Стан холодной прокатки. Основные различия горячекатаного и холоднокатаного проката, особенности применения

Прокатный стан представляет собой комплекс оборудования, предназначенного для осуществления пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), а также транспортных и вспомогательных операций. В состав прокатных цехов или отделений в общем случае входит оборудование главной линии прокатного стана в составе черновых, промежуточных и чистовых рабочих клетей и передаточных механизмов, а также нагревательные печи, системы для гидросбива окалины, оборудование для транспортировки, резки, термообработки, отделки, правки, смотки, маркировки, упаковки проката и т.д.

Основными задачами прокатного производства являются получение готового проката заданных размеров и формы в требуемом количестве, с минимально возможными затратами, с высоким уровнем физико-механических свойств и качества поверхности.

Сортовые прокатные станы подразделяются на одно - и многониточные.

По расположению валков клети подразделяются на горизонтальные, вертикальные и универсальные, но направлению прокатки - на непрерывные и реверсивные.

В зависимости от параметров выпускаемой продукции сортовые прокатные станы подразделяются следующим образом.

· Среднесортные Круг до?75 мм;

Фасонные профили со стороной до 90 мм

· Мелкосортные Круг до?30 мм;

Фасонные профили со стороной до 40 мм

· Проволочные Катанка?6-10 мм

В современном прокатном производстве повышенные требования к предъявляются получению продукции с требуемыми свойствами, обеспечению компактности, универсальности, экономичности, ремонтопригодности и энергоемкости оборудования.

Наряду с повышением требований к размерной точности проката и качеству его отделки большое внимание уделяется производственной гибкости оборудования, возможности оперативной перенастройки на другой сортамент, сокращению простоев, связанных с ремонтом и обслуживанием.

Существует тенденция литья заготовок с формой и размерами, приближенными к параметрам готовой продукции, что вносит существенные изменения в процесс прокатки: уменьшается число требуемых проходов и прокатных клетей с соответствующим упрощением конструкции, уменьшением габаритов и удельных расходов энергоносителей, однако уменьшение коэффициента вытяжки предъявляет повышенные требования к структуре получаемого проката и обуславливает необходимость в широком применении термической обработки.

Тенденции современного рынка металлопродукции проявляются в уменьшении спектра размеров готового проката и в большем разнообразии марок стали. В любом случае для получения наибольшей производительности необходимо обеспечить минимальную продолжительность процесса переналадки при переходе на прокатку другого типоразмера, профиля или марки стали, а также сократить продолжительность простоев, связанных с обслуживанием оборудования.

Основными видами продукции являются строительная арматура, катанка, проволока, уголки, шестигранники и т.п.

Станы для раскатки полос из черных и цветных металлов методом холодной прокатки

Станы для раскатки полос из черных и цветных металлов методом холодной прокатки представляют собой оборудование для прокатки материала в холодном виде методом холодной деформации. Это означает, что исходный материал перед прокаткой не нагревается в печи.

К данному методу прокатки обращаются в целях получения тонкой полосы или ленты с минимальными значениями по толщине, с ровной блестящей плоскостью, прецизионными размерами по сечению и высокой гомогенностью свойств материала. Во время прокатки холодным способом имеется возможность изменения механических свойств обрабатываемого металла, выбирая необходимые параметры обжатий и температурных воздействий. Прокатка материалов в холодном состоянии методом холодной деформации широко распространена, а холоднокатаная продукция находит сегодня широкое применение почти во всех сферах нашей промышленности.

При получении готового продукта иногда используют полностью полученные при холодной прокатке свойства, как прецизионность размеров полосы толщиной до макс. 0,002 мм, улучшенную в ходе прокатки прочность. Иногда при наклепе толстых полос стремятся к получению улучшенных механических свойств полученной при прокатке полосы. Современные разработки станов холодной прокатки сегодня намного совершеннее, что касается скорости прокатки или повышения способности переносить осевую или радиальную нагрузку у подшипников разного рода опорных и рабочих валков, а также срока их службы. Также появились новые системы измерения и регулирования натяжения прокатываемых полос, создаваемого между клетями, автоматическое регулирование толщины полосы и исключение разнотолщинности.

Вышеназванные разработки можно частично реализовать на уже работающих агрегатах холодной прокатки, вследствие чего будет увеличена продуктивность уже работающих узлов стана без особых финансовых затрат.

Понятие «лента» имеет связь с толщиной полосы, ибо до определенного момента имелись сложности с прокаткой широкой полосы толщиной? 0,2 мм, в этой связи рулоны, которые нужно было прокатать в полосу толщиной? 0,2 мм, нужно было перед прокатыванием подвергнуть роспуску, т.е. продольному делению на несколько полос. После чего продольно разрезанные полосы прокатывались на станах с валками меньшего диаметра и меньшей бочки.

Сегодня при существовании многовалковых прокатных линий, где количество валков может доходить до 20, в продольном роспуске рулона нет смысла, потому что на многовалковом агрегате есть возможность прокатки более тонких и более широких полос. Надо думать, что в ближайшем будущем прокатке будут подлежать полосы шириной мин. 1000 мм и толщиной 0,05 мм. И только после этого полоса пойдет на роспуск, где будет продольно делиться на полоски нужной ширины. Однако совсем тонкие полосы, специальные сплавы и материалы будут подлежать прокатке на узкополосных станах.

В связи с производством чрезмерно тонких полос сильно ужесточились требования к постоянству их толщины, т.е. к её равномерности. Понятие профиля полосы взаимосвязано с понятием о разнотолщинности, где имеется в виду в среднем разница между толщиной полосы в её центре и толщиной в пределах определенного удаления от края полосы или её кромки.

Подразумевается, что профиль холоднокатаной полосы зависит от плоскостности исходного подката с линии горячей прокатки. Например, выпуклый профиль холоднокатаного продукта почти полностью повторяет профиль исходного материала с горячекатаного производства.

Температурные воздействия на полосу, скорость процесса деформации, постоянный зазор в очаге деформации и параметр натяжения полосы соответственным образом воздействуют на разнотолщинность металла по всей длине полосы. Этим воздействие на разнотолщинность не ограничивается, так как при этом немаловажна прецизионность шлифовки бочки опорных валков. От конструктивного исполнения опорного узла и конфигурации цапфы валка (в виде цилиндра или конуса) зависит, какой метод контроля предпочитают при определении точности размеров, достигаемых при шлифовании.

Есть ряд других факторов воздействия на различия в толщине металла по всей длине полосы. Очевидно, что колебания толщины материала могут быть вызваны также изменением скорости при прокатке. А этого избежать просто невозможно, особенно при процессах торможения или разгона агрегата.

Создаваемый между валками и прокатываемым материалом коэффициент трения изменяется, вызывая тем самым колебания толщины. Постоянность в режиме прокатки в большой степени способствует стабильности показаний толщины полосы. Рулоны должны подаваться на стан с минимальными перерывами. Тогда создается почти непрерывный процесс прокатки, что влечет установление необходимого температурного режима, влияющего на профиль валков. Значительные перерывы между рулонами способствуют нарушению установившихся режимов, требуется их корректировка, и параметры готовой полосы оставляют желать лучшего. Разнотолщинность холоднокатаного проката может быть вызвана плохим качеством опорных валков на стане. При шлифовке бочек валков необходимо соблюдение точности шлифовки, что также ведет к сведению параметров разнотолщинности к минимуму. Биение валков в клети также может способствовать присутствию разнотолщинности по всей длине полосы.

Толщина прокатываемого материала и точность прокатки допускают определенную эксцентричность валков и их биение.

К разнотолщинности ведут также невидимые дефекты валков, скрытые внутри. Вследствие этого валок может достаточно сильно прогибаться под большой нагрузкой. На наличие внутренних дефектов валок проверяется ультразвуком дефектоскопа.

Создание достаточной жесткости в клети также способствует уменьшению разнотолщинности холоднокатаного проката. Жесткость можно увеличить, создав предварительное напряжение в клети, оснащая клеть большим количеством валков, валков из твердых материалов и сплавов с маленьким диаметром.

С целью уменьшения разнотолщинности прокатываемого материала станы холодной прокатки оснащают регуляторами толщины, работающими в режиме автоматики, что впоследствии корректирует и профиль полосы. Оказывается воздействие на ГНУ, на изгиб и отрицательный изгиб валков, натяжение полосы, на способы охлаждения валков и скорость прокатки.

Состав оборудования прокатного производства и метод процесса прокатки определяют тип стана.

Это или нереверсивный, или, наоборот, реверсивный, или непрерывный агрегат прокатки.

К нереверсивному стану можно отнести стан с одной клетью (одноклетьевой), схематично представленный на рис.1. Направление вращения валков не меняется. Прокатываемая полоса подается всегда со стороны моталки, и на выходе всегда транспортируется от разматывателя. Такое оборудование используют для прокатки листового материала или полосы в рулонах, когда прокатка может осуществляться в один проход. Это характерно для прокатки алюминиевой фольги или для прокатки на дрессировочном стане (рис.2).

К реверсивному стану можно отнести также стан с одной клетью (одноклетьевой), схематично представленный на рис.3. Направление вращения валков меняется. Полоса прокатывается сначала в одном направлении, затем в другом, делая при этом несколько проходов, которые определяют получение конечных параметров готового проката.

К непрерывному стану относится стан с множеством клетей (многоклетьевой), схематично представленный на рис.4. Клети на стане следуют друг за другом, процесс прокатки идет непрерывно, сразу по всем клетях. Производство холодного проката может состоять из 6 клетей (для жести и тонких полос) или может иметь до 20 клетей при прокатке мелкосортного проката специальных сталей. Направление вращения валков не меняется. Прокатываемая полоса подается всегда со стороны моталки, и на выходе всегда транспортируется от разматывателя.

Сегодня все холодные станы непрерывной прокатки оснащены регуляторами процесса прокатки, работающими в режиме автоматики и позволяющими вести процесс непрерывно, без останова агрегата. В момент удаления готового рулона на выходе на входе идет заправка следующего рулона (рис. 5).

Входная часть таких станов оснащена группой разматывателей, состоящей из 2-х разматывающих устройств, правильно-растяжной машиной 2, ножницами 3, сварочной машиной 4, петлевыми накопителями 5, необходимыми агрегату в момент выполнения сварного шва при замедленной скорости, натяжными S-роликами 6. На выходе непрерывного стана 7 стоят летучие ножницы 8 и две моталки 9.

При достижении рулонов заданной длины летучие ножницы, работающие по принципу гильотины, отрезают полосу, и конец рулона следует на вторую моталку. При работе ножниц скорость прокатки составляет 5 м/сек.

Сегодня большого внимания заслуживают комбинированные линии, состоящие из линии травления и стана холодной прокатки.

Линия травления имеет скорость, согласованную с высокой скоростью обработки материала на линии холодной прокатки. На линии траления и на стане работает качественная система отсоса паров кислоты и эмульсии, что щадящим образом сказывается на оборудовании обеих линий. Накопитель полосы может быть вертикальным, что уменьшает длину комбинированной линии в целом.

Комбинированные линии имеют свои преимущества:

· сокращение общего состава оборудования;
· один склад рулонов;
· сокращение численности персонала.

Конструкция прокатных станов

Рабочие клети лентопрокатного стана.

Требования к холоднокатаной полосе постоянно ужесточаются. Это относится и к прецизионным параметрам толщины, планшетности полосы и чистоте её поверхности. Эти требования составляют основу конструктивного исполнения оборудования прокатных клетей, входа и выхода стана и другого побочного оборудования.

Конструктивные изменения касаются прокатных клетей стана. Для создания предварительного напряжения в клети используются более высокие усилия прокатки, нажимные устройства стали гидравлическими, ПЖТ стали более совершенными и т.д. Система изгиба и противоизгиба рабочих и опорных валков улучшает показатели планшетности полосы и увеличивает срок службы валка между перешлифовками.

В помощь контролю планшетности полосы на прокатных агрегатах устанавливают измерители натяжения, измеряющие натяжение полосы в пределах её ширины. Система ГНУ плюс система изгиба и противоизгиба рабочих и опорных валков, осевая сдвижка также способствуют достижению точности в показателях толщины ленты или полосы.

Двухвалковые станы

Прокатная клеть оснащается определенным количеством валков, которое впоследствии определяет название прокатного агрегата. Для прокатки сортового профильного материала, узких полос и лент, для расплющивания проволоки, для процессов дрессировки подходят двухвалковые клети. Технология этих процессов требует определенного конструктивного оснащения клети с двумя валками. Нагрузка, которая приходится на валки, и скорость процесса прокатки определяют выбор подшипников для оснащения клети: качения, скольжения, роликоподшипников и т.д. Они постоянно конструктивно изменяются, чтобы дольше служить и сократить тепловые потери при трении.

Двухвалковые станы могут быть нереверсивными, реверсивными, непрерывными. На непрерывных двухвалковых станах прокатывают фольгу и расплющивают проволоку. Пример подобного стана изображен на рис. 6. Состав оборудования довольно прост: разматывающее устройство, клеть для прокатки материала и моталка.

Клеть для прокатки материала отображена на рис. 7. Клеть устанавливается на основании 3. Подушки валков, нижние указаны под поз. 5 и верхние под поз. 4, фиксируются вместе с валками таким образом, что подушки со стороны обслуживания зафиксированы по оси основания. С помощью планок, которые, как правило, фиксируются болтами на станине, расположенной справа. На подушках валков имеются выемки, в которые устанавливаются планки. Такая конструкция прочно фиксирует подушку, предотвращая, таким образом, её смещение по оси и придавая клети в целом дополнительную жесткость.

Подушка, как единое целое, смонтированная вместе с подшипниками, дистанционной втулкой, крышкой подшипника, гидравлическим зажимным кольцом, натягивается на цапфу валка. Со стороны привода подушки называются плавающими, так они не остаются незафиксированными. Процедура перевалки валков тем самым осуществляется быстрее, так как демонтаж планок и крепежных элементов приходится делать только со стороны обслуживания. В процессе прокатки, особенно на большой скорости, происходит увеличение температурного баланса, вследствие чего валок удлиняется, и крепление его с двух сторон могло бы приводить к заклиниванию валка. Такая ситуация, в свою очередь, могла бы привести к перегрузке подшипников. Подушки нижних валков устанавливаются не непосредственно на станине, а на прокладки с каленой поверхностью 6. Нижняя часть подушки опирается на плоскость прокладки, и при изгибе валка происходит самоустановка подшипника в подушке.

Полоса заходит в клеть по проводковому столу 7. Стол оснащен боковыми направляющими, установленными на ролики 9. Направляющие могут настраиваться в зависимости от ширины полосы или ленты, на более узкую или более широкую ленту. При транспортировке полоса касается не самих направляющих, а роликов, что предотвращает износ направляющих вследствие постоянного контакта с полосой. На проводковом столе закреплено прижимное устройство 10, которое фиксирует полосу или ленту между промасленными прокладками из фетра и из дерева. Происходит чистка полосы. Перед перевалкой валков винт 11 отвинчивается, и проводковый стол свободно выдвигается за пределы проема станины, чтобы не затруднять демонтаж валка и подушки из станины.

Чтобы на прокатываемый материал не попадала грязь, валки очищает брусок, или шабер 12, который прижат к валку, собирая с него грязь.

Из клети полоса транспортируется к выходу агрегата, попадая сначала на приемочный стол 13, и при поддерживании прижимным роликом 14 направляется к моталке агрегата. Чтобы приподнять валки, готовясь к перевалке, используют винтовой механизм 2.

Нажимные устройства любого прокатного агрегата служат для прецизионного регулирования толщины прокатываемого материала. Они могут быть электрическими или гидравлическими. Так как гидронажимы двухвалковых и четырехвалковых прокатных агрегатов конструктивно выполняются почти одинаково, мы коснемся описания их при ознакомлении с четырёхвалковой клетью.

Все одинаковые для 2-х и 4-хвалковых клетей участки оборудования мы рассмотрим при описании 4-хвалкового стана.

Четырехвалковые станы

На сегодня четырехвалковые станы представляют собой наиболее распространенное прокатное оборудование для производства холоднокатаного материал. В клети 4-хвалкового стана расположены 4 валка: два рабочих и два опорных. Процесс прокатки идет между рабочими валками, а опорные усиливают жесткость в клети, чему способствуют разные виды установки рабочих валков. Обычно опорные валки большего диаметра, чем рабочие. Благодаря этому устраняется прогиб рабочих валков. На четырехвалковых агрегатах обычно только рабочие валки являются приводными.

Чтобы рабочий валок при нереверсивном режиме прокатки прижимался к опорному, что избавляет рабочий валок от прогиба, рабочие валки располагают немного впереди опорных. Валки могут располагаться и без осевого смещения, но тогда опорные имеют двустороннее расположение. Как можно расположить валки в клети, можно увидеть на рис. 8.

По выбору, в зависимости от технологии, те и другие валки на четырехвалковом прокатном агрегате могут быть управляемыми. Лучше делать опорные валки приводными, нежели рабочие. Если соотношение длины валка и диаметра > 5: 1, то выбираются опорные валки в качестве приводных. На таких клетях прокатывают тонкий материал, где содержание С или Si высокое, нержавейку, т.е. где необходимо создать большое усилие прокатки. Стан, на котором приводные валки опорные, мы видим на рис.9. В его клетях прокатывают тонкий материал с высоким содержанием С или Si, нержавейку, сплавы высокого легирования, а толщина прокатываемой полосы может быть до 0,2 мм.

В процессе прокатки более мягкого материала с приводными опорными валками можно достичь более высокого обжатия.

