Станы горячей прокатки

 

Содержание

ГлавнаяКраткая теорияТехнология прокаткиКлассификация прокатных станов- - - - - - - - - - - - Станы холодной прокаткиЗаключениеПриложенияЛитератураГлоссарий

 

 

 

 

 

 

 

 

 Реверсивными станами горячей прокатки являются обжимные (двухвалковые) станы, тонколистовые, заготовочные и рельсобалочные станы.

Наиболее часто встречаются обжимные станы − блюминги и слябинги.

Блюминг прокатывает полупродукт квадратного сечения массой 1-12 т и более. Металл из блюминга поступает далее на рельсобалочные, крупносортные станы. По диаметру рабочих валков блюминги подразделяют на с блюминги с малым диаметром валков (800-900 мм). со средним диаметром валков (950-1150 мм) и с большим диаметром валков (1200-1500 мм).

Слябинг прокатывает полупродукт плоского сечения. Металл от слябинга поступает на листопрокатные станы. Основная конструктивная особенность наличие кроме горизонтальных валков вертикальных для обжатия боковых кромок слитка. Обжатия в вертикальных валках незначительны и предназначены для обработки боковых сторон раската.

Число пропусков металла в блюминге зависит от массы слитков и поперечного сечения блюмов и составляет 11-25. Характерным для таких станов является захват и выброс металла при пониженной скорости вращения. Захват заготовка металлов происходит при скорости 1-1,75 м/с (20-35 об/мин), после чего скорость валков увеличивается до рабочей, а перед выходом слитка из валков их скорость снижают до 1,5-2 м/с (30-40 об/мин), чтобы сократить время на последующий возврат слитка к валкам. Через 2-4 пропуска слиток кантуют, и в пропуске перед кантовкой выброс металла происходит на полной рабочей скорости. Максимальная скорость прокатки в последующих пропусках составляет при большой длине раската достигает 5-6,5 м/с. Пример технологической карты раскатки слитков сечением 740х740 мм в блюмы сечением 250х250 мм представлен в приложении в таблице 5.

На действующих блюмингах для большинства пропусков время нахождения металла в валках порядка 2-3 с, а время пауз между пропусками 1,4-1,5 с. Время нахождения металла в валках блюминга немного превышает суммарное время пауз за время цикла. Общее время пауз в основном определяется временем перемещения валков (как правило, это время больше времени возврата слитка к валкам), временем кантовок и временем подачи следующего слитка к валкам [3].

На АОА «Уральская сталь» установлен комбинированный стан 1250 предназначенный для прокатки слитков массой 6-13т в блюмы сечением 300-320x300-480мм и слябы шириной от 600 до 1150 мм, толщиной от 130 до 250мм и длиной от 1300 до 6000мм.

Рисунок 4.1 - План расположения оборудования блюминга

 

В обжимном цеха находится 16 групп нагревательных колодцев с емкостью ячейки 80-100 т; 13 неотапливаемых и 4 отапливаемых колодца для замедленного охлаждения блюмов и слябов. В зависимости от легированности металл после прокатки подвергают замедленному охлаждению в неотапливаемых колодцах или специальной термической обработке в отапливаемых колодцах.

Перед подачей слитка в рабочую клеть оператор устанавливает необходимый раствор валков. Слиток подается в рабочие валки при пониженной скорости, иначе металл не войдет в валки (коэффициент трения уменьшается с повышением скорости). После вхождения металла в валки происходи повышение скорости. Перед окончанием прокатки двигатель валков реверсируют так, чтобы скорость выброса металла из валков не была большой, иначе слиток будет выброшен на большое расстояние и потребуется значительное время для его возврата к рабочим валкам.

Прокатка слитка во втором и последующих пропусках начинается после реверса рабочих валков и перемещения нажимных устройств рабочих валков. Работа нажимного устройства и реверс производится одновременно. Число пропусков металла в обжимном стане зависит от начального и конечного сечения слитка и колеблется в пределах 9¸19.

