Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Дипломный проект - Автоматизация технологического процесса производства холоднокатаной стальной полосы на базе станков с ЧПУ - файл 1.doc


Дипломный проект - Автоматизация технологического процесса производства холоднокатаной стальной полосы на базе станков с ЧПУ
скачать (4273.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc4274kb.25.11.2011 11:51скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Введение.

При малой толщине прокатываемого продукта, когда из-за большого отношения поверхности к объему быстрое охлаждение металла не дает возможность обеспечить высокую температуру в деформационной зоне, используется холодная прокатка. Холодная прокатка придает изделиям высокие точность размеров и качество поверхности, что невозможно при горячей прокатке, а также особые физические свойства.

Холодная прокатка по сравнению с горячей имеет два больших преимущества: во-первых, она позволяет производить листы и полосы толщиной менее 0,8-1 мм, вплоть до нескольких микрон, что горячей прокаткой недостижимо; во-вторых, она обеспечивает получение продукции более высокого качества по всем показателям - точности размеров, отделке поверхности, физико-механическим свойствам. Эти преимущества холодной прокатки обусловили ее широкое использование как в черной, так и в цветной металлургии.

Вместе с тем необходимо отметить, что процессы холодной прокатки являются более энергоемкими, чем процессы горячей прокатки. При холодной деформации металл упрочняется (наклепывается), в связи с этим для восстановления пластических свойств приходится проводить отжиг. Технология производства холоднокатаных листов включает большое число переделов, требует применения сложного и многообразного оборудования.

В настоящее время доля холоднокатаных листов в общей массе тонколистового проката составляет около 50%. Производство холоднокатаных листов, полос и лент продолжает интенсивно развиваться. Основную массу (примерно 80%) холоднокатаных листов составляет низкоуглеродистая конструкционная сталь толщиной 0,5-2,5 мм, шириной до 2300 мм. Такую тонколистовую сталь широко используют во многих отраслях промышленности.

Все эти преимущества холодной прокатки листового проката, остро поднимают вопрос о необходимости модернизации существующего производства, с целью повышения рентабельности производства и улучшения качества готовой продукции. Применение современных автоматизированных гибких производственных систем, базирующихся на микропроцессорной технике, в комплексе с грамотно построенной системой регулирования позволит существенно улучшить качественные характеристики данного технологического процесса и вывести его на новый уровень.

^ 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ, ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА И ТЕНДЕНЦИИ К ИХ РЕШЕНИЮ
1.1 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА И АКТУАЛЬНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПРОКАТНОЙ ЛИНИИ
Технология прокатного производства – это комплекс взаимосвязанных технологических переделов, определяющих качество прокатной продукции и технико-экономические показатели работы прокатных цехов, металлургических и машиностроительных заводов.

Прокатное производство – это получение путём прокатки из стали и других металлов различных изделий и полуфабрикатов, а также дополнительная обработка их с целью повышения качества. Более 70% выплавляемой стали, в нашей стране, подвергается прокатке. Прокатное производство обычно организуется на металлургических и машиностроительных заводах.

В условиях постоянно возрастающих требований к качеству металлопродукции, оснащение предприятий современным прокатным оборудованием, создание новых и усовершенствование существующих технологических процессов, учет всех технологических факторов при автоматизации производства проката позволит наиболее эффективно решать вопросы, связанные с работой прокатных цехов, с дальнейшим внедрением новой техники и достижений науки в производстве, тем самым обеспечивая более высокий уровень качества проката, эффективность его производства и использования.

Сортамент выпускаемой продукции на непрерывных сортовых прокатных станах диктуется потребностями машиностроительного производства и включает в себя широкий спектр фасонных профилей, листов, полос и катанки. Прокаткой получают разнообразные виды заготовок, которые являются исходным материалом для других способов обработки. Так, горячекатаная и холоднокатаная листовая сталь, полосы и ленты в больших количествах идут для листовой штамповки. Рентабельность продукции, выпускаемой машиностроительным производством во многом зависит от качества получаемого проката, производительности стана и энергозатрат.

Волгодонск – город с многопрофильным промышленным потенциалом, с развитой энергетической, машиностроительной, химической и деревообрабатывающей промышленностью. С пуском в марте 2001 года Волгодонской АЭС он стал крупнейшим энергетическим центром юга России. На рисунке – 1.1 приведена структура промышленного комплекса города.



Рисунок 1.1 – Структура промышленного комплекса г. Волгодонск


К числу ведущих предприятий Волгодонска относятся ООО «Энергомаш – Атоммаш» и ООО «ЭМК – Атоммаш», производители оборудования для АЭС, запорной арматуры для тепловых электрических станций, газотурбинного и нефтегазохимического оборудования, а также оборудования для металлургической промышленности и машиностроительного производства. Кроме того машиностроительная отрасль городской экономики представлена производителем изделий из металла и сталеплавильного и прокатного оборудования - ОАО «Волгодонский завод металлургического и энергетического оборудования», а также рядом других предприятий.

Ввиду повсеместного использования, в производстве, предприятиями города металлопроката при выпуске продукции, и отсутствия собственных прокатных линий, актуальным становится вопрос стоимости и качества приобретаемого металлопроката. Необходимость приобретения прокатной стали и удаленное расположение заводов черной металлургии делают производство менее гибким и более дорогостоящим в условиях развивающейся конкуренции. Кроме того принимаемые, в последние годы, на заводах черной металлургии меры по повышению производительности, снижению себестоимости и улучшению качества стали не дают ожидаемых результатов ввиду морально устаревшего оборудования. Обе этих проблемы ведут к отставанию металлургической промышленности и как следствие машиностроительной отрасли в нашей стране и в частности в г. Волгодонске.

