Использование систем и средств автоматизации технологических объектов на предприятии ОАО "ММК"

Поверхностные трещины и плены удаляются с помощью огневой пневматической или наждачной зачистки.

На поверхности сляба могут проявляться следующие дефекты: продольные и поперечные трещины, плены. Возможно, что все эти дефекты наследственные и образовываются при прокатке слитков на слябинге. Происхождение продольных и поперечных трещин на поверхности сляба также бывает связано с температурным режимом нагрева или охлаждения. Поверхностные плены образовываются еще при прокатке слитка, подкорковые пузыри которого располагаются близко к поверхности (малая толщина внешней стенки слитка до подкорковых пузырей) и при высотной деформации смещаются к ней, проявляясь в виде дефекта.

На современных листовых станах имеются механизированные установки для удаления поверхностных дефектов. Слябы, получаемые на современных блюмингах или слябингах в настоящее время, как правило, обрабатываются в потоке на машинах огневой зачистки и на станы подаются качественными.

7.2 Описание технологического процесса

Производство металла имеет большое значение для развития народного хозяйства и роста благосостояния людей. От успешного развития металлургии в значительной мере зависит обеспечение металлом машиностроения, машиностроительства, транспорта, сельского хозяйства и других областей народного хозяйства. Технологический процесс получения готового проката является завершающей стадией металлургического производства. Через прокатные цеха проходит почти вся сталь, выплавляемая в сталеплавильных цехах, поэтому наряду с увеличением производства проката существует проблема повышения эффективности прокатного производства и качества готового продукта. Особенностью развития прокатного производства является переход к непрерывным процессам прокатки. Это позволяет существенно увеличить производительность прокатных станов и качество их продукции. Обеспечение непрерывной схемы прокатки требует существенного повышения уровня автоматизации технологических процессов и обеспечения оптимальности управления.

Управление технологическим процессом, проблема выбора оптимальной технологии связаны с выбором критерия оценки качества. Задачу выбора таких критериев можно определить как задачу определения качества технологического процесса.

Процесс прокатки осуществляют на специальных прокатных станах.

Прокатный стан - комплекс машин для деформирования металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций (транспортирование, нагрев, термическая обработка, контроль и т.д.).

Оборудование для деформирования металла называется основным и располагается на главной линии прокатного стана (линии рабочих клетей). Главная линия прокатного стана состоит из рабочей клети и линии привода, включающей двигатель, редуктор, шестеренную клеть, муфты, шпиндели. Схема главной линии прокатного стана представлена на рис. 7.1.

Рисунок 7.1 - Схема главной линии прокатного стана: 1 - прокатные валки; 2 - плита; 3 - трефовый шпиндель; 4 - универсальный шпиндель; 5 - рабочая клеть; 6 - шестеренная клеть; 7 - муфта; 8 - редуктор; 9 - двигатель

Прокатные валки 1 установлены в рабочей клети 5, которая воспринимает давление прокатки. Определяющей характеристикой рабочей клети являются размеры прокатных валков: диаметр (для сортового проката) или длина (для листового проката) бочки. В зависимости от числа и расположения валков в рабочей клети различают прокатные станы: двухвалковые (дуо-стан), трехвалковые (трио-стан), четырехвалковые (кварто-стан) и универсальные.

В двухвалковых клетях (рисунок 7.2, позиция а) осуществляется только по одному пропуску металла в одном направлении. Металл в трехвалковых клетях (рисунок 8.2, позиция б) движется в одну сторону между нижним и верхним, а в обратную - между средним и верхним валками.

В четырехвалковых клетях (рисунок 7.2, позиция в) устанавливаются опорные валки, которые позволяют применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижаются деформирующие усилия.

Универсальные клети (рисунок 7.2, позиция г) имеют неприводные вертикальные валки, которые находятся между опорами подшипников горизонтальных валков и в одной плоскости с ними.

Рисунок 7.2 - Прокатные клети

Шестеренная клеть 6 предназначена для распределения крутящего момента двигателя между валками. Это одноступенчатый редуктор, передаточное отношение которого равно единице, а роль шестерен выполняют шестеренные валки.

Шпиндели предназначены для передачи крутящего момента от шестеренной клети прокатным валкам при отклонении от соосности до 10…12°. При незначительном перемещении в вертикальной плоскости применяют шпиндели трефового типа 3 в комплекте с трефовой муфтой. Внутренние очертания трефовых муфт отвечают форме сечения хвостовика валка или шпинделя. Муфтой предусмотрен зазор 5…8 мм, что допускает возможность работы с перекосом 1…2°. При значительных перемещениях валков в вертикальной плоскости ось шпинделя может составлять значительный угол с горизонтальной плоскостью, в этом случае применяют шарнирные или универсальные шпиндели 4, которые могут передавать крутящий момент прокатным валкам при перекосе шпинделя до 10…12°.

Существуют три основных способа прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно - винтовая (рис.7.3).

Рисунок 7.3 - Схемы основных видов прокатки: а - продольная; б - поперечная; в - поперечно - винтовая

При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис.8.3, а). Заготовка втягивается в зазор между валками за счёт сил трения. Этим способом изготавливается около 90 % проката: весь листовой и профильный прокат.

Поперечная прокатка (рис. 8.3, б). Оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения - в противоположном.

В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечивается профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят специальные периодические профили, изделия представляющие тела вращения - шары, оси, шестерни.

Поперечно - винтовая прокатка (рис. 8.3, в). Валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл получает ещё и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Применяется для получения пустотелых трубных заготовок.

В качестве инструмента для прокатки применяют валки прокатные. В зависимости от прокатываемого профиля валки могут быть гладкими, применяемыми для прокатки листов, лент и т.п. и калиброванными (ручьевыми) для получения сортового проката.

Сляб подается к рольгангу из печи с шагающими балками с помощью извлекателей, температура в печи достигает 12500С, а время нахождения в печи колеблется от 3 до 5 часов, это зависит от марки стали.

Далее из печи сляб следует в черновой окалиноломатель, в нем осуществляется обжатие металла для последующего удаления окалины; следом за ним расположен гидросбив, мощная струя воды под давлением 200 атмосфер очищает сляб от окалины.

После расположена двувалковая клеть, которая осуществляет небольшое обжатие, ее задача выронить раскат. За ней - универсальная клеть кварто, она содержит 4 валка, расположенных в клети, два рабочих и два опорных. Рабочие валки имеют меньшую площадь для снижения контакта поверхностей. Здесь раскат получает боковое и горизонтальное обжатие, а также увеличивается в длину.

Затем сляб подается в непрерывную черновую группу клетей. Ее особенность заключается в том, что раскат находится сразу во всех клетях одновременно, благодаря этому поддерживается закон постоянства объемов в секунду. Скорость вращения каждой последующей группы валков увеличивается, это исключает образование петель на полосе.

Главной задачей является не допустимость выкатывание окалины в прокат, ее помогают устранить гидросбив, он есть в каждой клети. После этой клети следует длинный рольганг, за ним карманы, в которые толкателями с рольганга в случае брака или аварии скидывается раскат, после устранения неполадок раскат можно прокатать снова, но только толщина больше 100мм.

Перед чистовой группой клети установлены ножницы, они обрубают конец и переднюю часть полосы. За ним сразу же установлен гидросбив. В клети кварто существуют охлаждающие устройства, которые подают воду на полосу.

Так же существует система охлаждения валков, т.к. если не охлаждать валки, то могут возникнуть трещины. Здесь же установлены петледержатели, их называют "куперами", они держат натяжения между клетями, дают коррекцию, убирают петли.

На опорных валках клетей есть гидроцилиндры, они позволяют регулировать длину раската.

Так же существуют месдозы, для изменения давления между валками, чтобы полоса не сползала и не гнулась. Тут же расположены толщинмеры, гидросбив, шириномер и планшеномер.

Чтобы соблюсти размеры перед последующей смоткой нужно принять во внимание температуру для этого установлена система ламинарного охлаждения 1 и 2 группы моталок. Барабан моталок окружен формирующими роликами, они задают натяжение полосы для равномерного распределения воды. Получают рулоны длиной 1 км из сляба длиной в 5 м и толщиной 250мм его масса составляет от 15-200.

Для снятия рулона под барабан поднимается люлька, которая снимает с барабана рулон и надевает его на кантователь. За тем рулон следует по конвейеру на машину предварительной упаковки, за тем взвешивается на платформенных весах, вес заносится в компьютер к оператору, и затем раскат идет на первый поворотный стол, потом наклад горячекатаных рулонов, далее на упаковку, маркировку, погружаются на вагоны и направляются к заказчику.

Так же с рулонов берутся пробы. С помощью кранов зацепляют и увозят на осмотр.

Если валки износились то необходимо привести в рабочее состояние, эта процедура осуществляется в вальце-шлифовальном отделении. Здесь валки шлифуют и снимают наклеп.

Все технологические операции на стане механизированы и автоматизированы, применен ряд новых технических решений:

- в первые в мировой практике установлена непрерывная черновая подгруппа из трех рабочих клетей, которая позволила улучшить температурный режим прокатки за счет сокращения длины черновой группы, а также снизить капитальные затраты на строительство цеха;

- установлены две группы моталок, обеспечивающие дифференцированную смотку полос по толщине;

- стан оснащен средствами и системами автоматизации технологического процесса прокатки и работы машин и механизмов с использованием эвм, в том числе системами автоматического регулирования толщины полосы, натяжения полосы, температурного режима и скорости прокатки, обеспечивающими высокую точность и требуемые механические свойства горячекатаной полосы.

7.3 Структура и функции АСУ ТП стана горячей прокатки

Основная задача прокатного производства состоит в обеспечении требуемого качества проката, т.е. в обеспечении соответствия геометрических размеров, формы, физико-механических свойств и состояния поверхности проката заданным требованиям.

Прокатка металла является основной технологической операцией процесса производства проката. Остальные технологические операции обеспечивают возможность осуществления прокатки и получение требуемого качества проката.

Рассмотрим характерные функциональные задачи АСУ ТП прокатного стана (рис. 7.4):

Слежение за прохождением прокатываемого металла по всей технологической линии от склада заготовок до склада продукции является важнейшей информационной функцией АСУ ТП стана.

Управление станом при прокатке партии полос складывается из подготовки стана к прокатке и управления процессом прокатки партии полос.

Подготовка стана к прокатке очередной партии полос включает расчет программы прокатки и настройку стана.

Расчет программы прокатки партии полос заключается в определении законов изменения заданий локальным системам в функции времени и положения полос, обеспечивающих оптимальную прокатку партии полос.

Настройка стана заключается в выдаче локальным системам заданий, обеспечивающих приведение стана в исходное состояние для прокатки очередной партии полос, и реализацию этих заданий локальными системами. Расчет программы прокатки выполняется зональными УВМ на основании характеристик партии полос таким образом, чтобы обеспечить оптимальное протекание процесса прокатки.

Рисунок 7.4 - Функциональные задачи АСУ ТП прокатного стана

Управление прокаткой партии полос включает управление темпом прокатки и управление станом при прокатке отдельных полос партии. Управление темпом прокатки имеет целью обеспечить прокатку полос на стане с оптимальными интервалами между ними. Оно осуществляется УВМ зоны нагревательных устройств на основании программы прокатки с учетом информации о фактическом положении полос в линии стана путем выработки команд на выдачу заготовок из нагревательных устройств стана.

Управление станом при прокатке отдельной полосы партии можно подразделить на подготовку стана к прокатке полосы и управление процессом ее прокатки.