С прокаткой слитка длина его увеличивается. Поэтому для сокращения времени прокатки скорость вращения валков с повышение номера прокатки увеличивается.

wт − скорость пониженная при уменьшении напряжения; wз, wв −скорость вращения захвата и выброса слитка;

wосн − основная скорость при Uяном, фном; wмакс − максимальная скорость при снижении потока.

 

Рисунок  4.2 - Типовые тахограммы реверсивного стана

 

Треугольная тахограмма имеет место в первых пропусках, когда слиток имеет небольшую длину. В последующих пропусках длина слитка увеличивается и график скорости принимает форму трапеции. При последующих пропусках разгон (и торможение) до скорости прокатки осуществляется в два этапа, соответственно тахограмма становится пятипериодной.

 

Требования к электроприводу обжимных станов

 

К автоматизированному электроприводу блюмингов и слябингов предъявляются следующие требования:

1.  Главный привод должен быть реверсивным. Диапазон регулирования скорости 1:10. Величина ускорения не должна зависеть от скорости, с которой разгоняется приводной двигатель.

2.  Частота включений двигателя клети в час может достигать 1000-1500 и более раз поэтому двигатель должен иметь высокую перегрузочную способность.

3.  После захвата металла привод клети должен преодолеть одновременно и динамический момент и момент прокатки.

4.  В случае буксовки валков в момент захвата металла скорость должна снижаться.

5.  В момент выброса металла из валков скорость должна снижаться для уменьшения пути обратного хода.

6.  Привод верхнего валка должен перемещаться точно в соответствии с заданным режимом обжатия.

7.  Привод нажимных винтов должен быть оборудован следящей системой согласно программе обжатий.

 

Для двигателей главных приводов реверсивных станов горячей прокатки (блюмингов, слябингов, толстолистовых станов) характерен режим с очень малой продолжительностью включения. Для достижения оптимальной производительности стремятся вести прокатку во время первых проходов с максимально возможными обжатиями. Когда сечение прокатываемого металла становится меньше, обжатие следует уменьшить, в связи с этим для сокращения длительности проходов повышают скорость прокатки, поэтому двигатель должен обладать большой перегрузочной способностью во всем диапазоне частот вращения, способностью быстрого регулирования частоты вращения в большом диапазоне с малыми потерями в обоих направлениях [10].

 

Для привода слябингов предъявляются дополнительное требование, связанное с синхронизацией работы вертикальных и горизонтальных валков. Между скоростями горизонтальных и вертикальных валков соблюдается соотношение при прокатке от вертикальных валков к горизонтальным:

,

а при прокатке от горизонтальных валков к вертикальным

,

где Dв, Dг − диаметры вертикальных и горизонтальных валков;

wв, wг −скорость вертикальных и горизонтальных валков;

lв, lг − удлинение металла при прокатке в вертикальных и горизонтальных валках.

 

В главных приводах станов горячей прокатки используют двигатели постоянного тока.

В установках мощностью до 200 кВт используют в основном серийные двигатели, а для установок большей мощности разрабатываются специальные двигатели, являющиеся базовыми для своего типоразмера.

При проектировании предельных машин постоянного тока. характерных для реверсивных прокатных станов. исходят из предельной мощности по межламельному напряжению, предельной мощности по коммутации по реактивной ЭДС, причем чем больше радиус якоря, тем выше эти показатели. Однако увеличению радиусу якоря приводит к увеличению момента инерции в значительной большей степени, чем увеличение момента двигателя, что привело к использованию двухякорного двигателя на многих механизмах [].

 

Серии прокатных двигателей

 

1. Серия МП, 2МП, 3МП, МПС мощностью 600¸8000 кВт, на напряжение 200¸930В, с номинальной скоростью 45-400 об/мин, КПД 88,7¸94,5%, lм=2,0¸2,5.

Серия МП − закрытые с принудительной вентиляцией двигатели для приводов прокатных станов.

Серия 2МП − закрытые с принудительной вентиляцией, двухякорные двигатели для прокатных станов.

Серия МПС − специальные двигатели для металлургической промышленности.

