Проектирование цеха холодной прокатки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данном проекте разработан цех холодной прокатки производительностью 1,2 млн. тонн в год.

В проекте представлена производственная программа, произведен расчет энергосиловых параметров для трех типоразмеров широко используемых марок сталей.

Также в работе представлены мероприятия по охране труда, приведен расчет главной линии прокатной клети и технико-экономических показателей, наглядно подтверждающих выгоду с экономической точки зрения от внедрения данного проекта.

Ключевые слова: цех холодной прокатки, производственная программа, энергосиловые параметры.



Графическая часть

• 1. Производственная программа А-1
• 2. Схема расположения оборудования А-1
• 3. Карта технического уровня станаА-1
• 4. Разрез клети стана 1700А-1
• 5. Графики энергосиловых параметров прокатки А-1·3
• 6. Технико-экономические показателиА-1

Всего листов формата А-1 8



Оглавление

Введение

1. Общецеховые проектные решения

1.1 Производственная программа

1.1.1 Анализ задания на проектирование

1.1.2 Производственная программа

1.1.3 Выбор расчетных профилей

1.2 Информационный поиск

1.3 Структура основного производства и загрузка производственной программой

1.3.1 Технологические схемы производства

1.3.2 Программы для участков и агрегатов

1.3.3 Расчет производительности стана

1.4 Схема расположения оборудования

1.4.1 Перечень основного оборудования

1.4.2 Вспомогательные и побочные производства

1.4.3 Схема расположения оборудования

2. Проектные решения по прокатным станам и смежным агрегатам

2.1 Определение параметров прокатного стана на заданную программу

2.1.1 Сортамент и технический уровень стана

2.1.2 Параметры оборудования

2.1.3 Номинальные и допускаемые параметры привода клети

2.2 Расчет режима прокатки

2.2.1 Выбор режима прокатки

2.2.2 Энергосиловые параметры

2.2.2.1 Описание методики расчета энергосиловых параметров

2.2.2.2 Пример расчета энергосиловых параметров

2.2.2.3 Расчет режимов прокатки с использованием ПЭВМ

2.2.3 Проверка частоты вращения двигателей и определение допустимых моментов и мощностей

2.3 Обеспечение процессов проката

2.3.1 Контроль качества проката

2.3.2 Автоматизация процесса прокатки

2.3.2.1 Система автоматического регулирования толщины на четырехклетьевом стане холодной прокатки 1700

2.3.2.2 Математическое обеспечение САРТ

2.3.3 Подготовка валков

2.4 Проектирование главной лини клети

2.5 Параметры смежных агрегатов

3. Социально-экономические результаты

3.1 Охрана труда

3.1.1 Анализ условий труда и мероприятия по защите

3.1.2 Опасные производственные факторы

3.1.2.1 Опасность механического травмирования

3.1.2.2 Опасность поражения электрическим током

3.1.3 Расчет защитного заземляющего устройства

3.1.4 Вредные производственные факторы

3.1.5 Пожарная безопасность

3.1.6 Анализ техногенных и природных чрезвычайных ситуаций

3.2 Технико-экономическая часть

3.2.1 Директивные параметры

3.2.2 Показатели эффективности производства

3.2.3 Окупаемость проекта

3.2.4 Технико - экономические показатели

Заключение

Библиографический список



Введение

Проектируемый цех предназначен для производства холоднокатанной низкоуглеродистой стали качественной и обыкновенного качества, проката холоднокатанного с оцинкованным покрытием с общим объемом производства 1,2 млн. т в год.

Конечной целью металлургического производства является удовлетворение потребности в металле различных отраслей промышленности, строительства, транспорта и сельского хозяйства не только по номенклатуре заказов, но и по характеристикам качества.

По данным маркетинговых исследований спрос на углеродистую сталь, как на отечественном, так и на зарубежном рынке за последние годы не упал, но вместе с тем требования потребителей по качеству продукции стали более жесткими. прокатный агрегат стан энергосиловой

Оцинкованная сталь пользуется огромным спросом на рынке строительных материалов из-за своей сравнительно невысокой стоимости. Оцинкованная сталь не склонна к образованию ржавчины, и прослужит долгие годы.

Углеродистая и низкоуглеродистая сталь предназначена для холодноштампованных деталей, поэтому ключевым показателем пригодности металла является штампуемость. Штампуемость зависит от качества и физического состояния металла: химический состав, механические свойства, структура, склонность металла к старению и т.д.



1. Общецеховые проектные решения

1.1 Производственная программа

1.1.1 Анализ задания на проектирование

В проектируемом цехе прокат изготовляется по трём техническим условиям поставки:

ГОСТ 14918-80 - «Оцинкованная горячим способом холоднокатаная сталь в рулонах» ,толщиной 0,5-1,5 мм, шириной до 1400мм, общая доля в производстве - 40%;

ГОСТ 16523-97 - «Прокат тонколистовой из углеродистой стали, качественной и обыкновенного качества общего назначения» , толщиной 0,8-2,0 мм, шириной до1500 мм, общая доля в производстве - 30%.

ГОСТ 9045-93- «Прокат толстолистовой и широкополосный из конструкционной качественной стали», толщиной 0,4-1,2 мм, шириной до 1500 мм, общая доля в производстве - 30%;

Требования этих ГОСТ к выбранным в производство типам и маркам сталей приведены ниже.

В соответствии с ГОСТ 16523-97 прокат изготовляют шириной 500 мм и более, толщиной до 3,9 мм включительно[2] :

из углеродистой качественной стали марок от 08кп до 50);

из углеродистой стали обыкновенного качества от Ст1 до Ст5(всех степеней раскисления)

По видам продукции : в листах и рулонах.

Группы прочности: К260 - К490 (мех. свойства)

По нормируемым характеристикам на категории: 1-6( Испытание механических свойств, на вытяжку сферической лунки и на изгиб)

По качеству отделки поверхности на группы: 1-3(требования к поверхности полосы).

Нормальной и глубокой вытяжки.

Согласно ГОСТ 14918 сталь тонколистовая оцинкованная (ОЦ) изготовляют шириной от 710 до 1500 мм включительно [3], толщиной от 0,5 до 3,0 мм :

Подразделяется:

По назначению на группы: для холодной штамповки -- ХШ, для холодного профилирования.-- ХП, общего назначения -- ОН;

По способности к вытяжке (сталь группы ХШ) на категории нормальной вытяжки -- Н, глубокой вытяжки -- Г, весьма глубокой вытяжки - ВГ.

