Обжимное производство

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Последнее десятилетие характеризуется для прокатного производства отечественной и зарубежной металлургии широким внедрением разработок с целью повышения производительности труда, снижения расхода энергии и сырья, стоимости передела и улучшения качества проката.

Производительность повышают за счет коренной реконструкции и технического перевооружения, что позволяет выпускать продукцию мирового уровня и повышать уровень защиты окружающей среды. Экономичность прокатки повышают за счет оптимизации технологии процесса и исключения отдельных нерациональных технологических этапов. При горячей прокатке это означает максимально использовать тепло жидкого металла и меры по снижению количества отходов, обусловленных технологическим процессом. Важное значение при этом приобретает показатель выхода годного металла.

Обжимное производство модернизируется в направлении совершенствования нагревательных устройств, для улучшения качества нагрева и экономии энергоресурсов, широкое использование непрерывных процессов, автоматизации управления, увеличения выхода годного и повышения качества при одновременном снижении себестоимости продукции. Магнитогорский металлургический комбинат является внедрителем всего нового, что способствует увеличению экономических показателей. Так общий экономический эффект от повышения качества подката при установке второй машины огневой зачистки в обжимном цехе и внедрения выборочной зачистки раскатов сэкономлено 44 тыс. тонн металла. Изменение конструкции группового привода рольганга УЗТМ за ножницами N1 (демонтаж ролика и установка вместо него холостого вала) получена экономия -144029 рублей, при чем ролик может использоваться не только на этом рольганге, но и на других рольгангах цеха. Внедрение автоматизации контроля и учета обрез на ножницах обеспечивает годовую экономию металла около 5 тыс. тонн.

Работники обжимного цеха при прокатке высокоуглеродистых марок сталей используют менее жесткие схемы обжатий, что повышает выход бездефектного металла до 9%.

Для развития современных обжимных станов необходимо не только повышение значений технологических параметров, но и дальнейшее улучшение конструкции, как основного, так и вспомогательного оборудования. В связи с резким спадом производства на комбинате возникла необходимость остановки блюминга N3, и сконцентрировать прокатку всего сортамента в обжимном цехе (блюминг N2) с потенциальной производительностью 9,5-10,5 тыс. т/сутки. В обжимном цехе ОАО «ММК» постоянно усовершенствуется главная линия стана. В ходе реконструкции введена новая универсальная калибровка клети «1180», которая разрабатывалась, исходя из условий сохранения всего сортамента профилей: блюмов и слябов всех размеров, что позволило освоить новые профили 170*120, 150*200 на стане «630», заменена первая секция - приемного рольганга, что значительно увеличило производительность при прокатке слябы.

Введена в работу вторая огневая машина огневой зачистки, что позволило зачищать слябу любого профиля. Это значительно повлияло на себестоимость металла, т. е. повысилась рентабельность за счет сокращения ручной огневой зачистки металла в цехе. Перед ножницами N1, установлен клеймителъ слябовой заготовки, которой «накатывает» на ребро слябы маркировку, что значительно улучшило качество горячей маркировки и избавило от трудоемкой маркировки ручным способом.

В настоящее время, в связи с большими нагрузками на обжимной цех № 2

ОАО ММК, обусловлено возрастающей интенсификацией объемов металлургического производства, а также закрытием остальных заготовочных станов, обуславливают необходимость повышения надежности механического оборудования, работающего в особо тяжелых условиях.

Таким агрегатом, вспомогательного механического оборудования цеха, являются ножницы № 1 горячей резки.

Снижение трудозатрат и расходов на поддержание работы ножниц, возможна путем повышения их надежности. Тем более что современные условия производства требуют значительного повышения надежности оборудования и агрегатов.

1.Современное состояние и перспективы развития производства стальных заготовок

Ожидается, что мировое производство стали возрастет и к 2004 году составит 1,14 млрд. т. в год. Ранее делали упор на производство металлов и их сплавов как на одну из основ научно-технической революции. Но последние годы показали, что на первое место выходит качество металла и ее себестоимость, что в свою очередь напрямую зависит от внедрения новых технологий на всех этапах производства. Большой научно-технический опыт позволил создать высокоэффективные стали. Одним из важнейших направлений в осуществлении беспрерывного процесса прокатки стали, станет совмещенный процесс непрерывного литья заготовки с последующей прокаткой их в одном литейно-прокатном агрегате.

В данное время все более остро стоят экономические проблемы и вопросы, которые требуют незамедлительных решений. Поэтому оказалось целесообразным закрыть первый обжимной цех. И вся нагрузка на производство легла на ОЦ-2 который выполняет все необходимые ему функции.

2.Анализ работы оборудования ОЦ-2

2.1 Технологическая схема процесса производства блюмов

Слитки загружают колодцевыми кранами в колодцы для нагрева до температуры 1250-1280 °С и затем, теми же кранами, слитки выгружают на слитковоз, который транспортирует слиток к приемному рольгангу стана. С приемного рольганга слиток по транспортному рольгангу поступает к рабочей клети (в положении на ребро). Затем слиток кантуют на 90 ° и ведут прокатку по заданному режиму температуры (1000-1250 °С), обжатие 80-120 мм за пропуск и средней скорости 1,2-2 м/с.

Прокатка ведется как по одному, так и по два слитка одновременно. По обе стороны рабочей клети установлены раскатные рольганги, обеспечивающие заданную скорость прокатки.

Манипулятор снабжен четырьмя линейками из стального литья, расположенными по две перед рабочей клетью и за ней.

Рис.2.1. Схема расположения оборудования ОЦ №2 ОАО ММК



Рис.2.2. Схема манипулятора клети 1180

Кантователь установлен только за вертикальной клетью и предназначен для кантовки слитка на 90° вокруг его продольной оси, с помощью четырех крюков, вмонтированных в линейки манипулятора.

После прокатки, раскат подают к машине для огневой зачистки горячего металла, которой могут быть зачищены либо все четыре продольные, либо две широкие, либо узкие грани.

Температура зачищаемого металла 980-1150 °С, глубина зачистки 0,8-мм. Зачищенный раскат поступает к ножницам горячей резки № 1, на которых обрезают головную и донную концы раската, в том случае, если он является готовой продукцией, осуществляют порезку раската. Ножницы эксцентрикового типа с параллельными ножами, нижним резом, усилием 9 Мн. Ножницы оборудованы сталкивателем обрези, а также скребковым наклонным конвейером для ее уборки.

