В годы девятой пятилетки два стана 2000 установлены на Новолипецком и Череповецком металлургических заводах (1975). Станы рассчитаны на потребление литого исходного сляба, поступающего с МНЛЗ. На них учтены недостатки в конструкции оборудования и технологическом процессе, которые проявились при эксплуатации станов 1700.
Широкополосной непрерывный стан горячей прокатки 2000 Новолипецкого металлургического завода рассчитан на прокатку листовой стали толщиной 1,2-16 и шириной 900-1850 мм из листового сляба, поступающего с МНЛЗ, размерами 170-250X900- 1850X4800-10500 мм и массой до 36 т.
Технологический процесс прокатки и состав оборудования стана следующие. Полученные с МНЛЗ слябы складируются, осматриваются и зачищаются. Затем слябы подаются в нагревательные печи - пятизонные, методические, с торцовой задачей и выдачей, двусторонним подогревом, оснащенные контрольно-измерительной аппаратурой автоматического регулирования процесса нагрева металла. Печи соединены между собой рольгангами.
На стане установлены черновые окалиноломатели: первый - с вертикальным, второй - с горизонтальным расположением валков. Черновая группа состоит из четырех универсальных четырехвалковых клетей. Практика показала, что необходимо удалять поверхностные дефекты на литых слябах после разрушения литой структуры, поэтому машина огневой зачистки металла, в потоке установлена после первой универсальной клети. В состав чистовой группы входят ножницы, чистовой окалиноломатель и семь четырехвалковых клетей. Раскат готового профиля в зависимости от толщины сматывается в рулоны на дифференцированных моталках. Диаметр рабочих прокатных валков в черновой группе стана 1200, в чистовой 800 мм; опорных (в обеих группах) - 1600 мм. Длина бочки валков 2000, а в черновом окалиноломателе с вертикальными валками 800 мм.
При максимальной скорости прокатки 20 м/с и возможным доведением ее до 22 м/с стан может обеспечить годовую производительность 6 млн. т. Масса установленного на стане оборудования - 38 тыс. т, мощность главных электродвигателей 119 тыс-кВт.
Непрерывный широкополосной стан горячей прокатки 2000, установленный на Череповецком металлургическом заводе, по своему составу оборудования, сортаменту слябов и готовых листов аналогичен рассмотренному выше.
Однако в конструкцию отдельного оборудования и его расположение внесены ряд существенных изменений, что целесообразно рассмотреть (без схемы стана).
На этом стане впервые установлены нагревательные печи с шагающими балками; предусмотрена возможность посадки в печи горячих слябов. Топливо - природный газ калорийностью 8500 ккал/м3. Производительность одной печи (по проекту их четыре) 400 т/ч при всаде холодных слябов. Продолжительность нагрева слябов до температуры 1200-1250° С в среднем около 3 ч.
В черновом окалиноломателе с вертикальными валками происходит обжатие нагретых слябов по ширине. Цель обжатия (Д/г«50 мм)-уменьшение типоразмеров слябов и разрушение слоя окалины, которая сбивается водой давлением 110-130 атм. В последующей двухвалковой клети с горизонтальными валками также после прокатки осуществляется гидросбив окалины при обжатии Д/г=50-^60 мм.
Затем последовательно расположены четыре черновые универсальные четырехвалковые клети, из них три последние образуют непрерывную группу, создание которой позволяет уменьшить снижение температуры раскатов и сократить протяженность стана. Двигатели постоянного тока клетей непрерывной группы дают возможность регулировать в широких пределах скорость прокатки в зависимости от сечения раскатов, величины обжатия и температуры прокатываемого металла. Здесь в большей мере представляется возможность производить прокатку с ускорением, что впервые было применено на стане 2000 Новолипецкого металлургического завода.
Температура раскатов перед чистовой группой клетей 1000-1150° С. Передний и задний концы полос перед подачей в чистовую группу обрезаются на летучих ножницах.
За чистовым окалиноломателем и за первыми тремя - четырьмя чистовыми клетями осуществляется удаление окалины водой высокого давления. Гидросбив используется и для снижения температуры раската при прокатке толстых листов. Для выравнивания температуры по длине раската, прокатка в непрерывной чистовой группе клетей производится с ускорением, примерно равным 0,05-1,0 м/с2.
Скоростной режим в чистовых клетях может быть разным: прокатка с меньшей скоростью, чем скорость заправки полосы в моталку, осуществляется G ускорена ем по всей длине полосы; с большей - изменяется от постоянной заправочной при захвате полосы моталкой (~10 м/с) до максимальной (21 м/с) (при этом происходит разгон чистовых клетей вместе с моталкой). Двигатели чистовых клетей - постоянного тока и многоякорные. Температура конца прокатки профилей листовой стали всех толщин находится в пределах 830- 900° С.
На отводящем рольганге за чистовой группой клетей полосы охлаждаются водой со скоростью 6-50° С/с. Количество охлаждающей воды регулируется в зависимости от размеров сечения готового раската, его температуры, марки стали, скорости движущегося раската и может достигать 14,0 тыс. м3/ч. Температура полосы перед свертыванием в рулон 500-600° С.
За станом установлены две группы моталок по три в каждой; первая - для полос толщиной 1,2-8 мм отстоит от чистовой клети примерно на расстоянии 100 м; вторая - для полос толщиной 4-16 мм отстоит от чистовой клети на расстоянии 250 м. Готовая продукция может поставляться в рулонах и листах. Производительность стана: 300-1270 т/ч (в зависимости от сечения прокатываемых листов); годовая производительность примерно 6 млн. т. На стане предусмотрена комплексная автоматизация всех операций технологического процесса, в том числе и отделки прокатанной продукции.
Стан имеет четыре методические нагревательные двухрядные печи, с торцовой задачей и выдачей слябов и двусторонним подогревом. На стане установлено семь прокатных клетей, первая из которых - окалиноломатель с вертикальными валками, вторая - черновая двухвалковая реверсивная. На линии потока металла расположены ножницы для обрези переднего и заднего концов раската с усилием резания 350 тс. Перед чистовой группой клетей также установлен окалиноломатель- двухвалковая клеть с диаметром рабочих валков 360-410 и длиной бочки 840 мм. Чистовая группа состоит из пяти четырехвалковых клетей, приводимых от индивидуальных электродвигателей. Диаметр рабоч: валков 490-525, опорных 916-1040 мм, длиной 813 мм. За чистовой группой установлены две моталк с опрокидывателями для сматывания раскатов в рулоны и передачи их на конвейер.
Технологический процесс прокатки на этом стан сравнительно прост и во многом аналогичен с рассмотренным выше на непрерывных станах. Нагретые в печах до температуры 1250° С слябы поступают к черновому окалиноломателю (диаметр рабочих валков. 670-724, длина бочки 200 мм), который осуществляет; обжатие боковых кромок, разрушая поверхностный слой; окалины при одновременном оформлении ширины сляба. Далее сляб прокатывается в черновой реверсивной клети по двум схемам: если его ширина недостаточна, в поперечном направлении, а затем после поворота в горизонтальной плоскости в продольном. Если же ширина сляба соответствует заданной ширине листа, сляб прокатывается за 5-9 проходов до заданной толщины и? передается к чистовой группе клетей. Температура конца прокатки на черновой клети 1100° С. j Прокатка в чистовой группе клетей начинается при> 1050 и заканчивается при 900° С. Скорость прокатки в черновой реверсивной клети составляет 3,82-6,0 м/с,; в чистовых клетях по выходе раската из валков 4,1-:i 8,2 м/с.
Готовая листовая сталь сматывается в рулоны и передается для выполнения соответствующих отделочных, технологических операций.
Увеличение производства горячекатаной листовой стали в предстоящие годы в значительной мере будет обеспечиваться строительством новых непрерывных станов с длиной бочки валков 2000 мм и более производительностью 4-7 млн. т в год. - При создании новых и совершенствовании действующих непрерывных станов горячей прокатки будут решаться следующие важные технические и технологические вопросы:
1) освоение прокатки листов толщиной от 1-1,2 до 20, шириной до 2000 мм и более из непрерывнолитых слябов массой 50-60 т;
2) использование нагревательных печей с шагающими балками;
3) повышение скорости прокатки до 25-30 м/с;
4) создание непрерывных черновых групп из универсальных четырехвалковых клетей;
5) создание непрерывных чистовых групп в составе 7-8-м и четырехвалковых клетей, оснащенных устройствами упругого противоизгиба валков;
6) широкое внедрение автоматического регулирования размеров полосы в процессе прокатки;
7) применение гидросбива окалины с прокатываемого металла водой давлением до 150-180 ат;
8) внедрение технологической смазки при прокатке.
Задание
Выполнить проект главной линии рабочей клети № 6 стана 2000 горячей прокатки.
Определить назначение и дать краткую характеристику стана 2000 горячей прокатки ЛПЦ-10, в состав которого входит проектируемая главная линия рабочей клети.
Выбрать оборудование и основные параметры проектируемой главной линии прокатной клети.
При разработке проекта главной линии рабочей клети выполнить, определить или назначить следующее:
материал, конструкцию и размеры валков; силовые воздействия на валки; расчет прочности валков; расчет коэффициента жесткости валковой системы;
тип, конструкцию и основные параметры подшипников прокатных валков;
тип и конструкцию устройств для установки и уравновешивания валков; расчет нажимного механизма;
тип, конструкцию и размеры станины и ее элементов; расчет прочности и жесткости станины;
расчет коэффициента жесткости рабочей клети;
крепление рабочей клети к фундаменту;
тип и конструкцию валковой арматуры;
выбрать тип и конструкцию передаточных механизмов главной линии прокатной клети;
выбрать тип и определить мощность главного привода клети;
выбрать тип и конструкцию устройств для перевалки валков и описать способ перевалки.
Введение
Листовой горячекатаный прокат производится на непрерывных и полунепрерывных широкополосных станах горячей прокатки (примерно 3/4 общего объема производства), полосовых станах с моталками в печах, планетарных и толстолистовых станах. В настоящее время наиболее эффективным способом производства горячекатаных листов и полос является прокатка в непрерывных и полунепрерывных станах. На этих станах прокатывается также подкат для станов холодной прокатки. Современные широкополосные станы горячей прокатки рассчитаны на прокатку полос широкого сортамента (толщина от 0,8-1,2 до 16-25 мм, ширина 600-2300 мм). Масса прокатываемых слябов до 6-7 млн. т/год.
Непрерывные станы горячей прокатки состоят из двух последовательно расположенных групп клетей. В черновой группе состоящей из четырех-пяти клетей с горизонтальными и трех-четырех клетей с вертикальными валками, полосу поочередно прокатывают в каждой из клетей. Возможно одновременное нахождение полосы в расположенных рядом клетях с горизонтальными и вертикальными валками. В чистовой группе полоса одновременно находится во всех или нескольких клетях.
Черновая группа обычно состоит из клетей кварто, что обеспечивает минимальную разнотолщинность при прокатке, и включает черновой окалиноломатель дуо и уширительную клеть. Все клети расположены последовательно и имеют индивидуальный привод.
Чистовая группа состоит из шести-семи клетей кварто и чистового окалиноломателя. Клети оборудованы петледержателями, между ними установлены направляющие ячейки. Чистовая группа имеет в своем составе летучие ножницы для обрезки концов проката.
В данной работе изучен и обобщен опыт состояний клети № 6 широкополосного стана 2000 горячей прокатки. 1. Назначение и краткая характеристика стана
.1 Назначение стана
Непрерывный широкополосный стан 2000 горячей прокатки предназначен для производства горячекатаных полос из углеродистых и низколегированных марок сталей, соответственно с пределом прочности в холодном состоянии до 640 Н/мм2 и 750 Н/мм2, толщиной 1,2 - 16,0 мм и шириной 750-1850 мм, свернутых в рулоны массой до 45 т. Прокатка полос из низколегированных марок сталей производится на пониженных режимах в пределах допускаемых проектом статических нагрузок на механизмы главных линий рабочих клетей.
.2 Характеристика готовой продукции:
Размеры горячекатаных полос толщина, мм1,2 - 16,0; ширина, мм750 - 1850; внутренний диаметр рулона, мм850; максимальный наружный диаметр рулонов, мм 2300; масса рулонов, т.не более 45 Оборудование стана совместно с комплексными системами автоматизации, закупленными у фирмы «Дженерал-Электрик», США, должны обеспечить получение продукции, удовлетворяющей требованиям, указанным в таблице 1.1.
Таблица 1.1 Наименование параметраДопускаемое отклонениеПримечаниеТолщина полосы, мм 1,2 - 5 5,1 - 10 10,1 - 16±0,05 мм ±1% от заданного значения ±0,1 ммНа 96% длины2. Разнотолщинность полосы при ширине, мм до 1250 1251 - 1650 1651 - 1850±0,03 мм ±0,04 мм ±0,05 ммНа 96% длины3. Ширина полосы, мм 750 - 1850±6 ммНа 96% длины4. Планшетность5 мм/1 м5. Телескопичность рулона50 мм6. Серповидность полосы5 мм/3 м 1.3 Характеристика исходной заготовки
Исходным материалом для прокатки на НШС-2000 как правило, являются литые слябы, поступающие с установок непрерывной разливки стали через транспортно-отделочное отделение. Подготовленные к прокатке слябы должны соответствовать техническим условиям на литую заготовку ТУ-14-1-3347-82. На стане предполагается использовать горячий посад слябов в нагревательные печи с сохранением их тепла в специально созданных копильниках. Доля горячего посада составляет 80%. Температура слябов при посаде в печи составляет в среднем около +750°С. Размеры исходных заготовок (слябов): толщина, мм 250; ширина, мм 750 - 1900; длина, мм 6000 - 12000; масса, т, не более 45.
1.4 Производительность стана
Согласно проекта производительность стана по горячекатаным рулонам принята: 0 млн. т/г - при работе с 3 нагревательными печами; 5 млн. т/г - при работе с 4 нагревательными печами. Годовой фонд работы оборудования принят 7000 часов.
.5 Краткая техническая характеристика основного оборудования стана
План расположения оборудования предоставлен на рисунке 1 Район нагревательных печей: ) Число печей с шагающими балками, шт. 3 (4). ) Максимальная производительность печей, т/ч 465. ) Масса садки в печи, т, не более 1400. ) Температура в печи, °С, не более 1380. Черновая группа: ) Количество клетей, шт. 7 В том числе: вертикальная клеть (окалиноломатель), шт. 1. клеть дуо № 1, шт. 1. универсальные клети кварто № 2, 3. (отдельно стоящие), шт. 2. универсальные клети кварто № 4, 5, 6. (в составе непрерывной группы), шт. 3. ) Диаметры валков, мм. вертикальной клети 1200/1100. клети дуо № 1 1400/1300. универсальных клетей № 2 - 6: рабочие 1180/1080. опорные 1600/1460. вертикальные 1000/900. ) Максимальная скорость прокатки, м/с 2 -5. Чистовая группа: ) Количество клетей, шт. 7 (8). ) Диаметр валков, мм: рабочих (клетей № 7, 8) 850/810. рабочих (клетей № 9 - 13) 800/760. опорных 1600/1460. ) Длина валков, мм: рабочих 2000. опорных 1820. Длина рабочих валков последних четырех клетей, оснащенных системой осевой сдвижки рабочих валков приведена в технической характеристике поставляемого фирмой «Дейви Макки» оборудования. ) Максимальная скорость прокатки, м/с 21 (23). ) Тип нажимного устройства комбинированное гидро-эл.механическое. ) Механизм осевого перемещения рабочих валков (на последних 4-х клетях). ) Отметка уровня прокатки, м +0,975. ) Отклонение уровня прокатки, мм ±5. Уборочная группа: ) Количество участков охлаждения, шт. 2. ) Число моталок для полосы: тонкой, шт. 2 (3). толстой, шт. 3.
