Технологические основы проектирования машин и оборудования прокатного производства: сортовые и листовые литейно-прокатные агрегаты для металлургических мини-заводов
Покупка
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Автор:
Сивак Борис Александрович
Под ред.:
Чиченев Николай Алексеевич
Год издания: 2001
Кол-во страниц: 65
Дополнительно
Доступ онлайн
В корзину
В курсе лекций изложены основные особенности современных мини-заводов и рассмотрены перспективные конструкции непрерывных сортовых и листовых литейно-прокатных машин и агрегатов. Данное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 170300 «Металлургические машины и оборудование», а также может быть полезно студентам специальностей 110600 «Обработка металлов давлением» и 100100 «Металлургия черных металлов», которые специализируются в области получения проката из непрерывно-литой стали. Оно может быть также использовано в курсовом и дипломном проектировании при разработке литейно-прокатных агрегатов, входящих в состав металлургических мини-заводов и комплексов
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.03.02: Металлургия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
УДК 621.771.06:621.74.047.001.63 С34 С34 Сивак Б.А. Технологические основы проектирования машин и оборудования прокатного производства: Сортовые и листовые литейно-прокатные агрегаты для металлургических минизаводов: Курс лекций / Под ред. Н.А. Чиченева. – М.: МИСиС, 2001. – 65 с. В курсе лекций изложены основные особенности современных мини-заводов и рассмотрены перспективные конструкции непрерывных сортовых и листовых литейно-прокатных машин и агрегатов. Данное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 170300 «Металлургические машины и оборудование», а также может быть полезно студентам специальностей 110600 «Обработка металлов давлением» и 100100 «Металлургия черных металлов», которые специализируются в области получения проката из непрерывно-литой стали. Оно может быть также использовано в курсовом и дипломном проектировании при разработке литейно-прокатных агрегатов, входящих в состав металлургических мини-заводов и комплексов. © Московский государственный институт стали и сплавов (Технологический университет) (МИСиС) 2001
СИВАК Борис Александрович Технологические основы проектирования машин и оборудования прокатного производства Раздел: Сортовые и листовые литейно-прокатные агрегаты для металлургических мини-заводов Курс лекций для студентов специальностей 170300 и 110600 Рецензент д-р техн. наук, проф. А.Г. Кобелев Редактор Т.А. Кравченко Объем 65 стр. Тираж 50 экз. Заказ 971 Цена «С» Регистрационный №470 Московский государственный институт стали и сплавов, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 4 Отпечатано в типографии издательства «Учеба» МИСиС, 117419, Москва, ул. Орджоникидзе, 8/9
СОДЕРЖАНИЕ 1. Основные особенности металлургических мини-заводов ........5 2. Сортовые литейно-прокатные агрегаты ...................................11 2.1. Общие сведения..................................................................11 2.2. Непрерывный литейно-прокатный агрегат ......................12 2.3. Литейно-прокатный агрегат с МНЛЗ горизонтального типа........................................................14 2.4. Литейно-прокатный агрегат с обжимными клетями винтовой прокатки.............................................................15 2.5. Литейно-прокатный агрегат с малогабаритной группой обжимных клетей ...............................................28 2.5.1. Основные характеристики агрегата .......................28 2.5.2. Особенности формирования слитка в МНЛЗ радиального типа ....................................................29 2.5.3. Механизм образования трещин при выпрямлении непрерывнолитого слитка в двухфазном состоянии ...........................................31 2.5.4. Методика расчета параметров зоны правки слитка в двухфазном состоянии ............................33 2.5.5. Методика расчета радиуса кривизны МНЛЗ.........35 2.6. Литейно-прокатный агрегат для производства трубной заготовки...................................................37 2.7. Литейно-прокатные агрегаты для производства широкополочных балок..........................................38 2.8. Металлургические мини-заводы нового типа..................40 