Широкополосный стан горячей прокатки. Прокатка металла в черновой и чистовой группах клетей Методика настройки системы контроля качества для определения дефектов поверхности

Введение

1 Литературный обзор и постановка задач исследования ... 5

1.1 Контроль поверхности горячекатаного проката 5

1.1.1 Основные дефекты поверхности листового проката 6

1.1.2 Методы обнаружения дефектов поверхности 8

1.2 Влияние эксплуатационных характеристик рабочего инструмента на качество поверхности листового проката 20

1.3 Точность профиля полосы 29

1.4 Основные задачи исследования 38

2 Исследование качества поверхности проката 39

2.1 Исследование формирования поверхностных дефектов на стане горячей прокатки 39

2.1.1 Система контроля качества поверхности 40

2.1.2 Методика настройки системы контроля качества для определения дефектов поверхности 46

2.1.3 Идентификация дефектов поверхности 51

2.1.4 Определение параметров критических дефектов 57

2.2 Разработка математической модели привязки дефекта к источнику его формирования 65

2.3 Использование результатов автоматического определения дефектов на станах холодной прокатки 68

2.4 Система анализа качества поверхности 71

2.5 Выводы 75

3 Исследование влияния качества поверхности рабочего валка на качество горячекатаной полосы 76

3.1 Исследование напряженно-деформированного состояния рабочего валка с поверхностной микротрещиной 76

3.2 Анализ микропластической деформации полосы с поверхностным дефектом 84

3.3 Выводы 90

4 Повышение точности поперечного профиля горячекатаной полосы 92

4.1 Профилирование S-образных валков на стане 2000 ОАО «НЛМК» 93

4.2 Разработка основ технологии шлифования S-образных валков в горячем состоянии 100

4.4 Полученные результаты 109

4.5 Выводы 112

Основные выводы и результаты работы

Введение к работе

Качество проката определяет его конкурентоспособность на мировом $) рынке металлопродукции. Все более жесткие требования предъявляются к потребительским свойствам горячекатаной продукции, которые наряду с ме ханическими свойствами определяются поперечным профилем, планшетно- стью и состоянием поверхности готовой полосы. Для их обеспечения на ста не горячей прокатки используются заложенные в АСУТП алгоритмы, для эффективной работы которых необходима информация о состоянии полосы до и после горячей прокатки, рабочих валках и других параметрах техноло ге гии. В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы, связанные с внедрением в АСУТП стана горячей прокатки результатов контроля поверх ности проката автоматизированными системами, что позволит снизить объем несоответствующей продукции по периодическим дефектам горячекатаного проката, число аварийных ситуаций, связанных с обрывом полосы на станах холодной прокатки.

Цель диссертационной работы заключается в повышении качества по- aj, верхности и точности профиля горячекатаной полосы и увеличении сроков эксплуатации рабочих валков с использованием алгоритмов для определения и расчета параметров дефектов поверхности, определения параметров критических дефектов для станов горячей и холодной прокатки.

В работе получены и выносятся на защиту следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: исследования влияния технологических факторов на качество поверхности горячекатаной полосы, разработанные методики и алгоритмы расчета параметров дефектов, настройки присваивания кода критичности, привязки периодических дефектов к источнику формирования; решение задачи упруго-пластического взаимодействия рабочего валка и полосы в процессе горячей прокатки, отличающейся наличием в поверхностном слое рабочего валка микротрещин, имитирующих сетку разгара; теоретическое обоснование и экспериментальные исследования подготовки S-образных рабочих валков в неостывшем состоянии.

Полученные в диссертационной работе результаты основаны на использовании классических подходов современной теории прокатки, компьютерных технологий CAD/CAE, экспериментальном подтверждении теоретических результатов в условиях действующего производства, а также сопоставлении полученных решений известным в литературе результатам.

Практическая значимость состоит в использовании результатов исследований на ОАО «НЛМК» для настройки системы контроля качества поверхности на стане 2000 горячей прокатки. На стане 2030 холодной прокатки внедрены алгоритмы присваивания кода критичности и передачи данных, способствующие снижению числа аварийных ситуаций и поломок рабочих валков. Внедрены алгоритмы анализа формирования дефектов поверхности, позволяющие в режиме реального времени оценивать качество поверхности выпускаемой горячекатаной продукции. Разработанные технические рекомендации применяются для повышения срока эксплуатации рабочих валков первых клетей чистовой группы из высокохромистого чугуна при прокатке тонких полос из углеродистых марок стали. Для уменьшения технологического цикла подготовки S-образных валков на стане 2000 внедрены режимы шлифования рабочих валков, имеющих среднемассовую температуру выше температуры в цехе.

Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе в курсе «Эксплуатация прокатных валков» для студентов специальности «Обработка металлов давлением» Липецкого государственного технического университета.

Основные дефекты поверхности листового проката

Рассмотрим варианты для реализации раннего обнаружения дефектов, Р.) которые могут быть использованы на станах горячей прокатки. 1. Визуально-оптический метод

Контроль качества поверхности прокатной продукции в металлургии, как правило, осуществляется на последней стадии передела перед отправкой потребителю. Основным методом контроля является визуальный .

Важнейшей характеристикой зрения является контрастная чувстви тельность - минимальная обнаруживаемая разность яркостей объекта и фона.

Наиболее отчетливое восприятие изображения возможно при максимальном контрасте между объектом и фоном. При этом сила действия контраста пря мо пропорциональна разности коэффициентов отражения поверхностей объ екта и фона. Максимальный яркостный контраст достигается при использо вании белого и черного цветов, которые имеют соответственно наибольший и наименьший коэффициенты отражения. При солнечном освещении яркост ный контраст составляет 85-95%.

Визуальный контроль с использованием оптических приборов называ ют визуально-оптическим. При контроле используют оптические приборы, создающие полное изображение картины проверяемой поверхности в видимом свете. Визуально оптический контроль, также как и визуальный осмотр, наиболее доступный и простой метод обнаружения поверхностных дефектов. Однако этим методам присущи недостаточно высокие чувствительность и достоверность. Даже относительно большие дефекты, невидимые невооруженным взглядом из-за малого контраста с фоном, при использовании опти-ческих приборов, как правило, также не обнаруживаотся.

Наилучшие результаты получены авторами при передаче изображения с помощью эпископа - оптического устройства, состоящего из объектива и зеркал. При четырехкратном увеличении изображения оператор может уверенно обнаруживать мелкие дефекты при движении заготовки со скоростью до 0,3 м/с. 2. Магнитные методы контроля

Методы магнитной дефектоскопии основаны на обнаружении полей рассеяния, возникающих около дефектов, с помощью чувствительных инди-каторов, взаимодействующих с магнитным полем. В намагниченном изделии магнитные силовые линии, встречая трещины, волосовины другие несплошности, огибают их как препятствия с малой магнитной проницаемостью, в результате чего образуют поля рассеяния .

Основными требованиями, предъявляемыми к различным методам дефектоскопии проката, являются: возможность регулирования чувствительности в зависимости от назначения контролируемого проката на дальнейший передел; дифференциация дефектов по глубине. До настоящего времени магнитные способы контроля качества проката не удовлетворяют полностью всем этим требованиям.

3. Токовихревые методы контроля Токовихревые методы основаны на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем поверхностном слое

НУ контролируемого изделия.