Станина прокатной клети несет основные нагрузки, присутствующие во время прокатки. Станины изготавливаются из стального литья. Фундаментные плиты под станины делаются из стали. Специальные стяжные механизмы соединяют станины и придают им дополнительную жесткость. В проемы станин устанавливают опорные валки.

К станинам крепятся вставки, благодаря которым устанавливается позиция подушек рабочих валков и ГНУ. Валки при каждой шлифовке теряют в диаметре. Поэтому внизу, под подушками опорных валков, расположены механизмы, которые регулируют позицию валка с новым диаметром после шлифовки относительно линии прокатки.

Верхние подушки опорных валков оснащаются измерителями усилия прокатки. ГНУ регулируют зазор между рабочими валками в очаге деформации.

Подшипники прокатных валков выдерживают очень большие нагрузки. Они располагаются в огромных подушках, которые устанавливаются в проём станины. В подушках опорных валков находятся подшипники жидкостного трения (ПЖТ). Подушки рабочих валков работают на роликоподшипниках (цилиндрических).

В зависимости от нагрузки на опорные валки и скорости процесса прокатки для опорных валков подбирают подшипники. На высокопроизводительных станах прокатки рулонного материала с высокой скоростью процесса (10--15 м/с) подшипники качения прослужат недолго. Поэтому увеличивают диаметры опорных валков, чтобы использовать стандартные роликоподшипники или ПЖТ. ПЖТ более предпочтительны:

· они небольшого размера,
· диаметр цапфы можно увеличить до 0,75 диаметра опорного валка,
· не требуют тщательного обслуживания, как роликоподшипники.

Шестивалковые станы

На рис. 10 показана схема расположения валков шестивалкового стана с фрикционным приводом валков типа НС. Приводными в этом стане являются промежуточные валки. Концы промежуточных валков имеют конусную шлифовку: один валок имеет конус со стороны приводы, другой - со стороны оператора.

Промежуточные валки имеют возможность смещения по оси относительно кромок полосы, что способствует улучшению планшетности полосы. Промежуточные валки вращаются в разных направлениях. При высокой скорости прокатки коэффициент трения становится ниже. Поперечная разнотолщинность ленты или полосы со стана типа НС также значительно меньше, чем на четырехвалковых клетях.

прокатные станы

На рис. 11а находятся позиции валков в шестивалковой клети. Преимущество шестивалковых станов перед четырехвалковыми в том, что положение рабочих валков более фиксированное. Так как подушки в большинстве случаев скользящие, то и перевалка рабочих валков протекает с наименьшими затратами по времени.

Недостатки:

· количество валков в клети (опорных, рабочих, промежуточных) делает их осмотр менее доступным, что лишает возможности тщательно провести визуальный осмотр их поверхности;
· разница в диаметре опорного валка и рабочего составляет соотношение 2,5:1;
· чем больше опорных валков в клети, тем сложнее обслуживать клеть, ибо опорные валки должны быть параллельны для нормального режима работы прокатного агрегата;
· устройства для установки валков перемещает в шестивалковых станах четыре нажимных винта

Чтобы винты установить правильно, имеются клиновые устройства, которые и служат для их установки и установки подушек. Это обеспечивает достижение необходимой параллельности между опорными валками, расположенными сверху и снизу.

При установке валков очень важна высокая прецизионность, ибо она обеспечивает технологически нормальный режима работы стана. Появление осевых усилий дает сбои в функционировании основных узлов прокатного агрегата. Управляющими в шестивалковой клети являются рабочие валки.

Рис. 11.б показывает нам одну из возможных конструкций опорных валков: исполнение может быть сплошными или наборными. В данном случае в качестве опорных валков на ось насажены отдельные ролики (4 - 8 штук) с опорами.

Многовалковые станы

Многовалковые прокатные агрегаты получают в последнее время более широкое распространение, что связано с изменением спроса на рынке металлопродукции. Увеличился спрос на тонкую высокоуглеродистую ленту и ленту из нержавейки и специальных сталей. На обычных станах эти заказы выполнить не так просто: требуется большое количество проходов и промежуточных термообработок.

Благодаря использованию большого количества валков малого диаметра получена возможность прокатки ленты или полосы с минимальной толщиной.

С инвестициями в многовалковые станы связано много преимуществ:

· уменьшение весовой характеристики прокатного оборудования;
· экономия металла;
· удешевление стоимости оборудования;
· цеховые краны меньшей грузоподъёмности, обслуживающие многовалковые станы;
· уменьшение при сооружении цеха высоты самого здания;
· значительное снижение инвестиций, вложенных при сооружении цеха под производство холодного проката в целом.

И основное преимущество многовалковых станов состоит в получении высококачественной полосы или ленты, так как на материале практически отсутствует или присутствует в малой степени поперечная разнотолщинность.

Эти клети могут быть как нереверсивными, т.е. валки постоянно вращаются в одном направлении, так и реверсивными. Здесь приводными являются два рабочих валка с небольшим диаметром, все остальные валки с большим диаметром служат в качестве опорных и являются в процессе прокатки холостыми. Прокатываемые на таких станах ленты или полосы имеют довольно большую длину и сматываются в бунты или рулоны.

Для уменьшения допуска по толщине и улучшения параметров плоскостности поверхности в клети применяют различные устройства с целью регулирования профиля валков:

· путем нагрева бочки валков;
· противоизгиба рабочих и опорных валков;
· подачи смазки по всей ширине прокатываемого материала в сам очаг деформации;
· дифференцированной подачи эмульсии.

Толщина кромки полосы всегда отличается от толщины полосы в середине. На станах дуо или кварто, где используются валки большого диаметра, и оборудование создает повышенную жесткость в клети, более легко соблюдают строгие допуски по толщине продукта.

На многовалковых же станах, например, прокатывают ленту или полосу шириной 1220 мм при толщине 0,125 мм с допуском на толщину ±3%. При этом длина полосы в рулоне или ленты в бунте составляет около или более 10 000 м.

Однако многовалковые станы, в особенности, где количество валков достигает 20 и больше, имеют ряд недостатков в сравнении со станами дуо или кварто, на которых применяются валки большего диаметра. Недостатки эти состоят в следующем:

· низкие показатели усилия прокатки в очаге деформации;
· ограниченная скорость прокатки и связанная с этим низкая производительность;
· высокая температура при прокатке и сложность отвода тепла из клети;
· повышенная сложность в эксплуатации стана;
· сложная настройка;
· требуется прецизионность при подготовке валков, в частности, при их шлифовке;
· большие затраты по электроэнергии, связанные с работой приводных систем.

Однако выбор типа прокатного агрегата и его дальнейшее проектирование зависит напрямую от потребностей и спроса рынка и удовлетворения запросов покупателей.

Сравнивая два одинаковых образца из стали, полученных разными способами, нельзя однозначно сказать, какой из них лучше. Но с учетом специфики применения металлических изделий (будь то лист или пруток) в каждом конкретном случае следует понимать, какие свойства приобретает сплав при той или иной прокатке заготовок («слябов»). Это нужно не только для того, чтобы сделать оптимальный выбор и не переплачивать за продукцию (особенно если производится закупка большой партии).

Порой разница между горячекатаными и холоднокатаными изделиями – принципиальная.

Информация, представленная в данной статье, будет интересна рядовому потребителю и однозначно поможет принять правильное решение. Но и профессионалу нелишне ознакомиться с предлагаемым материалом, так как всегда полезно периодически освежать память.

Главное различие в способах проката – в температуре, при которой производится обработка заготовок. При горячем она превышает 920 ºС (1700 ºF). Холодный прокат производится в более щадящем режиме, и температура существенно ниже значения (иногда на уровне комнатной), при котором происходит рекристаллизация конкретного металла (сплава).

Примечаниe

Рекристаллизация – процесс, при котором образуются и растут зерна (гранулы) равноосные. Происходит при значительном повышении температуры и меняет структуру материала, который приобретает иные свойства.

Особенности проката

Горячий

Металл (сплав) легче поддается обработке, поэтому при таком способе проката можно получить более тонкие листы или пруток меньшего сечения.
Для изготовления изделий методом горячего проката в основном используется низкосортная, более дешевая сталь.
Существует необходимость дальнейшей обработки изделий, так как нередко они покрыты окалиной.
Геометрия горячекатаных образцов строгостью не отличается (например, неровности по углам листов, неравномерность толщины), так как невозможно точно просчитать пределы деформации при охлаждении металла.

Расчет массы горячекатаного и холоднокатного листа по ГОСТ 19903-90, 19904-90:

Армирующие (усиливающие).
Несущие (фундаментные).

Холодный

Такой способ проката позволяет точно выдержать заданные размеры изделий.
Поверхность получаемых образцов – более гладкая, ровная, поэтому их последующая обработка сводится к минимуму (а порой и вовсе не требуется).
Металл холоднокатаный становится более твердым и прочным (на изгиб, растяжение, разрыв) с однородной структурой по всей площади.
На производство идет .
Более высокое качество холоднокатаного проката повышает его стоимость.