Далее, непосредственно за блюмингом находятся станы «630» и «530», для дальнейшей прокатки заготовки.

За станом «530» установлены вторые ножницы горячей резки для порезки раската на мерные длины. Затем заготовка поступает к клеймителю, после передаются по рольгангу к уборочным устройствам, где их сталкивают на склад или для дальнейшей прокатки на сортопрокатные станы.

2.2 Описание механического оборудования и анализ недостатков конструкций и технической эксплуатации оборудования

Главная линия рабочей клети 1180

Основным рабочим органом любого прокатного стана являются валки, вращающиеся в подшипниках установленных в рабочих клетях. Привод валков позиция 6 (см. рис. 2.3.) осуществляется от электродвигателя позиция 1, г/з переходные зубчатые муфты позиция 2, передаточные механизмы и устройства: универсальный шпиндель позиция 4, шестеренную клеть позиция 3, уравновешивающее устройство шпинделей позиция 5.

Механизмы и устройства, предназначенные для передачи вращения валкам и восприятия возникающих при обжатии металла усилий, составляют главную линию рабочей клети.

Оборудование, входящее в главную линию состоит из рабочей клети, передаточных механизмов и главного электродвигателя. В холодное время года, при температуре ниже -15 °С необходимо проводить разогрев валков.

Рабочая универсальная клеть 1180, предназначена для прокатки слитков до 25 т.

Валки приводятся во вращение от электродвигателя типа П2-1000-257 постоянного тока, реверсивного, мощностью 12600 кВт.

С каждой стороны рабочей клети расположены стальные ролики с индивидуальным приводом от электродвигателей постоянного тока, мощностью 125 кВт каждый.

Главная линия рабочей клети имеет узлы и механизмы, в конструкции которых существует ряд недостатков требующих их решения. Обращают на себя внимание нестабильность работы универсальных шпинделей, выход из строя которых, как показывает практика, происходит в среднем раз в месяц. Последствия этого могут повлечь за собой серьезные поломки в линии.



Рис.2.3.Схема рабочей линии реверсивной клети 1180

привода, и, как следствие, - большие простои. Необходимо изменить марку стали, применяемую для изготовления валков, на другую, обладающую большей вязкостью и высоким сопротивлением и изгибающим напряжением и напряжением, возникающим при прокатке.

Необходимо разработать более эффективную и экономичную систему охлаждения бочки валков, а также подшипников скольжения.

2.2.1Техническая характеристика клети 1180

Рис.2.4. Схема нажимного устройства клети 1180

Температура подаваемой воды должна быть не выше +18 С°, это требование не всегда выполняется, что ведет к более быстрому выходу из строя подшипников.

Целесообразно применять вместо стальных текстолитовые вкладыши, которые характеризуются чрезвычайно низким коэффициентом трения. Необходимо применять масло соответствующего типа и марки, в узлах, требующих сведения к минимуму потерь мощности на преодоление сил трения и уменьшения износа.

Также много забот доставляет самоотвинчивание гаек нажимного устройства. Необходимо разработать наиболее практичное и более надежное стопорное устройство для улучшения точности размеров прокатываемых заготовок.

2.2.2 Горизонтальная клеть

Горизонтальная клеть расположена за машиной огневой зачистки, служит для дополнительной прокатки блюмов.

Таблица 1. Техническая характеристика клети «Г»

Максимально возможная скорость прокатки	7,2 м/с
Номинальный диаметр валка бочки	996мм
Минимальный диаметр валка бочки	926 мм
Длина бочки	1065 мм
Длина шейки валка	480 мм
Длина опорной шейки валка	375 мм
Максимальный подъем верхнего валка	650 мм
Максимальная скорость вращения верхнего валка	1,85 м/с
Диаметр и шаг порезки нажимного винта	420 и 50 мм

Привод механизма подвешивания верхнего шпинделя осуществляется от электродвигателя типа НТК 21-6, мощностью 5 кВт.

Шпиндельное устройство состоит из двух шпинделей, грузового уравновешивания, промежуточного вала, электродвигателей.



Рис.2.5. Кинематическая схема шпиндельного устройства

Привод осуществляют от электродвигателя типа СДС 3-3-19-125-16, переменного тока, мощностью 1150 кВт каждый.

Основным недостатком этой клети является то, что, несмотря на значительные достоинства грузового уравновешивания ему свойственны следующие недостатки:

- инерция контргруза большой массы вызывает динамическиенагрузки в системе

- расположение больших рычагов с контргрузами требует углубленияфундамента под рабочую клеть.

Остальные недостатки такие же, как у рабочей клети 1180.

2.2.3 Машина огневой зачистки

После прокатки слитков на блюминге на поверхности блюмов имеются различные дефекты (трещины, окалина и шлак). Перед дальнейшей прокаткой необходимо удалить эти дефекты, что осуществляется двумя способами.

1) Зачисткой поверхности холодных блюмов на складе: ручными автогенными резаками и пневмозубилами, обдиркой и фрезерованием и т.п.; эти операции малопроизводительны и требуют применения физического труда.

2) Зачистка поверхности горячих блюмов сразу же после окончания прокатки их на стане, т.е. в потоке движения металла по рольгангу между станом и ножницами.

Эта операция получила в последние годы широкое применение.

Таблица 2. Техническая характеристика МОЗ

Размер зачищенной заготовки	330x330 мм
Скорость зачистки	До 0,5 м/с
Производительность дымососной установки	75000 м 3 / час м час
Максимальный размер между бляшками вертик. режущих головок	800 мм
Расстояние от оси МОЗ до оси ролики перед МОЗ	3500 мм

Газорежущие блоки имеют сопла, расположенные под углом 2,5° к поверхности металла. При движении блоков к металлу автоматически включается подача к соплам кислорода и горячего газа, загорающегося от горячего металла. Поверхность металла оплавляется, и в этот момент включается подача кислорода (чистотой 99-98 %), в котором сгорает железо металла, благодаря чему температура пламени повышается до 2500-3000 °С и расплавляется поверхностный слой металла. Одновременно включается система для гидросбива, образующийся шлак выбивают потоком воды высокого давления (до 30 МПа).

На рис. 2.6. план расположения оборудования МОЗ ОЦ-2:

1- клеть 1180

- газорежущие головки

- газовая

- машины огневой зачистки

- дополнительная клеть «Г»

- гидросбив для удаления шлака

- пост управления

- гидронасосная станция

- отстойники



Рис.2.6. План расположения оборудования МОЗ ОЦ-2

2.2.4 Ножницы горячей резки

Этот участок цеха завершают ножницы горячей резки, предназначенные для головной и донной части блюма.

Таблица 3. Техническая характеристика

Максимальное усиление реза	9Мн
Число резов в минуту	6и9
Максимальное раскрытие ножниц	385 мм
Длина рабочей части ножей	1000 мм

Механизм резания состоит из верхнего и нижнего суппортов. В верхнем суппорте на бронзовых втулках ось. Суппорты соединены между собой двумя шатунами через эксцентриковый вал и ось. В ползунах закреплены ножи. Верхний суппорт перемещается в направляющих станины, а нижний суппорт в направляющих верхнего суппорта. Механический прижим перемещается с помощью рычажной системы отдельных эксцентриков, выполненных на том же эксцентриковом валу ножниц. Прижим служит для получения прямого реза и предохранения рольганга от ударов разрезаемой полосы. Прижим перемещается в направляющих, выполненных в суппорте верхнего ножа.

Для частичного уравновешивания движущихся частей механизма резания в момент, когда нижний суппорт садится на упор, ножницы имеют амортизаторы.

В качестве электропривода применяют два быстроходных электродвигателя типа ППП-450-101, постоянного тока, мощностью по 400 кВт каждый.

За ножницами установлен транспортер уборки обрези. Привод транспортера от электродвигателя типа АО-2 (асинхронный, короткозамкнутый), мощностью 40 кВт (n=698 об/мин).

Рис.2.7.Кинематическая схема ножниц №1

2.2.5. Приводной ролик

В связи с увеличением производительности блюминга № 2 ОАО ММК (освоена прокатка блюмов и слябов) возникла потребность в новых технических решениях.

Длина сляба меньше длины блюма при обрези донной части сляба зависает между подающим рольгангом за ножницами № 1. В связи с этим предлагаю установить приводной ролик за ножницами № 1 горячей резки для дальнейшего проталкивания сляба, а также для более эффективного сброса обрези в скрапную яму транспорта уборки обрези.

Рис.2.8. Кинематическая схема привода ролика

Таблица 4. Характеристика приводного ролика

Диаметр ролика	500 мм
Длина бочки ролика	1700 мм
Скорость бочки ролика	2,04 м/с

2.3 Анализ существующей организации ремонтов

Наиболее важнейшим в постоянной и более эффективной работе цеха является организация ремонтов оборудования.

В конечном итоге от организации ремонтов зависит выпуск продукции, надежность и долговечность действующего оборудования цеха.

Непосредственное руководство ремонтами и ремонтными средствами цеха осуществляется помощником начальника цеха по механическому оборудованию. Руководство средствами блюминга № 2 осуществляет механик цеха.

Структура механослужбы ОЦ-2 показана на рисунке. Работы по поддержанию оборудования в рабочем состоянии включают:

межремонтное обслуживание

осмотр

плановый ремонт

Осмотр оборудования производится чаще всего во время планового ремонта.

Межремонтное обслуживание производится производственным и дежурным персоналом и заключается в регулярном осмотре всего закрепленного за ними оборудования.

Плановый ремонт делится на два вида:

-текущий

-капитальный

Месячный график ремонтов составляется на основе годового графика. Планы графика ремонтов увязываются с планом основного производства.

Рис.2.9. Структура механослужбы ОЦ №2

Важнейшим условием сокращения длительности ремонта является параллельное выполнение ремонтных операций. На основе ведомости дефектов на каждую ремонтную остановку составляется оперативный график работ по ремонту. По графику определяется последовательность выполнения отдельных работ, указывается необходимое количество рабочих бригад для выполнения каждого комплекта.

Составление оперативных графиков ремонта способствует радиальному распределению и использованию ремонтного персонала, а также кранового оборудования, что благоприятствует сокращению продолжительности и трудоемкости ремонтов.

Уменьшение трудоемкости ремонтов достигается применением узлового и агрегатного способов замены деталей, механизацией ремонтных работ.

Для механизации работ ремонтные бригады обеспечены модернизированными приспособлениями. Ремонтные участки и мастерские оснащены подъемно-транспортными механизмами и такелажными приспособлениями.

Капитальный ремонт, требующий длительной остановки агрегатов, нарушающий производственный режим и поточность, производится с применением метода рассредоточенного ремонта и агрегатной замены. Это позволяет уменьшить затраты времени. Метод заключается в том, что объем ремонтных работ, разделяется на несколько последовательно выполняемых очередей.

Каждая из них должна занимать незначительное время и может быть выполнена в период кратковременной плановой остановки на текущий ремонт. Применение данного метода обеспечивает более равномерную загрузку ремонтного цеха и персонала и позволяет снизить простой стана.

Анализ работы оборудования позволил выявить следующие недостатки конструкции ножниц.

Наиболее ненадежным звеном в конструкции ножниц является привод, а именно стойкость ведущего вала редуктора ножниц и зубчатые муфты.

Устранить эти недостатки можно путем упрочнения вала, например, применяя термическую обработку (цементация) и более точную центровку зубчатых муфт редуктора ножниц.

Также для того, чтобы обрезь не застревала в прилегающем оборудовании (иногда обрезь не попадает в скрапную яму транспортера) предлагаю установить индивидуальный дополнительный ролик за ножницами.

3. Модернизация ножниц горячей резки обжимного цеха ОАО ММК

3.1 Критический обзор конструкции ножниц аналогичных конструкций

Ножницы № 1 горячей резки ОЦ предназначены для поперечной резки горячего метала квадратного и прямоугольного сечений.

В процессе резания на данных ножницах плоскость, в которой движется нож, плоскость резания, остается неизменной.

Схема ножниц с параллельными ножами (а) и усилия, действующие при резании (б).

