка. Горизонтальнымиусилиями, действующими на валки и станину в момент захвата, обычнопренебрегают, так как по сравнению с вертикальным усилием их величинанезначительна [11].
Для упрощения расчёта станину представляют в виде жесткойпрямоугольной рамы, состоящей из двух одинаковых стоек и двух одинаковыхпоперечин (рис. 8.4).
Со стороны нижней подушки на нижнюю поперечину и со сторонынажимного винта на верхнюю поперечину станины действуют вертикальные силы Y,равные максимальному усилию, воспринимаемому шейкой валка при прокатке. Влистовых станах это усилие равно половине максимального давления металла навалки
Y = P/2; (8.13)
где Р- максимальное давление металла на валки.
Y =7,7 МН.
Под действием силы Y в углах жесткой рамы возникнут статически неопределимые моменты M0.Эти моменты будут изгибать стойки внутрь окна станины, а поперечины — противдействия сил Y. На рисунке показанынейтральные линии сечений поперечин и стоек станины, проведённые через центрытяжести сечений, и их и вменение при деформации станины.
Каждая стойка станины растягивается под действием силы Y/2 иизгибается постоянным по всей высоте стойки моментом М0. Напряжениерастяжения в любом сечении по высоте стойки определиться:
/> (8.14)
где F2— площадь сечения стойки станины;
F2=(l...l,2)d2, (8.15)
здесь d-диаметр шейки валка.
/>
Рис. 8.4. Схема к расчёту станины закрытого типа F2= 0,869 м2,
/>=73,2 МПа.
Под действием изгибающего момента М0наружная сторонастойки будет испытывать напряжение сжатия, а внутренняя — напряжениерастяжения.
Определим растягивающее напряжение от изгиба:
/>=M0/W2, (8.16)
где W2 — момент сопротивления сечения стойки.
Определим момент инерции сечения стойки:
J2=(B*H)3/12, (8.17)
J2=0,025 м4.
Хc=0,45 м.
W2=J2/x2 (8.18)
W2=0,055 м3.
Определим момент инерции сечения поперечины:
J1=0,07 м4;
yc=0,65 м.
Определим момент сопротивления сечения поперечины:
W1=0,l 07 м3.
Определим статически неопределимый момент в углах рамы:
M0= (Y*l1/4) *[l/(2 *(1 +l2/l1*J1/J2))], (8.19)
М0=111,8 кНм.
Подставим значение М0W2 в формулу (6.3),получим
/>=81,5 МПа
Определим изгибающий момент в поперечине:
Mn=(Y*l1/4)-M0, (8.20)
Мn=1614,7 кНм.
Определим напряжение изгиба в середине поперечины:
/> (8.21)
/>=15,08 МПа.
Определим напряжение растяжения в стойке станины:
/>=(Y/2 *F2) + (M0/W2), (8.22)
/>=5,914 МПа.
Станина изготовлена стального углеродистого литья, содержащего0,3% углерода и имеет предел прочности /> =50 Н/мм2 [12].
Определим запас прочности станины
/>, (8.23)
n=33,15.
/>
где /> — допустимый запас прочностистанины.
Расчет на прочность станины выполняется.
9. Расчет производительности и технико-экономических показателейработы прокатного стана
Производительность определим по массе годного металла, полученногопосле его отделки. Расчете производительности определим по всаду, т.е. по массепоступивших на стан слитков.
Основным показателем использования прокатного стана является его производительностьв фактический час работы;
/> (9.1)
где G — масса слитка, т; Т — ритм прокатки, с.
Как видно из формулы, часовая производительность прокатного станапрямо пропорциональна массе прокатываемого металла и обратно пропорциональнаритму прокатки. Ритм прокатки определяется временем необходимым наосуществление процесса прокатки металла с учетом основных и вспомогательныхопераций. Чем меньше ритм прокатки, тем выше производительность.
Ритм прокатки стана равен:
/>, (9.2)
где /> — суммарное машинное время всехпроходов, с; /> — суммарное время пауз, с; /> — интервалмежду раскатами, с.
Машинное время для 25 проходов рано:
/>/> (9.3)
где /> - длина полосы в i проходе
/> — скорость прокатки в /> проходе, м/с.,тогда
Скорость и длина раската приведены в таблице 9.1
Таблица 9.1
Скорость и длина раската№ прохода
L,
мм.
V,
м/с. 1 1829 0,5 2 1967 0,5 3 2130 0,7 4 1135 0,5 5 1242 0,5 6 1372 0,5 7 1531 0,5 8 1715 0,5 9 1937 0,7 10 2125 1,0 11 2420 1,0 12 2802 1,2 13 3328 1,5 14 3993 2,0 15 4840 2,2 16 5916 2,5 17 7260 2,7 18 8873 2,9 19 10648 3,0 20 12286 3,2 21 13889 3,4 22 15211 3,5 23 16813 4,0 24 17744 4,0 25 18791 4,0
Определим суммарное машинное время />
/>189 с.
Определим суммарное время пауз:
/>
/>
где n – число проходов, n=25.
/>
Определим ритм прокатки:
/>
Практически часовая производительность прокатного стана будет нижетехнически возможной, так как при работе прокатного стана неизбежны потеривремени, связанные с нарушением технологии, нечеткостью и неорганизованностьюработы стана. Эти потери времени учитываются коэффициентом использования стана />, которыйопределяется отношением чистого времени прокатки к фактическому времени работыстана. Обычно коэффициент использования стана лежит в пределах 0,85-0,95.
В общем случае часовая производительность определяется по формуле
A=(3600/T)G/>. (6.3)
Где /> - вес слитка, т.;
T – ритм прокатки, с.
/>
/>
Где /> часов в году;
/>время на перевалку и обслуживаниестана, ч.;
/>время на капитальные ипланово-предупредительные ремонты, ч.
Тогда:
/>
10. Определение расхода энергоносителей, валков и вспомогательныхматериалов
При производстве проката важное значение имеет знание затрат напроизводство того или иного вида проката. Эти издержки производства называются себестоимостью.В себестоимость 1 т готового проката входят расходы металла, топлива,электроэнергии, воды, валков, смазочных материалов, огнеупоров и прочиерасходы. Расход металла зависит от марок прокатываемых сталей, сортаментаконечной продукции, типа прокатного стана и складывается из потерь металла наугар в нагревательных печах и во время прокатки, а также потерь на обрезь,отбор на контрольные пробы, брак, недокаты.
Расход металла на стане определяется расходным коэффициентом, которыйпредставляет отношение количества металла, необходимого для производства 1 тготового проката к 1т готового проката.
При прокатке толстых листов расходный коэффициент равен длякипящей углеродистой стали — 1,18-1,23; для спокойной углеродистой стали — 1,20-1,25; для низколегированной стали — 1,20-1,27. [4]
При определении расхода топлива учитывается тип нагревательныхустройств, их конструкция, форма и размеры нагреваемого исходного металла,температура посадки и его выдачи. Для методической трёхзонной печи расходтоплива равен /> на 1 тонну нагреваемого металла.
При прокатке на расход электроэнергии с учётом типа прокатногостана, схемы прокатки, энергоемкости прокатываемого профиля и других факторовравен />
Вода в прокатных цехах расходуется на различные технологическиеоперации, такие как охлаждение нагревательных устройств, удаление окалины споверхности металла, смыв окалины, охлаждение валков и подшипников скольжения,приготовление травильных растворов, смазочноохлаждающих жидкостей, электролитови др. Расход воды равен />
В процессе производства проката валки прокатных становизнашиваются. Их износ зависит от ряда факторов: сортамента прокатнойпродукции, качества изготовления валков, числа переточек валков, применяемой,системы калибровки или профилирования, температурного режима работы валков идр. Расход валков относят к одной тонне годного проката. Существенное изменениерасхода валков возможно в результате восстановления изношенных валковразличными способами. Данные о расходе валков, приведены в табл.
