Производство сортового проката из непрерывно-литых заготовок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

по дисциплине «Технология процессов прокатки и волочения»

на тему: «Проект литейно-прокатного модуля с косовалковым планетарным станом РSW для производства легированного мелкого сорта»

Содержание

Введение

1. Выбор и описание оборудования проектируемого литейно-прокатного модуля с косовалковым планетарным станом РSW для производства легированного мелкого сорта и его технико-экономическое обоснование

2. Выбор прокатываемого сортамента, марок сталей, исходных заготовок с указанием ГОСТов и ТУ

3. Описание технологического процесса в проектируемом литейно - прокатном модуле (цехе)

4. Баланс металла

5. Калибровка валков для прокатки круглой высокопрочной легированной стали диаметром 18мм высокой точности

6. Выбор и расчет скоростного режима прокатки по клетям (проходам с учетом разливки на МНЛЗ)

7. Определение времени, ритма прокатки и расчет производительности стана по расчетному профилю

8. Определение энергосиловых параметров и фактической мощности, приходящейся на главные приводы стана, при производстве расчетного профиля

Введение

Производство сортового проката из непрерывно-литых заготовок, по сравнению с катаными, обеспечивает: экономию металла, сокращение численности работающих, снижение сроков окупаемости при сооружении новых предприятий и снижение энергозатрат. При этом производстве появляется возможность более в полной мере использовать приемы механизации и автоматизации[1].

Организация горячего посада и низкотемпературного нагрева за счет осуществления высокоинтенсивной деформации на специальных станах, значительно решают проблему снижения энергозатрат при производстве готового проката в литейно-прокатных комплексах (модулях) «МНЛЗ - прокатный стан с высокой степенью деформации

Такие специальные станы, называемые, в общем, установками для деформации с большими обжатиями, как показало современное развитие прокатного производства за последние 20-30 лет, могут быть существенным дополнением к обычным прокатным станам.

Классификация способов деформации с большими обжатиями в настоящее время включает 3 группы систем: прокатную, ковочную и ковочно-прокатную. В большей степени сейчас применяются подходы прокатной системы. Так, в прокатную систему входят: планетарные станы Сендзимира, Платцера и Лауэнера; универсальный планетарный стан ВНИИМетмаша; планетарный косовалковый стан типа PSW фирмы Шлоеманзимаг; стан возвратно-поступательного действия Круппа-Платцера; маятниковые станы Краузе и фирмы Демаг; эксцентриковый стан фирмы Шлоеман; циклоидальный стан фирмы Фрелинг;

- в ковочную систему входят: колебательно-ковочный агрегат фирмы Кокс; установка продольной ковки фирмы ГФМ; пресс продольной ковки фирмы Зак; ковочная машина фирмы ГФМ;

- в ковочно-прокатную систему входит сомещенный агрегат для ковки и прокатки фирмы ГФМ. Во всех этих системах обеспечивается степень деформации до 90% и более, проходящая с большой интенсивностью и выделением тепла [2].

В последнее время в мировой практике все в большей степени начинает использоваться, из станов и установок указанных выше систем для производства черновой заготовки для сорта и труб, планетарный косовалковый стан PSW, который отлично согласуется с работой МНЛЗ и может использоваться в дальнейшем технологическом процессе с прокаткой-разделением.

Итак, все изложенное свидетельствует о современности и актуальности проекта.

1. Выбор и описание оборудования проектируемого литейно-прокатного модуля с косовалковым планетарным станом РSW для производства легированного мелкого сорта и его технико-экономическое обоснование

Проектируемый литейно-прокатный модуль включает: МНЛЗ; нагревательную печь; планетарный косовалковый стан РSW с большим суммарным обжатием, черновую и промежуточную группу клетей, разделительную клеть, две группы чистовых клетей, два проволочных блока; оборудование для порезки, смотки, охлаждения и правки; оборудование, связанное с термической обработкой легированных сталей, и оборудование для штабелирования и упаковки. В составе литейно-прокатного модуля находятся: машзал с различным пуско-регулирующим электрооборудованием; вальцетокарная мастерская с набором токарных и других металлорежущих станков и электромостовые краны различного назначения и грузоподъемности.

Схема расположения оборудования проектируемого литейно - прокатного модуля представлена на рис. 1.

Как видно из схемы рис.1, оборудование размещается в 4-х пролетах: разливочном, становом (где происходит прокатка и охлаждение) и в двух пролетах термической обработки, штабелирования, упаковки и складирования готовой продукции (в одном из них размещены машзал и вальцетокарная мастерская). Общая длина модуля составляет около 400 м и имеет площадь около 35 000 .

Состав, спецификация и краткая техническая характеристика оборудования, указанных на схеме основных узлов представляется следующим образом:

МНЛЗ (машина непрерывного литья заготовок) четырехручьевая, производительностью 1 млн т в год. Сечение отливаемых заготовок: квадратных (120120; 140140; 160160 и 180180 мм), круглых 180; 200 и 220мм) и плоских (100240 и 120300мм). Технологическая схема МНЛЗ представлена на рисунке 2, а техническая характеристика представляется следующими данными:

- расстояние между ручьями - 1200 мм;

- радиус базовой стенки кристаллизатора - 8м;

Рис.1 Литейно-прокатный модуль с косовалковым планетарным станом PSW для производства легированного мелкого сорта (схема расположения оборудования).

1 - четырехручьевая МНЛЗ; 2 - огневые резаки; 3 - передаточно-загрузочный шлеппер; 4 - нагревательная печь с шагающими балками; 5 - устройство для гидросбива окалины; 6 - обжимная планетарная клеть типа PSW; 7 - летучие ножницы для обрезки концов; 8 - черновая группа клетей 420; 9 - аварийные летучие ножницы; 10 - промежуточная группа клетей 330; 11 - разделительная клеть; 12 - разделительный желоб; 13 - чистовая группа клетей 250; 14 - летучие ножницы; 15 - холодильник; 16 - роликоправильные машины; 17 - передаточно-сортировочные стеллажи; 18 - ножницы холодной резки готовой продукции; 19 - штабелеукладчик с упаковочным устройством; 20 - шлеппер и стеллаж предварительного охлаждения легированных сталей; 21 - термостатные агрегаты замедленного охлаждения легированных сталей; 22 - передаточный шлеппер со стеллажами окончательного охлаждения; 23 - сортировочный стеллаж; 24 - стеллажи с карманами отбракованной продукции; 25 - передаточная тележка; 26 - яма для окалины; 27 - дымовая труба; 28 - уборочно-загрузочная решетка.

