Реверсивный стан

    1. Выбор и описание  оборудования проектируемого  стана с технико-экономическим  обоснованием.

    1.1. Классификация вакуумных станов.

    Для осуществления прокатки металла  в контролируемых средах необходимо оборудование, удовлетворяющее специальным  требованиям. Эти требования учитывают  особенности высокотемпературной  безокислительной обработки давлением  и предъявляются к параметрам среды обработки, условиям контактного  взаимодействия металла и инструмента, режимам деформации и энергосиловым  показателям прокатки. К ним следует  добавить требование поточности, полной механизации и максимально возможной автоматизации процесса.

    Станы для прокатки металлов в вакууме  или среде инертных газов в  зависимости от компоновки основного  и вакуумного оборудования классифицируются следующим образом. [8]

    1. Станы типа «стан-камера». При  этом камерой является герметизированное  отделение, в котором располагается  все основное и вспомогательное  оборудование стана. Основным  недостатком этих станов является  то, что они требуют больших  капитальных затрат, вызывают необходимость  установки высокопроизводительного  и дорогостоящего оборудования  по вакуумированию объема.

    2. Станы типа «клеть-камера». В  этом случае, только клеть стана  со всеми вспомогательными механизмами  помещается внутрь вакуумной  камеры. За ее пределами находится  привод стана и привод нажимного  устройства. Недостатком конструкции  станов такого типа является  то, что увеличение их мощности  связано со значительным расширением  объема вакуумной камеры и увеличением мощности вакуумных систем. Затруднены также настройка стана перед прокаткой, смазка опорных подшипников и нажимных винтов. В связи с ростом сил трения в вакууме, осложняется работа трущихся частей и механизмов.

    3). Станы типа «валки-камера».  В вакууме располагаются только рабочие валки, рабочая клеть представляет собой часть вакуумной камеры.

    Шейки валков, опорные подшипники, нажимное устройство, привод стана вынесены за пределы вакуумной системы. Такой  стан компактен, удобен в обслуживании и может обладать большой мощностью  при незначительных габаритах клети. Недостатком такого стана является то, что давление металла на валки воспринимается станинами, играющими одновременно роль вакуумных камер такую конструкцию станин нельзя использовать для сооружения мощных промышленных вакуумных станов из-за недостаточной прочности сварных соединений и несовершенства самой системы уплотнения рабочих валков при вводе в вакуумную камеру.

    Прокатные станы, предназначенные для работы только в вакууме или для работы как в вакууме, так и в инертных средах обычно именуют вакуумными прокатными станами. [8] 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.2. Описание оборудования вакуумного  стана 600.

    Вакуумный стан 600 – уникальный и наиболее крупный в мировой практике, предназначен для безокислительной прокатки крупногабаритных листов толщиной 2-45мм, шириной до 500мм и длиной до 3000мм из заготовки массой до 500кг.

    Вакуумный прокатный стан 600 состоит из следующих  основных устройств и систем (рис.1): загрузочных механизированных столов, камеры загрузки, камеры с печью  проходного типа, камеры подогрева  полураската с верхним подогревом и раскатным рольгангом, рабочей  камеры, рабочей клети с приводом, камеры охлаждения и выгрузки, роликоправильной машины, стеллажа осмотра и окончательного охлаждения, сборников листовой продукции в пачки, ремонтного стеллажа горячекатаных листов, листоотделки (боковой и продольной обрезки, правки и пакетировки).

    Камера  загрузки (рис.2) снабжена приемным столом, представляющим неприводной рольганг, ролики которого крепятся к подвижной  раме. При открытом положении затвора  камеры загрузки подвижная рама с  роликами перемещается внутрь камеры на 2000мм, обеспечивая прохождение  заготовки через затвор на рольганг камеры загрузки. Привод рольганга  находится вне зоны камеры.

    Камеру  с печью проходного типа располагают  перпендикулярно к линии прокатки, и она служит для подогрева  заготовок. Затем размещена камера подогрева полураската с верхним  подогревом и раскатным рольгангом (рис.2.) 
 
