Расчет прокатного стана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Комплекс холодной прокатки будет производить и обрабатывать низкоуглеродистую, высокопрочную и особо высокопрочную сталь в рулонах для применений с высокой добавленной стоимостью в России и за рубежом. Продукция поставляется в такие отрасли как автомобилестроение, строительство и производство бытовой техники.

В частности, производственное оборудование нового Комплекса холодной прокатки будет удовлетворять как сегодняшним, так и будущим высоким требованиям международных стандартов автомобилестроительной отрасли к качеству холоднокатаной стали для кузовных деталей и внутренних элементов.

На Комплексе холодной прокатки применяются современные технологические процессы и оборудование, позволяющие производить высококачественную продукцию с конкурентоспособной ценой.

1. Описание выбранной технологической схемы

Цех холодной прокатки с непрерывным пятиклетьевым станом 2000 выпускает тонкие холоднокатаные листы в пачках и полосы в рулонах из углеродистой низколегированной стали. Толщина листов и полосы 0,4-2 мм, ширина листов 900-1800 мм, ширина полос в рулонах 500-1800 мм; производительность цеха 2,5 млн. т в год, из них 0,5 млн. т в год оцинкованных листов и полос. Кроме того, цех может выпускать около 300 тыс. т в год травленных горячекатаных листов и полосы в рулонах.

В цехе установлено следующее оборудование: конвейер горячекатаных рулонов, два непрерывных травильных агрегата (НТА), непрерывный пятиклетьевой четырехвалковый стан с длиной бочки валков 2000 мм, агрегат электролитической очистки полосы, агрегаты отжига, два одноклетьевых дрессировочных стана 2000, три агрегата поперечной резки полос на листы; два агрегата продольной резки широкой полосы на более узкие полосы; два агрегата горячего цинкования полосы, агрегат электролитического цинкования полосы, агрегат покрытия полосы полимерами, агрегат профилирования оцинкованных полос, агрегаты упаковки пачек листов и рулонов, агрегат резки некондиционных листов, гильотинные ножницы, пакетир-пресс и пр.

Исходным подкатом является горячекатаная полоса толщиной 1,8-6 мм, шириной 900-1850 мм в рулонах массой до 45 т, поступающих по подземному транспортеру от непрерывного широкополосного стана горячей прокатки 2000, расположенного в соседнем цехе. С межцехового транспортера рулоны поступают на подъемно-поворотный стол и далее перемещаются внутрицеховым транспортером, состоящим из наклонного транспортера, поднимающего рулоны из подземного туннеля; промежуточного транспортера, на котором осуществляется сдваивание рулонов, и загрузочного транспортера; уборка рулонов на склад с разгрузочного транспортера осуществляется мостовым краном при помощи специальных грузозахватных устройств. Конвейер горячекатаных рулонов работает в автоматическом режиме; средняя скорость транспортировки рулонов 4-8 м/мин; ритм поступления рулонов в цех 60-70с; рулоны снимаются с разгрузочного транспортера при температуре 200-300 ^оС и мостовым краном укладываются в вертикальном положении в несколько ярусов на складе для охлаждения.

Со склада рулоны мостовым краном устанавливаются в вертикальном положении на приемный транспортер непрерывного травильного агрегата, в котором осуществляется удаление окалины с поверхности полосы путем механического разрушения окалины и травления полосы в растворе соляной кислоты; скорость движения полосы в средней технологической части НТА составляет 1-6 м/с (в зависимости от марки стали полосы и химического состава окалины). В конце травильного агрегата протравленная полоса промасливается и сматывается в рулон барабанной моталкой. Так как в головной части НТА имеется электростыкосварочная машина для сварки концов полос поступающих рулонов, то на барабане моталки имеется возможность получать рулоны массой в 2-3 раза больше исходных рулонов (для этого на ножницах перед моталкой вырезаются не все сварные швы); такие утяжеленные рулоны необходимы для повышения производительности стана 2000 при последующей их холодной прокатке.

От моталок рулоны поступают на разгрузочный и уборочный транспортеры, взвешиваются, обвязываются лентой по окружности и направляются на склад стана холодной прокатки.

Непрерывный стан состоит из пяти рабочих клетей с диаметром валков: рабочих 615 мм, опорных 1600 мм и с длиной бочки валков 2030 мм. Стан предназначен для холодной прокатки протравленной полосы (имеющей предел прочности до 650 МПа) толщиной 1,8-6 мм, шириной до 1850 мм в рулонах массой до 50 т; толщина полосы после прокатки 0,35-3,5 мм; заправочная скорость полосы 1 м/с; максимальная скорость прокатки тонкой полосы в последней (пятой) клети 30 м/с.

Рабочие валки каждой клети имеют индивидуальный привод от электродвигателей постоянного тока общей мощностью 39 МВт через комбинированные редукторы и шпиндели зубчатого типа.

Все рабочие клети имеют одинаковую конструкцию; рабочие валки установлены на роликовых конических четырехядерных подшипниках, опорные валки - на ПЖТ (в комбинации с роликовыми коническими двухрядными подшипниками со стороны привода); максимальное усилие на валки при прокатке 30 МН, максимальный момент прокатки 400 кН·м. Диаметр нажимного винта 560 мм, шаг 24 мм, рабочая скорость перемещения винта 0,45 мм/с. Масса рабочих валков с подушками 17 т, опорных валков с подушками 150 т. Все клети имеют устройства для гидромеханического регулирования профиля рабочих валков (и прокатываемой полосы). Со стороны входа полосы в каждую клеть установлены плоские проводковые столы; на выходной стороне имеются проводки для поддержания конца полосы при заправке. Между клетями расположены устройства для защиты рабочих валков от «оковывания» полосой и зонты вытяжной вентиляции для удаления паров эмульсии и масла.

Консольный барабан моталки имеет дополнительную опору, шарнирно соединенную со станиной пятой клети. Барабан моталки сменный: при прокатке тонкой полосы устанавливается барабан без щели, заправка полосы осуществляется с помощью захлестывателя; при прокатке полосы толщиной свыше 1,5 мм применяется барабан со щелью для заправки и зажима переднего конца полосы.

На стане имеются следующие приборы технологического контроля: месдозы для измерения давления на валки, измерители давления на валки, измерители натяжения полосы, измерители толщины полосы, измерители температуры валков, измерители давления масла в системах гидроприводов, измерители скорости прокатки и др.

Готовые рулоны холоднокатаной полосы обвязываются лентой по окружности, взвешиваются и передаются в отделение отжига или к агрегату электролитической очистки. После отжига рулоны транспортируют к одноклетьевому дрессировочному четырехвалковому стану 600/1600?2000 для прокатки-дрессировки с небольшим обжатием (1-5%) с целью повышения штампуемости листового металла. Рулоны устанавливают на шаговый транспортер (на 6 рулонов), передний конец полосы отгибается и отрезается на гильотинных ножницах; затем рулон центрируется на барабане разматывателя, полоса на заправочной скорости пропускается через валки стана, передний конец ее заправляется на барабан моталки, производится установка валков нажимными винтами и создается необходимое переднее и заднее натяжение полосы, после чего стан ускоряется до рабочей скорости (15-25 м/с). Тонкая полоса (до 0,8 мм) при дрессировке пропускается через ролики натяжного устройства.

Рабочая клеть дрессировочного стана аналогична рабочей клети непрерывного пятиклетьевого стана; максимальное давление на валки при дрессировке 1,5 МН. Рабочие валки имеют привод от двухъякорного электродвигателя постоянного тока мощностью 2?1000 кВт (330/800 об/мин); ролики натяжного устройства приводятся каждый электродвигателем 300 кВт (750 об/мин); моталка имеет безредукторный привод от двух электродвигателей мощностью 2?1000 кВт (270/1040 об/мин). Перед моталкой установлены гильотинный ножницы (для вырезки проб и для получения рулона уменьшенной массы) и промасливающее устройство, которое используется в том случае, если рулоны после дрессировки отгружают заказчику - потребителю полосы.

После дрессировки рулоны поступают на три агрегата поперечной резки полосы толщиной 0,4-1,2; 0,4-1,5 и 0,6-2 мм на листы длиной до 6 м и на два агрегата продольной резки (роспуска) полосы на узкие полосы. На этих же агрегатах готовые листы укладываются в пачки массой до 10 т, а узкие полосы сматываются в рулоны.

Для упаковки и обвязки пачек листов и рулонов в цехе имеются соответствующие механизированные упаковочные агрегаты.

Для выпуска оцинкованных листов и полосы с покрытием в цехе установлены два агрегата горячего цинкования, один агрегат электролитического цинкования, один агрегат покрытия полимерами и один агрегат для гофрированных оцинкованных листов.

Для охлаждения валков и технологической смазки применяется водомасляная эмульсия, приготавливаемая в трех эмульсионных циркуляционных системах отдельно для клетей 1,2-4 и 5; расход эмульсии около 500 л/с.

При прокатке тонкой полосы, кроме эмульсии, на полосу подается технологическая смазка (перед клетью №2 - №5) от двух специальных станция производительностью 550 л/мин. Кроме того, имеется самостоятельная станция для приготовления моющего раствора (5%-ный водный раствор уайт-спирита) производительностью 1000 л/мин, подаваемого к валкам по отдельным трубопроводам.

Для смазки машин и механизмов стана (подшипников, зубчатых зацеплений редукторов и т.д.) в девяти подвалах цеха установлены 30 систем жидкой циркуляционной смазки, 20 централизованных систем густой смазки концевого типа и 11 станций для подачи жидкой смазки к промасливающим машинам. Для подачи смазки к ПЖТ опорных валков имеются три отдельные циркуляционные станции.

2. Проектно-расчетная часть

Для расчета проектируемого стана 2000 холодной прокатки дан сортамент готовой продукции:

1. Лист 0,6?1200 мм - 60%

2. Лист 1,2?1000 мм - 40%

2.1 Расчет основных параметров холодной листовой прокатки

2.1.1 Расчет режима обжатий и скорости прокатки в клетях стана

При расчете режимов обжатий выбираем частные обжатия для каждой клети:

?₁ = 10%, ?₂ = 35%, ?₃ = 35%, ?₄ = 30%, ?₅ = 25%

1. Для листа 0,6*1200 мм

Рассчитываем толщины полос перед клетями:

,

где - толщина полосы перед i-й клетью, мм;

- толщина полосы после i-й клети, мм.

Толщина полосы перед 5-й клетью:

мм.

Толщина полосы перед 4-й клетью:

мм.

Толщина полосы перед 3-й клетью:

мм.

Толщина полосы перед 2-й клетью:

мм.

Толщина исходной горячекатаной травленой полосы перед 1-й клетью:

мм.

Определяем общее суммарное относительное обжатие:

.

Определяем суммарное и частные абсолютные обжатия:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Принимаем скорость в последней клети м/с. Тогда по уравнению:

м/с;

м/с;

м/с;

м/с.

2. Для листа 1,2*1000 мм

Рассчитываем толщины полос перед клетями:

.

Толщина полосы перед 5-й клетью:

мм;

Перед 4-й клетью:

мм;

Перед 3-й клетью:

 мм;

Перед 2-й клетью:

мм;

Перед 1-й клетью:

мм.

Определяем общее суммарное относительное обжатие:

.

Определяем суммарное и частные абсолютные обжатия:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Принимаем скорость в последней клети м/с. Тогда по уравнению:

 м/с;

м/с;

м/с;

м/с.

2.1.2 Расчет сопротивления металла полосы деформации

Холодная прокатка характеризуется значительным деформационным упрочнением металла. Поэтому значение предела текучести материала полосы возрастает от в сечении входа в очаг деформации до в сечении выхода. При расчете сопротивления металла деформации используют усредненное значение предела текучести:

,

где - сопротивление металла пластической деформации, МПа;

коэффициент, учитывающий влияние среднего главного нормального напряжения (при прокатке широких и тонких полос );

- усредненные значения предела текучести, МПа.

Для расчета наиболее часто используют формулу А.В. Третьякова:

,

где - пределы текучести металла на выходе из клетей, МПа;

- предел текучести металла в исходном (недеформированном) состоянии, МПа;

, - коэффициенты, зависящие от марки стали (табл. 10);

- суммарное относительное обжатие, которое накопила полоса к моменту выхода из i-й клети.

1. Для листа 0,6*1200 мм

Суммарное относительное обжатие, которое имеет полоса к моменту выхода из 1-й клети , а на выходе из 5-й клети - ;

;

;

.

Для стали 40 из табл. 10 выбираем соответствующие данные: МПа, ; .

Пределы текучести металла на выходе из клетей:

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

Усредненные значения предела текучести:

МПа;

МПа;

МПа;

 МПа;

МПа.

Сопротивление металла пластической деформации:

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

2. Для листа 1,2*1000 мм

Суммарное относительное обжатие, которое имеет полоса к моменту выхода из 1-й клети , а на выходе из 5-й клети - ;

;

;

.

Для стали 40 из табл. 10 выбираем соответствующие данные: МПа, ; .

Пределы текучести металла на выходе из клетей:

МПа;

МПа;

 МПа;

МПа;

МПа.

Усредненные значения предела текучести:

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

Сопротивление металла пластической деформации:

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

2.1.3 Расчет усилия и момента прокатки

Силу, с которой металл давит на валки, обычно определяют по формуле:

,

где - проекция контактной площадки металла с валками, м²;

- среднее контактное давление металла на валки, Па.

Для листовой прокатки величину находят из выражения:

,

где - ширина раската при прокатке в клети, м;

- длина дуги захвата, м.

Длина дуги захвата определяется по формуле:

,

где - радиус бочки рабочего валка (для стана 2000 - 0,3 м), мм;

- частное абсолютное обжатие после каждой клети, мм.

Среднее контактное давление зависит от напряженного состояния металла в очаге деформации:

,

где ;

;

- коэффициент трения при установившемся процессе прокатки ()

Расчеты:

1. Для листа 0,6*1200 мм

Определяем длину дуги захвата:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Проекция контактной площадки металла с валками:

м²;

м²;

м²;

м²;

м².

Находим значение коэффициента :

;

;

;

;

.

Определяем среднее контактное давление зависит от напряженного состояния металла в очаге деформации:

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

Определяем силу, с которой металл давит на валки:

МН;

МН;

МН;

МН;

МН.

Момент прокатки находится по формуле:

,

где ш - коэффициент плеча приложения усилия прокатки (для расчета холодной прокатки ).

кН·м;

 кН·м;

кН·м;

кН·м;

кН·м.

2. Для листа 1,2*1000 мм

Определяем длину дуги захвата:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Проекция контактной площадки металла с валками:

м²;

м²;

м²;

м²;

м².

Находим значение коэффициента :

;

;

;

;

.

Определяем среднее контактное давление зависит от напряженного состояния металла в очаге деформации:

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

Определяем силу, с которой металл давит на валки:

МН;

МН;

МН;

МН;

МН.

Определяем момент прокатки:

кН·м;

кН·м;

кН·м;

кН·м;

кН·м.

2.2 Определение производительности стана

Ритм прокатки определяется по формуле:

где - длина рулона после прокатки на стане, м;

- скорость прокатки в последней клети стана, м/с;

- поправочный коэффициент, учитывающий время прокатки с пониженной скоростью и время пауз (для непрерывных станов холодной прокатки ).

Длину рулона после прокатки на стане находим по формуле:

где - толщина готового холоднокатаного листа, м;

- ширина листа, м;

- плотность стали;

- масса рулона (для стана 2000 - 50 т), т.

1. Для листа 0,6?1200 мм

.

Ритм прокатки:

.

2. Для листа 1,2?1000 мм

.

Ритм прокатки:

.

Часовая производительность прокатного стана определяется по формуле:

где - масса исходной заготовки, т;

- коэффициент использования стана;

- темп (ритм) прокатки, с;

- коэффициент расхода металла.

1. Для листа 0,6?1200 мм

т/ч.

2. Для листа 1,2?1000 мм

т/ч.

Зная долю каждого профиля в общем выпуске и часовую производительность по каждому профилю, можно определить среднюю производительность по формуле:

где - доля каждого профиля в общем выпуске, %;

- производительность по каждому профилю, т/ч.

т/ч.

Годовая производительность прокатного стана:

,

где - число часов работы стана в году, ч;

т/год.

2.3 Выбор вспомогательного оборудования

Производительность непрерывного травильного агрегата:

где - ритм работы участка травильных ванн, с.

где - скорость движения полосы в ваннах, зависящая от их числа и длины, м/с.

Расчеты:

;

т/ч.

Необходимое количество травильных агрегатов:

.

Производительность агрегата резки:

где - коэффициент использования агрегата, учитывающий паузы и задержки при резке ();

- ритм работы агрегата резки, с.

Скорость движения полосы, необходимая для определения машинного времени резки, выбираем из таблицы.

Агрегат поперечной резки:

;

т/ч.

Необходимое количество агрегатов резки:

,

где - коэффициент, показывающий долю металла направляемого на резку.

шт.

Агрегат продольной резки:

;

т/ч;

шт.

Агрегат нанесения покрытий:

,

где - масса рулона после нанесения покрытия, т;

- ритм работы агрегата нанесения покрытий, с;

- масса материала покрытия, нанесенного с двух сторон на полосу, т;

- масса покрытия на 1 м² полосы (для цинкового 0,2 кг);

Скорость движения полосы при горячем оцинковании - 0,7-1,5 м/с.

;

;

;

т/ч.

2.4 Определение площади складов металла, расхода энергоносителей, материалов и инструмента

В цехе холодной прокатки должны быть предусмотрены склады исходных горячекатаных рулонов; промежуточные (межоперационные) склады; склады готовой продукции; склады масел, запасных частей, валков.

Нормы хранения металла в цехе холодной прокатки, сут.;

Склад исходных материалов

(горячекатаных рулонов) 5-7

Склад горячекатаных травленых рулонов

перед станом холодной прокатки 2

Склад холоднокатаных рулонов перед отжигом 1

Склад отожженных рулонов перед дрессировкой 4

Склад дрессированных не промасленных рулонов

перед резкой 1

Склад готового металла перед упаковкой 1

Склад готовой продукции 2-3

На складе исходных материалов горячекатаные рулоны укладываются в стопы в вертикальном положении в несколько рядов (пирамидой). Высота пирамид достигает 4,5 м. Удельная нагрузка на данном складе составляет 80-110 кН/м².

На промежуточных складах и складе готовой продукции рулоны хранятся в горизонтальном или вертикальном положении в один ряд на стеллажах ( кН/м²).

Емкость складов металла определяется количеством металла. которое может быть на них размещено:

,

где - норма продолжительности хранения, сут. (для склада заготовок =3-4 сут., для склада готовой продукции =2-3 сут.);

- максимальная интенсивность удаления металла со склада, т/ч.

Для склада заготовок принять равной наибольшей из часовых производительностей стана, а для склада готовой продукции принять равной средней часовой производительности.

Для склада заготовок:

т.

Для склада готовой продукции:

т.

Полезная площадь склада определяется по формуле:

,

где - удельная нагрузка, кН/м²;

Для склада заготовок:

м².

Для склада готовой продукции:

м².

Определение годовой потребности цеха:

,

где - расход какого-либо энергоносителя, материала или инструмента;

- расходный коэффициент.

Расход электроэнергии:

кВт·ч.

Расход воды:

м³.

Расход сжатого воздуха:

м³.

Расход пара:

кг.

Расход кислот для травильных агрегатов:

· H₂SO₄

кг.

Расход топлива для печей термической обработки:

· колпаковая печь

кДж;

· проходная печь

кДж.

Расход защитного газа для печей:

м³.

Расход смазочных материалов для узлов:

кг.

Расход трения оборудования:

· густые

кг;

· жидкие

кг.

Расход технологических смазочных материалов:

кг.

Расход валков для непрерывного и дрессировочного станов:

кг.

При горячем оцинковании конструкционной стали дополнительно расходуется:

· электроэнергия

кВт·ч;

· вода

м³;

· сжатый воздух

м³;

· пар

кг;

· материла покрытия

кг;

· химикаты для обезжиривания

кг;

· серная кислота для травления перед покрытием

кг;

· химикаты для покрытия

кг;

· химикаты для пассивации

кг.

Заключение

В курсовой работе мы рассчитали основные параметры холодной прокатки: режим обжатий и скорость прокатки в клетях стана, сопротивление металла полосы деформации, энергосиловые параметры процесса прокатки.

Для каждого профилеразмера посчитали часовую производительность, а затем среднюю годовую производительность стана.

Рассчитали или выбирали все вспомогательное оборудование, которое приведено на технологической схеме.

Получили, что годовая производительность стана составляет: 2925000 т/год; для непрерывной работы цеха необходимо наличие вспомогательного оборудования, а именно: 2 травильных агрегата, 1 агрегат поперечной резки, 3 агрегата продольной резки.

Список литературы

1. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов М.: Металлургия, 1987.;

2. Прокатное производство/ П.И. Полухин, Н.М. Федосов, А.А. Королев и др. М.: Металлургия, 1982.;

3. Савельев В.Б., Савельева Р.Н. Проектирование технологических линий по производству металлопроката: Учебное пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2000.

прокатный стан холодный оборудование

Размещено на Allbest.ru