По равномерности толщины цинкового покрытия: с нормальной разнотолщинностью -- НP, с уменьшенной разнотолщинностью -- Ур и изготовляют шириной от 710 до 1500 мм включительно, толщиной от 0,5 до 3,0 мм

Толщиной покрытия от 10 до 60 мкм.

Из ГОСТ 9045-93 следует, что прокат изготовляется толщиной до 3,9 мм включительно из низкоуглеродистых качественных марок стали (08Ю,08пс,08кп) в листах и рулонах в термически обработанном и дрессированном состоянии [1].

Прокат подразделяют:

По нормируемым характеристикам на категории 1-5 (Способность к вытяжке, нормируемые характеристики)

По качеству отделки поверхности на группы 1-3 (требования к поверхности полосы).

По способности к вытяжке : ВГ- ВОСВТ(мех. свойства, относительное удлинение, предел текучести)

Требованиям по мех.свойствам прокат должен соответствовать указанным ГОСТам, а требованиям по геометрии - ГОСТу 19904-97.Отправка потребителю осуществляется по ГОСТ 7566-81.

Вывод: для составления производственной программы выбираем наиболее дорогие и чаще востребованные марки стали. По ГОСТ 9045-93 с категориями вытяжки ОСВ-ВОСВ. По ГОСТ 16523-97 групп прочности К260В-ОК360В. По ГОСТ 14918 с классами покрытия П-2.

1.1.2 Производственная программа

Наименования выбранной продукции, а так-же характерные потребительские свойства представлены в производственной программе ( таблица 1).

Таблица 1 . Производственная программа

Наименование продукции	Условия поставки	Характерные потребительские свойства	Выпуск, тыс.т.
1.Холоднокатаная низкоуглеродистая качественная сталь в товарных рулонах. h =0,40-1,20мм B от 900 до 1500мм.	ГОСТ 9045-93	Категория вытяжки	Т, МПа не более	В, Мпа	?4, %, не менее при h	360
					Менее 0,7 мм	От 0,7 до 1,5 мм
		ВОСВ ОСВ СВ	185 195 205	250-350 250-350 250-380	38 34 32	40 36 34
2.Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения: 40 % товарных рулонах и 60% листах h =0,80-2,00мм B до 1500мм	ГОСТ 16523-97	Группа прочнос-ти	Т, МПа не менее	В, МПа не менее	?????4, %, не менее при h	360
					Менее 2,0 мм
		К260В К270В ОК300В К310В К330В К350В ОК360В	- - 215 - - - 235	260-380 270-410 300-480 310-440 330-460 350-500 360-530	26 25 24 24 24 23 22
3. Прокат холоднокатаный горячеоцинкованный в товарных рулонах h =0,5-1,5мм B до 1400мм	ГОСТ 14918-80	Масса m,г/м2, двухстор. покрытия	480
		142,5-258	2 класс
		258-570	1 класс
		570-855	П (повышенный)
		Мех. св-ва по ГОСТ 9045
Всего		1200

1.1.3 Выбор расчётных профилей

В зависимости от назначения холоднокатаной стали к ней предъявляют различные требования, в том числе требование соответствующей отделки ее поверхности. Эти требования oговорены соответствующими стандартами и техническими условиями.

Расчётными называются профили из сортамента обрабатывающих фаз, по условиям обработки которых определяют технологию и характеристики оборудования: основные параметры, установленную мощность, номинальную скорость и пределы её регулирования (для машин), производительность, нормы расходов ресурсов и услуг, себестоимость и приведённые затраты[8,9].

Каждый вид продукции цеха может быть представлен одним или несколькими расчётными профилями, при этом должна быть гарантирована обработка на выбранном оборудовании всего проектного сортамента. Это накладывает существенные ограничения на выбор расчётных профилей .

Распределим продукцию каждого вида по размерным и маркоразмерным группам, где ширины будут коррелировать с толщиной согласно ГОСТ 19904. Ограничение максимальной ширины полос размером 1500 определяется заданием на проектирование, а значит и размером всех агрегатов цеха, включая прокатный стан.

Примем следующие расчётные профили:

Распределим продукцию каждого вида по размерным и маркоразмерным группам, где ширины будут коррелировать с толщиной согласно ГОСТ 19904 (см. табл.2). Ограничение максимальной ширины полос размером 1500 определяется заданием на проектирование, а значит и размером всех агрегатов цеха, включая прокатный стан.

Таблица 2. Размеры расчетных профилей

i	Марка стали	Расчетный профиль
1	08Ю	0,5х1400
2	08пс	1,5х1450
3	08Ю	0,8х1450

Для проектирования по ГОСТ 14918-80 выбираем сталь марки 08Ю для ХШ ВГ, с нормальной разнотолщинностью покрытия , изготовленную по ГОСТ 9045 при соответствии размеров ГОСТ 19904-80.

Для 1 класса толщины покрытия: масса 1м² слоя покрытия, нанесенного с двух сторон, г (св. 258 и 570 включ.)

Толщина покрытия: Св. 18 до 40 вкл.

Оцинкованную сталь изготовляют из углеродистой холоднокатаной рулонной стали с качеством поверхности. Поверхность оцинкованной стали должна быть чистой со сплошным покрытием. Не допускаются нарушения сплошности покрытия в виде растрескивания на мелких наплывах, расположенных на дефектах стальной основы, классификация и размеры которых предусмотрены.

Серповидность не более 6 мм на 3 м длинны, с плоскостностью ПВ и допускаемыми отклонениями толщины по нормам повышенной точности прокатки



Таблица 3 .Механические свойства оцинкованной стали

Оцинкованная сталь	Временное сопротивление, МПа	Относительное удлинение д4 , %, не менее, при толщине листа 2 мм
группа	категория вытяжки
ХШ	ВГ	255-410	28

Глубина сферической лунки не менее 9,5мм

Для проектирования по ГОСТ 165523-97 выберем сталь углеродистую качественную марки 08пс. Назначение проката: металлическая мебель, крепежные изделия, под оцинкование и покраску, общего назначения. Установим для неё условия поставки:

отгрузка в рулонах,

группа прочности К270В,

II группа качества отделки поверхности,

1 категория по нормирующим характеристикам,

нормальная способность к вытяжке,

в части сортамента прокат должен соответствовать требованиям Гост 19904-97

Механические свойства проката и диаметр оправки при испытание на изгиб на 1800 в холодном состояние должны соответствовать требованиям табл. 4. В месте изгиба не должно быть надрывов, трещин и расслоений.