3. Листовые литейно-прокатные агрегаты ...................................42 3.1. Общие сведения..................................................................42 3.2. Литейно-прокатные агрегаты с тонкослябовой МНЛЗ..................................................................................43 3.3. Литейно-прокатные агрегаты с мягким обжатием сляба....................................................................................47 3.4. Литейно-прокатный агрегат с предварительным обжатием сляба в одной клети .........................................51 3.5. Литейно-прокатный агрегат с обжатием незатвердевшего сляба......................................................52 3.6. Литейно-прокатные агрегаты с реверсивным станом Стеккеля .............................................................................53 3.7. Литейно-прокатные агрегаты с планетарным станом.....54 3
3.8. Литейно-прокатные агрегаты с прямым литьем полосы.................................................................................56 Заключение......................................................................................62 Литература.......................................................................................63 4
1. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МИНИ-ЗАВОДОВ Одним из наиболее важных новшеств металлургии второй половины XX века было внедрение технологии и машин непрерывного литья для получения стальных заготовок (МНЛЗ). Другим существенным достижением металлургии этого периода стало применение дуговых электросталеплавильных печей высокой мощности, специализирующихся на расплавлении твёрдой шихты. Одновременно совершенствовались процессы и агрегаты внепечной обработки жидкой стали, применение которых обеспечивает высокую производительность электропечей при относительно малых удельных расходах электроэнергии и электродов. Именно эти факторы – реализация принципа использования мощных дуговых электропечей в сочетании с внепечной обработкой и применение непрерывной разливки стали – явились решающими предпосылками стремительного развития металлургических минизаводов в последние десятилетия. В качестве основного шихтового материала на мини-заводах используется стальной лом, что позволяет исключить из технологической цепочки коксовое и аглодоменное производство и, в результате, в наибольшей степени добиться улучшения экономичности производства. Наряду с использованием стального лома на мини-заводах распространяется практика работы дуговых электропечей на шихте, содержащей значительную долю металлизированных железо-рудных материалов. Естественным шагом в развитии мини-заводов явилось стремление совместить процесс получения непрерывнолитой заготовки с её прокаткой в едином технологическом потоке. Таким образом, в состав производственной линии такого завода входят: участок подготовки лома, который может включать установку предварительного его подогрева; дуговая сталеплавильная электропечь; установка вторичной металлургии для внепечной подготовки жидкой стали перед разливкой; машина непрерывного литья 5
заготовок; прокатный стан с оборудованием для отделки и упаковки готовой продукции. В качестве примера производственной линии на рис. 1.1 представлена планировка металлургического мини-завода производительностью до 100 тыс. т проката в год, спроектированного ВНИИМЕТМАШем совместно с ВНИИЭТО и другими организациями. В состав завода входят сталеплавильный комплекс, включающий дуговую сталеплавильную печь и агрегат комплексной обработки стали, а также литейно-прокатный агрегат, включающий одноручьевую МНЛЗ, обжимной, мелкосортный и шаропрокатный станы. Рис. 1.1. Металлургический мини-завод производительностью до 100 тыс. т проката в год по проекту ВНИИМЕТМАШа: 1 – сталеплавильная печь; 2 – агрегат комплексной обработки жидкой стали; 3 – радиальная одноручьевая МНЛЗ; 4 – мелкосортный прокатный стан; 5 – шаропрокатный модуль Благодаря применению современных ресурсосберегающих технологий и рациональных объемно-планировочных решений удалось разместить весь комплекс основного технологического оборудования от выплавки стали до отделки готового проката на площади 33×125 м. Удельные показатели такого завода составляют: на квадратный метр площади – 22,2 т, а на 1 т оборудования – 100 т готового проката в год. Впервые в сортамент годовой продукции мини-завода включено изготовление мелющих шаров, для чего предусмотрен деталепрокатный модуль, который удачно вписывается в общую компоновку комплекса. 6
В последние годы наблюдается тенденция включать в состав производственной цепочки мини-завода установку металлизации рудного сырья. Такой вид производства носит название «интегрированный мини-завод». Одной из специфических особенностей мини-заводов является использование ими скрапа, имеющегося непосредственно в регионе расположения такого предприятия, что дает экономию в результате удешевления доставки основного исходного материала. Другая составляющая экономии на транспортных расходах достигается ориентацией сортамента металлопродукции мини-комплекса, в основном, на особенности рынка того региона, где он размещается. Расстояние между производителем и потребителем продукции, определяющее стоимость транспортировки, ограничивается пределами, за которыми реально получить валовую прибыль невозможно. Например, европейские производители продают большую часть своей продукции в радиусе около 700 километров от завода. И лишь небольшая часть продукции с более высокой стоимостью продаётся за этими пределами. Отличие мини-заводов от классических предприятий чёрной металлургии заключается в относительно узком сортаменте готового проката, что в большой степени обуславливает их ориентацию на потребности в металлопродукции регионального рынка. Важной особенностью мини-заводов является то, что удельные капитальные вложения в их создание оказываются более низкими по сравнению с расходами на сооружение завода полного металлургического цикла. Для строительства мини-завода, работающего на скрапе, требуется только 40 %, а при сооружении интегрированного мини-завода – лишь 60 % от сумм затрат, необходимых для создания нового завода классического типа с такой же производительностью [3]. Среди факторов, обеспечивающих снижение капиталоёмкости мини-заводов, следует назвать следующие. Мини-заводы оснащаются специально сконструированным оборудованием, ориентированным на специфические условия работы этих предприятий. Такое оборудование позволяет организовать компактное производство, которое может быть размещено на ограниченных площадях. Проектирование и строительство мини-заводов обычно осуществляется в сжатые сроки: как правило, от начала разработки проектной документации до ввода в действие металлургического мини 7
комплекса проходит не более 1,5 – 2 лет, что благоприятно сказывается на сроках его окупаемости. В настоящее время на сортовых МНЛЗ получают заготовки из марок стали, начиная от рядовых, используемых для строительных профилей и арматуры, до сталей специального назначения – для производства сортового конструкционного проката; для холодной высадки; рельсовых, транспортных, трубных и подшипниковых сталей, а также сталей для изготовления специальной техники. С учётом этого фактора, а также исходя из компактности мини-заводов и относительно невысоких капитальных вложений в их сооружение, предприятия этого типа создаются не только металлургическими, но также металлопотребляющими и металлообрабатывающими фирмами. Ещё одним отличием мини-завода от металлургического завода полного цикла, способствующим повышению производительности труда, является простота организационной структуры и схемы управления производством: мини-заводы не подразделяются на отдельные цеха, их вспомогательные службы невелики, малочислен управленческий и инженерно-технический персонал. При этом автоматизированная система управления может охватывать весь технологический процесс. Несмотря на относительно малые масштабы производства по сравнению с заводами полного металлургического цикла, минизаводы в большинстве случаев отличаются более низкой себестоимостью готовой продукции благодаря меньшим расходам на амортизацию, транспортировку исходного сырья и готовой продукции и высокой производительности труда. Экономичность сталеплавильного мини-завода зависит как от совершенства отдельных машин и агрегатов, так и от способа объединения их в общий комплекс. Здесь определяющую роль играет совмещение машины непрерывного литья заготовок с прокатным станом и создание на этой основе единого литейно-прокатного агрегата (ЛПА), как одного из основных компонентов металлургического мини-завода. Применение ЛПА позволяет получить огромные преимущества в виде исключения ряда промежуточных операций, значительного снижения тепловых потерь, экономии материалов, затрат энергии и трудовых ресурсов и сокращения занимаемой площади. Преимущества, достигаемые в результате применения полосовых ЛПА, наглядно продемонстрированы на рис. 1.2, где показана эволюция процессов получения полосы [2]. 8
Рис. 1.2. Развитие процессов производства полосы 9
Исходя из многообразия вариантов выбора конструкции МНЛЗ, машин для предварительного обжатия заготовки и её последующей прокатки, могут приниматься различные концепции создания литейно-прокатных агрегатов в зависимости от сортамента продукции, производительности мини-завода, уровня развития техники на данный момент и других факторов. Большой вклад в выработку концепций создания как литейно-прокатных агрегатов в целом, так и отдельных машин, входящих в их состав, сделан ВНИИМЕТМАШем имени академика А.И. Целикова. 10
2. СОРТОВЫЕ ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ 2.1. Общие сведения Первоначально мини-заводы, предусматривающие совмещение разливки стали с прокаткой, были ориентированы на производство сортовых профилей и катанки. Основу такого завода составляет МНЛЗ и комбинированный прокатный стан для производства сортовых профилей и проволоки. В отечественной практике концепция металлургического производства с использованием МНЛЗ и традиционного прокатного стана была реализована на заводе «Амурстсталь», а также на новых мини-заводах в Молдавии и Белоруссии. Комплекс оборудования МНЛЗ для завода «Амурсталь» и Молдавского металлургического завода выполнен по проектам ВНИИМЕТМАШа. Технологический процесс этих заводов предусматривает отрезание заготовок требуемой длины после выхода из МНЛЗ и передачу их на прокатный стан после предварительного нагрева в проходной печи. В данном случае реализуется традиционная схема прокатки, где роль заготовочного стана выполняет многоручьевая радиальная МНЛЗ, которая позволяет получать из рядовых марок сталей заготовки с размерами, приближающимися к размерам готового проката и пригодными для получения мелкого сорта или катанки с одного нагрева. Даже при таком традиционном решении получены экономические преимущества в результате сокращения капитальных вложений и повышения коэффициента использования металла. Мини-заводы такого типа эффективны при годовой производительности свыше 500 тыс. т. Усовершенствование основных агрегатов позволило довести производительность одной линии включающей печь, МНЛЗ, прокатный стан, до 700 тыс. т заготовок в год. При этом улучшена конструкция одного из основных узлов литейной машины – кристаллизатора, стойкость которого увеличена до 250 – 300 плавок; повышена скорость выхода заготовок сечением 125×125 мм до 3,8 м/мин, а для отдельных марок сталей – до 4,5 м/мин [3]. 11
Рассмотрим подробнее основные типы литейно-прокатных агрегатов. 2.2. Непрерывный литейно-прокатный агрегат Одной из основных проблем при создании литейнопрокатных агрегатов (ЛПА) с непрерывным процессом является согласование скорости выхода из МНЛЗ литой заготовки (слитка), со скоростью входа её в прокатный стан, определяемую его техническими параметрами и экономической целесообразностью. Скорость выхода слитка из МНЛЗ существенно ниже скорости подачи заготовки в первую клеть прокатного стана. Разница скоростей приводит к многократной недогрузке прокатного стана традиционной конструкции. Проведенные во ВНИИМЕТМАШе конструкторские и исследовательские работы позволили разрешить эту проблему при создании отечественного ЛПА для производства катанки из специальных сталей и сплавов, на котором впервые в мировой практике успешно осуществлено прямое совмещение разливки стальной заготовки с ее прокаткой (рис. 2.1). Рис. 2.1. Непрерывный литейно-прокатный агрегат конструкции ВНИИМЕТМАШа для производства катанки: 1 – индукционная плавильная печь; 2 – сталеразливочный ковш; 3 – промежуточная ёмкость; 4 – машина непрерывного литья заготовок; 5 – правильно-тянущее устройство; 6 – подающие ролики; 7 – индукционный нагреватель; 8 – обжимная клеть;9 – планетарный сортовой стан; 10 – летучие ножницы; 11 – чистовые прокатные клети; 12 – автоматический петлерегулятор; 13 – проволочная моталка 12
Доступ онлайн
В корзину