Оценка возможностей и разработка мероприятий по освоению на ТЛС5000 ОАО «ММК» новых позиций проката для сварных труб из перспективных стале
Реферат
Пояснительная записка к дипломной работе на тему: «Оценка возможностей и разработка мероприятий по освоению на ТЛС5000 ОАО «ММК» новых позиций проката для сварных труб из перспективных сталей».
Пояснительная записка включает: 5 разделов; 117 страниц; 33 рисунка; 27 таблиц.
Графическая часть содержит 6 листов.
Одноклетьевой реверсивный толстолистовой стан 5000, эффективные режимы контролируемой прокатки, энергосило-вые параметры процесса прокатки, прокат для труб классов прочности Х100-Х120, модель охлаждения, программа расчета охлаждения, режим охлаждения.
Объектом рассмотрения дипломной работы является находящийся на стадии строительства самый мощный на данный момент в мире и самый современный по уровню оборудования, технологии и автоматизации одноклетьевой реверсивный толстолистовой стан 5000 ОАО «ММК».
В работе приведена характеристика стана и последовательность технологических операций, выполняемых на нем. Указаны основные требования к структуре и механическим свойствам трубной заготовки категорий прочности до Х120 по API-5L, произведен анализ реализуемых режимов контролируемой прокатки, а также приведены технологические аспекты получения трубной заготовки высоких классов прочности (Х100-Х120).
Основой работы явился процесс моделирования и разработки эффективного режима контролируемой прокатки с последующим охлаждением на примере получения трубной заготовки толщиной 20мм и шириной 4590 мм категории прочности Х100, а также разработка программного продукта для моделирования и получения определенных схем охлаждения листов для системы ускоренного охлаждения ТЛС 5000 ОАО «ММК».
Содержание
Введение
Трубы большого диаметра (ТБД) для газовой и нефтяной промышленностей - острая тема на российском рынке труб. В общем объеме производства на них приходится 40-50%, а в объеме выручки их доля достигает 65-70%.
Ориентировочная ежегодная потребность в товарном широкоформатном листовом прокате и газонефтепроводных прямошовных электросварных трубах диаметром до 1420 мм на основании данных ведущих потребителей и специали-зированных организаций, занимающихся проектированием газонефтепроводов, по предварительным расчетам на ближайшую перспективу составит:
ОАО "Газпром" 650-750 тыс. т. (1420 мм)
ОАО "АК Транснефть" 130тыс.т (1220 мм, 1020 мм)
ОАО "Росснефть" 30 тыс. т (1020 мм)
В связи с наметившейся ситуацией на рынке подката для ТБД на Магнито-горском металлургическом комбинате было принято решение о необходимости строительства комплекса оборудования по производству толстолистового проката различного назначения, порядка 70% сортамента которого будет направленно именно на производство трубной заготовки для газо-и нефтепроводных труб с самыми высокими требованиями по механическим и эксплуатационным свойствам.
Седьмого ноября 2006 года ОАО «ММК» заключил контракт с машино-строительным концерном «SMS Demag AG» на поставку оборудования специали-зированной машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и одноклетьевого реверсивного толстолистового стана (ТЛС) 5000. Намеченный срок реализации проекта - около 32 месяцев с запуском в эксплуатацию всего комплекса в середине 2009 года. Магнитогорский металлургический комбинат планирует наладить производство высокорентабельного толстолистового проката шириной до 4850 мм классов прочности до Х100-Х120 по АРI-5L.Предполагается, что в первое время эксплуатации подкат, произведенный на Магнитогорском Металлургическом Комбинате, будет необходим для реализации таких крупных проектов, как Северо-Европейский газопровод, разработка Штокмановского месторождения, строительство ответвлений газопроводов в Китай.
Характеристика стана 5000 ОАО «ММК»
Размерный и марочный сортамент стана
На толстолистовом стане 5000 ОАО «ММК» будет обрабатываться непрерывнолитой сляб следующих размеров:
Толщина 190,250,300 мм;
Ширина 1600 - 2700 мм;
Длина 2500 - 4800 мм;
Вес (мах.) 30 т.