Рис. 2 Технологическая схема комбинированного литья заготовок различного поперечного сечения на МНЛЗ.

1 - промежуточный ковш; 2 - стакан-дозатор; 3 - выступ вокруг стопора-моноблока; 4 - радиальные кристаллизаторы с большим и малым поперечными сечениями; 5 - тянущие клети; 6 - подвижные установки газовых резаков.

- число точек разгиба - 2 шт;

- радиус разгиба - 15м;

- масса жидкого металла в сталеразливочном ковше - 120т;

- масса жидкого металла в промковше - 25т;

- уровень металла в промковше - 800мм;

- скорость разливки - 2,5 - 5,9 м/мин;

- тип затравки - «жесткая»;

- длина гильзы кристаллизатора:

при отливке квадратных заготовок - 1100мм,

при отливке круглых заготовок - 800мм;

- вторичное охлаждение:

тип - воздушное,

число зон - 3 шт;

- вид режущего устройства - кислородно - газовое;

- количество плавок в серии - до 15шт.

Для улучшения качества поверхности и снижения внутренней неоднородности слитка в МНЛЗ предусмотрено электромагнитное перемешивание металла в кристаллизаторе. Параметры качания в кристаллизаторе выбираются в зависимости от скорости разливки: амплитуда колебания до 16мм, частота до 400 кач/мин, - все это позволяет исключить зависание образовавшейся корочки металла. Скорость движения охлаждающей воды в кристаллизаторе 12 - 15 м/с при максимальном давлении 8 бар [3].

Тип промежуточного ковша «дельта». Тележка промежуточного ковша оборудована системой взвешивания, которая обеспечивает стабильность уровня стали в ковше.

Регулирование расхода металла на ручей осуществляется за счет стаканов - дозаторов.

Зона вторичного охлаждения состоит из 3-х независимых участков общей длиной 6,5м. Тем самым вторичное охлаждение подразделяется на участки для оптимизации затвердевания с целью ограничения температуры вторичного разогрева поверхности заготовки и уменьшения термических напряжений для исключения возможности образования внутренних напряжений в заготовке при выпрямлении, тянуще - правильный агрегат спроектирован с большим радиусом и двумя точками правки.

Маркировочная машина МНЛЗ автоматически выполняет маркировку заготовок в соответствии с номером плавки, номером ручья и номером заготовки на ручье.

МНЛЗ оборудована современной системой автоматики, которая управляет всем процессом разливки от начала и до конца серии.

Устройство для огневой резки непрерывно литых заготовок. В настоящее время являются наиболее простыми способами для получения мерных сортовых заготовок. Эти устройства представляют собой передвижные машины с газокислородными резинами, которые в момент реза двигаются вместе с машиной на которой они установлены со скоростью движения заготовки и после порезки возвращаются в исходное положение.

Передаточно - загрузочный шлеппер . Предназначен для разгрузки ручьев МНЛЗ от порезанных заготовок и подачи их для посадки в нагревательную печь для дополнительного нагрева. С помощью специального бокового сталкивателя, заготовки попадают на этот шлеппер - стеллаж по которому перемещаются с помощью специального «шагающее - блочного» механизма. Ширина посадочно - загрузочного шлеппера позволяет перемещать заготовку длиной до 12м.

Нагревательная печь с «шагающими балками» предназначена в основном для дополнительного нагрева горячих непрерывно - литых заготовок, а также для нагрева холодных заготовок в процессе аварийных или плановых остановок МНЛЗ. Печь имеет две системы шагающих балок, рассчитанных на горячий и холодный всад, обеспечивает двухсторонний обогрев поступающих заготовок с помощью газовых горелок, использующих природный газ. Печь позволяет нагревать заготовки длиной до 12м. Длина печи составляет 32м, производительность до 120 т/час.

Устройство для гидросбива окалины камерного типа, обеспечивает подачу воды к поверхности нагретой заготовки с окалиной под давлением 16,7 МПа. Минимальное расстояние от сопла до поверхности заготовки составляет 200мм. Устройство имеет одно разбрызгивающее кольцо, на котором размещены восемь сопел с наконечниками из твердых сплавов. Расход воды в каждом сопле 8 литр/с, суммарный расход воды 23/ч. Управление устройством для удаления окалины автоматическое.

Обжимная планетарная косовалковая клеть типа РSW-200 , принципиальная схема которой представлена на рис. 3, состоит из стационарного редуктора и ротора с тремя расположенными под углом 120 головками валков. Клеть имеет две отдельные системы приводов: главный и компенсационный (суперпозиционный) привод. От приводов могут располагаться перпендикулярно от прокатки и параллельно, как это выполнено в проекте.

Согласно схемам конструкции стана (клети), представленных на рис. 3б и в, главный привод через ступень с цилиндрическими шестернями приводит в движение мотор. При этом установленные под углом 120 промежуточные шестерни обегают, расположенную в центре солнечную шестерню. Промежуточные шестерни находятся в зацеплении с планетарными шестернями, которые жестко насажены на шпонках на конических валках - шестернях. Они приводят в движение три вала, которые прямо встроены в головки валков.

Таким образом, главный привод вызывает вращение ротора вокруг солнечной шестерни и тем самым одновременное вращение трех валков вокруг собственных осей.

Вращение солнечной шестерни осуществляется непосредственно от компенсационного (суперпозиционного, планетарного) привода через ступени с коническими и цилиндрическими шестернями. При помощи регулируемого компенсационного привода производится коррекция общего передаточного числа клети, посредством чего предотвращается закручивание прокатываемого материала на выходной стороне. Благодаря этому такую конструкцию косовалковой - планетарной клети можно использовать также в процессах непрерывной прокатки. Оба конца ротора укреплены в подшипниках качения. Такая конструкция опор позволяет учитывать максимальную массу ротора. Планетарная клеть оснащена центральным механизмом установки валков. Для осуществления установки ротор останавливается. Одновременно через кольцевую гидролинию приводятся в действие управляемые цепные муфты, которые соединяют установочные втулки с коническими шестернями. Установка валков производится при уменьшенных крутящем моменте и частоте вращения при помощи компенсационного привода. Соответствующее положение валков фиксируется импульсным датчиком на электродвигателе компенсационного привода и демонстрируется на пульте управления в форме цифровой индикации [4].

