4.3. Определение производительности стана, площади складов металла, расхода энергоносителей, материалов и инструмента

Часовую, среднюю часовую и годовую производительность стана определяем по формулам (1), (6) и (7).

Коэффициент использования полунепрерывных и непрерывных широкополосных станов горячей прокатки равен 0,9 (при прокатке полос толщиной менее 2 мм k_и = 0,75) [9].

Коэффициент расхода металла при производстве стали в рулонах без обрезки кромок:

— кипящей углеродистой — 1,02-1,05;

— спокойной углеродистой и низколегированной — 1,03-1,075;

— легированной — 1,04-1,1.

Число часов работы в году непрерывного стана горячей прокатки составляет 7000.

Емкость и площадь складов слябов и готовой продукции определяем по формулам (20), (21).

Слябы укладывают пачками в стопы высотой до 3 м или в штабель крест-накрест высотой до 4м. Удельная нагрузка q на данном складе составляет 120 кН/м².

Около 40% горячекатаных рулонов по межцеховому конвейеру сразу передаются в цех холодной прокатки. Оставшиеся 60% укладываются в штабель-пирамиду в вертикальном положении оси рулона, в несколько рядов высотой до 4,5м и хранятся до отгрузки потребителю. Удельная нагрузка q на складе готовой продукции составляет 80 – 110 кН/м². Нагрузка зависит от удельной массы рулона на 1 м ширины рулона.

Расходные коэффициенты для определения годовой потреб-

ности цеха в различных ресурсах по формуле (22) [1,2]:

электроэнергия, кВтч/т 60-70

вода, м^з/т 40

сжатый воздух, м^з/т 15

пар, кг/т 30

топливо, кДж/т 2,2810⁶

смазочные материалы, кг/т:

густые 0,15

жидкие 0,35

огнеупоры для печей, кг/т 0,6

валки, кг/т 1-1,1

5. Проектирование линии производства холоднокатаной листовой стали

5.1. Схема производства и характеристика технологических операций

В настоящее время имеется устойчивая тенденция к увеличению доли холоднокатаной листовой стали в общем выпуске листового проката. Это связано с увеличением производства автомобилей и других видов пассажирского транспорта, сельскохозяйственных машин, бытовых металлических изделий (холодильников, кондиционеров и других электроприборов), изделий пищевой и консервной промышленности с применением металлической тары, изделий электротехнической, радиотехнической, полиграфической промышленности. Особенно увеличилась потребность и соответственно производство холоднокатаного металла с антикоррозионными покрытиями в связи с применением гладких и профилированных листов в строительстве для ограждающих конструкций промышленных зданий и сооружений. Доля холоднокатаного листа в общем объеме производства проката промышленно развитых стран за 10 – 15 лет составляет 18 – 39 %.

Холоднокатаные листы и полосы (ленты) толщиной от 5 до 0,001 мм широко применяют в разных отраслях промышленности благодаря широкому сортаменту и высокому качеству. Эта продукция характеризуется высокой степенью точности размеров, плоскостностью, чистотой поверхности, повышенными механическими и технологическими свойствами металла.

На современных участках для производства холоднокатаной листовой стали применяется прогрессивный рулонный способ, который обеспечивает:

- высокую производительность как собственно прокатных станов, так и многочисленных технологических агрегатов (травления, отжига, дрессировки, нанесения покрытия, резки и т.д.), устанавливаемых на этих участках;

- непрерывность технологического потока в составе каждого агрегата и возможность автоматизации производства;

- высокое качество продукции по геометрии и механическим свойствам;

- высокие технико-экономические показатели производства.

Характеристика некоторых отечественных современных станов холодной прокатки приведена в табл.10.

Таблица 10

Технические параметры современных станов

холодной прокатки

Параметры	Стан 2500 ММК	Стан 2000 НЛМК	Стан 1700 КарМК	Стан 1400 КарМК
Размеры исходной полосы, мм: толщина ширина	1,5–5,0 1250-2350	1,8-6,0 900-1850	1,8-6,0 700-1550	1,8-3,0 700-1250
Диаметр рулона: внутренний наружный	730-830 1950	750 1200-2250	750 1550-2700	750 1550-2200
Размеры полосы после прокатки, мм: толщина ширина	0,6-2,5 1250-2350	0,35-3,5 900-1850	0,4-3,5 700-1550	0,1-0,6 700-1250
Диаметр рулона: внутренний наружный Максимальная масса рулона, т Число клетей	800 1950 30 4	600 1200-2200 45 5	600 1550-2700 45 5	400 1100-2200 30 6
Диаметр валков, мм: рабочих опорных	500-470 1500-1410	615-550 1610-1490	600 1500	600-570 1400-1320
Длина бочки валков, мм: рабочих опорных	2500 2500	2030 2030	1700 1700	1400 1400
Мощность двигателей, кВт: разматывателя рабочих клетей моталки	400 2х2800 2х2800	2х590 4х2050 2х1065	2х200 2х29001 2(2х2400)1-5 3х1250	2х6401 2х1002 30001 2х30002-6 2(4х630)
Максимальная скорость прокатки, м/с	21	31,7	25	33
Максимальная емкость петлевого устройства, м	-	800	-	Нет свед.
Масса оборудования, т	4220	8995	6075	8300
Общая длина агрегата, м	30,4	41	65	120

Примечание. ^{1, 2, 1 – 5, 2 – 6} - номер разматывателя или клети.

Исходным продуктом для холодной прокатки листовой стали являются горячекатаные полосы толщиной 2-6мм, поступающие с широкополосных станов горячей прокатки.

Готовой продукцией цехов холодной прокатки являются:

— горячекатаная полосовая и листовая сталь, с поверхности которой удалена окалина;

— горячекатаная термически обработанная полосовая и листовая сталь, с поверхности которой удалена окалина;

— холоднокатаная конструкционная углеродистая и низколегированная сталь толщиной 0,4-3 мм в рулонах и листах;

— жесть (тонкая листовая сталь толщиной 0,08-0,35 мм, предназначенная, главным образом, для изготовления штампованных изделий, например, консервных банок, крышек к стеклянной таре);

— оцинкованная холоднокатаная сталь;

— холоднокатаная электротехническая (трансформаторная и динамная) сталь;

— холоднокатаная нержавеющая сталь.

Схемы технологического процесса производства холоднокатаной стали (рис.4) включают следующие операции.

1. Удаление окалины с поверхности горячекатаных полос, чтобы она не вдавливалась при холодной прокатке в металл и валки. Наибольшее распространение для очистки металлопроката получил химический способ (травление в растворе соляной или серной кислоты). Для обеспечения непрерывности движения полосы через кислотные ванны задний конец предыдущего рулона сваривают стыкосварочной машиной с передним концом последующего. При этом увеличивается масса рулона, что значительно повышает производительность станов холодной прокатки.

2. Холодная прокатка осуществляется при температуре металла не более, чем 150-200° С. В современных цехах процесс осуществляется, как правило, рулонным способом, при котором металл прокатывают в виде длинных полос, сматываемых в рулоны. Около 90% холоднокатаной листовой стали прокатывают на непрерывных станах, у которых все клети расположены последовательно, в каждой клети осуществляется один проход, и раскат одновременно находится в нескольких клетях.

Для получения конструкционной листовой стали толщиной 0,4-2,5 мм, шириной 1500-2350 мм, в рулонах массой 20-60 т применяют четырех- или пятиклетьевые непрерывные станы производительностью 1-1,7 млн.т/год.

а

б

в

Рис.4. Схемы технологического процесса производства холоднокатаной листовой стали: а — конструкционной стали; б — жести; в — оцинкованной стали

Для получения жести применяют пяти- или шестиклетьевые станы. Производительность таких станов достигает 750 тыс. т в год.

Холодная прокатка ведется с применением технологических смазок, которые подаются на поверхность валков и полосы. Смазка снижает коэффициент трения, благодаря чему уменьшаются сопротивление деформации и давление металла на валки. В качестве смазочных материалов применяют эмульсии, состоящие из подогретой воды (95-97%), кальцинированной соды и масла. При прокатке конструкционного листа используют эмульсии на основе минеральных масел, а при получении жести — дорогие, но более эффективные эмульсии с растительными маслами (например, пальмовым маслом).

3. Электролитическое обезжиривание и очистка предназначены для удаления с поверхности стальной холоднокатаной полосы остатков технологической смазки, применяемой на станах холодной прокатки. Сгорая и разлагаясь в очаге деформации, технологическая смазка оставляет на поверхности проката жировую пленку с наличием вкатанного сажистого углерода. Нанесение покрытий невозможно без предварительной механической очистки полосы щетками и химического обезжиривания.

4. Термическая обработка (рекристаллизационный отжиг при 720-750° С) производится для достижения требуемых механических свойств холоднокатаной углеродистой листовой стали. Отжиг осуществляется в колпаковых печах или на непрерывных агрегатах с протяжными печами.

5. Дрессировка представляет собой холодную прокатку отожженного металла с обжатием 0,5-3% (в отдельных случаях до 5%). Дрессированные листы приобретают блестящую полированную поверхность. Кроме того, происходит поверхностное упрочнение (наклеп) металла. Это необходимо для стали, применяемой для изготовления штампованных изделий, так как при холодной штамповке листов, имеющих недостаточно жесткий поверхностный слой, могут появиться дефекты поверхности (следы от пересечения плоскостей сдвигов с внешней поверхностью листа).

Дрессировку осуществляют на одно- или двухклетьевых станах.

6. Резка полосы, смотанной в рулоны, производится на агрегатах следующих видов:

— агрегаты поперечной резки, предназначенные для разрезки полос на листы мерной длины и выдающие продукцию в виде листов, уложенных в пакеты;

— агрегаты продольной резки, предназначенные для разрезки полос на более узкие ленты и выдающие продукцию в рулонах;

— комбинированные агрегаты резки, выполняющие в зависимости от потребности функции агрегатов поперечной или продольной резки.

Масса исходных рулонов, подаваемых на агрегаты резки, достигает 40 т и более; скорость перемещения полосы в процессе резки 1-7 м/с.

7. Нанесение покрытия на поверхность листового проката является эффективным методом защиты металла от коррозии. Большую долю в производстве проката с покрытиями занимает белая (луженая) жесть, широко применяющаяся для изготовления консервной тары и в ряде других отраслей промышленности для упаковки красок, масел и другой продукции, а также в радиоэлектронике и приборостроении.

Оловянные покрытия на жесть могут быть нанесены двумя способами:

— горячим лужением, при котором металл пропускается через ванны с расплавленным оловом;

— электролитическим лужением, когда слой олова осаждается на поверхность жести в сернокислой, щелочной или галогенной ванне.

Скорость движения металла при электролитическом лужении достигает 8-10 м/с, а при горячем — 0,5 м/с. Высокая производительность агрегатов и малый расход олова при электролитическом нанесении покрытий обусловили широкое распространение этого способа.

Новым материалом, успешно заменяющим белую жесть, является хромированная лакированная жесть. Хромирование производится электролитическим способом, лакирование — в электролитическом поле высокого напряжения, сушка лакового покрытия — индукционным нагревом. Новая жесть обладает высокой коррозионной стойкостью и не требует больших затрат на изготовление.

Конструкционную листовую сталь покрывают цинком или алюминием, что повышает срок службы листов в десятки раз. Горячим цинкованием (опусканием листов в расплавленный цинк, имеющий температуру 450-500° С) получают толщину покрытия 10-40 мкм.

В последнее время расширяется производство листов с неметаллическими покрытиями (пластмассы и лаки), которые наносятся на поверхность проката в виде пленок или порошков с помощью вращающихся валков и электрических полей высокого напряжения.

Схемы производства нержавеющей и электротехнической сталей имеют более сложный вид и могут включать многократную термообработку различных видов (закалка, обезуглероживающий отжиг, высокотемпературный отжиг и т.п.), полировку, шлифование и т.д.

Основной агрегат на участках производства холоднокатаного листа, определяющий его сортамент и производительность,- стан холодной прокатки. В современных цехах холодной прокатки устанавливаются непрерывные четырех-, пяти- и шестиклетьевые четырехвалковые и реверсивные, чаще всего одноклетьевые, четырех-, шести- или двадцативалковые станы. Реверсивные станы используются в основном для производства листов широкого сортамента из малоуглеродистых, легированных и электротехнических сталей, а также тонкой и тончайшей полосы из труднодеформируемых сталей и сплавов. Непрерывные станы устанавливаются в цехах с высокой производительностью. Для прокатки тонких листов и жести начали применять непрерывные станы бесконечной прокатки, оборудованные стыкосварочными машинами и петленакопителями (рис.5), обеспечивающими прокатку сваренных встык горячекатаных полос без заправки в стан передних концов каждого рулона и пауз между рулонами. На обычных непрерывных станах потери времени по этим причинам достигает 16 – 21 %. Преимущества стана бесконечной прокатки перед обычными непрерывными станами заключаются в повышении производительности из-за снижения простоев, тихого хода и значительного повышения машинного времени работы стана (в среднем на 50%); увеличении выхода годного в результате сокращения обрези переднего и заднего концов полосы (18 – 30 м на каждом рулоне); сокращении в 1,5 раза расхода валков и улучшении поверхности полос за счет снижения надавов на бочке валков от концов полос; улучшении условий труда и сокращении обслуживающего персонала благодаря полной автоматизации процесса прокатки.