Размерный сортамент готовой продукции:
Толщина 8-50 мм / (мах.)150 мм;
Ширина 1600 (900*) - 4800 мм;
Длина (мах.) 22 м.
* с учетом роспуска продольного листа.
Марочный сортамент готовой продукции:
Низкоуглеродистые микролегированные трубные стали (категории прочности до Х120 по API-5L);
Стали для судостроения;
Стали для котлостроения;
Стали для мостостроения;
Прочие общие конструкционные стали.
Основное оборудование цеха, его характеристика и расположение
Основные технические характеристики оборудования участка прокатной
клети и системы охлаждения
Четырехвалковая реверсивная прокатная клеть
Нормально допустимое усилие прокатки 120.000 кН (12.000 т)
(макс, пиковое усилие) 140.000 кН
Макс, крутящий момент при прокатке 2 х 9.700 кНм
Основные размеры станин 15.
Тип главного привода спаренный
Скорость двигателя 0 ± 60/115 об/мин
Размер рабочих валков 1210/1110x5300 мм (CVC plus
150мм с противоизгибом)
Размер опорных валков 2300 / 2100 х 4950 мм
Вертикальная обжимная клеть
Диаметр роликов макс. 1000 мм - мин. 900 мм
Максимальное усилие прокатки 5000 кН
Установка ускоренного охлаждения
Установка спрейерного охлаждения
Длина системы охлаждения 6,4 м
Максимальный расход воды прибл. 70.000 м3/ч
Давление воды в коллекторе до 5 бар
Установка ламинарного охлаждения
Длина системы охлаждения 24 м
Максимальный расход воды прибл. 13.000 м3/ч
Давление воды в коллекторе прибл. 0,8 бар
Рисунок 1.1 - Состав основного технологического оборудования стана 5000 г.п. |
Особенности стана 5000
Система регулировки прокатного зазора AGC
Гидросистема AGC расположена под подушкой нижнего опорного валка и системой ступенчатых прокладок, рисунок 1.2. Она используется для:
настройки прокатной линии (вместе с системой ступенчатых прокладок) управления толщиной во время пропуска
управления расположением
управление профилем (ASC Automatic Shape Control)
Цилиндр AGC несет нагрузку прокатки, вес нижних комплектов валков (рабочего и опорного), а также силу изгиба, прилагаемую нижним цилиндром противоизгиба.
Рисунок 1.2 – Расположение гидросистемы AGC на клети
В каждом цилиндре установлены преобразователи положения и давления, передающие в АСУТП текущие данные.
В сочетании с гидравлической регулировкой вся система обеспечивает прекрасное динамическое управление.
Система сдвижки валков (Чистовая клеть)
Устройство сдвижки рабочих валков служит пускателем для системы CVCPIus для регулировки профиля и планшетности, рисунок 1.3. Для прокатной клети для толстого листа реализована особая конструкция с зазором валков до 320 мм.
Рисунок 1.3 – Система сдвижки валков
Цилиндры сдвижки CVC расположены на стороне оператора чистовой клети. Четыре неподвижных цилиндра сдвижки закреплены на станине клети. Блоки изгиба зафиксированы на подушках рабочих валков, рисунок 1.4.
Рисунок 1.4 – Расположение цилиндров сдвижки валков
Главный привод клети
Для главного привода выбраны шпиндели слипперного типа (slipper type). Сам шпиндель состоит из головки со стороны ролика, вала и головки со стороны мотора. Вал шпинделя имеет шлицевую конструкцию для компенсации осевого смещения при сдвиге валков CVCplus. Опорный подшипник шпинделя расположен в районе середины вала. Каждый шпиндель уравновешивается индивидуально с помощью гидроцилиндра, рычагов и штоков в вертикальном и (при использовании CVCplus) горизонтальном направлении, рисунок 1.5.