Представленная на рис.3б конструкция планетарной косовалковой клети, имеет усовершенствованный корпус валковой головки с эксцентриковым механизмом настройки валков, который обеспечивает поворот относительной оси не совпадающей с осью промежуточного колеса и совершает сложное движение, определяемое кинематикой его приводного механизма. Поворот корпусов осуществляется от приводного эксцентрированного механизма относительно подвижной оси в пазах опорного кольца и корпуса валковой головки для сохранения сцепления зубчатых колес. Благодаря выбору определенного соотношения звеньев механизма настройки даже при значительном изменении величины раствора валков не происходит недопустимого бокового отклонения их относительно оси прокатки [5].

В проекте предусматривается установка косовалковой планетарной клети с приводом параллельным от прокатки и с эксцентрированным механизмом настройки валков. Общий вид такого планетарного косовалкового стана (клети) типа РSW в действии представлен на рис. 4.

Планетарная косовалковая клеть оборудуется в значительной степени автоматизированным устройством для передачи валков.

Охлаждение клети осуществляется при помощи установленной по центру охлаждающей трубки двойными стежками по замкнутому циркуляционному контуру. Клеть подсоединена к централизованной циркуляционной системе жидкой смазки. Наружные подшипники и лабиринтные уплотнения смазываются консистентной смазкой.

Размеры прокатываемой круглой заготовки диаметром 180-22мм позволяют выбрать планетарную косовалковую клеть типа РSW-200. Техническая характеристика такой клети может быть следующей:

- диаметр исходной заготовки, мм 180-220;

- диаметр проката, выходящий из планетарной клети, мм 70-90;

- скорость прокатки, м/с.0,5-0,6;

- коэффициент вытяжки 5,9-6,6;

- установленная мощность, кВт:

главного привода 21000;

компенсационного привода 1000;

- частота вращения двигателей приводов, об/мин 0-600;

- частота вращения ротора планетарной клети, об/мин 0-170;

- подача при диаметре проката 80 мм за один оборот ротора, мм до 200;

- материал углеродистые (С до 0,8 %),

легированные;

- температура прокатки, 1000;

- производительность централизованной системы смазки, л/мин 500.

Летучие ножницы для обрезки концов, а также порезки раската при аварии и, при необходимости на длины, кратные ширине холодильника после прокатки. Эти ножницы устанавливаются после обжимной планетарной косовалковой клети и перед черновой группой клетей 420. Максимальное сечение разрезаемых полос - 8100, при временном сопротивлении стали (при t=900) = 90 МПа Скорость подаваемого к ножницам металла может быть от 0,5 до 0,8 м/с. Привод ножниц - от четырех 230кВт электродвигателей.

Задают раскат в ножницы следящими роликами, которые служат и для определения мгновенной скорости движения раската с целью синхронизации скоростей при резке.

Черновая группа клетей 420 состоит из 6-ти двухвалковых рабочих клетей, имеющих номинальный диаметр валков 420 мм и длину бочки 700мм. Все клети комбинированного типа, характерной особенностью которых является то, что в зависимости от прокатываемого профиля рабочие валки при одном общей приводе могут быть расположены вертикально или горизонтально.

Рис. 3. Схема привода комбинированной рабочей клети (сплошные линии привод вертикальных валков; штриховые - горизонтальных).

1 - электродвигатель;

2 - вертикальный валок;

3 - горизонтальный валок.

Кассета с горизонтальными валками устанавливается на раме и фиксируется на ней в определенном положении гидрозажимами. При переходе на прокатку в вертикальных валках горизонтальные валки отсоединяются от горизонтальных шпинделей, кассета поворачивается на 90, валки подсоединяются к телескопическим шпинделям, которые при переключении привода гидроцилиндром получают вращение от электродвигателя.

Кассета унифицирована для горизонтального и вертикального расположения валков. Соединение валков со шпинделями осуществляется автоматически.

Конструкция самой кассеты выполнена бесстанинной, предварительно напряженного типа, что при сравнении с клетью обычной конструкции и при меньшей массе отличается более высокой жесткостью (в 2,5 - 4 раза) и позволяет осуществлять высокоточную прокатку [6].

Мощность привода каждой клети черновой группы осуществляется от однотипных двигателей мощностью 600 кВт и максимальной угловой скоростью 275 об/мин.

Аварийные летучие ножницы ротационного типа устанавливаются между черновой и промежуточной группами клетей и служат для аварийной порезки раската, а также для обрезки переднего конца с целью обеспечения надежного захвата металла валками после прохождения раската черновую группу клетей. Максимально разрезаемые сечения раската 1600 , временные сопротивления стали при температуре 800,у = 90 МПа, максимальная скорость полосы при резе 5 м/с [7].

Промежуточная группа клетей 330 состоит из 4-х клетей, из которых три двухвалковые предварительно - напряженные и одна универсальная, где прокатка ведется в 4-х валках. Первая клеть с вертикальными валками, а вторая и четвертая с горизонтальными валками. Последняя (четвертая) клеть одновременно является и разделительной, где производится прокатка - разделение.

Разделительный желоб предназначен для направления, разделенного на две части проката, в чистовые группы клетей. Имеет заостренный разделитель и проводковую удерживающую арматуру.

Чистовые группы клетей 250 (обе) состоят из двух предварительно - напряженных клетей, схема которых представлена на рис.4. Первая из них с вертикальным расположением валков, вторая - с горизонтально расположенными валками. Обе клети двухвалковые. Мощность привода каждой клети составляет 400 кВт при числе оборотов 160 - 1200 об/мин. В одной из групп возможно увеличение рабочих клетей до 5.

Летучие ножницы ротационного типа расположены за чистовыми группами клетей и устройствами последеформационного охлаждения проката, поступающего на холодильник. Максимально - разрезаемая площадь 650 при скорости реза до 18 м/с. Максимальное временное сопротивление разрезаемых сталей при температуре 900, не выше 90 МПа.

Рис. 4 Предварительно напряженная рабочая двухвалковая клеть 330 (конструкции ВНИИ метмаша).

1 - стяжная гайка; 2 - нажимной механизм; 3 - стяжной болт; 4 - верхняя подушка; 5 - валки; 6 - нижняя подушка.

Рабочие валки стана изготавливают из стали и чугуна. Так, грибовидные валки косовалковой планетарной клети изготавливаются из легированной высокопрочной стали 9хф2, рабочие валки черновой и промежуточной группы клетей изготавливают из чугуна ИСО сфероидизированным графитом. Валки чистовой группы клетей из отбеленного чугуна СП-62.

Все валки стана укомплектованы подшипниками качения.

На стане применяют привалковую арматуру качения и скольжения.

Перевалка валков черновой группы клетей осуществляется кассетами с помощью специального перевалочного устройства, а валки промежуточной и чистовой групп клетей осуществляется путем замены клетей с последующей заменой валков на монтажном стенде.

Холодильник для охлаждения углеродистых и низколегированных сталей имеет длину 60 м и состоит из двух частей, принимающих порезанные полосы от каждой чистовой группы клетей. Конструкция холодильника - реечного типа. На холодильнике прокат остывает, перемещается в поперечном направлении, укладывается на цепное перекладывающее устройство длиной 60 м. С перекладывающего устройства по отводящему рольгангу холодильника со скоростью до 5 м/с транспортируется к правильной машине. Для ускоренного охлаждения проката под решетками холодильника на выходной его стороне, установлены осевые вентиляторы, сориентированные так, что их воздушный поток направлен наклонно вверх против направления перемещения проката. Производительность каждого вентилятора - 26000 /час.

Роликоправильные машины, которых предусмотрено 4, имеют по 9 роликов диаметров по 250мм и предназначены для выборочной правки сортового проката. Скорость правки около 5 м/с, заправочная скорость 1 м/с, длина правильного ролика 760мм, шаг правильных роликов 250мм, максимальный момент правки 6кНм. Мощность двигателя привода 150квт. Правка производится одновременно в несколько ручьев. Если правка профилей не предусмотрена правильная машина заменяется секцией рольганга. После правильной машины раскат поступает на передаточно - сортировочные стеллажи.

Передаточно - сортировочные стеллажи выполняют роль окончательного охлаждения полос, на них производится отсортировка и сборка продукции в пачки для порезки на ножницах холодной резки. Длина передаточно - сортировочного стеллажа 60м.

Ножницы холодной резки предназначены для обрезки передних концов и последующего деления пакета на мерные длины, используя подвижной упор. Одновременно может разрезаться до прутков диаметром до 25мм с =1400МПа при резке профилрованными ножами. Частота резания 8 резов/мин. Длина ножей 700мм, ход 30мм, диапазон настройки передвижного упора 6-12м. После порезки профили поступают на штабелер - укладчик с упаковочным устройством.

Штабелер - укладчик с упаковочным устройством. Перекладывающее устройство штабелера цепного типа направляет прутки к пакетирующему устройству и оттуда попадают на сборники пакетов, где необходимое для пакета число прутков (при максимальном диаметре пакета 500мм и массе 10т) взвешивается и передается к установочному устройству, где пакет уплотняется с последующей обвязкой вязальными машинами (диаметр пакета от 250 до 500мм). После навешивания бирки готовые пакеты электромостовым краном укладываются в штабели или непосредственно в железнодорожные вагоны или автомашины.

Устройство ускоренного и регулируемого охлаждения. Прокат круглого сечения из специальных и легированных сталей и профили для армирования железобетонных конструкций после порезки на летучих ножницах транспортируются при помощи трайб - аппаратов через установку ускоренного регулированного охлаждения, которое обеспечивает термическое упрочнение, снижение вторичного окалинообразования и повышения механических свойств.

Участок охлаждения длиной 80м включает 13 секций охлаждения. Диаметры охлаждающих труб 25-40мм. Максимальный расход воды 100 /ч на секцию. На участке установлено 3 трайбаппарата с прижимным усилием ролика 5кН и диаметром 250мм. Скорость транспортировки от 8 до 20 м/с. Давление подаваемой в секции воды до 2,5 МПа с температурой ? 40 . Линия термоупрочнений имеет воздушные отсекатели, которые питаются от воздушной магистрали с давлением 0,5-0,7 МПа. Дальнейшее охлаждение раскатов производится на реечном холодильнике, интенсивно обдуваемом воздухом. Регулированием системы охлаждения раскатов на данном устройстве обеспечиваются оптимальные режимы термоупрочнения.

Устройство термообработки профилей с прокатного нагрева. Некоторые стали после порезки на летучих ножницах требуют быстрого охлаждения в воде и производят, как это было указано выше, но затем выдерживают в течение 2 -3 часов в специальных термостатных установках при 600 с последующим интенсивным охлаждением на воздухе. Для изотермической выдержки предусмотрены камерные печи. После чего профили поступают на правку, порезку, сортировку, штабелировку и упаковку на агрегаты подобные описанным выше.

Уборочно - загрузочная решетка предназначена для отправки дефектных литых заготовок на зачистку в разливочный пролет, а также подачи туда поступающих с МНЛЗ обычных литых заготовок при аварийной остановке стана.

Передаточные тележки предназначены для передачи пакетов профилей из одного пролета в другой. Грузоподъемность тележки 10т, скорость транспортировки 0,1м/с.

Яма для окалины (или окалиносборник) предназначен для сбора окалины, сливаемой водой из под рабочих клетей и рольгангов стана. Размеры поперечного сечения окалиносборника 106м, глубина 12 м; он обшит толстолистовой сталью (толщиной 14мм).

2. Выбор прокатываемого сортамента, марок сталей, исходных заготовок с указанием ГОСТов и ТУ

Конструктивные возможности проектируемого литейно - прокатного модуля с косовалковым планетарным станом РSW для производства легированного мелкого сорта позволяют производить круглые, квадратные, шестигранные и полосовые профили из углеродистых, низколегированных, легированных, инструментальных, быстрорежущих, шарикоподшипниковых, рессорно-пружинных и высоколегированных сталей обыкновенной, повышенной и высокой точности, а также профили для армирования железобетонных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей обычной и повышенной точности. Отдельные виды проката могут поставляться термообработанными [7].