Подготовка стана к прокатке очередной полосы партии включает коррекцию программы прокатки и подстройку стана. Коррекция программы прокатки выполняется с целью обеспечить оптимальную прокатку очередной полосы с учетом ее фактических характеристик. Подстройка стана заключается в приведении его устройств и систем в исходное состояние для прокатки очередной полосы в соответствии с откорректированной программой прокатки. Коррекция программы прокатки проводится зональными УВМ. При прокатке первой полосы партии коррекция выполняется на основании информации об отклонении фактических характеристик полосы от характеристик партии, на основании которых рассчитывалась программа. При прокатке последующих полос коррекцию целесообразно осуществлять на основании информации об отклонениях характеристик очередной полосы от характеристик предыдущей. Коррекция программы прокатки и подстройка для отдельных зон (агрегатов) стана может проводиться после прохождения полосой предыдущих зон (агрегатов) стана и уточнения фактических значений ее характеристик.

Управление процессом прокатки отдельной полосы партии сводится к изменению заданий локальным системам стана в функции времени и положения прокатываемой полосы в соответствии с откорректированной программой прокатки полосы и реализации этих изменений локальными системами.

Расчет программы прокатки проводится перед началом прокатки партии полос, а ее коррекция может осуществляться перед прокаткой очередной полосы партии и перед очередным проходом.

Цель автоматизации сложного металлургического агрегата, каким является непрерывный широкополосный стан - обеспечение независимости

качества проката и производительности стана от обслуживающего персонала. При этом должны предотвращаться перегрузки оборудования, а затраты на обслуживание при полном использовании оборудования должны поддерживаться на минимальном уровне. Необходимо предусмотреть возможность использования более низких уровней автоматизации, т.е. должна обеспечиваться возможность частичного или полного ручного управления станом.

АСУ ТП прокатного стана должна функционировать в следующих режимах:

- в информационно-советующем режиме, при котором средства вычислительной техники вырабатывают и выдают оперативному персоналу рекомендации по рациональному управлению процессом

- в комбинированном режиме, при котором средства вычислительной техники автоматически изменяют уставки и параметры настройки локальных систем регулирования;

- в режиме прямого управления, при котором средства вычислительной техники обеспечивают непосредственное управление исполнительными устройствами.

АСУ ТП современного широкополосного стана горячей прокатки осуществляет автоматическое управление технологическим процессом, начиная от взвешивания слябов перед нагревательными печами и заканчивая маркированием рулонов на конвейерах моталок.

8. Холодная прокатка

В 2011 году на Магнитогорском металлургическом комбинате в присутствии была введена в эксплуатацию первая очередь комплекса холодной прокатки - стан 2000. Основной продукцией комплекса мощностью 2 млн. т. продукции в год станет высококачественный холоднокатаный и оцинкованный прокат для производства внешних и внутренних деталей автомобилей. Продукция стана также широко востребована в производстве бытовой техники и в строительной отрасли.

Необходимость ввода новых мощностей была вызвана увеличением спроса на особо качественный холоднокатаный прокат, в первую очередь, для изготовления кузовов легковых автомобилей. Этот прокат производится на стане 2000 по самым передовым технологиям.

15 июля была введена в строй первая очередь комплекса холодной прокатки - линия непрерывного травления, соединенная со станом-тандем. Пуск второй очереди - агрегата непрерывного горячего цинкования, агрегата непрерывного отжига и агрегата инспекции полосы - был запланирован на июль 2012 г. Контракт на поставку комплекса стана 2000 холодной прокатки был заключен ОАО "ММК" в июле 2007 г. с немецким машиностроительным концерном SMS-DEMAG.

В состав технологического оборудования комплекса холодной прокатки (ЛПЦ-11) войдут:

- непрерывная травильная линия турбулентного травления в соляной кислоте, совмещённая с пятиклетевым станом холодной прокатки производительностью 2100 тыс. тонн в год;

- агрегат непрерывного горячего оцинкования производительностью 450 тыс. тонн в год;

- комбинированный агрегат непрерывного отжига/горячего оцинкования производительностью 650 тыс. тонн в год;

- вальцешлифовальное отделение с установками шлифования и текстурирования рабочих валков; агрегат инспекции и продольного роспуска полосы;

- упаковочные линии для обработки холоднокатаных нагартованных и оцинкованных рулонов.

Основное предназначение комплекса, расположенного ЛПЦ-11, - производство высококачественного холоднокатаного и оцинкованного проката для внешних и внутренних деталей автомобилей, бытовой техники и строительных конструкций.

Сортамент производимой продукции - холоднокатаный лист в рулонах массой до 43,5 тонн толщиной полосы 0,28 - 3,0 мм и шириной 850-1880 мм.

13 января 2015 на стане 2000 холодной прокатки Магнитогорского металлургического комбината произведена 5-миллионная тонна продукции с момента пуска агрегата.

Во втором по счету на ММК цеху холодной прокатки (ЛПЦ-5) эксплуатируется стан 2500 холодной прокатки стального листа.

Сегодня в ЛПЦ № 5 продолжают совершенствовать технологии выпуска продукции, оперативно реагируя на пожелания потребителей к качеству поверхности, плоскостности, микротопографии, промасливанию поверхности проката. Одно из последних новшеств - ввод на агрегате поперечной резки и травильной линии машин электростатического промасливания, позволяющих наносить на всю поверхность проката минимальное и равномерное количество масла для предотвращения коррозии. В цехе постоянно идёт подбор оптимальных эмульсионных прокатных масел, новых жидкостей для мокрой дрессировки - для улучшения работы станов и качества поверхности листа.

8.1 Подготовка исходных материалов

Исходным материалом для производства х/к листов, служат г/к полосы толщиной 1,5-6,0 мм, шириной 1250-2300 мм, свернутые в рулоны весом от 2 до 30 т, которые поступают из цеха горячей прокатки по конвейеру.

