книги из ГПНТБ / Производство сортового проката в широком сортаменте

Для резкого расширеніия сортамента и увеличения произ­ водства малотоннажных сортовых профилей отраслевого и специ­ ального назначений необходимо построить принципиально новне­ современные прокатные станы. Схема расположения и конструк-. ЦИ'Я рабочих клетей на этих станах должны обеспечивать доста­ точно 'высокий уровень механизации и автоматизации прокатки.

ГЛАВА 0

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СТАНОВ ШИРОКОГО СОРТАМЕНТА

1. Рациональные схемы расположения оборудования

печить минимальные потери времени на перестройки при смене прокатываемых профилей.

Высокая производительность современных сортовых станов обу­ словлена поточностью и непрерывностью технологического процес­ са. Если поток по той или иной причине временно прерывается, тоснижение производительности стана неизбежно. Частота таких пере­ рывов в технологическом процессе зависит от многих причин, в том числе и от числа профилей в сортаменте стана, для прокатки кото­ рых необходимо останавливать станы, чтобы заменить рабочие валки, арматуру, перестроить кантователи, правильные машины* ножницы и другое оборудование. Длительность остановок зависит от степени механизации и автоматизации. Поэтому совершенство­ вание сортовых станов, производящих прокат в широком сортамен­ те, осуществляется в основном по двум направлениям:

создаются станы, перестройка которых для производства того или иного профиля возможна без прекращения процесса прокатки;

создается оборудование, позволяющее выполнять необходимые технологические операции по перестройке стана за минимальновозможное время.

Для реализации первого направления необходимо рациональ­ ное расположение основного и вспомогательного оборудования. Наиболее просто поставленная задача решается на станах с ли­ нейным расположением рабочих клетей. Рабочие клети многих из этих станов расположены в нескольких параллельных линиях с не­ зависимыми приводом и выходом готового проката на холодильни­ ки. Диаметр валков черновых и промежуточных линий таких ста­ нов больше диаметра валков чистовых линий. В этом случае про­

катку профилей крупных размеров в черновой линии можно орга­ низовать в тот период, когда на чистовой или промежуточной ли­ ниях заменяются валки для производства другого профиля. При рационально организованной системе передач металла с одной ли­ нии на другую и универсальной калибровке прокатка широкого сортамента сортовых профилей на многоклетевых станах линейно­ го типа осуществляется сравнительно просто.

Недостатком таких станов является прежде всего их низкая производительность. Кроме того, ряд сортовых профилей особен­ но сложной конфигурации на станах с линейным расположением клетей технически трудно прокатать, так как необходимо осуще­ ствлять поперечные передачи металла из калибра в калибр, из клети в клеть и с линии на линию. Эти операции трудно механи­ зировать и автоматизировать, особенно при прокатке сортовых профилей сложной конфигурации. Линейное расположение рабо­ чих клетей предопределяет также неудовлетворительный в боль­ шинстве случаев температурный режим прокатки металла по дли­ не полосы, низкое качество проката и неудовлетворительную точность его размеров.

Станы с линейным расположением рабочих клетей используют­ ся в основном для производства крупносортного проката в широ­ ком сортаменте. Важным усовершенствованием таких станов яв­ ляется дооборудование их независимыми группами универсальных клетей. Такие станы достаточно «гибки» для прокатки широкого сортамента технологически разнородных профилей, и, что особен­ но важно, их можно перестраивать, не прекращая прокатку ме­ талла или делая минимальные перерывы.

Элементы линейного расположения клетей широко использо­ ваны на многочисленных станах полунепрерывного и шахматного типов, выпускающих прокат в широком сортаменте. Эти станы на­ ряду с непрерывно или последовательно расположенными клетя­ ми имеют клети, размещенные поперек основного потока металла. Они имеют не только высокую производительность и прочие преи­ мущества, но и позволяют осуществить выпуск готового проката на холодильники из черновой группы клетей или из одной-двух клетей линейной (шахматной) группы. В условиях прокатки ши­ рокого сортамента профилей это дает возможность существенно повысить маневренность стана, прокатывая металл во время заме­ ны валков в чистовых клетях.

Рациональные схемы сортовых станов широкого сортамента с последовательным расположением рабочих клетей в нескольких параллельных линиях обычно предусматривают выход готового проката на холодильники с черновой линии, минуя промежуточную и чистовую, что значительно увеличивает возможности стана по расширению сортамента выпускаемых фасонных и простых профи­ лей, особенно если схемы прокатки и калибровки черновых кле­ тей достаточно универсальны.

Непрерывные сортовые станы являются наиболее производи­ тельными и совершенными. Однако возможность производства на

этих станах сортового проката в широком сортаменте, помимо, чисто технических трудностей, определяется и экономическими соображениями. Частые перестройки, неизбежные в условиях производства сортового проката широкого сортамента, резко ухуд­ шают технико-экономические показатели станов, хотя часовая производительность остается высокой. Выход из этого положения

появляется возможность перестройки одной группы или двух по­ следующих групп клетей без прекращения прокатки в других группах клетей. В то же время при производстве наиболее мелких профилей могут быть использованы одновременно все группы клетей, что значительно увеличивает производительность.

На рис. 83 приведены схемы прокатки сортовых профилей разных размеров на одном из зарубежных непрерывных станов с дублирующими группами промежуточных и чистовых клетей.

На станах с дублирующими группами более рационально ис­ пользуются многочисленные запасные рабочие клети, входящие обычно в комплект основного оборудования непрерывных станов, если замену валков существляют вместе е клетями. Клети в этом случае собирают на рабочих местах, и транспортировка клетей кранами не требуется.

Таким образом, при разработке рациональной схемы располо­ жения оборудования на современных сортовых станах широкого сортамента главное •— это так организовать процесс, чтобы пере­ рывы были минимальными, поточность и непрерывность — макси­ мальными и сочетались с высоким уровнем механизации и авто­ матизации основных производственных операций.

2.Рациональные методы нагрева металла

Кнагреву металла на станах, прокатывающих сортовые про­ фили в широком сортаменте, предъявляют ряд особых требова­ ний. Для станов такого типа характерно использование заготовок

взначительно 'большем диапазоне сечений, чем для станов обыч­ ных типов. Кроме того, станы с широким сортаментом продукции характеризуются и более разнообразным марочным составом про­ ката. Нагревательные устройства таких станов должны обеспечи­ вать качественный нагрев металла в условиях сравнительно боль­ ших колебаний часовой производительности стана. Кроме того,

они должны быстро перестраиваться на особый режим работы при неполадках и длительных настройках на стане.

Для обеспечения качественного нагрева на многих современных станах с широким сортаментом продукции применяют нагреватель­ ные печи новых конструкций (печи с шагающим подом, комбини­ рованный и двустадийный нагрев, электрические печи и др). Осо­ бенно целесообразно применять такие печи на станах, прокатыва­

ющих сортовые профили из легированных и качественных сталей, которые требуют различного режима, нагрева.

Печи новых конструкций по сравнению с обычными методичес­ кими печами обладают рядом преимуществ. Например, новые ме­ тодические печи с шагающим подом позволяют перемещать металл не только вперед, но и назад, что дает возможность в случае за­ держек на стане удалять заготовки из зоны высокой температуры; изменять скорость передвижения металла вдоль печи, ее произво­ дительность и расстояния между заготовками в печи; одновремен­ но нагревать в печи заготовки различных сечений из металла раз­ ных марок; обеспечивать более качественный нагрев металла при минимальном окалинообразовании и обезуглероживании; увели­ чивать скорость нагрева заготовок, поскольку улучшаются условия

использовать для нагрева заготовок, полученных с УНРС. Особенно хорошие результаты дает применение печей с шагаю­

щим подом и двустадийного нагрева на сортовых станах, в сорта­ мент которых входит прокат для изготовления рессор и пружин.

Печи с шагающим подом на сортовых станах применяют для нагрева металла в СССР, США, Японии, Англии, Швеции, Фран­ ции, Италии, ФРГ, ГДР, ПНР и других странах. Эти печи работа­ ют как самостоятельно [26, 34—36], так и в комбинации с печами других конструкций [23, 37—39].

Одна из шведских фирм изготовляет для нагрева металла, чув­ ствительного к обезуглероживанию, типовые двухзонные печи с шагающим подом и верхним обогревом. Металл в печи перемеща­ ется навстречу газовому потоку. Загрузка и выгрузка металла осу­ ществляется с торцов печи. Производительность печи при нагреве заготовок сечением 100X100 мм, расположенных в один или два ряда, составляет 20—25 т]ч .

Шагающие балки пода перемещают заготовки вдоль печи с раз­ личными скоростями: с меньшей — в зоне предварительного на­ грева (нагрев до 750°С) и с большей — в томильной (длительность пребывания в ней металла 8—10 мин). Для предотвращения под­ соса воздуха со стороны выдачи металла имеется газовая завеса.

При комбинированном и двустадийном нагреве часто использу­ ют печи с шагающим подом для предварительного подогрева за­ готовок до 700—750°'С. Окончательный ускоренный нагрев проис­ ходит в печах туннельного, конвейерного или другого типа.

Особенно хорошие результаты на станах с. широким сортамен­ том дает применение двустадийного нагрева металла в трех печах с шагающим подом. В этом случае в первой печи происхо­ дит подогрев металла, а в двух других — его окончательный наг­ рев. При использовании заготовок различных сечений из стали разных марок эта схема обеспечивает высокую маневренность и

возможность нагрева металла в разных режимах одновременно. Продолжительность окончательного нагрева в последних двух пе­ чах составляет 15—20 мин [35].

На другом сортовом стане металл вначале подогревают в печи с шагающим подом (зона медленного нагрева, а затем доводят до необходимой температуры в туннельной печи с жаропрочными роликами (зона быстрого нагрева). Окалинообразованне в этой печи снижено в два раза по сравнению с окалинообразованием в обычных печах. В зоне быстрого нагрева размещено 380 горелок, установлено 47 роликов с регулируемой скоростью для транспор­ тировки заготовок. Ролики охлаждаются воздухом. Наилучшие ре­ зультаты достигнуты при медленном нагреве металла до 700— 800°С и последующем быстром нагреве до температуры прокатки. Заготовка сечением 76X76 мм, подогретая до 700—800°С, нагрева­ ется до 1250°С за 6 мин. Общая продолжительность нагрева сос­ тавляет 35 мин.

Фирма «Эртей» построила в различных странах за период с 1955 по 1968 г. 47 печей с шагающим подом для двустадийного наг­ рева заготовок. Продолжительность нагрева заготовок сечением 70X70 мм в этих печах при 700 и 1150°С составляет соответственно 42 и 14 мин. Глубина обезуглероженного слоя на заготовках из углеродистой и шарикоподшипниковой сталей составляет 0,1 мм, окисление незначительное. Печи этого типа успешно эксплуатиру­ ются на заводе специальных сталей в Варшаве.

Для станов, производящих прокат в широком сортаменте не­ большими партиями, прогрессивным способом скоростного нагрева заготовок перед прокаткой является электрический нагрев, приме­ нение которого в последнее время расширяется. Стоимость элек­ троэнергии во всех странах, кроме Швеции и Норвегии, выше сто­ имости природного и искусственного газа, продуктов переработки нефти и угля. Однако возможность резкого снижения потерь ме­ талла в виде окалины, уменьшение обезуглероживания, сокраще­ ние потерь тепла, простота обслуживания электропечей, возмож­ ность полной их автоматизации, экономия площади цеха и другие преимущества делают электрический нагрев технически и эконо­ мически выгодным для сортовых станов при производстве проката из качественных сталей.

Для нагрева заготовок применяют индукционный, электрокон­ тактный и другие виды электрического нагрева.

На заводе в Джонстауне (США) работает индукционная уста­ новка мощностью 1800 кет, производительностью 5—5,5 т/ч для нагрева заготовок длиной 18,2 м до 1120°С, предназначенных для прокатки на мелкосортном стане 200. Расход электроэнергии сос­ тавляет 375 квт-ч/т, к. п. д. печи 49,5%.

Фирма «Броун Бовери» (ФРГ) разработала и построила авто­ матические установки для электроконтактного нагрева заготовок перед деформацией. Продолжительность нагрева квадратной заго­ товки размером 120X120 мм составляет примерно 1 мин. Металл прогревается быстро и равномерно; обезуглероживания не проис­

ходит, образование окалины незначительное. К. п. д. установок достигает 20%. Одна из таких установок сооружена на заводе в Дюссельдорф-Оберкасселе (ФРГ) в 1966 г. для нагрева металла перед прокаткой на мелкосортно-проволочном стане 300.

Относительная продолжительность нагрева заготовок различ­ ными методами составляет:

При проектировании и строительстве отечественных сортовых станов новые нагревательные средства несомненно найдут самое широкое применение, что подтверждает опыт использования печей шагающим подом на новом сортовом стане 350.