Так, сортамент стана включает:

- сталь круглую, диаметром 15-25мм по ГОСТ 2590-88 и ГОСТ 22411-77;

- сталь квадратную, размерами 14- 24мм по ГОСТ 2591-88;

- сталь шестигранную, с диаметром вписанного круга 15-25мм по ГОСТ 2879-88;

- сталь полосовую, размерами (412)(4060)мм по ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405-75 и ГОСТ 18968-73;

- сталь для армирования железобетонных конструкций с номером профиля 16-25 всех пяти классов по ГОСТ 5781-82 и ГОСТ 10884-81.

Указанный сортамент круглых, квадратных, шестигранных профилей прокатывают из следующих сталей:

- углеродистые: качественные конструкционные (ГОСТ 1050-88) и высококачественные инструментальные У7а-У12А (ГОСТ 1435-74);

- легированные: конструкционные (ГОСТ 4543-71); инструментальные (ГОСТ 5950-73); рессорно-пружинные (ГОСТ14959-79); быстрорежущие (ГОСТ 19265-73);

- высоколегированные стали и сплавы - жаростойкие, жаропрочные, коррозийностойкие (ГОСТ 5632-72, ГОСТ 2246-70; ГОСТ 6862-71; ГОСТ 10994-74);

- сталь для сварочной проволоки (ГОСТ 2246-70) [7].

Профили для армирования железобетонных конструкций прокатывают из сталей: углеродистых обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) и низколегированных 35ГС, 25Г2С, 80С, 20хг2ц (ГОСТ 5781-82).

Исходной заготовкой для проката указанного сортамента является круглая литая заготовка диаметрами 180, 200 и 220мм поступает с МНЛЗ комплекса по специально установленным техническим условиям. Предельные отклонения по размерам значительно (в 2-3 раза) меньше чем у катаных заготовок и составляют 1,5мм. Кривизна и овальность заготовки должна соответствовать ГОСТ 2590-71 или оговариваться специальными внутренними техническими условиями (кривизна 5мм/м; скручивание 0,8%/м, овальность 8мм).

Отливаемые на МНЛЗ комплексе квадратные заготовки применять нецелесообразно, а прямоугольные невозможно из-за того, что в качестве обжимной клети используется косовалковая планетарная клеть типа РSW. Указанные заготовки могут быть товарными или использоваться на других примыкающих сортопрокатных станах. Максимальная длина литых заготовок составляет 12м [3].

Все виды проката поставляются в прутках длиной до 12м с допусками по длине от +30мм до +70мм (в зависимости от длины прутка.

Кривизна прутков не должна превышать 0,5% длины (а по требованию потребителя не более 0,2% длины). Пруток должен быть разрезан под прямым углом к его продольной оси. Допускаемая кривизна реза не должна превышать 0,1 диаметра.

Доля профилей в сортаменте стана составляет: сталь круглая - 50% (30% проволока и 20% мелкий сорт); сталь квадратная - 10%; сталь шестигранная - 10%; сталь полосовая - 10%; сталь для армирования железобетонных конструкций - 20%. Укрупненная программа, выпускаемых на стане профилей представлена в таблице 1.

Таблица 1. Укрупненная программа, выпускаемых сортовых профилей литейно - прокатным модулем с косовалковым планетарным станом РSW.

Наименование продукции	ГОСТ на продукцию	Марка стали	ГОСТ на материал	Годовой объем производства,
				%	тыс.тонн
1. Сталь круглая: диаметром от 15 до 25мм	2590-88; 22411-77	10-60; У7А-У12А; 30ХГС; 38ХН3МА; 9Х1,9ХС Р9; Р18 60С2Г; 50ХФА	1050-88 1435-74 4543-71 5950-73 19265-73 14959-79	30	180,0
2. Сталь квадратная, со стороной квадрата от 14 до 24 мм	2591-88	10-60; 30ХГС; 38ХН3МА; 9Х1; 9ХС	1050-88 4543-71 5950-73	10	60,0
3. Сталь шестигранная, с диаметром вписанного круга от 15 до 25мм	2879-88	10-60; У7А-У12А; 30ХГС; 9Х1; 9ХС	1050-88 1435-74 4543-71 5950-73	20	120,0
4. Сталь полосовая, толщиной от 4 до 12мм и шириной от 40 до 60мм	103-76 4405-75 18968-73	40-60; У7А-У10А; 30ХГС; 60С2Г; 50ХФА	1050-88 1435-74 4543-71 14959-79	10	60,0
5. Сталь для армирования железобетонных конструкций, №16-25	5781-82 10884-81	Ст.5; Ст.6 35ГС;25Г2С; 80С; 20ХГ2Ц	380-88 5781-82	30	180,0
Всего всех профилей	100	600,0

3. Описание технологического процесса в проектируемом литейно - прокатном модуле (цехе)

Общая технология производства сортовых профилей в литейно - прокатном модуле выглядит следующим образом.

Сталь выплавляется в современной 3-х фазной дуговой электропечи со сверхмощным трансформатором, садкой 120т.

Вся плавка разливается в один сталеразливочный ковш, который электромостовым краном подается в 4-х ручьевой МНЛЗ. В дальнейшем жидкая сталь из сталеразливочного ковша поступает в промковш емкостью 25т, а из него в 4 кристаллизатора. Общая характеристика и принцип действия МНЛЗ описан выше и представлен на нис.2.

Одним из основных факторов, обеспечивающих стабильность процесса литья заготовок и их качество, является оптимальный температурно - скоростной режим разливки металла на МНЛЗ, который зависит от температуры кристаллизации конкретной марки стали (химический состав стали).

В целом сегодня высокое качество поверхности отливаемых заготовок обеспечивают автоматической подачей эффективных шлакообразующих смесей в кристаллизатор, использованием погружного стакана с четырьмя отверстиями, применением автоматического контроля уровня металла в кристаллизаторе и индикацией температуры рабочей поверхности кристаллизатора на всем пути движения заготовки [9].

Непрерывно движущиеся литые заготовки разрезаются на требуемые длины с помощью передвижных машин с газокислотными резаками, осуществляющими рез на ходу.

Порезанные литые заготовки сталкиваются на передаточный шлеппер- стеллаж, где осматриваются и горячем состоянии не ниже 900подаются в нагревательную печь с шагающими балками. Дефектные заготовки, а также заготовки отливаемые при аварийной ситуации на стане могут поступать на уборочно - загрузочную решетку и подаваться в литейный пролет модуля (цеха), но затем уже их нагрев в последующем идет с холодного всада, что резко понижает производительность печи и увеличивает расход тепла.

