3.3.4. Расчет усилия и момента прокатки

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

(38)

где — среднее контактное давление металла на валки, Па;

F_к — проекция контактной площадки металла с валками, м².

Для листовой прокатки величину F_к находят из выражения

(39)

где В — ширина раската при прокатке в клети, м.

Среднее контактное давление зависит от напряженного состояния металла в очаге деформации

, (40)

где — коэффициент напряженного состояния.

В зависимости от геометрического параметра очага деформации М. Я. Бровман рекомендует принимать [4]:

при 0,5 2;

при 2;

при 0,5,

где

Средняя толщина полосы в очаге деформации

.

Момент прокатки — составляющая момента на валу двигателя главного привода, обусловленная сопротивлением прокатываемого металла деформированию и трением на контактных поверхностях очага деформации. Момент прокатки в клети стана следует определять по формуле:

(41)

где — коэффициент плеча приложения усилия прокатки (для чистовой клети толстолистового стана = 0,39).

3.4. Расчет производительности стана, площади складов металла, расхода энергоносителей, материалов и инструмента

Часовую производительность толстолистового стана можно определить по формуле (1), среднюю — по (6), годовую — по (7).

Коэффициент использования реверсивного стана составляет 0,85-0,87 [7].

Коэффициент расхода металла при прокатке толстолистовой стали из слябов следующие [7]:

— кипящая углеродистая сталь 1,18 - 1,23

— спокойная углеродистая сталь 1,20 - 1,25

— низколегированная сталь 1,20 - 1,27.

Темп прокатки в черновой и чистовой клетях толстолистового стана, как правило, различен. Темп прокатки на двухклетьевом стане в целом будет определяться наибольшим темпом прокатки в одной из клетей. Поэтому необходимо рассчитать темп прокатки в черновой и чистовой клетях стана и в формулу (1) подставить наибольший :

(42)

где — суммарное машинное время прокатки в клети, с;

— число проходов в клети;

— время паузы между проходами, с;

— время паузы между концом прокатки в клети одного раската и началом прокатки следующего, с.

Число часов работы в году реверсивных толстолистовых станов горячей прокатки составляет 7200 [2].

Емкость и площадь складов слябов и готовой продукции опреде­ляют по формулам (20), (21). Слябы укладывают пачками в стопы высотой до 3 м или крест-накрест в штабеля высотой до 4 м. Удельная нагрузка q на данном складе составляет 120 кН/м² . На складе готовой продукции пачки горячекатаных толстых листов хранятся в штабелях высотой до 3 м (q=70 кН/м²).

Расходные коэффициенты для определения годовой потребности цеха в различных ресурсах по формуле (22) [1, 2]:

электроэнергия, кВт ч/т 80-90

вода, м^з/т 35-50

сжатый воздух, м^з/т 30

пар, кг/т 40

топливо, кДж/т 2,5110⁶

смазочные материалы, кг/т:

густые 0,1

жидкие 0,3

огнеупоры, кг/т:

для нагревательных колодцев 2,5

для нагревательных печей 0,6

валки, кг/т 1,2-1,8

4. Проектирование линии производства горячекатаной листовой стали на непрерывном стане

4.1. Схема производства и характеристика технологических операций

В настоящее время основное количество листовой стали толщиной от 1,2 до 16 мм получают на непрерывных станах горячей прокатки.

В Российской Федерации установлены три таких современных стана 2000: на Новолипецком, Череповецком и Магнитогорском металлургических комбинатах. Технические параметры этих станов представлены в табл.7.

Технологический процесс производства на участках горячей прокатки с непрерывными широкополосными станами осуществляется по следующей принципиальной схеме:

- нагрев слябов в методических печах до заданной температуры в зависимости от марки стали;

- прокатка в черновой группе до толщины подката 25 – 50 мм;

- прокатка в чистовой группе до заданной толщины полосы;

- охлаждение полосы на отводящем рольганге до требуемой температуры смотки;

- смотка полосы в рулон на моталках;

- передача рулонов на склад готовой продукции цеха, либо в отделение отделки горячекатаных рулонов, либо в цех холодной прокатки.

Все технологические операции от посада слябов в нагревательные печи до выдачи рулонов на склад готовой продукции проводятся в едином технологическом потоке стана.

Компоновка оборудования непрерывных широкополосных станов характеризуется высокой степенью поточности технологического процесса (рис.3) и определяется сортаментом, объемом производства, принятой технологической схемой и перспективой развития.

Стан 2000 Новолипецкого металлургического комбината введен в эксплуатацию в 1969 году. Он предназначен для производства листа толщиной 1,2-16 мм и шириной 900-1850 мм из слябов толщиной 200-250 мм, длиной до 10,5 м и массой до 36 т.

Таблица 7

Технические параметры современных непрерывных

широкополосных станов горячей прокатки

Параметры	Стан 1700 НЛМК	Стан 2000 ЧерМК	Стан 2000 ММК
Размеры полосы, мм: толщина ширина	1,2 – 16 900 – 1850	1,2 – 16 900 – 1930	1,2 – 16 750 – 1850
Диаметр рулона, мм: внутренний наружный	850 2300	850 2300	850 2500
Размеры исходного сляба, мм: толщина ширина длина Масса сляба, т	200 – 250 900 – 1850 4000-10500 10 – 36	150 – 250 950 – 1850 4500-10500 4 – 36	250 750 – 1850 480-12000 до 45
Число и тип рабочих клетей: черновой группы чистовой группы	1 вертикальная, 1 дуо горизонтальная, 4 кварто универсальные 7 кварто	1 вертикальная, 1 дуо горизонтальная, 4 кварто универсальные 7 кварто	1 вертикальная, 1 дуо горизонтальная, 5 кварто универсальные 7 кварто
Мощность главных приводов, кВт: черновой группы чистовой группы суммарная стана Максимальная скорость прокатки, м/с	41260 77420 118680 20	53580 84000 137580 21	42340 93200 135540 21
Противоизгиб валков	-	Рабочих в клетях 5, 6, 7 чистовой группы	Рабочих в клетях чистовой группы
Количество моталок: конечных промежуточных	2 3	3 2	3 3
Удельная масса рулона максимальная, т/м	20,5	20,5	20,5
Годовая производительность, млн. т	6,1	6,3	5,5

Нагрев слябов до 1180-1280^о С производится пятью методическими нагревающими печами производительностью 250-320 т/ч каждая при холодном посаде. Первые три печи толкательного типа, а четвертая и пятая — с шагающими балками.

Черновая группа стана состоит из вертикального окалиноломателя, двухвалковой клети и четырех универсальных четырехвалковых клетей. Чистовая группа — из двухвалкового окалиноломателя с горизонтальными валками и семи четырехвалковых клетей, объединенных в непрерывную группу.

Во время нагрева сляб в печи интенсивно окисляется раскаленными газами и покрывается толстым слоем окалины. Чтобы окалина не вдавливалась в металл при прокатке, ее удаляют в вертикальном окалиноломателе. Сляб обжимается с боков на 15-80 мм, хрупкая окалина отслаивается с его поверхности и сбивается водой, подаваемой под давлением до 15 МПа.

Клети черновой группы находятся на значительном удалении друг от друга и раскат, прежде чем войти в последующую клеть, полностью выходит из предыдущей. Обжатие в вертикальных валках черновых универсальных клетей принимают таким, чтобы компенсировать естественное уширение металла при прокатке в горизонтальных валках. На выходе раската за каждой клетью установлен гидросбив для удаления окалины.

После прокатки в черновой группе подкат толщиной 25-50 мм с температурой 1000-1120^о С (меньшее значение температуры соответствует меньшей толщине подката) по промежуточному рольгангу поступает в чистовую группу клетей.

Перед чистовой группой установлены ножницы для обрези переднего и заднего концов раската. В чистовом окалиноломателе валки прижимаются к металлу с помощью пружинных стаканов. При обжатии полосы на 0,2-0,4 мм разрушается слой окалины, образовавшийся при прохождении промежуточного рольганга. Раздробленная окалина уда­ляется гидросбивом. Клети чистовой группы расположены на близком расстоянии друг от друга и полоса при прокатке может одновременно находиться во всех клетях.

Для получения стали с мелким и равномерным зерном прокатку в последней клети необходимо проводить при температуре 850-950^о С, а смотку полосы в рулон — 500-650^о С. Для ускоренного охлаждения раскатов над отводящим рольгангом и под ним установлены устройства для интенсивной подачи воды (до 12000 м^з/ч).

Передний конец полосы заправляют в моталку при скорости прокатки не выше 10 м/с, а затем ее повышают до максимальной (20 м/с). При этом ускорение составляет 0,05-0,1 м/с², что способствует выравниванию температуры по длине полосы (при ускорении происходит разогрев металла по длине из-за увеличивающейся скорости деформации).

Смотка полос осуществляется в одной из двух групп моталок. Ближайшая к клетям группа моталок предназначена для быстро остывающих полос толщиной 1,2-5 мм, а дальняя — для более толстых. После смотки рулоны поступают по подземному конвейеру в цех холодной прокатки или в отделение отделки горячекатаных рулонов.

Стан 2000 Череповецкого металлургического комбината (1975 г.) аналогичен стану 2000 Новолипецкого металлургического комбината. Основные отличия состоят в следующем:

— установлено четыре нагревательных печи с шагающими балками;

— три последние черновые клети объединены в непрерывную подгруппу, что позволило сократить длину черновой группы на 83 м;

— в чистовой группе предусмотрена возможность установки восьмой клети.

Непрерывный стан 2000 ОАО "ММК" является последним из серии таких станов, спроектированных и изготовленных производственным объединением "Ново-Краматорский машиностроительный завод". Стан предназначен для производства горячекатаных полос из непрерывно-литых слябов массой до 45 т, толщиной 250 мм, шириной 750-1850 мм и длиной 4,8-12 м. Нагрев слябов до температуры прокатки производится в трех методических печах с шагающими балками. Производительность каждой печи 460 т/ч. В дальнейшем предусмотрена установка четвертой печи. Стан имеет черновую группу, включающую вертикальный окалиноломатель, двухвалковую клеть и пять универсальных клетей кварто, из которых три последних объединены в непрерывную подгруппу, а также чистовую группу в составе горизонтального окалиноломателя и семи клетей кварто (предусмотрена возможность установки восьмой клети).