3. Способы ускорения замены рабчих валков

Одним из основных резервов повышения эффективности работы станов широкого сортамента, увеличения их производительности, улучшения качества готового проката является сокращение их простоев на сменах (перевалках) /рабочих валков. Простои неко­ торых сортовых станов при смене валков составляют до 25% фонда рабочего времени и имеют постоянную тенденцию к увели­ чению, что обусловлено повышением требований к качеству прокатных изделий, ростом производительности станов и особен­ но усложнением сортамента прокатной продукции.

Известны два основных способа замены рабочих валков на про­ катном стане. По первому из них рабочие валки заменяют на но­ вые в клети, стоящей в процессе перевалки на линии прокатки. При этом способе необходима полная разборка клети, смена вал­ ков, а затем сборка и предварительная настройка ее на линии про­ катки, для чего требуется обязательная остановка стана на весь период перевалки. Так как процесс замены валков в клети состоит из многих десятков операций, большая часть которых не поддает­ ся механизации и требует применения ручного труда, общая продолжительность простоя стана весьма значительна. Так, на сортовых станах 300 Магнитогорского металлургического комби­ ната продолжительность перевалки одной клети указанным спо­ собом составляет 25—40 мин. Если же учесть, что в чистовых клетях этих станов валки меняются 700—1000 раз в год и, кроме того, десятки и сотни >раз приходится менять шалки .в черновых и подготовительных клетях, то становится очевидным масштаб по­ терь рабочего времени «а этих операциях.

По второму способу использованные валки заменяют вместе с рабочей клетью. Для этого рабочую клеть с выработанными валка­ ми убирают с линии прокатки, а на ее место устанавливают пред­

варительно собранную и настроенную запасную клеть с новыми валками и арматурой. При этом способе экономится время на опе­ рациях разборки, замены валков, сборки и предварительной на­ стройки клети. Остановка стана необходима лишь на период за­ мены клети, однако применение мостовых кранов и несовершен­ ные способы крепления клетей требуют при этом способе доста­ точно большого количества времени. Опыт работы действующих станов показывает, что при замене клетей с использованием ос­ новных мостовых кранов продолжительность простоя стана уменьшается всего на 15—20% по сравнению с временем простоя стана при замене валков в клети, стоящей на линии прокатки.

Для уменьшения потерь продукции смену валков или клетей стараются по возможности сократить. При перевалке клети ста­ рой конструкции это достигается лучшей организацией работы (предварительной подготовкой валков и других сменяемых дета­

чей клети и установка новых осуществляются подъемным краном через верх проема станины. При станинах закрытого типа ис­ пользуют специальные устройства, облегчающие выемку валков из клети, к ним относятся муфты, С-образные траверсы, тележки, кассеты.

С развитием прокатной техники совершенствуются старые и создаются новые способы ускоренной перевалки валков и замены клетей.

Одним из важных вопросов ускорения перевалки валков явля­ ется создание надежных устройств для механизированного за­ крепления рабочих клетей на плитовинах, обеспечивающих ми­ нимальные затраты времени на смену клетей и передвижение их при переходе на прокатку в другом калибре [40]. При перевалке валков вместе с клетями зажимные устройства обычно располага­ ют на плитовине. Если валки заменяют в клети, стоящей на рабо­ чем месте, то зажимные устройства устанавливают на лапах ста­ нин. Наибольшее практическое применение получили клиновые, эксцентриковые и упорные зажимные устройства, в меньшей сте­ пени — рычажные и винтовые.

В зажимных устройствах клинового и эксцентрикового типов прижимной элемент выполняется в виде самотормозящего клина или эксцентрика, поэтому клеть прижимается к плитовине даже после снятия усилия затяжки, создаваемого от гидравлического или электрического привода. Зажимные устройства этих типов применяют при действии на клеть больших опрокидывающих мо­ ментов. Зажимные устройства упорного типа применяют в основ­ ном для закрепления клетей под действием небольшого усилия прижима.

На рис. 84 приведена конструкция клинового гидравлического зажима, разработанная ВНИИметмашем.

В стальном корпусе зажима /, закрепленном на лапе станины

Р и с. 85. Устройство для закрепления клети на плнтовине с применением экс­ центриков:

а и б — различные положения устройства при закреплении клети