Заготовки, равномерно нагретые до температуры 1000 (а в некоторых случаях 1050) подаются к обжимной клети, представляющей косовалковую планетарную клеть. Прокатка в этом случае может идти настолько интенсивно, что возможен разогрев заготовки дополнительно на 100 - 150.

Именно конструкция этой клети потребовала применение в основном круглых заготовок. В то же время, как показала практика, отливка круглых заготовок на МНЛЗ более экономична, надежна и качество их выше.

После нагрева перед прокаткой для тщательного удаления окалины, заготовки попадают в камеру гидросбива окалины, где и происходит автоматическая операция по ее удалению.

Технологию непосредственной прокатки на стане можно рассмотреть с помощью схемы, где указаны все виды рабочих клетей, объединенных в отдельные группы. Как видно из представленной схемы, прокатка осуществляется в 4-х группах клетей, каждая из которых выполняет определенные функции.

В обжимной планетарной косовалковой клети происходит очень интенсивная деформация круглой литой заготовки в круглый раскат. Степень деформации в этой клети составляет около 83-85%, а коэффициент вытяжки находится в пределах 5,9-6,6.

Такая интенсивная деформация повышает температуру раската на 70-100 и температура прокатки находится в пределах 1000-1020 и, следовательно, не завышает температуру нагрева [11].

Круглая заготовка задается через установленную по центру клети направляющую трубу. При пропуске заготовки она попадает одновременно на три валка. Головки валков установлены под определенным углом таким образом, чтобы их три оси не имели в центре общей точки пересечения.

Благодаря такому смещению осей круглая заготовка втягивается в область деформации; между тремя валками, имеющими форму усеченного конуса, образуется коническая зона деформации. На переднем и заднем концах прутка образуются тубусообразные участки, длина которых зависит от коэффициента вытяжки.

Геометрия валков довольно проста. Зона деформации (рис.8) в которой собственно происходит уменьшение сечения, образуется прямолинейной конической боковой поверхностью, затем следует также прямолинейный выравнивающий участок, длина которого выбирается таким образом, чтобы выходящий пруток имел гладкую поверхность. Размер цилиндрического колена должен обеспечивать возможность 10 кратной переточки валка до его полного износа. Технология больших обжатий тремя валками в одной зоне деформации обеспечивает хорошее сжатие металла при указанных ранее коэффициентах вытяжки.

Как указывалось выше, поперечно - винтовая прокатка обжимной клети осуществляется тремя коническими валками, расположенными под углом 120 по отношению друг к другу вокруг оси заготовки. Оси валков наклонены к плоскости ротора под углом 30.

Разворот валков относительно оси прокатки в плоскости, параллельной ротору, на некоторый угол (5-20) обеспечивает создание осевой составляющей скорости и (через посредство сил трения скольжения, возникающих при этом на контакте с заготовкой) втягивающее усилие, вынуждающее металл продвигаться в суживающуюся зону деформации. При этом нет необходимости в задающих или вытягивающих устройствах. Угол разворота непосредственно определяет величину осевой подачи в сечении выхода, а также диаметр заготовки после прокатки.

Как видно, поперечно-винтовая прокатка может осуществляться только при соевом вращении заготовки. Однако, осевого вращения заготовки допустить нельзя, так как в целом прокатка ведется на непрерывном стане. И тогда, компенсация этого вращения заготовки допускается планетарным вращением обоймы с рабочими валками с такой же угловой скоростью, но в обратном направлении. Привод обоймы (ротора) от отдельного регулируемого по частоте вращения двигателя позволяет исключить любое самое незначительное вращение заготовки, вызванное, например, изменением коэффициента трения вследствие нестабильности технологических условий. Этим устранятся основные недостатки присущие обычной поперечно - винтовой прокатке: биение выходящего профиля вокруг своей оси, вызывающее необходимость применения промежуточных поддерживающих люнетов и исключающее получение длинномерных раскатов, а также невозможность компоновки такого вида прокатки в непрерывном процессе с продольной прокаткой.

Использование принципов поперечно - винтовой и планетарной прокатки в обжимной клети проектируемого литейно - прокатного модуля, позволяет получать прокат симметричного круглого поперечного сечения, неограниченной длины, с большой степенью вытяжки.

Конические валки, вращаясь вокруг оси заготовки (независимо от наличия своего собственного вращения), описывают в пространстве ассиметричную фигуру, поверхность которой может быть определена уравнением однополостного гиперболоида. Для установления технологических параметров прокатки заготовки, поступающей в зону деформации такой формы между тремя коническими валками, каждый из которых имеет свой очаг деформации, существует определенное теоретическое исследование [11], позволяющее представить расчетную схему определения геликоидальной поверхности на планетарном косовалковом стане (см. рис.5)

Рис. 5. Расчетная схема определения геликоидальной поверхности на планетарном стане

а - при винтовом движении ближайшей образующей;

б - технологических параметров геликоида;

в - длины очага деформации.

Расстояние L между плоскостями сечений входа и выхода равно b: , где b=, является проекцией линии выхода из очага деформации на плоскость входа (выхода). Собственно длина линии выхода частиц металла определяет ширину контактной поверхности очага деформации В, которая определяется как

Контур поперечных сечений зоны деформации представляет собой выпуклый кривошипный треугольник, обладающий симметрией вращения без отражений. Выпуклые стороны треугольника очерчены эвольвентными кривыми, вогнутые участки -эллиптические (наклонные сечения конической поверхности валка).

Выходящий из валков профиль при прокатке на планетарном косовалковом стане также представляет собой трехзаходный геликоид вращения, контур поперечного сечения которого представлен выпуклым эвольвентным треугольником, описанным вокруг расчетного круга радиуса а.

Высота винтовых гребней на поверхности профиля, образованных вершинами этого треугольника, относительно размера - а, лежит в пределах 0,6-0,8мм.Так как эти винтовые гребни имеют отношение глубины к высоте не менее 1:20 1:30 как в продольном так и в поперечном направлениях, то они раскатываются в первых же двух проходах после планетарной прокатки в обжимной клети. Это позволяет в дальнейшем использовать получаемый подкат для прокатки профилей с высокой точностью, а также даже для волочения специальных профилей.

Итак, применение в проекте в обжимной клети косовалкового планетарного принципа прокатки дает следующие преимущества:

- высокие вытяжки за проход, способствуют снижению массы устанавливаемого оборудования при заданной производительности;

- компактность конструкции и малая занимаемая площадь;

- полная непрерывность и монотонность процесса деформации, отсутствие ударных динамических нагрузок и, следовательно, низкий уровень шума;

- отсутствие вводной и выводной арматуры, относительная простота электропривода;

- возможность перехода с размера на размер простой перестройкой положения валков (без перевалки);

- высокомеханизированное и автоматизированное управление работой клети, в результате чего управление может осуществлять 1 человек;

- низкие простои оборудования (перевалка трех валков осуществляется за 15 минут);

- уменьшение первичного окалинообразования, обрези и сокращения неполадок в зоне черновой прокатки, что позволяет увеличить показатели выхода годного на 1%;

- улучшение всех показателей качества проката.

Непрерывно - выходящий из обжимной косовалковой планетарной клети круглый раскат диаметром 70-90мм проходит через летучие ножницы для обрезки концов, что способствует улучшению захватывающей способности валками черновой группы клетей.

Черновая группа клетей 420, состоящая из 6-ти комбинированных клетей повышенной жесткости позволяет вести прокатку с более высокой точностью. Калибровка валков этих клетей производится по системе овал - круг. Такая система вытяжки валков наиболее предпочтительная, так как позволяет увеличить качество (точность) и пластичность раскатов, что особенно важно при получении сортовых профилей не только из углеродистых, но и легированных и высоколегированных сталей.

Для лучшего захвата раската валками промежуточной группы клетей передний конец его в отдельных случаях может обрезаться на аварийных летучих ножницах, находящихся между черновой и промежуточной группой клетей. Но основное назначение этих ножниц предназначено для аварийной порезки раската.

Промежуточная группа клетей 330 состоит из 4-х клетей, три из которых предназначены для подготовки раската к разделению, в связи с чем калибровка валков их определенным образом рассчитана и предназначена для этого. Клети эти также выполнены с повышенной жесткостью для обеспечения высокоточного раската. Особенностью прокатки в последней клети этой группы клетей является прокатка раската с одновременным его разделением.

Прокатка - разделение является третьим оригинальным технологическим решением (после использование МНЛЗ и косовалковой планетарной прокатки) в данном проекте.

В настоящее время предложено несколько способов прокатки - разделения раската в валках. Большие теоретические и экспериментальные исследования в этом вопросе, а также достаточно большой практический материал позволяют с успехом применять этот оригинальный процесс в новых проектах прокатных станов [1,12,13]. Рассмотрим некоторые из них, прежде чем принять тот, который будет использован в данном проекте.

Так, например, в работе [1] предусматривалась возможность продольного разделения раската в горячем состоянии в калибрах взаимно эксцентричных друг к другу и с переменным по окружности валка расстоянием между ними.

Однако, сведения об экспериментальной надежной и практической проверке этого способа в технической литературе отсутствуют, что не позволило предложить его данном проекте. Сложность этого способа определяется и изготовлением калиброванных валков со взаимным эксцентриситетом и др.

Современная технология прокатки - разделения использует следующие способы продольного разделения при скоростной прокатке.

Из представленных на рисунке способов наиболее качественное разделение давали способы: встречного сдвига в калибре (рис.11,а); с помощью резки на неприводных дисковых ножницах, установленных на привалковом брусе на минимальном расстоянии от валков (рис.11,б); разделение сдвигом по совпадающим наклонным граням раската (рис.11,г), и разрыв перемычки клиновым гребнем валка (рис.11,д). Однако и указанные способы имеют каждый свои преимущества и недостатки и пока нет безапелляционных рекомендаций в их использовании.

В связи с практическими данными и многочисленными исследованиями согласно работы [1] было намечено в данном проекте остановиться на способе разрыва перемычки клиновыми гребнями валков (по аналогии с рис.11,д). В связи с таким способом прокатки - разделения.

Была предложена особая калибровка валков промежуточной группы клетей 380. Для построения и расчета специальных калибров валков были использованы рекомендации [1].

В промышленных условиях качество раскатов и готовой продукции, полученной прокаткой - разделением в сочетании с непрерывно-литой заготовкой на МНЛЗ, исследовала японская фирма «Мицубиси дзюкоге» [1]. Так, место на литой заготовки переходило в зону сочленения заготовок, подвергаясь максимальной степени деформации. Было установлено, что макроструктура металла в зоне перемычки достаточно плотная и однородная. Изменение макроструктуры поперечного сечения раската при двухручьевой схеме прокатки-разделения представлено на рис.12. Так, даже после большой () степени деформации в зоне перемычки ликвационная зона не изменят первоначальной конфигурации удовлетворяет требованиям стандартов по механическим свойствам. Не установлено также негативного влияния процесса прокатки -разделения на условия ускоренного охлаждения проката в потоке стана и его механические характеристики. Глубоким травлением поперечных сечений образцов во всех случаях выявлена плотная структура металла и ликвационный квадрат не обнаружен.

В дальнейшем разделенный раскат в виде квадратного сечения поступает в две чистовые группы клетей 250 и прокатывается в них до готового профиля (круга, шестигранника, квадрата или арматурного профиля). При прокатке полосы необходима сквозная смена калибровки валков.

Для получения высокоточного проката рабочие клети чистовой группы, как уже указывалось выше, проектируют предварительно - напряженными, т.е. имеющими повышенную жесткость.

Прокатанный профиль в виде круга, квадрата, шестигранника, арматурного профиля или полосы разрезается летучими ножницами ротационного типа на 60-ти метровые штуки, которые поступают на обычное или ускоренное охлаждение.

Скорость порезки, выходящих из последней клети раскатов, составляет от 8 до 10м/с и зависит от сечения прокатного профиля. Качество реза на летучих ножницах данного типа апробировано практикой работы их на существующих мелкосортных и среднесортных станах и обеспечивается необходимыми требованиями.