Рисунок 1 - План расположения оборудования непрерывного широкополосного стана
Характеристика некоторых энергоносителей: ) Электроэнергия: напряжение постоянного тока, В 220. напряжение переменного тока, В 380. ) Вода горячая, технологическая: температура в подающем трубопроводе, °С 70. давление в подающем трубопроводе, МПа 0,3. ) Вода техническая: давление, МПа 0,3. температура, °С от +5 до +20. концентрация взвесей, мг/л, не более 100. крупность частиц, мм, не более 0,3. жёсткость, мг.экв/л 6 - 7. концентрация масла, мг/л, не более 20. ) Воздух сжатый, осушенный: давление у потребителя, МПа 0,4 - 0,6. давление на вводе в цех, МПа 0,6 - 0,9.
2. Выбор структурной схемы главной линии рабочей клети
Привод рабочих валков клетей стана 2000 осуществляется электродвигателем через промежуточные передаточные механизмы и устройства, которые составляют рабочую линию клети. Передаточным механизмом в клети № 6 является привод безредукторный через главный шпиндель, шестеренную клеть и шпиндели. При безредукторном приводе электродвигатель соединяется непосредственно с шестеренной клетью главным шпинделем (рисунок 2). Шестеренные клети служат для передачи крутящего момента от двигателя или редуктора к шпинделям и рабочим валкам.
Рисунок 2 - Структурная схема главной линии рабочей клети: 1 - опорные валки, 2 - рабочие валки, 3 - универсальные шпиндели, 4 - механизм уравновешивания, 5 - шестеренная клеть, 6 - моторная муфта
Из условия выбора оптимальных значений угла наклона шпинделей при передаче требуемого крутящего момента в черновой группе клетей приняты три типоразмера шестеренных клетей с межцентровыми расстояниями: 1250, 900 и 800 мм. Клеть № 6 - межцентровое расстояние 1250 мм. Каждая шестеренная клеть состоит из литой станины открытого типа, установленной на фундаменте, крышки станины, подушек средних, размещенных в боковых проемах станин, торцевых составных (из трех частей) крышек, закрывающих боковые проемы станин снаружи. Крышка со станиной стягиваются между собой четырьмя шпильками (с гайками) которые фиксируются в станине посредством чеки, а дополнительная фиксация на шпильках осуществляется клиньями. В расточках станины и подушек средних с одной стороны, подушек и крышки с другой стороны на стальных вкладышах с баббитовой заливкой установлены соответственно нижний приводной и верхний шестеренные валки с шевронными зубьями. Шестеренные валки выполнены кованными из легированной стали. Валки шестеренных клетей 1400, 1250 и 900 имеют лопасти для муфт универсальных шпинделей, а валки шестеренной клети 800 - выходные концов с посадными лопастями для муфт зубчатых шпинделей. В станине и крышке станины имеются люки для контроля состояния зубчатых зацеплений и установки термосигнализаторов контроля температуры вкладышей. Кроме того, на крышке установлена отдушина и предусмотрены отверстия для установки коллектора подвода смазки к зацеплению. Отвод масла осуществляется через сливное отверстие в нижней части станины клети. Предусмотрены также желоба для отвода утечек масла. На торце верхнего шестеренного вала шестеренных клетей чистовой группы (со стороны двигателя) предусмотрена установка сельсина, включенного в систему контроля оборотов рабочих валков прокатных клетей. Главный шпиндель представляет собой типовые зубчатые муфты с промежуточным валом. При этом, зубчатые втулки, насаженные на концах промежуточного вала, находятся в зацеплении с зубчатыми втулками двигателя и шестеренной клети через соответствующие зубчатые обоймы. Промежуточный вал установлен на подшипниках качения в расточках разъемных корпусов двух подшипниковых опор, которые закреплены к фундаменту. В средней части промежуточного вала и на выступающих втулках подшипниковых опор предусмотрены посадочные места для установки соответственно храповика и полуколец устройства для доворота шпинделей. Все муфты закрыты кожухами. В станине на вкладышах с баббитовой заливкой установлены шестеренные валки с шевронными зубьями, при этом нижний шестеренный валок смонтирован с осевым зазором 1 … 1,5 мм, а верхний - самоустанавливается по нижнему. Шестеренные валки с лопастями для муфт шпинделей - кованные из стали 4СХНМА.
3. Разработка конструкции рабочей клети
.1 Прокатные валки
Валки прокатных станов выполняют основную операцию прокатки - пластическую деформацию (обжатие) металла. В процессе деформации металла, вращающиеся валки воспринимают давление, возникающее при обжатии металла, и передают это давление на подшипники. Валок состоит из нескольких элементов: бочки, которая при прокатке непосредственно соприкасается с прокатываемым металлом; шеек, расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипники; концевых частей. Основные размеры валков - их диаметры и длину бочки выбирают на основании практических данных (в зависимости от типа и назначения прокатного стана) и уточняют соответствующим теоретическим анализом с учетом прочности валков на изгиб и допустимого прогиба при прокатке. Валки с подушками представляют собой узел, состоящий из двух рабочих и двух опорных валков с подушками. Рабочие валки чугунные, а опорные - кованные из легированной стали. Поверхности их шеек и бочек имеют высокую твердость. Приводные концы рабочих валков выполнены цилиндрической формы с двумя лысками (под шпиндельную муфту). Рабочие валки монтируются в подушках на четырехрядных конических роликоподшипниках. Гарантированный свал или смещение оси рабочего валка в подушке относительно оси опорного валка (в сторону выхода из клети) составляет 10 мм. Подушки рабочих валков выполнены литыми из стали. Нижние рабочие подушки имеют два рогообразных прилива. Боковые поверхности этих подушек и внутренние поверхности приливов облицованы направляющими, закаленными стальными планками. Нижняя рабочая подушка со стороны перевалки имеет короткие выступы, за которые осуществляется осевая фиксация комплекта рабочих валков, относительно станины клети. В расточках нижних рабочих подушек смонтированы гидравлические плунжерные цилиндры уравновешивания верхнего рабочего валка. Нижние рабочие подушки установлены с гарантированным зазором в вертикальных направляющих проемов станин, а верхние рабочие подушки установлены в направляющих приливов нижних подушек. Боковые поверхности верхних рабочих подушек также облицованы направляющими закаленными стальными планками. В осевом направлении верхняя рабочая подушка со стороны перевалки центрируется в нижней за счет того, что боковые выступы верхней подушки установлены с зазором в 1 мм в соответствующих пазах нижней подушки. Подушки опорных валков выполнены литыми из стали, их боковые поверхности облицованы стальными закаленными планками. Подушки опорных валков установлены с гарантированным зазором в вертикальных направляющих проектов станин. Опорные подушки со стороны перевалки имеют пазы для осевой фиксации комплекта опорных валков. Опорные валки монтируются в подушках на подшипниках жидкостного трения (ПЖТ). Верхние подушки опорных валков имеют захваты для соединения с механизмом уравновешивания верхнего опорного валка, нижние опорные подушки имеют выступы, сопрягаемые с выступами на салазках перевалки комплектов опорных валков. Концы опорных валков с упорными подшипниковыми узлами ПЖТ защищены в подушках кожухами, входящими в комплект поставки ПЖТ. Нижние опорные подушки через опорные планки с цилиндрической поверхностью для самоустановки опираются на датчики давления (месдозы), установленные на салазках. Установка нижнего рабочего валка на уровень прокатки осуществляется за счет размещения прокладок между опорными планками опорных подушек и месдозой с фиксацией их на месдозе. На боковых поверхностях всех подушек рабочих и опорных валков имеются отверстия для их кантовки на соответствующих стендах и кантователях при сборке-разборке подшипниковых узлов. Фиксация подушек в станине от осевого смещения осуществляется гидроприводными защелками. Для механизации перевалки рабочих валков в подушках нижнего рабочего валка расположены ходовые катки, а в каждой из подушек нижнего опорного валка попарно установлены четыре гидравлических цилиндра, крайние (относительно оси прокатки) плунжеры которых соединены с направляющими балками, по которым перемещается комплект рабочих валков при их смене, а ближние плунжеры упираются в эти балки, создавая дополнительное усилие подъема. Ход балок вверх ограничен упорами на станине. Для захвата комплекта рабочих валков при перевалке на нижних подушках рабочих валков установлены для крюка. Выбор материала, конструкции и размера валка Валки работают в условиях непрерывного истирания их металлом при прокатке, испытывая большие напряжения при динамических нагрузках и иногда при высокой и резко изменяющейся температуре. Поэтому к качеству валков предъявляются очень высокие требования, так как оно определяет нормальную работу стана, его производительность и качество готового проката. Для толстолистовых станов горячей прокатки применяют валки из отбеленного чугуна и из стали марок 50Х и 50ХН. Для четырехвалковых клетей станов горячей прокатки применяют кованые валки с высокой поверхностной твердостью (рабочие валки - до 100 единиц по Шору, опорные валки 70 - 80 единиц по Шору) и высокой прочностью (до 800 - 900 Мпа), валки диаметром до 300 мм изготавливают из легированной хромистой и хромованадиевой стали 9Х и 9ХФ, а диаметром более 300 мм - из стали с повышенным содержанием хрома (9Х2), хромомолибденовой (9Х2МФ, 65ХНМ, 75ХМ) и хромовольфрамовой (9Х2В). Валки подвергают термической обработке (закалка, отпуск) по специальным режимам (в зависимости от марки стали и размеров валков). Большие опорные валки целесообразно изготовлять составными бандажированными. Материал оси - сталь марок 55Х, 60ХР, 45ХНМ, хорошо сопротивляющейся изгибу; материал бандажа - сталь марок 9Х2. Стан 2000 горячей прокатки. Клеть №6 - на рабочих валках применяется чугун, на опорных валках применяется сталь: 9ХФ, 75ХМ, 75ХМФ. Основные размеры валков - их диаметр и длину бочки выбирают на основании практических данных (в зависимости от типа и назначения прокатного стана) и уточняют соответствующим теоретическим анализом с учетом прочности валков на изгиб и допустимого прогиба при прокатке. Определение сил, действующих на валок при прокатке При прокатке давление металла с рабочих валков передается на опорные и воспринимается их подшипниками (рисунок 3). Благодаря большей жесткости опорных валков прогиб их будет незначительным и профиль полосы будет иметь прямоугольное сечение. Величина абсолютного обжатия ограничивается максимальным углом захвата и определяется:
∆hmax = 0.9 * Kп * f 2 * Rp, где п - коэффициент переточки валков;- коэффициент трения;- радиус бочки валка. Для листовых станов горячей прокатки
0.9 * Kп * f 2 = 0,09
Определим диаметр рабочего валка:= 1180 мм= 1080 мм, длина бочки валка 2000 Диаметр опорного валкаоп = 1600 ммОПn = 1460 мм, длина бочки 1820 мм. Рисунок 3 - Силовое действие полосы на валок Сила реакции опоры Р - сила, с которой полоса действует на валок (усилие прокатки) М - крутящий момент Для правильной эксплуатации стана и во избежание поломки валков, станины, шпинделей и других деталей необходимо в процессе прокатки измерять полное давление металла на валки P (усилие при прокатке). Определим усилие, действующее на валки при горячей прокатке полосы (рисунок 4) в чистовой клети № 6 стана 2000 со скоростью прокатки 3,5 м/с.
Рисунок 4 - Схема к расчету прочности валков четырехвалковой клети стан рабочий клетка линия Толщина раската до клети № 6 - h0 = 42 мм; Толщина раската после клети № 6 - h1=28 мм; Абсолютное обжатие: Dh=h0-h1=42-28=14 мм.
Относительное обжатие,: e=100*Dh/h0=100*14/42=33,3 %.
Длина дуги захвата: °/мм. Коэффициент контактного трения: m=0,06. Коэффициент, характеризующий наличие зон скольжения:
Yп=1/(2×m)×ln(1/(2×m)) = 1/(2×0,06)×ln(1/(2×0,06)) = 17,67.
Угол захвата:
a=Dh/lд=14/90,88 =0,15
Проверяем наличие зоны прилипания на дуге захвата: д/hcp=90,88/((42+28)/2)=90,88/35=2,59 59 < 35,34
Следовательно, по всей длине очага деформации имеется только зона скольжения Определим среднее давление металла на валки и полное усилие прокатки:
При двухмерной деформации, когда уширением можно пренебречь, коэффициент Лоде nγ=1,15.
nσ = nв* nσ* nσ * nσ
При прокатке широких полос среднее нормальное контактное напряжение не зависит от ширины полосы и коэффициент, учитывающий влияние ширины полосы, nв = 1. Коэффициент, учитывающий влияние внешнего трения на значение среднего нормального контактного напряжения, можно определить по формуле:
nσ = 1+ lд/(6* hcp) = 1 + 90,88/(6*35) = 1,43
Так как (lд/hcp) = 2,59 > 1 с удовлетворительной точностью коэффициент, учитывающий влияние внешних зон деформации nσ можно принять равным единице. Так как прокатка осуществляется без натяжений, то коэффициент, учитывающий влияние натяжений nσ = 1.
Тогда коэффициент напряженного состояния
nσ = nв* nσ* nσ * nσ = 1 * 1,43 * 1 * 1 = 1,43
Для определения фактического сопротивления деформации используем метод термомеханических коэффициентов, разработанный В.И.Зюзиным.
σф = σ0 * Кt * Кε * КU
Для Ст.3 базисное значение сопротивления деформации σ0 = 86 МПа.
При температуре прокатки 1120 ºС температурный коэффициент Кt = 0,65 .
Для относительного обжатия ε=33,3% степенной коэффициент Кε = 1,3
Для назначения скоростного коэффициента КU определим среднюю скорость деформации
Uср = (v/ lд)*(Δh/ h0) = (3,5/0,09)*(0,014/0,042) = 12,96 с-1
По графику на рисунке II.15 находим КU = 1,2. Тогда фактическое сопротивление деформации:
σф = σ0 * Кt * Кε * КU = 86*0,65*1,3*1,2 = 87.2 МПа
Среднее нормальное контактное напряжение:
1,15*1,43*87,2 = 143,4 МПа
Так как прокатка плоская, то уширением можно пренебречь, площадь контакта полосы с валком : B * lд = 1,85 * 0,09 = 0,16 м2
Усилие прокатки находим по формуле:
Р = рср * F = 143,4 *106 * 0,16 = 22,08*106 Н = 22,08 МН
Усилия между рабочими и опорными валками распределяются следующим образом:
Таким образом, рабочие валки воспринимают только 5,11/22,08*100=23,14 % от общего давления на валки при прокатке. Расчет прочности валков Расчет валков на прочность сводится к определению максимальных напряжений в бочке, шейках и приводном конце валке, сравнение этих напряжений с допускаемыми . Определяем крутящий момент, необходимый для привода одного валка. Для этого необходимо знать момент прокатки и момент трения в подшипниковых опорах валка. Момент прокатки Мпр = 2Рψlд = 2 * 22,08 *106 * 0,5* 0,09 = 1,98 * 106 Нм = 1,98 МНм
Где ψ = 0,5 - коэффициент плеча равнодействующей [ 4 с.65] при горячей прокатке простых профилей.
Момент трения в подшипниковых опорах валка
Мтр = Рfd/2 = 22,08*106*0,006*0,54/2 = 36 * 103 Нм
где f = 0,006 - коэффициент трения роликовых конических подшипников Тогда крутящий момент, приложенный к приводному концу валка, определяем по формуле:
Мкр = (Мпр/2) + Мтр = (2800*103/2)+36*103 = 1,43 *106 = 1,43 МНм
Максимальный крутящий момент на один валок 3,4 МНм.
Изгибающий момент бочки валка определяется:
где - а - расстояние между серединами шеек валка, м. Изгибающий момент шейки:
Момент сопротивление бочки валка при изгибе:
Напряжения, возникающие в бочке валка:
σизг.б. = 16,2 < [σ] = 120 МПа, следовательно, бочка валка выдержит нагрузку. Момент сопротивления шейки валка при изгибе:
Напряжение от изгибающего момента, возникающего в шейке:
Касательные напряжения в шейке валка от крутящего момента:
Для стальных валков:
σэкв = 93,77 < [σ] = 120 МПа Значит шейка выдержит прикладываемую нагрузку. В качестве заготовок используется полоса толщиной 42 мм, b = 1850 мм. Величина относительной деформации составит:
Длина очага деформации:
В четырехвалковых клетях условие «естественного» захвата металла валками не является лимитирующим, так как практически при прокатке угол захвата всегда значительно меньше коэффициента трения и зависит от упругого контактного сплющивания рабочих валков:
где (Кср - σ ср) = 500 Мпа,
Мпа - для стальных валков
Максимальное контактное напряжение σк в середине линии контакта двух валков, нагруженных силой Р=q·r
мм - величина сплющивания валков. Определим напряжение в опорном валке Моп = Р/4*(а-b/2)
σ = Миз/(0,1*d3) = 8.59/(0,1*1,63) = 20,97 МПа - посредине бочки валка. Напряжения, возникающие в бочке и шейках меньше допустимого. σоп = 20.97 < [σ] = 120 МПа, следовательно выдержат прикладываемые нагрузки. Расчет упругой деформации валков и определения жесткости валковой системы. Наибольший прогиб валков происходит под давлением изгибающих моментов. Так как диаметр валков по сравнению с длиной бочки относительно велик то необходимо учитывать прогиб, возникающий под действием перерезывающих сил, вызывающих неравномерные касательные напряжения в поперечных сечениях и относительный сдвиг их . Таким образом, суммарный прогиб валка в любом сечении на расстоянии Х от опоры будет: F 1 + f2 , где; 1 - прогиб в результате действия изгибающих моментов.2 - прогиб вследствие действия поперечных сил.
Е - модуль упругости = 2,15×105 МПа;
f1 = 22,08×106 / (18,8×2,15×105 ×1,184)* = 0,0000442 м = 0,0442 мм,
Прогиб валка от действия поперечных сил f2 = P / A×D²×G , где
G = 0.82× 105 МПа=22,08/3,05×1,182×0,82×105 = 0,000079 м = 0,079мм
суммарный прогиб валка составит: f = 0,079+0,0442 = 0,123 мм. Упругой деформацией рабочих валков с полосой можно пренебречь. Суммарный прогиб валковой системы будет равен сумме прогибов двух валков ∑f = 2f = 2*0,123 = 0,246. Тогда жесткость валковой системы определится
Св = Р /∑f = 22,08×106 / 0,246 = 89756 КН /мм = 8,97 МН/мм.
3.2 Тип, конструкция и основные параметры подшипников прокатных валков
Подшипники опор валков прокатных станов передают усилия, возникающие при деформации металла, от валков на станину и другие узлы рабочей клети и удерживают валки в заданном положении . Особенностью работы этих подшипников является высокая удельная нагрузка (в несколько раз превышающая нагрузку подшипников общего назначения), которая обусловлена сравнительно малыми габаритами шейки валка и большими усилиями прокатки. К выбору материала подшипников прокатных валков и их конструкции предъявляют особые требования. В настоящее время для прокатных валков практически применяют подшипники трех типов: подшипники скольжения с неметаллическими вкладышами; подшипники жидкостного трения (ПЖТ); подшипники качения . Подшипники качения широко применяют для валков четырех валковых клетей станов горячей прокатки. Для валков этих станов применяют роликовые подшипники с коническими роликами (двухрядные, четырехрядные), так как они хорошо самоустанавливаются и способны воспринимать большие осевые нагрузки. Подшипники качения для рабочих валков выбирают из условия их долговечности (например 10 тыс. часов непрерывной работы) принимая при этом, что на подшипник действует осевое усилие от валка, которое не превышает 2% от радиального усилия на валки Р при прокатке полосы (Q ≤ 0,02Р). Подшипник выбираем по диаметру бочки валка, исходя из конструктивных размеров валка. Расчет подшипника скольжения. Усилие прокатки Р=22.08 кН, диаметр шейки валка 920 мм, длина шейки 515 мм. При прокатки наибольшее давление испытывают верхний и нижний вкладыши, поэтому их выбираем с углом обхвата. Для заданного диаметра шейки выбираем вкладыши с номинальными значениями, длиной. Ширину вкладыша определяем по формуле:
Определяем удельное давление на вкладыш:
Таким образом, работоспособность подшипника обеспечена. Подшипники фирмы SKF (Англия) обладают большим моторресурсом и стойкостью. Смазка подшипников осуществляется от автоматической централизованной системы густой смазки. Преимущество густых смазок в том, что они не требуют сложных уплотнений и сами являются уплотнениями, защищая трущиеся поверхности от попадания пыли. Используют специальную густую смазку ИП - 1, периодически подаваемую автоматическими централизованными станциями. С целью повышения нагрузочной способности и улучшения отвода тепла в подшипники качения необходимо подавать жидкую смазку (марки П - 28). Весьма рациональной является смазка масляным туманом: подача распыленного воздухом масла в этом случае осуществляется специальными насадками, смонтированными в корпусе подшипника. В качестве подшипников опорных валков, в четырехвалковых клетях применяют подшипники жидкостного трения ПЖТ, которые имеют ряд преимуществ: Надежность в условиях тяжести работы прокатных станов. Меньше габариты, чем у подшипников качения и способность выдерживать большие нагрузки. Простота смены подшипников. Большая долговечность. Диаметры шеек опорных валков определяют типоразмерами подшипника, который как правило выбирают максимального размера для данного диаметра бочки опорного валка с учетом необходимой величины переточки валка.
3.3 Механизмы для установки и уравновешивания валков
Чтобы процесс прокатки протекал нормально валки должны занимать в рабочей клети определенное положение. Для этого в каждой рабочей клети предусмотрены механизмы и устройства для вертикальной установки валков (нажимные механизмы), осевой установка валков и уравновешивания верхнего валка . Механизм нажимной электромеханического типа предназначен для установки валков на заданный межвалковый раствор в паузах между прокаткой. Установленная мощность привода, прочностные и кинематические особенности конструкции нажимного механизма позволяют также выполнять коррекцию толщины металла при прокатке. Однако в связи с оснащением всех чистовых клетей гидронажимными устройствами (ГНУ) фирмы «Дейви Макки), последние подключены в систему автоматического регулирования толщины (САРТ) и участвуют в корректировке обжатия в процессе прокатки с целью получения заданной толщины полосы, требуемой продольной и поперечной разнотолщинности, а электромеханический нажимной механизм используется в этом случае для грубой настройки раствора валков. При аварийных отказах ГНУ регулировка толщины полосы в процессе прокатки будет осуществляться нажимными механизмами. Механизм уравновешивания верхнего опорного валка гидравлического типа предназначен для выбора зазоров между подшипниковыми опорами подушек верхних опорных валков и нажимными винтами между нажимными винтами и гайками, а также для перемещения верхнего опорного валка с подушками при установке раствора между валками при установки в положение перевалки. Уравновешивание верхнего опорного валка осуществляется гидравлическим цилиндром установленным в расточке верхней траверсы узла станин. Плунжер гидроцилиндра соединен осью с верхним коромыслом, которое в свою очередь посредством тяг связано с двумя боковыми коромыслами, плечи которых заходят в окно станин и соединяются с «Г» - образными приливами верхних подушек. Выбор типа и конструкции. Конструктивно механизм уравновешивания представлен на прилагаемом чертеже (рис. 6). Масса уравновешиваемых деталей 92000 кг. Масса подвижных деталей механизма 14000 кг. Рабочее время в гидроцилиндре 10 МПа. Коэффициент переуравновешивания 1,42. диаметр плунжера гидроцилиндра 450 мм. Скорость перемещения нажимного винта 1,03 мм/сек. Тип резьбы винта Уп S 600 х 24 мм.
Рисунок 6 - Механизм уравновешивания верхнего опорного валка
Наибольшее перемещение нажимных винтов вверх при новых валках 150 мм. Электродвигатель привода нажимного механизма П2 - 450 - 135 - ТУ4, мощность 400 КВт, частотой вращения 500 об/ мин. Общее передаточное число от электродвигателя к нажимному винту 195,3. Диаметр нажимной гайки и ее высота определяется исходя из рекомендаций: Д = (1,5…..1,8)d0 Н = (0,95….1,10)D, где d0 - наружный диаметр винта, мм. Диаметр и высота гайки при d 0 = 600 составляет D = 1,66×600 = 1000мм.
Н = 0,95×1000 =950мм.
Расчет нажимного механизма. Момент необходимый для того, чтобы привести во вращение нажимной винт:
µ - коэффициент трения в пяте = 0,1- диаметр пяты = 510ммcp - средний диаметр нажимного винта = 575 мм= 600×24 - наружный диаметр α - угол подъема резьбы винта α = arctq 12/600 = 1º09´ при шаге 24 мм φ - угол трения = 5º40´ Мв=22,08/2* = 11040*(0.017+0.2875*0.11925) = 566,18 кНм.
Приведенный диаметр хвостовика составляет 615 мм, тогда момент сопротивления
W = πd³/16 = (3.14×0.615³)/ 16 = 0.0457 м³.
τ = Мв /W = 566,18×10³ / 0.0457 = 12,38×106 Па.
[τ] = 0,5[σ] = 0,5×120 = 60, следовательно хвостовик выдержит прикладываемый к нему крутящий момент.
Нормальные напряжения, действующие на выступающую из гайки часть нажимного винта
σ = Q/Fв, где= P/2 + (n - 1)*T - усилие действующее на нажимной винт= 1,36
Т = 86,4= 22,08*106 / 2 + (1.36 - 1)* 86,4*104 = 11,04×106 + 0,36 × 86,4×104= 11,35×106 Н.в = πdв²/4 = 3,14*0,51² / 4 = 0,204 м²
σ = 11,35*106 / 0,204 = 55,65*106 Па.
Момент трения в пяте:
МП = Q*µп * dп /3 =11,35*106 *0,1*0,51/3 = 189,17 * 10³ Нм= πd³ /16 = 3,14*0.51³ /16 = 0,026 м³.
Касательные напряжения, действующие на выступающую из гайки часть нажимного винта
τ = 189,17*10³ / 0,026 = 7,28*106 Па.
Тогда эквивалентные напряжения составят:
σ экв = 57,52 < [σ] = 140 МПа, следовательно часть винта, выступающая из гайки, выдержит прилагаемые к ней нагрузки.
3.4 Станина
Выбор типа и размера станины. Станины являются базовым узлом клети и состоят из двух литых станин закрытого типа, связанных между собой посредством одной верхней и двух нижних траверз. Станины опираются через плитовины на фундамент. На нижних поперечинах станин и на двух траверзах, связывающих поперечины, установлены стальные закаленные планки, расположенные в одной плоскости, которые служат в качестве опор и направляющих под салазки. Проемы (окна) станин облицованы направляющими стальными закаленными планками. Для обеспечения свободного захода подушек при перевалке ширина проема станин со стороны перевалки, как и ширина устанавливаемых в них опорных и нижних рабочих подушек, на 10 мм больше чем со стороны привода. В расточках верхних поперечин станин установлены гайки нажимного механизма. На стойках станин со стороны перевалки установлены четыре гидроприводные защелки для фиксации подушек рабочих валков. На верхней части станин смонтированы опорные кронштейны под балки привода нажимного механизма. В проемах станины между направляющими планками установлены четыре упора, ограничивающих ход вверх направляющих балок нижних рабочих валков. На стойках выполнены также опорные места для установки балок межклетьевого промежутка. Расчет прочности станины. Условие прочности σ ≤ [σ], где σ - расчетное значение напряжения, в опасном сечении основного контура станины.
[σ] = σв /к - допускаемое значение напряжения, определяемое материалом станины.
σ - временное сопротивление разрыву.
к - коэффициент запаса статической прочности. Материал станины стальное литье - 30 Л - I, Сc - коэффициент жесткости станины. [σ] = 50 - 60 МПа.
Сc = Y/δ МН/мм где,- усилие, действующие на станину.
δ - перемещение вызванное упругой деформацией станины.
Для листовых станов горячей прокатки: Сc = 10-15 МН/мм. Максимальное вертикальное усилие, действующее на станину со стороны шейки валка и передающееся на нее через нажимной винт Y = Р /2 . Горизонтальные усилия не учитывают, ввиду их незначительности.
δ = Y /Сc мм.
Суммарное перемещение станины по вертикали в направлении действия сил Y не должна превышать 0,6-1,0 мм для станов горячей прокатки при Y = 5-15 МН.
Сс = tg α = ∆Y/∆S ,
так как tg α = const, то следует, что жесткость станины не зависит от значения усилия Y и определяется только конструктивно.
Усилие прокатки Р = 22,08 МН (рассчитано в п. 3.1.2). Площадь сечения верхней поперечины: Н1*В1-(d2*h2+h1*d1) = 1,45*1,8-(0,6*0,5 + 0,95*1,0) = 2,61 - 1,25 = 1,36 м².
Статистический момент площади сечения относительно оси Х: х = В1*Н12/2 - d2*h2*(h1+(h2/2)) - (d1*h12)/2 = 1,8× 1,452/2 - 0,6*0,5*(0,95+(0,5/2))-(1,0*0,95²)/2 = 1,892- 0,36 - 0,45 = 1,082 м³.
Координаты центра тяжести площади сечения по оси У:
Ус = Sк / F1 = 1,082 м³ / 1,36 м² = 0,79 м.
Рисунок 7 - Основные размеры станины четырехвалковой клети стана 2000
Положение нейтральной оси:
у1 = ус = 0,79 м; у2 =Н1 - ус = 1,45 - 0,79 = 0,66 м
Момент инерции площади сечения верхней поперечины относительно центральной оси, проходящей через центр тяжести сечения: Хс = J1 = (В1*Н13)/12 - [(d2*h2³)/12 + d2*h2*(h1+h2/2 - ус)²] - [(d1*h1³)/12+d1*h1*(ус -h1/2)²]= =1,8*1,45³/12--= 0,4573 - - = 0,4573 - 0,056 - 0,164 = 0,237 м4.
Площадь поперечного сечения стойки: В2 * Н2 = 0,8×0,8 = 0,64 м².
Момент инерции площади поперечного сечения стойки: В2 * Н2³/12 = 0,8 * 0,8³/12 = 4,4096 /12 = 0,034 м4 .
Площадь поперечного сечения нижней поперечины: Н3 * В3 = 1,44* 0,8 = 1,15 м².
Момент инерции площади поперечного сечения нижней поперечины: В3 * Н3³/12 = 0,8×1,44³/12 = 0,199 м4.
Размеры основного контура станины будут следующими: B + Н2 = 1800 +800 = 2600 мм= h +уc + (Н3/2) = 7360 + 790 +1440/2 = 8870 мм. (смотри рис 7)
Усилие действующее на станину:
У = Р / 2 = 22,08 /2 = 11,04 МН Е = 2*105 МПа= 0,75 * 105 МПа
Проверочный расчет станины. ) проверяем прочности станины в сечение I-I верхней поперечины. Моменты сопротивления поперечного сечения изгибу: JХс/у1 = 0,237/ 0,79 = 0,3 м³
W2 = JХс /у2 = 0,237 /0,66 =0,359м³.
Изгибающий момент в середине верхней поперечины определяется по формуле:
Наибольшее напряжение сжатия по внутреннему контуру станины:
σ1 =Мп /W1 = 7*106/0,3 = 23,3*106 Па
σ1 ≈ 23 МПа < [σ] = 60 мПа, таким образом условие прочности выполняется.
) Проверяется прочность стойки в сечении II-II: В2 * Н2 ²/6= 0,8*0,8² / 6 = 0,0853 м³.
Изгибающий момент в стойке:
Наибольшее напряжение в стойке по внутреннему контуру определяется по формуле:
σ1 = Y/2F2 + Мст /W ≤ [σ] σ1 = 11,04*106/2*0,64 + 0,157*106 /0,0853 = 8,63*106+1,84*106 = 10,46*106 Па σ1 = 10,46 МПа < [σ] = 60 МПа - условие прочности стойки выполняется.
) проверяется прочность нижней поперечины в сечении III-III Момент сопротивления поперечного сечения изгибу: В3*Н3² /6 = 0,8 * 1,44² /6 = 0,27 м³.
Напряжение растяжения (сжатия) определяется по формуле:
σ = Мп/W = 7 * 106/0,27 = 25,93 * 106 Па
σ = 26 МПа < [σ] = 60 МПа - условие прочности нижней поперечины выполняется.
Проверочный расчет жесткости станины. Так как J1/J3 ≠ 1 , то перемещение станин в направление усилия Y определяется:
δ 1 = 1 / 2Е [ Мст × (l2 l1 / J2 + (l12 (J1 + J3)/12J1J3) * 2(Мст - Мп))]
δ1 = 1/(2*2*105)* = 25*10-5* = 25*10-5*(117,19*106-37,63*106) = 0,2мм.
Перемещение станины от действия поперечных сил вследствие деформации двух поперечин:
Перемещение станины от действия продольных сил действия вследствие деформации двух стоек:
Полное перемещение станины:
δ = δ1 + δ2 + δ3 = 0,2 +0,18+ 0,38 = 0,76 мм.
Жесткость станины С = У / δ = 11,04*106 /0,76 = 14,53 МН/мм.
Такая жесткость для листовых станов горячей прокатки считается удовлетворительной
3.5 Расчет коэффициента жесткости рабочей клети
Под жесткостью понимают величину усилия прокатки приходящуюся на единицу деформации клети. Жесткость рабочей клети определяется по формуле:
/Скл = 1 /Св +1 /Сст +1 / Спв +1/Спод + 1/Сну + 1 /Сдр эл где:
Скл - жесткость клети, Св - жесткость валковой системы, Спв - жесткость подшипников валков, Спод - жесткость подушек, Сну - жесткость нажимного устройства, С др эл - жесткость других элементов клети. Так как наибольшее влияние на жесткость клети оказывают жесткость валковой системы и жесткость станин, то жесткость клети можно представить:
3.6 Крепление клети к фундаменту
При бетонирование фундамента для клети №6 заложена анкерная арматура - литые анкерные плиты 100×500, в которые ввинчиваются фундаментные болты. Фундаментные болты состоят из шпильки, гайки, шайбы. Шпильки закладываются и вкручиваются в анкерную плиту после изготовления фундамента.
Диаметр болтов, связывающих станину с плитовиной, делается:
d » 0,1D + 5 ÷ 10 мм;» 0,1×1460 + 5 » 151 мм.
Высота плитовины делается приблизительно:
3.7 Тип и конструкции валковой арматуры
Проводковая арматура предназначена для удерживания полосы по оси прокатки при ее задаче в валки и непосредственно в процесс прокатки. С передней и задней стороны клетей устанавливают проводки для центрирования полосы относительно оси прокатки, а также предотвращения оковывания валков. Для облегчения входа полосы в валки с передней стороны клетей помещают направляющие линейки. Управление линейками и настройка проводок должны быть максимально облегчены и механизированы, что обеспечит минимальную потерю времени при перестройке стана и смене валков.
Рисунок 8 - Общий вид проводок между клетями черновой группы
На рисунке 8 показан общий вид линеек и проводок между клетями. Литые линейки 1 размещены перед клетью на направляющих брусьях 2. По этим брусьям линейки винтами, перемещаются перпендикулярно оси прокатки. С задней стороны клети установлены стопы 4, к которым укрепляют нижние проводки 5. Верхние проводки 6 подвешивают на контргрузах к проводковому брусу 7. При перевалке рабочих валков направляющие линейки и задний стол должны быть отведены от клетей. Для перемещения заднего стола предыдущей клети и направляющих линеек последующей клети установлен электродвигатель, поворачивающий через редуктор вал 8, на котором сидит рычаг 9, связанный с тягами 10. При повороте вала 8 направляющие линейки и стол перемещаются по брусьям 11, отходят от клети. Верхние проводки для более удобной эксплуатации лучше укреплять к рычагам, а не подвешивать на цепях, как на некоторых станах. Конструкция верхних проводок и их соприкосновение с рабочим валком должны обеспечивать отвод охлаждающей воды без попадания на поверхность прокатываемых полос. Полоса, выходящая из предыдущей клети направляется в валки последующей клети, при этом электромагнитные регуляторы автоматически включают электродвигатель, поворачивающий вал и рычаг с холостым роликом 12 на конце, последний будет стремиться занять верхнее положение, благодаря чему за весь период прокатки полоса будет находиться под некоторым (небольшим) натяжением. С целью недопущения образования большой петли полосы на одном конце вала установлен сельсин-регулятор, который при увеличении угла поворота рычага с роликом 12 дает импульс (команду) на уменьшение (увеличение) частоты вращения главного электродвигателя привода валков предыдущей (последующей) клети.
4. Тип и конструкция передаточных механизмов главной линии рабочей клети
Передаточным механизмом в клети № 6 является привод безредукторный через главный шпиндель, шестеренную клеть и шпиндели. При безредукторном приводе электродвигатель соединяется непосредственно с шестеренной клетью главным шпинделем. Шестеренные клети служат для передачи крутящего момента от двигателя к шпинделям и рабочим валкам. Каждая шестеренная клеть состоит из литой станины открытого типа, установленной на фундаменте крышки станины, подушек средних, размещенных в боковых проемах станины и торцевых составляющих (из трех частей) крышек, закрывающих боковые проемы станин снаружи. Главный шпиндель представляет собой типовые зубчатые муфты с промежуточным валом. При этом зубчатые втулки, насаженные в зацепление с зубчатыми втулками двигателя и шестеренной клети через соответствующие зубчатые обоймы. Промежуточный вал установлен на подшипниках качения в расточках разъемных корпусов двух подшипниковых опор, которые закреплены к фундаменту в средней части промежуточного вала и на близлежащих опор предусмотрены посадочные места для установки соответственно храповика и полуколец устройства для доворота шпинделей. Все муфты закрыты кожухами. В станине на вкладышах с баббитовой заливкой установлены шестеренные валки с шевронными зубьями, при этом нижний шестеренный валок смонтирован с осевым зазором 1…..1,5мм, а верхний самоустанавливается по нижнему. Шестеренные валки с полостями для муфт, шпинделей - кованные из стали 40ХНМА. В станине и крышке станины имеются люки для контроля состояния зубчатых зацеплений и установки термосигнализаторов контроля температуры вкладышей. В крышке имеются отверстия для установки коллектора подводки смазки к зацеплению. Отвод масла осуществляется через отверстие внизу корпуса клети. Передача крутящего момента от шестеренной клети непосредственно к рабочим валкам клети осуществляется универсальным шпиндельным устройством. Шпиндельное устройство 6 клети как и система осевой сдвижки поставляются фирмой «Дейви Макки».
5. Выбор типа и определение мощности главного двигателя
Крутящий момент, создаваемый двигателем при вращении валков, определяют по формуле:
Мдв = Мпр / i+ Мтр + Мхх + Мдин где:
Мтр - момент добавочных сил трения, приведенный в виду двигателя: Мхх - момент холостого хода: Мдин - динамический момент на виду двигателя:- передаточное число между двигателем и валками (iш.к.= 1; безредукторный привод). При прокатке металла на четырех валковом стане давление металла на рабочий валок передается на неприводные опорные валки, поэтому потери на трение возникают только в подшипниках опорных валков. Мтр = Рdn * f / i + (1 / ηпер - 1) * ((Мпр + Рdn *f) / i); где
ηпер = ηшпинд * ηш.к. * ηмуфт - общий КПД передаточных механизмов
η = 0,97* 0,9³ * 0,97 = 0,88
момент трения составит:
Мтр = (22,08*106 *1,18 * 0,006/1 + (1/0,88 - 1) * ((1.98*106 + 22.08*106 * 1,18*0,006)/1 = 180174,67 Нм = 180,17 КНм
Момент холостого хода определяем по формуле:
Мхх = ∑((Gn*fn*dn)/2in), где:
Gn - вес детали, fn, dn - коэффициент трения и диаметр цапф вращающейся детали, in - передаточное отношение от двигателя до данной детали. Принимаем момент холостого хода равным 5% от приведенного к валу двигателя моменту прокатки:
Мхх = 0,05* Мпр /i = 0,05* (1,98*106)/1 = 0,099*106 МН.
Крутящий момент двигателя:
Мдв = 1,98*106/1 + 180174 + 99000 = 2259174 Нм.
Угловая скорость вращения вала определяется по формуле:
ωдв = 2π*п / 60, где:
п - скорость вращения двигателя п = 50 об/мин
ωдв = 2*3,14 * 50 / 60 = 4,4 с-1 .
Тогда необходимая мощность для вращения валков: дв = Мдв * ωдв. N дв = 2259174 * 4,4 = 9,94*106 Вт.
Принимаем к установке двигатель мощностью 12МВт типа 2МП14200 - 50 УЗ.
6. Тип и конструкция устройств для перевалки валков
Механизм смены валков предназначен для одновременной замены рабочих валков на всех или нескольких клетях чистовой группы, а также для вывалки и завалки опорных валков. Механизм смены валков установлен со стороны обслуживания чистовых клетей ниже уровня пола. Механизм смены валков состоит из семи (по числу клетей) самостоятельных механизмов смены рабочих и опорных валков, объединенных между собой поездом тележек, предназначенным для боковой сдвижки рабочих валков вдоль фронта клетей. Каждый из механизмов смены установки напротив окна соответствующей клети и состоит из узла рам, рамы тележки, верхней рамы двух тележек Продольного и одной тележки поперечного перемещения, балок гидравлических приводов, плитных настилов. Узел рам состоит из собственно сварной рамы с направляющими для перемещения салазок клети, установленной на фундаменте и опирается на зуб станины. На раме закреплены балки с «С» - образным направляющими, а на балках в свою очередь установлены рельсы. Крайние от клети балки вторым концом одновременно опираются на закрепленную к фундаменту раму механизма подъема верхней поперечной рамы. На рамах установленных на фундаменте, смонтированы механизмы подъема крюка (защелки) и силовой гидроцилиндр вывалки - завалки рабочих и опорных валков. Механизм подъема крюка состоит из шарнирно установленных на раме (со стороны клети) и приводимых от гидроцилиндра, рычагов, несущих линейку. В «С» - образных направляющих балках на катках установлена рама тележки, которая имеет крюк для сцепления с зубом салазок клети. На одной оси с крюком жестко закреплен рычаг с роликом, при этом ролик наезжая на поднятую линейку имеет возможность проворачивать рычаг и поднимать крюк. Рама тележки посредством вставной оси шарнирно связана с силовым гидроцилиндром и имеет вертикальную колонну с направляющими. На раме тележки установлена верхняя рама, направляющие которой охватывают направления колонны рамы тележки. Верхняя рама имеет консольную часть, на конце которой размещены откидной крюк для сцепления с зубом на нижней рабочей подушке или с зубом вставки. С противоположной от консольной стороны на верхней раме установлен контргруз. Через боковые катки верхняя рама в исходном положении опирается на ползуны механизма подъема верхней рамы, которые в свою очередь установлены в соответствующих направляющих рамы механизма подъема и через рычаги приводится от одного гидравлического цилиндра. Консольная часть верхней рамы в нижнем исходном положении через ролики опирается на платформу (тележку) поперечного перемещения, которая посредством катков установлена на рельсовых направляющих балок. Платформа снабжена направляющими рельсового типа на которых через катки установлена по оси клети одна из тележек продольного перемещения. Вторая тележка установлена на направляющих балок, расположенных на фундаменте в промежутках между перевалочными проемами клетей. Платформа в нижней передней части имеет кронштейны, которые соединяются своими захватами с зубом салазок клети. Каждая из тележек снабжена направляющими для перемещения катков подушек нижнего рабочего валка или катков вставки. Между собой тележки связаны в поезд через захваты таким образом, что гарантированный зазор между захватами тележек, расположенных в промежутках клетей и тележкой, установленной по оси клети, обеспечивает беспрепятственный отвод последней (вместе с платформой) от клети при перевалке опорных валков. При этом один из захватов каждой сопрягаемой пары жестко установлен на тележке, а другой имеет возможность установки относительно первого с последующим креплением болтами. Кроме того, механизмы смены крайних клетей №7 и №13 (14) снабжены гидроцилиндрами для перемещения поезда тележек и съемными настилами, закрывающими гидроцилиндры. При этом крайние тележки имеют концевые ролики, которые установлены с зазором под настилами, а гидроцилиндры, опирающиеся через отдельные рамы на фундамент, шарнирно связаны с тележками посредством проушин с камнем. Тележки, установленные на балках в межперевалочных промежутках оснащен кронштейнами с боковыми фиксаторами в виде подпружиненного шарика, центрируемого в пазе специального копира балки, что исключает смещение этих тележек при отведенной платформе. Проемы между клетью и платформой каждого механизма смены перекрыты съемной настильной плитой, которая с одной стороны опирается на зуб станины, а с другой на кронштейны платформы и центрируется соответственно между приварными упорами станины и уступами облицовочных плит фундамента. На настильной плите расположены направляющие, которые с зазором стыкуются с одной стороны с направляющими балок клети, а с другой стороны - с направляющими тележки; при этом направляющие балок, настильной плиты и тележки лежат в одной плоскости. В свою очередь на том уровне к направляющим каждой тележки установленной по оси клети, прилегают направляющие верхней рамы (в исходном положении), а к ним - рельсовые направляющие, по которым рабочие валки посредством специальных самоходных тележек, транспортируются в вальцешлифовальную мастерскую. При смене опорных валков используется специальная вставка с катками, которая устанавливается краном на направляющие тележки, расположенной по оси клети. Заталкивание вставки в клеть и извлечение ее из клети осуществляется при перемещении от гидроцилиндра верхней рамы. Для этого на вставке имеется зуб, который сцепляется с крюком верхней рамы. Крайние положения рамы тележки механизма подъема верхней рамы, механизма подъема крюка гидравлического привода перемещения поезда тележек (как и крайние положения защелок для осевой фиксации подушек валков клети) контролируется конечными выключателями. Смена рабочих валков. Перед перевалкой валков поезд тележек должен находится в исходном положении. При этом положения тележки располагаются по осям клетей, а тележки, с предварительно установленным комплектом новых валков - сбоку от клети. Стан останавливают на перевалку после выхода полосы из последней клети. Остановка клетей производится электрическим торможением двигателя по сигналу от датчика углового положения межклетьевая арматура отводится за пределы окон станин клетей; отсоединяются защелки рабочих валков, нажимные винты вместе с верхним опорным валком поднимаются в верхнее положение; отсоединяются трубопровода гидравлики к рабочим валкам. Балки нижних опорных валков, которые служат направляющими для перемещения рабочих валков и устанавливается на уровне перевалки. Далее верхняя рама каждого механизма смены поднимается в верхнее положение и от силового гидроцилиндра перемещается вместе с рамой тележки к рабочей клети. После сцепления крюков верхней рамы с зубьями нижней подушки обратным ходом гидроцилиндра комплект изношенных рабочих валков извлекается из клети и устанавливается на тележки. Отсоединяются крюки от подушки каждого из комплектов рабочих валков и гидроцилиндрами производится передвижение поезда тележек продольного перемещения для смещения изношенных комплектов рабочих валков в сторону с одновременной установкой новых комплектов по оси клетей. Посредством крюков верхние рамы соединяются с новыми комплектами рабочих валков и от гидроцилиндров (при перемещение рам тележек к клетям) производится их завалка в клети. После окончания завалки верхняя рама отводится (вместе с рамой тележки) в крайнее положение и опускается на исходный уровень, межвалковая арматура устанавливается в рабочее положение, производится подготовка клетей к работе и их настройка. Кроме синхронной смены рабочих валков одновременно на всех клетях возможна смена валков одновременно на всех клетях возможна смена валков на отдельной клети. После перевалки комплекты изношенных рабочих валков устанавливаются по соям клетей, сцепляются с самоходными тележками и транспортируются в вальцешлифовальную мастерскую. Смена опорных валков. Перевалка опорных валков чистовых клетей производится после извлечения из клети комплекта рабочих валков. Отсоединяются шланги подвода смазки и гидравлики к опорным подушкам, отводятся защелки фиксаций подушек и убираются настильные плиты. Посредством верхней рамы в клеть вводят вставку. Одновременно крюк рамы тележки при опущенной линейке механизма подъема крюка автоматически сцепляется с зубом салазок клети. Далее на проставку опускают верхний опорный валок и гидроцилиндром комплект опорных валков вместе с платформой и рамой тележки выдвигают за пределы клети. Краном поочередно убирают верхний опорный валок, вставку нижний опорный валок и затем в обратной последовательности устанавливают новый комплект валков и заводят его в клеть. Перед отводом гидроцилиндра в исходное положение, включается механизм подъема крюка и поднимает линейку. После включения гидроцилиндра ролик рычага рамы тележки, наезжая на линейку удерживает крюк в поднятом положении и исключает его сцепление с зубом салазок. Заключение
Клеть № 6 предназначена для обжатия подката по толщине и получение полосы h1 = 28 мм из подката h0 = 42 мм с последующей прокаткой в клетях 7 - 13. Представленный расчет показывает, что все технические характеристики позволяют это сделать. Литература
1. Королев А. А. « Конструкции и расчет машин и механизмов прокатных станов» - М. Металлургия. 1985. Королев А.А. «Прокатные станы и образование прокатных цехов» - Уч. пособие для вузов - М. Металлургия. 1981. Целиков А.И., Томленков А.Д., Зюзин В.И. «Теория прокатки». Справочник - М. Металлургия. 1982. Целиков А.И., Полухин П. И., Гребеник В.М. « Машины и агрегаты металлургических заводов», том 3 - М. Металлургия 1988г. Целиков А.И. Смирнов В.В. «Прокатные станы» - М. Металлургиздат. 1958г. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов: Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1987 Механическое оборудование широполосных станов горячей прокатки В.Г. Макогон и др. Металлургия 1969г.
Изобретение относится к прокатному производству, в частности к оборудованию для горячей прокатки тонколистовой стали. Задача изобретения - повышение качества полосовой стали и снижение трудозатрат на производство. Стан содержит ряд последовательно расположенных черновых и чистовых клетей с горизонтальными цилиндрическими роликами в заданных межклетевых промежутках. В соответствии с изобретением между первой и второй чистовыми клетями установлен центрирующий ролик с вогнутой бочкой, имеющей круговую образующую с максимальной стрелой прогиба h, равной 0,0005...0,0008 длины бочки L, а между предпоследней и последней чистовыми клетями установлен центрирующий ролик с выпуклой бочкой, имеющей круговую образующую с h=(0,0003...0,0005)L. Ролики установлены на равном расстоянии между клетями. Изобретение обеспечивает двойной перегиб поперечного сечения полосы при транспортировке, что способствует ее центрированию.
Предлагаемое изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении тонколистовой горячекатаной стали.
Такую полосовую сталь обычно прокатывают на непрерывных широкополосных станах (аналогичных станам 2000 и 2500 горячей прокатки ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат"), содержащих последовательно установленные черновые и чистовые рабочие клети. С целью предотвращения растяжения полосы между клетями чистовой группы прокатку в них ведут с образованием небольшой петли, для поддержания которой устанавливают петледержатель с цилиндрическим горизонтальным роликом (см., например, книгу С.П.Ефименко и В.П.Следнева «Вальцовщик листопрокатных станов». - М.: Металлургия, 1980, с.78-79 и рис.676), расположенный в определенных межклетевых промежутках стана.
Известен широкополосный стан горячей прокатки, у которого между черновой группой клетей и формирующим роликом, облегчающим образование петли, расположены протяжные ролики, что улучшает температурный режим прокатки (см. а.с. СССР N1692694 кл. В 21 В 1/22, опубл. в БИ N43, 1991 г.) Недостатком этого стана является отсутствие надежного центрирования полосы по оси прокатки, что может привести к пробуксовкам валков с появлением дефектов на поверхности металла.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является широкополосный стан 2000 горячей прокатки ОАО "ММК", описываемый в технологической инструкции ТИ-101-П-ГЛ10-374-99 "Горячая прокатка полос на стане 2000 горячей прокатки", п.4.10, стр.154.
Недостатком этого стана также является ненадежное центрирование прокатываемой полосы в чистовых клетях, что может привести к ухудшению геометрии полос, появлению дефектов на металле и уменьшению производительности стана из-за необходимости снижения скорости прокатки.
Технической задачей изобретения является повышение качества и потребительских свойств тонколистовой горячекатаной стали, а также снижение трудозатрат на производство.
Для решения указанной задачи у широкополосного стана горячей прокатки, содержащего ряд последовательно расположенных черновых и чистовых клетей с горизонтальными цилиндрическими роликами в заданных межклетевых промежутках, между первой и второй чистовыми клетями установлен центрирующий ролик с вогнутой бочкой, имеющей круговую образующую с максимальной стрелой прогиба h, равной 0,0005...0,0008 длины бочки L, а между предпоследней и последней чистовыми клетями установлен центрирующий ролик с выпуклой бочкой, имеющей круговую образующую с h=(0,0003-0,0005)L, при этом ролики установлены на равном расстоянии между клетями.
Сущность заявляемого технического решения заключается в оснащении стана роликами, форма бочки которых позволяет достаточно надежно центрировать прокатываемую в чистовых клетях полосу. Это обеспечивает повышение качества полосовой стали за счет профилактики появления дефектов листового проката, таких как серповидность, волнистость кромок, порезы, геометрия полосы, вызываемых поперечным смещением полосы в валках, а также уменьшение дополнительной обрези.
Действительно, приложение вертикальных усилий к кромкам полосы (в начале чистовой группы клетей), создаваемых соответствующей формой бочки горизонтальных роликов, значительно улучшает центрирование прокатываемого металла по продольной оси стана, предотвращая его поперечное смещение, которое приводит к внеплановым остановкам стана с дополнительными трудозатратами.
При работе стана движущая полоса в начале чистовой группы клетей соприкасается с вогнутым роликом, вследствие чего боковые кромки полосы изгибаются вверх, а в конце чистовой группы выпуклый ролик изгибает эти кромки вниз. В результате этого полученный двойной перегиб поперечного сечения способствует центрированию полосы. При этом необходимо, чтобы поверхность средней части бочек обоих роликов совпала с уровнем прокатки в чистовых клетях, что достигается соответствующей установкой этих роликов по вертикали.
Опытную проверку предлагаемого устройства осуществляли на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО "ММК".
С этой целью при прокатке полос различного сортамента варьировали местоположение центрирующих роликов в чистовых клетях и форму образующей их бочек.
Наилучшие результаты (выход годного проката первого сорта в пределах 99,81% при максимальной производительности стана) получены при использовании найденного технического решения.
Уменьшение величины h (вплоть до прямолинейности образующей бочки роликов) уменьшало выход годного до 99,9% из-за возрастания вышеуказанных дефектов. Кроме того, смещение прокатываемых полос с продольной оси прокатки вынуждало снижать скорость и даже останавливать стан, что снижало производительность. Увеличение стрелы прогиба до (0,0009...0,0012)L и выпуклости до (0,0006...0,0009)L приводило в первом случае к появлению волнистости по кромкам полос, а во втором случае - к коробоватости (волнистости средней по ширине части полосы), что ухудшало качественные показатели проката.
Установка центрирующих роликов не в середине межклетевых промежутков ускоряет износ их бочек из-за возрастания вертикальной составляющей натяжения прокатываемой полосы.
Было также определено, что перестановка местоположения центрирующих роликов (с вогнутой бочкой в конце чистовой группы клетей) вызывает излишнее охлаждение середины ширины выходящей полосы, подаваемой на нее водой, что приводит к нежелательной неравномерности механических свойств металла. К аналогичному результату приводит и установка двух центрирующих роликов с вогнутой бочкой (полоса имеет желобообразное сечение). Применение же обоих роликов с выпуклой бочкой ведет к поперечному смещению прокатываемой полосы.
Контрольная прокатка на существующем стане 2000 дала выход годного проката первого сорта в пределах 99,8% с уменьшением производительности почти на 5,0%.
Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость заявляемого технического решения для достижения поставленной цели и его преимущества перед известным объектом.
По данным Центральной лаборатории контроля ОАО "ММК" использование предлагаемого широкополосного стана горячей прокатки позволит повысить прибыль от реализации готового проката не менее чем на 1,0%, а трудозатраты на производство уменьшить ориентировочно на 5,0%.
Пример конкретного выполнения
На широкополосном стане 2000 горячей прокатки в чистовой его группе между 1-й и 2-й клетями в середине межклетевого промежутка установлен центрирующий ролик с L=2000 мм, имеющий вогнутую форму с h=0,00065L=0,00065×2000=1,3 мм, а между предпоследней и последней клетями (также в середине межклетевого промежутка) установлен центрирующий ролик с выпуклой бочкой, имеющей h=0,0004L=0,0004×2000=0,8 мм.
Максимальный диаметр первого из указанных роликов 360 мм, второго 360 мм.
Широкополосный стан горячей прокатки, содержащий ряд последовательно расположенных черновых и чистовых клетей с горизонтальными цилиндрическими роликами в заданных межклетевых промежутках, отличающийся тем, что между первой и второй чистовыми клетями установлен центрирующий ролик с вогнутой бочкой, имеющей круговую образующую с максимальной стрелой прогиба h, равной 0,0005...0,0008 длины бочки L, а между предпоследней и последней чистовыми клетями установлен центрирующий ролик с выпуклой бочкой, имеющей круговую образующую с h=(0,0003...0,0005)L, при этом ролики установлены на равном расстоянии между клетями.
В обжимных станах слитки нагревают в специальных колодцевых печах и затем клещевыми кранами подают на кольцевую слиткоподачу. Далее слитки попадают на приемный рольганг, оборудованный весовым устройством, и задаются в универсальную рабочую клеть слябинга 1250.
При необходимости получения слябов правильной прямоугольной формы в универсальной клети слябинга установлены вертикальные валки. У блюмингов, как правило, вертикальные валки отсутствуют. Для управления положением слитка при прокатке используют манипулятор и кантователь. После прокатки поверхность сляба зачищают машиной огневой зачистки и режут его на мерные длины на ножницах горячей резки с усилием 28 МН. Для уборки отходов имеется конвейер обрези. Там же установлены контрольные весы, клеймитель и устройство для транспортировки слябов на склад или для передачи их к непрерывному широкополосному стану 2000 горячей прокатки.
Агрегаты заготовочных станов
Заготовочные станы поставляют заготовки на сортовые, проволочные и трубопрокатные станы.
Непрерывные заготовочные станы с одной группой клетей (например, стан 700) катают блюмы сечением от 140 х 140 до 200 х 200 мм или крупные заготовки размером от 125 х 125 до 140 х 140 мм. Непрерывные заготовочные станы с двумя группами клетей (например, стан 700/500) выдают из первой группы блюмы сечением от 140 х 140 до 200 х 200 мм и заготовки размером от 120 х 120 до 140 х 140 мм. Из второй группы клетей получают готовую заготовку размером от 60 х 60 до 100 х 100 мм. На трубозаготовочных последовательных станах получают круглую заготовку диаметром 75-300 мм для прошивных станов.
Рассмотрим компановку агрегатов непрерывного заготовочного стана 900/700/500, состоящего из 14 двухвалковых клетей, установленных в трех группах. Первая группа состоит из двух клетей с диаметром валков 900 мм, вторая черновая группа включает шесть клетей - 900/1300 в первой и второй клетях и 730/1300 в остальных. Чистовая третья непрерывная группа состоит из шести клетей с диаметром валков 530/900 мм. Предусмотрено чередование горизонтальных и вертикальных валков, начиная с 5-ой клети.
После резки на мерные длины горячие блюмы по рольгангу поступают в первую группу, установленную отдельно от второй группы. Расстояние между первой и второй группами позволяет установить кантователь на рольганге для свободной кантовки блюмов.