Первой операцией в цехе холодной прокатки является очистка поверхности листов от окалины, чтобы она не вдавливалась при холодной прокатке в металл и валки. Применяют химический и механический способы удаления окалины. Химический способ наиболее распространен, так как он способствует получению чистой поверхности листов, пригодной в дальнейшем для качественного нанесения защитных покрытий. При химическом способе применяют агрегаты непрерывного и периодического действия для травления углеродистой стали в растворах серной или соляной кислот. Непрерывное травление обеспечивает высокую производительность, максимальную автоматизацию процесса и минимальный расход кислоты. Для обеспечения непрерывности травления задний конец предыдущего рулона сваривают стыкосварочной машиной с передним концом последующего. При этом увеличивается масса рулона, что значительно повышает производительность станов холодной прокатки. Когда стали плохо свариваются, для осуществления непрерывного травления устанавливают машины механической сшивки концов рулонов. Места механической сшивки (двойной толщины) не прокатываются, а после травления вырезаются, что увеличивает отходы металла.

Большое положительное значение для повышения производительности травильных агрегатов имеет разрушение поверхностной окалины перед травильными ваннами в дрессировочных двухвалковых или четырехвалковых клетях, обеспечивающих обжатие до 5%. Способ травления - каскадный. Концентрация свежего раствора серной кислоты достигает 20-22%; температура кислотного раствора составляет 60-80° С; скорость движения полосы через травильные ванны 3-5 м/с. Длина травильных агрегатов достигает нескольких десятков метров. После травления полоса промывается в ваннах с холодной и горячей водой и сушится горячим воздухом. Затем на дисковых ножницах обрезаются боковые кромки, а для предотвращения коррозии при хранении полоса промасливается и свертывается в рулоны требуемой массы.

В последнее время для травления горячекатаных полос углеродистой стали вместо раствора серной кислоты стали применять раствор соляной кислоты. Травление в горячем растворе соляной кислоты концентрацией около 20% обеспечивает одинаковое удаление всех окислов железа (высших и низших), в то время как сернокислотный раствор хорошо травит только низшие окислы.

Продукты соляно-кислотного травления лучше растворяются в воде, а само травление происходит примерно в два раза быстрее, чем серно-кислотное; поверхность листов при соляно-кислотном травлении получается более ровной, что способствует их качественному покрытию другими металлами и составами. При соляно-кислотном травлении значительно меньший расход кислоты. Наконец, продукты соляно-кислотного травления FeCi3 и FeCb весьма эффективно потребляются в металлургическом производстве; потребление же продукта серно-кислотного травления (железного купороса) на месте затруднительно. Однако соляная кислота весьма токсична, разъедает резину; стоимость агрегатов для соляно-кислотного травления значительно выше, чем для сернокислотного.

Для очистки от окалины горячекатаных полос из легированных сталей используют дробеметную обработку. Этот вид механической обработки вместо травления применяют при очистке сталей, окалина которых очень тверда. Чугунная или стальная дробь, ударяясь о листе большой скоростью, разрыхляет и разбивает окалину.

8.2 Описание технологического процесса

Полистный (карточный) способ холодной прокатки характерен для реверсивных и нереверсивных станов дуо и кварто. Некоторые современные станы, предназначенное для прокатки высококачественного металла, прокатывают отдельные листы.

Реверсивные станы с рулонным способом производства применяют главным образом для холодной прокатки легированной стали. Реверсивные одноклетевые станы кварто могут работать на толстом подкате (3-6 мм) и прокатывать лист толщиной до 0,5мм, а в некоторых случаях и более тонкий.

Для прокатки особо тонких листов и жести (тоньше 0,18 мм) применяют многовалковые станы. На многоклетевых станах уменьшения толщины полос достигают за счет увеличения числа клетей (до 5-6) или дополнительной прокаткой на двух или трехклетевых непрерывных станах (до 0,08 мм). Многовалковые станы (12- и 20-валковые) широко применяют при прокатке труднодеформируемых легированных сталей и сплавов.

При полистном способе прокатки карточки в валки задают вручную. На нереверсивном стане после прокатки партии листов с одним и тем же обжатием пакеты переносят на переднюю линию клети краном или транспортером для следующего прохода.

Прокатку на реверсивном стане рулонов ведут следующим образом. Полосу с разматывателя задают в валки, а затем передний конец заправляют в моталку. После заправки начинается процесс прокатки с натяжением. Таким же образом после заправки заднего конца прокатку ведут в обратном направлении. Скорость прокатки на реверсивных станах составляет 6-15 м/сек, производительность этих станов достигает 350 тыс. т в год.

Применение рабочих валков малого диаметра для получения минимально возможной толщины полосы диктует создание станов с приводом через опорные валки, что позволяет передать через их шейки требуемый крутящий момент.

Применение привода через опорные валки имеет следующие основные преимущества:

- сравнительно легкая и быстрая смена рабочих валков, возможность организации "чистовых" пропусков на вновь отшлифованных валках для получения поверхности высокого класса чистоты;

- гибкость в подборе рабочих валков благодаря возможности одновременного использования рабочих валков разных диаметров;

- применение индивидуального привода вследствие достаточного межцентрового расстояния между осями опорных валков.

Использование рабочих валков малого диаметра ставит проблему исключения или значительного уменьшения их изгиба. Для этого одноклетевые реверсивные станы холодной прокатки с приводными опорными валками оснащают дополнительными опорными валками.

ОАО "ММК" является владельцем патента RU 2351414, в котором описывается решение задачи снижения производственных затрат при холодной прокатке полосовой стали повышенной прочности без ухудшения качества проката.

Стан холодной прокатки полос содержит разматыватель, рабочую клеть с приводным валком заданных диаметра D и твердости Т его бочки с системой подачи смазки в очаг деформации и моталку, в отличие от ближайшего аналога, при прокатке полос шириной 0,1…0,3 м из стали с пределом прочности ?600 МПа в вертикальной осевой плоскости валка установлены сверху и снизу в опорах два неподвижных деформирующих элемента с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника с закругленными вершинами, выполненные с возможностью перестановки местами граней этих элементов и с регулируемой величиной зазора между элементом и валком, а также на стане установлено натяжное приводное валковое устройство. При этом валок натяжного устройства при работе стана охватывается деформируемой полосой с встречным направлением движения ее ветвей в рабочей клети; высота деформирующего элемента может быть равна (0,4…0,5)D, а радиус закругления его ребер - (0,07…0,09)D, твердость закругленных ребер этого элемента может составлять (1,2…1,4)Т.

Конструкция предлагаемого стана схематично показана на рис. 9.1

В рабочей клети 1 стана установлен валок 2 с диаметром его бочки D и с приводом (не показан). В вертикальной осевой плоскости y-y валка 2 установлены два деформирующих элемента - верхний 3 и нижний 4, поперечное сечение которых выполнено в виде равностороннего треугольника с высотой H=(0,4…0,5)D, а углы закруглены радиусами R=(0,07…0,09)D, причем твердость закругленных ребер элементов в 1,5…1,8 раза больше твердости бочки валка. За клетью 1 расположено валковое натяжное устройство 5 с приводом. Стан имеет также разматыватель 6 горячекатаной рулонной полосы 7 и моталку 8 готового проката, а клеть 1 снабжена нажимными устройствами 9 для перемещения по вертикали элементов 3 и 4 с изменением зазора между ними и валком 2. Перед клетью 1 и за нею находятся отгибающие ролики 10 и 11.

Рисунок 8.1 - Схема стана холодной прокатки полос

Стан работает следующим образом.

Из разматывателя 6 полоса 7 поступает в клеть 1 в зазор заданной величины между валком 2 и верхним деформирующим элементом 3, где и осуществляется первичное обжатие металла на промежуточную его толщину. Затем полоса огибает валок натяжного устройства 5 на угол более 180° и движется в противоположном направлении (огибая ролики 10 и 11) к клети 1, где проходит в зазор между валком 2 и нижним элементом 4 - происходит обжатие металла на заданную конечную толщину. Готовая холоднодеформированная полоса сматывается в рулон в моталке 8. Для перемещения по вертикали элементов 3 и 4 с изменением зазора между ними и валком 2 клеть 1 снабжена нажимными устройствами 9.

Опытную проверку заявляемого стана осуществляли в лаборатории ОМД Магнитогорского государственного технического университета.

Отделка холоднокатаного листа включает дрессировку, правду, резку, сортировку, приемку и упаковку готовой продукции. Дрессировка (обжатия 0,5- 3,0%) обязательна для листа, подвергающегося глубокой штамповке. При дрессировке прочность возрастает на 10-15% при хорошей пластичности металла. Одновременно при дрессировке лист калибруется по толщине и можно получить любую требуемую поверхность - блестящую, глянцевую, полированную, матовую или шероховатую.

Дрессировку проводят за один проход в одной или двух клетях без смазки и охлаждения валков. На современных двухклетевых дрессировочных станах, предназначенных в основном для дрессировки жести, скорость прокатки достигает 30м/сек. Производительность двухклетевых станов составляет 450 тыс. т в год, но есть аналогичные станы с более высокой производительностью.

8.3 АСУ ТП стана холодной прокатки

На предприятиях черной металлургии с полным циклом производства управление строится по переделам с координацией этих управлений в масштабе всего предприятия.

Автоматизация производства заключается в применении для выполнения производственных операций автоматических устройств, т.е. технических устройств, выполняющих заданные действия с использованием различных видов энергии без непосредственного участия человека.

Агрегаты цеха холодной прокатки оснащаются средствами автоматического контроля и системами регулирования и управления, обеспечивающие выполнение технологических требований, а также автоматизацию работы механизмов, диагностику неисправностей, учет работы оборудования и готовой продукции.

Цель автоматизации производства - повышение производительности и улучшение условий труда, обеспечение высокого качества продукции, оптимального использования всех ресурсов.

Функции АСУ ТП непрерывного стана холодной прокатки:

- слежение за рулонами от разматывателя до маркировочной машины;

- расчет установок для настройки стана на прокатку заданного сортамента;

- управление основными и вспомогательными механизмами прокатного стана;

- управление скоростными режимами прокатки;

- регулирование натяжения полосы;

- регулирование планшетности полосы;

- центрирование полосы по оси стана;

- контроль температуры полосы и валков;

- регулирование расхода смазочно-охлаждающей жидкости;

- измерение усилия прокатки и крутящих моментов;

- учет расхода энергоносителей;

- сбор, обработка и выдача технической и производственной информации, поступающей с пультов ручного ввода, от средств автоматического контроля и систем автоматизации;

- диагностика неисправностей оборудования.

Схема АСУ ТП непрерывного стана холодной прокатки представлена на рис.8.2.



Рисунок 8.2 - Схема АСУ ТП стана холодной прокатки

Системы: 1 - автоматической перевалки рабочих валков; 2 - автоматической подачи и уборки рулонов; 3 - автоматической задачи полосы в клети; 4 - автоматического позиционирования механизмов; 5 - автоматического регулирования натяжения полосы между клетью и разматывателем; 6 - автоматического регулирования температуры валков; 7 - автоматической установки параллельности валков; 8 - автоматического управления соосностью валков; 9 - автоматического регулирования скорости прокатки; 10 - автоматического регулирования межклетевых натяжений; 11 - автоматического регулирования толщины полосы; 12 - автоматического центрирования полосы; 13 - автоматического регулирования натяжения полосы между клетью и моталкой; 14 - точной остановки барабана моталки; 15 - автоматического регулирования параметров смазочно-охлаждающей жидкости; 16 - расчета и выдачи уставок параметров; 17 - оптимизации процесса прокатки; 18 - слежения за рулонами от разматывателя до маркировочной машины; 19 - сбора, обработки и выдачи технической и производственной информации; 20 - диагностики неисправностей оборудования.

