Технология прокатного производства

М_тр – момент, приведенный к валу главного двигателя, затрачиваемый для преодоления сил трения в опорах валков (подшипниках) при прокатке;

М_х.х – момент, приведенный к валу главного двигателя, затрачиваемый для преодоления сил трения в элементах главной линии;

М_дин – момент, приведенный к валу главного двигателя, затрачиваемый для преодоления сил инерции главной линии при разгоне (+) или замедлении (-).

 

 

 

Определение момента  трения (М_тр) в опорах валков при прокатке зависит от типа клети:

 

для клети дуо -                   ;

 

для клети кварто -              ,

 

где Р – усилие прокатки, МН;

f_тр – коэффициент  трения в опорах валков;

d_тр – диаметр трения, м;

Д_р – диаметр рабочего валка, м;

Д_оп – диаметр опорного валка, м;

 

Момент холостого хода (М_х.х) равен сумме моментов, требующихся для вращения каждой детали главной линии с диаметром цапф d_п:

 

М_х.х = ΣМ_П = ΣG_пf_пd_п/2i_п

 

где М_П – момент, необходимый для вращения одной детали, приведенный к валу главного двигателя;

G_п – масса детали, МН;

f_п – коэффициент  трения;

d_п – диаметр трения;

i_п – передаточное число.

 

Практически момент холостого  хода определяется по зависимости:

 

М_х.х = (0,03…0,05) Мн

 

где М_н – номинальный момент главного двигателя (двигателей), МН.

 

Динамический момент возникает на станах работающих с  неравномерным вращением валков (реверсивные станы, станы с маховиком, станы с регулируемой скоростью прокатки). Динамический момент определяется по выражению:

– при ускорении валков –

                                            (9.2)

– при замедлении валков –

                                        (9.3)

 

 

где – суммарная маховая масса элементов главной линии, МН*м²

m – масса вращающегося элемента главной линии клети (якорь двигателя, коренная муфта, шестерные валки, головки шпинделей, тело шпинделей, рабочие валки, опорные валки), МН;

D_i – диаметр инерции этого элемента. Для инженерных расчетов:

 

принимаем:   D_i = 0,7 D.

 

D – диаметр вращающегося элемента главной линии клети, м.

a, b – угловое ускорение и замедление вращающегося элемента, с^-2.

g – ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с².

 

Моменты двигателя  на участках скоростной диаграммы будут  следующими:

Момент при разгоне  валков без металла:

                                           (9.4)

Момент при ускорении  валков с металлом:

                                 (9.5)

Момент при прокатке с постоянной скоростью валков с  металлом:

                                       (9.6)

Момент при замедлении валков с металлом:

                                 (9.7)

Момент при остановке  валков:

                                           (9.8)

Как видно, максимальный крутящий момент будет на участке  ускорения.

При проверке главных  двигателей на нагрев необходимо в  каждом проходе проверить главный двигатель (двигатели) на кратковременную перегрузку (рис 9.1):

М_доп = М_н * К_п:

 

а) при ω_дв < ω_н                                М_у/М_н< К_п

б) при ω_дв > ω_н                                М_уθ_у/М_н< К_п

где К_п – коэффициент перегрузки, К_п = 2,5.

 

 

Рисунок 9.1 – Зависимость  крутящего момента электродвигателя реверсивного стана (М, МН*м) от угловой скорости вращения якоря (ω,с^-1)

 

Проверку главного двигателя (двигателей) на нагрев производят по среднеквадратичному моменту (М_кв) за весь период прокатки раската:

 

М_кв =   < 0,9 * М_н                            (9.9)

 

где 0,9 – коэффициент  запаса электродвигателя по нагреву;

Т – цикл прокатки раската в клети, с;

 

В случае соблюдения соотношения (9.9) главные двигатели реверсивного прокатного стана при разработанном режиме обжатий будут длительно нормально работать без перегрева.

При этом в отдельных  проходах допускается перегрузка электродвигателя по квадратичному моменту. Обычно он перегружен в первых проходах.

При определении квадратичного момента за проход необходимо учитывать следующее. Поскольку при ω_дв > ω_н номинальный момент уменьшается пропорционально увеличению частоты вращения (рис 9.1), то удобнее перейти от действительного к номинальному моменту , указываемому в паспорте электродвигателя. Для этого необходимо заменить действительную нагрузочную диаграмму условной, умножив соответствующие моменты при                ω_дв > ω_н на величину . Тогда, с учетом вышеизложенного, квадратичный момент за проход, в общем случае,  будет складываться из следующих составляющих:

 

 

По результатам расчетов строятся нагрузочные диаграммы прокатки для каждого прохода. На рис. 9.2 - 9.3 представлены различные типы нагрузочных диаграмм.

 

 

 

 

Рисунок 9.2 – Нагрузочные  диаграммы прокатки при треугольной скоростной диаграмме:

а) ω_м>ω_н , ω_з<ω_н, ω_в<ω_н;

б) ω_м>ω_н , ω_з>ω_н, ω_в>ω_н

 

 

 

Рисунок 9.3 – Нагрузочные  диаграммы прокатки при трапецеидальной  скоростной диаграмме:

а) ω_м>ω_н , ω_з<ω_н, ω_в<ω_н;

б) ω_м>ω_н , ω_з>ω_н, ω_в>ω_н

 

 

 

 

 

ТЕМА 10

10.1 Производство заготовок

 

Заготовочные  станы предназначены для прокатки блюмов сечением от 250´250 до 400´400 мм в заготовки сечением от 50´50 до 150´150 мм, которые применяют в качестве исходного материала для прокатки сортовой стали и проволоки. Кроме квадратных прокатывают еще круглые заготовки; их используют на трубопрокатных станах для получения бесшовных труб.

Непрерывные заготовочные станы – это основное оборудование для производства заготовок на металлургических заводах. Эти станы устанавливают непосредственно за блюмингом. На рис. 10.1 показана одна из схем непрерывного заготовочного стана.

 

Рис. 10.1 – Схема расположения оборудования непрерывного заготовочного стана 630/450 групповым приводом:

 

1 – непрерывная группа клетей с валками диаметром 630 мм;  

2 – ножницы;

3 – непрерывная  группа  клетей с  валками диаметром  450  мм

 

Как правило, слитки прокатывают на блюминге до сечения 250´250 ¸ 400´400 мм; дальнейшее обжатие блюмов осуществляется на непрерывном заготовочном стане. После прокатки в первой группе клетей заготовки имеют сечение 100´100 мм и более, а после прокатки во второй группе клетей 45´45 мм (минимальное сечение).

Валки всех клетей каждой группы приводятся во вращение от одного электродвигателя мощностью 3680 кВт через редуктор и шестеренные клети. Этим станам свойственны следующие недостатки: а) необходимость кантовки полосы на ходу между клетями вынуждает применять кантующие проводки или кантующие ролики, в которых передний конец выходящей из валков полосы скручивается на определенный угол и в следующую клеть полоса поступает уже скантованной на 90°; б) жесткая кинематическая связь между клетями (через конические шестерни с постоянным передаточным числом) не позволяет регулировать скорости выхода полосы из каждой клети в процессе прокатки.

Характерными особенностями  современных непрерывных заготовочных станов являются: чередование клетей с горизонтальными и вертикальными  валками и индивидуальный привод для валков каждой клети с peгyлированием числа оборотов, причем суммарная мощность двигателей каждой группы клетей больше, чем у станов с групповым приводом. Прокатываемая полоса обжимается поочередно в вертикальном и горизонтальном направлениях без кантовки, поэтому образование трещин или царапин здесь исключается. Индивидуальный привод валков стана обеспечивает регулировку скорости прокатки, упрощает настройку и калибровку валков.

Современные непрерывные  заготовочные станы обеспечивают возможность получения заготовок более точных размеров, расширяют возможности прокатки круглых заготовок и других профилей, для которых недопустимо или затруднено кантование скручиванием полосы между клетями.

На рис. 10.2 показана схема  расположения оборудования современного непрерывного заготовочного стана 900/700/500, установленного за блюмингом 1300.

 

 

 

Стан предназначен для прокатки заготовок 80´80 ¸200´200 мм из блюмов 370´370 мм. Стан состоит из 14 клетей, причем первая группа состоит из восьми клетей, а вторая группа из шести клетей.

Первые две рабочие  клети с горизонтальными валками  диаметром  900 мм установлены отдельно от остальных клетей первой группы стана. Расстояние между второй и третьей клетями этой группы позволяет осуществлять кантовку полосы при помощи кантователя.

Следующие две клети  первой группы с горизонтальными  валками диаметром 900 мм по конструкции аналогичны первым двум клетям. Остальные четыре клети имеют валки диаметром 730 мм, причем пятая и седьмая имеют вертикальные валки.

В первой группе прокатывают  заготовки 200´200, 170´170 и 150´150 мм. Скорость прокатки в последней клети первой группы достигает 2,3 м/с. Вторая группа стана состоит из шести чередующихся клетей с горизонтальными и вертикальными валками диаметром 530 мм. В этой группе клетей из заготовки 150´150 мм, поступающей от первой группы стана, прокатывают заготовки 120´120, 100´100 и 80´80 мм. Скорость прокатки в последней клети второй группы равна 7 м/с.

Перед второй группой  клетей установлены летучие маятниковые  ножницы для обрезки переднего конца и кантователь. За второй группой клетей установлены летучие планетарные ножницы для резки полосы на мерные длины в пределах 8 - 12 м. Привод летучих ножниц включается автоматически от импульса фотореле или флажкового выключателя, установленных на некотором расстояниями впереди ножниц (в зависимости от длины отрезаемых заготовок). При выходе из последней клети передний конец заготовки засвечивает фотореле (или включает флажковый выключатель), которое дает импульс на включение привода ножниц. При выходе заднего конца заготовки из поля фотореле оно выключает двигатель и ножницы останавливаются.

Все технологические  операции на стане механизированы и  автоматизированы. На стане применены: механизм для комплектной смены валков и передвижения горизонтальных клетей при переходе на прокатку в другом калибре; универсальные шпиндели с шарнирами на подшипниках качения, механизированная скиповая уборка обрезков от ножниц, месдозы для измерения давления металла на валки и натяжения заготовки при прокатке, водоохлаждаемые ролики рольгангов с приводом от двигателей с полым валом, автоматическое клеймение заготовки, программирующая цифровая вычислительная машина для управления работой стана.

Производительность стана  примерно 750 т/ч или 5,3 млн. т в год.

 

10.2 Способы кантовки полосы на НЗС

 

Для непрерывно-заготовочных станов большое значение имеет обеспечение автоматической кантовки полосы в процессе прокатки.

В настоящее время  кантовка полосы осуществляется геликоидальными  проводками и кантующими роликами. Кантующие или геликоидальные проводки (рис 10.3) состоят из двух половин, образующих полость, сечение которой соответствует сечению прокатываемой полосы.

 

 

Рис. 10.3 – Кантующие (геликоидальные) проводки

 

С момента входа полосы в проводки и до момента выхода переднего конца из них полоса движется по винтовой линии, отклоняясь на угол φ₀. При дальнейшем движении полоса продолжает поворачиваться вокруг своей оси до заданного угла кантовки φ. Угол поворота полосы (угол кантовки) зависит от длины проводок l, расстояния между осями валков соседних клетей L и угла начального поворота полосы φ₀ за время прохождения ее через проводки. Связь между этими величинами выражается уравнением

 

φ₀ = φ (l/L)

 

Процесс кантовки полосы в геликоидальных проводках сопровождается ее скручиванием, в результате которого возникают напряжения, способные привести к образованию трещин. Кроме того, вследствие давления, оказываемого на стенки проводки со стороны полосы, происходит быстрый износ проводки, наваривание металла на рабочие стенки, в результате чего поверхность прокатываемой полосы ухудшается.

Опыт работы некоторых  заводов показывает, что до 40% всех поверхностных дефектов металла (риски, задиры и пр.), удаляемых вырубкой или огневой зачисткой, получается вследствие применения геликоидальных проводок.

Для уменьшения трения и  износа проводок применяли роликовые кантующие проводки, в которых полоса скользила по вращающимся роликам. Однако эти проводки не получили широкого распространения вследствие сложности конструкции и малой стойкости в работе.