Обычный сортовой прокат разрезается летучими ножницами на длины, соответствующие длине холодильника. Холодильник реечного типа длиной 60м. На холодильнике прокат остывает, перемещается в поперечном направлении; укладывается на цепное перекладывающее устройство, где формируются пакеты прутков дл дальнейшей порезки на мерные длины и правки (при необходимости). Длина передаточно-сортировочного стеллажа составляет также 60м.

Для ускорения охлаждения проката под решетками холодильника, на выходной ее стороне, установлены осевые вентиляторы, сориентированные так, что их воздушный поток направлен наклонно вверх против направления перемещения проката. Производительность каждого вентилятора составляет 20000м/с.

С холодильника охлажденный прокат поступает на роликоправильную машину, где в случае необходимости правится со скоростью 4 м/с. Если правка профилей не предусмотрена, правильная машина заменяется секцией рольганга.

От участка правки прокат поступает по транспортному рольгангу и передается к упору. Затем с помощью цепного перекладывающего устройства передаточно-сортировочного стеллажа и выравнивающего упоронакопителя формируется пакет для порезки на ножницах холодной резки.

После порезки на ножницах прокат сортируют в потоке и передают на отводящую рольгангу по участок пакетирования и штабелирования. На участке пакетирования прутки передают в карманы для увязки, а отбракованные в специальные противоположно расположенные карманы.

На участке увязки каждый пакет обвязывается 4-мя автономно работающими вязальными машинами. Время обвязки около 12с, максимальный диаметр пакета 300мм, масса пакета 1-5т.

После взвешивания и навешивания бирок пакеты отправляются на склад готовой продукции для дальнейшей отправки потребителю.

Сортовой прокат из специальных сталей имеет другую технологию охлаждения. Она может предусматривать вначале для ряда сталей ускоренное охлаждение, а в витой части замедленное охлаждение.

Так, например, прокат круглого сечения для формирования железобетонных конструкций после порезки на летучих ножницах транспортируют при помощи трайб-аппаратов через установку ускоренного регулируемого охлаждения, которое обеспечивает термическое упрочнение, снижение вторичного окалинообразования и повышение механических свойств.

Эта установка располагается рядом (параллельно) с отводящим рольгангом после порезки раската на летучих ножницах. Попадает раскат на установку с помощью специального направляющего устройства.

При такой технологии охлаждения раскат после прокатки режется летучими ножницами на 12-метровые штуки, которые поступают на участок ускоренного охлаждения длиной 72 м, включающий 5 секций охлаждения. Диаметр охлаждающих труб 30, 40 и 50мм. Максимальный расход воды 200 /час на секцию. На участке установлено 5 трайб-аппаратов с прижимным усилием ролика 5 кН и рез ролика 6-10м/с. Охлаждающая секция длиной 8м прямоточная проходного типа, состоит из подпитывающей ванны, охлаждающей трубы и двухотсечного устройства отработанного охладителя: водяного и воздушного. Длина активной зоны охлаждения всей линии термоупрочнения- 40м. Давление воды, подаваемой в секции охлаждения до 2,5МПа, температура охлаждающей воды ?40?. Линия термоупрочнения имеет воздушные отсекатели отработанного охладителя, с давлением 0,5-0,7МПа. Регулированием системы охлаждения раскатов на установке обеспечиваются оптимальные режимы термоупрочнения.

Температура самоотпуска проката после термоупрочнения составляет: дл класса Ат-ІІІс-580-650?; Ат-IV -480-580?; Ат- V-400-500?; Ат-VI-350-450?; Ат-VII-300-350?.Режим термоупрочнения стали для армирования устанавливается в зависимости от температуры самоотпуска и процентного содержания магнитной фазы изменением давления и количества воды при одноступенчатом охлаждении.

При одноступенчатом охлаждении прокат, выйдя из последней клети прокатного стана и порезки на летучих ножницах, охлаждается в последовательно расположенных секциях установок, а затем транспортируется на холодильник.

При двухступенчатом охлаждении профиль охлаждается вначале в секциях установки ускоренного охлаждения, затем проходит на открытом холодильнике участок отогрева поверхности и окончательно термически обрабатывается (изотермически закаливается) в термостойких агрегатах замедленного охлаждения. Выбор схемы упрочнения зависит от химического состава стали, профилеразмера и класса прочности.

Дальнейшая отделка (правка, порезка, упаковка) для проката из специальных сталей производится аналогичным образом, как и для проката из обычных сталей.

4. Баланс металла

Баланс металла по литейно-прокатному модулю должен соответствовать в статьях прихода массе исходной жидкой стали и ее равенству по массе статьям расхода на МНЛЗ, при нагреве в нагревательной печи (угар) и при прокатке на стане (обрезь).

На основании существующей производительности подобных прокатных станов, работающих за рубежом, а также с учетом достигнутых расходных коэффициентов или показателей выхода годного можно составлять баланс металла по проектируемому литейно-прокатному модулю.

Так, в настоящее время, вероятным является получение бездефектных непрерывно-литых заготовок в количестве 97% от выплавляемой стали [1].

Опыт работы мелкосортно-проволочных станов за рубежом, где в качестве обжимной клети использовалась 3-х валковая планетарная клеть и литая заготовка показал, что выход годного составляет 96,0% [4].

Работа нагревательных печей с шагающими балками позволяет снизить угар металла до 1,5%. Однако в технологии проектируемого стана такая нагревательная печь работает в основном на «горячем всаде» и поэтому угар металла реально может быть снижен до 1,2%.

Так как общие потери металла при прокатке непрерывно-литых заготовок на стане составляют 4%, то очевидно обрезь концов будет составлять разность между полными потерями на стане и угаром, т.е. 4%-1,2%=2,8%.

Как показывает практика работы все показатели расходов металла на обрезь и угар могут быть увеличены на 20% от средних значений, указанных выше, при производстве сортового проката из качественных и высококачественных углеродистых и легированных сталей: и, наоборот уменьшены на 20% при производстве сорта из обыкновенных низкоуглеродистых сталей.

Если выход годного обозначить как ВГ, то расходный коэффициент - Кр может быть определен как обратная величина, т.е. Кр=1/ВГ.

Таким образом, основываясь на выше представленных сведениях по выходу годного металла и используя принятую ранее укрупненную программу выпуска продукции (см.табл.1), можно представить баланс металла по проектируемому литейно-прокатному модулю в форме следующей таблицы 2.

...