Таблица 10.1
Расходе валковСтан
Количество прокатанного металла
между переточками, т Число переточек одного валка, ед
Число валков,
шт/г.
Расход валков,
кг/т Кварто -2800 3000-10000 10-50 25 1,25
Расход смазочных материалов зависит от типа прокатного стана, конструкцииотдельных его узлов и механизмов. Расход смазочных материалов, равен 0,04 кг/т.
Огнеупорные изделия в прокатных цехах используют для ремонтаразличных нагревательных печей. Величина расхода огнеупоров, количестваогнеупоров в кг на тонну проката, для нагревательных методических печей 0,6кг/т.
11. Методы контроля и управления качеством продукции
Основные виды и причины брака из-за нарушения технологии нагрева,а также меры по устранению и предупреждению их приведены в таблице 11.1.
Таблица 11.1
Основные виды и причины брака металла и меры по их устранению ипредупреждениюВид дефекта, брака Причины брака Меры по устранению и предупреждению дефекта. Недогрев слитков, слябов (визуально). а) низкая температура по зонам печи б) недостаточное время пребывания металла в печи. а) повышение температуры печи по зонам, увеличением расхода топлива б) снижение темпа выдачи слитков. Неравномерный нагрев металла по толщине или длине (визуально). а) непрогретая монолитная подина после длительной остановки печи б) недостаточная выдержка металла в томильной зоне в) чрезмерный подсос наружного воздуха через боковые окна а) дополнительный подогрев томильной зоны; б) изменение темпа выдачи металла из печи в) повышение давления газов в печи. Пережог металла в печи (визуально). а) высокие температуры по зонам печи б) нагрев в чрезмерно окислительной атмосфере печи. а) устранение превышения температур в зонах печи; б) проверить состояние форсунок и режим сжигания топлива.
Контроль нагрева металла
При остановках стана необходимо снизить температуру по зонам печи,чтобы не допустить перегрева и обезуглероживания металла. При остановке станаот 40 до 60 мин. температура по зонам снижается на 50-100 °С; при остановкестана от 1 до 4 часов температура по зонам снижается на 20 -300 °С. Рабочаятемпература печи должна быть восстановлена за 30 — 60 мин. до начала прокатки взависимости от массы слитка и продолжительности простоя стана (слитки V типагреть не менее 40 мин., слитки I типа не менее 50 мин.).
За работой горелок должно быть установлено постоянное наблюдениеобслуживающего персонала, горелки должны работать равномерно, давая ровныйфакел. Факел должен быть светло- желтым, слегка коптящим. При засорениигорелочных отверстий или закоксовании носика горелки, горелку следуетпрочистить или заменить.
Прокатка листов
Прокатка слитков и слябов производится на стане кварто«2800».
Замер температуры конца прокатки слитков и слябов производится припомощи переносного ручного и стационарного автоматического пирометра ОППИР-017ГОСТ 8335.
Температура начала прокатки определяется после удаления окалины,т.е. после второго -четвёртого пропуска для углеродистых марок стали и послевторого — шестого пропуска для конструкционных марок стали. Температура началапрокатки должна быть не менее 1180 °С и 1150 °С соответственно для слитков ислябов, которая обеспечивается температурой нагрева металла в печи и выборочноконтролируется при помощи переносного автоматического пирометра ОППИР-017.Непрогретые, а также остывшие слитки и слябы к прокатке не допускаются.
Температура конца прокатки слитков и слябов,должна быть не выше 1000°С но не ниже 900°С. Температура конца прокатки не ниже850°С. Температура в последнем пропуске перед проглаживанием.
Температура конца прокатки замеряется выборочно на листах каждойплавки. Если плавка прокатывается на несколько профилей, замер температурыконца прокатки производится на каждом профиле листов.