Средства автоматического контроля: 21 - датчики наличия рулонов на разматывателе и моталке; 22 - измеритель диаметра и ширины рулона; 23 - измеритель положения рулона на разматывателе (по оси стана и высоте); 24 - датчик начала и конца полосы; 25 - датчик положения сварного шва; 26 - датчик положения полосы относительно продольной оси стана; 27 - измеритель усилия прокатки; 28 - измеритель крутящего момента на шпинделях; 29 - измеритель усилия устройств регулирования клетей; 30 - датчик включения и выключения электродвигателей нажимных механизмов; 31 - измеритель температуры полосы и валков; 32 - датчик перемещения вспомогательных механизмов; 33 - измеритель зазора между рабочими валками; 34 - измеритель натяжения полосы; 35 - измеритель толщины полосы; 36 - измеритель скорости полосы; 37 - измеритель длины полосы; 38 - измеритель массы рулонов; 39 - датчики расхода смазочной и охлаждающей жидкостей.

Основными локальными системами управления устройствами являются:

- системы управления положением валков;

- системы управления скоростью вращения валков;

- системы управления усилиями напряжения клетей (для клетей, оборудованных специальными устройствами);

- системы управления натяжением моталки и разматывателя;

- системы управления расходом смазочно-охлаждающей жидкости по длине бочки валков.

Локальные системы управления технологическими переменными включают:

- систему регулирования натяжения полосы между клетями стана;

- систему регулирования толщины полосы;

- систему регулирования формы (профиля и формы) полосы.

Локальные системы управления технологическими переменными непрерывного стана холодной прокатки взаимодействуют через стан между собой. Поэтому они строятся как элементы единой комплексной системы автоматического управления технологическими переменными стана.

Практическая часовая производительность листового стана холодной прокатки определяется так же, как и листового стана горячей прокатки, с учетом коэффициента использования стана. Станы холодной прокатки листов работают также по непрерывному графику. Фактическое число часов их работы в году при определении годовой производительности можно принимать до 7500; Передний и задний концы рулонов прокатываются на заправочной скорости. Длительность прокатки на рабочей скорости, что является одним из основных факторов повышения производительности станов, зависит прежде всего от массы рулонов: чем она больше, тем выше производительность станов.

Расход металла при холодной прокатке на непрерывных и реверсивных станах определяется главным образом обрезью концов рулонов из-за отклонений по толщине готовых листов. Масса отходов определяется длинами концов рулонов, прокатываемых на заправочной скорости и массой рулонов: чем больше масса рулонов, тем меньше процент отходов. Расход металла зависит также от вида и марок стали прокатываемых листов и их назначения. В среднем расход горячекатаного металла при холодной прокатке рулонной стали составляет 1,07 т на 1 т листов. В пересчете на слитки это будет примерно 1,35 т на 1 т листов. Для жести приведенные значения будут составлять соответственно 1,09 т и 1,373 т на 1 т листов. Выпуск холоднокатаного листа с минусовыми допусками намного снижает расход металла.

Расход тепла в цехах холодной прокатки составляет около 250 тыс. ккал на 1 т листовой стали.

Расход электроэнергии на прокатку, отделку и термическую обработку холоднокатаного металла равен 90-100 кВт ч на 1 т листов. Для прокатки, отделки и термической обработки жести электролитического лужения (пятиклетевой стан) потребляется примерно 300 тыс. кВт-ч на 1 т продукции.

Расход воды на станах холодной прокатки составляет 20-30 мі на 1 т листов.

Расход валков равен 0,8-1,25 кг на 1 т проката.

9. Агрегат непрерывного горячего цинкования

Цех покрытий ОАО "ММК" включает в себя три очереди производства проката. Первая очередь представляет собой агрегат электротехнического лужения, выпускающий белую луженую жесть. Второй очередью является агрегат непрерывного горячего цинкования. Третей - агрегат нанесения полимерных покрытий, запущенный в июле 2004 года.

Агрегат непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) был построен на ММК при участии итальянской компании Danielli в июле 2002 года, в ходе реализации программы по выпуску готовой продукции. Проектная мощность агрегата составляет 500 тысяч тонн оцинкованного металла в год. Это первый в России агрегат цинкования подобной мощности и такого уровня.

На агрегате выпускаются оцинкованный металлопрокат под покраску и нанесение полимерного покрытия, а также под покрытие "гальванил", представляющего собой разновидность термодиффузионного цинкования.

Пуск мощного агрегата цинкования решил проблему дефицита оцинковки на внутреннем рынке. Продукция агрегата цинкования - холоднокатаный оцинкованный лист для автомобильной промышленности, качественные характеристики которого были положительно оценены специалистами АвтоВАЗа.

В комплексе с агрегатом цинкования задействованы еще два агрегата: поперечной резки и агрегат упаковки рулонов. Первый позволяет получать рулоны необходимого диаметра из заготовок, второй - упаковывать рулоны из оцинкованного листа, что позволяет получать на агрегате непрерывного горячего цинкования продукцию, готовую к реализации.

В 2008 г. в цехе покрытий Магнитогорского металлургического комбината был введен в эксплуатацию агрегат непрерывного горячего цинкования №2. На сегодняшний день он произвел более полутора миллионов тонн продукции.

Благодаря применению передовых технических решений, эта фирма создала наиболее оптимальную компоновку агрегата, позволяющую организовать производство товарной продукции с минимальными эксплуатационными и капитальными затратами. В частности, на новом агрегате установлена печь отжига горизонтального типа с применением зоны прямого пламенного нагрева (в АНГЦ №1 печь отжига вертикального типа), здесь используется более совершенная автоматика. Фирма-производитель разработала базовый инжиниринг, Магнитогорский Гипромез подготовил проект, генеральным подрядчиком строительства АНГЦ №2 выступило ОАО "Прокатмонтаж".

Новый агрегат ориентирован на производство оцинкованного проката в основном для строительной промышленности. Производительность АНГЦ №2 составляет 450 тысяч тонн в год. Агрегат предназначен для выпуска горячеоцинкованного проката в рулонах, толщиной 0,25 - 2,5 миллиметра, шириной 700 - 1476 миллиметра. В отличие от своего предшественника, АНГЦ №2 выпускает более узкий и толстый сортамент, при этом имеется возможность производства оцинкованного горячекатаного проката.