Выходом из сложившейся ситуации может служить внедрение автоматических металлопрокатных линий средней производительности в технологическую цепочку машиностроительных заводов и заводов, производящих оборудование.

Изучение вопросов технологии производства проката с оценкой влияния основных технологических процессов и операций по всем переделам прокатного производства на качество готовой прокатной продукции, на возможности расширения марочного и размерного сортамента проката и эффективность производства – важное условие, предшествующее внедрению автоматических металлопрокатных линий.

Данные обстоятельства привели к появлению более жестких требований к системам управления режимами работы электроприводов прокатных клетей и необходимости комплексного изучения, анализа и совершенствования существующих способов управления технологическими переменными процесса прокатки.

На большинстве отечественных непрерывных сортовых прокатных станах системы автоматизированного регулирования натяжения полосы в межклетевом промежутке выполнены по принципу косвенной оценки величины натяжения по изменяющимся энергосиловым параметрам привода предыдущей клети. Данные системы включают в себя контур регулирования натяжения, который, корректируя скорость последующей клети, поддерживает натяжение в заданном диапазоне. Данный принцип управления при высоких скоростях прокатки не позволяет исключить наличия в переходных режимах продольных динамических ударов в металле, которые могут привести к вытяжке полосы или ее разрыву в том случае, если натяжение превысит допустимое значение. Это обстоятельство ограничивает сферу применения данных систем и требует их совершенствования.

Для повышения эффективности от внедрения автоматических прокатных линий средней производительности необходимо чтобы сортамент производимой ими продукции был максимально широким в пределах технологических возможностей. При использовании непрерывных прокатных станов это требует частой перенастройки стана и усложняет подготовку производства. Применение современных технических средств позволяет автоматизировать процесс разработки калибровки и настройки прокатного стана.

Применение современных компьютеризированных систем управления, обладающих более высоким качеством управления, нежели аналоговые, совместно с высокоточными импульсными датчиками, позволит приблизить режим прокатки к режиму свободной прокатки и сделать его более устойчивым. Режим свободной прокатки способствует лучшему заполнения калибров и исключению продольных динамических ударов на участке металлической полосы, который находится между соседними клетями. В связи с этим, актуальной задачей является изучение возможности прокатки без петлеобразования тонких сортовых профилей в чистовых группах клетей непрерывных станов.

Кроме того, при разработке систем управления режимами прокатки на непрерывных прокатных станах также остро стоит вопрос минимизации удельных энергозатрат с целью снижения себестоимости готового сортового проката. Это и многое другое говорит о необходимости дальнейшего исследования и совершенствования систем управления режимами работы электроприводов прокатных станков и непрерывных сортовых прокатных станов.

^ 1.2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАННОЙ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТРЕБОВАНИЯ К ИЗДЕЛИЮ
1.2.1 Прокатка стали и основные тенденции повышения эффективности холодной прокатки.

Высокая производительность процессов обработки металлов давлением, сравнительно низкая их энергоемкость, а также незначительные потери металла при производстве изделий выгодно отличают их по сравнению, например, с обработкой металла резанием, когда требуемую форму изделия получают удалением значительной части заготовки в стружку. Существенным достоинством пластической обработки является значительное улучшение свойств металла в процессе деформирования.

На металлургическом заводе получение готового холодного проката выполняется по двум технологическим схемам «слиток – горячий прокат – готовый холодный прокат» и «литая заготовка – горячий прокат – готовый холодный прокат».

При первой схеме проката выбирается слиток определенной массы и с таким расчетом, чтобы непосредственно из него можно было получить необходимое изделие за один нагрев, за которым далее следует холодная прокатка стали. Однако при слитках массой 6–10 тонн и более получение готового проката за один нагрев не всегда представляется возможным. По этой причине дополнительно используются обжимные станы, задача которых состоит в обработке слитка в заготовку. К тому же при последующей холодной прокатке требуется дополнительная травка и очистка листа от наклепа и обрезка кромок. Данное обстоятельство расширяет технологической схему: слиток – горячекатаный полупродукт – дополнительная обработка полупродукта – готовый холодный прокат. Это повышает энергоемкость и трудоемкость прокатной схемы и следовательно стоимость готового изделия. Поэтому в последнее время все большее предпочтение уделяется второй технологической схеме.

Применению второй схемы проката способствует успешное освоение разливки стали в заготовки квадратного и прямоугольного сечений, что до некоторых пор имело распространение лишь в цветной металлургии. Непрерывное литье стальных заготовок длительное время не применялось из-за значительных трудностей выполнения технологического процесса самой разливки. Однако этот процесс обеспечивает получение химически более однородной плотной заготовки, что резко повышает выход годного проката. Например, на слябах спокойной углеродистой стали выход годного проката выше на 20%, чем при разливке в изложницы. Вместе с тем исключается необходимость иметь отделение подготовки изложниц и поддонов, стрипперное отделение, отпадает необходимость в дополнительной травке и очистке листа от наклепа и обрезке кромок. Применение непрерывной разливки стали снижает себестоимость металлургического передела, так как при этом устраняется необходимость в дорогостоящем оборудовании обжимных цехов и резательных цехов, исключаются расходы на содержание обслуживающего и административного персонала. Установлено, что себестоимость проката в этих условиях снижается на 18–20% при улучшении во многих случаях механических свойств и других характеристик стали.

Непрерывным литьем стали изготовляют слябы сечением до 300х2030, 300х2320 мм и квадратные заготовки сечением до 320х320 мм. После прохождения горячей прокатки заготовка толщиной 1,0–4,5мм сматывается в рулон и отправляется на стан холодной прокатки. Причиной этому служит то, что при сравнительно малой толщине прокатываемого продукта, когда из-за большого отношения поверхности к объему быстрое охлаждение металла не дает возможность обеспечить высокую температуру в деформационной зоне, используется холодная прокатка. Холодная прокатка придает изделиям высокие точность размеров и качество поверхности, что невозможно при горячей прокатке, а также особые физические свойства.