 
 

     Рис.1. Схема расположения оборудования реверсивного вакуумного стана 600 для горячей  прокатки листовых тугоплавких материалов.

     1 – загрузочные механизированные  столы; 2 – камера загрузки; 3 –  камера с печью проходного  типа; 4 – камера подогрева полураската; 5 – рабочая камера с прокатным  станом 600; 6 – камера охлаждения  и выгрузки; 7 – роликоправильная  машина; 8 – стеллаж осмотра; 9 –  сборник листовой продукции в  пачки; 10 – ремонтный стеллаж; 11 –  листоотделка.

    Рис.2. Схема компоновки оборудования одноклетьевого реверсивного вакуумного прокатного стана 600:

    1 – камера загрузки; 2 – камера  с печью проходного типа; 3 –  камера с раскатным рольгангом; 4 – рабочая камера; 5 – камера  подогрева полураската с верхним  подогревательным устройством; 6 –  камера охлаждения и выгрузки. 

    Камеру  с печью проходного типа располагают  перпендикулярно к линии прокатки, и она служит для нагрева заготовок. Затем размещена камера подогрева  полураската с верхним подогревом и раскатным рольгангом (рис.2).

    Камера  нагрева представляет собой сварную  водоохлаждаемую вакуумную камеру с верхней крышкой. В камере нагрева расположены приводной рольганг, нагревательное устройство и устройство для подогрева заготовки или полураската в зону нагрева. Нагреватель печи находится над линией рольганга, что позволяет освободить раскатное поле для проведения реверсивной прокатки полосы в несколько проходов с одного нагрева.

    Нагреватель печи сопротивления выполнен из листового  тугоплавкого материала и позволяет  нагревать заготовку до 1709℃. Мощность нагревателя печи 225 кВт. Такая схема максимально соответствует задачам получения проката высокого качества, широкого сортамента и обеспечивает высокую производительность.

    Рабочая камера (рис.3) представляет сварную  вакуумную камеру 1 с верхней крышкой 2, внутри которой расположены бочки  рабочих валков 3, приводные рабочие  рольганги 4 с направляющими линейками  и верхними и нижними проводками 5, подъемно-поворотный стол 6 и устройства 7 для нанесения смазочного слоя на поверхность валков.

    Для измерения температуры полосы во время прокатки предусмотрены фотоэлектрические  пирометры 8.

    Рабочая клеть имеет станины закрытого  типа с окном шириной 480мм. Уравновешивающее устройство – пружинное, нажимное устройство – электрическое.

    Привод  валков осуществляется через комбинированный  редуктор – шестеренную клеть (i=8.5) и универсальные шпиндели. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис.3. Рабочая камера вакуумного стана 600:

    1 – вакуумная камера; 2 – верхняя  крышка; 3 – бочки рабочих валков; 4 – приводные рабочие рольганги; 5 – верхние и нижние проводки; 6 – подъемно-поворотный стол; 7 –  устройство для нанесения смазочного  слоя;  8 – фотоэлектрические пирометры.

    В рабочей камере применено новое  конструктивное решение уплотнения ввода валков, что позволило отказаться от кольцевых вакуумных уплотнений между перемещающимися в вертикальной плоскости подушками и стенками камеры.

    Впервые предусмотрена система управления трением и предотвращения схватывания  металла с инструментом с помощью  формирования на поверхности валков слоя твердой технологической смазки определенной толщины. Предусмотрена также возможность регулирования температуры валков в процессе работы стана.

    Камера  выгрузки представляет собой водоохлаждаемую  вакуумную камеру цилиндрического  сечения, внутри которой установлены  приводной рольганг, подъемно-опускающийся стол и сталкиватель. Камера выгрузки снабжена столом выгрузки для извлечения из камеры готовых изделий.

    Вакуумная система стана имеет общую  и индивидуальную систему откачки  и обеспечивает разрежение в камерах  стана до Па. [1]

    Роликоправильная  машина с одиннадцатью параллельными  роликами с независимым регулированием верхних роликов. Скорость правки составляет 1.0-0.3 м/с.

    Для повышения жесткости листоправильной  машины и достижения требуемого качества и точности правки рабочие ролики опираются на опорные ролики. Длина  бочки рабочих роликов составляет 500мм. Рабочие и опорные ролики изготовлены из легированной стали  марки 12ХН2А. Также ролики имеют большую  прочность, высокую твердость и  повышенное сопротивление износу.

    На  участке листоотделки имеются гильотинные  ножницы закрытого типа с максимальным усилием резания 120 кН для отрезки переднего и заднего конца; обрезка боковых кромок осуществляется дисковыми ножницами, установленными за поперечными ножницами. [2]  
 
 

    2. выбор прокатываемого  сортамента, исходных  заготовок с указанием  ГОСТов. 

    Таблица 1. Прокатываемый сортамент с указанием конечных размеров и ГОСТов на материал вакуумного стана 600.

    Исходной  заготовкой для прокатки                            листов с конечным размером 3.0х500х1500мм примем заготовку с размером 20х500х400мм.

    Производительность  вакуумного прокатного стана 600 составляет 22000-28000 тыс.т/год. 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3. Описание технологического  процесса.

    Заготовкой  для прокатки листов служит сутунка  толщиной 20÷60мм, шириной до 500мм и длиной до 1500мм. Краном сутунка со склада заготовок подается на загрузочные механизированные столы, после чего подается в камеру загрузки. Число заготовок максимальных размеров, загружаемые в камеру загрузки, составляет 5 штук. В момент загрузки заготовок вакуумный затвор камеры загрузки открывают, неприводной рольганг приемного стола вводят в камеру нагрева. Заготовку краном укладывают на рольганг приемного стола и подают на приводной рольганг камеры загрузки. После установки заготовки по центру «этажерки», находящейся в крайнем нижнем положении, ее поднимают до совпадения следующей секции с уровнем роликов рольганга. Аналогично производится загрузка следующих секций до заполнения этажерки, после чего вакуумный затвор закрывают и производят откачку камеры до необходимого вакуума. В остальных вакуумных камерах стана поддерживается рабочий вакуум. Затем открывают вакуумный затвор между камерой загрузки и печью нагрева (затворы между печью нагрева и рабочей камерой и между рабочей камерой и камерой выгрузки открыты), заготовку рольгангом подают в камеры нагрева и подъемником поднимают в зону нагрева.

    При достижении заданной температуры (до 1700℃) заготовку опускают на рольганг и включают главный двигатель стана и рольгангов камеры нагрева и выгрузки, затем производят прокатку за несколько проходов. Реверс и управление приводами рабочих валков и раскатных рольгангов осуществляется с помощью тиристорных регуляторов. Предусмотрена возможность подогрева полураската. Для направления полосы в валки и приема ее из валков служат линейки и проводки. Для проведения прокатки в двух направлениях применяют поворотное устройство. После завершения прокатки лист подают на рольганг камеры выгрузки, с которого он сталкивается на поддон водоохлаждаемого подъемно-опускающегося стола, где охлаждается до заданной температуры.

    По  окончании процесса прокатки вакуумные  затворы между камерами закрывают. Камеру выгрузки развакуумируют, открывают  ее торцевой люк и с помощью  механизма выгрузки поддон с прокатанными полосами извлекают на неприводной  рольганг стола выгрузки. После чего листы поступают на роликоправильную машину. Далее прокат поступает на стеллажи осмотра и окончательного охлаждения. После чего подается на сборники листовой продукции в пачки.

    Отбракованный лист по рольгангу поступает на ремонтный  стеллаж горячекатаных листов, где  происходит устранение дефектов.

    Далее все листы поступают на участок  листоотделки. На листоотделке листы  поступают на разметочный рольганг и размечаются при помощи специального устройства. Затем их подают на гильотинные  ножницы поперечной резки передних и задних концов, а также для  разрезки на мерные длины (для листов, не требующих обрезки боковых кромок). Листы, требующие обрезки боковых кромок, после обрезки переднего и заднего концов поступают на дисковые ножницы, затем на гильотинные ножницы поперечной резки для разрезки на мерные длины. Затем листы взвешиваются и передаются на рольганг к листоукладчикам, после чего краном убираются на склад. [2] 
 
 
 
 

    Баланс  металла.

    Таблица 2. Баланс металла вакуумного стана 600.

    Годовая производительность стана составляет 24160 т/год. На основании опытных данных задаемся в процентах угаром и  обрезью по каждому типоразмеру: обрезь принимаем, как и для обычных листовых станов. Также задаемся расходным коэффициентом по каждому типоразмеру. Зная годовую программу по каждому профилю и расходный коэффициент, определяем выход годного:

       (1)

    Где - расходный коэффициент.

    Определяем  необходимое количество заготовок  для получения запланированного тоннажа годного проката:

      (2)

    Где - количество необходимой заготовки, т

     - количество годного проката  по годовой программе, т

     - расходный коэффициент.

    Определяем  средние коэффициенты:

      (3)

    Где - средний расходный коэффициент

     - суммарное количество необходимой  заготовки

     - суммарное количество годного  проката.

      (4)

    Где - количество угара среднее по программе, т

     - суммарное количество угара, т.

      (5)

    Где – количество обрези среднее по программе, т

     - суммарное количество обрези, т. 
 
 
 
 
 
 
 
 

    5. Расчет режима  деформации при  горячей прокатке  молибденовых листов  исходных заготовок  с размером 2.0х500х400мм.

    Максимальное  абсолютное обжатие   

         (6)

    Где f – коэффициент трения, f=0.2 
 
 
 
 
 

    Рис.4. Зависимость коэффициента трения от температуры при прокатке молибдена.

    Максимальный  коэффициент обжатия 

      (7)

    Средний коэффициент обжатия определяем исходя из условий свободного захвата  с некоторым запасом

      [4]

    Принимаем

    Число проходов  (8)

    Где - суммарный коэффициент обжатия

      (9)

      – конечное значение толщины  полосы

     проходов

    Принимаем режим нарастающе – затухающий

    ; ; .

     - коэффициент обжатия в первом  проходе;

     - коэффициент обжатия  в последнем проходе

    Количество  проходов при нарастающем принимаем режиме .

    Количество  проходов при затухающем режиме принимаем .

    Определяем  коэффициент нарастания деформации

      [4]      (10)

    Коэффициент затухания деформации

          (11)

    Где - суммарное количество проходов;

    , - соответственно количество проходов при нарастающем и затухающем режимах;

     - суммарный коэффициент обжатия

    Рассчитываем  коэффициенты обжатия [4]

    - в области нарастания деформации

      (12)

    - в области затухания деформации

      (13)

    Где – коэффициент обжатия по проходам;

     - максимальный коэффициент  обжатия;

    i - номер прохода.

    ;

    ;

    ;

    ;

    ;

    ;

    . 

    Проверка  правильности расчетов:

      (14)

    Расчеты верны.

    Таблица 3. Результаты расчетов деформационного  режима.

    6. Выбор скоростного  режима прокатки  и определение  полного времени  прокатки.

    Из  характеристики стана:

      м/с;  м/с;  с.

    Где

      - максимальная скорость прокатки, м/с;

     - скорость прокатки при задаче, м/с;

     - время разгона до максимальной  скорости, с.

    Определяем  число оборотов

    - при задаче:

          (15)

     об/мин;

    - максимальное число оборотов:

      (16)

     об/мин.

    Ускорение двигателя определим по формуле:

      (17)

     об/мин∙с 
 
 
 
 
 

    Рис.5. Тип скоростной диаграммы при  прокатке на вакуумном реверсивном  стане 600. 

    Где

     - время разгона двигателя без  заготовки, с;

     - время от задачи заготовки  до максимального числа оборотов  двигателя, с;

     - время прокатки при максимальных  оборотах, с.

    Определяем  и

      (18)

      с;

      (19)

      с

      с. 
 

    Определим длину раската , которая прокатывается при разгоне двигателя до максимального числа оборотов

      (20)