Расчет производительности стана

Изготовление проката мерных и кратных длин требует некоторых дополнительных затрат и сопровождается известным снижением производительности прокатных станов. Поэтому в прейскурантах на металлопродукцию предусматриваются приплаты за поставку проката кратных и мерных длин, выражаемые в процентах к оптовой цене на прокат нормальной длины. В действующих прейскурантах предусмотрены приплаты до 9 % за мерность и 5 % за кратность поставляемого проката. При заказе металлопроката необходимо сопоставить реальную экономию, которую даст получение мерных или кратных штанг или полос, с дополнительными расходами в виде приплат за мерность либо кратность. Учет в тоннаже не отражает и изменений сортамента проката, хотя в зависимости от профиля, размера, марки стали, назначения проката производительность прокатного стана, выраженная в тоннах, может увеличиваться или снижаться в 2 раза и более. При учете выполнения плана в физических тоннах металлургические заводы стремятся производить больше простых, тяжелых профилей в ущерб освоению новых сложных, облегченных и экономичных видов проката. Это противоречит интересам потребителей, поскольку препятствует повышению эффективности производства и максимальному приближению заготовок к размерам готовых изделий. Поэтому перед металлургическими заводами ставится задача - внедрить учет проката по теоретической массе вместо физической. При учете поставок по теоретической массе обеспечивается заинтересованность производителей в снижении массы проката, в переходе к минусовым допускам ( в пределах ГОСТов), что дает 2 - 3 % экономии металла. В результате достигается единство интересов металлургических заводов и государства. Среди механизмов центральной клети особо выделяется механизм нажимного устройства, точность работы которого определяет качество продукции, а его быстродействие в значительной мере определяет производительность прокатного стана. Необходимость автоматизации нажимного устройства и вызывается этими противоречивыми требованиями, которые человек не в состоянии выполнить в полной мере. Вспомогательные машины должны обладать абсолютной надежностью и безотказностью в работе, так как малейшая задержка в одном из звеньев поточной технологии прокатного цеха неизбежно вызывает простои других машин и механизмов и соответствующее снижение производительности прокатного стана. Особенности технологических режимов реверсивных обжимных станов предъявляют ряд требований к их электроприводу: 1) обеспечение приводом и системой его управления частых пусков и реверсов ( до 1000 - 1200 включений в 1 ч); 2) в целях увеличения производительности прокатного стана переходные процессы пусков, реверсов и торможений, временная доля которых очень велика в полном цикле прокатки, должны совершаться за минимальное время; 3) большие перегрузки по току и моменту, обеспечивающие требуемые значительные ускорения клети с металлом в валках, должны сочетаться с надежной коммутацией; 4) система электропривода должна обеспечивать широкий диапазон регулирования скорости. Производительность прокатных станов во многом определяется качеством прокатных валков. Стойкость валков представляет собой важнейшую проблему прокатного производства. Особенно большое внимание стойкости прокатных валков стало уделяться в наше время, время широкой автоматизации прокатного производства, время создания станов непрерывной прокатки. Для сталей, прокатанных обычным способом, температура предварительного нагрева слитка составляет - 1300 С. С целью повышения производительности прокатного стана прокатку стараются вести как можно быстрее, при этом конечная температура детали составляет - 1000 С. Ответственным моментом калибровки прокатных валков является распределение обжатий по пропускам. Чем выше обжатие, тем меньше требуется проходов для получения изделия и тем больше производительность прокатного стана. Основными факторами, определяющими возможное обжатие в каждом проходе и величину вытяжки, являются: размер и форма прокатываемого профиля, пластичность металла, угол захвата металла валками, качество и точность размеров проката, мощность двигателей, прочность валков и других деталей клети. Электроимпульсная обработка не только позволяет гораздо производительнее, чем фрезерование, изготовлять ручьи, но и снимает ограничения в твердости валка. Последнее обстоятельство особенно важно, так как таким путем достигается значительное повышение стойкости валков и увеличивается производительность прокатных станов вследствие сокращения потерь времени на перевалку. Для повышения стойкости быстроизнашивающихся деталей металлургического оборудования широко применяется автоматическая наплавка порошковой проволокой под слоем флюса. Автоматическая наплавка под слоем флюса значительно повышает стойкость и снижает расход прокатных валков при одновременном повышении производительности прокатных станов, значительно повышает срок службы засыпных аппаратов доменных печей, снижает стоимость режущего инструмента. Например, механизация установки, смены и уравновешивания валков позволяет сократить время трудоемкой операции перевалки и улучшить качество металла. Применение слитковозов, опрокидывателей слитков, рольгангов, поворотных, подъемных и подъемно-поворотных механизмов и устройств, толкателей, манипуляторов и кантователей позволяет увеличить производительность прокатных станов. Использование ножниц и пил различной конструкции, правильных машин и прессов, моталок и разматывателей позволяет получать качественную металлопродукцию. Механизация операций клеймения и маркировки проката, укладки и обвязки проката, а также трудоемких операций зачистки позволяет улучшить условия труда. При прокатке тонких стальных листов пакетами отдельные листы часто свариваются друг с другом так плотно, что разделить их удается лишь с большим трудом. Раздирочные машины, которые заменяют ручную раздирку при помощи клещей и особых ножей, значительно облегчают работу по раздирке листов, уменьшают количество брака и тем самым увеличивают производительность прокатных станов. В связи с переходом на непрерывные методы прокатки листов раздирочные машины строят сравнительно редко. Замечено, что на производительность оказывает влияние остановка стана. Из анализа материалов об остановке прокатного цеха одного из металлургических заводов видно, что кратковременное прекращение электроснабжения с предупреждением за 5 - 10 мин действительно позволяет избежать брака продукции в прокатных цехах, но происходит серьезное расстройство ритма работы прокатного стана. Например, если до остановки прокатный стан давал до 40 т проката в час ( прокат квадрата), то после остановки вследствие нарушения ритма в первые 2 ч производительность прокатного стана уменьшается вдвое. Следовательно, и в данном случае имеется явное нарушение технологического процесса прокатного производства. 

Производительность прокатного стана  – это количество металла прокатанного в стане за единицу времени. Производительность станов обычно исчисляется по весу годного проката, после отделки. По блюмингам и толстолистовым станам производительность определяется по всаду, т.е. по весу прокатанных слитков.

Единицами времени, к которым обычно относится производительность являются час, смена, сутки, год в соответствии, с чем речь идет о часовой, сменной, суточной и годовой производительности.

Основным показателем использования  стана является производительность в фактический час работы. Производительность стана по годному определяется весом исходного слитка или заготовки, коэффициентом выхода годного, тактом прокатки и коэффициентом использования стана по формуле

, где

П - производительность стана по годному, т/час;

3600 – количество секунд  в часе;

Q – вес слитка, т;

b – коэффициент выхода годного;

Т – такт прокатки;

k – коэффициент использования стана

Отдельные факторы определяющие производительность прокатного стана связаны между собой.

Вес и размеры прокатываемого слитка (заготовки) весьма существенно влияют на производительность стана. Вес слитка должен приниматься оптимальный план, при котором производительность  стана по годному будет наивысшей, а отходы металла – наименьшими.

Коэффициент выхода годного.

Выход годного – это  отношение массы готовых непрерывно литых заготовок (или блюмов и слябов, полученных прокаткой из слитков) к массе жидкого металла, используемого при разливке; при выплавке стали под выходом годного подразумевается массовое отношение жидкой стали к массе завалки металлической части шихты.

В прокатном производстве имеют место потери металла в  виде угара и обрезков, обусловленные  как самим технологическим процессом, так и свойствами прокатываемого металла. Так, при предшествующем прокатке нагреве поверхность металла  окисляется. Полученный раскат подвергают обрезке вследствие дефектов слитка (ликвационная зона, усадочная раковина и др.), а также дефектов, возникших в процессе прокатки (раковины, заусенцы и др.)

При прокатке полосы, особенно из слитка, отдельные части её вследствие неравномерности деформации получают разное удлинение, в результате чего концы полос бывают неровными, разлохмаченными. Эти дефекты устраняются обрезкой прокатанной полосы. Кроме того необходимость  обрезки может вызваться не несоответствием  размера раската (длины и ширины) размеру готовых изделий. Металл частично теряется также при зачистке и отделке. Величина отходов в  значительной мере зависит от ведения  технологического процесса.

Обеспечивая, минимальный избыток воздуха в атмосфере печи и сокращая время пребывания в ней металла, особенно в период томления, добиваются снижения угара металла.

Коэффициент выхода годного  показывает, какую долю годного металла  можно получить из единицы принятого  в прокатку металла.

Расходные коэффициенты металла, представляющие величину, обратную коэффициентам  выхода годного, показывают, сколько  надо затратить металла в слитках  или заготовках для получения 1 т  годной продукции; устанавливаются  они по каждому прокатному стану  и виду продукции на основе исследований. Размер потерь металла зависит от марки стали, назначения проката, технологического процесса.

Угар металла в нагревательных колодцах составляет около 1,5 – 3 % к  весу слитка, а в печах 1 – 2 %. Отходы в виде обрезаемых на блюминге концов составляют от 5 % при прокатке кипящих  сталей до 18 % при прокатке спокойных  сталей.

Выход годного на блюмингах, в зависимости от марки стали, веса слитка и конечного сечения  заготовки, находиться в пределах от 0,92 до 0,77, а на сортопрокатных станах – от 0,96 до 0,91. При прокатке специальных  марок стали выход годного меньше указанных величин.

При увеличении выхода годного  происходит пропорциональное увеличение производительности стана.

Такт прокатки – это  время между одноименными моментами  прокатки двух последующих штук. Такт прокатки оказывает обратное действие на производительность стана, т.е. чем  меньше такт прокатки , тем выше производительность стана. Зная, насколько изменится такт прокатки в результате проведения тех или иных мероприятий, легко определить соответствующее изменение производительности стана. Такт прокатки зависит от организации процесса прокатки и длительности его отдельных элементов.

Коэффициент использования  стана представляет собой отношение  чистого времени прокатки к фактическому времени работы стана.

 

 

 

2. Расчет производительности стана

 

1.  Методика расчета производительности стана

 

Производительность стана изменяется в зависимости от профиля и размера проката, а также марки стали.

Средняя производительность прокатного стана определяется как частное  от деления общего выпуска продукции  за определённый период на затраченное время.

Если  А₁, А₂, … А_n – количество проката отдельных профилей,  т;

П₁, П₂, … П_n – производительность стана при прокатке соответствующих профилей, т/час;

Т₁, Т₂, … Т_n – время прокатки соответствующих профилей в течение рассматриваемого периода.

П_ср – часовая производительность стана при данном сортаменте, то

 

Общее время работы стана  можно представить как сумму времени прокатки каждого профиля:

= Т₁ + Т₂ + … + Т_n = A₁/П₁ + А₂/П₂ + … + А_n/П_n; 

Разделив числитель и знаменатель на и приняв, что

 

и т.д. – доля в процентах каждого  профиля в общем выпуске, получим:

 

При наличии коэффициентов трудности  расчет средней производительности можно произвести следующим образом:

П₁ = П₀ : К₁;

П₂ = П₀ : К₂;

П_n = П₀ : К_n;

Где П₀ – производительность стана при прокатке основного сорта;

К₁, К₂, … К_n коэффициенты трудности

 

=;

Или , учитывая что

= = К_ср

 

 

 

2.  Пример расчета производительности стана

 Расчет годовой производительности мелкосортно-проволочного прокатного стана 320/150 с внедрением бандажированных валков при производстве арматурного профиля №10 и катанки диаметром 5,5 мм.

Часовую практически возможную  производительность определяют по формуле:

Р = 3600·G·Кст·Квг/Тр, (1)

где G – масса заготовки, т;

Кст – коэффициент использования стана;

Квг – коэффициент выхода годного;

Тр – ритм прокатки, с.

Масса исходной заготовки  равна:

G = ρ·V, (2)

где ρ – плотность металла, принимаем ρ = 7,8 т/м3;

V – объем исходной  заготовки.

С учетом данных для заготовки получаем:

G =7,8·11,8·0,125·0,125;

G =1,44 т.

Ритм прокатки для непрерывного стана:

Тр = tм + tпаузы, (3)

где Тр – ритм прокатки, с;

tм – машинное время, с;

tпаузы – время паузы между заготовками, принимаем 3 с.

Машинное время определяем исходя из того, что длина исходной квадратной заготовки равна 11,8 м и сторона 125 мм, а скорость входа полосы в первую клеть, при производстве арматурного профиля №10, по действующей схеме – V0 = 0,16 м/с.

tм = 11,8/0,16 = 73,7 с,

Тр = 73,7 + 3 = 76,7 с.

Принимая по практическим данным работы стана Квг = 0,95, Кст = 0,9 получаем для №10:

Рс = 3600·1,44·0,95·0,9/76,7,

Рс = 57,8 т/ч.

При производстве катанки  диаметром 5,5 мм скорость входа заготовки  в первую клеть по действующей схеме – V0 = 0,16 м/с, а время паузы 10 с. Тогда:

Тр = 73,7 + 10 = 83,7 с;

Рп = 3600·1,44·0,95·0,9/83,7,

Рп = 52,9 т/ч.

Часовая производительность прокатного цеха

Рс = 57,8 т/ч, Рп = 52,9 т/ч.

Годовая производительность будет  равна:

P = A·ТФ, (134)

где ТФ – время фактической работы стана.

Тн = 365 – (Т1 + Т2), (135)

где Тн – номинальное время работы стана;

Т1 – время планово предупредительных работ в год, принимаем для непрерывного мелкосортного стана Т1 = 12 суток в год;

Т2 – время капитальных ремонтов в год, принимаем Т2 = 5 суток в год;

A – часовая производительность  стана, А = Рс + Рп.

Тн = 365 – (12 + 5) = 348 суток в год.

Тф = Тн·(1 – Тз), (136)

где Тз – время планово-текущих ремонтов в году, Тз = 6 %.

Тф = 348·(1 – 0,06) = 327 суток в год,

Тф = 327·24 = 7848 часов в год работает стан.

Так как внедрение бандажированных  валков повлечет за собой сокращение простоев, то фактическое время работы сортовой линии стана возрастет  на

1,36 мин ежедневно п. 1.3.

Тф.с = 327· 1,36+7848= 8292 часа в год.

Определим годовой объем производства по обоим видам продукции с учетом реальной загрузки стана:

Pкат = 52,9·7848·0,72+57,8·8292·0,2,

Pкат = 394,8 тыс. тонн в год.

 

Заключение

В данном курсовом проекте  была рассмотрена такая характеристика прокатного стана как производительность. Были описаны основные факторы оказывающие влияние на неё, а также рассмотрена методика расчета производительности стана на примере мелкосортно-проволочного прокатного стана 320/150 . 

Список используемой литературы

1. Мастеров В. А., Берковский В. С. Теория пластической деформации и обработка металла давлением. – М.: Металлургия 1989 г.