Рисунок 1.5 - Конструкция для компенсации осевого смещения при сдвиге валков CVCplus
Система охлаждения листа
Общие сведения
Толстолистовой стан будет оснащен системой ламинарного охлаждения с U-образными трубками, включающей механическое оборудование и модель охлаждения. Предлагаемая СУО отвечает современным требованиям к листам, прошедшим ускоренное охлаждение или закалку (direct quenching). Почти все известные производители толстого листа используют эту систему CMC Демаг.
Система охлаждения с U-образными трубками обладает целым рядом преимуществ:
низкая стоимость
низкие энергозатраты
отсутствие необходимости в бустерных насосах или обдуве
меньшая мощность
насосов в установке
очень низкий уровень шума
модель охлаждения базируется на большом опыте многих установок
быстрый ввод в эксплуатацию
экранирование краев
экранирование головного и хвостового конца
высокое пространство над рольгангом.
Помимо системы ламинарного охлаждения CMC Демаг разработана система спрейерного охлаждения (SCS) в дополнение к системе U-образных трубок, рисунок 1.6. Система спрейерного охлаждения состоит из 4 сдвоенных коллекторов с высоконапорными соплами, расположенных между блоками прижимных роликов. Для более надежной работы и хороших результатов охлаждения рекомендуется использование машины предварительной правки.
Рисунок 1.6 – Комплекс ускоренного охлаждения стана 5000
Система спрейерного охлаждения предназначена для достижения возможно востребуемых рынком в будущем свойств листа.
Преимущества системы
большой диапазон скорости охлаждения
улучшенная планшетность при использовании предварительной правки
улучшенная планшетность при использовании прижимных роликов
компактная конструкция
Комбинация системы
Технологические свойства стали могут быть значительно улучшены путем модификации химического состава или же образования определенного типа микроструктуры. Одним из путей получения необходимой микроструктуры является использование процессов контролируемого нагрева и охлаждения.
С целью снижения затрат и повышения качества горячекатаного листа современное производство стремится сформировать определенную микроструктуру уже по теплу прокатки.
При контролируемой термомеханической прокатке нагрев слябов, прокатная температура и степень обжатия регулируются с учетом металлургических требований.
В процессе термодинамической деформации в прокатной клети последнее обжатие начинается в аустенитной зоне перед рекристаллизацией и завершается выше точки Аr3.
Последующее охлаждение производится разными методами - от воздушного до закалки водой. Несмотря на низкий углеродный эквивалент, произведенные по такой технологии стали отличаются превосходными механическими свойствами. Решающую роль в производстве таких сталей играет ускоренное охлаждение.
Ускоренное охлаждение с температуры
прокатки открывает следующие
С помощью термомеханической
Рисунок 1.7 – Снижение углеродного эквивалента при термомеханической прокатки с ускоренным охлаждением
Снижение легирующих компонентов
ведет к улучшению
Описание системы
Система ускоренного охлаждения включает: ускоренное охлаждение АСС и закалку DQ.
Длина системы зависит от двух основных факторов:
способность охлаждать лист на максимальной скорости его движения со всеми вытекающими преимуществами по части производительности и качества
способность охлаждать лист в возвратно-поступательном режиме.
Охлаждение в возвратно-
Расстояние над рольгангом прибл. 1,27 м. Тем не менее, для защиты от высокой «лыжи» предусмотрена направляющая на входе в виде наклонной рамы.
Вся система верхнего охлаждения защищена отражателями, так что даже «лыжа» высотой более 1,27 м не сможет повредить ее.
Готовый лист после чистовой клети подлежит охлаждению с определенной скоростью с температуры прокатки до заданной температуры.
Для уменьшения средней массовой температуры термическое состояние листа управляется двусторонним принудительным водяным охлаждением. Прокатанный до нужной толщины лист передается в систему охлаждения.
Предпочтительным типом охлажде
Во избежание переохлаждения головного и хвостового конца листа соответственно меняются удельный расход воды на входе и выходе листа из системы охлаждения и/или скорость рольганга.
Управляемая с помощью системы слежения за прохождением листа, система охлаждения снизу может включаться и выключаться по потребности, исключая таким образом, переохлаждение головного и хвостового конца листа. Это минимизирует различия механических свойств и проблемы с планшетностью.
Расход воды для каждого и нижнего коллектора может управляться раздельно, и таким образом воспроизводимый паттерн независимо от графика охлаждения.
Предусмотрена система самоохлаждения верхней металлоконструкции, а также верхнего и нижнего коллекторов для защиты от теплового излучения при прокатке без охлаждения или во время ожидания перед последним пропуском.
Экранирование краев регулируется в зависимости от ширины охлаждаемого листа, причем не все экраны имеют одинаковые размеры.
В систему автоматики входит специальная система слежения, распознающая головной и хвостовой конец листа для их экранирования.
Преимущества:
одинаковая система охлаждения верха/ низа
большее, чем в других системах охлаждения, расстояние над рольгангом.
благодаря большому пространству между верхним краем ролика и установкой охлаждения, ролики рольганга можно менять, не снимая верхние коллекторы. Несложное техобслуживание с низкими требованиями по точности.
Система нечувствительна к вибрации, часто возникающей в прокатных станах
очень низкий уровень шума
при работе нет движущихся деталей
быстрая реакция на включение-выключение
не нужно дополнительное место для воздуходувок
меньшее потребление энергии по сравнению с другими системами охлаждения
с помощью подбора подходящего внутреннего диаметра сливной трубы, объем воды может регулироваться в широком диапазоне.
Единственным способом получения квазиламинарного потока воды является охлаждение посредством индивидуальных ламинарных потоков, так как водная завеса не пригодна для возвратно-поступательного режима и управления водяным покрытием (impingement) листа.
Эти важные факторы предопределяют выбор индивидуальных ламинарных сопел (laminar jets), рисунок 1.8.
Нижняя поверхность листа, как описано выше, подвергается сплошному покрытию водой. Важным моментом при охлаждении листа является симметричное охлаждение верхней и нижней поверхности листа.
Рисунок 1.8 – Система ламинарного охлаждения
Требование в отношении
В зависимости от выбранного типа нижнего охлаждения требование симметрии охлаждения может быть выполнено только эквивалентным сплошным покрытием.
Таким образом, решение в отношении охлаждения верха индивидуальными ламинарными потоками в большой мере зависит от охлаждения низа.
В конце концов, была разработана конструкция, которая гарантирует наилучшее покрытие поверхности водой, обеспечивает хорошую управляемость объема воды в большом диапазоне и высокую эффективность охлаждения.
В связи с тем, что симметрия охлаждения верха/ низа листа влияет на качество продукции, большое внимание было уделено координации оборудования охлаждения верха и низа.
Как правило, выходящий из клети лист по краям холоднее, чем в центре. Разница температуры имеет еще большее значение при обычном охлаждении по всей ширине листа, порождая хорошо известные проблемы в отношении планшетности и структуры. Симуляционные расчеты и испытания показали, что экранирование края сверху является и эффективным, и необходимым. Водосборные лотки выдвигаются симметрично с обеих сторон под потоки воды, регулируя ширину охлаждения.
Для поддержания потока воды перед, внутри и после секции охлаждения перпендикулярно к направлению движения листа предусмотрена боковая отсечка.
Для удаления воды с листа в поперечном направлении используются сопла.
Вода под давлением подается со станции бустерных насосов напором 12 бар системы охлаждения валков.
Последовательность технологиче
ских операций на стане
На прокатном стане
Слябы загружаются в печь загрузочным устройством и нагреваются до требуемой температуры, которая в первую очередь зависит от марки стали: для углеродистых сталей температура нагрева обычно составляет 1180-1250 °С, а для высокопрочных низколегированных сталей с последующей контролируемой прокаткой - 1150-1180°С.
По истечении соответствующего времени нагрева слябы выгружаются на отводящий рольганг печей и после операции выгрузки транспортируются к первичному окалиноломателю.