Температура металла поступаемого на ножницы обычно 700-900 °С. Предел прочности разрезаемого проката, для указанных температур, для углеродистых сталей: 50-100 МПа; для легированных сталей: 130-180 Мпа.

Основными параметрами ножниц являются наибольшее усилие резания Р, ход ножей Н, длина ножа L, и число резов в минуту (производительность ножниц).

3.1.1 Предъявляемые к машине требования

Раскаты, прокатанные в клетях 1180 и «Г», передаются рольгангом к ножницам № 1 для производства их головной и донной части. Головной и донный концы раскатов металла обрезаются на ножницах горячей резки в соответствии с нормами, приведенных в технологической инструкции по обрезке концов раскатов слитков.

Общая длина раската и длина дефективной головной и донной частей раската может быть определена:

Автоматической системой измерения длины

Линейкой, установленной на бортовиках рольгангов передножницами №1, с видимыми для оператора метровыми и дециметровымиделениями.

Общая длина и длина необходимой отрезанной дефективной головной части раската, при работающей системе автоматического измерения, указывается на световом табло, установленном на посту управления ножницами.

Любая дополнительная обрезь (сверх нормы) произведенная для удаления дефектов головной и доменной части, должна быть определена и отображена в сведениях ОТК с указанием причин (трещина, откол и т.д.) и количества в тоннах.

Во избежание забивания лотка транспортера ножниц № 1 обрезками, длина их должна быть не более 0,6 м.

Температура разрезаемого металла должна быть не менее 950 °С.

Зазор между ножами должен быть не более 5 мм и не менее 1 мм.

Запрещается работать на ножах с трещиной или с выкрошенной кромкой. Крупные дефекты на раскатах, если они расположены рядом с производимой обрезью (рванины, трещины и др.) удаляются в обрезь.

В случае задержек на участке ножниц, оператор немедленно останавливает прокатку.

3.1.2 Анализ существующих конструкций

а) ножницы с параллельными ножами.

По конструкции можно разделить на две основные группы:

с верхним резом

с нижним резом.

Ножницы с верхним резом просты по конструкции. Принцип работы этих ножниц состоит в том, что верхний нож закреплен в суппорте (ползуне) и при помощи кривошипного или гидравлического привода движется вниз и разрезает металл, а нижний установлен неподвижно в станине. Следует отметить, что резку металла можно осуществлять лишь при помощи качающегося рольганга за ножницами, что усложняет конструкцию всей установки.

Недостатки этой конструкции ножниц по сравнению с ножницами № 1 следующие:

- разрезаемая заготовка имеет заусенец, который цепляется вдальнейшем за плитовины рольгангов

- сложность конструкции, т.е. необходимость качающегося рольганга.б) Ножницы с наклонными ножами (гильотинные и дисковые)Конструкционно-гильотинные ножницы выполняются двумя типами: открытого и закрытого.

Ножницы открытого типа (см. рис. 3.2. а) имеют короткие ножи и одну станину с боковым просветом, через который подается заготовка, их, применяют для резки сортового металла в холодном состоянии; форма ножей соответствует профилю сечения разрезаемой заготовки.

Верхний (подвижный нож) выполняется наклонным, с углом наклона 2-5°.

Гильотинные ножницы

а) открытого типа б) закрытого типа



Рис.3.2

Ножницы закрытого типа имеют две станины, соединенные внизу траверсой; в просвете между станинами перемещается суппорт с ножом. Эти ножницы применяют для поперечной резки широких полос и листов в холодном или горячем состоянии.

В зависимости от назначения ножницы закрытого типа конструктивно выполняют с верхним или с нижним подвижным пазом.

Ножницы с верхним пазом применяют главным образом как отдельно стоящее в прокатном цехе, а также в поточных линиях для штучной резки листов на нужные размеры и обрезки боковых кромок листов.

Ножницы с нижним резом обычно устанавливают в линии с рольгангом прокатного стана или в агрегатах резки полосы, т.е. в поточных технологических линиях.

Практика показывает, что при резании верхним наклонным ножом полоса прогибается и рез получается косой.

Дисковые ножницы применяют для обрезки кромок у широких полос и резки этих полос вдоль, на несколько более узких полос. Для получения качественной резки (прямой, без заусенцев), дисковые ножницы устанавливают с радиальным перекрытием А=1-3 мм (чем толще полоса, тем меньше перекрытие) при толщине более 10 мм, применяют отрицательное перекрытие и с небольшим боковым (горизонтальным) зазором:

= (0,5 ч 0,08)n. Толщину резки принимают в пределах 0,06-0,1 D .

При резке полосы на дисковых ножницах отрезанные кромки удаляют от ножниц двумя способами:

- сматыванием кромок на барабан специальными моталками

- резкой их на короткие куски непосредственно за ножницами инаправлением кусков в установленный внизу короб.

Рис. 3.3. Схема резания металла дисковыми ножницами

Практикой установлено, что при резке дисковыми ножницами стальных листов толщиной более 2,5 мм, на кромках листа образуются трещины. Поэтому для такого случая резки боковых кромок осуществляется двумя гильотинными ножницами, установленными сбоку.

в) Летучие ножницы и дисковые пилы

Летучие ножницы предназначены для резки металла на ходу при его движении с большой скоростью.

Барабанные ножницы предназначены для горячей резки широких стальных полос толщиной до 3 мм и горячей резки легких сортовых профилей. Они весьма просты по конструкции и надежны в эксплуатации.



Рис.3.4. Схема барабанных летучих ножниц

Недостатки:

- не вертикальность плоскости резания

большое усилие резания. Для его уменьшения желательно один ножделать наклонным, однако это требует увеличения бокового зазора, что невсегда желательно.

Маятниковые тихоходные летучие ножницы просты в эксплуатации и надежны, однако вследствие инерционности движущихся масс весьма тихоходные и применяются для резания на ходу металла, движущегося со скоростью не более 2,5 м/с.



Рис.3.5. Схема маятниковых ножниц

Дисковые пилы применяются при резании фасонных профилей, рельсов, двутавровых балок и т.д., ввиду того, то на ножницах происходит смятие кромок фасонных профилей.

Пилы подразделяются на две группы, в зависимости от конструкции диска: для горячего и холодного резания, У пил относящихся к первой группе - диски зубчатые_, у вторых - гладкие. Резание происходит вследствие расплавления металла при трении быстро вращающихся дисков.



Рис.3.6. Схемы дисковых пил

3.2 Технико-экономическое обоснование проекта

Исходя из данных, полученных на производстве во время производственной практики, были выявлены следующие недостатки ножниц №1 горячей резки:

чаще всего подвержен отказу привод ножниц, а именно переходныезубчатые муфты и ведущий вал редуктора

сталкиватель обрези не сталкивает короткие куски обрезков.

С целью повышения надежности и долговечности привода, применяем в данном случае - упрочнение ведущего вала редуктора, применяем цементацию. А также вторую ступень редуктора, рассчитанного на две скорости вращения, выполняем в виде более быстроходной ступени, что обусловлено переходом стана на одну постоянную и более высокую скорость прокатки.

Вторая часть модернизации связана с установкой индивидуального ролика за ножницами, с целью более эффективного сброса обрези в скрапную яму транспортера уборки, а также для проталкивания сляба на рольганг за ножницами.

Данные мероприятия должны обеспечить большую надежность и долговечность привода ножниц, а также улучшения условий труда обслуживающего персонала.

Путем реконструкции, запланировано снижение простоев на планово-предупредительные ремонты: в целом, на ножницы на 20 % от первоначальных, как следствие увеличения выпуска продукции.

3.3. Расчет узлов привода ножниц горячей резки № 1 ОЦ-2 ОАО ММК

3.3.1 Определение мощности привода ножниц № 1

Мощность привода для предварительного выбора электродвигателя определяется с учетом работы резания и потерь на трение в опорах:

где K₁ - коэффициент, учитывающий соотношение между пределом прочности при резе и растяжении, K₁=0,6-0,75;

Кр=0,8 - коэффициент надреза

₁=80 МПа - предел прочности заготовки , при температуре не ниже 750С

Ен = 0,285·10є

h=0,285 м - высота сечения блюма

S - Площадь сечения блюма

А=1,15·0,7 ·0,8·0,3·0,285·0,285²·80·10⁶=358 (кДж)

Мощность электродвигателя

где =1,7 -- коэффициент перезагрузки электродвигателя

п=65 об/мин - частота вращения вала

С целью уменьшения инерции привода махового момента якоря, применяем два электродвигателя типа МП мощностью по 340 кВт каждый с номинальной скоростью n= 1000 об/мин.

Номинальный крутящий момент двух электродвигателей будет равен:

Электродвигатели специального металлического исполнения допускают кратковременную перегрузку по мощности и моменту в три раза больше при номинальной скорости

N дв.max= 2·340·3=2040 (кВт)

М дв.max=6,5·3=19,5 (кН·м)

Чтобы обеспечить заданную производительность ножниц (9 резов в мин.) принимаем U рез=10, соответственно:

передаточное число быстроходной ступени

передаточное число тихоходной ступени



Угловые скорости и частоты вращения валов редуктора:

А) быстроходный вал

Б) промежуточный вал

В) ведомый вал

Вращающие моменты колес ступеней редуктора

А) момент на промежуточном валу

Tnp = Mдв Jдд Uб

Тпр=19,5·0,98·4=74100 (Н·м)

Б) момент на тихоходном валу Тт=19,5·0,98·10=18,525(Н·м)

3.3.2 Обоснование выбора материала и упрочняющей технологии

В качестве наиболее ненадежного узла привода, согласно данным, полученным на производстве, на первый поступает ведущий вал редуктора ножниц..

С целью повышения надежности ведущего вала изменили его термическую обработку.

Материал вала - сталь 40 ХН.

Принимаем, вместо закалки и отпуска, цементацию с последующей термической обработкой: закалка с температурой от 300°С до 900°С; исправляющая структуру сердцевины, а затем второй термической обработке

- закалка с температурой 760°С и низкому отпуску для достижения максимальной твердости поверхностного слоя.

Увеличение содержания углерода в поверхностном слое при последующей закалке с отпуском повышают поверхностную твердость деталей в 1,5-2 раза. В результате цементации повышается не только усталостная прочность, но и сопротивление изгибу и растяжению.

3.3.3 Расчетная схема и нагрузки, действующие на ведущий вал редуктора ножниц

Рис. 3.7.Схема нагружения ведущего вала редуктора радиальная



Рис.3.8

3.3.4 Расчет ведущего вала на прочность: Исходные данные

М_{х мах}=12208 Н·м

М_{у мах}=29099Н·м

Расчет производят в форме проверки коэффициента запаса прочности. Определим расчетный коэффициент запаса прочности для опасного сечения I-I (рис. 3.8.) и сравним его с допустимым значением

[S]=2,1

где S и S - коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям

где (_-1)Д и (_-1 )Д - пределы выносливости в рассматриваемом сечении

где wk.нетто - полярный момент сопротивления сечения вала



где (К )Д - коэффициент концентрации напряжений для данного сечения вала

где (К )Д - касательный коэффициент напряжений для данного сечения вала

Ведущий вал имеет высокий запас прочности, но так как ремонт (замена) вала осуществляется узловым методом, то долговечность и надежность вала в сборке значительно снижается (более чем в половину, вследствие того, что в сборке на валу «насажены» подшипники и полумуфты).

3.5 Расчет редуктора приводного ролика

Определим диаметр шестерни:

Определим диаметр зубчатого колеса:

d₂=2-0.63-0,157=1,103 м

где а - межосевое расстояние.

Определение крутящего момента

Определение допускаемых нагружений: коэффициент долговечности при расчете по контактным напряжениям:



Коэффициент долговечности при расчете по изгибу:

Определяем контактные напряжения:

где

- допускаемое напряжение, соответствующее числу

циклов перемены напряжений



Определяем напряжение изгиба

где

- допускаемое напряжение, соответствующее числу циклов перемены напряжений



Находим среднее допускаемое напряжение

Определяем размер колеса:

- принимают в зависимости от положения колес относительно опор.

Определяем модуль зубьев:

принимаем m=9 мм.

Находим суммарное число зубьев:



где, tga - 0,364 - для стандартного угла - 20 °

F_r = 12,566 * 0,364 = 4,574 (Я)

Проведем проверку зубьев колес по напряжениям изгиба



Проведем проверку зубьев шестерни по напряжениям изгиба:

Произведем проверку зубьев по контактным напряжениям

Для привода ролика выбираем редуктор цилиндрический, прямозубый, одноступенчатый. Двигатель типа Д-810, мощностью 55 кВт. Для снижения ударных нагрузок устанавливаем две муфты с цилиндрическими пружинами сжатия, конструкции «карделье».

стальной заготовка технологический

3.4.1 Технические требования на дефекацию и ремонт

Наиболее изнашиваемыми деталями в конструкции привода ножниц являются: переходные зубчатые муфты и ведущий вал редуктора.

Величина износа в данном случае лимитируется толщиной упрочненного слоя, для цементации толщина упрочненного слоя составляет

от 0,5 до 2 мм.

Предельные размеры шеек и цапф находим по переходным посадкам:

Определим предельно допустимый зазор для зубьев вала:

где, n= 1,4 -- коэффициент запаса прочности. Толщина зуба:

где, К=2 - количество ремонтов.

3.4.2 Относительные показатели ремонтопригодности редуктора

Ремонт деталей редуктора осуществляется узловым методом. Монтаж идемонтаж редуктора производят бригадой слесарей-ремонтников вколичестве четырех человек.

Время на демонтаж редуктора составляет 4 часа, так как необходимо, например, при замене валов, раскреплять крепеж редуктора, что и занимает основное время.

Пригоночные работы занимают 2 часа рабочего времени, т.к. все операции на демонтаж - монтаж производятся вручную, то трудоемкость операций на демонтаж и монтаж принимаем равной 8 чел. ч. на каждую деталь.

где, M - демонтажно-монтажные работы

n - пригоночные работы

S - трудоемкость операций

К_в = 8 / (8+2) = 0,8

Пригоночные работы заключаются в выверке и установке необходимого зазора подшипников скольжения редуктора ножниц. Коэффициент долговечности:

Где : О - основные операции,

В - вспомогательные операции

3.4.3 Выбор смазочного материала систем и режима смазки ножниц

В процессе производственной практики в ОЦ-2 ОАО ММК было определено, что редуктор ножниц смазывается централизованной жидкой смазкой, способ смазки -- циркуляционный, в качестве смазочного материала применяется минеральное масло типа автол.

Подшипники ножниц смазываются тоже циркуляционно, в качестве смазочного материала применяется пластичный смазочный материал типа ИСП-1. Было установлено, что использование смазочного материала другого вида в ножницах не реально, вернее практически не возможно.

Выбор смазочного материала, сводится к определению смазочного материала привода.

а) Расчет смазочного материала для зубчатых колес

1) Расчет смазочного материала первой ступени редуктора

Расчет вязкости смазочного материала для цилиндрических передач.

Исходные данные:

Диаметр делительной окружности ведомого колеса, м d=21,276

Передаточное число редуктора, i=4

Крутящий момент на ведомом колесе, кН·м Т = 0,0741

Частота вращения ведомого колеса, об/мин п=250

Межцентровое расстояние, м a_w=0,8

Ширина зубатого венца, м в=0,5Твердость по Роквеллу HRC=50.Параметр х=55,11647

U - 50 = 60.18204 м² /сек - вязкость минерального масла при t=50 °C

U - 40 = 107,0146 м² /сек - вязкость минерального масла при t=40 °C

U -100 = 10,06862 м² /сек - вязкость минерального масла при t=100 °C

2) Расчет смазочного материала второй ступени.

Диаметр делительной окружности ведомого колеса, м d=1,35

К=1,3

Передаточное число редуктора, i=2,5

Крутящий момент на ведомом колесе, кН·м Т = 0,183250

Частота вращения ведомого колеса, об/ми п=100

Межцентровое расстояние, м a_w=l,2

Ширина зубатого венца, м в=0,6

Твердость по Роквеллу HRC=50.

Расчет второй ступени редуктора

Параметр х= 105,8897

u - 50 = 76,93821 м² / сек - вязкость минерального масла при t=50 С

u - 40 = 140,1058 м² /сек - вязкость минерального масла при t=40 °C

u -100 = 11,95453 м² /сек - вязкость минерального масла при t=100 °C

Вывод: т.к. применяется циркуляционная система смазки, то принимаем для подшипников скольжения и для редуктора ножниц осевое минеральное масло ГОСТ 610-72 (или автол).

б) Выбор смазочного материала для подшипников качения

редуктора ножниц

Наиболее целесообразно в данном случае применять пластичные смазочные материалы типа УНИОЛ-2 ТУ38 УССР 201150-78 или ИСП-1.

Способ подачи - закладной при ремонте,

в) Выбор смазочного материала для зубчатых переходных муфт

Наиболее целесообразно в качестве смазочных материалов применять минеральные масла, но их утечка вынуждает применять пластичные смазочные материалы. Наиболее подходящим является битумная, типа ОЗП-1. Способ подачи - циркуляционный, во время работы.

3.5 Автоматическое управление ножницами

Конструкция современных ножниц для обжимных станов обеспечивает чисто кинематическую автоматизацию процесса резки полосы для одного цикла. После пуска двигателя действие прижима, ножей и качающегося стола совершается в требуемой последовательности, вплоть до возврата в исходное положение. Но узел ножниц в целом, как правило, сдерживает производительность действующих станов, т.к. работа ряда механизмов и операций с полосой целиком зависит от работы оператора. Выход годного металла в зависимости от правильности определения границ усадочной раковины и раскроя полосы также зависит от работы оператора.

В узел ножниц обычно входят следующие механизмы, работа которых должна быть автоматизирована в оптимальном режиме для повышения производительности стана и выхода горного металла:

ножницы в комплексе;

рольганги, расположенные перед и за ножницами;,

сталкиватель обрезков;

передвижной упор;

передвижные борта;

толкатель и т.д.

клеймовочная машина.

Кроме того, необходимо автоматизировать следующие операции, выполняемые оператором:

измерение длины сляба (блюма);

измерение величины усадочной раковины и отрезаемогодефектного конца;

порез дефектного конца на куски допустимой длины;

порез раската на мерные длины;

распределение немерного остатка на отрезаемые куски впределах допуска на длину заготовки для сокращения обрези;

6) выполнение вспомогательных операций, связанных с нарушением нормального процесса, например застреванием обрези.

Созданы и успешно работают ножницы с безредукторным тихоходным приводом и числом резов, в 2-3 раза превышающим число для обычных ножниц. Разработаны и испытаны вычислительные и управляющие устройства и машины для оптимального раскроя полосы. Ведутся работы по созданию дефектоскопов для определения положения и величины усадочной раковины.

Разработан ряд проектов автоматизации ножниц, упрощенная блок-схема которых показана на рисунке. Из системы автоматического управления САУ клетью и вспомогательными механизмами в вычислительное устройство ВУ и на пост ручного управления ПРУ, поступает информация, о размерах сечения прокатанного блюма или сляба, а из информационного устройства ИУ - о марке стали и массе слитка.

Измеритель длины полосы ИДИ сообщает в ВУ ее длину, а дефектоскоп - длину усадочной раковины.



Рис. 3.10. Блок-схема автоматического управления ножницами

Измеритель длины полосы ИДИ сообщает в ВУ ее длину. Вычислительное устройство ВУ, получив все необходимые информации об очередной полосе, в соответствии с набранными в программном устройстве ПУ программами, обеспечивает отрезание дефектной части этой полосы и раскрой ее на мерные длины без отхода горного металла.

При отсутствии дефектоскопа дефектную часть полосы можно отрезать, согласно получаемым из программного устройства ПУ статистическим данным о величине и усадочной раковины для слитков различного типоразмера и марки стали. На посту ручного управления ПРУ или центральном посту стана сосредоточено дублирующее ручное управление и вторичные приборы всех измерителей и информации, а также контрольные узлы автоматических устройств.

3.5.1 Перспективы развития автоматизации обжимных станов

Система полной автоматизации обжимных станов должна обеспечить хорошо согласованную ритмичную работу всех агрегатов цеха в оптимальном режиме с максимально возможной производительностью при высоком качестве прокатанного металла, малых отходах и малых затратах рабочей силы.

Разнохарактерность и сложность режимов работы отдельных механизмов и весь опыт ранее производившейся автоматизации привели к наиболее популярной в настоящее время структурной схеме автоматики обжимных станов, которая показана на рис. 3.11.

В центре системы управления стоит вычислительная машина (УВМ), которая контролирует и оптимизирует работу всего комплекса цеха, воздействуя на автономные системы автоматического управления, регулирования и контроля (САУ) групп и отдельных механизмов. Каждая САУ работает по своему алгоритму.

Рис. 3.11. Блок-схема обжимного цеха

Кроме выполнений операций управления, УВМ может также осуществлять диспетчерские и информационные функции, обеспечивая снабжение слитками, вспомогательными материалами, прогнозирование ремонтов, замену валков и т.д., а также передачу информации по цеху о типоразмерах слитков, марке стали, конечном сечении, номере плавки и т.д.

УВМ следит за ходом операций на всей технологической линии и вносит коррективы в работу САУ при выпадении их из ритма. Такая структура обладает высокой надежностью, т.к. при выходе из строя УВМ, цех будет работать под управлением САУ.

Автоматика обжимного цеха разделена на шесть автономных систем, управляющих группами механизмов целевого назначения: кольцевой системой подачи слитков, головной частью стана, механизмами клети, машинной огневой зачистки металла, ножницами и уборочной частью стана.

Каждая автономная система, сохраняя необходимые связи с другими, сможет работать самостоятельно, по любому способу автоматизации.

Система комплексной автоматизации включает в себя большое число различных датчиков, выходные сигналы которых используются для осуществления управления, сигнализации и контроля производственного процесса.

Это обстоятельство повысит качество работы автоматики в целом и позволит ожидать более высокой производительности.

3.5.2 Режим работы обжимных реверсивных станов

Режим работы реверсивных станов характеризуется тем, что направление вращения валков меняется после каждого прохода, и прокатка слитка осуществляется в прямом и обратном направлениях. К реверсивным станам горячей прокатки относятся блюминги, слябинги, толстолистовые станы, обжимные клети рельсо-балочных, широкополосных, крупносортных, трубнозаготовочных станов. Наибольший интерес представляют электроприводы блюмингов и слябингов -- основных обжимных реверсивных станов, через которые проходит практически весь прокатываемый в слитках металл.

Блюминги и слябинги характеризуют диаметром рабочего валка. Различают малые блюминги с диаметром валка 850--900 мм и большие блюминги с диаметром валка 1000--1300 мм.

Слитки массой до 25 т прокатывают в заготовки сечением 150x150--400x400 мм на больших блюмингах и 125x125-- 200 Х200 мм на малых блюмингах. Число пропусков зависит от массы слитка и поперечного сечения блюмов и составляет 11--25. Характерным для таких станов также является захват и выброс металла при пониженной скорости вращения. Захват заготовки происходит при скорости 1--1,75 м/с (20--35 об/мин), после чего скорость валков стана увеличивается до рабочей, а перед выходом слитка из валков их скорость снижают до 1,5--2 м/с (30-- 40 об/мин), чтобы сократить время на последующий возврат слитка к валкам. Через 2--4 пропуска слиток кантуют, и в пропуске перед кантовкой выброс металла происходит на полной рабочей скорости. Максимальная скорость прокатки в последних пропусках при большой длине раската достигает 5--6,5 м/с.

На действующих блюмингах для большинства пропусков время нахождения металла в валках порядка 2--3 с, а время пауз между пропусками 1,5 -- 4,5 с. Время нахождения металла в валках блюминга немного превышает суммарное время пауз за время цикла. Общее время пауз в основном определяется временем перемещения валков (как правило, это время больше времени возврата слитка к валкам), временем кантовок и временем подачи следующего слитка к валкам. Режим работы двигателя характеризуется высокой частотой пусков, реверсов и торможений, достигающей 1200--1500 включений в час. При этом ускорения составляют 40--80, достигая в некоторых случаях 100 об/мин/с и более.

Обеспечение высокой производительности современных блюмингов, достигающей 6 млн. т в год, требует расхода энергии на тонну проката порядка 15--25 кВт-ч, в том числе на долю главного привода 8--12 кВт-ч [19]. Энергетический к. п. д. главного привода в системе Г--Д, представляющий отношение энергии деформации к энергии, полученной от сети, обычно не превышает 0,65. Такой низкий энергетический коэффициент объясняется многократным преобразованием энергии и низким - к. п. д. прокатных двигателей, который при перегрузке падает до 0,8--0,85.

Работа двигателей характеризуется значительными резкими толчками, и большую часть времени они работают в переходных режимах. Обеспечение высокой производительности таких станов требует совершенных систем электропривода и систем автоматики.

Для обеспечения требуемых технологических режимов работы и высокой производительности блюмингов его электропривод должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Обеспечивать частые пуски, реверсирования и торможения(до 1200--1500 включений в час).

2. Иметь широкие пределы регулирования скорости при минимальных потерях.

Электрические машины должны иметь максимально высокийк. п. д., минимальный момент инерции, большую перегрузочнуюспособность, обеспечивающую быстрое ускорение стана со слиткомв валках при надежной коммутации и максимальной надежностив эксплуатации.

Обеспечивать рациональное протекание переходных процессов при разгоне, реверсировании, торможении и регулировании скорости вращения двигателей, надежную защиту электрооборудования от перегрузок и аварий, простоту управления и обслуживания.

Система управления электроприводом должна обеспечиватьудобство ввода управляющих воздействий со стороны системыавтоматики при малой мощности этих воздействий.

3.5.3 Электропривод блюминга

Указанным требованиям наилучшим образом отвечает безредукторный электропривод постоянного тока, управляемый по системам Г--Д, УРВ--Д и ТП--Д.

Эти системы обеспечивают широкий диапазон регулирования скорости - (до 1: 12) без применения специальных устройств, рациональное протекание переходных процессов и возможность построения маломощных систем управления с применением бесконтактных логических схем.

Для обеспечения высокой производительности и высоких экономических показателей работы блюминга нашли применение две системы привода: с групповым и индивидуальным приводом валков.

На рис. 3.12. приведены основные элементы систем электропривода с групповым и индивидуальным приводом валков.

Рис.3.12. Основные элементы системы электропривода блюминга групповым (а) и индивидуальным (б) приводами волков

Как видно из рисунка, рабочие валки ВР стана приводятся во вращение от двигателей постоянного тока. При групповом приводе (рис. 73, а) один двигатель Д обеспечивает вращение рабочих валков через шестеренную клеть ШК и универсальные шпиндели УШ.

При индивидуальном приводе валков (рис. 73, б) каждый рабочий валок получает вращение от своего двигателя Д1 и Д2 через универсальные шпиндели.

Я кори двигателей получают питание по системам УРВ--Д или ТП--Д. Обмотки возбуждения электрических машин получают -питание от возбудителя В, от УРВ (ионный возбудитель), или от ТП (тиристорный возбудитель).

Требуемые технологическим процессом режимы работы привода обеспечиваются системой управления привода стана СУ ПС.

Так как скорость двигателя постоянного тока может регулироваться как за счет подводимого к якорю напряжения, так и за счет изменения магнитного потока, то система СУ ПС имеет узел управления напряжением УУН, воздействующий на источник энергии ИЭ якорей двигателей, и узел управления возбуждением УУВ, воздействующий на ИЭ обмотки возбуждения двигателей. Необходимый скоростной режим двигателей оператор обеспечивает педальным командоконтроллером КК, воздействующим через систему СУПС и узлы УУН и УУВ на изменение напряжения или потока двигателей.

Как отмечалось, работа блюминга характеризуется большими пиковыми нагрузками в динамических режимах. Для ограничения максимальной величины силы тока в системе привода блюминга применяется узел регулятора нагрузки УРТ, который при достижении максимального тока предотвращает дальнейший рост за счет снижения скорости вращения двигателя через узлы УУВ и УУН.

В случае применения системы Г--Д при групповом приводе рабочих валков (см. рис. 73, а) питание прокатного двигателя Д осуществляется, как правило, от двух генераторов постоянного тока Г1 и Г2, работающих параллельно. Для обеспечения равномерной загрузки генераторов применяется узел выравнивания нагрузки генераторов УВНГ, воздействующий через УУН на перераспределение напряжений генераторов Г1 и Г2. Генераторы Г1 и Г2 приводятся во вращение синхронным двигателем СД (получает питание от шин высокого напряжения) и составляют преобразовательный агрегат для питания прокатного двигателя. В случае индивидуального привода валков (см. рис. 3.12, б) равномерная загрузка двигателей Д1 и Д2 обеспечивается узлом выравнивания нагрузки УВТ, воздействующим через УУН и УУВ на перераспределение скорости вращения этих двигателей. Все электрическое оборудование (за исключением педального командо-контролера КК) систем привода рабочих валков блюминга -- прокатные двигатели, преобразовательные и возбудительные агрегаты, УРВ, ТП и аппаратура систем управления для регулирования режима работы привода -- устанавливается в машинном зале, изолированном от основного технологического оборудования блюминга.

Управление прокатным двигателем и двигателями вспомогательных механизмов рабочей линии стана производится с главного поста управления, расположенного в цехе над подводящим рольгангом с передней стороны, при помощи педальных и ручных командеконтроллеров.

3.5.4 Электрические машины главного привода

Электроприводы реверсивных обжимных станов горячей прокатки относятся к электроприводам большой мощности. Такие электроприводы оборудуются электрическими машинами предельной мощности.

Прокатный двигатель. Реверсивные обжимные прокатные станы определили развитие реверсивных прокатных двигателей специального металлургического исполнения, обеспечивающих повышенную механическую и электрическую прочность (усиленные подшипники и крепление обмоток якоря, теплостойкая изоляция и др.). Двигатели допускают большие кратковременные перегрузки по току и моменту (К = 2,5-3). Станины двигателей для удобства монтажа и ремонта выполняют разъемными

На блюмингах 1000--1150 мм с групповым приводом валков применяют двигатели напряжением 750--900 В, мощностью 5150-- 10 560 кВт с основной скоростью вращения 50--65 об/мин и максимальной скоростью за счет ослабления потока 120--90 об/мин с номинальным вращающим моментом 1000--1200 кН-м. Такие двигатели имеют диаметр якоря порядка 3,8 м и маховой момент 385--455 тс.м².

...