Таблица 4. Механические свойства проката и диаметр оправки при испытании на изгиб на 180 в холодном состоянии

Группа проч-ности	Временное сопротивление разрыву ув, Н/мм2 (кгс/мм2)	Относительное удлинение д4,%,не менее	Изгиб до параллельности сторон(а- толщина образца, d-иаметр оправки)
		Холоднокатаный прокат
		до 2мм вкл	до 2мм вкл
К270В	270-410(28-42)	25	d=a

Рулонный прокат изготовляют с необрезанной и с обрезанной кромкой. На кромках не допускается дефекты, глубина которых превышает половину предельного отклонения по ширине проката, и выводящие его за номинальный размер по ширине. Прокат не должен иметь заворотов торцов и кромок под углом более 900. Длина концов рулонов неполной ширины не должна превышать ширину рулона. Поверхность проката должна быть без плен, сквозных разрывов, пузырей-вздутий, раскатанных пузырей, пятен слипания сварки, порезов, надрывов, вкатанной окалины, перетравов, недотравов, полос нагартовки, вкатанных металлических и инородных частиц.

Характеристика качества отделки поверхности для холоднокатаного проката группы отделки II: на обеих сторонах проката не допускаются дефекты, глубина которых превышает, Ѕ суммы предельных отклонений по толщине, а также цвета побежалости на расстоянии, превышающем 50 мм от кромок. На лицевой стороне (лучшей по качеству поверхности) не допускаются риски и царапины длиной более 50 мм.

Для проектирования по ГОСТ9045-93 выберем сталь марки 08Ю для холодной штамповки сложных деталей, в том числе автомобильных и установим для неё условия поставки:

на холоднокатаную сталь для автомобильных кузовов предусматривается поставка металла двух категорий вытяжки: ВОСВ, ОСВ--для штамповки деталей с особо сложной вытяжкой и СВ - для штамповки деталей со сложной вытяжкой

отгрузка в рулонах,

II группа качества отделки поверхности,

1 категория по нормирующим характеристикам,

способность к вытяжке (ВОСВ),

в части сортамента прокат должен соответствовать требованиям ГОСТ 19904-97

Рулонный прокат допускается изготавливать с обрезной кромкой. На обрезных кромках не должно быть расслоений и торцевых трещин, видимых невооружённым глазом. На кромках не допускаются дефекты глубиной, превышающей половину предельного отклонения по ширине листа и выводящие его за номинальный размер по ширине.

Химический состав проката для II группы приведен в табл. 5.

Характеристика качества отделки поверхности проката:

Шероховатость Ra более 1,6 мкм.

На лицевой стороне листа или рулона не допускаются отдельные мелкие риски длиной более 20 мм.

На обратной стороне не допускаются дефекты, глубина которых превышает ј суммы предельных отклонений по толщине, а также пятна загрязнений, цвета побежалости и серые пятна.

Механические свойства проката должны соответствовать требованиям табл. 6.

Листы и рулоны изготавливаются в дрессированном состоянии. Тонколистовой прокат должен подвергаться испытанию на выдавливание.

Прокат должен быть термообработан. Вид термообработки устанавливается изготовителем. Листы и рулоны должны быть смазаны с обеих сторон тонким слоем нейтральной смазки. Прокат принимают партиями. Партия листов или рулонов должна состоять из стали одной плавки - ковша, одной садки в печь или одного режима термообработки для печей непрерывного действия, одной категории вытяжки, одной толщины, одной группы отделки поверхности и сопровождаться одним документом о качестве. Для проверки качества проката от партии отбирают два листа или один рулон. Микроструктура и шероховатость поверхности проверяется по требованию потребителя. Для проверки механических и технологических свойств из каждого отобранного листа или рулона вырезают по одному поперечному образцу для испытаний на растяжение и выдавливание. Качество поверхности проката проверяют внешним осмотром без применения увеличительных приборов.

Микроструктура стали (ВОСВ).

Номер зерна феррита: 6,7

Структурно-свободный цементит, балл не более 2

Таблица 5. Химический состав низкоуглеродистых качественных марок стали

Марка стали	Массовая доля элементов , %
	углерода	марганца	серы	Фосфора	кремния	алюминия кислоторастворимого
	не более
08Ю	0,07	0,35	0, 025	0,020	0,03	0,02-0,07
08пс	0,09	0,45	0,03	0,025	0,04	-

Таблица 6. Механические свойства проката из низкоуглеродистой стали

Способность к вытяжке	Предел текучести, МПа	Временное сопротивление, МПа	Относительное удлинение, %, не менее, при толщине листа 2 мм	Твердость, не более
				HR15T	HR30T	HRB
				при толщине проката, 2 мм
				76
ВОСВ	Не более 195	250-350	42	51	46

1.2 Информационный поиск

После горячей прокатки на поверхности полосы имеется окалина, поэтому со склада горячекатаных рулонов металл поступает на обработку в непрерывно-травильный агрегат (НТА)[5]. Травление возможно при участии соляной (HCl) или серной кислоты(H2SO4). Травление горячекатаных полос соляной кислотой повышает качество горячекатаной продукции.

Существуют также механические способы удаления окалины с поверхности подката, которые в сочетании с травлением полосы в травильных ваннах усиливают эффект получения подката с качественной поверхностью для дальнейшей его обработки на стане холодной прокатки. К ним относятся дрессировочные клети (обжатие при дрессировке - 2,5-4,0%) и машины правки растяжением, устанавливаемые перед травильными ваннами.

Выберем солянокислотный метод травления потому что он обладает следующими преимуществами [5]: 1.более чистая поверхность полос после травления и экономия металла, так как растворяется в основном только окалина; 2.более высокая скорость травления при одной и той же температуре раствора (это позволяет снизить эту температуру, сохранить или повысить производительность агрегата травления); 3.полная регенерация отработанных травильных растворов с получением из них соляной кислоты и товарной окиси железа, продукта для химической и лакокрасочной промышленности; 4.себестоимость травления в соляной кислоте ниже себестоимости травления в серной кислоте на 20 - 45 %.