В процессе прокатки валки непрерывно охлаждаются водой. Количествоподаваемой воды должно регулироваться старшим вальцовщиком в зависимости оттемпа прокатки и длины лис
тов. В случае перерывов в прокатке, в зависимости от ихпродолжительности, количество подаваемой воды для охлаждения валков сокращаетсяили подача ее совсем прекращается. Температура оборотной воды должна быть неболее 30 °С, содержание в ней масел не более 50 мг/л. Взвешенные веществакрупностью до 40 мкм должны составлять 50-100 мг/л. Контроль за состояниемоборотной воды производится работниками экологической лаборатории. В случае превышениядопустимых норм, необходимо остановить стан до устранения повышеннойзагрязненности.
Очистка поверхности раската от окалины производится в процессепрокатки гидросбивом с задней стороны рабочей клети. Во избежание образованияхолодных концов, что может привести к порче валков, при прокатке листовтолщиной от 8 до 12 мм включительно, включение гидросбива производитсякратковременно. Для предупреждения образования царапин на нижней стороне листовпроводки среднего и нижнего валков должны быть подобраны по высоте. Всенеровности проводок обязательно зачищаются наждачным камнем.
Замер толщины производится периодически ручным толщиномером сценой деления 0,1 мм.
Прокатка листов производится на минусовых допусках по толщине приэтом необходимо учитывать: — выработку валков (таблица 11.2).
На протяжении смены производится периодическая проверка:
- выработкивалков;
- ширинылистов.
По мере необходимости производится проверка температурной усадкиметалла (таблица 11.3).
Таблица 11.2
Допускаемые отклонения по толщине листов и допускаемая выработка,мм
/>
Таблица 11.3
Припуски на температурную усадку по толщине листа при прокатке
/>
Отделка листов
Все листы после прокатки проходят горячую правку на роликовоймашине. Листы свыше 30 мм не правятся. Загнутые концы листов перед задачей вмашину должны выправляться.
Во избежание образования вмятин при правке, не допускается задачав машину листов с загрязненной поверхностью.
Листы с дефектами: местные утолщения, складки, загнутые кромки,-править только после удаления последних.
После охлаждения контролер ОТК производит осмотр листов с обоихсторон, замеряет толщину листов с учетом температурной усадки согласно таблице11.4 и отмечает дефектные места.
Таблица 11.4
Величина температурной усадки листов по толщине, мм
/>
РАЗМЕТКА, ПОРЕЗКА, КЛЕЙМЕНИЕ И ЗАЧИСТКА ЛИСТОВ
Разметка листов под порезку производится на разметочной машинесогласно заказу с учетом температурной усадки металла (см. таблицы 11.5, 11.6).При разметке листов правая кромка размечается, а величина обрези с левой кромкиопределяется периодически проверкой ширины не обрезного листа.
Таблица 11.5
Величина температурной усадки листов по ширине
/>
Таблица 11.6
Величина температурной усадки листов по длине
/>
Разметка листов из слитков спокойной стали производится вследующем порядке:
- принормальной толщине раската в донной части разметка начинается с донной части;
- доннаяобрезь должна быть минимально необходимой при условии отсутствия закатов,расслоения и выхода листов по заказу;
- вслучае выхода толщины донного конца раската за пределы минусового допускаразметка начинается с головной части раската;
- обрезкаголовной части раската производится по заплечикам;
- боковаяобрезь для листов, прокатанных из слитков всех типов и слябов, должна бытьминимальной, обеспечивать полное удаление кромочного заката, не менее 35 мм насторону;
- длинабоковой обрези должна быть не более 1700 — 1900 мм.
Отходы листов, образующиеся от вырезки дефектов длиной менее 2-хметров называются дополнительной обрезью и относятся на расходный коэффициентпо производству толстого листа.
Торцевая обрезь листов, прокатанных из слябов, определяется изусловия полного удаления заката. ,
Определение механических свойств металлопроката производитсянеразрушающим методом контроля на листах испытанием образцов в условиях ЦЗЛ.