Детектор HMD, расположенный перед первичным окалиноломателем, включает процесс водоструйной обработки. Для получения оптимальных результатов сляб проходит через коробку гидросбива окалины с определенной скоростью. В зависимости от конструкции первичного окалиноломателя, верхний коллектор с соплами может регулироваться исходя из толщины слябов. Подача воды прекращается после того, как задний конец сляба выйдет из окалиноломателя.
Очищенный
от окалины сляб передается подающим
рольгангом к четырехвалковой клети,
оборудованной поворотными
Участок прокатной клети стана состоит из 4-валковой реверсивной клети, вертикального эджера, расположенного за клетью и поворотных столов с боковыми направляющими до и после клети. В зависимости от режима прокатки, листы могут быть прокатаны непрерывно за несколько проходов («нормальная» прокатка) или оставаться на отводящем рольганге для промежуточного охлаждения (контролируемая прокатка). Предусмотрена автоматическая система для приема нескольких раскатов на этих рольгангах. Для исключения образования температурных следов и повреждения роликов слябы движутся возвратно-поступательно. Требуемое время промежуточного охлаждения определяется режимом прокатки.
Процесс прокатки включает в себя три основных этапа:
- Протяжка (калибрующие проходы): продольный проход для обеспечения постоянной и точной толщины слябов;
- Разбивка ширины (поперечная прокатка): после разворота на 90° выполняются поперечные проходы для получения заданной ширины листа;
- Завершающие проходы (редукционный этап): после разворота на 90° производятся продольные проходы до достижения заданной толщины листа.
После завершения процесса прокатки листы передаются по отводящему рольгангу клети к машине предварительной правки и далее в направлении систем спреерного и ламинарного охлаждения. В зависимости от марки стали и соответствующей технологии лист может пропускаться сквозь систему охлаждения без охлаждения или подвергаться ускоренному контролируемому охлаждению (АСС) или закалке (DQ). Охлаждение может производиться за один проход, либо в возвратно-поступательном режиме с соответствующими параметрами расхода воды и скорости охлаждения.
Процесс охлаждения
будет автоматически
После правки
листам присваивается
Некоторые марки стали HSLA (низколегированные высокопрочные) требуют медленного охлаждения после процесса прокатки и противофлокеновой обработки. Для этого листы будут сниматься с рольганга и штабелироваться в специально предусмотренной зоне для медленного охлаждения. После истечения требуемого времени охлаждения листы снова помещаются на рольганг.
Затем листы поступают на участок холодильников. Скорость передачи прокатанного металла по этому участку зависит от производственного маршрута и (или) температурных требований. Модель охлаждения вычисляет фактическую температуру листа. Разгрузочное устройство переносит листы с холодильника на отводящий рольганг холодильника. Тип холодильника - с шагающими балками.
После снятия с холодильника листы транспортируются на входной рольганг инспекционного стеллажа. Все листы толщиной до 50 мм следуют по главному маршруту материалопотока и передаются на инспекционный стеллаж цепного типа борудованный входным и выходным рольгангами.
В средней части инспекционного стеллажа предусматривается возможность установки кантователя листов. Локальные дефекты поверхности устраняются абразивной зачисткой.
За инспекционным столом предусматривается установка ультразвукового контроля для неразрушающего контроля и выявления внутренних дефектов металла.
Затем листы транспортируются рольгангом на участок концевых ножниц, где производится обрезка переднего конца (при необходимости, переднего и заднего, а также предварительное деление раската). Обрезь транспортируется лотками и ленточным конвейером в скрапную яму. Далее устанавливаются двусторонние кромкообрезные ножницы для обеспечения требуемой ширины листа.
Выравнивание листов перед ножницами производится магнитным устройством позиционирования с применением лазерного указателя линии реза. Автоматическое продвижение листов обеспечивается блоками прижимных роликов, установленными перед ножницами и за ними. Образующийся при обрезке боковых кромок скрап транспортируется лотками и ленточным конвейером в скраповый контейнер, установленный за пределами пролета цеха.
Непосредственно за двусторонними кромкообрезными ножницами располагаются ножницы продольной резки, с помощью которых одновременно с обрезкой кромок производится раскрой на два узких листа. Это обеспечивает повышение производительности стана в случае необходимости получения узкого листа. Автоматическое продвижение листов производится блоком прижимных роликов, установленным за ножницами.
После обрезки кромок и продольной резки листы транспортируются рольгангом к делительным ножницам для резки на мерные длины.
Позиционирование листов перед резкой производится также магнитными устройствами, а автоматическое продвижение - блоком прижимных роликов, установленным перед ножницами. Лазерная измерительная система, установленная со стороны входа, и измерительный ролик, расположенный со стороны выхода, предусмотрены для фиксации требуемой длины порезки листов.
Образцы для проведения механических испытаний транспортируются по лоткам и ленточным конвейером на ножницы резки образцов. Ножницы резки образцов включают входной рольганг ножницы резки образцов (гидравлического типа), лотки и бадьи для скрапа и образцов. После сбора образцов они будут передаваться в испытательную лабораторию для дальнейшей обработки.
После деления листы транспортируются рольгангами на маркировочно-клеймовочную машину и инспекционную площадку. Маркировочно-клеймовочная машина наносит на поверхность листа краской и клеймением всю цифровую и буквенную информацию, регламентированную стандартом или требуемую покупателем.
После маркировки и осмотра листы передаются на отделочную линию или линию термообработки. Участок термообработки, включает в себя две печи с роликовым подом для нормализации, закалки и отпуска, роликовое закалочное устройство для максимальной длины листов 25 м, а также вспомогательное оборудование (рольганги, шлеппер).
Машина холодной правки листов, установленная рядом с линией термообработки, применяется в основном для небольших толщин листов при необходимости обеспечения повышенной планшетности листа. Для предварительного штабелирования листов используется штабелер, состоящий из двух секций, каждая из которых рассчитана на максимальную длину листа 8 м. В состав оборудования для штабелирования входят козловые краны с электромагнитом, которые снимают по одному листы с рольганга и производят предварительное штабелирование максимум по 3 листа.
После предварительного штабелирования листы передаются на шлепперы. Цепные шлепперы используются в качестве накопителя между рольгангом и мостовыми кранами. Штабели листов снимаются со шлеппера мостовыми кранами и помещаются на складе готовой продукции.
Назначение готового профиля и требования к его качеству
Основным направлением развития современной трубной отрасли является переход на использование труб повышенных категорий прочности. Экономические и технические преимущества использования стали высокой прочности (до Х120 включительно) могут быть реализованы только в случае применения рабочих давлений выше, чем существующие на сегодняшний день. Следует отметить, что в последние 30 лет основным направлением повышения эффективности транспортировки газа являлось увеличение диаметра трубы до 1420 мм (56") при рабочем давлении 70-100 атм, при этом трубы изготавливались из стали категории прочности Х65 и Х70. Использование стали высоких категорий прочности Х100 и Х120 является эффективным благодаря транспортировке тех же объемов газа через трубы меньшего диаметра при большем давлении.

- Оценка выгод и последствий слияний и поглощений
- Оценка деловых качеств менеджера
- Оценка деятельности Ивана Грозного в новейшей отечественной историографии
- Оценка доказательств в гражданском процессе
- Оценка жилой недвижимости для целей ипотечного кредитования
- Оценка знаний умений и навыков на уроках "я и Украина"
- Оценка и анализ динамики финансового состояния
- Оценка биржевых операций
- Оценка быков-производителей по качеству потомства и перспективы
- Оценка вероятности банкротства и рекомендации по улучшению финансового состояния
- Оценка вероятности банкротства ОАО «Ростелеком»
- Оценка вероятности банкротства предприятия, механизмы выхода предприятия из кризисного экономического состояния
- Оценка воздействия предприятия АО "Васильковский ГОК" на состояние окружающей среды
- Оценка воздействия предприятия АО "Васильковский ГОК" на состояние окружающей среды