Вихревые токи - это замкнутые токи, индуктированные в проводящей среде изменяющимся магнитным полем. Если через катушку пропускать ток определенной частоты, то магнитное поле этой катушки возбуждает в изделии вихревые токи, поля которых оказывают воздействие на поле возбуждающей катушки. Характеристика этой катушки может быть представлена в виде комплексного сопротивления. Величина этого сопротивления зависит от

4} частоты тока в катушке, ее размеров и формы, зазора между катушкой и из делием, а также от электропроводности контролируемого материала. При прочих равных условиях появление трещины на поверхности контролируемого изделия вызывает изменение комплексного сопротивления катушки.

Метод вихревых токов позволяет обнаружить как поверхностные, так и подповерхностные дефекты, и его применяют в основном для контроля изделий из немагнитных материалов. Он позволяет выявлять малораскрытые f{) трещины, дефекты, покрытые металлическими «мостиками». К недостаткам метода относят: зависимость чувствительности от размеров датчиков, отсутствие наглядности результатов контроля, сложность контроля деталей из магнитных материалов из-за значительного влияния на его результаты маг нитной неоднородности стали. По этим причинам невозможно контролиро вать сварные швы, изделия из ферромагнитного материала, на которых име ются прижоги, участки наклепа и значительные изменения формы поверхно сти в пределах зоны контроля. Не поддаются контролю изделия, если толщина их соизмерима с глубиной проникновения вихревых токов . 4. Тепловые методы контроля Все тепловые методы неразрушающего контроля сводятся к тому, что к исследуемому изделию подводят или от него отводят тепло и по температур ной картине на поверхности изделия судят о наличии и характере дефектов и в большинстве случаев определяют их местоположение. В твердом теле пе ренос тепла осуществляется посредством теплопроводности . 5. Системы осмотра поверхности

Примерно с 1980 г. в рамках различных исследовательских проектов делаются попытки регистрировать и оценивать состояние поверхности полосы электронным способом. Первоначально для этого применяли преимущественно лазерные сканеры, в которых луч проходил поперек поверхности по Н) лосы, а отраженный свет через аналоговое регистрирующее устройство по строчечно преобразовывался в изображение поверхности. Результаты было трудно интерпретировать, поскольку изображения формировались оптической системой, свойства которой существенно отличались от обычной на сегодняшний день системы камер. Ввиду недостаточной в то время вычислительной мощности компьютеров эти попытки, в конечном счете, провалились. В последующие годы были проведены различные опыты с видеокаме,) рами и записью поверхности полосы на пленку. Ввиду недостаточного каче ства изображения это тоже не дало желаемого результата .

Только при последующем усовершенствовании компьютеров и создании цифровых видеокамер начали все больше внедрять системы с цифровой обработкой изображения. В настоящее время применяют системы с двумя типами видеокамер: строчечные, регистрирующие изображение с разверткой строки за строкой, и матричные, регистрирующие изображение по площади.

Методика настройки системы контроля качества для определения дефектов поверхности

По контракту фирма-производитель системы контроля качества поверхности поставляла компьютерное оборудование, системы освещения, вентиляции, захвата изображения и базовое программное обеспечение, с помощью которого производится предварительная обработка и классификация дефектов. Настройка, разработка дополнительных важных модулей, доработка существующего программного обеспечения производилась силами ОАО«НЛМК»иЛГТУ.

Внедрению системы контроля качества в промышленную эксплуатацию предшествовали мероприятия, направленные на получение максимума определения дефектов поверхности.

Методика настройки системы контроля качества для определения дефектов поверхности состоит из четырех этапов: 1) разделение всего сортамента стана на группы по внешнему виду поверхности проката; 2) снижение количества воды на верхней поверхности; 3) задание в систему порогов определения дефектов для различных групп по внешнему виду; 4) создание классификационных файлов.

Так как поверхность полос различного сортамента может иметь различный внешний вид, параметры определения дефектов также должны отличаться для различных видов продукции. Например, трансформаторная сталь имеет, в основном, однородную серую поверхность; углеродистые и динам-ные стали имеют более текстурированную поверхность (рис. 2.9).

После непродолжительной эксплуатации системы и получения требуемого опыта было произведено разбиение сортамента стана 2000 на группы по внешнему виду поверхности, затем определили параметры определения дефектов отдельно для каждой группы и стороны проката с построением отдельных классификационных сфер .

После разбиения на группы по внешнему виду поверхности и снижения количества водяных капель была проведена работа по определению параметров определения дефектов для различных групп проката.

Настройка этих параметров осуществляется их варьированием в определенных границах (минимум, максимум) и применения к изображениям дефектов. В системе контроля качества поверхности предусмотрено пять алгоритмов определения вертикального, горизонтального и диагонального контраста.

В результате примененной методики по настройке системы контроля качества поверхности определять (обнаруживать) дефекты поверхности стало возможным перейти к следующему этапу - обучению системы автоматической классификации дефектов и сдаче в промышленную эксплуатацию .

На этапе внедрения системы в промышленную эксплуатацию операция автоматической классификации настраивалась вручную. Для того чтобы систему обучить одному дефекту проката необходимо, чтобы дефект был обнаружен системой, по крайней мере, 20-40 раз. Метод обучения заключался в следующем. Просматривались изображения дефектов на компьютере обучения, если тип дефекта был очевиден, то данное изображение записывалось в базу знаний системы. Рулоны, содержащие дефекты неизвестного типа, осматривали на агрегатах резки или линиях подготовки горячекатаных рулонов. На основе данных слежения производились расчеты номеров листов с дефектами, их координаты и т.п. В момент появления искомого дефекта поверхности в месте визуального осмотра, агрегат резки (подготовки) останавливали, определяли местоположение дефекта по длине и ширине полосы с помощью измерительного инструмента, делали цифровую фотографию, определяли тип дефекта, при необходимости, при помощи металлографических исследований. Всего было осмотрено около 120 рулонов с дефектами (рис.П.1.1.- П. 1.19). После накопления определенного опыта стало возможным производить обучение системы, определяя тип дефекта визуально (толь ко по его изображению из системы).

Данный вид настройки автоматической классификации называют идентификацией дефектов. Это дорогой метод настройки, т.к. связан с простоями агрегатов, но эффективный, так как за счет визуального осмотра увеличивается точность классификации неизвестных дефектов. Для примера: фирмы-изготовители аналогичных систем поставляют вместе с оборудованием «базу знаний» со 100000 изображениями дефектов. Данный способ на-стройки классификатора менее затратный, но и менее надежный, так как вместе с дефектами горячего проката могут попадаться и дефекты холодных переделов и, что еще не мало важно на разных металлургических предприятиях зачастую и разные схемы получения проката, а именно сталеплавильных дефектов на конечном прокате больше, чем дефектов поверхности, образовавшихся в процессе прокатки полосы. По результатам проведенной идентификации дефектов поверхности в X? базу знаний системы контроля качества поверхности внесено 1074 изображе ний дефектов.

Объем обученных изображений дефектов стал достаточным, чтобы начать процесс подготовки к гарантийным испытаниям и сдачи системы контроля качества поверхности в промышленную эксплуатацию. Совместно с фирмой-производителем проводился отбор рулонов с поверхностными дефектами, обнаруженными системой. Отобранные рулоны осматривались fy по методике (рис. 2.14), разработанной и используемой при идентификации дефектов поверхности горячекатаного проката, т.е. осмотр отобранных дефектов производился на агрегатах подготовки горячекатаных рулонов. Дефекты регистрировались вручную. Фиксировались координата дефекта от заднего конца рулона, размеры дефекта, определялся его класс и интенсивность.

Анализ микропластической деформации полосы с поверхностным дефектом

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о возможности использования в первых клетях чистовой группы стана 2000 рабочих валков из высокохромистого чугуна с глубиной микротрещин не более 0,5 мм. в повторном цикле прокатки, т.е. валок должен шлифоваться только для восстановления профиля, а оставшееся при этом основание трещины в процессе горячей прокатки не вызовет дальнейшего распространения внутрь валка.

Авторами проведены экспериментальные исследования, в результате которых было выявлено, что величина микротрещин, требуемых съема при плановых перешлифовках валков чистовой группы составляет 0,23- -0,58 мм, валки имеющие микротрещины менее указанного значения, без наличия других дефектов могут повторно использоваться в производственном цикле. Полученные данные подтверждают проведенные экспериментальные исследования методом конечно-элементного моделирования.

По действующей технологической инструкции для подготовки рабочих валков после каждой кампании рекомендуемый съем составляет 0,85 мм. Рекомендуется снизить съем при плановых перешлифовках с 0,85 мм до 0,3 мм, оставшиеся при этом микротрещины не будут развиваться вглубь валка .

Наличие трещины разгара на поверхности валка влияет не только на его работоспособность, но и на качество поверхности в силу возможной отпечатываемое на полосе. Ранее полученные данные свидетельствуют о том, что рабочие валки из высокохромистого чугуна с наличием на поверхности сетки разгара глубиной до 0,56 мм могут быть использованы в повторном цикле прокатки без полного устранения данного дефекта, а только для профилирования и снятия наклепанного слоя. Было получено, что после контакта с валком на полосе остается отпечаток (рис. 3.7).

Отпечаток - дефект поверхности, представляющий собой углубления или выступы, расположенные по всей поверхности или на отдельных ее участках, образовавшиеся от выступов или углублений на прокатных валках .

Необходимо исследовать будет ли «отпечаток» конечным дефектом, т.е. останется на готовой полосе или же при прокатке в последующей клети, во время контакта с валками «вдавится» и тем самым не окажет влияния на качество поверхности горячекатаной продукции.

Для исследования поставленной задачи была разработана конечно-элементная модель, описывающая напряженно-деформируемое состояние полосы с дефектом поверхности при прокатке в клети №9 стана 2000 [рис. 3.8].

В качестве исходных данных (табл. 3.4-3.5) задавали: диаметр рабочего валка, толщину и ширину прокатываемой полосы, скорость вращения рабочего валка, коэффициент трения, входящий в закон трения по Зибелю, механические свойства прокатываемой стали заданной марки в виде зависимостей истинного предела текучести от скорости деформаций при определенных температурных условиях и интенсивности деформаций, распределение температур по объему полосы .

В результате решения находили как распределенные характеристики так и интегральные: поля скоростей перемещений, скоростей деформаций, поля перемещений, деформаций, напряжений и интенсивностей тензорных величин, контактные напряжения. Решение деформационной задачи производилось по уравнениям, характерным для метода конечных элементов, граничные и начальные условия были аналогичными задаче по расчету напряженно-деформированного состояния валка с поверхностной микротрещиной .

В качестве начального приближения полосу разбивали на прямоугольные конечные элементы длиной 2,625 мм, высотой 0,625 мм. В процессе деформирования сетка из 344 прямоугольных конечных элементов перестраивалась согласно заданным параметрам. Эти параметры подбирались исходя из требуемой точности и скорости расчета. На контакте с валком размеры элементов были значительно меньше, чем внутри очага деформации. Время расчета составило 68 минут.

На рис. 3.9. - 3.14. (рис.П.3.1-П.3.4) приведено распределение интенсивности пластической деформации в полосе на различных стадиях прокатки (по времени), отображающее механизм протекания микропластической деформации полосы с дефектом под воздействием абсолютно жесткого инструмента.

Разработка основ технологии шлифования S-образных валков в горячем состоянии

Таким образом за период двух кампаний, были перешлифованы все валки 8,9 и 10 клетей. Через 8-10 часов валки были установлены в клети стана. При прокатке этими валками точность настройки системы управления на заданный профиль полосы составила 98,9 %, среднеквадратичное отклонение фактического профиля полосы от заданного профиля для данной кампании равнялось 10,9 мкм, что на 10-40 % ниже, чем в кампаниях с валками, перешлифованными без учета температуры валков (рис. 4.15-4.16).

Предлагаемый способ подготовки рабочих валков прокатного стана позволяет снизить необходимый для работы парк S-образных рабочих валков, за счет уменьшения технологического цикла их подготовки к эксплуатации, повысить точность регулирования профиля прокатываемой полосы и долговечность валков.

1. Для сортамента стана 2000 горячей прокатки разработаны методики настройки, расчета параметров дефектов поверхности горячего проката, включающие в себя разделение всего сортамента проката на группы по внешнему виду поверхности, а также задание в систему пороговых значений определения дефектов для различных групп. Проведено сравнение изображений дефектов, обнаруженных системой, с действительными результатами визуального осмотра рулонов на агрегатах резки. Полученные результаты использованы для настройки автоматической классификации дефектов поверхности.

2. Для определения источника формирования периодических дефектов на стане горячей прокатки разработана и реализована в АСУТП математическая модель, использующая данные о фактических диаметрах рабочих валков и фактическом распределении обжатий, работающая в реальном режиме времени с процессом прокатки.

3. На основании проведенных исследований влияния параметров дефектов поверхности на аварийные ситуации на станах холодной прокатки 1400 и 2030 установлено, что превышение значения площади дефекта в 500 мм (при расположении дефекта на кромке) и 700 мм (при расположении дефекта по середине полосы) для строчечных и слиточных плен, а также раковин, вкатов на горячем подкате приводит к обрыву полосы при прокатке. Предложено каждому дефекту, обнаруженному и классифицированному системой контроля качества поверхности, присваивать код критичности от 0 до 7 (0 - не критический). Дефекты, имеющие признак «критический», прослеживаются на дальнейшем холодном переделе для сокращения обрывности полос при холодной прокатке.

4. Разработан алгоритм для анализа формирования дефектов поверхности на стане горячей прокатки, реализованный в виде программного обеспечения для СККП стана 2000.

5. Исследованиями напряженно-деформированного состояния по границе микротрещины рабочего валка и отпечатываемое микротрещины на полосу при горячей прокатке установлено, что для микротрещины глубиной 0,5 мм и шириной 0,28 мм максимальная интенсивность напряжений составляет 577 МПа у основания, что не превышает предел текучести на растяжение для рабочего слоя валка и исключает дальнейшее развитие микротрещины внутрь валка. Теоретические исследования показывают, что сформировавшийся из-за наличия трещины на валке выпуклый отпечаток на полосе высотой 0,05 мм и шириной 0,27 мм при прокатке в последующей клети становится несущественным. Рекомендовано снизить съем при плановых перешлифовках валков из высокохромистого чугуна с 0,85 мм до 0,4 мм в первых трех клетях чистовой группы стана горячей прокатки 2000.

6. Разработан регламент подготовки S-образных неостывших рабочих валков с учетом неравномерности распределения температурного профиля по длине бочки, позволяющий уменьшить технологический цикл подготовки валков к эксплуатации и тем самым сократить парк валков, а также повысить точность регулирования прокатываемой полосы. Использование нового регламента позволило обеспечить среднеквадратичное отклонение фактического профиля полосы от заданного на уровне 10,9 мкм в рамках одной кампании, что на 10-40 % ниже, чем в кампаниях с валками, перешлифованными без учета неравномерности температуры по длине бочки валков.

Мартьянов, Юрий Анатольевич

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.

Исполнилось 30 лет с того дня, как польские специалисты начали возводить стан "2000" горячей прокатки в листопрокатном цехе № 10 ОАО "ММК". История этого технологического комплекса достаточно необычна.

В середине 70-х годов прошлого столетия в Советском Союзе было изготовлено оборудование широкополосного стана "2000" горячей прокатки и отправлено в Польскую Народную Республику. Его планировали включить в комплекс металлургического завода города Катовице. Но из-за политического кризиса в республике строительство было остановлено. А 25 июля 1985 года вышло постановление Совета Министров о реэкспорте оборудования стана "2000" горячей прокатки для Магнитогорского металлургического комбината.

В марте 1986 года по приказу директора ММК Ивана Ромазана организована вывозка шлака с площадки строительства стана "2000". В 1987 году в Магнитогорск прибыли первые польские строители. Это были опытные специалисты, построившие на родине немало важных объектов. В Магнитогорске первым делом они стали возводить жилые дома, социальные и технические объекты для польских рабочих. Газета "Магнитогорский рабочий" за сентябрь 1987 года сообщает: "…Польские строители планируют построить в городе 40 тысяч квадратных метров общей жилой площади. Кроме жилых домов здесь скоро появятся столовая, поликлиника, два клуба, магазины, пункт бытового обслуживания".

Тем временем продолжали прибывать польские рабочие для строительства стана "2000". В 1988 году начало поступать оборудование из Польши. Строители были заинтересованы в том, чтобы вовремя поставлялись все элементы конструкций. В течение месяца разгружалось почти четыреста вагонов из Польши с конструкциями, оборудованием, строительными материалами, всем необходимым для житья и работы.

В 1989 году начался монтаж первых мостовых кранов в отделении приёма литых слябов. В следующем году начался монтаж нагревательной печи № 1 и оборудования печного участка. Уже в августе 1990 года вышел приказ Ивана Ромазана о комплектации группы квалифицированных рабочих - технологов из работающих прокатных цехов для стажировки на стане "2000" горячей прокатки Череповецкого металлургического комбината.

Экономический кризис 1992 года отразился на финансировании и снабжении строительства всем необходимым. Возникли трудности с подготовкой валков для стана. Старший мастер Юрий Носенко вспоминает: "Вальцешлифовальное отделение не было готово. Подшипники жидкостного трения, подушки валков - всё было законсервировано".

К 1994 году ситуация нормализовалась. Так, 8 октября в 11 часов 50 минут на стане "2000" прокатан первый горячекатаный рулон размерами 7х1100 миллиметров. Эта дата считается днём рождения листопрокатного цеха № 10. А стан "2000" горячей прокатки стал первым крупным промышленным объектом на ММК, возведённым с помощью иностранных строителей и специалистов.

В середине 2000-х агрегат был реконструирован. В рамках модернизации построена четвёртая нагревательная печь, обновилось механическое оборудование стана, что позволило производить более толстый сортамент. Кроме того, внедрялись новые технологии, которые позволили перейти на полностью автоматизированный режим управления станом.

В 2016 году на стане "2000" горячей прокатки произведено более пяти миллионов тонн горячего проката. Это наивысший показатель за весь период работы стана.

Сегодня стан "2000" горячей прокатки - один из самых мощных и современных в России. Оборудование позволяет прокатывать все ныне существующие марки стали. Сортамент выпускаемой здесь продукции очень широк. Спектр применения также разнообразен - производство труб, строительная отрасль, машиностроение. Здесь прокатывают судовые и конструкционные марки сталей, трансформаторную сталь.

Стан "2000" можно смело назвать символом советско-польской дружбы, который скрепил интернациональные связи с Польской Республикой.

Ольга Рыжкина, главный архивист городского архива.

МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА

КАФЕДРА МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ ИМ. 50-ЛЕТИЯ МГМИ

Оценка
«___»________
дата и подпись

ОТЧЕТ

По третий производственной практике
на____________________________
наименование предприятия

с __________по__________
дата начала дата окончания

Гр. _______
Ф.И.О. студента, его подпись индекс

Руководитель практике в цехе

Ф.И.О. должность, подпись, дата

Руководитель практики от кафедры
______________________________ __
Ф.И.О. подпись, дата

МАГНИТОГОРСК 2010
Содержание
1. Современное состояние и перспективы развития прокатного производства…....…3
2. Структура, технологический процесс и оборудование ЛПЦ № 10………….……….4
3. Устройство и работа механизма противоизгиба рабочих валков чистовой
Группы клетей стана2000………….….………….......... .............................. …………….20
4. Технико-экономическое обоснование реконструкции гидропривода
механизма противоизгиба………………………………………… ……………... ...23
5.Финансовая оценка проекта…………………………………………………………. ...25
5.1 Смета капитальных затрат…………………………………………………...…… 27
5.2 Расчёт потребности в персонале и заработной плате…………………….......….29
5.3 Расчет фонда оплаты труда……………………………………………….….……32
5.4 Расчет себестоимости продукции…………………………………………………35
5.5 Расчёт основных технико-экономических показателей и эффективности экономического проекта……………………………………………………….… ……….39
6. Охрана труда и окружающей среды……………………….…………………….…….40
Литература………………………………….……………… ………………….…..………50

1. Современное состояние и перспективы развития прокатного производства.

Потребность в прокатном производстве продолжает расти и объясняется тем, что прокатка из всех способов обработки металлов пользуется наибольшим распространением вследствие непрерывности процесса, высокой производительности и возможности получения изделий самой разнообразной формы и улучшенного качества. Прокатные изделия как из стали, так и из цветных металлов (листы, полосы, ленты, различные сортовые профили, трубы, заготовки деталей машин) являются наиболее экономичным продуктом – конечным для металлургических предприятий и исходным в машиностроении, строительстве и других отраслях народного хозяйства.
Анализ структуры себестоимости различных видов стального проката свидетельствует, что 80 – 95 % затрат приходится на исходный металл, т.е. слитки и только 5 – 20 % составляют расходы по переделу стальных слитков и заготовок в готовую продукцию. Доля затрат по переделу в прокат слитков из цветных металлов ещё меньше.
Из этих цифр следует, что проблема снижения материальных затрат по производству проката должна прежде всего решаться в направлении экономии металла, в результате улучшения его физических и механических свойств и производства таких видов проката, которые давали бы возможность снижать конструктивную и технологическую металлоёмкость машин, строительных конструкций и других металлопотребляющих объектов.
Поэтому необходимо одновременно с увеличением объёмов производства металлов значительно улучшить качество и расширить сортамент продукции чёрной металлургии. За счёт повышения качества металлоизделий можно существенно снизить удельный расход стали и этим уменьшить капитальные затраты, необходимые для удовлетворения нашей страны металлом.

2. Структура, технологический процесс и оборудование ЛПЦ № 10.

Непрерывный широкополосный стан 2000 предназначен для производства горячекатаных полос толщиной 1,2-16 мм, шириной 700-1850 мм, сдернутых в рулон массой до 45 т из стали углеродистой обыкновенного качества по ГОСТ 380, качественной конструкционной по ГОСТ 1050 и низколегированной по ГОСТ 19282. В качестве исходной заготовки на стане 2000 используются поступающие из ККЦ непрерывнолитые слябы толщиной 250 мм, шириной 750-1850 мм, длиной 4,8-12,0 м и массой 7-43,3 т.
НШПС 2000 состоит из участка загрузки слябов, участка нагревательных печей, черновой и чистовой групп клетей, промежуточного рольганга между ними, а также уборочной линии стана.
Участок нагревательных печей состоит из четырех методических печей с шагающими балками, загрузочного рольганга перед каждой печью, сталкивателей слябов, приемного рольганга, приемников слябов из печей. Производительность каждой печи 460 т/ ч.
Черновая группа клетей состоит из вертикального окалиноломателя, клети дyo, пяти универсальных клетей квapтa. Из которых три последние объединены в непрерывную подгруппу. Промежуточный рольганг оснащен тепловыми экранами типа энкопанель и устройствами разделки недокатов.
Чистовая группа стана включает летучие ножницы, чистовой роликовый окалиноломатель, семь клетей кварто, оснащенных гидронажимными устройствами, осевой сдвижкой рабочих валков и системами противоизгиба. Все межклетевые промежутки оснащены устройствами ускоренного охлаждения прокатываемых полос. 3а последней клетью стана начинается отводящий рольганг с душирующими устройствами перед каждым участком моталок. Уборочная линия включает двa участка моталок. На каждом из участков имеется группа из трех моталок

1-валок вертикальный; 2-шпиндель универсальный; 3-механизм замены шпинделей; 4-узел станин; 5-привод вертикальных валков; 6- привод станинных роликов; 7-площадка

Рисунок 2.1- Вертикальный окалиноломатель (ВОЛ)

Участки моталок оборудованы тележками съемников рулонов, кантователями рулонов, транспортирующими конвейерами с подъемно-поворотными столами, весами, рулоновязальными машинами и маркировщиками рулонов.
Технологический процесс прокатки на стане 2000 заключается в следующем. Слябы из отделения непрерывной разливки стали ККЦ поступают в отделение приема литых слябов, которое предназначено для передачи их на стан 2000 и проведения выборочной зачистки дефектных слябов, а также взятия проб для макроанализа.
3амаркированные (на узкой грани) слябы с качественной поверхностью направляются по рольгангу для задачи в нагревательные печи стана.

Рисунок 2.2 - Клеть дуо.

Для нагрева слябов до температуры прокатки 1200-1300 0 С на стане 2000 применяются методические печи с шагающими балками. Под печи состоит из шести рядов неподвижных (стационарных) и четырех рядов подвижных (шагающих) балок, имеющих испарительное охлаждение. Подвижные балки могут совершать движения вверх и вниз, вперед и назад. При движении вверх подвижные балки приподнимают заготовки над неподвижными на высоту 100 мм. При движении вперед заготовки перемещают по печи на 450 мм.

1- электродвигатель; 2 - зубчатая муфта; 3 - шестеренная клеть; 4 - универсальный шпиндель; 5 - рабочая клеть; 6 - тележка для перевалки валков.

Рисунок 2.3 - г лавная линия стана 2000 горячей прокатки.

При этом первая со стороны выдачи заготовка выталкивается подвижными балками из печи, а очередная заготовка, находящаяся ранее на загрузочном столе, вносится в печь. При движении балок вниз заготовки укладываются на неподвижную часть пода, оказываясь перемещенными вперед на один шаг, при этом подвижные балки опускаются ниже уровня пода также примерно на 100 мм.
При движении назад подвижные балки устанавливаются в положение, из которого они вновь могут захватить в печь очередную заготовку. Интервал времени между окончанием каждого движения шагающих балок и началом следующего составляет 0,5 с. Таким образом, с помощью шагающих балок выполняются все основные операции по загрузке, перемещению по печи и выгрузке заготовок.
Нагретые до температуры прокатки слябы выдаются из печей и укладываются на приемный рольганг 28 (см. рис 4), который подает их к черновой группе стана.
В вертикальной клети 3 боковое обжатие может достигать 80 мм, что способствует лучшему удалению окалины и позволяет сократить число типоразмеров литых слябов по ширине.

1-6-Черновая группа клетей; 7-13-чистовая группа клетей; 14-вертикальный окалиноломатель; 15-чистовой окалиноломатель; 16- летучие ножницы; 17-вторая группа моталок; 18-первая группа моталок; 19-подъемноповоротный стол; 20-подьемный стол; 21-загрузочный рольганг перед печью; 22- сталкиватели слябов; 23-передаточная тележка; 24-приемник слябов; 25-приемный рольганг; 26-промежуточный рольганг; 27-отводящий рольганг; 28-транспортирующий конвейер рулонов; 29-транспортирующие тележки; 30- нагревательные печи.

Рисунок 2.4 - План цеха ЛПЦ №10 с расположением основного
механического оборудования.
В клети дуо 4 величина обжатия за проход составляет 55-60 мм (22-24 %). Суммарное обжатие в горизонтальных валках последующих пяти клетей определяется требуемой толщиной раската после черновой группы. В зависимости от размеров сечения готовых полос эта толщина находится в диапазоне 25-60 мм.
Соответственно необходимое суммарное обжатие в упомянутых пяти клетях составляет 130-170 мм, или 69-90% (частные обжатия до 40%).

1- электродвигатель; 2 - муфта, тормоз; 3 - промежуточный вал; 4 – муфта; 5 - шестеренная клеть; 6 - шпиндельное соединение; 7 -уравновешивающее устройство; 8 – станина; 9 - опорные валки; 10 - рабочая клеть; 11- рабочие валки,· 12 – плита; 13 - анкерные болты.
Рисунок 2.5 - Кинематическая схема главной линии стана «2000»

В черновых клетях N°2, 1-3 главные электроприводы нерегулируемые и поэтому захват металла и прокатка ведутся на постоянной скорости. В непрерывной подгруппе универсальных клетей N°2, 4-6 для обеспечения условий непрерывной прокатки применены регулируемые главные приводы постоянного тока, позволяющие оперативно согласовывать скорости необходимым образом. В процессе черновой прокатки производится гидросбив окалины с раската водой, подаваемой специальной насосной станцией под давлением 12-15 МПа.

Гидросбивы расположены после вертикальной клети N°1 и перед всеми универсальными клетями.
Струи воды направлены под углом 1,3 рад к поверхности полосы против ее движения. Такой угол встречи струй с раскатом хотя и снижает их ударную силу, но улучшает смыв окалины с полосы. Сопла гидросбивов расположены на расстоянии 300-400 мм от поверхности раската.
Температура полосы за черновой группой 1050-1150 0 С. Регулирование температуры производится изменением скорости прокатки в непрерывной подгруппе из трех последних черновых клетей. Окончательная прокатка полосы до заданной толщины производится в чистовой группе из семи клетей 9. Перед этим раскат, вышедший из черновой группы, тормозят на промежуточном рольганге до скорости входа в чистовую группу. Промежуточный рольганг 26 оснащен тепловыми экранами типа экранопанель, которые с помощью гидропривода могут быть опущены в рабочее положение над раскатом или подняты. Число секций энкопанелей - 24. Экранирование металла повышает его температуру на входе в чистовую группу на 30-50 0 С и снижает температурный перепад по длине раската на 20-30 0 С
Началу чистовой прокатки предшествует обрезка переднего неровного конца полосы на летучих ножницах. Ножницы состоят из следующих узлов и механизмов: режущего механизма, механизма для пропуска резов, подающих роликов, диффиринциального редуктора, механизма для выравнивания скоростей движения ножей и разрезаемой полосы и главного двигателя.
Перед окончанием прокатки обрезается и задний конец полосы. С целью улучшения захвата и уменьшения ударов при входе раската в валки чистовых клетей ножницы при обрезке формируют фигурную кромку полосы в виде шеврона.
В процессе транспортирования раската по промежуточному рольгангу 26 на его поверхности образуется слой вторичной окалины, которую разрушают в чистовом роликовом окалиноломателе 15 и затем удаляют с помощью гидросбива перед чистовой группой.
В зависимости от толщины промежуточного раската (25-60 мм) и готовой полосы (1,2-16,0 мм) суммарное обжатие в чистовой группе клетей составляет 23,8-44,0 мм или 95-73% соответственно. Обжатия уменьшают от первой чистовой клети к последней, максимальная величина обжатия может достигать 55% в первых двух клетях, 45% в последующих и 25% в последней клети.
Для стабилизации процесса чистовую прокатку ведут с межклетевыми натяжениями, величины которых поддерживают минимальными (5-15% от предела текучести материала полосы при данных термомеханических условиях) во избежание утяжки полосы (уменьшение ее ширины) и искажения профиля проката. С целью выравнивания по длине полосы такого важнейшего технологического параметра, как температура конца прокатки, используют разнообразные варианты переменных во времени скоростных режимов, реализуемые системами тиристорного управления главными приводами чистовых клетей и моталок.
Основной особенностью переменных режимов является захват полосы моталкой на заправочной скорости до 15 м/с и последующее согласованное ускорение всех клетей чистовой группы и соответствующей моталки, при котором скорость на выходе стана может достигать 21 м/с (для тонких полос). Величину ускорения регулируют в приделах 0,01-1,00 м/с 2 .
В результате температура конца прокатки полос всего сортамента поддерживается в оптимальных пределах 830-900 0 С.
За станом расположена уборочная группа оборудования, к которой принадлежат отводящий рольганг 27 длиной 206 м соответственно с системой ламинарного охлаждения проката. Стан оборудован двумя группами моталок Первая группа 18 из трех моталок, расположенная на расстоянии 75 м от последней чистовой клети, предназначена для смотки полос толщиной до 4,0 мм. Вторая группа 17 из трех моталок на расстоянии 248 м от последней клети стана предназначена для смотки полос толщиной 4,0-16,0 мм. Параметры обеих групп моталок идентичны, за исключением 4, 5 моталок, которые имеют три заправляющих ролика вместо четырех. Моталки второй группы отличаются более мощными пружинами роликодержателей и другим профилем проводок.
Система ламинарного охлаждения на отводящих рольгангах подает воду на полосу сверху и снизу под давлением 0,20-0,25 МПа. Расход воды до 15050 т /ч. Длина охлаждаемого участка перед первой группой моталок 55 м, перед втopoи-66 м. Температура полосы снижается до значения температуры смотки (500-650 0 С). Использованная вoдa собирается и специальной насосной станцией подается вновь на охлаждение.
После смотки рулоны кантуются в вертикальное положение, устанавливаются на конвeйep, обвязываются по окружности, взвешиваются на вecax, маркируются и транспортируются на склад или в цех холодной прокатки.
В cocтaв оборудования для резания полосы и уборки обрезков входят следующее машины: летучие ножницы, мостовой кран Q=32/16 т, подвесной кран Q=1 т, тpaвepca Q=32 т, аварийная тpaвepca, цепная тpaвepca.
Мocтoвoй кран Q=32/16 т - предназначен для выполнения работ при монтаже и ремонте оборудования, при перевалке валков, а также в качестве уборочных кpaнов. Мocтoвoй кран состоит из следующих основных частей: моста крана с механизмом передвижения, кpaнoвoи тележки с механизмами подъема и передвижения, подвески, крюка и кабины. Подвесной кран грузоподъемностью 1 т, магнитного типа предназначен для уборки обрезков, выпавших за пределы короба, кран оснащен магнитом. Отличается от крюковых кpaнoв применением специального барабана для наматывания гибкого кабеля, служащего для подвода электрического тока к катушкам грузового электромагнита, который подвешивается на крюк крана.
Tpaвepca Q = 32 т, имеет сварную, коробчатую конструкцию. В вepнeй части тpaвepca оснащена двумя откидными зацепами для подвешивания ее на другом крюке главного механизма подъема крана Q = 32/12,5 т. По краям тpaвepcы находятся ролики для плавного ее опускания в направляющие загрузочного люка.
Аварийная тpaвepca выполнена в виде сварной коробчатой конструкции. С обоих концов к тpaвepce жестко присоединены два пластинчатые однорогие крюки В вepxнeй части корпуса тpaвepcы имеется прицеп для захвата тpaвepcы крюком вспомогательного подъема крана. Цепная тpaвepca. Корпус тpaвepcы имеет сварную коробчатую конструкцию. В нижней части тpaвepcы на её концах пластинчатыми однорогими крюками Q = 16 т. каждый.
Траверса Q = 32 т - предназначена для подъема коробов с обрезками на уровень пола цеха.

Сортамент стана и основные требования к готовой продукции
Широкополосный стан горячей прокатки предназначен для прокатки полос, свернутых в рулон массой от 7 до 43,3т, следующих типоразмеров: толщина, мм - от 1,2 до 16 ширина; мм - от 750 до 1850

до +20 мм
до +30 мм

Телескопичность рулонов не должна превышать следующих величин (мм):
Таблица 2.1

При этом превышение одного внутреннего или наружного витка рулонов над остальными телескопичностью не является. В табл. 2 показан примерный сортамент стана:

рабочее давление 16МПа

мощность 22 кВт

частота оборотов 1460 об/мин

частота эл. тока 50 Гц

Характеристика главного привода валков:

Таблица 2.3

Размеры разрезаемых полос:

толщина, мм 25 - 60;

ширина, мм 750 - 1850.

Температура разрезаемых полос 900-1150°С.

Скорость движения полос при резке конца:

переднего 0,6 - 1,5 м/с;

заднего 0,4 - 3,0 м/с;

Расчетное усилие при резке конца:

переднего 2,49 МН;

заднего 2,94 МН;

Крутящийся момент при резке конца:

переднего 10МН*м;

заднего 12,7 МН*м;

Диаметр барабана по кромкам ножей:

верхнего 1360 мм;

нижнего 1200 мм.

Межцентровое расстояние барабанов 1200 мм.

Угол начала контакта режущих кромок 21°44\

Угол начала реза наибольшего сечения 27°.

Угол конца реза 10°.

тип электродвигателя 12-23/106-3, 55УХЛ4;
мощность 3550 кВт;

частота вращения 40 мин 1 .

толщина раската 1,2 - 4 мм, 2-16 мм;

ширина раската 750 - 1850 мм;

температура 500 - 650°С;

скорость входа полосы 12,5 м/с;

натяжение полосы 25 кН;

скорость смотки до 25 м/с;

масса рулона до 45 т;

диаметр рулона до 2500 мм;

внутренний диаметр рулона 850 мм;

диаметр барабана промежуточный 840 мм;

диаметр сжатого барабана 828 мм;

длина бочки барабана 2000 мм.

количество маркировщиков 2 шт.;

количество знаков 9 шт.;

высота знака 50 мм;

ширина знака 35 мм;

шаг знака на трафаретах 60 мм;

ход тележки маркировщика 1500 мм;

полная скорость тележки 0,15 м/с;

максимальный ход трафаретов 660 мм;

время перестановки трафаретов до 6 с;

Анализ недостатков стана 2000 ЛПЦ-10 и вспомогательного оборудования
Широкополосный стан 2000 горячей прокатки был введен в строй в 1994 году. По мере работы оборудование стана модернизировалось.
Мною был произведен анализ недостатков участка привода чистовых клетей 11-13 стана 2000 горячей прокатки ЛПЦ-10 ОАО «ММК». Основным недостатком участка явилось следующее: шпиндели с зубчатым зацеплением предназначенные для передачи крутящего момента под углом. Недостатком явилось то, что мелкомодульные шпиндели фирмы «Davy McKee» рассчитанные на более плавный режим работы, нежели тот в котором им пришлось работать. На самом деле при прокатке металла на шпиндели приходится большая нагрузка. В связи с большими усилиями и скачками при захватывании валками металла, в процессе работы происходит выкрашивание, разрушение зубьев и истирание вкладышей. В последствии наступало полное разрушение и поломка, которое приводили к серьезным последствиям. Приходилось производить замену и как следствие остановка стана. И такие простои происходили 8 раз в год. На скорость замены шпинделя влияло и то, что оборудование импортное, дорогое и еще его надо привезти.
Одним из самых главных недостатков старой гидросхемы является постоянное заклинивание сервоклапанов. По этому гидросистема являлась не надежной. Гидросистема противоизгиба рабочих валков является новейшей разработкой в области автоматизации процесса. Их экономическая эффективность легко окупается уже через несколько лет работы. Но это только при соблюдении всех правил эксплуатации.
Данная система наиболее часто выходит из строя при несоблюдении качества используемой рабочей жидкости масла. Аварийные ситуации случаются, когда плохо профильтрованное масло забивает каналы гидросистемы. При таких ситуациях существует определенный порядок работ по устранению аварий.

Методы повышения надежности оборудования.

Надёжность - одно из свойств качества изделия заключающееся в способности машины выполнять заданные функции, сохраняя при этом значение эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям эксплуатации технического обслуживания ремонтов хранения и транспортировки.
Долговечность - свойство машины сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, то есть состояния, при котором дальнейшая эксплуатация машины должна быть прекращена, так как дальнейшее применение её по назначению не возможно, либо восстановление работоспособности не возможно или экономически не выгодно, при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
На стадии проектирования основные размеры всех ответственных деталей машин рассчитываются по формулам с условиями допустимых требований на прочность и надежность. Выбираются материалы для деталей с соблюдением условий прочности. В конструкции деталей внесены элементы, снижающие концентрацию напряжений и плавно меняющие размеры деталей на маленькой её длине, а именно фаски на зубчатых колесах, валах, полумуфтах, тормозных шкивах; галтели на валах; скругление шпоночных пазов; плавные переходы по диаметру в опасных сечениях длинных валов.
Для повышения твердости необходимо выполнить термообработки для ответственных деталей.
Закалка является способом термической обработки и заключается в нагреве металла до определенной температуры, выдерживании его при этой температуре в течении заданного времени и последующем быстром охлаждении в воде или масле.
В результате закалки деталей повышаются их твердость, прочность, текучесть и снижается удлинение и вязкость. Закалка применяется для зубчатых колес, втулок, валов, направляющих, скоб, штифтов, шпинделей и других деталей.

3. Устройство и работа механизма противоизгиба рабочих валков чистовой группы клетей стана 2000.

Система противоизгиба предназначена для задания давления (усилия) противоизгиба автономно по каждой из трёх чистовых клетей (с 11-ой по 13-ю). система может работать в трёх режимах следящем (серво), пропорциональном и от насоса. Соответственно, в каждом случаи основным регулятором являются струйные электро- гидравлические усилители мощности (сервоклапан), пропорциональный редукционный клапан (один из двух) и насоса, регулируемый по давлению.Настройка заданного давления производится или дистанционно с пульта оператора или в ручную режиме маслоподвала. Дистанционное управление позволяет установить различные уровни давлений в каждой клети не зависимо одновременно со сторон перевалки и переводов. Кроме этого, во время перевалки с пульта оператора давление сбрасывается до нуля.
Система регулирования давления противоизгиба состоит из трех гидравлических подсистем регулирования, электронного блока БУП электронной системы управления, блоков управления (релейной системы переключения), расположенных в машинном зале, и пульта управления в операторской. Гидравлическое питание системы осуществляется от насосной станции противоизгиба.
В состав гидравлической подсистемы управления входят центральный и два бортовых (со стороны привода и оператора) блока.
Вход центрального блока связан трубопроводами с входами бортовых блоков. Гидрораспределитель может соединять вход центрального блока с его выходом либо напрямую, либо через любой пропорциональный клапан по выбору.

Рисунок 3.1 - Гидравлическая схема противоизгиба рабочих валков стана 2000 г.п.
Бортовые гидрораспределители в одной из позиций соединяют вход блока непосредственно с гидроцилиндрами, в другой – через струйные сервоклапаны, в нейтральном положении отсекают линию питания, а поршневые полости гидроцилиндров связывают со сливом.
При работе в следующем режиме (режим серво) распределитель на центральном блоке находится в нейтральной позиции, соединяя напрямую насосную станцию с бортовыми блоками. Бортовые распределители направляют рабочую жидкость от центрального блока на вход сервоклапанов, а с выхода сервоклапанов в поршневые полости гидроцилиндров. Датчики давления формируют электрические сигналы обратной связи, пропорциональные реальным величинам давлений в силовых каналах.
Задание и контроль реального значения давления (усилия) противоизгиба производится на посту оператора с пульта «NEMATRON».
Блок управления и регистрации усилия противоизгиба в ручном режиме с помощью сервоклапанов предполагается установить дополнительно.
При работе в пропорциональном режиме центральный распределитель занимает одну из крайних позиций по выбору оператора. В этом случае жидкость от насосов поступает на вход одного их двух пропорциональных клапанов. Выходная линия пропорционального редукционного клапана связана через четыре бортовых распределителя непосредственно с поршневыми полостями всех шестнадцати гидроцилиндров.
Электронный блок БУП предназначен для формирования управляющего электрического сигнала на электромагнит пропорционального клапана и состоит из 4 тэз (блоков) БУ 1100 НПС (3 рабочие и 1 резервная) и источника питания.
На пульте управления оператора размещены три управляющих потенциометра и три переключателя ПК. Потенциометры предназначены для формирования задающего напряжения, пропорционального требуемому давлению противоизгиба на каждую клеть. Переключатели ПК выбирается для работы один их двух пропорциональных клапанов на клети.

При работе от насосной станции центральный и бортовые распределители занимают позиции, при которых напорная магистраль насосной станции напрямую связана с поршневыми полостями гидроцилиндров, минуя пропорциональные и сервоклапаны. Давление в полстях цилиндра будет равно давлению насосной станции. Изменять это давление можно в маслоподвале при помощи регулятора насоса.
Гидроаккумуляторы, установленные на бортовых блоках предназначены для гашения колебаний давления при прокатке и уменьшения пиков давления при входе-выходе полосы.
Бортовые предохранители - разгрузочные клапаны предназначены для ограничения максимального давления в полостях гидроцилиндров и построены на 23 МПа.
Во время перевалки при переключении тумблера «работа-перевалка» на пульте оператора в положении «перевалка» бортовые распределители занимают нейтральную позицию, соединяя поршневые полости гидроцилиндров со сливом. Давление противоизгиба падает до нуляВыбор режима работы системы для каждой клети осуществляется оператором при помощи трехпозиционного ключа «Серво ПК - насос». Каждому режиму соответствует определенное включение электромагнитов, которое осуществляется релейно-контактной системой управления

4. Технико-экономическое обоснование реконструкции гидропривода
механизма противоизгиба
Одним из самых главных недостатков старой гидросхемы является постоянное заклинивание сервоклапанов. По этому гидросистема являлась не надежной. Гидросистема противоизгиба рабочих валков является новейшей разработкой в области автоматизации процесса. Их экономическая эффективность легко окупается уже через несколько лет работы. Но это только при соблюдении всех правил эксплуатации.
Данная система наиболее часто выходит из строя при несоблюдении качества используемой рабочей жидкости масла. Аварийные ситуации случаются, когда плохо профильтрованное масло забивает каналы гидросистемы. При таких ситуациях существует определенный порядок работ по устранению аварий.
В таких случаях целесообразно установить дополнительные фильтры, но это не придется делать при использовании качественного масла.
Из агрегатных журналов видно, что наиболее часто остановка системы происходит из-за разрушения уплотнений. Это связано с некачественным материалом уплотнения и, описанной выше, чистотой масла, которая влияет на долговечность почти всей гидроаппаратуры. Остановки также случаются при износе предохранительных клапанов, которые работают в среднем 3000 часов, и при износе блоков цилиндров. При выходе из строя гидроаппаратуры гидросистему отключают, полностью сливают и производят замену.
Для того, чтобы избежать внеплановых остановок ведутся журналы наблюдений, в которых регистрируются все поломки и сбои гидросистемы.
Затем они анализируются и производятся исследования по выявлению причин этих поломок, делаются специальные расчеты, чтобы выяснить долговечность той или иной гидроаппаратуры, выявляют промежутки времени поломок, из которых в конечном счете составляют графики ремонтов.
К недостаткам системы также относятся ее размеры, точнее расположение и установка гидроаппаратуры. Насосную станцию устанавливают в маслоподвале из-за ее габаритов, поэтому появляются потери давления в трубопроводах, по которым идет рабочая жидкость.

5.Финансовая оценка проекта
Металлургический цех имеет основные фонды на 2484310635,87 рублей. В отчетном году стан 2000 горячей прокатки ЛПЦ-10 ОАО «ММК» имел часовую производительность 760,5 т/ч. Простои стана 2000 горячей прокатки составляют: на капитальный ремонт 58ч; на планово – предупредительные работы 409 ч;
С р – основной фонд;
С р =2484310635,87 млн.руб;
П – часовая производительность;
П=760,5 т/ч
Простои стана составили:

капитальные ремонты Т к.р –58 ч.
Планово-предупредительные ремонты Т ппр – 409 ч.
Текущие простои стана Т ек.пр – 14,9% от номинального времени.

Т кал =365 дн ·Т с ·С=365·8·3= 8760 ч – календарный фонд времени оборудования, равен продолжительности календарного года, сутки;
Т с – продолжительность одной рабочей смены, ч;
С – количество смен работы оборудования, сутки.

Номинальный фонд-это время, в течение которого по принятому режиму должно работать оборудование и рабочие без учета потерь времени.
Т ном. =Т кал -Т пл.п; (5.1)
Т пл.п =Т кап.рем +Т п.п. р. +Т в; (5.2)
Т пл.п =58+409+0=467 ч;
Т в – время выходных;
Т ном= Т кал -(Т кап.рем +Т п.п.р. +Т в); (5.3)
Т ном=8760-(58+409+0)=8293 ч.

Т ек.пр =0,149*8293=1235ч
Фактический фонд определяется путем исключения из номинального фонда времени неизбежных потерь. Они связаны с возможными ремонтами оборудования и плановым обслуживанием его.
Т ф. =Т ном. -Т тек.пр; (5.4)
Т ф = Т ном . -0,149Т ном. =8293-8293*0, 149=7058 ч.
Часовая производительность 760,5 т/ч.
Обьём производства:
V пр-ва. = Т факт ·П; (5.5)
V пр-ва =760,5·7058=5367609т/год.
Таблица 5- Баланс времени работы оборудования стана 2000 горячей прокатки

В результате данной модернизации текущие простои могут сократиться на 4%. Рассчитаем проект. Увеличилась часовая производительность на 100 т за счет уменьшения простоев и времени на ремонт.

Т ек.пр =0,109*8293= 903,94ч; (5.6)
Т факт. =Т ном. -Т тек. пр. =Т ном. -0,109Т ном. =8293- 8293*0,109=7389,1ч;
V пр-ва. = Т факт ·П=860,5·7=6358320,5т/год.

5.1 Смета капитальных затрат
Рассчитаем капитальные затраты предприятия на покупку и монтаж гидросистемы противоизгиба стана 2000 горячей прокатки ЛПЦ-10 ОАО «ММК».
К з =С об +М+Д±О-Л;(5.1.1)
К з =56270840+10000+8000+ 17200-135=91336 тыс.руб
С об =С опт. +С з.ч. +С пр. +С тр. +С с кл. +С к. +С д. +С н; (5.1.2)
С опт. =40 млн руб- оптовая стоимость оборудования.
Стоимость запасных частей:
С з.ч. =(2-3%)С опт. =0,02* 40000000=800 тыс.р.
Стоимость затрат на проектирование:
С пр. =(12-18%)С опт. =0,15* 40000000=6000 тыс.р.
Транспортные расходы:
С тр. =(3-10%)С опт. =0,07* 40000000=2800 тыс.р.
Заготовительно-складские расходы:
С скл. =(1-5%)(С опт. +С з.ч.)=0, 015*(40000000+800000)=612 тыс.р.
Затраты на комплектацию оборудования:
С к. =0,5%(С опт. +С з.ч.)=0,005* 40800000=204 тыс.р.
Затраты на доводку и испытание особо сложного оборудования:
С д. =5%(С опт. +С з.ч. +С пр.)=0,05* (40800000+6000000)=2340 тыс.р.
Затраты на неучтённое оборудование:
С н. =(5-10%)(С опт. +С з.ч. +С тр. +С скл. +С пр.)=
=0,07*(40000+800+2800+612+ 6000)=3514840тыс.р.
С об. =40000+800+6000+2800+612+ 204+2340+3514840=56270840 тыс.р.
Затраты на монтаж нового оборудования:
М=(10-40%)С опт. ; (5.1.3)
М=0,25*40000=10000тыс.р.
Д=20%·40000=8000 тыс.руб; (5.1.4)
Л=Ц л· m; (5.1.5)
и т.д.................