Вторая группа позволяет получать из 4-ой, 6-ой и 8-ой клетей заготовки с соответствующими размерами 200 х 200, 170 х 170 и 150 х 150 мм.
Готовые заготовки отводятся поперечными транспортерами на боковой рольганг, где они ножницами с усилием 10 МН режутся на мерные длины и отправляются на холодильник. Заготовки 150 х 150 мм по рольгангу перемещаются к чистовой группе.
Здесь также можно на выходе из 10-ой, 12-ой и 14-ой клетей получать заготовки сечением соответственно 120 х 120, 100 х 100 и 80 х 80 мм. Для установления постоянной температуры у раската перед девятой клетью заготовки с помощью упоров некоторое время выдерживаются. В системе подачи установлены кантователи. Для обрезки неровных концов используют ножницы, после чего заготовки направляют на холодильник.
Агрегаты листовых станов
Основным параметром листового или полосового стана является длина бочки валков последней клети.
Находят применение станы:
- Широкополосные с длиной бочки валков от 1400 до 2500мм с двумя группами клетей - с последовательной черновой и непрерывной чистовой.
- Одно-двухклетевые реверсивные толстолистовые станы с длиной бочки от 2000 до 5000 мм и более, иногда с установкой вертикальных валков перед горизонтальными. Кроме листов на этих станах можно выкатывать слябы.
- Полунепрерывные широкополосные станы с длиной бочки в чистовой группе от 1200 до 3000 мм. Для горячей прокатки электротехнической стали применяют реверсивные четырехвалковые станы.
Оборудование непрерывного четырехвалкового стана 2800 включают нагрев литых слябов в нагревательных печах с предварительной зачисткой поверхности на фрезерных станках и последующей мойкой. Поступающая по рольгангу заготовка задается в стан 2800, состоящий из двух черновых клетей - первая четырехвалковая клеть 900/1400 х 2800 (рисунок 1), вторая - 750/1400 х 2800 и пяти чистовых клетей 650/1500 х 2800мм (рисунок 2).
Черновая клеть (рисунок 1) состоит из главного двигателя 1, зубчатой муфты 2, шестеренной клети 3, универсального шпинделя 4 и клети 5 с рабочими валками диаметром 900 мм, опорными 1400 мм и длиной бочки 2800 мм. Кроме того, клеть снабжена механизмом смены валков 6.
Рисунок 2 — Непрерывная чистовая группа клетей 650/1500 х 2800 полунепрерывного стана 2800
На рисунке 2 показана чистовая группа клетей 4 с рабочими 3 валками 650 мм, опорными 2 - 1500 мм и длиной бочки 2800 мм; расстояния между осями клетей 6000 мм. Для уменьшения разнотолщинности все чистовые клети снабжены гидромеханическими устройствами протовоизгиба. Рабочие валки установлены на подшипниках качения, опорные - в подшипниках жидкостного трения. Применяется гидравлическое уравновешивание валков и шпинделей 1.
За последней чистовой клетью расположены дисковые ножницы с кромкокрушителем для обрезки боковых кромок и две барабанные моталки с натяжением до 6 кН для смотки ленты в рулоны. Далее рулоны специальной тележкой кантуются, взвешиваются и после обвязки передаются на конвейер к термическим печам.
Агрегаты широкополосных станов
Широкополосный стан 2000 предназначен для прокатки полос толщиной до 16 мм и шириной що 1850 мм в рулонах с массой 36 т из слябов толщиной от 150 мм.
В состав стана входят нагревательные печи, черновая группа клетей, промежуточный рольганг, чистовая группа клетей, отводящий рольганг, моталки и вспомогательное оборудование. Нагретые слябы после осмотра и зачистки поступают на приемный рольганг черновой группы стана. Черновая группа представляет двухвалковые вертикальные клети с диаметром валков 1200 мм и длиной бочки 650 мм и предназначена для обжатия боковых граней слябов с разрушением окалины. За ней следует двухвалковая горизонтальная клеть с валками 1400 х 2000 мм и затем четыре универсальные четырехвалковые клети с горизонтальными валками 1180/1600 х 2000 мм. За каждый проход обжатие составляет до 60 мм. В черновую группу входят также агрегаты для гидравлического сбива окалины, рольганги, линейки, сбрасыватели раскатов в случае понижения их температуры.
Перед чистовой группой клетей расположены летучие ножницы для обрезки концов подката и двухвалковый окалиноломатель. Между чистовыми клетьми располагаются петледержатели, гидросбивы окалины, линейки, проводки, моталки. После прокатки полоса поступает на рольганг, где ее снизу и сверху специальными душирующими установками охлаждают, после чего сматывают в рулоны для передачи в цех холодной прокатки или в отделение горячекатаных рулонов.
Агрегаты толстолистовых станов
Стан 3600 предназначен для горячей прокатки листов толщиной до 50 мм, шириной до 3200 мм и длиной от 6 до 28 м из слябов и плит толщиной до 200 мм, шириной до 3200 мм и длиной до 12 м.
После нагрева слябов в методических печах или слитков в колодцах заготовки по рольгангу подаются к стану.
Стан состоит из вертикальной двухвалковой клети 900 х 1400 и двух реверсивных четырехвалковых клетей: черновой 1130/1800 х 3600-3400 и чистовой 1030/1800 х 3600-3400.
В вертикальной клети сляб калибруют по ширине и сбивают окалину. После чего подкат кантуют на 90° и направляют в черновую клеть. При реверсивной прокатке в черновой четырехвалковой клети получают раскат (при этом используют вертикальные клети) толщиной от 20 до 75 мм, который по рольгангам подается к чистовой четырехвалковой клети. Здесь полоса раскатывается до толщины 5-50 мм за несколько реверсивных проходов. Особенностью клетей является индивидуальный электродвигатель для каждого валка.
В черновой и чистовой группах стана усилие прокатки составляет 46 МН. Для обрезки переднего и заднего концов готового проката на отходящем рольганге установлены ножницы усилием 19 МН. Эти же ножницы используют для порезки проката на мерные длины. После ножниц прокат направляют по одному из следующих маршрутов:
- листы с большой коробоватостью подвергают горячей правке на роликовой машине и затем направляют на отделку;
- листы толщиной до 50 мм охлаждают и правят в полугорячем режиме на правильной машине и затем окончательно охлаждают;
- листы толщиной до 20 мм по шлепперу подают в печи для нормализации, затем их правят, охлаждают и передают на окончательную отделку;
- листы поступают на роликовую закалочную машину и далее идут на отделку.
После обработки листы подлежат дефектоскопии, зачистке и термообработке. Затем идет тщательный контроль и клеймение, укладка листов в пакеты на столе штабелирующего устройства и передача пакетов на участок резки и охлаждения.
Агрегаты сортовых станов горячей прокатки
Сортамент сортовых станов горячей прокатки включает профили:
- круг до 350 мм, угловую сталь с шириной полки до 250 мм, швеллеры высотой до 450 мм, широкополосные балки высотой до 1100 мм, рельсы;
- проволока;
- лист, полоса.
Основным параметром сортового стана является диаметр бочки валков рабочей клети (для многоклетевых станов у последней клети)
Агрегаты рельсобалочных станов
На рельсобалочном стане 950/800 линейного типа производят железнодорожные рельсы массой до 75 кг/м, двутавровые балки крупного сечения высотой до 600 мм, швеллеры высотой до 400мм, уголковую сталь с шириной полки до 250 мм и круглую заготовку диаметром до 350 мм и длиной до 8м. В качестве исходной заготовки применяют блюмы сечением до 350 х 350мм и длиной до 6 м.
От блюминга 1150 блюмы шлеппером подаются к нагревательным печам и после контроля и зачистки поступают на первую линию стана, которая состоит из реверсивной двухвалковой клети 950 х 2350. Здесь, как правило, за пять пропусков получают грубо профилированную полосу длиной до 12м. Затем рольгангами полосу передают к первой рабочей трехвалковой клети 800 х 1900 черновой линии. На этой линии полосе придается более точный профиль и она за четыре пропуска раскатывается на длину до 30 м. Во вторую трехвалковую клеть этой же линии полосу задают с помощью рольгангов и цепного шлеппера. Здесь полосе с помощью калибровок придается за 3-4 пропуска надлежащий профиль и она раскатывается до 100м.
Полуфабрикат передается в чистовую двухвалковую клеть 850 х 1200 рольгангами и цепными шлепперами, где за один пропуск полуфабрикату придается окончательный профиль.
При прокатке рельсов полосу из чистовой клети 850 х 1200 рольгангами передают к пилам горячей резки для разрезки на мерные заготовки длиной 25 м. Затем полуфабрикат проходит контроль, маркируется и направляется для правки в правильную машину. После правки рельсы рольгангами и шлепперами перемещают на холодильник для охлаждения.
Охлажденные рельсы направляют в печи изотермической выдержки и нормализации.
Затем их правят в роликоправильных машинах по нижнему основанию; окончательная правка в другой плоскости осуществляется на вертикальных правильных прессах. После этого рельсы попадают на автоматические линии, где фрезеруют их торцы, сверлят монтажные отверстия и проводят закалку поверхности головок. После автоматических линий рельсы поступают на контрольный стол, где проводится всесторонняя проверка их качества и исправление дефектов. Готовая продукция поступает на склад.
При прокатке двухтавровых и тавровых балок , швеллеров и угловой стали прокатанный полуфабрикат из чистовой клети 850 х 1300 рольгангом задают на участок резки, где его режут на мерные длины по 25 м. Затем полуфабрикат маркируют и направляют на холодильник, который имеет кантователь для поворота полуфабриката с тем, чтобы охлаждение проводилось более равномерно. Охлажденный полуфабрикат рольгангами передается на правильный участок, где его правят в однойплоскости роликоправильными машинами и после кантования в другой плоскости - правильным прессом. Выправленный прокат направляется на участок разбраковки с последующей передачей на склад готовой продукции.
Бракованные участки подлежат обрезке с помощью пилы холодной резки. Для повышения точности проката вместо чистовой клети используют универсальную клеть с вертикальными и горизонтальными валками.
Агрегаты для прокатки круглых профилей включают нагревательное оборудование, рольганги, шлеппера и две группы клетей: черновую, состоящую из одной двухвалковой клети 950 х 2350 и двух трехвалковых клетей 800 х 1900, и чистовую - двухвалковая клеть 850 х 1200. После маркирования и контроля круглый прокат рольгангами подают к пилам для резки на мерные длины, затем на холодильник и на склад готовой продукции.
Агрегаты крупно-, средне- и мелкосортных станов
Крупносортный стан 600 предназначен для производства двухтавровых балок высотой до 200 мм, угловой стали с шириной полок до 160 мм, круглой стали диаметром до 120 мм, квадратного профиля сечением до 100 х 100 мм, полос шириной до 200 и высотой до 50 мм и рельс массой до 24 кг/м. Заготовкой служит блюм сечением 300 х 300 мм и длиной 6 м.
Стан состоит из 17 рабочих клетей, установленных по трем параллельным линиям. Линии связаны пятью шлепперами, что позволяет миновать некоторые клети. Для кантовок используют кантователи с углом поворота 45 и 90°. Последняя клеть может быть выполнена универсального исполнения. Из этих клетей пять (2-6) и три (8-10) объединены в две группы, остальные расположены последовательно и в шахматном порядке:
Заготовки из нагревательных печей согласно технологическому циклу после сбива окалины поступают в соответствующие клети стана. Как и для предыдущих агрегатов широко используются ножницы, пилы, толкатели, манипуляторы, правильные машины и правильные прессы. Для обработки концевых элементов профилей применяют механическое оборудование, клеймители и закалочные устройства.
Непрерывный среднесортный стан 450, состоящий из 16 клетей, предназначен для производства следующих профилей: круг диаметром до 60 мм, квадрат со стороной до 55 мм, полоса шириной до 200 мм и толщиной до 22 мм, а также уголок с шириной полок до 125 мм, двутавр и швеллер высотой до 300 мм. В качестве заготовки используют раскат сечением до 200 х 250 мм и длиной до 12 м. После заготовочного стана 850/700/500 заготовки поступают в две нагревательные печи с шагающими балками. После нагрева заготовки поступают по рольгангу к ножницам для обрезки переднего и заднего концов и к гидросбиву окалины. Далее металл передается к непрерывной черновой группе рабочих клетей стана, состоящей их девяти двухвалковых клетей 630 х 1300, из них №1, №3, №4, №6, №7 и №9 - горизонтального исполнения и №2, №5 и №8 - комбинированного исполнения могут иметь как вертикальные, так и горизонтальные валки. Клети разбиты на три группы по три клети в каждой с двумя горизонтальными и одной комбинированной клетью между ними. По промежуточному рольгангу раскат направляется в чистовую группу, содержащую семь клетей: три (№10, №13 и №15) - комбинированного типа 530 х х 630 и четыре (№11, №12, №14 и №16) - универсального типа с горизонтальными валками 530 х 630 и с вертикальными холостыми валками 900 х 600.
Практика показывает, что хороший вариант при прокатке балок, швеллеров и штрипсов создают применение комбинированных клетей с горизонтальными валками и окончанием прокатки в универсальной клети. Уголок прокатывают совместным воздействием на раскат комбинированных и универсальных клетей.
Перед чистовой группой устанавливают летучие ножницы для обрезки концов раската и гидравлические ножницы для его резки на мерные длины. После чистовой прокатки готовый профиль направляют на холодильник, клеймение, резку и склад готовой продукции.
Мелкосортный стан 250 предназначен для производства сортовых профилейв бунтах массой до 2,1т. Исходной заготовкой служит квадрат сечением 150 х 150мм и длиной до 12м. Выпускаемая продукция включает: круглую сталь диаметром до 42 мм, квадратную сечением до 36 х 36мм и шестигранную. В составе стана 20 клетей с чередующимися горизонтальными и вертикальными валками; клети объединены в три непрерывные группы. Нагрев заготовок осуществляется в печи с шагающим подом. Прокатанный и охлажденный металл сматывается на трех моталках. В отделении отделки установлены правильные машины, дефектоскопы и машины абразивной зачистки.
Агрегаты проволочных станов
Непрерывный стан 250 предназначен для горячей прокатки алюминиевой катанки диаметром 7-11 мм. Исходной заготовкой служит литая заготовка сечением 300 х 300 мм и длиной до 3 м. Стан состоит из 20 рабочих клетей, разбитых на три группы: черновая группа имеет шесть клетей 400 х 700 и две клети 350 х 700 (рисунок 3), две промежуточные группы - две рабочие клети 300 х 700 и две чистовые группы - четыре последовательно расположенные вертикальные клети 250 х 400 (рисунок 4).
Рисунок 3 — Главная рабочая линия клетей 350×700 стана 250
Прокатку в черновой и двух промежуточных группах осуществляют в две нитки, в чистовой - в одну нитку.
В трех проходных печах заготовки нагревают до заданной температуры и затем поочередно задают в правый и левый калибры черновой группы клетей, где их прокатывают до квадрата сечением 22 х 22 мм. Конструктивно черновые клети оформляются как все станы горячей прокатки. От электродвигателя 6 вращение передается через редуктор 5, зубчатую муфту 4, шестеренную клеть 3, универсальные шпиндели 2 на валки 1 клети 9. Для поддержания шпинделей установлены специальные поддерживающие устройства 7. Клеть, шпиндели и шестеренная клеть смонтированы на жесткой плитавине 8. Примерно такая конструкция у всех горизонтальных клетей черновой группы. За последней черновой группой установлены летучие ножницы для обрезки на ходу переднего конца проката перед задачей его в чистовые группы. Между промежуточными группами клетей и между последней промежуточной и чистовой группой предусмотрены специальные петлеобразователи, служащие для поддержания непрерывной работы агрегата при не согласовании скоростей соседних клетей.
Рисунок 4 — Чистовая клеть с вертикальными валками стана 250
На рисунки 4 представлена чистовая клеть с вертикальными валками стана 250. Она состоит из вертикальных валков 2,
установленных в подушках 1.
В калибрах 3
валков формируется катанка. На выходе из последней чистовой клети катанка сматывается в бунты на одной из двух моталок. Затем сформированный бунт толкателем сталкивается на транспортер и перемещается для связки к пакетировщику, а затем на склад готовой продукции.
РАЗДЕЛ 4. ПРОИЗВОДСТВО ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ПОЛОС И ЛИСТОВ
НА ШИРОКОПОЛОСНЫХ СТАНАХ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
К широкополосным станам горячей прокатки (ШСГП) относят многоклетевые станы с размещением клетей в черновой и чистовой группах. В черновой группе применяют как нереверсивные, так и реверсивные клети, расположенные прерывно или непрерывно, а в чистовой группе клети всегда расположены непрерывно. Всю продукцию на ШСГП сматывают на моталках.
Сортамент
На ШСГП прокатывают листовую и полосовую продукцию толщиной от 0,8 до 27 мм и шириной до 2350 мм. Основной же сортамент станов этого типа – полосы толщиной 1,2-16 мм из рядовых и качественных углеродистых, низколегированных, нержавеющих и электротехнических марок стали.
Потребители
Общее машиностроение, судостроение, сельхозмашиностроение, производство сварных труб, подкат для ЦХП.
Типы ШСГП
Непрерывные.
Полунепрерывные.
Комбинированные.
3/4-непрерывные.
Расположение основного технологического оборудования этих станов показано на рис.29.
Классический непрерывный ШСГП характерен прерывным расположением клетей черновой группы. Причем расстояние между клетями увеличивается от первой к последней клети, чтобы обеспечить условие нахождения раската только в одной клети. Это обусловлено тем, что в качестве привода в клетях черновой группы применены асинхронные двигатели переменного тока без возможности регулирования скорости прокатки. Перед черновыми клетями с горизонтальными валками установлены вертикальные валки с приводом от двигателей постоянного тока и с возможностью согласования скорости прокатки в них со скоростью прокатки в клети с горизонтальными валками. Цель применения клетей с вертикальными валками – снятие уширения, образующегося в горизонтальных валках и проработка металла кромок для предупреждения их разрыва.
| |
|||
| Рис.29. Расположение основного технологического оборудования ШСГП разных типов: 1 – нагревательные печи; 2 – вертикальный окалиноломатель; 3 – черновой окалиноломатель дуо; 4 – черновая группа универсальных нереверсивных клетей кварто; 5 – промежуточный рольганг; 6 – летучие ножницы; 7 – чистовой окалиноломатель дуо; 8 – чистовая непрерывная группа клетей кварто; 9 – отводящий рольганг; 10 – душирующая установка; 11 – первая группа моталок; 12 – вторая группа моталок; 13 – реверсивная универсальная клеть дуо или кварто; 14 – клеть с вертикальными валками; 15 – черновая клеть дуо или кварто реверсивная; 16 – черновая клеть кварто реверсивная; 17 – стеллаж передачи толстых листов на участок отделки и разделки; 18 – непрерывная черновая подгруппа нереверсивных универсальных клетей кварто |
Промежуточный рольганг должен обеспечивать полное размещение подката, выходящего из черновой группы клетей, то есть, «развязать» черновую и чистовую группы клетей, поскольку скорость выхода подката из последней клети черновой группы составляет 2-5 м/с, а входа в первую клеть чистовой группы – 0,8-1,2 м/с.
Далее следуют летучие ножницы, в которых обрезают передние и задние концы подката (при необходимости) и делают аварийный рез при «забуривании» полосы в чистовой группе клетей или на отводящем рольганге и моталках.
Чистовая группа клетей всегда непрерывная с расстоянием между клетями 5,8-6 м. Число клетей 6-7.
Отводящий рольганг снабжен душирующей установкой.
Для смотки полос обычно предусматривают две группы моталок.
Расстояние между основными агрегатами показано на рис.29.
Полунепрерывные станы применяли и применяют при меньших объемах производства. В качестве черновой предусмотрена одна черновая реверсивная клеть. На современных станах она универсальная.
Остальное оборудование аналогично непрерывному ШСГП, но в чистовой группе применяют 6 клетей, а группа моталок обычно одна.
Комбинированные станы характеризуются тем, что в качестве черновой группы применяют двухклетевой ТЛС, потом имеется шлеппер для передачи толстых листов на участок отделки, тоже аналогичный ТЛС.
После промежуточного рольганга установлена шестиклетевая непрерывная группа клетей.
Характерно то, что бочка валков черновых клетей больше, чем чистовых.
Отводящий рольганг и моталки расположены как на полунепрерывном ШСГП.
Основное достоинство комбинированных станов – широкий сортамент продукции (обычно по толщине 2-50 мм, по ширине 1000-2500 мм).
Основной недостаток станов этого типа – недостаточная загрузка оборудования, как при прокатке толстых, так и тонких листов.
В связи с этим, комбинированные станы перестали строить уже более 30 лет назад, но построенные в основном работают.
В России имеется два таких стана.
3/4-непрерывные станы характеризуются наличием вертикального окалиноломателя, реверсивной универсальной клетью и двух- или трехклетевой непрерывной подгруппой. Всё остальное оборудование – как на непрерывном ШСГП.
Окалину по технологической линии ШСГП взламывают в горизонтальных и вертикальных окалиноломателях, а также сбивают в гидросбивах высокого давления (первичную), вторичную – перед чистовой группой клетей в горизонтальных окалиноломателях или в гидросбивах (см. раздел 7).
Поколения ШСГП
Общепринято деление ШСГП на поколения. В табл.14 представлена их характеристика.
Первый ШСГП начал работать в США. Характерными особенностями ШСГП первого и второго поколений было применение
–клети дуо в качестве окалиноломателя, расположенной сразу за нагревательными печами;
–гидросбивов окалины перед прокаткой в черновых клетях;
–прерывного расположения клетей черновой группы (раскат одновременно в двух клетях не прокатывался);
–универсальных клетей кварто в черновой группе;
–промежуточного рольганга с длиной большей, чем длина выходящего из последней клети черновой группы раската;
–летучих ножниц для обрезки концов раскатов и выполнения аварийного реза;
–чистового окалиноломателя дуо;
–непрерывного расположения клетей кварто в чистовой группе;
–достаточно длинного рольганга после чистовой группы клетей;
–моталок для смотки полосы в рулон.
Первый этап развития был самым длительным. Классическим ШСГП первого поколения является действующий до сих пор стан 1680 ОАО «Запорожсталь», введенный в эксплуатацию в 1936 г. На нем была предусмотрена прокатка полос толщиной 2-6 мм и шириной до 1500 мм. Особенностью стана 1680 было наличие в черновой группе уширительной клети и пресса. Уширительную клеть использовали при прокатке полос, когда их ширина была больше ширины сляба, а пресс – для выравнивания «заваленных» кромок раската и обеспечения ему одинаковой ширины по длине. Обжатие в прессе составляло 50-150 мм.
Таблица 1
Характеристики ШСГП
| Поколе- ние | Годы сооруже- ния | Размеры сляба | Масса слябов, т | Толщина прокаты- ваемых полос, мм | Длина бочки горизонталь- ных валков, мм | Максималь- ная скорость прокатки, м/с | Число клетей в группе | Произво- дитель- ность, млн.т/год | ||
| толщина, мм | длина, м | черновой | чистовой | |||||||
| до конца 50-х | 105-180 | £ 6,5 | 6-12 | 2-12,7 | 1500-2500* | 4-5 | 5-6 | 1-2,5 | ||
| 50-60-е | 140-300 | £ 12 | 28-45 | 1,2-16 | 2030-2135 | 5-6 | 6-7 | 2-3 | ||
| 70-е | 120-355 | £ 15 | 24-45 | 0,8-27 | 2135-2400 | 30,8** | 6-7 | 7-9 | до 6 | |
| 80-е | 140-305 | £ 13,8 | 24-41 | 1,2-25,4 | 1700-2050 | 3-4 | 5-7 | 4-6 | ||
| 90-е | 130-260 | 12,5 | 25-48 | 0,8-25 | 5,4 | |||||
| * Стан 2500 ММК (Россия). ** При 9 клетях в чистовой группе. |
После реконструкции в 1956-1958 г.г. на стане 1680 прокатку с уширением слябов использовать перестали. А пресс перестали эксплуатировать еще раньше из-за малой скорости операции обжатия и ряда конструктивных недостатков. Последним ШСГП в мире, где использовали уширительную клеть, был ШСГП 2500 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (также ШСГП первого поколения), начавший работать в 1960 г. Эта необходимость была вызвана прокаткой полос шириной 2350 мм. Стан 2500 характерен еще и тем, что он имеет самую большую в мире (для ШСГП) длину бочки валков. В настоящее время на стане 2500 используют непрерывнолитые слябы шириной до 2350 мм и необходимость в уширительной клети отпала.
Поскольку гидросбивы окалины в тот период времени имели малое давление воды, то печную окалину предварительно надо было взломать. Для этой цели и был предназначен черновой окалиноломатель дуо. В нем производили очень небольшие обжатия (2-5 мм). По мере увеличения давления воды в гидросбиве окалины эту клеть начали использовать и в качестве черновой клети с обжатиями вплоть до 20-30%.
Растущий спрос на листовую продукцию привел к созданию ШСГП второго поколения. Расширен сортамент полос как по толщине, так и по ширине (увеличена длина бочки валков), существенно увеличилась масса слябов (до 45 т) и скорость прокатки – до 21 м/с.
Увеличение массы слябов обусловило удлинение прокатываемых полос и, в связи с этим, ухудшило температурные условия их прокатки, главным образом, из-за падения температуры полосы при входе ее в первую клеть чистовой группы при относительно небольшой скорости прокатки. А поскольку ограничением скорости прокатки являлась (и сейчас является) скорость захвата переднего конца полосы моталкой (не более 10-12 м/с), то на ШСГП второго поколения впервые было применено ускорение чистовой группы клетей. Его начинали сразу после захвата полосы моталкой. Можно считать, что это основное качественное отличие ШСГП второго поколения от первого.
Годовая производительность ШСГП второго поколения приблизилась к 4 млн.т. Увеличено число клетей как в черновой, так и в чистовой группах.
Характерным для ШСГП этого поколения является дальнейшее увеличение числа клетей, а следовательно, и технологической линии станов, а также расширение сортамента прокатываемых полос по размерам, в том числе и ширине, что потребовало увеличения длины бочки валков вплоть до 2400 мм (см. табл.14). При сокращении максимальной массы слябов их толщина увеличилась до 300-350 мм.
Еще одной особенностью ШСГП третьего поколения стало стремление к расширению сортамента прокатываемых полос по толщине как в сторону максимальных, так и в сторону минимальных значений. Именно на некоторых из этих станов была начата прокатка полос толщиной 1-0,8 мм, о которой коротко было сказано в подразделе 1 этой главы.
Из-за увеличения толщины слябов до 355 мм, а также реализации возможности прокатки полос толщиной 0,8-1 мм, на ряде ШСГП третьего поколения предусматривалась установка 8 и 9 клетей в чистовой группе, доведение скорости прокатки до 30,8 м/с и относительной массы рулонов до 36 т/м ширины полос.
Оказалось, что основной причиной этой идеи явилось то, что в тот период времени мощностей станов холодной прокатки в Японии не хватало. Когда такие станы появились и в Японии прокатка полос толщиной менее 1,2 мм на ШСГП была прекращена, ни на одном ШСГП в мире 8-й и 9-й клети в чистовой группе не установили и скорость прокатки до 30 м/с достигнута не была.
ШСГП третьего поколения в СССР стали станы 2000 ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (НЛМК) и ОАО «Северсталь», сданные в эксплуатацию соответственно в 1969 и 1974 г.г. На станах предусмотрена прокатка полос толщиной 1,2-16, шириной до 1850 мм из слябов массой до 36 т и максимальными скоростями прокатки до 20-21 м/с.
Разница между ними состоит в том, что расположение черновых клетей на стане 2000 НЛМК традиционное – прерывное (рис.30), а на стане 2000 ОАО «Северсталь» последние три клети объединены в непрерывную черновую подгруппу (три клети впервые в мире). Еще одним отличием этих станов является то, что длина отводящего рольганга на стане 2000 НЛМК составляет 206700 мм, а на стане 2000 ОАО «Северсталь» - 97500 мм. Приближение моталок на стане 2000 ОАО «Северсталь» к последней клети чистовой группы позволило уменьшить время прокатки передней части полос на малой скорости. Снижение же температуры смотки толстых полос достигается увеличением расстояния между первой и второй группами моталок. Оба стана имеют производительность 6 млн.т в год.
 |
| Рис.30. Схема расположения основного оборудования непрерывного ШСГП 2000 ОАО НЛМК: 1 – печной рольганг; 2 – тележка для передачи слябов; 3 – толкатели слябов; 4 – нагревательные методические печи; 5 – приемный рольганг; 6 – приемник нагретых слябов; 7 – вертикальный окалиноломатель (ВОК); 8 – двухвалковая клеть; 9 – универсальные четырехвалковые клети; 10 – промежуточный рольганг; 11 – летучие ножницы; 12 – конвейер для головной и донной обрези; 13 – чистовой двухвалковый окалиноломатель; 14 – чистовые четырехвалковые клети; 15 – отводящий рольганг; 16 – моталки для смотки тонких полос; 17 – конвейеры; 18 – подъемно-поворотный стол; 19 – моталки для смотки толстых полос; 20 – склад рулонов и отделение листоотделки |
Опыт эксплуатации ШСГП третьего поколения показал, что расширение сортамента прокатываемых полос и увеличение массы слябов вызывают увеличение массы оборудования, а следовательно, стоимость стана и цеха, удлинение технологической линии стана (до 750 м), расширение сортамента полос по толщине вплоть до 0,8 мм, создают сложности в поддержании требуемых температурных условий прокатки, обусловливают неэффективное использование оборудования стана (при прокатке полос толщиной более 12-16 и шириной менее 1500 мм оно используется примерно на 30% своей мощности). Кроме этого, полосы толщиной 0,8-1 мм по точности прокатки, механическим свойствам, качеству поверхности и товарному виду значительно уступали холоднокатаным полосам той же толщины.
В связи с указанными недостатками, а также высокой стоимостью (свыше 500 млн. евро) ШСГП третьего поколения, появились ШСГП четвертого поколения.