Вывод

Если на первом месте – стоимость проката, то предпочтение следует отдать горячему. Когда же определяющим фактором является внешний вид, прочность, качество, то следует приобретать холоднокатаные образцы.

Сортаментом продукции станов холодной прокатки является тонкая полоса в рулонах и лист толщиной менее 1,5 мм, тонкий лист с точными размерами по толщине и ширине, и наконец, тонкий лист с заданными механическими свойствами. На станах холодной прокатки в качестве заготовки используют горячекатаные рулоны толщиной до 6,0 мм, поступающие с широкополосного стана горячей прокатки. На поверхности горячекатаного подката при нагреве образуется окалина, нарушающая стабильное течение прокатки и разрушающая валки. Поэтому первой операцией перед прокаткой полосы является травление в специальных кислотных растворах.

Для повышения производительности станов концы рулонов горячекатаной заготовки непрерывно свариваются между собой, что обеспечивает непрерывность травления в травильных агрегатах и при последующих обработках на станах, в машинах очистки, отжига, резки и т. п. Для снятии внутренних напряжений и получения необходимой структуры после холодной прокатки применяют отжиг. Предварительно для получения качественной поверхности полосу подвергают электролитической очистке в щелочных растворах. Также применяется прокатка с небольшими обжатиями - дрессировка, повышающая уровень механических свойств и штампуемости полосы.

Холодная прокатка рулонной полосы осуществляется в непрерывных трех-, четырех-, пяти- и шестиклетевых и реверсивных четырехвалковых и многовалковых станах.

Рисунок 1 - Схемы станов холодной прокатки

На рисунки 1, а показана схема непрерывного стана холодной прокатки с неменяющимся направлением прокатки. Лента с разматывателя 1 проходит через несколько клетей 2 и наматывается на моталке 3. Измеритель натяжения 4 следит за натяжением полосы. В случае реверсивного стана (рисунок 1, б ) направление прокатки меняется за счет изменения направления вращения разматывателя 1, валков 2 и моталки 3. В указанных станах применен индивидуальный привод каждой клети.

Цех холодной прокатки с реверсивным пятиклетевым четырехвалковым станом 1700 (рисунок 2) предназначен для прокатки листов и полос в рулонах толщиной 0,4-2,0 мм и шириной до 1550 мм из стали с временным сопротивлением до 650 МПа (горячекатаная полоса толщиной до 6,0 мм и шириной до 1550 мм). К непрерывному травильному агрегату горячекатаные полосы поступают в рулонах массой до 23 т. На стане рулон цепным транспортером 1 подается на наклонный стол 2, где с помощью подъемной тележки 3 он перекатывается на подъемный стол. Подъемный стол перемещается вправо и устанавливает рулон по оси разматывателя. После зажима рулона в разматывателе его конец отгибается скребковым отгибателем 5. Минуя левую моталку 6 , конец рулона заводится в первую клеть 7 и после выхода из последней клети заводится в захватное устройство моталки 6. Начинается прокатка рулона. Для дальнейшей прокатки изменяется вращение валков клети на обратное; моталки заменяются разматывателями. После окончании прокатки готовый рулон взвешивается, маркируется и обвязывается. Затем рулон вилочным снимателем с помощью подъемника рулонов 8 передается на склад (стеллаж) готовой продукции.

Рисунок 2 - Реверсивный четырехвалковый пятиклетевой стан 500/1300×1700 холодной прокатки

Непрерывный стан 2000 состоит из пяти клетей 630/1600 х 2000. Загрузочное устройство стана состоит из шагового транспортера на пять рулонов, с которого тележка подъема вертикально перемещает и подает рулон на ось разматывателя. Здесь же расположены тянуще-правильные ролики для центрования полосы и создания заднего натяжения. После зажима рулона в разматывателе конец ленты заводится в первую клеть и далее перемещается до выхода из последней клети. Затем конец ленты зажимается в приемной моталке. Все рабочие клети имеют одинаковую конструкцию. Рабочие валки установлены на конических четырехрядных подшипниках, опорные валки - на ПЖТ в комбинации с двухрядными коническими роликоподшипниками. Диаметр нажимного винта 560 мм. Для регулирования точности толщины полосы все клети снабжены механизмом противоизгиба. Привод клети образуют два двигателя и редуктор.

Диаметр и конструкция барабана моталки зависит от толщины листа. При прокатке ленты толщиной свыше 1,5 мм используется барабанная моталка с захватной щелью и зажимом конца полосы. Непрерывность процесса прокатки обеспечивает стыкосварочное устройство осуществляющее постоянную сварку нового рулона с рулоном, находящимся в процессе прокатки. В момент сварки при неподвижных барабанах «питание» стана осуществляется выборкой полосы из петлевого аккумулятора.

Стан оборудован месдозами для измерения усилия прокатки, усилия на нажимных винтах, измерителями температуры и давления масла. Готовые рулоны обвязываются, взвешиваются, отжигаются и отправляются на склад готовой продукции, а также к правильной машине или в отделение отжига. В отделении отделки используются ножницы для обрезки боковых кромок листов. После обрезки рулон пропускается через 13-ти или 17-ти роликовую правильную машину. Для правки могут использоваться правильные машины с растяжением. После этого листы маркируют, промасливают и транспортируют на склад готовой продукции.

Донбасская государственная машиностроительная академия

Кафедра –

Автоматизированные металлургические машины и оборудование

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

"Технологические линии и комплексы металлургических цехов"

Выполнил

студент группы МО-03-2 А.С. Селедцов

Руководитель работы: Э.П. Грибков

г.Краматорск

Реферат

Расчётно-пояснительная записка содержит стр., 2 таблицы,3 источника, 3 рисунка.

Основная задача данной курсовой работы – выбор цеха холодной прокатки, прокатного стана и разработка технологического процесса для производства листа шириной 1400мм и толщиной 0,35мм из стали 08кп производительностью 800 тысяч тонн в год.

В ходе выполнения работы были рассмотрены станы холодной прокатки различной конструкции и производительности (реверсивные и непрерывные).

Для производства заданного проката был выбран Непрерывный стан 2030 Новолипецкого металлургического комбината. Описание его оборудования так же приводится в расчётно-пояснительной записке.

Графическая часть курсовой работы содержит план расположения оборудования цеха непрерывного стана и графики загрузки клетей прокатного стана.

цех холодная прокатка сталь производительность

ПРОКАТНЫЙ СТАН. НЕПРЕРЫВНЫЙ ТРАВИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ. ШЕСТЕРЁННАЯ КЛЕТЬ. ОБЖАТИЕ. СИЛА ПРОКАТКИ. МОЩНОСТЬ ПРОКАТКИ. ЛЕТУЧИЕ НОЖНИЦЫ. МОТАЛКА. ОЧАГ ДЕФОРМАЦИИ. РОЛЬГАНГ.

Введение

1 Станы холодной прокатки

1.2 Непрерывный стан 1700 Мариупольского металлургического комбината им. Ильича

2 Непрерывный стан 2030 Новолипецкого металлургического комбината

3 Расчет энергосиловых параметров холодной прокатки. Математическое обеспечение

4 Определение технологических режимов прокатки листа 0.35×1400

5 Расчет производительности стана

Заключение

Перечень ссылок

Приложение А – Графики распределения параметров прокатки по проходам

Приложение Б –Программа для расчёта энергосиловых параметров процесса прокатки

Введение

Основная часть получаемой стали проходит через прокатные цеха и лишь незначительное количество через литейные и кузнечные цеха. Поэтому развитию прокатного производства уделено большое внимание.

Курс «Технологические линии и комплексы металлургических цехов» является специальной дисциплиной, которая формирует у студентов профессиональные знания в области теории и технологии непрерывных металлургических линий и агрегатов.

В результате выполнения курсовой работы должны быть выполнены следующие разделы:

Разработать и описать технологические процессы в целом по участкам (агрегатам) и по отдельным операциям с проработкой вопросов непрерывности технологии;

Осуществить выбор по заданной производительности и размерам поперечного сечения листового проката стана холодной листовой прокатки, из существующих конструкций;

Произвести расчет распределения обжатий по проходам в клетях прокатного стана;

Выполнить расчеты усилий прокатки в каждой клети прокатного стана и мощности электроприводов;

Определить годовую производительность стана;

Выполнить автоматизацию технологических режимов обжатий.

В ходе выполнения курсовой работы закрепляются и расширяются знания, полученные при изучении курса «ТЛКМЦ», появляются навыки в выборе производственного оборудования, расчетах технологических режимов обжатий и энергосиловых параметров прокатки, использование при расчетах электронно-вычислительной техники.

1 Станы холодной прокатки

Способом холодной прокатки получают ленты, листы и полосы наименьшей толщины и шириной до 4600...5000мм.

Основными параметрами широкополосных станов является длина бочки рабочей клети (в непрерывных станах последней клети).

Для производства листовой холоднокатаной стали применяют реверсивные одноклетевые и последовательные многоклетевые станы.

По заданию наиболее подходящими являются 3 стана:

1.1 Непрерывный стан 2500 Магнитогорского металлургического комбината

Цех введен в эксплуатацию в 1968 г. Оборудование стана расположено в семи пролетах (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема основного технологического оборудования стана 2500 Магнитогорского металлургического комбината:

I - пролет склада горячекатаных рулонов, II - пролет НТА, III - пролет стана, IV - пролет колпаковых печей; 1 - конвейер передаточный горячекатаных рулонов, 2 - мостовые краны, 3 - непрерывно-травильные агрегаты, 4 - агрегат поперечной резки горячекатаных рулонов, 5 - рабочая линия стана, 6 - дрессировочный стан, 7 - дрессировочный стан 1700, 8 и 9 - агрегаты продольной и поперечной резки, 10 - колпаковые печи.

Стан предназначен для прокатки в холодном состоянии полос сечением (0,6-2,5) х (1250-2350) мм в  30-т рулон внутренним диаметром 800 мм, наружным  1950 мм из сталей 08Ю, 08кп, 08пс (ГОСТ 9045-80), сталей 08 - 25 всех степеней раскисления с химическим составом по ГОСТ 1050-74 и Ст0 - Ст3 кипящей, полуспокойной и спокойной (ГОСТ 380-71).

1.2 Непрерывный стан 1700 Мариупольского металлургического комбината им. Ильича

Первая очередь цеха холодной прокатки введена в эксплуатацию в 1963 г., оборудование стана расположено в 12 пролетах (Рисунок 2).

Рисунок 2. Схема расположения основного технологического оборудования стана холодной прокатки 1700 Мариупольского металлургического комбината им. Ильича:

I - склад горячекатаных рулонов, II - пролет стана, III - машинный зал, IV - пролет газовых колпаковых печей, V - склад готовой продукции; 1, 3, 8, 10, 12, 13, 19, 20, 22, 24, 26, 28 - мостовые краны, 2 - агрегат поперечной резки, 4 - конвейеры передаточные с кантователями, с5 - агрегаты упаковки пачек листов, 6 - ножницы, 7 - непрерывно-травильные агрегаты (НТА), 9 - комбинированный агрегат резки, 11 - гильотинные ножницы, 14 - конвейер подачи рулонов к стану, 15 - разматыватель, 16 - рабочая линия станов, 17 - моталка, 18 - конвейер отводящий, 21 - одностопные колпаковые печи, 23 - пакетирующие столы, 25 - весы, 27 - дрессировочные агрегаты, 29 - дрессировочная клеть, 30 - агрегат продольной резки, 31 - агрегаты упаковки рулонов, 32 - двухстопные колпаковые печи, 33 - пакетировочный пресс

Стан предназначен для холодной прокатки полос сечением (0,4-2,0) х (700-1500) мм в рулонах из сталей углеродистых обыкновенного качества (кипящей, спокойной, полуспокойной): Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5; углеродистых качественных конструкционных: 08кп, 08пс, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 20кп, 20пс, 20, 25, 30, 35, 40, 45; нестареющих 08Ю, 08Фкп; электротехнической стали.

Кипящие и спокойные стали поставляются по ГОСТ: 16523-70, 9045-70, 3560-73, 17715-72, 14918-69, 19851-74 и техническим условиям с химическим составом по ГОСТ 380-71 и 1050-74. Электротехническая сталь поставляется по ГОСТ 210142-75. [ 2 ]

2 Непрерывный стан 2030 Новолипецкого металлургического комбината

Из рассмотренных станов наиболее подходящим является Непрерывный стан 2030

Непрерывный пятиклетевой стан холодной прокатки 2030 предназначен для прокатки полос толщиной 0,35-2,0 мм при бесконечном режиме и 0,35-3,5 мм при порулонном из углеродистых и конструкционных сталей. При стане размещены: склад горячекатаных рулонов, травильное отделение, участок отделки горячекатаной продукции, термическое отделение и участки для отделки холоднокатаных листов и покрытий (рисунок 3).

Рисунок 3. Схема основного технологического оборудования стана холодной прокатки 2030 Новолипецкого металлургического комбината:

1 - дрессировочные станы 2030; 2 - линия стана 2030; 3 - агрегат резки полосы; 4 - гильотинные ножницы; 5 - весы; 6 - мостовые краны; 7 - передаточная тележка; 8 - агрегаты непрерывного травления.

Подготовка металла к прокатке

Заготовкой для прокатки служат горячекатаные травленые полосы в рулонах, поступающие со стана 2000 горячей прокатки. Толщина полосы 1,8-6,0 мм, ширина 900-1850 мм.

В цехе установлены два агрегата непрерывного травления для удаления механической ломкой и химическим растворением в растворах соляной кислоты окалины с поверхности горячекатаных полос из углеродистой стали, свернутых в рулон.

Основные габариты агрегата: ширина 12 м, высота 10,95 м, длина 323 м, заглубление 9,6 м. Каждый агрегат включает: разматыватель рулонов, стыкосварочную машину, накопитель, ванны для травления, нейтрализации, промывки и очистки полос, сушильный агрегат, а также установку регенерации растворов.

Горячекатаные рулоны мостовым краном подают в вертикальном положении на устройство для транспортировки, кантуют в горизонтальное положение и выдают на приемную часть разматывателя.

В устройство для транспортировки рулонов входят: пластинчатый длиной 49,2 м транспортер с шагающими балками для 14 рулонов, измеритель ширины, кантователь грузоподъемностью 440 кН, транспортер с шагающей балкой для трех рулонов, машина для удаления обвязочной ленты, загрузочный цепной конвейер для пяти рулонов общей длиной 19,4 м (скорость транспортирования 9 м/мин), гидравлическая установка для обеспечения устройств транспортировки рулонов гидравлическим маслом с давлением 14 МПа.

Входная часть предназначена для размотки рулонов, обрезки передних и задних концов, вырезки дефектов, сварки полос встык для получения непрерывной полосы перед травлением. Загрузочная тележка имеет привод подъема от двух гидроцилиндров 280/160 и 1200 мм, привод перемещения - от 12-кВт двигателя постоянного тока.

Консольный четырехступенчатый разматыватель предназначен для размещения рулона, центрования по оси травильной линии и размотки полосы сверху. Отгибатель переднего конца полосы, тянущий и правильный агрегат служат для подачи переднего конца полосы от разматывателя до гильотинных ножниц, правки полосы и после обрезки подачи к сварочной машине. Толщина разрезаемого на ножницах металла 6,0 мм, ширина 1950 мм, максимальное усилие реза 625 МН, ход подвижного ножа 100 мм.

Тип стыкосварочной машины SBS 80/1600/19Н со сварочным трансформатором мощностью 1,6 МВт, усилием осадки 780 кН при давлении 10 МПа. Максимальная ширина свариваемой полосы 1,9 м.

Комплект натяжных роликов служит для разматывания полосы с разматывателей после сварки и для создания натяжения полосы в петлевом устройстве (четыре ролика диаметром 1,3 м, длиной бочки 2,1 м, три ролика имеют диаметр 254 мм, длину 600 м). Ролики облицованы полиуретаном.

Входное петлевое устройство предназначено для создания запаса полосы, обеспечивающего непрерывную работу агрегата при переходе с одного разматывателя на другой, а также подготовки, сварки концов полос и обработки сварочного шва. Горизонтальные петли (6 ветвей) располагаются под травильными ваннами. Нижняя часть петли поддерживается рольгангами, а верхняя тележкой и роликами поворотных устройств. Петлевых тележек и направляющих роликов по три. Запас полосы 720 мм, скорость тележки 130 м/мин, натяжение, создаваемое приводами петлевых тележек 45,8-84,0 КН. Привод петлевого устройства от двух двигателей мощностью 0-530/530 кВт, число оборотов 0-750/775 в мин.

Вспомогательная лебедка служит для заправки полосы и сведения концов в случае обрыва. Машина правки растяжением предназначена для предварительного механического удаления окалины с полосы и создания необходимой планшетности. Число роликов - четыре, диаметр 1,3 м, длина бочки 2,1 м, твердость 15-мм полиуретанового покрытия HSh 95±3 ед. Количество рабочих валков - три, максимальный диаметр 76 мм, минимальный 67 мм. В одной кассете по оси I - 12 опорных роликов максимальным диаметром 134,5 мм, минимальным 125,5 мм, шириной 120 мм, по оси II - 11 роликов шириной 120 мм и два шириной 30 мм. При работе узлов тянущих и правильных роликов, сварочной машины и машины правки растяжением окалина, пыль и металлические частицы отсасываются воздушным потоком через рукавные фильтры вниз и при помощи шнека подаются в установленные рядом короба.

Кислотная ванна состоит из пяти секций общей длиной 133,275 м, шириной 2,5 м и глубиной 0,9 м. Снаружи ванны - ребра жесткости из профильной стали, изнутри - 4-мм слой эбонита, стены футерованы кислотоупорным кирпичом и плитками из плавленого базальта. Между секциями ванны установлены гранитные блоки и гуммированные ролики отжима травильного раствора диаметром 345 мм, длиной бочки 2,3 м. Подъем и прижим роликов - от 12 пневмоцилиндров. Для травления металла применяют техническую синтетическую 32 % соляную кислоту. Состав травильного раствора - 200 г/л суммарной кислоты. Количество циркулирующего раствора - 250 м 3 .

Максимальная скорость полосы, м/мин: во входной части 780, в травильной 360, а в выходной 500. Заправочная скорость 60 м/мин. При травлении 25-т рулона полосы сечением 2,3 х 1350 мм средняя производительность травильного агрегата 360 т/ч.

Непрерывно-травильный агрегат № 2 по составу и характеристике оборудования выполнен аналогично непрерывно-травильному агрегату № 1. В состав его дополнительно включен участок пассивации длиной 5,0 м для нанесения раствора, предохраняющего металл от коррозии.

Состав пассивирующего раствора, кг/м 3: 42 соды (NaCO 3), 42 тринатрийфосфата (Na 3 P0 4), 42 буры (Na 2 S 2 O 3).

На выходной стороне травильной ванны расположен двойной комплект управляющих отжимных роликов.

Ванна промывки выполнена как пятиступенчатая каскадная промывка и состоит из пяти секций общей длиной 23,7 м. Комплект отжимных роликов за ванной аналогичен отжимным роликам за ванной травления.

Выходная часть травильного агрегата оборудована двумя натяжными роликами диаметром 1300 мм, длиной бочки 2100 мм и двумя прижимными роликами диаметром 254 мм и длиной бочки 800 мм. Петлевое устройство на выходе предназначено для образования запаса полосы (450 м). Горизонтальные петли (четыре ветви) располагаются под травильными ваннами. Нижняя часть петли поддерживается рольгангами, а верхняя - тележкой и роликам поворотных устройств. Натяжных тележек две. Натяжение, создаваемое приводами петлевых тележек, 45-68 кН.

Комплект натяжных роликов № 3 предназначен для образования натяжения полосы при скоростях < 60 м/мин.

Боковые кромки на протравленной полосе обрезают на дисковых ножницах. В агрегате установлено двое дисковых ножниц, при работе одних настраивают другие, что уменьшает время на замену и кантовку ножей. Диаметр ножа до перешлифовки 400 мм, после 360 мм, толщина ножа до перешлифовки 40 мм, после 20 мм. Ножей в установке четыре. Максимальная ширина обрезаемой кромки на одну сторону 35 мм, минимальная 10 мм. Ножницы исполнены в виде протяжных, т.е. с неприводными ножевыми валами. В агрегате - двое кромкокрошительных ножниц. Для натяжения 10,8-108 кН полосы перед моталкой установлены натяжные и прижимные ролики.

Промасливающая машина предназначена для смазки полосы антикоррозионным защитным маслом или эмульсией из 12 распылительных сопел, наносимыми в зависимости от скорости и ширины непосредственно или через войлочный ролик. Лишнее масло отжимается парой гуммированных роликов диаметром 200 мм, длиной бочки 2,1 м.

Техническая характеристика механических ножниц поперечной резки сварных швов, вырезки проб и уборочного устройства от них аналогична ножницам поперечной резки входной части.

После порезки полосу при помощи комплектов отклоняющих роликов № 1 и № 2 подают в барабан моталок плавающего типа с электрогидравлической следящей системой. Моталки приводятся от 0-810/810-кВт двигателя (10-450/1350 об/мин). Максимально допустимая масса рулона 45 т, натяжение полосы 105 кН.

С барабана моталки рулоны снимателем передают на горбунковый цепной транспортер, состоящий из тележки перемещения и съемной вилки, и устройством для транспортировки - на склад травленых рулонов. Устройство для транспортировки состоит из разгрузочного двухцепного 40-м транспортера для 11 рулонов, мульдовой шагающей балки для трех рулонов, горбунковой шагающей 14-м балки для четырех рулонов и двухцепного 185-м транспортера для 26 рулонов. Скорость транспортировки 9-12,5 м/мин.

На складе рулоны маркируют, обвязывают одной или двумя металлическими лентами, взвешивают на 50-т весах с фотоэлектрическим ощупывающим устройством и дистанционным печатающим устройством. Линия непрерывного травления автоматизирована. В результате автоматизации с использованием УВМ осуществляется управление механизмами агрегата входной, центральной и выходной частей, последовательностью операций по транспортировке полос, выбор и управление технологическим режимом обработки полосы, слежение за материалом с момента подачи рулона к разматывателю и до маркировки его с передачей данных на УВМ стана по машинной связи. [ 1 ]

3 Расчет энергосиловых параметров холодной прокатки. Математическое обеспечение

Оптимизация технологических режимов обжатий при холодной прокатки лент, листов и полос относится к важнейшим факторам, обеспечивающим повышения технико-экономических показателей процесса прокатного производства в целом. При этом значение оптимальных технологических режимов обжатий и соответствующим им энергосиловых параметров процесса прокатки является необходимым с точки зрения повышения научной обоснованности проектно-конструкторских решений, используемых как при создании новых, так и при модернизации действующих прокатных станов.

Непосредственно в качестве целевых функций при оптимизации технологических режимов обжатий были использованы математические модели процесса холодной прокатки, организованные на выполнение критериев полной загрузки механического оборудования.

Программное обеспечение решения поставленной задачи оптимизации было осуществлено на основе алгоритмического метода целенаправленного перебора вариантов. Аналитическое описание данного метода может быть представлено в виде:

где - величина абсолютного обжатия полосы в i-ом проходе;

Порядковый номер очередного цикла итерационной процедуры решения;

Шаг изменения величины абсолютного обжатия, количественная оценка которого была принята переменной в зависимости от степени приложения промежуточных результатов к исходному;

Заданные значения параметров , , непосредственно связанных с принятым критерием оптимальности;

Учитывая изложенное выше и исходя из логики функциональных связей между величиной абсолютного обжатия и энергосиловыми параметрами процесса горячей прокатки, решение задачи оптимизации по условию полной загрузки механического оборудования можно представить в виде последовательных пошаговых приращений:

в случае одновременного выполнения каждого из условий: , , .

В случае же невыполнения хотя бы одного из этих условий, изменяем величину шагового приращения:

где - исходная толщина листа в данном проходе.

Таким образом, может быть определено абсолютное обжатие, соответствующее условию обеспечения максимально допустимой загрузки и, как следствие, условию достижения максимальной производительности механического оборудования конкретных прокатных станов.[ 4 ]

4 Определение технологических режимов прокатки листа 0.35×1400

Выбираем в качестве заготовки для производства листа 0.35×1400 (материал ‑ сталь 08кп) полоса толщиной 1,8 мм, шириной 1400мм и длиной 1500мм.

Определим энергосиловые параметры прокатки в черновой клети. Расчет проведем по инженерной методике.

Начальная толщина раската h 0 =1,319мм, абсолютное обжатие ∆h=0,939мм, ширина проката 1400мм, радиус валков R=300мм, скорость прокатки 43,8 м/с.

коэффициенты регрессии;

Удвоенное сопротивление сдвигу: МПа.

Т.к. переднее и заднее натяжения отсутствуют, то ξ 0 =ξ 1 =1

d=2f l / Dh= 2∙0,09∙4.54/0.069=11.84

р СР =n s 2K C =0,043∙610=26.72 МПа

N = M w = M V / R=85,3∙43,8/0,3=0,932 кВт

При выбранном режиме прокатки энергосиловые параметры в клети не превышают предельных значений.

Дальнейший расчет производим на ЭВМ. Результаты расчета приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Результаты расчета энергосиловых параметров.

№ прохода
1	1.8	1.8	1.319	0.267	463	9.99	138.8	1.11	2
2	1.8	1.319	1.125	0.147	610	9.98	85.3	0.932	2.73
3	1.8	1.125	0.993	0.117	657	9.99	70.1	0.897	3.2
4	1.8	0.993	0.894	0.100	687	9.98	60.5	0.877	3.62
5	1.8	0.894	0.815	0.088	707	9.98	53.7	0.865	4.03

Таблица 4.2 – Результаты расчета энергосиловых параметров.

№ прохода
1	0.81	0.815	0.558	0.315	489	11.98	136.7	1.094	2
2	0.81	0.558	0.470	0.128	642	11.97	76	0.888	2.92
3	0.81	0.470	0.413	0.121	682	11.94	60.1	0.833	3.47
4	0.81	0.413	0.372	0.1	706	11.91	50.5	0.797	3.95
5	0.81	0.372	0.350	0.058	716	9.94	29.2	0.513	4.38

Энергосиловые параметры не превышают допустимых значений в клетях. Следовательно, данный режим загрузки стана является наиболее оптимальным и рациональным. [ 4 ]

5 Расчет производительности стана

Часовая производительность стана:

где ритм прокатки,

Ускорение и замедление слитка,

скорость в последней клети,

скорость затравки,

исходная длина слитка,

начальная толщина слитка,

конечная толщина слитка,

конечная ширина полосы,

– масса подката,.