Технологическая схема получения готового холоднокатаного листового проката предусматривает:

    • термическая обработка перед прокаткой;

    • холодная прокатка;

    • калибровка и производство профилей;

    • отделка с операциями резки, правки, термической обработки, удаления поверхностных дефектов, травления и пр.

В последние годы производство холоднокатаного листа составляет около 40% и все более увеличивается. Это связано с тем, что во многих отраслях постоянно растет потребность в тонколистовой стали с высокими механическими свойствами, точными размерами, хорошим качеством поверхности.

Среди возможных направлений повышения эффективности производства холоднокатаной листовой стали можно обозначить следующие основные тенденции:

  • строительство современных непрерывных станов с 6-7 клетями, скоростью прокатки до 50 м/с и массой рулона до 60 т;

  • использование жестких клетей с полуизгибом валков;

  • использование на станах датчиков авторегулирования натяжения, толщины и ширины полосы;

  • использование непрерывных поточных линий термообработки вертикального или горизонтального типа.


^ 1.2 Анализ основных путей развития технологии и оборудования цехов холодной прокатки

Холоднокатаный листовой прокат относится к категории высококачественной металлопродукции. Использование его в различных отраслях промышленности чрезвычайно эффективно. Это является стимулом интенсивного научно-технического прогресса в области производства холоднокатаных листов. Анализ современных тенденций в совершенствовании данного вида производства позволяет выделить следующие основные направления:

  1. Замене трудоемкой и экологически вредной операции травления другими способами удаления окалины с поверхности горячекатаных полос-заготовок. Установка в составе травильных линий валковых окалиноломателей, работающих по принципу резкого перегиба и растяжения полосы, и дрессировочных клетей позволяет значительно сократить процедуру последующего травления. В последние годы развивается дробеструйный способ удаления окалины. Дробеструйные аппараты устанавливаются либо непосредственно в линиях травления, либо отдельно, в самостоятельных линиях. Обычно после дробеструйной обработки требуется лишь легкое травление; при этом расход кислоты сокращается примерно на 75 %.

  2. В цехах с целесообразно сооружать новые непрерывные станы, в основном 5-клетевые для прокатки полос толщиной не менее 0,3- 0,4 мм для прокатки более тонких полос, оборудованные мощными намоточно-натяжными барабанами (моталками). Масса рулонов достигнет 50-60 т. Максимальная скорость прокатки, с внедрением нового оборудования не превысит 35-40 м/с, так как практика свидетельствует, что достижение таких скоростей вызывает трудности.

  3. В связи с постоянным ужесточением требований по минимальной поперечной разнотолщинности листов, а также их полной планшетности, необходимо проводить работы по совершенствованию профилировок валков. Особого внимания заслуживает разработка способов мобильного воздействия на профиль прокатной щели и, соответственно, профиль листов в процессе прокатки. Необходимо расширять применение установок противоизгиба валков.

  4. Тенденция к постепенному уменьшению толщины прокатываемых листов вызывает необходимость применения более эффективных технологических смазок (эмульсий). Однако введение дополнительных количеств жировых компонентов в смазку может привести к повышенной зажиренности металла после прокатки, что нежелательно. Для устранения указанного противоречия современные смазочные системы на непрерывных станах должны предусматривать возможность раздельной подачи смазки по клетям, позволяя варьировать состав и концентрацию смазки. В этом случае на валки последней, чистовой клети будет подаваться низкоконцентрированная эмульсия или даже моющий раствор. Кроме того современные смазочные системы также должны обеспечивать достаточное охлаждение и тщательную очистку эмульсии от металлических частиц и других загрязнений.

  5. В термических отделениях необходимо применять агрегаты непрерывного отжига с вертикальными или горизонтальными протяжными печами. Практика подтвердила большие преимущества этих агрегатов: возможность достаточно простого регулирования температурно-скоростных параметров обработки, удобство механизации и автоматизации, высокую производительность.

  6. Основные объекты современных цехов холодной прокатки, будучи агрегатами непрерывного действия и имея соизмеримую производительность, могут быть объединены в единые, совмещенные линии. Например, включение дрессировочных станов в состав агрегатов непрерывного отжига, или совмещение станов холодной прокатки с агрегатами непрерывного травления. Имеются сведения, что при создании совмещенных линий травления-прокатки капитальные затраты снижаются на 18 %.

  7. Нормальное функционирование новых, высокопроизводительных цехов холодной прокатки невозможно без использования автоматических систем управления технологическим процессом (АСУ ТП). Применение АСУ дает положительные результаты на всех переделах, но особенно необходимо оно на основном технологическом агрегате – непрерывном или реверсивном прокатном стане, где в настоящее время операции во многом производятся вручную. Качество выпускаемой продукции в решающей степени зависит от работы автоматических систем, управляющих самим процессом прокатки. К их числу относятся:

    • система автоматического регулирования толщины полосы (САРТ);

    • система автоматического регулирования натяжения (САРН);

    • система автоматического регулирования профиля и формы полосы (САРПФ);

    • система автоматической подачи смазочно-охлаждающей жидкости (САПОЖ).

В задачу САРТ входит обеспечение постоянства толщины прокатываемых полос, исключение значительных колебаний по толщине. Работа этой системы осуществляется посредством воздействия на нажимные устройства, а также путем изменения межклетевых натяжений и скорости вращения валков. По некоторым данным, применение САРТ обеспечивает прокатку 99% длины полосы с отклонениями от заданной толщины не более 1-2 %.

САРН является как бы подсистемой САРТ, работа этих систем тесно взаимосвязана. Поддержание величины натяжений на заданном, оптимальном уровне особенно необходимо в переходных режимах прокатки, например при переходе с заправочной скорости на рабочую. САРПФ воздействует на профиль межвалкового зазора (прокатной щели). Одним из наиболее эффективных средств регулирования в этом случае является применение устройств для противоизгиба (или принудительного изгиба) валков.

САПОЖ обеспечивает подачу смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на валки и полосу в необходимом, регулируемом количестве. Подача СОЖ ведется раздельно по зонам, выделенным по длине бочки валков. В задачу САПОЖ входит стабилизация теплового состояния валков в процессе прокатки. Для выполнения этой функции вдоль бочки валков располагаются температурные датчики. Регулирование температуры валков осуществляется с точностью ± 5 °С. «Мозгом» автоматических систем управления являются ЭВМ, которые на современных быстроходных станах составляют мощные вычислительные комплексы. Затраты на автоматизацию станов холодной прокатки окупаются за 2-3 года, не считая тех выгод, которые получает потребитель благодаря применению листовой продукции более высокого качества.
^ 1.2.3 Основные характеристики и требования к готовому изделию.

Технические условия на тонколистовой холоднокатаный прокат из малоуглеродистой качественной стали определены в ГОСТ 9045-80. В соответствии этому стандарту прокат изготавливается из малоуглеродистой качественной стали марки 08Ю со следующим химическим составом представленным в таблице 1.1.

В зависимости от назначения холоднокатаной стали к ней предъявляют различные требования, в том числе требования соответствующей отделки ее поверхности. Эти требования оговорены соответствующими стандартами и техническими условиями. Так для тонколистовой качественной малоуглеродистой стали по ГОСТ 9045–80 установлены три группы отделки поверхности. При первой группе отделки поверхности, высшей по качеству, на лицевой стороне листа поверхностные дефекты не допускаются. На поверхности листов II и III групп отделки допускаемые дефекты не должны превышать величину половины допуска, возможны только легкая рябизна, мелкие царапины, отпечатки и навары от валков.

Таблица 1.1 – Химический состав стали марки 08Ю

Элемент

Массовая доля элементов, %

углерод, не более

0,07

марганец

0,2-0,35

сера, не более

0,025

фосфор, не более

0,02

алюминий

0,02-0,07

кремний, не более

0,01

хром, не более

0,03

никель, не более

0,06

медь, не более

0,06


Высокое качество поверхности холоднокатаного металла во многом предопределяется состоянием поверхности горячего проката именуемого подкатом. Поэтому стандартом на подкат качественной углеродистой горячекатаной стали по ГОСТ 1530–42 предусмотрены две группы состояния поверхности стали: группа повышенной и группа нормальной отделки. Сортаментным стандартом на холоднокатаную рулонную сталь по ГОСТ 8596–57 предусматривается поставка ленты шириной от 200–2300 мм и толщиной 0,2–4 мм. Действующими стандартами оговорены допуски по толщине листа и разнотолщинности в зависимости от габаритов ленты. В отдельных случаях техническими условиями оговорены и более жесткие допуски, чем в стандартах.

Рядом стандартов и технических условий оговариваются требования к холоднокатаной стали, основанные на способности металла к вытяжке. Так по ГОСТ 914–56 на тонколистовую качественную малоуглеродистую сталь по способности металла к вытяжке определяют три группы: ВГ – весьма глубокой вытяжки, Г – глубокой вытяжки и Н – нормальной вытяжки. Этим стандартом для соответствующей группы вытяжки предусматриваются требования к величине зерна, полосчатости микроструктуры, механическим свойствам и испытанию на выдавливание по Эриксену.

Рулонный прокат допускается изготавливать с катаной и обрезной кромкой. На кромках не должно быть расслоений и торцевых трещин, видимых невооруженным глазом. Прокат в рулонах не должен иметь кромок, загнутых под углом 90° и более, а также скрученных и смятых концов. Металл изготавливается в дрессированном состоянии. Тонколистовой прокат должен подвергаться испытанию на выдавливание. Прокат должен быть термически обработанным (вид термической обработки устанавливается изготовителем). Полоса должна быть смазана с обеих сторон слоем нейтральной смазки.
1.3 Выбор структурной схемы технологического процесса производства холоднокатанной стальной полосы
Исходя из анализа технологического процесса холоднокатаного производства проведенного в предыдущем разделе, а также учитывая характеристики и требования к готовому изделию, примем следующую схему технологического процесса, изображенную на рисунке 1.2.

Первой операцией холодной прокатки является очистка поверхности листов от окалины, чтобы она не вдавливалась при холодной прокатке в металл и валки и термическая обработка с небольшим нагревом. Травление осуществляется в растворе соляной кислоты, это имеет преимущества перед травлением в растворе серной кислоты, так как улучшается качество поверхности полосы, снижаются затраты на травку и происходит незначительный, но полезный нагрев.



Рисунок 1.2 – Технологическая схема производства холоднокатаной полосы
Прокатка на непрерывном прокатном стане осуществляется для получения тонкого листа толщиной 1,0–3,9 мм. Далее лист поступает на оборудование для резки, где раскраивается на полосы заданного размера. С целью повышения производительности стана и технологических агрегатов прокатку и отделку полосы осуществляют рулонным способом, т.е. полоса после резки она сматывается в рулоны. Готовый прокат подвергается светлому рекристаллизационному отжигу для устранения наклепа и достижения требуемых механических (предел текучести, относительное удлинение) и технологических (штампуемость) свойств. Отжиг производится в непрерывных печах, это ускорит процесс производства стали, так как полоса по всей длине будет иметь одинаковые механические свойства. Это обеспечивается одинаковыми условиями нагрева и охлаждения. Также при непрерывном отжиге исключается опасность слипания витков рулона и наблюдается некоторое уменьшение коробоватости и волнистости полосы, получающихся при холодной прокатке. Температура отжига 700С, защитная атмосфера 5% Н2, а остальное азот, скорость движения полосы 1,6 м/с.