Их главной отличительной особенностью стала установка в черновой группе клетей универсальной реверсивной клети, что увеличило обжимную способность и сократило протяженность черновой группы клетей.
Кроме реверсивной клети, в черновой группе имеется еще четыре универсальных клети, две из которых (последние) объединены в непрерывную черновую подгруппу. На ряде станов четвертого поколения применены промежуточные перемоточные устройства, речь о которых пойдет далее. Представителями ШСГП четвертого поколения является стан 2050 фирмы «Baostill», схема расположения оборудования которого показана на рис.31.
Стан 2050 начал работать в 1989 г. Он предназначен для прокатки полос толщиной 1,2-25,4 и шириной 600-1900 мм. Максимальная масса рулона 44,5 т, скорость прокатки до 25 м/с, годовое производство 4 млн.т.
Характерной особенностью стана является наличие в черновой группе клетей двух реверсивных универсальных клетей (первая – дуо, вторая – кварто) и объединение остальных двух клетей в непрерывную подгруппу. В чистовой группе семь клетей кварто. На стане 2050 предусмотрена одна группа моталок. В черновой группе клетей имеется возможность редуцирования и регулирования ширины раскатов. Редуцирование производят в первой черновой универсальной клети, имеющей мощную клеть с вертикальными валками (за три прохода оно составляет 150 мм), а регулирование ширины во всех остальных клетях черновой группы производят за счет обжатия раската в вертикальных валках.
|
|||
| Рис.31. Схема расположения основного оборудования 3/4-непрерывного ШСГП 2050 «Baostill»: 1 – печной рольганг; 2 – толкатели слябов; 3 – нагревательные методические печи с шагающими балками; 4 – устройство выдачи слябов; 5 – приемный рольганг; 6 – двухвалковая универсальная реверсивная клеть; 7 – четырехвалковая универсальная реверсивная клеть; 8 – четырехвалковые универсальные нереверсивные клети, объединенные в непрерывную черновую подгруппу; 9 – промежуточный рольганг; 10 – теплоизолирующий подъемный экран; 11 – кривошипные ножницы; 12 – роликовая направляющая проводка; 13 – чистовая непрерывная группа четырехвалковых клетей; 14 – отводя- щий рольганг; 15 – душирующая установка; 16 – моталки; 17 – адьюстаж |
Эти станы получили название 3/4-непрерывные ШСГП.
Следует отметить, что 3/4-непрерывные станы в настоящее время считаются самыми современными и эффективными.
Стремление использовать вместо холоднокатаного листа горячекатаный (более дешевый) обусловило создание ШСГП, в сортамент которых включены полосы толщиной 0,8-25 мм и шириной 600-1850 мм (рис.32). Это стало возможным за счет более совершенных систем автоматики, применения промежуточных перемоточных устройств, пресса для редуцирования слябов и снятия их конусности.
Эти станы получили название «станы бесконечной прокатки». Они отнесены нами к пятому поколению.
Фактически станы бесконечной прокатки являются 3/4-непрерывными, отличием же их является установка на промежуточном рольганге машины для сварки раскатов.
Сварочная машина состоит из ножниц, предназначенных для обрезки концов раскатов, системы центрирования раскатов, зажимов для удержания раскатов при нагреве и осаживании, индуктора, механизма сжатия свариваемых концов раскатов и гратоснимателя. Полный цикл прокатки, позиционирования, нагрева и сварки концов составляет 20-40 мин.
Длина участка сварки с расположенным на нем оборудованием составляет 12, высота и ширина по 6 м. Стоимость участка сварки с периферийной аппаратурой составляет примерно 114 млн долларов, а стоимость стана – более 1 млрд. долларов США. Столь громадная стоимость обусловлена наличием на стане практически всего возможного для ШСГП оборудования и комплекса систем автоматики, зачастую дублирующих друг друга. Допустимая сила прокатки в клетях черновой и чистовой групп находится в диапазоне 38-50 МН.
 |
Рис.32. Схема расположения основного оборудования ШСГП 2050 фирмы «Кавасаки Стил» (Япония):
1 – нагревательные печи; 2 – пресс для редуцирования слябов по ширине; 3 – реверсивная клеть дуо; 4 – черновые клети кварто; 5 – ППУ; 6 – ножницы; 7 – участок сварки полос; 8 – участок подогрева кромок, обрези концов и сбива окалины; 9 – чистовая группа клетей; 10 – душирующая установка; 11 – делительные ножницы; 12 – устройство поджатия полосы к рольгангу; 13 – моталки
В режиме бесконечной прокатки производят полосы с размерами, показанными на рис.33. На стане достигнута высокая точность прокатки полос по толщине и ширине, высокая плоскостность. Сварка полос (до 15 штук) в «бесконечную» ленту позволяет поддерживать высокую и постоянную скорость прокатки, что обусловливает много положительных моментов.
Практика эксплуатации таких станов показала, что на них можно прокатывать полосы минимальной толщины 0,8 мм с высокой точностью, практически исключить переходные режимы входа-выхода концов полос, сопровождающиеся снижением скорости прокатки с последующей прокаткой полос с ускорением, а также опасные с точки зрения возможных застреваний полос.
Однако некоторые вопросы при бесконечной прокатке пока не решены, и ей присущи следующие недостатки:
– невозможность прокатки в бесконечном режиме более 15 полос из-за повышения температуры валков и изменения их тепловой выпуклости;
– необходимость начинать прокатку с полос толщиной 2-2,5 мм, а потом делать динамическую перестройку стана во время прокатки последовательно на толщину 1,5 – 1,2 – 1 – 0,8 мм, что обусловливает получение полос разной толщины;
– высокая стоимость стана (более 1 млрд. долларов США, в том числе участка сварки – 114 млн. долларов США).
Все три находящихся в эксплуатации стана бесконечной прокатки действуют в Японии. По нашему мнению, это тупиковый путь развития ШСГП. Задачу получения полос толщиной менее 1,2 мм можно значительно проще решать в литейно-прокатных агрегатах (см. далее).
Схемы прокатки
Ранее было сказано, что на ШСГП первого поколения предусматривали предварительную разбивку ширины из-за отсутствия слябов достаточной ширины. В настоящее время возможности отливки слябов на МНЛЗ позволили полностью решить эту задачу. Поэтому на ШСГП применяют только продольную схему прокатки .
Прокатка металла в черновой и чистовой группах клетей
Число, тип и характер расположения клетей зависят от типа ШСГП. Основные изменения на ШСГП связаны с черновой группой. Общим является наличие окалиноломателя с горизонтальными или вертикальными валками (ВОК). Первоначально их использовали для взламывания окалины, потом начали использовать для регулирования ширины слябов.
При переходе ШСГП на непрерывнолитую заготовку возникли некоторые сложности в организации производства полос всего спектра ширин. На ШСГП обычно прокатывают полосы шириной с градацией в 20-40 мм. При получении катаных слябов со слябингов или блюмингов-слябингов можно было заказывать прокатку их с любой градацией по ширине.
На МНЛЗ отливают слябы шириной, соответствующей ширине установленного кристаллизатора. Когда на предприятии имеется много МНЛЗ, то каждую из них можно специализировать на отливку 3-4-х размеров слябов по ширине. Если же МНЛЗ имеется всего 2-3, то возникает необходимость частой замены кристаллизатора, а следовательно, возникают потери производительности, металла, ухудшается качество слябов в периоды нестационарной разливки.
Эту проблему решают разными путями. Во-первых, непосредственно в МНЛЗ применяют кристаллизаторы с изменяющимся положением торцевых стенок. Этот способ имеет ряд недостатков – усложнение конструкции кристаллизатора, нарушение режима разливки, а следовательно, потерю производства, ухудшение качества металла, отливка слябов переменной ширины.
Во-вторых, используют ВОК как для редуцирования слябов по ширине, так и для устранения клиновидности слябов.
Так, на стане 2050 фирмы «Baostill» (см. рис.31) в черновой группе установлены две реверсивных клети – одна дуо, вторая кварто. Причем клеть дуо является универсальной с мощными вертикальными валками (мощность электродвигателя 3000 кВт, диаметр валков 1100 мм). Вторая клеть (кварто) также универсальная, но уже менее мощная (мощность привода 2´600 кВт, диаметр валков 1000 мм). Две следующие универсальные клети кварто расположены непрерывно на расстоянии 12 м друг от друга, мощность привода вертикальных валков каждой из клетей 2´380 кВт, диаметр валков 880 мм.
Универсальная клеть дуо позволяет редуцировать сляб на 120 мм за один проход. Причем схема обжатия сляба, а затем раската, выглядит так: ВВ-ГВ-ГВ-ВВ-ВВ-ГВ. Таким образом, образовавшиеся наплывы на краях раската раскатываются в горизонтальных валках, а потом следует подряд два прохода в вертикальных валках этой же клети и вновь прокатка в горизонтальных валках.
В случае реверсивной прокатки во второй клети схема прокатки в ВВ и ГВ выглядит аналогично. Но возможности по обжатию раската по ширине уже значительно меньше. В третьей и четвертой универсальных клетях производится по одному проходу.
Основные недостатки при редуцировании слябов в вертикальных валках
Ограничение величины обжатия по условиям захвата, что обусловливает необходимость многопроходности процесса;
Возникновение прикромочных утолщений, которые при последующей прокатке в горизонтальных валках вновь (примерно на 60-70%) переходят в ширину раската;
Эффективность обжатия раската в вертикальных валках значительно увеличивается, если применять ящичные калибры. Но при этом возникает ряд осложнений:
Необходимость замены валков при изменении толщины исходных слябов;
Сложность нарезки калибров на валках большого диаметра;
Увеличение износа калиброванных валков по сравнению с гладкими валками;
Повышаются энергозатраты на прокатку.
В-третьих, применение прессов. Поскольку на современных ШСГП длина слябов достигает 15 м, то в прессе производят пошаговое обжатие сляба (рис.34). При обжатии бойками пресса сляб удерживают линейками, а после каждого разового обжатия он перемещается по линии технологического потока.
Современный пресс для редуцирования слябов установлен на ШСГП фирмы «Thyssen Stahl» в Беккерверте.
Техническая характеристика пресса
| Размеры сляба, мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 700-1200 |
| ширина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 700-1200 |
| толщина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | до 265 |
| длина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 3600-10000 |
| Температура сляба, °С. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | 1050-1280 |
| Общее уменьшение ширины сляба, мм. . . . . . . . . . . . . . . . . | до 300 |
| Сила редуцирования, МН. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | до 30 |
| Длина зоны обжатия за ход, мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | до 400 |
| Частота ходов, мин -1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | до 30 |
| Скорость движения сляба, мм/с. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | до 200 |
| Время замены бойков, мин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | до 10 |
Время цикла одного прохода составляет 2 с. Образование утолщения на слябе при его обработке в прессе никаких сложностей при дальнейшей прокатке в черновой реверсивной клети стана не вызывает. Эти утолщения значительно меньше, чем при редуцировании слябов в вертикальных валках.
Новым техническим решением в черновой группе стало и объединение двух или трех последних клетей в непрерывную подгруппу. Впервые в мире три клети были объединены в непрерывную подгруппу на стане 2000 ОАО «Северсталь» (проектант и изготовитель стана ЗАО НКМЗ).
Схема расположения клетей в этой подгруппе показана на рис.35.
Клеть 3 имеет привод валков от двух электродвигателей постоянного тока мощностью 2´6300 кВт (110/240 об/мин) через общий редуктор и шестеренную клеть. Четвертая клеть имеет аналогичный привод. Пятая клеть имеет безредукторный привод от двухякорного электродвигателя постоянного тока мощностью 2´6300 кВт (55/140 об/мин) через шестеренную клеть. Максимально допустимая сила прокатки в клетях с горизонтальными валками 33 МН, с вертикальными 2,6 МН.
Примененный привод позволяет регулировать скорость прокатки в комплексе.
Применение непрерывной подгруппы клетей позволило:
– уменьшить протяженность черновой группы стана на 50 м, а также длину цеха и рольгангов, а следовательно, и их стоимость;
– улучшить температурный режим прокатки за счет сокращения времени охлаждения раскатов и увеличения скорости прокатки до 5 м/с.
Черновая группа клетей должна обеспечить
1. Заданную толщину подката.
2. Заданную ширину подката с минимальной разноширинностью.
3. Требуемую температуру подката.
Чистовая группа клетей всегда непрерывная. Некоторые изменения претерпел головной её участок. Долгое время перед чистовой клетью применяли барабанные ножницы.
На новых ШСГП вместо барабанных ножниц стали применять кривошипные ножницы. По сравнению с барабанными ножницами на них можно разрезать подкаты большей толщины, они имеют более длительный срок службы ножей. Так, на стане 2050 фирмы «Baostill» можно разрезать подкат сечением 65´1900 мм из стали марки Х70. Максимальная сила реза достигает 11 МН, стойкость ножей в 10 раз выше, чем у барабанных ножниц. Установлена система оптимизации, обеспечивающая минимальные потери металла в обрезь.
На ШСГП 1-го поколения в качестве чистового окалиноломателя применяли двухвалковую клеть. Поскольку обжатие в чистовом окалиноломателе составляло 0,2-0,4 мм, то сама клеть и ее привод были маломощными, а между нажимными винтами и подушками верхних валков устанавливали пружинные стаканы. При этом давление на раскат создавалось силой сжатых пружин и массой верхнего валка с подушками.
Увеличение массы слябов, расширение сортамента ШСГП, повышение требований к качеству горячекатаных полос (в том числе и к качеству поверхности) обусловило на ШСГП 2-го поколения установку более мощных чистовых окалиноломателей с приводом от электродвигателей мощностью 350-400 кВт, под нажимные винты устанавливали пружины с силой до 294 кН. Масса таких окалиноломателей достигала 200-300 т.
Следующим этапом стал переход к применению роликовых чистовых окалиноломателей, в которых ролики прижимают к подкату с силой 20-98 кН. Так, в ЗАО НКМЗ при реконструкции стана 2000 ОАО «Северсталь» спроектирован, изготовлен и введен в действие роликовый окалиноломатель.
В окалиноломателе такой конструкции имеются две пары прижимных роликов диаметром 500 мм, которые при помощи пружин и рычажной системы прижимаются к раскату и разрушают окалину на подкате. Далее следуют транспортные ролики, между которыми установлены два ряда коллекторов с соплами гидросбива окалины. На выходе окалиноломателя установлены отжимные ролики, которые отжимают воду с подката. Масса окалиноломателя не превышает 50-80 т.
В чистовой группе клетей применяют четырехрядные с коническими роликами подшипники рабочих валков и подшипники жидкостного трения (ПЖТ) опорных валков.
С начала 70-х годов прошлого века началось применение гидронажимных (при сохранении и электромеханических нажимных) устройств в чистовой группе клетей.
В начале 80-х годов впервые в мире в Японии для горячей прокатки полос начали использовать шестивалковые клети специальной конструкции, имеющие возможность осевого смещения рабочих и промежуточных валков. Однако их, в основном, применяли в Японии. Широкого распространения они не получили.
Чистовая группа клетей должна обеспечить
1. Заданные размеры полосы.
2. Заданное качество металла по точности, в том числе и плоскостности, качеству поверхности и по механическим свойствам.