Ритм прокатки Т определяется по формуле:

где t м – машинное время прокатки в i-ом проходе;

t п – время пауз, t п =14 с;

Подставим значение:

Определим годовую производительность:

где Т ср =7100 – среднее количество рабочих часов стана в году;

К г =0,85 – коэффициент выхода годного проката.

По рассчитанной годовой производительности, можно сделать вывод, что стан обеспечит заданную производительность.

Для получения высоких качественных показателей прокатки тонких листов необходимо обеспечить контроль качества, начиная от выплавки стали и заканчивая отделочными операциями после холодной прокатки.

Основными вопросами является увеличение выхода годного проката, что возможно добиться, при использовании ряда технологических операций: уменьшение продольной и поперечной разнотолщиности и непланшетности листа (коробоватости, серповидности, волнистости), используя системы активного контроля обжатий, системы управления профилем, использование правильной машины, т.д.

Заключение

В процессе выполнения курсовой работы были рассмотрены различное оборудование для холодной прокатки листов. При этом наиболее рациональным для производства листов 0.35×1400 является использование Непрерывного стана 2030.

Выполнены автоматизированные оптимизации технологических режимов обжатий, а так же рассчитаны энергосиловые параметры. По результатам этих расчетов можно сделать вывод, что стан загружен оптимально. Это является следствием правильного выбора режимов обжатий.

Расчет производительности стана показывает, что выбранный режим работы стана обеспечивает заданную производительность 0.8 млн. т/год.

Перечень ссылок

1. «Современное развитие прокатных станов». Целиков А.И., Зюзин В.И. – М.: Металлургия. 1972. – 399 с.

2. «Механическое оборудование прокатных цехов черной и цветной металлургии». Королев А.А. – М.: Металлургия. 1976. – 543 с.

3. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т.3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. Учебник для вузов/ Целиков А.И., Полухин П.И., Гребенник В.М. и др. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1988. – 680 с.

4. Булатов С.И. Методы алгоритмизации процессов прокатного производства. - М.: Металлургия, 1979. - 192 с. (Сер. "Автоматизация и металлургия").

5. Василев Я.Д. Производство полосовой и листовой стали: Учебная металлург, вузов и факультетов. - Киев: Вища. шк., 1976. - 191 с.

6. Вишневская Т.А., Либерт В.Ф., Попов Д.И. Повышение эффективности работы листовых станов. - М.: Металлургия, 1981. - 75 с.

7. Диомидов В.В., Литовченко Н.В. Технология прокатного производства: Учеб. пособие для вузов. - М.: Металлургия, 1979. -488 с.

10.Зайцев B.C. Основы технологического проектирования прокатных цехов: Учеб. для вузов. - М.: Металлургия, 1987. - 336 с.

11.Коновалов СВ., Остапенко А.Л., Пономарев В.И. Расчет параметров листовой прокатки: Справочник. - М.: Металлургия, 1986. -429 с.

12.Коновалов СВ. и др. Справочник прокатчика. - М.: Металлургии. 1977. - 311 с.

13.Контролируемая прокатка /В.И.Погоржельский, Д.А. Литвиненко. Ю. И. Матросов, А.В.Иваницкий. - М.: Металлургия, 1979. - 183 с.

15. Королев Л. А. Конструкция и расчёт машин и механизмов прокатных станов: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Металлургия, 1985. - 376 с.

16. Лентопрокатные станы и адъюстажное оборудование: Каталог. -М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1980. - 81 с.

17. Литовченко Н.В. Станы и технология прокатки листовой стали. - М.: Металлургия, 1979. - 271 с.

18. Мазур В.Д., Добронравов А.И., Чернов П.И. Предупреждение дефектов листового проката. - Киев: Техн1ка, 1986. - 141 с.

– Программа для расчёта энергосиловых параметров процесса прокатки

"Программа для расчета режимов обжатий на НСХП

"ТЛКМЦ курсовой

"INPUT "Количество клетей в непрерывной группе стана"; N

"INPUT "a0="; a0: INPUT "a1="; a1: INPUT "a2="; a2: INPUT "a3="; a3

"INPUT "Исходная толщина металла в отоженном состоянии"; Hh0

"INPUT "Исходная толщина металла перед пропуском"; h0

"INPUT "Допустимое значение силы прокатки.....(МН) [P]="; Pd: Pd = Pd * 1000000!

"INPUT "Допустимое значение момента прокатки (кНм) [M]="; Md: Md = Md * 1000000!

"INPUT "Допустимое значение мощности прокатки (МВт) [N]="; Nd: Nd = Nd * 1000000!

OPEN "cold.txt" FOR OUTPUT AS 1

a0 = 240: a1 = 1130.6: a2 = -1138.9: a3 = 555.6

S0 = .1: S1 = .1

PRINT " РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ОБЖАТИЙ НА НЕПРЕРЫВНОМ СТАНЕ Х.ПР."

PRINT "┌──┬────┬─────┬─────┬─────┬────┬──────┬──────┬──────┬─────┐"

PRINT "│i │ H0 │ h0 │ h1 │ e │K2c │ P │ M │ N │ V │ "

PRINT "││ мм │ мм │ мм ││МПа │ МН │ кНм │ МВт │ м/с │ "

PRINT "├──┼────┼─────┼─────┼─────┼────┼──────┼──────┼──────┼─────┤"

PRINT #1, " РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ОБЖАТИЙ НА НЕПРЕРЫВНОМ СТАНЕ Х.ПР."

PRINT #1, "┌──┬────┬─────┬─────┬─────┬────┬──────┬──────┬──────┬─────┐"

PRINT #1, "│i │ H0 │ h0 │ h1 │ e │K2c │ P │ M │ N │ V │ "

PRINT #1, "││ мм │ мм │ мм ││МПа │ МН │ кНм │ МВт │ м/с │ "

PRINT #1, "├──┼────┼─────┼─────┼─────┼────┼──────┼──────┼──────┼─────┤"

IF h1 > h0 THEN INPUT "h0>h1"; asd$

e0 = (Hh0 - h0) / Hh0

x1 = a0 + a1 * e0 + a2 * e0 ^ 2 + a3 * e0 ^ 3

x2 = 2 / 3 * (a1 + 2 * a2 * e0 + 3 * a3 * e0 ^ 2) * e

x3 = 8 / 15 * (1 - e0) ^ 2 * (a2 + 3 * a3 * e0) * e ^ 2

x4 = 16 / 35 * (1 - e0) ^ 3 * a3 * e ^ 3

K2c = 1.15 * (x1 + x2 + x3 + x4)

ksi0 = 1 - S0: ksi1 = 1 - S1

delta = 2 * f * L / dh: IF delta = 2 THEN delta = 2.1

Hn = (ksi0 / ksi1 * h0 ^ (delta - 1) * h1 ^ (delta + 1)) ^ (1 / 2 / delta)

IF Hn = 0 OR h1 = 0 THEN INPUT "h=0"; ads$

y1 = (h0 / Hn) ^ (delta - 2) - 1

y1 = y1 * ksi0 * h0 / (delta - 2)

y2 = (Hn / h1) ^ (delta + 2) - 1

y2 = y2 * ksi1 * h1 / (delta + 2)

nG = (y1 + y2) / dh

x2 = 8 * Pcp * R * 2 * (1 - .3 ^ 2) / 3.14 / 210000!

Lc = SQR(R * dh + x2 ^ 2) + x2

dL = ABS(Lc - L) / L * 100

LOOP UNTIL dL > 5

M = 2 * K2c * (y1 - y2) * R * f / dh * b * L

IF P > Pd OR M > Md OR Nw > Nd THEN h1 = h1 + .001: GOTO 10

PRINT USING "│##│#.##│#.###│#.###│#.###│####│###.##│####.#│##.###│##.##│"; i; Hh0; h0; h1; e; K2c; P / 1000000!; M / 1000000; Nw / 1000000; V

PRINT #1, USING "│##│#.##│#.###│#.###│#.###│####│###.##│####.#│##.###│##.##│"; i; Hh0; h0; h1; e; K2c; P / 1000000!; M / 1000000; Nw / 1000000; V

V = V * h0 / h1: h0 = h1

PRINT "└──┴────┴─────┴─────┴─────┴────┴──────┴──────┴──────┴─────┘"

PRINT #1, "└──┴────┴─────┴─────┴─────┴────┴──────┴──────┴──────┴─────┘"

Непрерывные станы холодной прокатки устанавливают в цехах большой производительности для выпуска полос и листов специализированного сортамента. Непрерывные станы отличаются от реверсивных большей степенью механизации и автоматизации и более высокими техническими параметрами по массе рулона, скорости прокатки, мощности главного привода; производительность этих станов выше, чем у реверсивных.

Непрерывные четырех клетевые четырех валковые станы применяют для холодной прокатки тонких полос (минимальной толщиной 0,22-0,25 мм) шириной 1370-2350 мм и массой до 30- 35 т: готовая продукция а виде листов предназначается о основном для автомобильной промышленности. В соответствии с требуемой шириной полосы длину бочки валков станов принимают равной 1525-2500 мм; скорость прокатки достигает 20-25 м/с.

Непрерывные пяти-клетьевые четырех валковые станы применяют как для прокатки тонких полос (минимальной толщиной 0,22-0,25 мм), шириной до 2150 мм и массой до 40-60 т со скоростью до 25-30 м/с при длине бочки волков до 2000-2200 мм, так и для прокатки жести и полос ил электротехнической (трансформаторной и динамной) стали минимальной толщиной 0,15 - 0,18мм, шириной до 1300 мм и массой до 15 т со скоростью до 30 - 37 м/с при длине бочки валков до 1200 - 1420 мм.

Непрерывные шести-клетевые четырех-валковые станы используют для прокатки тонкой жести толщиной 0,08 - 1,0 мм, шириной 500 - 1300 мм и массой до 30 - 46 т (по проекту) со скоростью до 30 - 40 м/с (длина бочки валков - до 1320 - 1450 мм). Тонкую жесть применяют в промышленности как готовую продукцию (в консервной, химической и других отраслях промышленности) или как подкат для получения особо тонкой жести толщиной 0.04 - 0,075 мм. Производительность непрерывных станов для холодной прокатки тонких полос достигает 1.5- 2,5 млн. т в год, а для прокатки жести 0,7-1,0 млн. т/год.

Для получения при холодной прокатке тонких полос с гладкой поверхностью и точными размерами толщины (по ширине и длине полосы) валки и рабочая клеть должны характеризоваться значительной жесткостью. С этой целью применяют четырех-валковые станы с опорными валками и большого диаметра и станинами закрытого типа. Для возможности «выкатки» тонких полос валки должны иметь минимально возможный диаметр, определяемый прочностью шейки прокатного валка при передаче крутящего момента.

Рабочие и опорные валки изготовляют из кованой легированной стали со шлифованными бочками. Твердость (по Шору) бочки валков: рабочих 95-105 и опорных 50-60. Рабочие клети в непрерывном стане располагают на расстоянии 4500-5000 мм. Рабочие валки каждой клети снабжены приводом от электродвигателя (одного или двух) постоянного тока мощностью 3 - 5 тыс кВт с регулированием скорости в широких пределах через шестеренную клеть (или без нее) и универсальные шпиндели.

Рулоны протравленной полосы устанавливают при помощи мостового крана или электрокара (с рычажным захватом) на транспортер и поочередно подают их к разматывателю стана. Валки всех клетей вначале вращаются с заправочной скоростью (0,5- 1 м/с). Передний конец полосы на рулоне отгибают (магнитным или скребковым отгибателем), через проводковый (роликовый или плоский) стол подают последовательно в валки каждой клети и заправляют на барабан моталки. При прокатке тонкой полосы (до 0,5 мм) конец заправляют не в щель барабана, а наматывают на барабан (первые 2-3 витка) при помощи ременного захлестывателя.

С целью автоматического регулирования толщины полосы между клетями установлены ролики для измерения натяжения полосы и летучие микрометры (толщиномеры за первой и последней клетями). Между последней клетью и моталкой предусмотрен направляющий ролик. После заправки переднего конца полосы на барабан моталки скорость валков всех клетей увеличивают до максимальной рабочей скорости. Процесс прокатки рулона продолжается 5-10 мин и более в зависимости от массы рулона. Перед окончанием прокатки скорость валков уменьшают: рулон прокатанной полосы сталкивают с барабана моталки и направляют на отжиг или электролитическую очистку.

Для уменьшения усилия прокатки и возможности «выкатки» тонкой полосы в палках относительно большого диаметра в процессе прокатки па полосу подают смазку (при прокатке жест - пальмовое масло или его заменители, при прокатке более толстых полос - масляную эмульсию).

Как правило, прокатку полосы на непрерывном стане осуществляют за одни проход. В некоторых случаях (например, при прокатке кремнистой электротехнической стали) для получения требуемых толщины готовой полосы и её свойств (магнитных, механических) после первого прохода рулон подвергают отжигу, а затем прокатывают вторично на этом же стане.

Одноклетьевые реверсивные четырех валковые станы (реже - двух-литьевые) по конструкции аналогичны непрерывным. Прокатку на этих станах осуществляют в несколько реверсивных проходов, поэтому на выходной стороне стана устанавливают моталку, а на входной, - кроме разматывателя, еще к вторую моталку.

Реверсивные станы холодной прокатки устанавливают в цехах при небольшом объеме производства (50-120 тыс. т/год) с широким сортаментом полос из малоуглеродистых, легированных и электротехнических сталей. В ряде случаев реверсивные станы устанавливают в цехах холодной прокатки большой производительности в дополнение к непрерывным станам. По конструкции реверсивные станы подразделяют на станы с приводом "через рабочие валки и через опорные валки.

Реверсивные четырех-валковые станы изготавливают о основном с длиной бочки валков от 1000-1200 до 2000-2300 мм (которые обеспечивают прокатку полос с отношением ее ширины к толщине 6000 и более; масса рулонов 30-45 т и скорость прокатки до 10-20 м/с.

Для прокатки тонкой (до 0,2 мм) и узкой (до 500 мм) полосы применяют также реверсивные четырех валковые станы, но с небольшим диаметром рабочих валков (80 - 100мм). Так как приводными такие валки сделать трудно (ввиду недостаточной прочности на кручение шеек валков), то привод их осуществляют через опорные валки.

В связи с большим спросом различных отраслей промышленности на тонкую (толщиной 0,1-0,5 мм) и тончайшую (до 1,0 мк) полосу (ленту и фольгу) из труднодеформируемых сплавов, в том числе из высокоуглеродистых и коррозионностойких сталей повышенной твердости, широкое распространение получили многовалковые реверсивные станы, Основным преимуществом этих станов является малый диаметр рабочих валков (3-50 мм), благодаря чему снижается требуемое усилие прокатки и появляется возможность достигнуть большого обжатия за один проход - до 40-50 % и суммарного обжатия (без промежуточной термообработки) до 90%.

Поскольку многовалковые (двенадцати- и двадцати-валковые) клети снабжены рабочими валками небольшого диаметра, опирающимися на несколько рядов опорных валков и опорных роликов, то привод стена через рабочие валки осуществить практически невозможно, поэтому приводными делают четыре опорных валка двух промежуточных рядов. Станина рабочей клети представляет собой массивный стальной моноблок с большой жесткостью. Напряжение в станине при прокатке допускается не более 2,5 МПа, т. е. в 20-30 раз меньше, чем о станинах четырех валковой клети. Применение рабочих валков минимального диаметра и высокая жесткость валковой системы и станины обеспечивают возможность холодной прокатки на этих станах тонкой и тончайшей высокопрочной полосы (при большом натяжении ее моталками до 300 - 400 кН).

Следует отметить прежде всего широкое строительство станов с четырех-валковыми клетями непрерывного типа в составе четырех и пяти клетей для производства полос и пяти и шести клетей для производства жести. Наиболее совершенными являются пяти-клетевые листовые станы 1700-2200, рассчитанные па прокатку полос в рулонах массой до 45-60 т со скоростью до 30 м/с и шести-клетевые жестепрокатные четырех-валковые станы 1320 - 1450, рассчитанные на прокатку жести в рулонах массой до 33- 46 т со скоростью до 38-40 м/с; впервые в мире в 1971 г. на фирме «Nippon Кокал» (Япония) введен в строй полностью автоматизированный непрерывный пяти-клетевой стан 1420 с управлением от ЭВМ для «бесконечной» прокатки жести толщиной 0,15-1,6 мм со скоростью до 30,5 м/с.

В области реверсивных станов холодной прокатки за рубежом широко применяют многовалковые (двадцати-валковые) станы. Применяют также станы типа MKW конструкции фирмы «Schloe-mann - Siemag» (ФРГ) с рабочими валками небольшого диаметра (125-250 мм), смещенными по отношению к вертикальной оси опорных валков и опирающимися дополнительно на боковые подпорные валки, и с приводом через опорные валки.

В нашей стране построены различные типы современных станов холодной прокатки: непрерывные четырех клетевые типа 2500 и 1700; пяти-клетевые 1700 и 1200, а также реверсивные четырех-валковые и многовалковые. В последние годы пущены цехи холодной прокатки с непрерывным пяти-клетевым станом 2030 для прокатки полос из углеродистой стали и с непрерывным шести-клетевым станом 1400 для прокатки жести. Эти станы характеризуются высокими техническими параметрами; весьма важной технологической особенностью этих станов является применение процесса «бесконечной» прокатки полос.