АНГЦ №2 стабильно работает со 100%-й загрузкой производственных мощностей, выпуская в месяц около 30 тысяч тонн продукции.

Цех покрытий является одним из наиболее успешно развивающихся производственных подразделений ОАО "ММК". Цех ориентирован на выпуск продукции дальнейших переделов, имеющую наибольшую добавочную стоимость. В 2004 году в цехе покрытий ОАО "ММК" был введен первый агрегат нанесения полимерных покрытий. Агрегат мощностью 200 тысяч тонн в год был построен по проекту фирмы "Voest-Alpine". АПП формирует на поверхности холоднокатаного листа или оцинкованной стали слой пластизоля, поливинилдефторида, полиэстера. Нанесение различных покрытий на поверхность стального листа позволяет получать продукцию с высокой коррозионной стойкостью, высокими потребительскими свойствами. Основным рынком сбыта листа с покрытием является строительная индустрия, значительные объемы металла с полимерным покрытием используются в производстве бытовых товаров.

Летом 2009 года вошел в строй второй агрегат нанесения полимерных покрытий. Его производительность составляет 200 тысяч тонн, оборудование поставила итальянская компания FATA HUNTER. С пуском АПП-2 мощности ММК по выпуску окрашенного металла возросли до 400 тысяч тонн в год. В состав оборудования нового агрегата включены горячий и холодный ламинаторы, предусмотрена возможность изготовления проката с текстурированным полимерным покрытием. Конструкция печи нового агрегата также обеспечивает получение материалов "белой техники" - холодильников, стиральных машин и т.д.

9.1 Технология горячего цинкования

Под термином "горячее цинкование" понимают нанесение цинкового покрытия на поверхность металлических изделий, преимущественно из стали, ковкого, а также серого чугуна, путем погружения изделия в расплав цинка.

Для успешного проведения процесса требуется соблюдение следующих условий.

Поверхность изделия должна быть металлически чистой в момент ее контакта с цинком, что обычно достигается тщательным обезжириванием, удалением ржавчины и окалины, а также обработкой во флюсе, и для лучшего смачивания расплавом покрыта пленкой флюса. Перед погружением изделия в расплав и выгрузкой поверхность расплава должна быть очищена от окислов и других посторонних веществ.

Производственный процесс можно разделить по времени на следующие стадии:

- погружение изделия в расплав цинка;

- выдержка до полного выкипания флюса и до выравнивания температуры изделия и расплава цинка;

- выгрузка изделия из расплава цинка;

- охлаждение изделия.

Сцепление цинкового слоя с поверхностью изделия достигается в результате диффузионного процесса между цинком и железом; покрытие обычно состоит из слоев железоцинковых сплавов и покровного слоя чистого цинка.

Производительность процесса существенно зависит от размеров, формы и материала изделия, качества его предварительной обработки, параметров цинковальной установки (размеры ванн, тепловая мощность, степень механизации) и температуры расплава цинка.

Качественные показатели оцинкованных изделий (коррозионная стойкость, прочность сцепления цинка с основой, внешний вид, износоустойчивость, толщина слоя покрытия и т. д.) зависят главным образом от температуры и времени погружения изделия в расплав, состава расплава, состава материала основы и качества предварительной и последующей обработки поверхности изделия.

Сопутствующие элементы и примеси в цинке, связанные с процессом его получения, оказывают определенное влияние на толщину и качество покрытия. Предельные значения основных компонентов расплава приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1 - Допустимое содержание компонентов цинкового расплава (по стандарту TGL18733)

Способ цинкования	Содержание цинка, % (не менее)	Содержание компонентов, % (не более)
		Al	Fe	Cd	Al+Fe+Cd
Мокрый	98,5	0,02	0,08	0,08	1,5
Сухой		0,2		0,3

В табл. 9.2 указан примерный состав различных видов цинка.

Черновой и рафинированный цинк являются наиболее приемлемыми для горячего цинкования с экономической и технологической стороны. Указанные виды цинка отличаются друг от друга главным образом содержанием свинца. Так как содержание свинца в черновом цинке настолько высоко, что с течением времени нерастворимая в расплаве часть свинца оседает на дно ванны цинкования, применение чернового цинка дает примерно те же результаты, что и рафинированного. Электролитный цинк почти не применяют из чисто экономических соображений, однако при использовании этого цинка можно получить покрытие с высокой способностью к деформации и в особенности к изгибу.

Таблица 9.2 - Виды цинка и их состав (%, по массе)

Вид цинка	Минимальное содержание Zn	Содержание примесей
		Pb	Fe	Cd
Электролитный	99,8	0,06 - 0,12	0,01 - 0,06	0,005 - 0,01
Рафинированный	98,5	0,4 - 0,8	0,02 - 0,05	0,03 - 0,05
Черновой	98,5	1,0 - 1,2	0,02 - 0,05	0,03 - 0,05
Пирометаллургический	96	4(Pb+Fe+Cd+Sn)

Пирометаллургический цинк можно применять для горячего цинкования лишь с ограничениями. Наиболее опасно присутствие в этом виде цинка окислов и в первую очередь окиси цинка и железа. Пирометаллургический цинк применяют лишь в качестве добавки и в особенности при необходимости ввести в расплав олово с целью образования кристаллического узора и для придания покрытию блеска. Применение цинка, полученного регенерацией гартцинка, не рекомендуется, так как в этом цинке всегда содержится большой процент железа, что приводит к повторному усиленному образованию гартцинка в ванне покрытия.

В силу того, что расплавленный цинк не может вступать в реакцию с металлом или сталью покрытой вторичной окалиной или маслом, металлоконструкция перед погружением в расплавленный цинк должна пройти процесс очистки, который включает обезжиривание, пескоструйную очистку и кислотное травление (рис. 9.1).

Предварительно обработанный, металлически чистый материал, подлежащий горячему цинкованию, погружают в расплав цинка. При "мокром" цинковании это погружение производят через покров флюса, а при "сухом" - после обработки во флюсе и сушки; изделия можно подавать поштучно или непрерывно. В зависимости от формы, количества и размеров деталей процессы цинкования ведут либо вручную, при помощи соответствующих приспособлений, либо механизированным способом, либо автоматически. Для закрепления деталей на транспортирующих траверсах служат цепи или железные крюки-подвески (проволочные канаты для этой цели непригодны), которые во время процесса цинкования погружаются в расплав и цинкуются. Погружение подвесных приспособлений в травильный раствор не рекомендуется, так как отложившийся на них цинк оказывает вредное воздействие на процесс травления; поэтому для предварительной обработки и цинкования стремятся применять разные подвески. В том случае, когда подвески используют для предварительной обработки, и для процесса цинкования, эти приспособления после цинкования, перед повторным применением в процессе предварительной обработки, должны быть протравлены для удаления цинка. Травление подвесок производят в отдельной емкости с отработанной кислотой. Масса подвесок, погружаемых в расплав цинка, должна быть по возможности наименьшей во избежание тепловых потерь и бесполезного расхода цинка.

Вновь изготовленные подвески должны быть очищены и оцинкованы, чтобы предотвратить повышенный угар цинка.

Перед погружением изделия в цинковый расплав поверхность расплава следует очистить от золы, изгари, окислов и прочих загрязнений. Время погружения должно быть минимальным. При погружении необходимо обеспечить беспрепятственное введение изделия в расплав с безостаточным вытеснением воздуха из полостей и обеспечением всестороннего проникновения жидкого цинка.



Рисунок 9.1 - Схема технологического процесса

Время выдержки изделия в расплаве должно быть по возможности минимальным с целью воспрепятствовать росту хрупких слоев железоцинковых сплавов и увеличению толщины цинкового покрытия.

Продолжительность выдержки в расплаве включает время, необходимое для нагрева изделия до температуры расплава и для выкипания флюса; окончание выдержки производится по прекращении бурления цинка. Время выдержки зависит главным образом от массы цинкуемого изделия, его формы и количества флюса на поверхности.

Во время цинкования детали необходимо перемещать с целью облегчения удаления воздуха, остатков флюса, а также для обеспечения всестороннего проникновения жидкого цинка. Перед выгрузкой оцинкованных деталей необходимо очистить поверхность расплава от изгари, окислов и т. п.

Толщина и равномерность цинкового покрытия во многом зависят от условий выгрузки изделий. Вследствие слишком быстрой выгрузки могут образоваться толстые неравномерные слои покрытия.

Скорость выгрузки в значительной мере зависит от вида цинкуемого материала и от времени, необходимого для того, чтобы расплав цинка мог стечь. Желательно, чтобы струи стекающего цинка не прерывались до достижения поверхности цинкового расплава. После цинкования изделия охлаждают. Массивные детали обладают значительной теплоемкостью, в результате чего после выгрузки изделий продолжается процесс диффузии железа в цинк. В этом случае слой сплава проникает к поверхности слоя чистого цинка и на блестящей поверхности образуются тускло-серые пятна. Путем резкого охлаждения (обдувкой холодным воздухом) можно избежать этих явлений.

Охлаждение можно производить в воде при 80-90°С, причем если детали должны сохранить блеск, то в воду добавляют масло или жидкое мыло. Быстрое охлаждение цинкового покрытия от температуры расплава цинка до 90°С дает мелкокристаллическую структуру и препятствует появлению кристаллического узора, в результате чего образуется серебристая поверхность.

Оцинкованные детали следует быстро удалять из отделения цинкования, особенно в тех случаях, когда травильное отделение и отделение цинкования расположены в одном помещении. В противном случае высокая влажность воздуха и наличие хлора в атмосфере помещения могут вызвать коррозию цинковых покрытий.

При складском хранении детали должны иметь свободный доступ воздуха со всех сторон, так как при падении температуры ниже точки росы начинается конденсация влаги, что приводит к образованию на поверхности цинка белых продуктов коррозии ("белая ржавчина").

9.2 Способы цинкования

В зависимости от вида и состояния флюса, а также состояния поверхности изделия при погружении его в расплав цинка (влажная или сухая) различают два основных способа горячего цинкования, "мокрый" и "сухой".

Выбор способа цинкования зависит от вида цинкуемого изделия, требований к цинковому покрытию в зависимости от его толщины и пластичности и определяется содержанием алюминия, вводимого в цинковый расплав. Мокрый способ применяют преимущественно для цинкования посуды и других штучных изделий, сухой - главным образом для цинкования стальных конструкций, крупногабаритных деталей, а также для непрерывного цинкования.

Крупногабаритные детали после травления обсыпают хлористым аммонием, обдувают горячим воздухом или просушивают над расплавом цинка, после чего цинкуют. Конечно, такой способ неэкономичен (большая затрата времени и повышенное выпадение гартцинка), кроме того, не исключается брак цинкования (непокрытые места, включения флюса и т. п.).

Выбор поштучного или непрерывного способа горячего цинкования обусловлен главным образом видом цинкуемого изделия, количеством и номенклатурой типовых изделий, которые могут быть оцинкованы на одних и тех же приспособлениях в механизированной установке или в поточной линии, а также экономическими расчетами. Даны технологические схемы операций цинкования по "мокрому" и "сухому" способам.

Цинкование нашатырным ("мокрым") способом.

При этом способе часть поверхности расплава отделена профилированной рамой (так называемая флюсовая коробка), в которой поверхность цинка покрыта флюсом - смесью хлоридов цинка и аммония с добавкой пенообразователя (обычно глицерин). Вспенивание флюса ограничивает теплопередачу от расплава цинка к флюсу и тем самым значительно сокращает выпаривание флюса.