2. Серия П2, , ПБК, 2ПБК, ДПП, ПП9100-67 (Рном=9100кВт, Uя=930В, nном=67об/мин). Двигатели серии П2 выпускают Рном=8000, 10000, 12500кВт, Uя=930В, nном=50-63об/мин.

Серия П2 − двигатели в различных исполнениях по способу защиты и охлаждения.

Серия − двигатели закрытые с принудительной вентиляцией, с независимым возбуждением.

Серия Д − двигатели с высокой кратностью пусковых моментов, с широким диапазоном регулирования скорости, для приводов крановых, металлургических механизмов.

 

Двигатели главных приводов прокатных станов допускают большие кратковременные перегрузки по току при условии, что среднеквадратичный (за время технологического цикла) ток не превышает номинального. Допустимая перегрузка, как правило, 1,8-2,25Iном (не более 15 с). Отключающая перегрузка, как правило, 2,25Iном. Режимы работы S1, S7 или S8. двигатели допускают нагрузку по току  1,15Iном длительно во всем диапазоне регулирования частоты при превышении температуры не выше допустимой для изоляции класса нагревостойкости класса F [11].

 

Для питания мощных прокатных двигателей постоянного тока применяют тиристорные преобразователи. Тиристорное питание из-за пульсации напряжения и тока якоря ухудшает коммутацию двигателей постоянного тока, вызывает появление добавочных потерь от переменных составляющих тока и потока и дополнительную вибрацию Применение тиристорных преобразователей обеспечивает возможность использования быстродействующих систем регулирования для форсировки напряжения якоря. В связи с этим к изоляции обмоток якорной цепи и коллектора двигателей постоянного тока, питаемых от тиристорных преобразователей, предъявляются дополнительные требования: они должка допускать нормальную эксплуатацию с амплитудным значением напряжения вентильной обмотки трансформатора преобразователя. Для двигателей постоянного тока с номинальным напряжением 930 В это напряжение составляет 1500 В. Такое напряжение оказывает неблагоприятное влияние на потенциальные условия на коллекторе [11].

 

Для ограничения вредного воздействия тиристорного преобразователя двигатели постоянного тока выполняют с шихтованным магнитопроводом и применяют 12-фазные схемы выпрямления (реже 6-фазные полностью управляемые). Для станов горячей прокатки реверсирование двигателей постоянного тока осуществляется путем изменения знака напряжения на якоре. Из числа возможных схем реверсирования применяют встречно-параллельную и перекрестную схемы без уравнительных реакторов. При проектировании двигателейТ задаются допустимыми пульсациями тока якоря, как правило, в пределах от 2 до 7 %. В большинстве случаев индуктивность якорной цепи оказывается достаточной для ограничения заданного значения пульсации. В противном случае применяют дополнительные сглаживающие реакторы. [11].

 

Основной системой, используемой для прокатных станов является система ТП-Д. Якорь питает реверсивный преобразователь. Повышенная стоимость якорного преобразователя компенсируется улучшенными динамическими показателями привода.

Оптимальный закон изменения скорости при пуске − трапецеидальный. Разгон двигателя до захвата металла валками происходит вхолостую.

Мгновенное изменение тока получить невозможно из-за наличия индуктивности в цепи якоря.

Оптимальные законы разгона и торможения при скоростях выше основной при ослаблении потока − с форсировкой. Поэтому в системах управления предусматривают отрицательную обратную связь по току возбуждения. Она обеспечивает снятие форсировки в конце процесса разгона. В некоторых системах предусматривают положительную обратную связь по току возбуждения для увеличения форсировки.

 

Особенности непрерывных станов горячей прокатки

 

Непрерывные станы − это станы, состоящие из нескольких рабочих клетей. Непрерывные станы отличаются высокой скоростью прокатки и высокой производительностью. Благодаря высокой скорости проката температура металла не успевает снижаться, поэтому достигается высокое качество проката.

