Дипломная работа: Калибровка валков для горячей прокатки арматурной стали

На стане 300-2 АО «Узметкомбинат» применяют трех стадийный нагрев заготовок.

Стан оборудован тремя нагревательными печами с шагающим балками и проходной печью с роликовым подом, предназначенной для уменьшения температурного клина по длине раската и подогрева после прокатки в обжимной клети.

Нагрев осуществляется в автоматическом режиме работы печи. Ручное регулирование разрешается только в аварийных ситуациях. Перепад температуры по сечению заготовки не должен превышать 20 єC. На рисунке 4 представлена график нагрева заготовок в методической печи.

Рисунок 4- график нагрева заготовок в методической печи.

Время нагрева заготовки в методической зоне 54 минуты, в сварочной зоне 41 минута, в томильной зоне 37 минут. Общее время нагрева заготовки в печи 2 часа 12 минут.

Таблица 3 - Технологический режим нагрева заготовок в методической нагревательной печи с шагающими балками

1.4.2 Основное и вспомогательное оборудование

Прокат после чистовых клетей по обеим ниткам до холодильника проходит летучие ножницы, при необходимости участок водяного охлаждения. Среднесортный прокат: сталь круглая диаметром от 25 до 70 (максимально возможный 100) мм, сталь квадратная со стороной от 28 до 60 мм, сталь шестигранная размером от 32 до 65 мм, сталь для армирования (периодическая) от № 25 до № 70 поступает на холодильник только по левой нитке стана.

Выходящий из чистовой клети прокат сечением до 1250 мм (сталь круглая диаметром до 40 мм) режут кривошипно-эксцентриковыми летучими ножницами холодильника (левого и правого исполнения) на длины, соответствующие длине холодильника. При необходимости с заднего конца проката, вышедшего с чистовой группы клетей, берут пробы ножницами барабанного типа. Отрезанный задний конец или пробу захватывают уловителем; обрезь подают в скраповый короб емкостью 1,6 м, а пробу - на тележку транспортера проб. Указанное максимальное сечение разрезаемого проката относится к металлу с ув не более 170 МПа при 850 °С и скорости от 4 до 20 м/с. Средний интервал между резами 4 с. Точность порезки раската на длины ±400 мм, обрезки переднего конца, отрезки пробы (длиной 400 - 1200 мм) ± 200 мм.

За двухсторонним холодильником расположены две одинаковые отделочные технологические линии. Вся угловая и швеллерная сталь подлежит правке, остальные профили в потоке не правят. Прокат, назначенный к правке, раскладывают на отводящем рольганге холодильника, с помощью заправочного устройства установки правильных машин по ниткам правильной машины с девятью правильными роликами правят одновременно до 11 прутков, при максимальном моменте правки 6 кНм со скоростью 3 м/с. Правильная машина применима для правки круглой стали диаметром 16 - 45 мм и других профилей эквивалентных сечений. Длина рольганга за роликоправильной машиной 106 м.

Прокат после взвешивания, упаковки и навешивания ярлыков, электромостовым краном транспортируют на склад готового проката. Склады готового проката расположены с левой и правой стороны. Переброска проката с лево на право и наоборот производится передаточной тележкой. По территории складов проложены железнодорожные пути для подачи вагонов под погрузку. Прокат на складах хранится в штабелях поплавочно. Общий план расположения оборудования стана 300-2 АО «Узметкомбинат» представлен на рисунке 5.

1 - загрузочная решетка, 2 - рольганговые весы, 3 - загрузочный шлеппер, 4 - вталкиватель, 5 - методическая печь, 6 - машина безударной выдачи заготовки, 7 - кантователь, 8 - горизонтальная клеть 850, 9 - горизонтальная клеть 630, 10 - вертикальная клеть 630, 11 -передаточный шлеппер, 12 - гидравлические ножницы горячей резки, 13 - ножницы горячей резки, 14 - наклонный шлепперный холодильник, 15 - подогревательная двухручьевая роликовая печь, 16 - аварийные (разрывные) ножницы, 17 - горизонтальная клеть 560, 18, 20 - горизонтальная клеть 400, 19 - кривошипно-рычажные ножницы, 21 - барабанные летучие ножницы для зачистки переднего конца, 22 - аварийные барабанные ножницы, 23 - вертикальная клеть 320, 24 - горизонтальная клеть 320, 25 - трайб-аппарат мелкого сорта, 26 - кривошипно-эксцентриковые летучие ножницы, 27 - барабанные ножницы для порезки крупных профилей, 28 - барабанные ножницы для отбора проб, 29 - секции термоупрочнения, 30 - трайб-аппарат среднего сорта, 31 - набегающий рольганг холодильника, 32 - реечный холодильник, 33 - передаточное устройство, 34 - отводящий рольганг, 35 - роликоправильная машина, 36 - ножницы холодной резки, 37 - транспортер с несущими цепями, 38 - весы для взвешивания проката, пакетирующее устройство.

Рисунок 5 - Общий план расположения оборудования стана 300 - 2

2. Расчет параметров технологического процесса

2.1 Расчет деформационного режима

Сортовые профили простой конфигурации поперечного сечения прокатывают в калиброванных валках. Последовательность калибров, обеспечивающая получение заданного готового профиля из заготовки определенной формы и размеров, называется калибровкой прокатных валков.

1. Получение точного профиля с хорошим качеством поверхности, заданной структурой и надлежащими механическими свойствами при отсутствии дефектов прокатного происхождения.

2. Обеспечение высокой производительности прокатного стана за счет применения схем интенсивных режимов деформации, сокращения количества проходов и вспомогательных операций, повышения скорости прокатки, механизации и автоматизации процесса прокатки.

3. Обеспечение минимальной себестоимости проката за счет применения схем и режимов деформации, требующих минимального расхода металла, валков и энергии.

Определяем общую вытяжку калибровки по формуле:

где Fпр - площадь сечения готового профиля, мм2, находим из таблицы 6, для периодического профиля № 20 Fпр = 314 мм2;

Fзаг - площадь сечения исходной заготовки, мм2, Fзаг = 80000 мм2.

Площадь сечения готового профиля для периодического профиля № 20 Fпр=314, Fзаг -площадь сечения исходной заготовки, мм2, находим из размеров прямоугольной заготовки, Fзаг= 250 Ч 320 = 80000мм2.

Определим средний коэффициент вытяжки:

Расчет калибровки чистовой группы клетей ведут против хода прокатки.

Выбираем схему калибровки овал - ребровой овал - овал - круг (Рисунок 6).

Рисунок 6 - Схема клаибров

Определение геометрических размеров прокатки в чистовом калибре

По ГОСТ 5781-82пределяем размеры профиля (Рисунок 7).

Рисунок 7 - Полученный профиль

Размеры холодного профиля: d=19 мм; Д+=0,3 мм; Д-=0,5 мм; h=1,5±0,5 мм; d1=22,0 мм; h1=1,5мм; t=8 мм; b=1,5 мм; b1=2,0 мм; r=2,2 мм.

При построении чистового калибра температурные изменения учитываем только для размеров d и d1.

Размеры в горячем состоянии:

При Т0 =10000 С принимаем

Тогда

Эквивалентный диаметр также увеличится и будет равен

2.2 Расчет температурного и скоростного режима

Изменение температуры полосы в процессе прокатки в непрерывных группах стана 300

Для практических расчетов температурных режимов прокатки необходимо иметь простую и вместе с тем надежную методику, позволяющую при известных допущениях оценить значения температуры в каждом проходе и ее перепад по длине полосы. С этой целью рассмотрим составляющие теплового баланса, учитывая потери тепла излучением, конвекцией теплоотдачей рабочим валкам, а также разогрев полосы вследствие работы пластической деформации. Ввиду небольших размеров поперечного сечения раската в случае прокатки на мелкосортных станах представляется возможным осуществлять решения одномерной температурой задачи.

Уменьшение температуры металла вследствие потерь тепла излучением и конвекцией можно определить, решая совместно уравнение Ньютона и уравнение теплосодержания полосы:

где суммарный коэффициент теплоотдачи излучениеми конвекцией Тп, Тс - соответственно температура поверхности прокатываемого металла и окружающей среды, К;

Ф - поверхность излучения, м;

dt - время излучения полосы, с;

c - теплоемкость стали, Дж/К;

G - масса полосы, кг;

dTлк - изменение температуры, К.

Переходя от знака дифференциала к знаку конечных разностей Д, получим:

Коэффициент теплоотдачи излучением равен:

где с - коэффициент излучения.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяем по формуле:

где - коэффициент теплопроводности окружающей среды;

R - Характерный размер поперечного сечения;

Nu - критерий Нуссельта.

Критерий Нуссельта:

где Re - критерий Рейнольдса;

ш - функция угла атаки.

Критерий Рейнольдса:

где - скорость потока воздуха относительно поверхности раската;

- кинематический коэффициент вязкости.

Окончательное уравнение:

Величины лс, v и ш имеют постоянные значения. При Тс=30°С лс=0,0258 Вт/(м•К), v=16,610-6 м2/с, угол атаки равен 0° (продольное омывание полосы воздухом), следовательно, ш=0,5.

В сортовой прокатке в качестве характерного размера поперечного сечения раската примем приведенный диаметр:

d=

Уменьшение температуры прокатываемого металла за счет теплоотдачи рабочим валкам найдем из совместного решения уравнения теплосодержания полосы и уравнения теплоотдачи через плоскость соприкосновения двух различно нагретых тел за бесконечно малый промежуток времени dt:

где - площадь соприкосновения, м2;

где , , св, и , , с - соответственно теплопроводность, теплоёмкость удельный вес материала валков и прокатываемой полосы;

Тв и Тп - температура валков и полосы соответственно, К

Учитывая, что наличие прослойки окалины между прокатываемым металлом и валками уменьшает теплообмен примерно в четыре раза, а также принимая во внимание, что , где - объем очага деформации, и переходя от знака дифференциала к знаку конечных разностей, получим:

Таким образом, для расчета изменения температуры прокатываемого металла в соответствие с основными составляющими теплового баланса:

где Тн - начальная температура прокатываемой полосы, °С.

В соответствии с изложенной методикой произвели расчет изменения температуры по клетям непрерывного стана 300.

Аналогично рассчитывается температура в остальных проходах против хода прокатки.

Рисунок 8 - Температура прокатки по проходам

Из закона постоянства секундных объёмов для второго калибра против хода прокатки:

где х - скорость прокатки, F-площадь поперечного сечения полосы.

Аналогично рассчитывается скорость в остальных проходах против хода прокатки.

Рисунок 9 - скорость прокатки по проходам

Выводы

Разработка технологический процесс производства арматурного проката № 20 класса А400 из стали 35ГС в условиях непрерывного мелкосортного стана 300 АО “Узметкомбинат”.

Рассчитан деформационный режим, определены скоростные параметры процесса прокатки. На основе сравнения полученных результатов с допустимыми характеристиками показано, что предлагаемый технологический процесс может быть реализован в условиях мелкосортного стана 300.

Проанализированы требования к арматуре класса прочности А400. Были произведены расчеты деформационного и температурного режима.

Список использованных источников

1. ГОСТ 5781-82. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Марки. Переизд. Дек. 1993 с изм. 1, 2, 3, 4, 5. - М.: Стандартинформ, 1993.

2. Машины и агрегаты металлургических заводов. / Целиков А.И., Полухин П.И., Гребеник В.М. и др. - М.: Металлургия, 1988.

3. Б.П. Бахтинов, М.М. Штернов. Калибровка прокатных валков. - М.:Металлургиздат. 1953.

4. Теоретические основы и расчет калибровки валков сортовых прокатных станов. В.С. Берковский. Учебно-методическое пособие. - М.: Издательство «УЧЕБА», 2003.

5. П.А. Степин. Сопротивление материлов. Учебник для немашиностроительных специальностей вузов. - М.: Интеграл-Пресс, 1997.

6. Основы калибровки валков сортопрокатных станов: О-75/В.Б. Шишко, В.А. Трусов, Н.А. Чиченев, В.Б. Крахт.Учебное пособие. - М.: МИСиС, 2003.

7. Прокатное производство./ П.И. Полухин, Федосов Н.М., Королев А.А. и др. М.: Металлургия, 1982.

8. Теория и практика процесса многоручьевой прокатки-разделения / Г.М. Шульгин и др. - Севастополь: Вебер, 2003.

9. Производство арматурной стали. Левченко Л.Н., Натапов А.С, Машкин Л. Ф. и др. - М.: Металлургия, 1984.

10. А.А. Королев. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. - М.: Металлургия, 1985.

11. Тарновский И.Я. Формоизменение при пластической обработке металлов. - М.: ГНТИ литературы по черной и цветной металлургии, 1954.

12. А.П. Чекмарев, М.С. Мутьев. Расчеты по калибровке прокатных валков. Учебное пособие. Часть 1. - Днепропетровск: Типография металлургического института. 1963 г.