Ширина подката выбирается с учётом обрезки кромок и концов полос на непрерывном травильном агрегате и на агрегатах резки. Обрезка кромок в непрерывном травильном агрегате по данным [7] для подката толщиной до 2,5 мм составляет мм, а для более толстого мм. Обрезка кромок на агрегатах резки: для проката, подвергающегося отжигу в колпаковых печах, принимается мм ввиду травмирования кромок.

Станы холодной прокатки развиваются в двух направлениях: как непрерывные многоклетьевые и реверсивные.[10]. Для заданной производственной программы лучше всего подойдет непрерывный 4-клетьевой стан холодной прокатки, с шириной бочки 1700.

Подкат выбирают с учетом суммарной степени деформации, при которой не наблюдается атермического разупрочнения[6]. Она зависит от химического состава, размера исходного зерна, но не зависит от температуры холодной деформации. Существует две зоны неблагоприятных обжатий 57-60 и 66-69%, при которых наблюдается большая нестабильность механических свойств при производстве проката из стали 08Ю. Прокатку полос из стали 08пс следует осуществлять с суммарным обжатием менее 50-53% либо в пределах 60-66%, либо 70-72% и более.

Режим обжатий при холодной прокатке полос на непрерывных станах определяет производительность стана, качество поверхности, свойства и точность готовой продукции, загрузку механического и электрического оборудования, стойкость инструмента, стабильность и устойчивость процесса. Поэтому расчет режима обжатий выполняют для каждого сорторазмера, учитывая требования, предъявляемые к качеству полос, характеристику установленного оборудования, толщину исходного подката, марку стали, состояние поверхности металла и инструмента, вид технологической смазки, тепловые условия прокатки.

Оптимальный режим обжатий должен обеспечивать[5]:

качество продукции, соответствующее требованиям потребителей;

максимальную производительность стана;

минимальный расходный коэффициент металла и низкую себестоимость продукции;

возможность и высокую эффективность использования систем регулирования и управления.

На геометрическую точность подката может оказать существенное влияние на характер распределения частных обжатий по клетям.

Большое влияние на процесс холодной прокатки полосы и качество холоднокатаных листов оказывает также форма поперечного сечения горячекатаной полосы (её профиль). Профиль горячекатаной полосы может быть выпуклым, клиновидным, вогнутым и плоским. На практике преобладают обычно выпуклые и клиновидные профили. Оптимальным профилем горячекатаного подката для холодной прокатки тонких листов (толщиной 0,5 - 0,8 мм) является выпуклый с величиной разнотолщинности по ширине полосы 0,005 - 0,025 мм.

Распределение частных обжатий влияет на выравнивающую способность отдельной клети и стана в целом [5] .При отсутствие биения максимальная выравнивающая способность стана достигается, когда назначают малые частные относительные обжатия в первой и последующих клетях. В случаях, когда биение валков значительно, для получения минимальной продольной разнотолщинности целесообразно использовать режимы с увеличением обжатий от первой клети к последней. Допускаем, что биение валков незначительно. На характер распределения частных обжатий существенное влияние оказывают показатели качества подката. Для уменьшения продольной разнотолщинности применяют меньшие частные обжатия в первой клети. Устранению поверхностных дефектов подката, наоборот, способствует применение более высоких частных обжатий и насечённых валков в первой клетях. Значения частных относительных обжатий по клетям, определяются величиной исходного предела текучести и характером упрочнения прокатываемой стали, прочностью валков и мощностью привода рабочих клетей, шероховатостью рабочих валков, эффективностью применяемой технологической смазки, режимами натяжения, условиями охлаждения валков, толщиной готовой полосы, толщиной и качеством исходного подката, требованиями, предъявляемыми к точности геометрических размеров и качеству поверхности готового проката.

Для равномерной загрузки механического и электрического оборудования, стабильность процесса и показатели качества готового проката на разных станах применяют разные схемы распределения частных обжатий (см.рис.1).

Одним из распространенных является вариант а), который характеризуется последовательным уменьшением относительных обжатий от первой клети к последней [5]. При таком распределении обжатий удаётся обеспечить примерно равномерную загрузку клетей по усилию прокатки и расходуемой мощности, поскольку снижение обжатий компенсирует рост контактных давлений в связи с наклёпом металла и уменьшением его толщины. Такое распределение обжатий предполагает максимальную деформацию металла при относительно больших толщинах полосы, что является энергетически выгодным. Эта схема применяется при прокатке тонких полос из подката с минимальной разнотолщинностью и хорошей плоскостностью. Разновидностью этой схемы является схема, предусматривающая некоторое уменьшение частного обжатия в первой клети (рис.1.,б). Целесообразность применения более низких обжатий в первой клети обуславливается тем, что относительная разнотолщинность полосы снижается при прокатке ненаклепанного металла с небольшими обжатиями.

Для обеспечения высоких механических свойств холоднокатаной листовой стали величина суммарного обжатия полосы должны по возможности быть вне аномальных областей (обжатия 58-59 и 66-72 %), а обжатия по клетям следует устанавливать исходя из условия формирования благоприятной текстуры металлов[6].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1.Режимы обжатий

Холодная прокатка полос всегда ведётся с натяжением. Оно создаётся принудительно между всеми клетями за счёт некоторого рассогласования чисел оборотов валков (по сравнению со свободной прокаткой). В последней клети непрерывного стана переднее натяжение создаётся действием моталки.[5]

На прокатываемую полосу действует два натяжения: со стороны входа металла в валки - заднее и со стороны выхода металла из валков - переднее. Особенно важную роль играет натяжение при прокатке полос малой толщины с большой степенью наклёпа, так как при этом происходит сплющивание контактных поверхностей валков на большую величину, в результате чего иногда невозможно получить полосу заданной полосы. Для облегчения условий прокатки таких полос применяют максимально возможные переднее и заднее удельные натяжения.

Натяжение полосы между последней клетью и моталкой регулируется автоматически с учётом получения равномерной толщины и ровной намотки прокатываемой полосы, а также предотвращения дефектов “слипание “ и “излом” готовой полосы. При прокатке полос из углеродистых сталей на непрерывных станах абсолютные значения удельных натяжений в межклетевых промежутках не превышают 100-300 Н/мм2, а между последней клетью и моталкой 40-80 Н/мм2 .

Кроме того натяжение при смотке полос в рулон влияет на поведение полосы на последующих операциях технологического процесса. Если после холодной прокатки полосу режут на ленты, удельное натяжение при смотке полосы в рулон достигает 80-110 Н/мм2 в зависимости от размеров полосы. При отжиге металла в рулонах натяжение полосы при смотке в рулон устанавливают не выше 40-50 Н/мм2 .

Опыт работы непрерывных станов показывает, что исходная шероховатость рабочих валков в процессе прокатки изменяется. При этом установлено, что с увеличением количества прокатанного металла уровень шероховатости уменьшается. Изменение шероховатости, а следовательно и условий трения в очаге деформации, усложняет задачу стабилизации процесса прокатки и получение качественной полосы. Это имеет особое значение для условий прокатки в последней клети. С целью стабилизации шероховатости поверхности полосы на выходе из стана, обжатие в последней клети увеличивают по мере износа шероховатости валков этой клети .

Состояние поверхности рабочих валков существенно влияет на уровень трения в очаге деформации, энергосиловые параметры процесса обработки на последующих переделах (очистка, отжиг, нанесение защитных покрытий) и качество готового проката. Кроме того, данный фактор влияет на энергосиловые параметры прокатки, распределение частных обжатий по клетям и устойчивость полосы в линии стана. Поэтому выбору оптимальных шероховатостей рабочих валков по клетям уделяют особое внимание .

Шероховатость полосы регламентируется соответствующими ГОСТами и ТУ, а также условиями её обработки на последующих переделах. Микрогеометрия поверхности листовой стали существенно влияет на качество и прочность лакокрасочных и других защитных и декоративных покрытий, условия её дальнейшей обработки и эксплуатационные характеристики готовых изделий. Микрорельеф поверхности характеризуется высотой микронеровностей, для оценки которой чаще всего используется параметр Ra - среднеарифметическое отклонение точек измеряемого профиля от его средней линии.

Современные высокопроизводительные станы холодной прокатки оснащаются сложными системами подачи технологической смазки и охлаждения валков. Основное назначение технологической смазки - уменьшение сил внешнего трения на контактных поверхностях в очаге деформации. Благодаря этому снижается усилие прокатки и сокращается расход энергии, а следовательно, появляется возможность увеличения обжатий. Кроме того, технологическая смазка способствует уменьшению износа валков, предотвращает в значительной мере налипание металла на валки, влияет на микрорельеф и чистоту поверхности полос.

Основным типом смазок, применяемых при холодной прокатке листовой стали, являются 1-4%-ные (иногда 6%) эмульсии, стабилизированные эмульгаторами, ограничивающими отложение масла на полосе[5]. Эмульсии являются одновременно смазывающими и охлаждающими жидкостями.

Эмульсия из эмульсола “Квакерол”, содержит 40% смазочно-активных компонентов (растительного происхождения, типа пальмового масла), эмульгаторов (преимущественно анионоактивных - сульфат натрия, мыла жирных кислот) и присадок (животный жир). Эмульсия “Квакерол ” уступает отечественным эмульсиям по антикоррозионным свойствам, но обладает высокой смазочной эффективностью.

Весьма важным параметром является температура сматываемой полосы в рулон. Оптимальной с точки зрения предотвращения дефектов поверхности является температура 110- 120 С. При такой температуре остатки СОЖ успевают испариться, и в рулон сматывается практически сухая полоса. При более низких температурах смотки остатки СОЖ между витками способствуют развитию процесса коррозии. Интенсивность коррозии возрастает с увеличением продолжительности выдержки рулонов на промежуточном складе.

В дальнейшем, при термической обработке, смазка, в виде загрязнения полосы, сгорает и разлагается. Разложение остатков эмульсии при отжиге приводит к образованию сажистого налёта у кромок полосы или по всей поверхности наружных витков рулона. Отсортировка металла по пригару эмульсии достигает 1,5 %, а по саже превышает 2,5 % .

Следующей основной технологической операцией - после прокатки - является отжиг, который необходим для устранения наклёпа, полученного при холодной деформации, и восстановления пластических свойств металла.

Для снятия наклепа, получения необходимых структур и свойств металл после холодной прокатки подвергают рекристаллизационному светлому отжигу в колпаковых печах или проходных печах. Режим отжига зависит от химического состава и чистоты металла, структуры металла горячекатаной полосы и степени холодной деформации. Высокие пластические свойства низкоуглеродистой стали можно достичь рекристаллизацией и перерекристаллизацией холоднокатаной стали [6]. Интенсивность и завершенность этих процессов определяются скоростью нагрева, температурой рекристаллизации, продолжительностью выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения.

Для подавляющего большинства сталей оптимальные условия рекристаллизации соответствуют низкотемпературному отжигу в интервале температур собирательной рекристаллизации от 580 - 590 °С до точки . Режим отжига характеризуется медленным нагревом 10 - 35 °С/ч до температуры рекристаллизации 650 - 720 °С, выдержкой при данной температуре в течении 12 - 22 ч для выравнивания температуры по сечению рулона и длительным охлаждением 5 - 15 °С/ч [15,16].

На неподвижном стенде устанавливается стопа из 3 - 5 рулонов, которая накрывается муфелем, изготовленным из жаропрочной стали. Внизу муфель герметизируется резиновым уплотнителем. Нагрев рулонов осуществляется с помощью переносного колпака, в нижней части которого по периметру расположены горелки. Колпак футерован легковесным огнеупорным кирпичом. Топливом для горелок служит природный или смеси коксового и доменного газа с теплотой сгорания

35,7и 6,7 МДж/м² соответственно. Продукты сгорания омывают муфель, нагревают его и через дымовые окна отсасываются эжектором. Перед нагревом подмуфельное пространство, где расположены рулоны, заполняется защитным (нейтральным) газом, в качестве которого используется водород. Защитный газ предотвращает окисление поверхности металла при нагреве.[8]

С целью выравнивания температуры металла по высоте стопы и ускорения процесса нагрева вентилятором осуществляется принудительная циркуляция защитного газа в подмуфельном пространстве. Для прохождения газа между рулонами устанавливаются конвекторные (ребристые) прокладки. С целью уменьшения количества колпаковых печей используются стенды ускоренного охлаждения.[10]

Сокращение площадей термоотделения, количества незавершенной про-дукции, цикла обработки при обеспечении равномерности свойств достигается использованием агрегатов непрерывного отжига. Проходные печи башенного и горизонтального типа начали применять в 40-х годах для отжига жести. Полоса подвергалась ускоренному нагреву до 720 -- 730 °С, выдержке, замедленному до 500 °С и ускоренному охлаждению до 120-180 °С в атмосфере защитного газа и окончательному охлаждению воздухом до 60°С. При продолжительности отжига менее 100 с получали полосу с равномерными свойствами по длине. Однако температурно-скоростной режим отжига не был отработан для сталей, предназначенных для глубокой вытяжки, и не обеспечивал ее получения.

Основное назначение установленного в цехе холодной прокатки углеродистых сталей агрегата непрерывного отжига -- получение листа различной вытяжки ВГ, СВ, ОСВ, повышенными требованиями к отделке поверхности по ГОСТ 16523 -- 93, а также получение конструкционной высокопрочной листовой холоднокатаной стали с временным сопротивлением до 650 МПа. Агрегат обеспечивает выполнение двух основных технологических операций: термообработки и дрессировки [10].

После отжига металл подвергается дрессировке. Дрессировка -- это небольшое (0,8 --1, 5%) обжатие полосы на дрессировочном стане. Он представляет собой одноклетевой стан кварто с разматывателем и моталкой. Прокатка на нем осуществляется в один пропуск.

Основное технологическое назначение дрессировки состоит в предотвращении появления линий скольжения при последующей штамповке изделий из отложенного металла. Для этого необходимо наклепать тонкие поверхностные слои полосы. Дрессированный металл при испытаниях на растяжение не имеет на кривой растяжения "площадки" и "зуба" текучести. Кроме того, дрессировка несколько снижает относительное удлинение и предел текучести, повышает твердость полосы [10].

При дрессировке решают три задачи. Главная -- улучшение механических свойств полосы для последующей штамповки.

Вторая задача при дрессировке -- улучшение поперечной разнотолщинности и плоскостности листа.

Наконец, при дрессировке формируют шероховатость листа. Чтобы получить определенную шероховатость листа, необходимо вести прокатку на валках, имеющих шероховатость с несколько большим значением по показателю R_a. Рабочие валки дрессировочного стана первоначально шлифуют до зеркального блеска. Чтобы получить насеченные валки, необходимо на валках дрессировочного стана создать шероховатость до ? 4 мкм. Это осуществляется путем насечки валков на дробеметной машине за три-пять проходов [10].

Как уже отмечалось, потери металла от коррозии чрезвычайно. Поэтому естественной является тенденция защиты поверхности металла нанесением антикоррозионных покрытий. В цехе холодной прокатки углеродистых сталей предусмотрено отделение покрытий, состоящее из агрегатов горячего цинкования полос, электролитического цинкования, нанесения полимерных покрытий.

Главным свойством оцинкованного листа является его коррозионная стойкость, и в зависимости от этого различают несколько разновидностей цинкосодержащих покрытий и методов их нанесения. Основным видом является двухстороннее покрытие из расплава цинка с одинаковым или разным по толщине покрытием с обеих сторон. Производят также лист с односторонним покрытием. Для экономии цинка, а также для улучшения коррозионной стойкости, свариваемости и других характеристик применяют покрытия в виде сплавов цинка с железом, с алюминием (гальвалюм), с полимерами (цинкрометалл).

В качестве основы для производства оцинкованной стали используют углеродистую холоднокатаную сталь.

Для получения оцинкованной полосы по ГОСТ 14918 стальную полосу отправляют в агрегат непрерывного горячего цинкования. Вся линия является комплексной; она состоит из отдельных агрегатов разного назначения, на которых осуществляют очистку поверхности полосы (обезжиривание, травление, мойку); безокислительный нагрев в печи до 500°С с последующей термообработкой (отжиг, нормализация) в восстановительной атмосфере (10-15% Нд) и охлаждением до 450-500°С; цинкование в ванне с цинковым расплавом с 0,2-0,3% AI при 450°С; иногда применяют термообработку оцинкованной полосы при ±300-650°С в специальной печи после цинковальной ванны с целью перевода покрытия в сплав; охлаждение полосы; пассивацию в фосфатных и хроматных растворах; механическую обработку на растяжных станках или на дрессировочной клети с гибочными роликами. Для регулирования толщины и равномерности цинкового покрытия применяют струйное газовое (воздушное, паровое) устройство, работающее под давлением. Цинковальная ванна нагревается с помощью индукционного нагрева.

Для регулирования профиля полос и повышения точности прокатки рабочие клети оборудованы установками принудительного изгиба (противоизгиба) валков. Воздействие на технологический процесс осуществляется с помощью ряда систем автоматического регулирования: толщины полосы (САРТ), натяжений (САРН), профиля (САРП), подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Эти системы, а также многие другие, необходимые для автоматического выполнения различных операций (настройка стана, перевалка валков и до.), составляют АСУ ТП стана. Работа АСУ ТП требует применения управляющих вычислительных машин (УВМ).

1.3 Структура основного производства и загрузка цеха производственной программой

1.3.1 Технологические схемы производства

Технологический процесс производства в цехе холодной прокатки осуществляется по следующей схемам:

Схема 1. Прокат холоднокатаный из стали для холодной штамповки в рулонах.

1. Очистка от окалины горячекатаных полос на непрерывно-травильном агрегате и холодная прокатка горячекатаной травленой полосы на непрерывном стане холодной прокатки.

2. Светлый отжиг холоднокатаных полос в колпаковых печах.

3. Дрессировка холоднокатаных отожженных полос на одноклетьевом дрессировочном стане.

4. Подрезка кромок, упаковка рулонов на агрегатах резки.

5. Отгрузка потребителю готовой продукции.

Схема 2 Прокат холоднокатаный из качественной стали в листах.

1. Очистка от окалины горячекатаных полос на непрерывно-травильном агрегате и холодная прокатка горячекатаной травленой полосы на непрерывном стане холодной прокатки.

2. Отжиг в линии АНО.

3. Упаковка и отгрузка потребителю готовой продукции.

Схема 3. Прокат холоднокатаный оцинкованный в рулонах.

1. Очистка от окалины горячекатаных полос на непрерывно-травильном агрегате и холодная прокатка горячекатаной травленой полосы на непрерывном стане холодной прокатки.

2. Обработка холоднокатаных полос в линии АНГЦ.

3. Упаковка и отгрузка потребителю готовой продукции.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 Технологическая схема производства

1.3.2 Программы для участков и агрегатов

Расчет производственной программы для участков и агрегатов произведен по методике В.С. Зайцева. [10]

Распределение продукции по видам может быть произвольным, но при реальном проектировании должно опираться на маркетинговые ис-

следования перспективных рынков сбыта продукции проектируемого цеха.

Учитывая современное состояние технологии производства холоднокатаных полос, для продукции представленных в производственной программе ви-

дов можно принять следующие схемы технологического процесса:

k=1 - Прокат холоднокатаный из стали для холодной штамповки в рулонах: травление -- прокатка--обработка в колпаковых печах-- прокатка на дрессировочном стане -- обрезка кромки на агрегате продольной резки-- отгрузка.

k=2 - Прокат холоднокатаный из качественной стали в листах: травлени е -- прокатка -- обработка в АНО -- резка на листы в агрегате поперечной резки -- отгрузка.

k=3 - горячеоцинкованная сталь: травление , прокатка-- нанесение покрытия в агрегате непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) -- отгрузка

Годовой выпуск продукции: А₀=1200 тыс.т.

Число видов продукции в сортаменте q = 3, число обрабатывающих фаз в цехе m = 9.

1.1 Матрицы-столбцы выпуска продукции по видам и в долях, а также матрица назначений, соответствющая заданному сортаменту, принятой технологии и структуре цеха, представленной имеют вид:

По рекомендациям [10] для каждой фазы обработки приняты средние расходные коэффициенты металла.

коэффициенты использования оборудования

(µoj)=(0,800,800,800,800,800,800,750,750,80)

годовое время работы оборудования

(Toj)=( 7200 7200 7000750072008400620070008760) ч.

1.2 Фонд времени для стана холодной прокатки принят в предположении перевалки, а для дрессировочного стана и агрегатов резки предусмотрен прерывный график работы. Время работы фиктивной фазы на входе в цех взято по потребляющей металл первой, а на выходе в качестве рабочего принято календарное время, потому что отгрузка продукции ведётся круглый год без перерывов в течение 24 часов в сутки. Потери времени везде, кроме участков дрессировки и порезки, учтены коэффициентом использования оборудования 0,8.

Если бы в цехе не предполагалось оцинкование части продукции элементами матрицы объемов производства стали бы значения, приведенные в производственной программе. Но, в нашем случае объемы производства для k=2 кроме металла - основы (плотностью p⁰=7,8 т/м³) включают материал покрытия - цинк, который следует исключить из рассмотрения [7].

С этой целью, обратившись к ГОСТ 14918, назначим для разных размерных групп те или иные классы покрытия, а из диапазона отвечающим им удельных масс покрытия - расчетные значения m_i. Тогда доля цинка в объеме выпускаемой продукции каждого вида найдем по формуле:

e^Zn_i=1/(1+10³·p⁰·h_i/m_i)= 1/(1+10³·7,8·0,8/260)=0,04 (2)

а доля металла-основы:

e⁰_i=1-e^Zn_i=1-0,04=0,96 (3)

Соответственно количество цинка и металла-основы в продукте для проката с полимерным покрытием и для оцинкованного проката соответственно:

A^Zn_i= A₂· e^Zn_i= 480000·0,04= 19200т. (4)

A_2i= 480000·0,96 = 460800 т. (5)АО₀₀=460800 т, прибавим к этому содержание цинка: 19200 т. получаем общий годовой объем производства для продукции с оцинкованным покрытием АО₀=480000 тонн расходные коэффициенты цинка на АНГЦ н= 1,03. Следовательно, заказать его надо в количестве 19776 тонн.

Рабочая матрица объемов производства по металлу-основе, для компактности записанная в строку, приобретет окончательный вид

А_к=(360000 360000 460800) т.

1. Поток металла через обрабатывающие фазы: на выходе , затем навстречу ходу обработки металла , , с заменой в каждой строке единицами элементов матрицы, отвечающих фазам, куда металл для обработки не поступает.

(A_kj)=т.

Потери металла при обработке по видам продукции суммарно по столбцам

О_oj= (0 61466 6114 9220 3726 1835 1900 25200 0)т. (6)

2. Объем производста по фазам обработки и видам продукции

А_oj= (397128 378217 376335 0 0 376300 374500 372600 360000)

397118 378208 376326 0 376300 0 0 372600 360000

495985 472370 470020 470200 0 0 0 0 460800

4. Суммы по столбцам (7)

(А_0j)= (1290231 1228800 1222681 470200 372600 374500 372600 745200 1180800)т,

6. Доли видов продукции в сортаменте обрабатывающих фаз

0,311 0,311 0,311 00 1 10,5 0,305

(a_kj) ₌ 0,301 0,301 0,301 01 0 00,5 0,305

0,388 0,388 0,388 10 0 00 0,390

7. Сквозные расходные коэффициенты металла , а также средний по сортаменту (8)

(н_к) = (1,103 1,066 1,076 ).

н =1,081

8. Среднечасовая производительность и пропускная способность оборудования обрабатывающ их фаз , необходимые и достаточные для выполнения заданной произвоственной программы, без учета массы цинка

(Q_0j)=(179,1 170,7 62,7 52,3 52,3 60,4 106,5 134,8 ) т/ч,

(P_0j)=( 235 213,6 80 66 66 81 147 168,5 ) т/ч,

Общий расходный коэффициент определяется:

н₀ = 1290231/1200000 = 1,075

Из полученных результатов видно, что для производства 1,2 млн.т. в год готового проката на вход в цех необходимо предоставить 1276803 т металла.

Суммарные отходы на участках составляют:

НТА -61466 т.

прокатный стан - 6114т.

агрегат непрерывного горячего цинкования - 9220 т.

агрегат непрерывного отжига -3726 т.

колпаковые печи - 1835 т.

дрессировочный стан - 1900 т.

агрегаты продольной и поперечной резки - 25200 т.

В проектируемом цехе будут следующие вспомогательные и побочные производства удаление отходов, валковое хозяйство, ремонтное хозяйство, смазочное, электрическое и энергетическое хозяйства. Все эти вспомогательные и побочные производства в проектируемом цехе обеспечивают полный цикл для получения холоднокатанного листового проката.

1.3.3 Расчет производительности стана

Основным показателем использования оборудования стана является его производительность в фактический час работы, при этом различают понятия технически и практически возможной часовой производительности.

Будем полагать, что наш рулон является цельным, т.е. не имеет сварных шов. Масса рулона m_рул принимается равной 20 т.

Производительность стана пропорциональна скорости прокатки.

На стане 1700 осуществляется порулонная прокатка полосы.

1.Годовой объём производства

А₀=1,29*10⁶т

2. В программе проектируемой клети три расчётных профиля доли которых в сортаменте

a₁= 0,3 ; a₂= 0,3 ; a₃= 0,4 ,

Толщина расчётных профилей

h_n1=0,8; h_n2=1,5; h_n3=0,5

Ширина полос

b_n1=1450; b_n2=1450; b_n3=1400

5. Годовое производство каждого из профилей

A1=360000 т

A1=360000 т

A1=480000 т

Технически возможная часовая производительность определяется по формуле[10]:

А_Т.В. = 3600G/T, (9)

где G - масса прокатываемой полосы, т;

t_ч- время прокатки одного рулона, с.

При механизированной смене валков годовое время работы стана

Т₀ = 7200 ч [10], тогда его среднечасовая производительность равна:

Qо - среднечасовая производительность стана определяется по формуле:

Qо = Ао/То = 1,229·10⁶/7200 = 170 т/ч.

На стане расходный коэффициент металла равен н₀ =1,005. Для непрерывного стана холодной прокатки коэффициент его использования м₀ = 0,8 тогда необходимая для выполнения программы пропускная способность равна:

Ро = Qо·но/ м = 170·1,005/0,8 = 213т/ч.

Отсюда время затрачиваемое на 1 рулон:



А_Т.В. = 3600 •20/T

Практически возможная часовая производительность меньше технически возможной производительности из-за неизбежных нарушений ритма прокатки, вызывающих внеплановые, нерегистрируемые простои стана. Связанные с этим потери времени определяются не только уровнем организации производства, состоянием оборудования, квалификацией персонала, но и степенью трудоемкости конкретной позиции сортамента.

Находим длину полосы в рулонах расчетных профилей по формуле:

(10)

где с - плотность прокатываемой полосы, с = 7,6 т/м3;

В - ширина полосы, м;

h - конечная толщина полосы, м.

Средняя скорость прокатки для расчетных профилей будет равна.

(11)

Для того чтобы определить максимальную скорость прокатки необходимо рассчитать скорость прокатки для самого тонкого профиля в производственной программе.

1.4 Схема расположения оборудования

1.4.1 Перечень основного оборудования

Проектируемый цех состоит из следующих отделений (участков):

-травильного;

-прокатного;

-термического;

-участка отделки металла.

В травильном отделении размещаются непрерывный травильный агрегат (НТА) производительностью 1,5млн. т. в год.Способ травления - химический в растворе соляной кислоты. Метод травления - окунание. Состав травильного раствора - до 220 г/л НСl (соляная кислота)[6].Промывка полосы после травления конденсатом с очисткой полосы синтетическими щетками.

НТА состоит из: двух разматывателей, автоматической стыкосварочной машины, входного петлевого устройства, машины правки растяжением, ванны травления и ванны промывки, сушильного устройства, выходного петлевого накопителя, дисковых ножей.

Прокатное отделение включает в себя непрерывный четырех клетьевой стан 1700, дрессировочный стан и вальцешлифовальную мастерскую.

Стан включает в себя : четыре прокатных четырехвалковых клетей; гидравлические нажимные устройства; комплекты рабочих и опорных валков; эмульсионные коллекторы; цилиндры изгиба рабочих валков; главные приводы клетей; моталку и разматыватель.

Термическое отделение состоит из колпаковых печей, двух агрегатов непрерывного горячего цинкования и агрегата непрерывного отжига.

Составными частями колпаковой печи являются: стенд, нагревательный колпак, муфель. Основные параметры одностопной водородной колпаковой печи «Эбнер» представлены в таблице 7.

Агрегаты непpеpывного отжига. Назначение: термическая обработка холоднокатаных полос в режиме обезуглероживания, рекристаллизации, комбинированного отжига, обезуглероживания-рекристаллизации. Печь для отжига имеет две камеры нагрева, две камеры выдержки, камеру регулируемого охлаждения, камеру струйного охлаждения и воздушный холодильник[7].

Таблица 7. Техническая харaктеристикa водородной колпаковой печи «Эбнeр»

Наименование	Величина
Температура отжига, С	650-710
Время нaгрева садки, ч Время охлаждения садки, ч	32 42
Рaзмеры садки, мм: диаметр высота	1850 5000
Масса садки (средняя), т	75
Производительность стенда, т/ч:	1,05 - 1,20
Топливо	Природный газ
Защитный газ - состав, %	водород 75% Н2; 25% N2 или 100% Н2



В отделении покрытий расположены 2 агрегата непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) производительностью 300 тыс.т в год и 200 тыс.т. в год каждый.

Основные составляющие АНГЦ: два разматывателя, правильная машина, автоматическая сварочная машина, входной накопитель, секция очистки, установка сушки горячим воздухом, печная часть, цинковальная ванна, аппарат воздушной обдувки цинковых покрытии “Газовый нож”, ванна водяного охлаждения, дрессировочная клеть, ванна пассивации, выходное петлевое устройство и две моталки.

Печная часть АНГЦ разделена на шесть камер: камера подогрева полосы, камера безокислительного нагрева, камера восстановительного нагрева, камера регулируемого охлаждения, камера ускоренного охлаждения, камера перестаривания.

В листоотделке расположены 2 агрегата продольной резки и 2 агрегата поперечной резки . Агрегаты продольной резки предназначены для обрезки боковых кромок полос, а также для роспуска полос на ленту, промасливания и смотки в отдельные бунты. Агрегаты поперечной резки предназначены для разделки полосы на листы. Упаковка готовой продукции производиться в выходной части агрегата.

Состав оборудования проектируемого цеха представлен в таблице 8

Таблица 8. Состав, количество и характеристики основного оборудования.