При одновременной прокатке металла в нескольких клетях количество металла, выходящего из предыдущей клети, должно равняться количеству металла, входящего в последующую клеть. При несоблюдении этого условия между клетями будет происходить либо накопление металла, либо уменьшение его. В первом случае возникают усилия сжатия либо образуется петля. Во втором случае возникает петля.

Основными особенностями непрерывного стана являются: одновременное нахождение металла в нескольких клетях; ударное приложение нагрузки, связанное с захватом металла на полной рабочей скорости. В быстроходных прокатных станах захват происходит на промежуточной скорости, равной 10-12 м/с, и затем металл разгоняется до скорости 18-21 м/с [5, с.495].

 Характеристика станов на предприятии «Уральская сталь»

 Стан толстолистовой стан 2800 предназначен для прокатки листов толщиной 8-50 мм, шириной 1500-2500 мм и длинной 4500-12000мм из низколегированных углеродистых сталей, а также высокопрочных сталей специального назначения.

Крупносортный стан 950/800 прокатывают фасонные профили специального назначения: профиль опорного кольца для экскаватора; профиль специальный для автопогрузчиков; профиль для полюсов рельсового тормоза; профиль лонжерона; профиль башмачной полосы для изготовления башмаков гусеничных промышленных тракторов ж/д подкладку.

Универсальный стан 800 предназначен для производства полосового проката толщиной 5-25 мм и шириной 200-600 мм.

Скорость выхода металла их валков: v=vв×(1+S), vв − линейная скорость движения металла перед входом в клеть;×S − опережение металла. Опережение металла − это разница между скоростью выхода металла из валков по отношению к окружной скорости валков. Обычно величина опережения лежит в пределах 3¸5% для черных металлов и 3-8% для цветных металлов, при прокатке тонких листов величина опережения достигает 10¸15%.

Рисунок  4.3 - Схема определения опережения металла при помощи кернов

 

На поверхности валка при помощи керна делают углубления на расстоянии l друг от друга. Углубления на полосе оставляют отпечатки после прокатки.

Величина опережения:

В зависимости от соотношения скоростей вращения валков возможны три режима прокатки.

1. Свободная прокатка, когда выполняется условие: .

2. Прокатка с натяжением металла, когда .

3. Прокатка со сжатием металла, когда .

Свободная прокатка является неустойчивой и не может длительно поддерживатьсяч. В зависимости от технолоогии ведут прокатку либо с натяжением, либо со сжатием.

Прокатка со сжатием характерна для заготовочных, крупносортовых станов. Этот вид прокатки опасен при сильном сжатии возможна поломка валков.

Прокатка с натяжением приводит к вытяжке металла и используется в широкополосных станах.

Точный профиль по всей длине раската обеспечивает прокатка с малым натяжением.

При прокатке с натяжением момент 1-й клети уменьшается, а 2-й клети увеличивается. Поэтому скорость 1-й клети увеличивается, а скорость 2-й клети уменьшается, что ведет к ограничению натяжения металла. Поэтому при прокатке с натяжением желательно использовать двигатели с мягкими механическими характеристиками. Однако большая мягкость механических характеристик отрицательно влияет на динамику.

На непрерывных станах возможна прокатка с петлей (с малым натяжением).

Размеры петли не могут оставаться постоянными. Размеры петли должны быть минимальными. В противном случае возможны удары хвостовой части металла, которые могут повлечь повреждения. Для поддержания размеров петли используют системы автоматической стабилизации режимов прокатки. Система оценивает косвенно натяжение полосы по величине ее провисания на участках между клетями.

Для измерения положения петли используются контактные, емкостные, индуктивные и фотоэлектрические датчики.

Длина петли: ,

где L − длина петли, м; Dn − величина рассогласования скорости смежных клетей, м/с; n − скорость прокатки, м/с.

Выходное устройство измерителя натяжения полосы подключено к системе автоматизированного регулирования скорости двигателя рабочей клети.

Между двигателями главных приводов рабочих клетей поддерживается требуемое соотношение с точностью регулирования до 1 об/мин с допуском ±0,5%. Предусматривается возможность изменения скорости во всех последующих клетях при изменении заданного значения скорости любой клети.