Затем осуществляется дрессировка – холодная прокатка полосы с величиной относительной деформации 1%, с целью улучшения поверхности стали, имеющей после горячей прокатки и травления много неровностей, а также для создания поверхностного упрочнения (наклепа), что имеет существенное значение для листов, подвергаемых в дальнейшем холодной штамповке, так как при недостаточно жесткой поверхности металла на ней могут появиться линии сдвига. После дрессировки полоса проходит очистку и смазку, и пройдя контроль качества отправляется на склад готовой продукции.

1.4 исследование принципов работы и Анализ устройства основного технологического оборудования принятой прокатной схемы
Холодная прокатка стальной полосы на отечественных заводах осуществляется на одноклетьевых реверсивных, трехклетьевых и пятиклетьевых непрерывных и многовалковых станах.

Обязательным условием прокатки стальной полосы является наличие мощного прокатного оборудования пятиклетьевых непрерывных либо одноклетьевых многовалковых станов и применение высокоэффективных технологических смазок. Сопоставление данных о силовых условиях деформации малоуглеродистой стали на различных станах при относительно одинаковых условиях прокатки позволяет сделать вывод, что при увеличении содержания кремния в стали значительно повышается сопротивление металла деформации. Удельное давление металла на валки при холодной прокатке стали с содержанием 4% Si; в четыре раза, а с содержанием 3,5 Si в 2,5 раза больше, чем при прокатке стали 1% Si.

Принятые при холодной прокатке стали интенсивные обжатия в первом пропуске (35–45%) в результате значительной деформации обеспечивают нагрев полосы до 100–150 °С, что благоприятно влияет на процесс прокатки рулона в последующих пропусках, так как нагрев полосы до такой температуры (в результате деформации) приводит к значительному снижению сопротивления деформации при прокатке.

Исходя из технических условий на стальную полосу, к использованию в автоматической линии примем пяти клетьевой стан холодной прокатки марки 1200 производства Магнитогорского завода металлургического машиностроения. Подбор остального оборудования будет произведен в третьем разделе дипломного проекта.
^ 1.4.1 Травильные агрегаты металлургической промышленности.

Перед прокаткой полоса проходит травление, которое осуществляется в растворе соляной кислоты, что имеет следующие преимущества перед травлением в растворе серной кислоты: лучшее качество поверхности полосы после травления; уменьшение потерь металла при травлении на 25%; снижение стоимости травления (соляная кислота дешевле серной); повышение интенсивности растворения окалины в 1,6-2 раза; значительное снижение расхода кислоты. Концентрация раствора соляной кислоты 15%, температура травления 90С. Для обезжиривания полосы после холодной прокатки могут быть применены различные способы, в том числе электролитический, химический, ультразвуковой.

Процедура травления в большинстве своем происходит в непрерывных травильных агрегатах. Эти агрегаты предназначены для удаления окалины с поверхности горячекатаных полос углеродистых, низколегированных и электротехнических сталей в кислотном растворе непрерывным способом. Для сокращения времени на вспомогательные операции и обеспечения максимальной производительности в агрегате, как правило, установлены два разматывателя и две моталки. Однако все операции по загрузке рулонов, задаче полосы в агрегат и выдаче готовых рулонов механизированы и требуют присутствие рабочего персонала.

Очистка поверхности полосы от окалины производится в плоских ваннах травления, состоящих из нескольких секций, в вихревом потоке раствора соляной кислоты. Подача раствора в ванны обеспечивается высокопроизводительными насосами из баков через теплообменники. При остановках агрегата раствор в течение 3-4 минут сливается в циркуляционные баки. Ванна промывки каскадного типа обеспечивает требуемую чистоту поверхности полосы перед сушкой.

Технологическая часть агрегата, как правило, имеет замкнутый цикл и обеспечивает минимальные расходы кислоты, теплоносителей и промывной воды. Кроме того в агрегате предусмотрена установка машины правки изгибом с растяжением, которая обеспечивает разрушение слоя окалины перед травлением и улучшает плоскостность полосы. Однако центрирование полосы по оси агрегата обеспечивается вручную, что может повлечь задиры кромки листа или полосы. Ввиду данного недостатка для обрезки боковых кромок полосы используются дисковые ножницы с поворотными платформами для быстрой смены инструмента.

Оборудование хвостовой части травильного агрегата обеспечивает промасливание полосы с минимальным расходом масла и отличное качество смотки рулонов.
^ 1.4.2 Устройства непрерывной подачи стальной полосы.

В качестве универсальных устройств подачи рулонной ленты применяются роликовые и валковые подающие устройства. Они работают в комплексе с устройствами для сматывания рулона, правки, очистки, резки и наматывания отходов на катушку.

К устройствам подачи непрерывного материала предъявляются требования по обеспечению заданной точности подачи, которая зависит от ускорении, развиваемого захватным органом. При ускорении до 10м/с2 точность подачи составляет ±(0,1–0,2) мм. Для повышения точности подачи дополнительные конструктивные элементы – шаговые ножи и ловители – это позволяет довести точность подачи до ±(0,03–0,05) мм.



