Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Цех прокатки широкополочных балок АО «ЕВРАЗ НТМК» введен в эксплуатацию в 1977 г. Проектная производительность 1,6 млн. тонн.

В целях совершенствования производства для более полного удовлетворения потребностей народного хозяйства, улучшения его качества и повышения эффективности производства необходимо предусматривать существующий прирост наиболее прогрессивных видов проката, расширение сортамента и улучшение эксплуатационных и потребительских свойств металлопродукции, а также снижение материалоемкости проката, рост производительности труда, улучшение условий труда и повышение эффективности капитальных вложений.

Актуальность работы состоит в том, что любое предприятие, чтобы обеспечить эффективную экономику и не отставать в своем развитии, должно проводить внедрение новой техники или реконструкцию существующего оборудования. Поэтому в условиях жесткой конкуренции на мировом рынке необходимо своевременно перестраивать технологические процессы под требования потребителей. Таким образом, расширение сортамента является важным этапом сохранения конкурентоспособности предприятия.

Цель работы - расширение сортамента ЦПШБ.

Задачи:

-анализ оборудования цеха;

-анализ действующих калибровок для производства двутавров;

-расчет формоизменения металла при прокатке двутавровой балки 35Ш3;

-расчет энергосиловых параметров прокатки;

-расчет скоростного режима прокатки;

-расчет температурного режима прокатки.

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Техническая характеристика оборудования ЦПШБ АО «ЕВРАЗ НТМК»

Методические печи

Количество печей - 3 шт.

Производительность одной печи до 160 т/ч.

Вес садки (мах) - 400 т.

Размеры заготовок:

-сечение: от 230х320 до 1050х450/110;

-длина: от 3600 до 11400 мм.

Вес заготовок: от 1,37 до 15,5 т.

Темп выдачи:

-1 шаг пода (800мм) - 71 с;

-2 шаг пода (1600 мм) 147 с.

Температура нагрева 1240 - 1260 °С

Топливо смешанный природно - доменный газ.

Калорийность топлива 4500 ккал/м?.

Давление газа 500 мм вод. ст. (300 мм вод. ст.- у горелок).

Давление воздуха 1200 мм вод. ст.- у вентилятора (600 мм вод. ст.- у горелок).

Температура подогретого воздуха до 400 ?С.

Удельный расход топлива до 500 ккал/кг.

Тепловая мощность печи 80х10 ккал/час.

Расход газа на одну печь до 17800 мм?/час.

Расход воздуха на одну печь до 95000 мм?/час.

Расход воды на 1 печь до 160 мм?/час.

Каждая печь оборудована устройством безударной задачи и выдачи заготовок из печи.

Участок стана

Прокатная линия ЦПШБ представлена универсально-балочным станом (УБС). По расположению клетей на стане УБС относится к полу непрерывному типу станов, в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 -- Участок стана ЦПШБ

подшипник двутавровый балка калибровка

Обжимная клеть

Тип клети - дуо реверсивная. Диаметр валков - 1300 мм. Привод валков индивидуальный от электродвигателей мощностью 2?5250 кВт. Скорость вращения - 0-65-100 об/мин.

Станина клети закрытого типа. Материал - стальное литье. С обеих сторон клеть оборудована двумя станинными роликами.

Нажимное устройство электрическое. Скорость опускания 180 мм/с. Уравновешивание верхнего вала гидравлическое. Подшипники текстолитовые.

С передней и задней стороны клеть оборудована линейками манипуляторов и кантователями крюкового типа.

Главная универсальная клеть (ГУК).

Предназначена для обработки шейки, внутренних и наружных поверхностей фланцев при прокатке балок.

Деформация металла в универсальной клети приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Универсальный калибр

Диаметр горизонтальных валков - 1350-1500 мм. Диаметр вертикальных валков - 900-1100 мм.

Горизонтальные валки приводные, вертикальные - неприводные. Все валки снабжены нажимными устройствами, приводимыми от электродвигателей.

Клеть выполнена с переменным расстоянием между осями стоек станины, что позволяет применять горизонтальные валки различной длины в зависимости от размера прокатываемых балок. Предусмотрены 3 типа расстояний между осями стоек станин: 1500, 1750, 2050 мм.

Вспомогательная клеть (ВК).

Предназначена для обжатия кромок полок и контроля их ширины. По конструкции клеть дуо реверсивная с приводом от одного электродвигателя.

Деформация металла во вспомогательной клети приведена на рисунок 3.

Рисунок 3 -- Вспомогательная клеть

Конструкция вспомогательной клети подобна универсальной клети, но в ней отсутствуют вертикальные валки.

Диаметр валков 1100-1250 мм.

Участок перевалки клетей

Для перевалки универсальных и вспомогательных клетей предусмотрены рельсовые направляющие, по которым старые клети выезжают в специальные карманы, а на их место в линию стана задвигаются новые клети. Схема перевалки приведена на рисунке 4.

Цех прокатки широкополочных балок (ЦПШБ) является цехом по производству двутавров, осевой заготовки, шпунта Л5У-М, квадратной и круглой заготовок, полосы (листа). ЦПШБ состоит из нескольких участков:

-участка уборки и вырубки горячего металла (УУВГМ);

-участка методических печей (УНП);

-универсально-балочного стана (УБС);

-участка отделки и отгрузки металла (УООМ);

-участка сборки и перевалки клетей (УСПК);

-участка подготовки сменного оборудования (УПСО).

Исходной заготовкой для прокатки двутавровых профилей является непрерывно-литая заготовка, полученная на МНЛЗ.

На участке уборки и вырубки горячего металла производится осмотр и приемка непрерывно - литых заготовок. Выявленные поверхностные дефекты удаляются огневой зачисткой.

Нагрев заготовок перед деформацией осуществляется в трех методических пятизонных нагревательных печах с шагающим подом, торцевой загрузкой и выдачей металла. Посад металла в печь производится как в холодном состоянии, так и в теплом (от 200?С до 500?С) состоянии. Заготовки садятся по ширине печи следующим образом:

-длиной до 5650 мм - в одном ряду две заготовки;

-длиной свыше 5650 мм - в одном ряду одна заготовка.

Температура металла на выдаче из печей 1240-1260 °С.

Нагретые до необходимой температуры заготовки прокатываются в обжимной реверсивной клети стана за 5-11 пропусков, температура конца прокатки в обжимной клети не должна быть ниже 1100 ?С.

После прокатки в обжимной клети заготовки по рольгангу поступают в черновую универсальную группу клетей, состоящую из вспомогательной клети (ВК-1) и главной универсальной клети (ГУК-1). В зависимости от размеров двутавра, раскат прокатывается за 1-3 пропусков в автоматическом режиме работы оборудования. Затем раскат транспортируется по рольгангу к предчистовой группе, состоящей из ГУК-2 и ВК-2. Прокат осуществляется за 1-3 пропуска в автоматическом режиме работы оборудования.

После предчистовой группы клетей раскат передается на чистовую клеть, где осуществляется только один пропуск в автоматическом режиме. Температура конца прокатки в чистовой клети должна обеспечить качественную порезку раската на пилах горячей резки и соответствовать таблице 1.

Таблица 1 - Температура конца прокатки

Температура измеряется перед ГУК-3 пирометром - спектропиром. Прокатанные в чистовой клети двутавры длиной до 100 мрольгангом передают на участок резки. На стане установлено семь пил горячей резки с дисками диаметром 2000-2200 мм (тип пилы - маятниковая ударного действия). Комплексная автоматизация участка пил горячей резки обеспечивает рациональный раскрой металла на мерные и нормальные длины до 30 м, точную без упорную остановку полосы в положении реза, дистанционную расстановку пил и автоматическую корректировку их положения в зависимости от температуры разрезаемого двутавра. Раскрой металла осуществляется автоматически в три приема, причем обрезка переднего конца каждой очередной полосы совмещается в цикле раскроя с последним ходом пил при резке предыдущей полосы.

1.3 Сортамент выпускаемой продукции

Сортамент ЦПШБ представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Сортамент продукции ЦПШБАО «ЕВРАЗ НТМК»

1.4 Технико-экономические показатели работы цеха за 2016 год

Основные показатели работы цеха за 2016 год приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Показатели работы ЦПШБ АО «ЕВРАЗ НТМК» за 2016 год

1.5 Динамика захвата двутавровой заготовки валками обжимной клети 1300 УБС

На Нижнетагильском металлургическом комбинате непрерывнолитые двутавровые заготовки прокатываются в обжимной клети 1300 универсально-балочного стана [11]. При этом очень важно оценить условия захвата двутавровой заготовки калиброванными валками обжимной клети 1300, а также знать характер изменения и величину нормальных и касательных напряжений на контактной поверхности по мере заполнения очага деформации металлом.

Моделирование процесса прокатки двутавровой балки в обжимной клети 1300 универсального балочного стана выполнялось с использованием программного комплекса ANSYS. Расчет проводился в объемной постановке. Упор сделан на определение напряженно-деформированного состояния и характер течения металла, возникающего в очаге деформации при прокатке балки 30Ш в калибрах 1,2 и 3 обжимной клети 1300.

При исследовании напряженно-деформированного состояния двутавровой балки при прокатке пренебрегли инерционными и массовыми силами; деформируемый металл балки считаем несжимаемым. При записи уравнений состояния использовали случай простого нагружения. Для материала проката принята упруго-пластическая модель Прандтля-Рейса.

На первом этапе моделировался захват металла валками, на втором - установившийся процесс прокатки двутавровой заготовки из стали 09Г2 для трех вариантов, указанных в табл. 3.

Модуль упругости (Е) определяли по зависимости

Е = -4,566-105 +160T +

где T-температура металла

В соответствии с принятыми исходными данными рассчитаны зависимости сопротивления пластической деформации для стенки, полки и зоны сопряжения стенки с полкой заготовки для рассматриваемых проходов и принятых температур. Коэффициент трения во всех калибрах принят равным 0,49.

Таблица 3- Параметры балки и калибров, принятые в расчете

Здесь В, R, h, H, а - ширина, радиус внутреннего закругления, ширина стенки, высота полки, толщина основания фланца.

В исходном состоянии, чтобы смоделировать процесс захвата, передний торец балки размещался на некотором расстоянии от плоскости, проходящей через ось валка перпендикулярно оси прокатки, согласно рисунку5.

Балку представляли твердотельной объемной моделью, а калибр моделировали недеформируемой твердой поверхностью. Конечно-элементную модель балки формировали из трехмерных 20-ти узловых твердотельных элементов SOLID186. В окончательной, принятой для расчета сетке конечных элементов, размер элемента в поперечных сечениях был равен 2,5 мм, а в направлении прокатки - 5 мм. Для более наглядного представления результатов расчета весь очаг деформации разбили на три очага деформации. Расчет показал, что в процессе захвата балки калибром обжатия для всех вариантов начинаются в первую очередь с зоны полки в направлении оси ОХ. При этом во всех случаях стенка по всей толщине испытывает напряжения растяжения в направлении оси ОХ .

Принято следующее правило знаков: величины, относящиеся к растяжению, являются положительными, к сжатию - отрицательными. Значения максимальных (контактных) нормальных и касательных напряжений (МПа) в очагах деформации при прокатке балки 35Ш в калибрах 1 и 3что величина растягивающих нормальных напряжений, возникающих в стенке, в направлении оси ОХ (а ) не превышает 52 МПа. В очагах деформации полки и зоне радиуса сопряжения полки со стенкой нормальные контактные напряжения сжимающие, что свидетельствует о благоприятной с позиции качества балки схемы напряженного состояния с преобладанием высоких сжимающих напряжений.

Определив величину и характер изменения контактных нормальных и касательных напряжений по мере захвата двутавровой заготовки валками, переходим к расчету динамических нагрузок в линии привода обжимной клети 1300.

Известно что основной причиной высоких динамических перегрузок в линии привода реверсивных обжимных прокатных станов являются зазоры в шпиндельных соединениях. В связи с этим важно оценить уровень динамических нагрузок, определить скорость соударения масс в зазоре в зависимости от технологических и скоростных параметров процесса прокатки, которая и определяет величину динамических нагрузок, и принять ряд мер для снижения уровня динамических нагрузок. Основными причинами раскрытия зазоров в шпиндельных соединениях обжимных станов являются задача раската в валки со скоростью, превышающей скорость валков, и захват раската валками при замедлении приводного электродвигателя.

Выводы. В результате теоретического исследования определено напряженно-деформированное состояние металла в очагах деформации при захвате двутавровой заготовки калиброванными валками обжимной клети 1300 универсально-балочного стана. Разработана инженерная методика расчета максимальных динамических нагрузок в линии привода обжимной клети 1300 с учетом зазоров в шпиндельных соединениях.

Рисунок 5. Процесс захвата балки

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет калибровки валков при прокатке двутавровой балки 35Ш3

Таблица 4 - Исходные данные

Рисунок 6. Готовый профиль

Условные обозначения: