Применение технологии вакуумной сушки поверхности холоднокатаной полосы для очистки от смазочно-охлаждающих жидкостей в условиях стана 2500 ЛПЦ-5 ОАО "ММК"

Размещено на http://www.allbest.ru/

25

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Дипломный проект включает в себя 6 разделов, пояснительная записка содержит 92 страницы, включая 20 таблиц и 16 рисунков.

Темой дипломного проекта является: «Применение технологии вакуумной сушки поверхности холоднокатаной полосы для очистки от смазочно-охлаждающих жидкостей в условиях стана 2500 ЛПЦ-5 ОАО «ММК».

С целью разработки эффективной технологии производства и повышения качества прокатываемого металла в условиях ЛПЦ-5 в дипломном проекте проведен анализ действующей технологии производства, отдельно рассмотрены некоторые, интересующие нас технологические операции, предложено их совершенствование, посредством замены прокатной эмульсии. После модернизации технологии производства ожидается снижение дефектов «пятна эмульсии», «царапина», «порез».

В дипломном проекте произведен анализ опасных и вредных производственных факторов, предложены конкретные инженерные решения, направленные на обеспечение безопасности труда и охрану окружающей среды.

При анализе технико-экономических показателей производства был выполнен расчет прибыли и рентабельности, производственная программа предприятия, количество рабочего и руководящего персонала. Внедрение мероприятий по предложенной в проекте методике принесет снижение себестоимости продукции за счет сокращения затрат на обслуживание и энергозатрат, а также увеличение выхода годного за счет сокращения дефектов поверхности холоднокатаного листа.



СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ СТАЛИ НА СТАНЕ 2500 ЛПЦ-5 ОАО «ММК»

1.1 Краткая характеристика ЛПЦ-5

1.2 Сортамент выпускаемой продукции цеха

1.3 Анализ технологии производства холоднокатаного листа

1.3.1 Удаление окалины

1.3.2 Холодная прокатка

1.3.3 Отделка полосы

Выводы по главе

2. АНАЛИЗ И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕТСВА ПОВЕРХНОСТИ ХОЛОДНОКАТАНОГО ПРОКАТА НА СТАНЕ 2500 ОАО «ММК»

2.1 Анализ дефектов холоднокатаного проката на стане 2500

2.2 Применение технологических смазок и охлаждающих жидкостей при холодной прокатке

2.3 Методы решения проблемы очистки поверхности от остатков СОЖ

2.4 Совершенствование технологического процесса производства широкого листа на стане 2500 холодной прокатки

2.4.1 Преимущества системы «VacuRoll»

2.4.2 Устройство и принцип работы

2.4.3 Технические характеристики системы «VacuRoll»

Выводы по главе

3. АВТОМАТИЗАЦИЯ

3.1 Функции и структура АСУ ТП стана 2500

3.2 Управление эмульсией

Выводы по главе

4. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

4.1 Анализ условий труда в ЛПЦ-5

4.1.1 Освещенность

4.1.2 Производственный шум

4.1.3 Производственные вибрации

4.2. Обеспечение безопасности труда

4.2.1 Безопасность оборудования

4.2.2 Электробезопасность

4.3 Охрана окружающей среды

4.3.1 Охрана водного бассейна

4.3.2 Система очистки смазочно-охлаждающей жидкости

4.3.2 Охрана атмосферы

4.3.3 Твердые отходы

4.4 Чрезвычайные ситуации

4.4.1. Пожарная безопасность

4.4.2 Взрывобезопасность

4.4.3 Ликвидация возможных аварий в системе промышленного водоснабжения

Выводы по главе

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1 Управление, организация производства и труда персонала

6.1.1 Особенности организации производства на ЛПЦ-5. Графики сменности

6.1.2 Обоснование штата и системы оплаты труда персонала

6.1.3 Расчет годового фонда заработной платы персонала

6.2 Оценка экономической эффективности принятых решений

6.2.2 Расчет производственной программы

6.2.3 Расчет сметы капитальных затрат на обновление агрегата

6.2.4 Расчет изменения текущих затрат

6.2.5 Расчет точки безубыточности

6.2.6 Расчет экономической эффективности принятых решений

6.2.7 Расчет основных технико-экономических показателей работы цеха

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Современный цех для производства холоднокатаной листовой стали представляют собой большой и сложный комплекс агрегатов и механизмов, обеспечивающих выполнение непрерывного технологического процесса.

В связи с быстрым развитием автомобильной и пищевой промышленности, производства машин и приборов бытового назначения, сварных труб и гнутых профилей растут требования к качеству поверхности холоднокатаного листа. Поэтому технологическая реконструкция цехов остается важнейшей стратегической задачей для комбината. В дальнейшем уровень технологии и новые производства будут определять положение ОАО «ММК» на отечественном и мировом рынках.

В последние десять -- двадцать лет в металлургической промышленности наметились определенные тенденции развития производства, обеспечение которых выдвигает ряд новых требований. В первую очередь необходимо отметить преимущественный рост производства листового проката. Этот рост непосредственно связан с изменением структуры потребления металлопроката, прежде всего в машиностроении. Значительно увеличивается потребление специальных сталей в виде холоднокатаного листа и ленты.

Одновременно с увеличением объема производства существенно повысились требования к качеству готовой продукции. Современные высокопроизводительные агрегаты в машиностроении рассчитаны на использование металла, обладающего строго постоянными свойствами и бездефектной поверхностью.

Рост объема производства и повышение требований к качеству листа вызвали необходимость пуска новых непрерывных скоростных прокатных станов. Системы технологической смазки и охлаждения этих станов характеризуются не только большой мощностью и значительным объемом используемых жидкостей, но и гибкостью в управлении, универсальностью, совершенством средств очистки.

Важнейшей задачей развития прокатного производства на ближайшие годы является его реконструкция на основе новейших достижений науки и техники. Металлургия и машиностроение являются основой развития народного хозяйства, поэтому качественным изменениям в области создания и эксплуатации металлургических агрегатов уделяется первостепенное значение, при этом, главная роль отводится расширению производства и повышению качества прогрессивных видов металлопродукции. К ним в первую очередь относится листовой прокат и изделия из него. Решение задачи дальнейшего развития производства листового проката при постоянном повышении его качества невозможно без использования последних достижений науки и техники, квалифицированных кадров.

В области производства холоднокатаного листа и ленты до сих пор имеет место значительное технологическое отставание, не до конца используются возможности существующих агрегатов по скорости прокатки и ширине прокатываемой полосы. Качество холоднокатаного листа по отделке поверхности и разнотолщинности еще не всегда находится на уровне лучших зарубежных образцов.

Рассматриваемые технологические закономерности смазочного действия могут быть с успехом использованы при проектировании новых и реконструкции действующих прокатных станов, при выборе технологических смазок и расчете технологических режимов в производственных условиях.

В данной работе рассмотрен вопрос повышения качества поверхности холоднокатаного листа в условиях ЛПЦ-5 ОАО «ММК» за счет уменьшения возникновения таких дефектов как: «пятна эмульсии, масла» и «пятна загрязнения». Для этого предложено внедрение дополнительного оборудования в линию стана 2500, предназначенного для более совершенной очистки поверхности листа от СОЖ.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ СТАЛИ НА СТАНЕ 2500 ЛПЦ-5 ОАО «ММК»

1.1 Краткая характеристика ЛПЦ-5

Листопрокатный цех № 5 ОАО «ММК» был пущен в эксплуатацию в 1969 году. Его основное назначение-- производство холоднокатаного и оцинкованного проката по самым передовым и современным технологиям для производства внешних и внутренних деталей автомобилей, а также для производителей бытовой техники и строительной отрасли.

Цех состоит из следующих отделений:

- Травильное отделение со складом холоднокатаных рулонов;

- Прокатное отделение;

- Термическое отделение;

- Отделочное отделение;

- Склад готовой продукции;

- Вспомогательное отделение.

Основное оборудование цеха:

- Двухклетевой реверсивный стан;

- Непрерывный четырехклетевой стан «2500»;

- Дрессировочные станы «1700» и «2500»;

- Два непрерывных травильных агрегата (НТА);

- Стыкосварочный агрегат;

- Два агрегата поперечной резки холоднокатаного металла;

- Агрегат поперечной резки горячекатаного металла;

- Два агрегата продольной резки холоднокатаного металла и другое отделочное оборудование;

- Одностопные колпаковые печи для отжига рулонов.

Транспортировка металла в цехе осуществляется мостовыми кранами, оборудованными специальными автоматическими грузозахватными приспособлениями.

Сортировка и упаковка готовой продукции осуществляется: мостовыми кранами, оборудованными специальными автоматическими грузозахватными магнитами, а также поточным методом в составе агрегатов резки.

Для обслуживания цеха холодной прокатки имеются следующие вспомогательные службы:

- Вальцешлифовальная мастерская;

- Мастерская ревизии ПЖТ;

- Мастерская ревизии подшипников качения;

- Мастерская ремонта электродов стыкосварочных машин;

- Участок заточки ножей;

- Ремонтно-механическая, энергоремонтная и электроремонтная мастерская.

1.2 Сортамент выпускаемой продукции цеха

Подкатом для станов холодной прокатки служит травленая горячекатаная полоса из нелегированной углеродистой стали с химическим составом в соответствии с ГОСТ 9045-93, ГОСТ 1050-88, ГОСТ 380-94, ГОСТ 19281-89 EN 10025, EN 10130, EN 10111, смотанная в рулон.

Размеры подката: наружный диаметр рулона: от 990 до 2100 мм; внутренний диаметр рулона 610 мм; масса рулона от 5 до35 тонн. Толщина подката в зависимости от марки стали, ширины и требуемой толщины холоднокатаной полосы приведены в таблице 1.



Таблица 1 - Толщина холоднокатаных полос в зависимости от марки стали, толщины и ширины подката

Ширина подката, мм	Марки стали	Толщина подката,мм	Толщина холоднокатаных полос, мм
1000-1599	08Ю 08кп 10кп 08пс 10пс	2,0 2,2 2,4 2,6 3,0 3,5 4,0 4,5 5,5 6,0	0,45-0,69 0,70-0,79 0,8-0,89 0,9-0,99 1,40-1,59 1,60-1,89 1,90-2,29 2,30-2,79 2,80-3,19 3,20-3,50
1600-2000	08Ю 08кп 10кп 08пс	2,0 2,2 2,5 2,8	0,60-0,69 0,70-0,89 0,90-1,19 1,20-1,39
1250-2000	15-20кп 15-20пс 10-25кп 2-3кп 2-3пс	3,0 3,5 4,0 4,5 5,5	1,40-1,96 1,70-1,89 1,90-2,19 2,20-2,79 2,80-3,19
2000-2350	08 Ю 08-20кп 0-3кп 08-20пс	2,0 2,2 2,6 2,8	0,60-0,69 0,70-0,79 0,80-0,99 1,00-1,20

1.3 Анализ технологии производства холоднокатаного листа

Исходным материалом для производства холоднокатаных листов и рулонов служат горячекатаные полосы толщиной 1,56,0 мм, шириной 10002350 мм, свернутые в рулоны весом до 35 т, которые поступают из ЛПЦ-4 по конвейеру, или по ж/д пути из ЛПЦ-10. Подкат должен соответствовать требованиям СТП-101-85 на горячекатаную полосу в рулонах. В цехе рулоны снимаются с конвейера и ж/д платформ мостовыми кранами и укладываются на склад для охлаждения. После охлаждения рулоны поступают в обработку (рисунок 1).

Рисунок 1- Схема потоков производства проката в ЛПЦ - 5

Технология цеха холодной прокатки чрезвычайно разнообразна и сложна. Она включает следующие важнейшие технологические операции: травление, прокатку, отжиг, дрессировку, резку и упаковку.

1.3.1 Удаление окалины

В технологическом цикле производства листовой стали значительное место занимает операция удаления окалины с поверхности горячекатаных полос. Этот передел в большой мере определяет качество готовой листовой продукции, технико-экономические показатели листопрокатного цеха, влияет на загрязнение производственных площадей и окружающей среды. Окалину удаляют двумя способами: химическим и механическим. При химическом способе поверхность горячекатаных полос обрабатывают различными веществами, раствором соляной кислоты. Преимуществом кислотного травления окалины является получение чистой и гладкой поверхности проката, а недостатками - появление травильной хрупкости, разрушение зданий и оборудования под действием паров кислоты и значительные расходы, связанные с нейтрализацией травильных растворов.

При современном техническом уровне металлургического производства травление остается основным способом очистки от окалины полос и листов из углеродистой стали.

При травлении стали на границе раздела металл-окалина-кислота происходят электрохимические, химические и механические процессы. Электрохимические процессы следствие работы местных гальванических пар, химические- растворение в кислоте составных частей окалины, механические- отслоение окалины водородом.

В травильном отделении ЛПЦ-5 установлены два НТА. Непрерывный травильный агрегат предназначен для удаления вторичной окалины с горячекатаного подката и в значительной мере определяет качество полосы, получаемой холодной прокаткой травленого подката. В нем осуществляется следующие операции: размотка рулона сварка концов предыдущей и последующей полосы, дрессировка с целью разрыхления окалины и уменьшения неплоскостности, травление, мойка, сушка, промасливание, резка и смотка в рулоны.

Травление горячекатаной полосы осуществляется в ванне непрерывного травильного агрегата при взаимодействии окалины с соляным травильным раствором. В качестве травильного раствора используется маточный раствор. Движение полосы и травильного раствора на НТА осуществляется по принципу противотока, то есть раствор течет в направлении, противоположном движению полосы. Полоса задается в травильную ванну через правильную машину и тянущие ролики, из травильной ванны вытягивается тянущими роликами, установленными за сушильным устройством. Маточный раствор непрерывно подается в 8-й "карман" четвертого отсека травильной ванны и движется навстречу полосе, отработанный раствор сливается через 1-й "карман" первого отсека ванны.

Скорость различных реакций различна и определяется соотношением окислов в слое окалины.

В результате реакции происходит наводораживание металла, что способствует повышению его твердости. Кроме того, выделяющийся водород, активизирует процесс травления за счет частичного восстановления высших окислов до FeO или Fe и механического отделения предварительно разрыхленных слоев окалины от металла. Поэтому окалина на поверхности металла, имеющая много пор и трещин, удаляется значительно быстрее, чем плотная окалина.

На НТА-1-2 разрыхление окалины осуществляется при прохождении полосы через ИРМ и дрессировочную клеть. Дрессировочная клеть "кварто" служит для разрыхления окалины путем обжатия полосы, что облегчает травление, позволяет повысить скорость прохождения полосы через травильные ванны и улучшает профиль полосы. Величина обжатий при дрессировке должна составлять 2-5%.

Скорость прохождения полосы через участок травления зависит от марки стали, профиля полосы, состава окалины на ее поверхности, качества предварительной механической обработки и активности травильных растворов. В результате реакций, протекающих в процессе травления, содержание кислоты в травильном растворе непрерывно снижается, а содержание FeCl2 увеличивается. В водных растворах серной кислоты увеличение содержания FeCl2 в травильном растворе при определенном содержании HCl приводит не только к снижению скорости травления, но и к созданию благоприятных условий для выпадения осадка FeCl2 + H2O. Максимальная производительность непрерывных травильных агрегатов, хорошее качество поверхности травленого металла и создание условий, исключающих возможность выпадения в осадок FeCl2 + H2,O обеспечивается за счет строгого соблюдения режима травления, указанного в таблице 2.



Таблица 2 -Состав и температура травильного раствора для разных ванн

Номер отсека травильной ванны	Состав травильного раствора,%H2SO4(не менее) FeSO4(не более)	Температура травления
1	12	18	90-100
2	12	18	90-100
3	12	18	90-100
4	20	12	90-100

1.3.2 Холодная прокатка

Основными агрегатами, по которым устанавливают мощность цехов холодной прокатки, являются станы холодной прокатки. Для холодной прокатки листовой стали применяются различные станы в зависимости от масштабов производства, программы прокатки и назначения листовой стали. Среди современных прокатных станов особое место занимают непрерывные станы, которые благодаря своей высокой производительности, высокой степени механизации и автоматизации процесса занимают доминирующее положение при производстве холоднокатаной листовой стали. Большое распространение получили непрерывные станы, состоящие из четырех, пяти и шести клетей.

В ЛПЦ-5 холодная прокатка травленых горячекатаных полос производится на стане 2500 и реверсивном стане 1700 холодной прокатки.

Рулоны устанавливаются на приемный конвейер мостовым краном, после установки рулона по оси прокатки при помощи толкателя и упора рулон зажимается секторами на барабане. С помощью подающих роликов полоса подаётся к клети № 1.

Задачу переднего конца полосы в валки стана производят на заправочной скорости, намотку его на барабан моталки производят при помощи захлёстывателя. Перевод стана на рабочую скорость производят после появления натяжения на моталке и отведение захлёстывателя в исходное положение.

Перед перекаткой сварного шва скорость стана замедляют до 2,5 м/с.

При недостаточном обжатии автоматическая система обжатия сажает нажимные винты 1, 2 и 3 клетей.

После выхода заднего конца полосы из последней клети рабочие валки устанавливают в исходное положение для данного профиля - для приёмки следующей полосы.

После прокатки рулон снимают с моталки, кантуют и отводящим конвейером подают на конвейер - накопитель, который выходит в термическое отделение.

1.3.3 Отделка полосы

Важнейшим элементом технологического процесса производства холоднокатаной стали является ее термическая обработка - рекристаллизационный отжиг. Термическая обработка холоднокатаного листа регулирует конечную структуру и свойства. Малоуглеродистые конструкционные стали отжигают при субкритических (ниже А3) температурах. Основной задачей субкритического отпуска является разупрочнение холоднодеформированного металла, обеспечение оптимальной микрогеометрии и внутрикристаллического строения ферритного зерна распределения примесей и диспергированных в феррите фаз для повышения пластичности и способности листового металла к вытяжке при холодной штамповке. Режим отжига должен обеспечивать полную рекристаллизацию феррита.

Отжиг плотно смотанных рулонов осуществляется в колпаковых одностопных печах в защитной атмосфере при 680-7100С. Процесс рекристаллизации заканчивается тем быстрее, чем выше степень предшествующей холодной деформации. Технология включает три основных режима: нагрев, выдержку и охлаждение. Так как масса и сечение рулона велики, то основное время расходуется на нагрев и гарантированное выравнивание температуры по всему объему рулона. Продолжительность нагрева составляет 30 часов, а выдержки 10-25 часов. Нагрев и выдержка тем длительнее, чем больше сечение рулона и выше требуемая категория вытяжки обрабатываемой полосы. При отжиге полос нестареющей стали 08Ю с целью повышения механических свойств иногда предусматриваются две выдержки: первая при температуре металла 500-5500С, вторая при температуре отжига, т.е. 680-7100С.

Составными частями колпаковой печи являются нагревательный колпак, стенд и муфель. В термическом отделении ЛПЦ-5 установлено 300 стендов и 120 колпаков, размещенных двадцатью блоками.

После отжига металл подвергается дрессировке. Основное технологическое назначение дрессировки состоит в предотвращении появлений линий скольжения при последующей штамповке изделий из отожженного металла. Для этого необходимо наклепать тонкие поверхностные слои полосы. Кроме того, дрессировка несколько снижает относительное удлинение и предел текучести, повышает твердость полосы. Величины обжатий при дрессировке для полос толщиной 0,6-3,5 мм равны соответственно 1,1-0,6%.

Дрессировка металла, отожженного в колпаковых печах, осуществляется на дрессировочных станах 2500 и 1700. Каждый стан состоит из четырехвалковой клети и обслуживающего его оборудования. Оба стана аналогичны по технологии, составу механического и электрического оборудования и отличается только длиной бочки валков.

Выводы по главе

1. Была рассмотрена действующая технология производства холоднокатаного листа на стане 2500 холодной прокатки ЛПЦ-5 ОАО «ММК», а также проанализирована полная схема изготовления продукции;

2. Выявлены и рассмотрены основные технологические операции, оказывающие существенное влияние на качество готового проката.

2. АНАЛИЗ И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕТСВА ПОВЕРХНОСТИ ХОЛОДНОКАТАНОГО ПРОКАТА НА СТАНЕ 2500 ОАО «ММК»

2.1 Анализ дефектов холоднокатаного проката на стане 2500

На сегодняшний день при прокатке холоднокатаного полосы на стане 2500, шириной более 1800 мм возникает проблема обеспечения качества его поверхности.

В работе был выполнен анализ основных видов дефектов, возникающих в цехе, преимущественно в прокатном отделении, результаты представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Диаграмма основных дефектов за 2014 год

С помощью диаграммы были выявлены наиболее значимые дефекты на холоднокатаном листе, прокатываемом на стане 2500 ЛПЦ-5, наиболее значимыми из них являются: «пятна эмульсии, масла» и «пятна загрязнения».

Если на поверхности полосы остаются жировые загрязнения, то они могут быть в последующем причиной образования дефекта - «сажистый налет».

Загрязненность холоднокатаной полосы определяется комплексом факторов и причин.

Характеристика пятен загрязнения на поверхности холоднокатаных полос определяется факторами:

- качеством поверхности горячекатаных и холоднокатаных полос, главным образом, отсутствием поверхностных дефектов, равномерностью микрорельефа поверхности;

- количеством и составом налета шлама на поверхности горячекатаных травленых полос перед их свертыванием в рулон;

- показателем рН промывной воды после травления горячекатаных полос;

- составом технологических смазок, конструкцией машин смотки или свертывания горячекатаных травленых полос;

- процессами холодной прокатки и составом технологической смазки;

- способами очистки поверхности холоднокатаных полос во время прокатки и после прокатки;

- конструкциями термических печей и процессом отжига металла;

- составом защитной атмосферы при отжиге металла;

- сроками хранения рулонов металла на всех технологических складах цеха.

В разные годы в ЛПЦ №5 ОАО «ММК» возникают периоды производства холоднокатаных полос с повышенным (массовым) дефектом «пятна загрязнения» в виде сажи, пригара эмульсии, грязи.

Для устранения возникновения наиболее значимых дефектов: «пятна эмульсии, масла» и «пятна загрязнения», необходима установка современной и эффективной системы очистки полосы на стане 2500 холодной прокатки ЛПЦ-5.

На полосе металла после холодной прокатки всегда присутствует некоторое количество частиц загрязнения, представляющих собой продукты износа валков и полосы и продукты термического преобразования технологических смазок. Обычно при производстве холодного проката определяют на полосе остаточное содержание масла и содержание механических примесей, представляющих собой, в основном, частицы железа и углерода. Загрязнение на поверхности полос часто является причиной образования дефектов на поверхности проката, которые не всегда определяются после прокатки, а выявляются преимущественно после отжига. Загрязнения на поверхности металла часто являются причиной образования различных дефектов, таких как «пригар эмульсии».

Этот дефект возникает после отжига в колпаковых печах.

Дефект «пятна загрязнений» имеет вид черных и темных пятен, полос, разводов на отожженном холоднокатаном металле. Чаще всего это пятна сажи, эмульсии и масла. Пятна загрязнений образуются из-за наличия на поверхности полосы после прокатки значительного количества эмульсии высокой концентрации; использования прокатной эмульсии с низкой моющей способностью. Для предотвращения образования дефектов следует устанавливать агрегаты по очистке полосы от попавшего на нее масла и эмульсии. Внешний вид дефекта представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 - Пятна загрязнений



Пятна эмульсии-потрескавшиеся остатки эмульсии на поверхности полосы. Они хаотично распределены по поверхности и представляют собой замкнутые участки неправильной формы с темными границами.

Пятна эмульсии возникают в результате растрескивания остатков эмульсии. Остатки эмульсии могут не испариться полностью в процессе отжига, причиной чему является неполная обтирка и обдувка полосы.

По ГОСТ 21014-88пятна загрязнения - это дефект поверхности в виде пятен, полос, натеков, разводов, образующихся вследствие прилипания жидкости к изделию и дальнейшего неравномерного окисления при нагреве и травлении металла. Внешний вид дефекта представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Пятна эмульсии

Источниками образования пятен загрязнения являются технологические смазки, смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), налет шлама с промывочной водой, утечки масла с механического и гидравлического оборудования. Пятна загрязнения в процессе прокатки, очистки, отжига, дрессировки, хранения металла на складах под воздействием технологических сред изменяют не только свою форму, но и химический, фазовый состав.

Пятна загрязнений на поверхности полос после холодной прокатки имеют вид темных пятен произвольной формы, расположенных в строчку или группами вдоль прокатки. В случае очистки полос на агрегате электролитического обезжиривания (АЭО) пятна загрязнений имеют светло-серый цвет.

Пятна загрязнения на поверхности отожженных холоднокатаных полос чаще всего проявляются в виде пятен пригара эмульсии или сажи, загрязненных окислами железа, углесодержащими продуктами сложного состава. Решающее значение в образовании вида пятен загрязнения имеет состав жировых, минеральных смазок и их эмульсий.

2.2 Применение технологических смазок и охлаждающих жидкостей при холодной прокатке

Технологические смазки для холодной прокатки разделяют на жиры, масла и эмульсии. В свою очередь, жиры подразделяются на животные и растительные, масла - на минеральные и растительные (органические), а эмульсии - на стабильные и метастабильные.

Эмульсия представляет собой систему из двух жидких фаз, одна из которых (дисперсная фаза) распределена в виде мельчайших капелек в другой (в дисперсионной среде). Дисперсной фазой является масло, а в состав дисперсионной среды входят вода и эмульгаторы. Под действием эмульгаторов на поверхности капелек масла образуется коллоидно-адсорбционная пленка с достаточно высокой вязкостью и прочностью. Таким образом, капельки масла оказываются изолированными одна от другой и при механическом перемешивании равномерно распределяются в воде, образуя стабильную эмульсию. Для улучшения моющих свойств в стабилизированную эмульгатором эмульсию вводят полифосфат натрия в количестве 0,1-0,2% соответственно. Эмульсии являются одновременно смазывающими и охлаждающими жидкостями (СОЖ).

В настоящее время на отечественных предприятиях наиболее распространенной СОЖ является стабильная эмульсия концентрацией 2-5%. Для ее приготовления используют эмульсолы- композиции, состоящие из масла и эмульгатора, которые поставляются маслохимзаводами. Собственно эмульсия готовится непосредственно в прокатных цехах. Для ее применения станы снабжены специальными циркуляционными системами, в которых СОЖ не разлагается и проходит очистку целиком.

Ранее в отечественной практике в основном применялись эмульсолы Э-2 (Б), ЭТ-1, ЭТ-2, Т, ОМ, ЭП-29, Укринол-211М, Уфол-1. В настоящее время довольно широко распространена эмульсия из эмульсолаКвакерол, которая также используется и в условиях стана холодной прокатки 2500 ЛПЦ-5 ОАО «ММК».

2.3 Методы решения проблемы очистки поверхности от СОЖ

Задача снижения загрязненности холоднокатаных полос решается комплексно.

Прежде всего, конструкция эмульсионной установки должна обеспечивать высокую степень очистки СОЖ. Для выполнения этого условия в действующей циркуляционной системе предусматривается полная фильтрация перед подачей на стан с помощью вакуумных фильтров, устройств для отделения посторонних масел и магнитных сепараторов.

Значительное внимание уделяется обеспечению оптимального теплового режима стана - температура валков поддерживается не выше 80°С, а полосы - не выше 180°С. При более высоких температурах создаются предпосылки для термического разложения компонентов технологической смазки, следствием чего является не только увеличение загрязненности холоднокатаных полос, но также возникновение дефектов «штрихи», «пригар эмульсии». Вместе с тем считают, что при смотке в рулон полоса должна иметь температуру 120-140°С, т. к. в таком случае, вследствие испарения остатков жидкости с полосы, будут предотвращаться дефекты «пятна ржавчины».

Для обеспечения высокой чистоты и качества поверхности готовой продукции на холоднокатаной полосе должно оставаться минимальное количество смазки, а ее химический состав должен обеспечивать максимальное испарение смазки при отжиге без отложения на поверхности углеродистых коксующихся остатков. Особенно данное условие важно при использовании для отжига колпаковых печей, т.к. в таком случае дополнительная очистка полос перед отжигом как правило не производится.

За последней клетью стана 2500ОАО «ММК» применяют специальные системы для обдува полосы сжатым воздухом. Данный метод имеет ряд преимуществ перед альтернативными методами очистки полосы, но имеются также и недостатки, о которых свидетельствует статистика образования дефектов «пятна эмульсии, масла» и «пятна загрязнения».

Известны несколько способов очистки холоднокатаной полосы от СОЖ. Во-первых, это может быть сделано при помощи войлока или миткалевыми очистителями, находятся в зажимном устройстве и через них протягивается прокатанный лист. Недостатком этого метода является то, что часть тягового усилия наматывающего устройства теряется в процессе возникающего трения. Войлок или текстильное волокно сравнительно быстро впитывают в себя стираемую жидкость, при этом постепенно теряют абсорбционные свойства, а тем самым качество стирания со временем снижается. Кроме того, эти материалы постепенно освобождают свои волокна, которые остаются на листе и вызывают поверхностные дефекты прокатанного листа при дальнейшей обработке. Проблемой также является то, что стружка, застрявшая в войлоке или миткалевом очистителе, может вызвать дальнейшее повреждение листа в виде царапин.

Второй метод, очистки может быть стирание при помощи стирающих валиков. Окончательный результат стирания, однако, зависит от поверхности рабочих валиков трассы и от собственно стирающих валиков. В этом случае может происходить наклеивание загрязнений. Окончательное качество поверхности зависит от ровности листа, его толщины и скорости прокатки.

Другой метод, используемый в условиях стана 2500 ЛПЦ-5 ОАО «ММК», основан на принципе обдувки полосы воздухом. Очистка происходит только частично, причем расход воздуха под давлением достаточно высокий по отношению к конечному результату, что является на сегодняшний день ощутимым недостатком.

Следующим методом устранения загрязнений поверхности может быть их механическое удаление при помощи стирающих планок в комбинации с отсасыванием. Окончательное качество стирания и последующего отсасывания выразительно зависит от безукоризненного механического стирания поверхности листа стирающей планкой.

Также для очистки полосы также используются специальные системы для обдува полосы. Они разрабатываются различными фирмами, такими как Siemens, SMS Demag, SprayingSystemCo. и др. Сравнительный анализ методов очистки полосы представлен в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнительный анализ методов очистки поверхности полосы от СОЖ

Оцениваемый параметр	Система «VacuRoll»	Продувка воздухом	Скребки	Отжимные валки
1	2	3	4	5
Эффективность очистки	Вакуумом удаляются загрязнения и масло на высокой и низкой скорости линии	Соответствующее удаление загрязнений на низких скоростях линии; обусловленность влажностью воздуха, плохой сушкой кромок и осаждением водяного тумана	Соответствующее удаление загрязнений с новым скребком; эффективность снижается на высоких скоростях линии	Плохие показатели для кромок полосы
Повреждение полосы, царапины	Металлические заусенцы затягиваются с поверхности полосы в оболочку валка	Нет	Могут наноситься царапины, т.к. металлические заусенцы внедряются в скребок	Скольжение по поверхности полосы, возможность внедрения металлических заусенцев по мере затвердевания и износа оболочки валков.
Эффективность сушки	До 99 % от кромки до кромки, даже на рифленых поверхностях	Меняется; жидкость сливается с кромок и вновь попадает на полосу и оборудование	Меняется; жидкость проходит через задиры на прутковом материале	Характеристики снижаются по мере износа валков, при частой смене ширины или в случае большой толщины материала
Уровень шума	Низкий, эквивалентный фоновому шуму	Высокий, эквивалентный громкой сирене; дискомфорт для оператора	Нет	Нет
Эксплуатационные затраты	Низкие - не требуется сжатый воздух для очистки и сушки полосы; требуется мало энергии для вакуум-насоса	Высокий расход сжатого воздуха; частая замена коллекторов после поломок	Частая замена скребков - несколько раз за смену	Частая замена оболочки валков
Объем технического обслуживания	Небольшой - валки очищаются на месте; периодическая перешлифовка и замена оболочки валков	Требуется частое техническое обслуживание компрессоров и коллекторов	Большой - скребки быстро изнашиваются и требуют частой замены	Большой - оболочка валков быстро изнашивается и требует замены
Экологические вопросы	Жидкость с вакуумной системы сбрасывается в контролируемом режиме; может потребоваться удаление жидкости из воздушного потока	Водяной туман, образующийся из-за сжатого воздуха, требует наличие вытяжного колпака и другого защитного оборудования	Нет	Нет
Покупная цена	Высокая, но низкие эксплуатационные расходы обеспечивают окупаемость в течение 8-12 месяцев; будущая ежегодная экономия	Низкая цена на коллекторы; высокая цена компрессоров	Средняя; требуется прижимная рама непосредственно напротив скребка	Средняя; требуется опорная рама для валков, рассчитанная на более высокие нагрузки

42

Среди представленных этих методов очистки полосы наиболее перспективной эффективной является разработка компании Spraying SystemCo- система «VacuRoll», так как она с вероятностью до 99% даст чистоту поверхности проката. Внедрение именно такой системы будет рассмотрено в данном проекте.

2.4 Совершенствование технологического процесса производства широкого листа на стане 2500 холодной прокатки

Система вакуумной очистки и сушки поверхности холоднокатаной полосы «VacuRoll» имеет 3 вида исполнения, представленных нарисунках5-7.

С двумя горизонтально расположенными роликами (рисунок 5).

Рисунок 5- Система «VacuRoll» с двумя горизонтально расположенными роликами

С четырьмя горизонтально расположенными роликами (рисунок 6).



Рисунок 6 - Система «VacuRoll» с четырьмя горизонтально расположенными роликами

С четырьмя вертикально расположенными роликами (рисунок 7).

Рисунок 7 - Система «VacuRoll» с четырьмя вертикально расположенными роликами

Для работы в условиях стана 2500 холодной прокатки наиболее подходящей является система с двумя горизонтально расположенными роликами, так как она наиболее компактная и имеет относительно не высокую стоимость по сравнению с остальными двумя системами.

2.4.1 Преимущества системы«VacuRoll»

- Получение полосы высшего качества путем улучшенной сушки - система обеспечивает эффективное удаление пыли, загрязнений и масла

- Повышенная производительность - эффективная очистка и сушка с линейной скоростью до 5200 фут/мин (1585 м/мин)

- Уникальная вакуумная технология обеспечивает сушку полосы до самой кромки и устранение загрязненных сбросов

- Низкие эксплуатационные затраты - сжатый воздух используется только 60 спри очистке системы, но не при очистке и сушке полосы. Малый расход сжатого воздуха исключает потребность в вытяжных колпаках и оставляет весь воздух для критических процессов прокатного стана при его работе

- Работа с пониженным шумом

- Экологически безопасная технология

- Минимальное время простоя - система очищается на месте, плюс к этому увеличенные интервалы технического обслуживания системы

- Имеется широкий диапазон конфигурации - система пригодна для использования на большинстве линий холодной прокатки и отделки полос, обычно при замене существующего оборудования требуются минимальные изменения физического пространства

2.4.2 Устройство и принцип работы

Ролики представляют собой стальные валы с пустотелым корпусом с несколькими шпоночными пазами различного размера и формы (рисунок 8). Корпус покрыт материалом, состоящим из множества дисков толщиной с бумажный лист, напрессованных так, что они образуют полужесткую конструкцию. Материал оболочки имеется для широкого диапазона усилий и уровня поглощения, он назначается в зависимости от типа удаляемого загрязнения. К одному концу корпуса валка или обоим его концам подключается вакуум насос. Максимальная скорость вращения ролика 1585 м/мин или 26,4 м/сек. Диапазон рабочей температуры 1210С. Диапазон рабочего линейного давления от 11,3 до 45,3 кг/мм.



Рисунок 8 - Устройство ролика системы VacuRoll

Система создает равномерный вакуум по всей длине валка, жидкость проходит сквозь оболочку ролика. Загрязнения и твердые включения втягиваются в поверхность оболочки валка и захватываются дисками и остаются между ними для предотвращения царапин на полосе. Очистка роликов происходит в течение 60 секунд, путем включения насосов в обратном направлении и выдувании (с добавлением сжатого воздуха, для ускорения процесса) остатков жидкости и твердых включений. (Выдувание остатков жидкости и твердых включений производится в систему очистки эмульсии, что в свою очередь не влияет на качество эмульсии в системе).

Установлена данная система будет за место обводного ролика в выходной части стана 2500, перед моталкой, что позволит исключить появление наиболее значимых дефектов: «пятна эмульсии, масла» и «пятна загрязнения» (рисунок 2.12). Расширить сортамент стана, в производстве широкого листа марки стали IF с BH-эффектом и размерами: толщиной 1,5 мм, шириной 1930 мм, соответствующую мировым требованиям по чистоте холоднокатаной полосы.



2.4.3 Технические характеристики системы «VacuRoll»

- Диапазон рабочей температуры: до 250 °F (121 °С).

- Диапазон рабочего линейного давления: от 25 до 100 фунт/дюйм (от11,3 до 45,3 кг/мм).

- Диаметр после финишной обработки: от 1,5 до 26 дюймов (от 38,1 до 660,4 мм).

- Необходимое минимальное пространство на конце рабочей поверхности: 3 дюйма (76 мм) на сторону.

- Стандартный соединитель с резьбой NPT под подающий трубопровод;

- другие резьбовые соединители факультативно.

Выводы по главе

1. Был проведен анализ основных дефектов холоднокатаного листа на стане 2500 ЛПЦ-5 ОАО «ММК». На основании этого анализа было установлено, что такие дефекты «пятна эмульсии, масла» и «пятна загрязнения» являются одной из наиболее значимых проблем обеспечения качества поверхности холоднокатаного листа.

2. Выявлены и рассмотрены причины возникновения дефекта «пятна загрязнения».

3. Рассмотрены все возможные методы устранения дефекта и выявлен самый эффективный из них.

4. Была предложена технология «VacuRoll» с целью улучшения качества поверхности листа, а также рассмотрены преимущества, принцип работы и технические характеристики новой системы.



3. АВТОМАТИЗАЦИЯ

3.1 Функции и структура АСУ ТП стана 2500

Непрерывный стан является сложным технологическим объектом большой мощности, автоматизация которого наиболее необходима и эффективна. В настоящее время для управления прокатными станами, учитывая многообразие и сложность решаемых при этом задач, используются многомашинные комплексы.

Так для управления станом бесконечной прокатки используется система из двух вычислительных машин различной мощности и возможности.

Схема системы управления станом показана на рисунке 9.

1- пульт управления и ввод данных о подкате; 2- система слежения за полосой; 3- вычисление настройки сварочной машины; 4- вычисление настройки и перестройки стана; 5- система настройки сварочной машины; 6- система автоматического регулирования толщины; 7- настройка и перестройка стана; 8- система настройки ножниц; 9- система настройки моталок

Рисунок 9- Схема системы управления станом 2500

Более мощная управляющая машина УВМ-1 выполняет следующие функции:

а) информационные:

- осуществляет слежение за полосой и сварными швами;

- производит расчет начальной настройки и динамической перестройки стана;

- производит расчет установок по зазорам, натяжениям, скорости, усилиям и т.п. для регуляторов и систем стана;

- производит сбор данных о ходе технологического процесса (измерение усилия прокатки, крутящих моментов, температуры полосы и валков)

б) управляющие:

- в зависимости от положения сварных швов в линии стана формирует и подает инициативные сигналы прочим подсистемам;

- обеспечивает автоматическую настройку сварочной машины в соответствии с сечением и маркой стали полосы;

- осуществляет настройку, включение летучих ножниц и подачу команды на рез полосы по информации от системы слежения за сварным швом;

- осуществляет автоматическое регулирование толщины полосы, межклетьевых натяжений, скорости прокатки;

УВМ-2 имеет меньшие возможности и, являясь управляющей, обеспечивает отработку режимов прокатки, вычисленных в соответствии с тем или иным критерием оптимальности управляющей машиной УВМ-1.

3.2 Управление эмульсией

Нормальное функционирование новых, высокопроизводительных цехов холодной прокатки невозможно без использования автоматических систем управления технологическим процессом (АСУ ТП). Применение АСУ дает положительные результаты на всех переделах, но особенно необходимо оно на основном технологическом агрегате - непрерывном или реверсивном прокатном стане, где в настоящее время операции во многом производятся вручную. Качество выпускаемой продукции в решающей степени зависит от работы автоматических систем, управляющих самим процессом прокатки. К их числу относятся:

- система автоматического регулирования толщины полосы (САРТ);

- система автоматического регулирования натяжения (САРН);

- система автоматического регулирования профиля и формы полосы (САРПФ);

- система автоматической подачи смазочно-охлаждающей жидкости (САПОЖ).

В задачу САРТ входит обеспечение постоянства толщины прокатываемых полос, исключение значительных колебаний по толщине. Работа этой системы осуществляется посредством воздействия на нажимные устройства, а также путем изменения межклетевых натяжений и скорости вращения валков. По некоторым данным, применение САРТ обеспечивает прокатку 99% длины полосы с отклонениями от заданной толщины не более 1-2 %.

САРН является как бы подсистемой САРТ, работа этих систем тесно взаимосвязана. Поддержание величины натяжений на заданном, оптимальном уровне особенно необходимо в переходных режимах прокатки, например при переходе с заправочной скорости на рабочую. САРПФ воздействует на профиль межвалкового зазора (прокатной щели).

САПОЖ обеспечивает подачу смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на валки и полосу в необходимом, регулируемом количестве. Подача СОЖ ведется раздельно по зонам, выделенным по длине бочки валков. В задачу САПОЖ входит стабилизация теплового состояния валков в процессе прокатки. Для выполнения этой функции вдоль бочки валков располагаются температурные датчики. Регулирование температуры валков осуществляется с точностью ± 5 °С. «Мозгом» автоматических систем управления являются ЭВМ, которые на современных быстроходных станах составляют мощные вычислительные комплексы. Затраты на автоматизацию станов холодной прокатки окупаются за 2-3 года, не считая тех выгод, которые получает потребитель благодаря применению листовой продукции более высокого качества.

Автоматизация эмульсионной установки охватывает регулирование следующих главных компонентов, включая резервные:

- Эмульсионный бак с подогревом и двумя скиммерами;

- PM-сепаратор в эмульсионном баке;

- Грязевой бак;

- Общий клапан прямого хода;

- Насосы прямого хода;

- Устройство опрыскивания эмульсией;

- Насосы обратного хода;

- Два вакуумных фильтра с насосами;

- VE - водный бак с заполняющим насосом;

- Масляный бак с нагревом и заполняющим насосом;

- Оборудование теста форсунок.

В эмульсионном баке создается эмульсия для смазки и охлаждения валков двух клетей. Бак состоит из входной, выходной и промежуточной камер. Входная камера служит для приема очищенной эмульсии. Выходная камера служит для приема закачанной обратно через вакуумный насос остаточной эмульсии. Обе камеры соединены между собой промежуточной камерой. В выходной камере металлические частицы отделяются постоянным магнитным сепаратором и подаются в грязевой бак. В промежуточной камере посторонние вещества и неэмульгированое масло сепарируется двумя скиммерами и подаются в грязевой бак. Из клетевых ванн отсасывается остаточная эмульсия, для очистки подается на два вакуумных фильтра и после очистки вводится назад во входную камеру эмульсионного бака. По необходимости добавляются масло и вода. Эмульсия нагревается электронагревателями во входной и промежуточной камерах и пластинчатым теплообменником в трубопроводе прямого хода охлаждается до общей рабочей температуры. Насосы приводятся в действие двигателями с короткозамкнутым ротором с постоянной или переменной скоростью вращения. На трубопроводах находятся ручные или электрические вентили. Состояния вентилей, загрязнение фильтров, давление, температура, уровень и т.д. измеряются, отображаются, и обрабатываются соответствующими функциями. Для достижения требуемого функционирования установки необходимы некоторые ручные действия. Обслуживающий персонал должен выполнять эти действия точно после соответствующих инструкций системы визуализации.

Подача СОЖ является важным элементом процесса производства холоднокатаной полосы. Стан холодной прокатки представляет собой чрезвычайно энергоемкий объект, причем вся эта мощность расходуется на совершение пластической деформации металла, упругой деформации элементов клети и преодоление трения между механическими звеньями главной линии. В конечном итоге, практически вся мощность рассеивается, превращаясь в тепло, значительная часть которого поглощается элементами главной линии клети. Характерными для прокатного стана являются высокие контактные напряжения в очаге деформации и, как следствие этого, значительный износ. Для снижения коэффициента трения и уменьшения возникающих контактных напряжений в очаге деформации, отвода выделяющегося тепла и удаления продуктов износа необходима интенсивная циркуляционная смазка и охлаждение валков. Поэтому станы холодной прокатки оборудуются высокопроизводительными и совершенными системами автоматического регулирования подачи смазочно-охлаждающей жидкости. Так же эта система входит в систему регулирования плоскостности проката, как один из каналов регулирования профиля рабочих валков. Схема такой системы представлена на рисунке 10.

Управление расходом охлаждающей жидкости по клетям и общим для всего стана осуществляют, связывая необходимый расход с мощностью деформации, определяющей тепловыделение. Общая мощность деформации при известном режиме прокатки достаточно просто вычисляется через давления, вытяжку и скорость, а ее распределение по клетям -- через распределение давлений и вытяжек по клетям стана. При этом масштабный коэффициент, связывающий мощность с обжатием, можно идентифицировать по экспериментальной информации, снимаемой с процесса.

а - схема реализации способа, б - функциональная схема, поясняющая реализацию способа; 1 - прокатный валок; 2 - секционный коллектор; 3 - расходомер; 4 - термопара; измеряющая температуру охлаждающей жидкости до контакта с валком; 5 - то же, после контакта с валком; 6 - блок расчёта теплового профиля; 7 - блок вычисления среднего теплового профиля всего валка; 8 - блок сравнения теплового профиля на данном участке со средним значением; 9 - блок вычисления изменения расхода охладителя

Рисунок 10 - Схема регулирования теплового профиля валка подачей СОЖ

Такой подход позволяет прогнозировать мощность прокатки и ее распределение по клетям по скорости и вытяжкам. Наконец, отметим, что мощность деформации и тепловыделение достаточно хорошо характеризуются мощностью электрического тока, потребляемого станом при прокатке. Это позволяет автоматизировать расчет общего расхода эмульсии, распределения его по клетям и управление этими расходами, включая введение учета их зависимости от текущей скорости прокатки.

Известно, что после подачи СОЖ на валки прокатных клетей часть ее будет непременно попадать на прокатываемый металл. Наличие эмульсии и масел на поверхности листа непременно приводит к появлению дефектов, поэтому для обеспечения получения качественного проката недостаточно использования лишь системы автоматической подачи СОЖ, необходима также и система ее удаления. Для этой цели в данном проекте было принято решение использовать систему «Vacuroll»от фирмы SprayingSystemCo. Данная система позволяет достичь высокой степени чистоты поверхности холоднокатаного листа. Рассмотрим принцип действия этой системы.

Системы представляет собой компактную клеть с двумя горизонтально расположенными роликами, очищающими полосу от остатков СОЖ на поверхности полосы. Установлена Vacuroll будет за место обводного ролика в выходной части стана 2500, перед моталкой, что позволит исключить появление наиболее значимых дефектов: «пятна эмульсии, масла» и «пятна загрязнения».

Сами ролики представляют собой стальные валы с полым корпусом с несколькими шпоночными пазами различного размера и формы. Их корпус покрыт специальным материалом, состоящим из множества дисков толщиной с бумажный лист, напрессованных таким образом, что они образуют полужесткую конструкцию. Материал оболочки имеется для широкого диапазона усилий и уровня поглощения, он назначается в зависимости от типа удаляемого загрязнения. К одному концу корпуса валка или обоим его концам подключается вакуум насос. Максимальная скорость вращения ролика 1585 м/мин или 26,4 м/сек. Диапазон рабочей температуры 1210С. Диапазон рабочего линейного давления от 11,3 до 45,3 кг/мм.