Разметка образцов для механических испытаний в условиях ЦЗЛ,производится контролером ОТК согласно ГОСТ 7564 и таблицам 13 и 14, причемобразец на растяжение берется на расстоянии 1/4 ширины раската от центра его.Образец на испытание ударной вязкости берется рядом с образцом на расстояние,но в пределах зоны средней трети полуширины листа. Образцы для испытания наизгиб, макро и на величину зерна берутся рядом с разрывным и ударным образцами согласнорисунка 11.1. Для спектрального анализа отбирают 3 образца, у края, середины и1/2 полуширины листа. Количество листов, отбираемых от партии для проверкикачества металла, определяется стандартами на виды продукции. От каждогоконтрольного листа берется только по одному комплекту образцов для механическихиспытаний.
При необходимости уточнения химического состава стали производитсяконтроль в готовом листе. Метод отбора проб для определения химического составастали по ГОСТ 7565. Отбирают одну пробу от листа. Для характеристикихимического состава плавки количество контрольных листов — 3. В случаепоступления плавки с отметкой в отвесной «аварийная» контроль химическогосостава в готовом листе обязателен.
Порядок, количество и размеры проб, отбираемых от каждой партииплавки и листа, в зависимости от марки стали и назначения приводится в таблицах11., предназначенном для сварных конструкций, массовая доля углерода не должнапревышать 0,22 % согласно ГОСТ 14637. Для судостроительной стали отбирается намеханические испытания один лист наибольшей толщины, входящий в партию. Вырезкапроб производится от листов при температуре не выше 100 °С. Замер температурыпроизводится визуально. Пробы от листов, прокатанные толщиной до 16 ммвырезаются в потоке (сырые). В случае, когда отбор проб производится огневойрезкой, пробы отбираются с до пуском + 50 мм к размеру проб. На всейповерхности проб не должно быть «наплывов,» образовавшихся врезультате огневой резки.
После вырезки один комплект проб для механических испытанийнаправляется в механическую лабораторию. При получении неудовлетворительныхрезультатов по какому-либо
показателю, по нему проводят повторные испытания на удвоенномколичестве листов. При получении неудовлетворительных результатов повторныхиспытаний допускается проводить сплошной контроль по показателям, по которымэти испытания не выдержаны. Допускаются применение неразрушающих, в том числестатистических методов контроля проката.
Каждый лист клеймится на клеймовочной машине в соответствии с ГОСТ7566. Маркировка наносится на расстоянии не более 200 мм от конца листа. Знакмаркировки включает:
- товарныйзнак изготовителя, номер бригады;
- маркустали;
- номерплавки;
- номерпартии;
- толщинулиста;
- знакТМ (поставка по теоретической массе);
- листыкотельных марок стали, дополнительно маркируются присвоенным номером листа.
- Листыс необрезной кромкой клеймятся вручную:
При изготовлении листов из стали для судостроения под надзоромРегистра на каждом листе клеймо должно содержать следующие сведения:
-наименование или товарный знак завода;
-Р С (клеймо Регистра) и марку стали (например, Р С А);
-номер плавки, партии;
Дефекты на поверхности листов: плены, трещины, вкаты, неметаллическиевключения подлежат зачистке, если глубина их залегания не выводит лист запределы допускаемых отклонений по толщине.
Проверка глубины зачистки производится контролером ОТКглубиномером с точностью 0,01 мм ГОСТ 7470. Если глубина зачистки выводит листза пределы допусков по толщине, лист назначается на последующую порезку, илипереводится во второй сорт, или бракуется. Заварка дефектов на листах толщинойсвыше 30 мм допускается.
Контроль качества отделки
На лобовых и кромочных ножницах обрезка листов должнапроизводиться по линии разметки. Геометрические размеры листов (толщина,ширина, длина), периодически контролируются при осмотре. Предельные отклонениялистов по толщине, ширине и длине должны соответствовать требованиям ГОСТ19903.
Толщина листов замеряется листовым микрометром с точностью 0,01 ммГОСТ 6507 и штангенциркулем ШЦ-11-160-0,1 ГОСТ 166. Длина и ширина листов — рулеткой с ценой деления 1 мм ГОСТ 7502.
На первом листе новой плавки контролируется правильность набораклейма и четкость клеймения. На остальных листах контроль производитсяпериодически.
После порезки осматриваются кромки листа. На кромках недопускаются следующие дефекты: расслоение, трещины-расщепления, рваная илизатянутая кромка. Для конструкционных марок сталей поставляемых по ГОСТ 1577,требования по макроструктуре гарантируется без проведения лабораторногоконтроля. После порезки на ножницах гильотинного типа с многократным резомдопускаются зазубрины высотой не более 3 мм. Допускаются отдельные волосовины итрещины напряжения на кромках листов глубиной не более 2 мм и длиной не более25 мм. Величина их измеряется при помощи приспособления с индикатором часовоготипа и штангенциркуля с ценой деления 0,1 мм ГОСТ 166 или шаблона. Приобнаружении волосовин и трещин напряжения на кромках глубиной
более 2 мм и длиной более 25 мм производится порезка листа дляудаления дефектов на меньший размер.
Отклонение от плоскостности листов контролируется с помощьюспециальной метровой линейки по методике ГОСТ 26877. Линейка при замерах прикладываетсяк листу в разных направлениях по всей площади. Величина отклонения отплоскостности определяется с помощью ступенчатого калибра по наибольшемурасстоянию между поверхностью металлоконструкции и плоскостью линейки. В случаеотклонений от плоского состояния, превышающих опустимые, лист направляется наповторную правку или переводится во второй сорт.
Метрологическое обеспечение
Метрологическое обеспечение процесса производства толстолистовогопроката представлено в таблице 11.7
Таблица 11.7
Метрологическое обеспечение
/>
Продолжение таблицы 11.7
/>
Список использованной литературы
1. ЕфименкоС.П. Вальцовщик листопрокатных станов. — М.: Металлургия, 1970. — 349 с, ил.
2. ПолухинП.И. Технология процессов обработки металлов давлением. — М.: Металлургия,1988. -407 с, ил.
3. Производствотолстолистового проката на стане «2850». Технологическая инструкция ТИ 123-1П, ГЛ1-2000(Ю.И. Ловягин, З.Х Шакиров) — Аша; Ашинская типографияЧелябоблуприздата,2000-120с.
4. Бахтинов В.Б.Технология прокатного производства. — М.: Металлургия, 1978. — 488 с, ил.
5. КраузеГ.Н. Оборудование прокатных станов. — Ленинград: Государственное научно-техническоеиздательство машиностроительной литературы, 1963. — 267 с, ил.
6. КоролевА.А., Механическое оборудование прокатных цехов. — Изд. 3-е. М.: Металлургия,1965. — 584 с, ил.
7. СоколовЛ.Д., Пряхин В.А. Расчеты деталей металлургического оборудования. — М.:Металлургия, 1983. — 175 с, ил.
8. ЛахтинЮ.М. Металловедение и термическая обработка металлов. — М.: Металлургия, 1977.- 406 с, ил.
9. ЦеликовА.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. — М.: Металлургия, 1962. — 493с, ил.
10. ДубинскийФ.С., Крайнов В.И. Расчет энергосиловых параметров процесса прокатки сприменением ЭВМ: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. — Челябинск: ЮУрГУ, 1994. — 57с.
11. КоролёвА.А. Конструкция и расчёт машин и механизмов прокатных станов. — М.:Металлургия, 1969. — 464 с, ил.
12. КоролёвВ.В. Управление процессами прокатного производства. — М.: Металлургия, 1986. — 232 с, ил.
13. ЧистяковаМ.Ф. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию. — Челябинск: ЧПИ, 1988. — 33 с.
14. ГлуховВ.В., Метc А.Ф. Экономика прокатного производства. — Ленинград: Издательстволенинградского университета, 1979. — 131 с, ил.