Рисунок 1.3 – Классификация подающих устройств для ленты
Подающие устройства классифицируются по следующим признакам:

  • по способу захвата материала;

  • по способу воздействия на материал;

  • по типу привода

Привод подачи должен быть строго синхронизирован с работой прокатного стана, это можно реализовать при помощи привода от оси разматывателя. Особенность работы привода заключается в том, что перемещение материала должно осуществляться только после того как пуансоны и ловители выйдут из материала и съемник снимает ленту с пуансонов, а перемещение материала должно закончиться до того как ловители или пуансоны войдут в материал.

На линиях прокатки широкополосного листа применяются подачи с индивидуальным приводом. Такие подачи осуществляют перемещение материала с шагом 600–2400 мм. В них отсутствуют преобразующие механизмы, а требования к точности шага значительно ниже. Конструктивные особенности подач рассматриваются подробно при выполнении лабораторных работ.
^ 1.4.3 Непрерывные станы холодной прокатки и дрессировки стальной полосы.

Современные непрерывные станы холодной прокатки являются основными агрегатами в комплексе оборудования, предназначенного для получения тонкого листа. Для рассмотрения принятой схемы производства, и более глубокого изучения принципа работы основного оборудования, рассмотрим пятиклетевой стан марки 1200, предназначенный для прокатки горячекатаных травленых листов из малоуглеродистых сталей с высоким пределом прочности. В таблице 1.2 приведены технические характеристики.

Таблица 1.2 – Технические характеристики прокатного стана марки 1200

Ширина полосы, мм.

700..1250

Толщина полосы, мм.

1,6..4,5

Толщина готовой продукции, мм.

0,2..2,5

Диаметр рулона, мм.

До 2200

Масса рулона, т.

До 30

Скорость прокатки, м/с.

До 20

Давление прокатки, тс.

2000

Мощность рабочих клетей №1-5, кВт

2500

Производительность стана, тыс. т/год

750..1100

Масса оборудования, т.

4600



Конструктивные особенности:

  • головная часть стана имеет двухпозиционную схему загрузки, двухголовчатый разматыватель с удлинёнными головками. Все операции по транспортировке рулонов, отгибке и задаче переднего конца в стан механизированы;

  • рабочие клети “кватро” оборудованы гидравлическим нажимным устройством, механизмом установки валков на уровне прокатки, механизмами перевалки опорных и рабочих валков, противогибом и дополнительным изгибом рабочих валков. В клетях № 1, 2, 3, 4 установлены многозонные коллекторы системы охлаждения, в 5-ой клети – коллекторы с точечным охлаждением. Привод первой клети — групповой, клетей 2, 3, 4, 5 – индивидуальный. Моталка стана имеет 4-х сегментный барабан с откидной опорой замкнутого типа;

  • управление станом и функциями осуществляется вручную.

На рисунке 1.4 изображен разрез стана 1200 и основное оборудование.





Рисунок 1.4 – Разрез непрерывного 5-ти клетевого стана

1-ось загрузки; 2-ось разматывателя; 3-ось клети № 1; 4-ось клети №2; 5-ось клети №3; 6-ось клети №4; 7-ось клети №5; 8-ось моталки; 9-ось уборки шлама; 10-нажимная система; 11- гидронажимные устройства; 12- система регулирования принудительного изгиба валков; 13-ось стана; 14-перекачное отделение; 15-нажимная система; 16-маслоподвал; 17- центральный пост управления станом.
Подготовленные к прокатке горячекатаные травленые рулоны податчиком устанавливают на цепной транспортер с зазором 200–2300 мм в зависимости от ширины рулона. Податчик осуществляет транспортировку рулонов к подающему устройству, на ролики которого они сталкиваются с помощью подъемного стола или сталкивателя. Далее следует калибровка рулона.

После калибровки рулона на роликах разматывателя передний конец полосы с помощью задающих роликов подается в валки 1-й клети прокатного стана. Прижим пресс-проводкового стола 1-й клети в момент задачи переднего конца полосы поднят. Полоса располагается в направляющих стола. После захвата полосы рабочими валками 1-й клети прижим пресс-проводкового стола опускается на полосу. Это увеличивает натяжение полосы строго по оси стана. Прокатка полосы начинается с захвата ее переднего конца валками 1-й клети. После выхода переднего конца полосы из рабочих валков первой клети и захвата ее рабочими валками 2-й клети старший вальцовщик пятиклетевого стана замеряет толщину обжатого переднего конца и доводит ее до значений, указанных в режимах обжатий. При этом после перевода стана на рабочую скорость толщина полосы, выходящей из 1-й клети, должна быть равна толщине полосы, приведенной в таблицах режима обжатий.

В момент захвата полосы рабочими валками 2-й клети полоса получает натяжение. Прокатка полосы во 2–5-й клетях осуществляется так же, как и в 1-й клети. Вышедший из 5-й клети передний конец полосы с помощью ручного захлестывателя заправляется на барабан моталки и после 4-5 витков полосы на барабане моталки стан плавно переводится на рабочую скорость.

При прохождении швов через рабочие валки стана скорость прокатки снижается до 3-5 м/с. Задний конец полосы прокатывается при опущенных прижимах пресс-проводковых столов. Это увеличивает натяжение полосы перед рабочими валками и предохраняет рабочие валки от выброса полосы в сторону, а значит, от порезов и наваров. Задние концы полос должны быть равными, не должны иметь хвостов. Это предохраняет рабочие валки клетей от порезов.

Подъемный стол, приняв на себя рулон, передвигается к следующему циклу обработки при помощи снимателя рулонов, а сниматель возвращается под барабан моталки.
^ Дрессировочный стан.

Как говорилось ранее, после холодной прокатки и отжига, полоса отправляется на дрессировку – холодную прокатку полосы с величиной относительной деформации не более 1%. Дрессировочный стан предназначен для дрессировки холоднокатаных отожженных полос малоуглеродистых сталей с невысоким содержанием углерода и достаточно большим пределом прочности.

Стан, как правило, оборудован шаговыми конвейерами для транспортировки рулонов, участком подготовки переднего конца полосы, разматывателем консольного типа и моталкой с четырёхсегментным барабаном и откидными опорами замкнутого типа. Все операции по загрузке рулонов и заправке полосы механизированы.

Управление всеми механизмами стана и функциями осуществляется обслуживающим персоналом вручную. На рисунке 1.5 изображен разрез типового дрессировочного стана и изображено его основное оборудование. Стан предназначен для дрессировки холоднокатаных отожженных полос из малоуглеродистых сталей с содержанием углерода 0,08-0,2 % с пределом прочности до 650 МПа.

Принцип работы этого стана мало чем отличается, кроме меньшего количества рабочих клетей, от стана непрерывной холодной прокатки, вследствие этого более подробного рассмотрения этого устройства, на данном этапе работы не требуется.



Рисунок 1.5 – Разрез дрессировочного стана

^ 1-ось моталки; 2-ось рабочей клети; 3-ось натяжного устройства; 4-ось разматывателя; 5-ось стана; 6-ось загрузки.

Проведя анализ технологического процесса прокатки, рассмотрев основное технологическое оборудование и порядок прохождения на нем заготовки, следует рассмотреть основные причины необходимости модернизации существующего производства и основные предпосылки к внедрению автоматических линий металлопроката.

1.5 Обзор основных дефектов и возможность повышения качества готовой продукции посредством модернизации устаревшего оборудования прокатного стана.
^ 1.5.1 Основные дефекты холоднокатаной стальной полосы.

Виды дефектов холоднокатаных полос очень многочисленны. Некоторые из них специфичны, т.е. относятся только к какому-либо конкретному виду продукции. Например, при производстве листов с покрытиями большое место в отбраковке занимают дефекты покрытий. Отдельные виды продукции имеют классификаторы дефектов, включающие 30–40 и более наименований. Ниже рассмотрены только самые типичные виды дефектов.
^ Несоблюдение точности размеров и формы листов и полос.

Поскольку холоднокатаные листы в основной массе значительно тоньше, чем горячекатаные, на первый план выходят такие дефекты, как поперечная и продольная разнотолщинности, волнистость, коробоватость. Причинами этих дефектов являются:

  • недостаточная профилировка валков;

  • отсутствие противоизгиба;

  • недостаточный уровень автоматического управления процессом прокатки.


Нарушение сплошности металла.

Основной причиной возникновения дефектов такого рода (дыры, трещины, рваная кромка, плены, расслоения и др.) является плохое качество металла исходной горячекатаной заготовки. Вместе с тем некоторые дефекты типа нарушения сплошности могут возникать в результате неправильного осуществления процесса прокатки. При задаче в валки полос, может возникнуть тенденция к образованию продольной складки, в зоне деформации одна часть полосы смещается относительно другой части. На поверхности металла проступают светлые линии, расположенные под некоторым углом к направлению прокатки, такой дефект называется порезом. Причинами возникновения этого нередкого дефекта являются:

  • подача коробоватых полос;

  • неудачно подобранная профилировка валков;

  • отсутствие автоматического контроля и как следствие, неравномерное распределение обжатия по ширине полосы.


Дефекты поверхности полос.

Эти дефекты относятся к числу наиболее распространенных. Они возникают на разных стадиях обработки. При плохом уровне контроля процесса травления горячекатаных полос возможны недотрав и перетрав. В первом случае на поверхности полосы остаются темные полосы или пятна нестравленной окалины, а во втором случае поверхность металла получается грубо шероховатой, разъеденной кислотным раствором. Появление этих дефектов требует более глубокого изучения режимов травления и вместе с тем применения комплексной автоматизации данного процесса, позволяющей свести к минимуму появление пятен и шероховатостей.

В процессе прокатки на поверхности полос нередко образуются углубления или выступы, отпечатки в виде углублений разных форм и размеров, вкатанная металлическая крошка.

Причинами возникновения таких дефектов могут являться:

  • неправильный режим работы гидронажимных устройств не позволяющий обеспечить равномерную прокатку листа;

  • отсутствие системы автоматического регулирования толщины и натяжения полосы;

  • отсутствие системы точного останова стана в конце пропуска для проверки отсутствия дефектов;

  • отсутствие системы точного управления режимами скорости прокатного стана.

Все рассмотренные геометрические дефекты подводят к обобщенной характеристике плоской поверхности прокатанной полосы, выражаемой в отсутствии коробоватости или волнистости – именуемое планшетностью. Планшетная полоса – это абсолютно плоская полоса без каких либо геометрических дефектов.
^ Отклонения по структуре и физико-механическим свойствам.

Эти дефекты металла зависят главным образом от выполнения предписанных режимов термической обработки. Вместе с тем следует иметь в виду большое влияние режимов деформации, которые должны быть выбраны с учетом конечных свойств металла.

Ввиду описанных выше дефектов, являющихся следствием использования устаревшего оборудования и отсутствия должного уровня автоматизации перейдем к анализу основных технологий и средств модернизации оборудования цехов холодной прокатки.

^ 2 РАСЧЕТ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ И РЕГУЛЯТОРОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ

2.1 РАСЧЕТ ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Основное оборудование – это оборудование на котором выполняются основные операции прокатки и термической обработки: стан холодной прокатки, печи термической обработки перед прокаткой, печи рекристализационного отжига.

Дополнительное оборудование служит для выполнения операций обработки: травильные баки, моечные машины, оборудование для выполнения погрузочно-разгрузочных работ, транспортная система.

Вспомогательное оборудование служит для обеспечения нормального режима холодной прокатки: средства контроля и управления, диспетчерский пульт.

Подъемно-транспортное оборудование включает в себя следующие виды краны и подъемники всех типов, конвейеры, транспортеры, электро и мотокары, механизмы загрузки и разгрузи.

Применение в качестве основного оборудования непрерывного прокатного стана и агрегата непрерывного отжига, работающих по непрерывному режиму, более рационально, так как это увеличивает выпуск готовой продукции, повышает производительность линии.

В печах непрерывного отжига в качестве источника тепла применяют электроэнергию. Это позволяет осуществлять тепловой режим термической обработки с точностью 5%. Кроме того электрические термические печи имеют регулируемый тепловой режим. Срок службы электрических печей более длительный.

^ 2.1.1 Ориентировочный расчет деформационного и скоростного режимов прокатки

Конечная толщина полосы 1 мм достигается в результате обжатия подката во всех клетях стана на 75%. Суммарное обжатие распределено так:

  • 1й проход 30% не максимальное, т.к. опасаются разнотолщинности подката;

  • 2й проход 40% максимальное пока нет наклепа;

  • 3й проход 30%;

  • 4й проход 15% меньше, чтобы улучшить плоскостность.

Толщина полосы до прокатки составляет:

ho=100hк/(100-75)=100 · 1/(100-75)=4 мм

(2.1)

1й проход: (4-h1) ·100%/4=30%  h1=2,8 мм;

2й проход: (2,8-h2) ·100%/2,8=40%  h2=1,7 мм;

3й проход: (1,68-h3) ·100%/1,68=30%  h3=1,2 мм;

4й проход: hк=1,0 мм.

Исходные данные:

Lб=1700 мм; hк=1 мм; bк=1100 мм.

Исходная заготовка:

ho=4 мм; bo=1100 мм; Gрул.=30 т; Vmax=25 м/с; Vраб=20 м/с; =75%.

Lк=Gрул/ ·Sк=30/7,85·1,1·0,001=3474,23 м,

(2.2)

Lo=3474,23/4=868,55 м.

(2.3)

Расчет производился в ПО MathCad, результаты занесены в таблицу 2.1

Таблица 2.1 – Характеристики режимов прокатки

проход

hi-1

hi

,%

h

=

Li-1

Li

1

4,0

2,8

30

1,2

1,43

868

1242

2

2,8

1,7

40

1,1

1,67

1242

2074

3

1,7

1,2

30

0,5

1,43

2074

2966

4

1,2

1,0

15

0,2

1,18

2966

3474



^ 2.1.2 Расчет работы прокатного стана во времени

Прокатка на стане включает в себя следующие временные отрезки:

t1 - установка рулона на разматыватель;

t2 - отгиб и подача переднего конца к 1й клети;

t3 - прокатка на заправочной скорости;

t4 - разгон стана до рабочей скорости;

t5 - прокатка на рабочей скорости;

t6 - торможение стана до скорости пропускания заднего конца;

t7 - прокатка на скорости пропускания заднего конца;

t8 - снятие рулона с моталки.

t1=30 с; t2=20 с;

t3=L1-2/V1запр+L2-3/V2запр+L3-4/V3запр+L4мот/V4запр+ ·Dбм · n/Vч мот

F1V1=F2V2=F3V3=F4V4;

(2.4)

V3=V4/4=V4/4;

(2.5)

=1/(1 – ).

(2.6)

Коэффициенты высотной деформации по проходам:

1=1/(1 – 0,3)=1,43;

2=1/(1 – 0,4)=1,67;

3=1/(1 – 0,3)=1,43;

4=1/(1 – 0,15)=1,18;

V3запр=V4запр/4=1,5/1,18=1,27 м/с;

V2запр=1,27/1,43=0,89 м/с;

V1запр=0,89/1,67=0,53 м/с;

t3=4,5/0,53+4,5/0,89+4,5/1,27+7/1,5+3,140,82/1,5=25,1 сек;

t4=(Vp V4запр)/a;

(2.7)

a=1 м/с;

t4=(20 – 1,5)/1=18,5 с;

t6=(VpV4запр)/b=(20 – 1,5)/2=9,25 c;

b=2 м/с;

t7=L1-2/V1запр+L2-3/V2запр+L3-4/V3запр+L4-мот/V4запр;

(2.8)

t7=4,5/0,53 + 4,5/0,89 + 4,5/1,27 + 7/1,5=21,76 с;

t8=30 с;

t5=Lп раб/Vраб;

(2.9)

Lп запр=V4запр(t3+t7)=1,5(25,1+21,76)=70,29 м;

Lп ускор=Lп замедл=(Vp + V4запр)(t4 + t6)/2=(1,5 + 20)·(18,5 + 9,25)/2=298,31 м;

Lп раб=Lк Lп запр Lп ус-зам=3474 – 70,29 – 298,31=3204,4 м;

t5=3205/20=160,25 с;

Тц =ti = 30 + 20 + 25,1 + 18,5 + 160,25 + 9,25 + 21,76 + 30 = 314,86  315 c;

Тр=Тц Тперекр=314,86 – 30 – 20=264,86 с.
^ 2.1.3 Расчет электрических и нагревательных элементов линии

Источником тепла в печи являются электронагреватели. Общая установочная мощность электронагревателей составляет 6600 кВт.

Мощность одного электронагревателя 240 кВт: РНОМ=240 кВт

Так как мощность печи превышает 15 кВт, то печь конструируют трехфазной. Мощность одной фазы определяется по формуле:

РФ=РН/3=240/3=80 кВт,

(2.10)

где РФ - мощность одной фазы;

РН - мощность одного электронагревателя.

Фазовое напряжение на концах нагревателя:

U=U/3=380/3=220В.

(2.11)
  1   2   3   4



Скачать файл (4273.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru