Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обоснование совершенствования основного комплекса НТМК 14
1.1 Технико-экономическое состояние технологического комплекса НТМК 14
1.2 Состояние технологии и оборудования комплекса 20
1.3 Постановка задач разработки и исследования новых технических решений 24
Выводы 25
Глава 2. Улучшение качества стали для производства непрерывнолитых заготовок 26
2.1 Технология передела ванадиевых чугунов 26
2.2 Внепечная обработка стали 28
2.2.1 Технология внепечной обработки стали 32
2.2.2 Технология раскисления и микролегирования рельсовой стали.... 37
2.2.3 Технология внепечной обработки стали с использованием твердо: шлакообразующей смеси 39
2.2.2 Технология микролегирования низкоуглеродистой стали 43
2.3 Новая сталь с малым содержанием марганца для производства проката класса С345 45
Выводы 51
Глава 3. Разработка, исследование и внедрение новых технологий и машин для производства проката 53
3.1 Универсальные машины непрерывного литья заготовок 53
3.2 Совершенствование производства рельсов из непрерывнолитых заготовок 59
3.2.1 Новая технология производства рельсов Р65 63
3.3 Совершенствование производства проката на универсально-балочном стане (УБС) 67
3.3.1 Техническая характеристика универсально-балочного стана НТМК 67
3.3.2 Технология производства двутавровых профилей из непрерывнолитой заготовки 69
3.3.3 Технология прокатки квадратных заготовок на универсально-балочном стане 74
3.3.4 Технология прокатки толстых листов в клетях универсально-балочного стана 79
3.4 Особенности технологии колесобандажного производства 84
3.5 Повышение жесткости клети 850 рельсо-балочного стана 88
Выводы 92
Глава 4 Повышение стойкости валков универсально-балочного стана 94
4.1 Оценка стойкости прокатных валков 94
4.1.1 Конструктивные параметры валков универсально-балочного стана НТМК 94
4.1.2 Методика исследования механизма износа валков 99
4.1.3 Механизм износа и оценка стойкости прокатных валков 102
4.2 Механизм образования трещин в валках 107
4.3 Конструктивные параметры и технология изготовления составных прокатных валков 109
4.3.1 Разработка технических условий производства составных валков 111
4.3.2 Напряженное состояние бандажа составного валка 112
4.3.3 Технология изготовления составных прокатных валков 114
4.4 Исследование стойкости отечественных составных валков 117
Выводы 121
Глава 5. Динамика линии привода обжимной клети 1300 универсально-балочного стана 123
5.1 Техническая характеристика обжимной клети 124
5.2 Математическая модель линии привода 125
5.2.1 Учет зазоров в механической модели 125
5.2.2 Демпфирование крутильных колебаний 127
5.2.3 Модель очага деформации 131
5.2.4 Математическая модель главной линии 133
5.2.5 Результаты моделирования динамических нагрузок 136
5.3 Расчет оптимальных параметров линии привода обжимной клети
1300 141
5.3.1 Постановка задачи оптимизации 146
5.3.2 Выбор целевой функции 146
5.3.3 Выбор метода оптимизации 148
5.3.4 Результаты оптимизации главной линии обжимной клети 1300.... 149
Выводы 150
Глава 6. Повышение качества металлопродукции 152
6.1 Управление качеством металлопродукции 152
6.1.1 Общие принципы управления качеством продукции 153
6.1.2 Цели и задачи КСУКП 154
6.1.3 Формирование управляющих решений в рамках КСУКП 155
6.2 Комплексная система управления качеством продукции НТМК 160
6.3. Основные направления реконструкции технологического комплекса НТМК 163
6.4 Состояние качества металлопродукции 169
Выводы 172
Основные результаты и выводы 173
Список литературы 176
- Технико-экономическое состояние технологического комплекса НТМК
- Технология передела ванадиевых чугунов
- Универсальные машины непрерывного литья заготовок
- Оценка стойкости прокатных валков
- Техническая характеристика обжимной клети
Введение к работе
Металлургия занимает одно из ведущих мест в экономике России и вместе с топливно-энергегическим комплексом обеспечивает её жизнедеятельность и безопасность, поэтому вопрос повышения конкурентоспособности металлургических предприятий приобретает в настоящее время первостепенное значение. Однако, в жестких условиях рыночной экономики большинство металлургических предприятий оказалось в тяжелом финансовом положении. Основные причины: - это сравнительно невысокий уровень технологии производства и высокая степень изношенности оборудования, что приводит к повышенному расходу топливно-энергетических и трудовых ресурсов и снижению конкурентоспособности металлопродукции.
В связи с этим основными направлениями развития металлургического производства на современном этапе являются: внедрение ресурсосберегающих и малоотходных технологических процессов и оборудования; широкое внедрение непрерывнолитой заготовки для производства проката; коренное улучшение качества металлопродукции.
Переход к рыночным отношениям, падение спроса на металлопродукцию и усиление конкуренции поставили задачи по ускоренному техническому перевооружению черной металлургии и определению стратегических направлений ее дальнейшего развития. Поэтому вопросы обеспечения эффективности производства на основе внедрения ресурсо- и энергосберегающих технологий на всех стадиях металлургического цикла являются определяющими в вопросах выживаемости предприятий в современных условиях. Актуальными являются работы, направленные на проведение комплексной реконструкции металлургического производства с целью снижения издержек производства и улучшения качества металлопродукции.
Важнейшими в этом направлении являются работы по ускоренному обновлению основных фондов отрасли путем внедрения новой техники и технологии и достижение на этой основе повышения прочностных и других служебных характеристик металлопродукции и обеспечение опережающих темпов роста производства экономичных видов металлопродукции массового потребления.
Технология выплавки стали определяющим образом влияет на качество готовой продукции, обладает существенной ресурсо- и энергоемкостью. В целом технический уровень сталеплавильного производства России по многим показателям существенно отстает от развитых зарубежных стран. Более 60 % стали производится на устаревшем оборудовании, доля прогрессивных способов производства стали составляет только 48,5 %, а непрерывная разливка - 31,8 % [1]. В связи с этим главным звеном в решении комплексной проблемы обновления металлургического производства явится техническое перевооружение сталеплавильного производства путем полной ликвидации мартеновского способа выплавки стали с заменой его кислородно-конверторным и электросталеплавильным.
Важнейшим направлением технического прогресса является широкое внедрение непрерывной разливки стали, которая увеличивает выход годного проката в среднем на 15 % и позволяет повысить однородность металла и получить стабильное качество металла [1-3]. В итоге, основное направление технического обновления сталеплавильного производства совершенствование его структуры и внедрение машин непрерывного литья заготовок.
Таким образом, технологическими основами модернизации сталеплавильного производства, что особенно важно и для НТМК, являются: - изменение структуры сталеплавильного производства путем замены мартеновского способа выплавки стали на конверторный; - применение внепечной обработки стали с целью получения необходимых качественных характеристик готовой металлопродукции и снижения издержек производства, включая экономию легирующих материалов; - широкое внедрение процесса непрерывной разливки стали.
При внедрении машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) особенно важно применение новых технологий в сталеплавильном производстве, что позволит получать непрерывнолитые заготовки с минимальным содержанием вредных примесей и гарантирует получение проката высокого качества при последующей обработке в прокатном переделе.
При использовании машин непрерывного литья заготовок возникает проблема совмещения процессов непрерывного литья и прокатки [4-7, 17, 19]. Эту проблему следует рассматривать не только с точки зрения согласования производительности этих процессов, а, что не менее важно, также и с точки зрения получения качественного проката, поскольку непрерывнолитые заготовки зачастую имеют поверхностные и внутренние дефекты [8-11]. В этих условиях прокатные станы, входящие в состав литейно-прокатного комплекса, должны обеспечить получение качественного проката и увеличение выхода годного. Причем перевод прокатных станов на работу с непрерывнолитой заготовкой должен сопровождаться реконструкцией прокатного передела. В связи с этим особенно важно обосновать необходимые параметры оборудования, размеры непрерывнолитой заготовки и разработать калибровки валков с позиции снижения капитальных затрат, внедрения ресурсосберегающей технологии и улучшения качества проката [3].
В области прокатного производства реконструкция должна быть направлена на решение следующих задач [12]: - применение прогрессивных типов нагревательных печей, повышение их коэффициента полезного действия, улучшение качества нагрева заготовок; совершенствование конструкций прокатных станов, в частности, внедрение клетей повышенной жесткости; уменьшение расхода прокатных валков за счет повышения их стойкости; снижение технологических отходов металла в первую очередь благодаря использованию непрерывнолитой заготовки.
Необходимость проведения работ по реконструкции металлургического производства связана с все возрастающими требованиями к качеству проката и созданием литейно-прокатных комплексов для производства проката широкого сортамента. При этом наиболее важной задачей является создание новых сталей повышенной прочности и хладностойкости и освоение из них производства железнодорожных рельсов и фасонного проката в северном исполнении.
Для повышения конкурентоспособности металлопродукции на внутреннем и внешнем рынке необходимо комплексное решение проблемы качества на всех переделах металлургического производства. Для этого в первую очередь следует оценить существующий уровень качества проката и возможность решения проблемы качества с помощью принятых основных направлений технического прогресса в металлургии. Решение проблемы качества проката предполагает, в первую очередь, повышение химической и структурной однородности металла, снижение содержания вредных примесей, повышение точности размеров и улучшение качества поверхности [13]. Актуальным является разработка и внедрение в производство систем управления качеством, ' которые обеспечивали бы мероприятия по повышению качества металлопродукции на каждом металлургическом переделе, стабильность технологического процесса и достоверность оценки фактического уровня качества металлопродукции.
Настоящая работа выполнялась согласно программе, которая одобрена и поддержана специальным распоряжением правительства РФ от 27 октября 1992 г. "О мерах по социально- экономическому развитию Нижнетагильского металлургического комбината". Основные мероприятия по комбинату вошли в федеральную программу технического перевооружения и развития металлургии России до 2000 года.
Цель работы
Разработка, исследование и внедрение высокоэффективных технологий и оборудования, повышение стойкости прокатных валков и улучшение качества проката и на этой основе обоснование основных направлений реконструкции технологического комплекса комбината.
Научная новизна
Разработаны технологии внепечной обработки и микролегирования стали, обеспечивающие значительное повышение качественных характеристик рельсов, колес и строительных профилей.
Разработаны технологии прокатки квадратной заготовки и толстого листа из непрерывнолитой заготовки в клетях универсально-балочного стана.
Предложен метод оценки стойкости валков, в котором впервые комплексно учтены как показатели качества технологии изготовления, так и режимы эксплуатации. Определены рациональные конструктивные параметры составных валков повышенной стойкости.
Разработана обобщенная методика расчета уровня динамических нагрузок, выбора схемы компоновки индивидуального привода валков и определения оптимальных конструктивных параметров главной линии обжимных станов
Разработана модель системы управления качеством металлопродукции, предложены комплексные показатели качества проката.
Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности
Внедрение непрерывной разливки стали в комплексе с современными технологиями внепечной обработки позволило сократить расход стали (600 тыс. т в год) на производство проката и в целом снизить его материалоемкость на 20 % и энергоемкость на 30 %, а также существенно повысить качественные и эксплуатационные характеристики готового проката.
Внедрена технология микролегирования малоуглеродистых и низколегированных сталей строительного сортамента, что позволило создать новые стали повышенной прочности и хладностойкости и освоено из них производство фасонного проката в северном исполнении.
Освоено производство железнодорожных рельсов из непрерывнолитой заготовки сечением 300 х 360 мм. Для работы в условиях Крайнего Севера созданы хладностойкие рельсы из стали, микролегированной ванадием и азотом.
Внедрена технология изготовления железнодорожных колес и бандажей из непрерывнолитой заготовки диаметром 430 мм, что позволило, снизить содержание в стали вредных примесей (сера, фосфор) и повысить на 20-25 % износостойкость и контактно-усталостную выносливость образцов стали.
Использование непрерывнолитой заготовки прямоугольного сечения для прокатки двутавровых профилей в клетях универсально-балочного стана позволило вывести из эксплуатации блюминг 1500 и, соответственно, существенно снизить энергозатраты, повысить выход годного и улучшить качество двутавров.
Разработаны калибровки валков обжимной клети 1300 универсально-балочного стана для прокатки двутавровых профилей.
Внедрены технологии прокатки квадратной заготовки и толстого листа в клетях универсально-балочного стана.
Применение методической печи с шагающими балками позволит увеличить на 14 % выход мерных рельсов I сорта I класса, снизить расход топлива с 131,4 кг у т/т до 75,7 кг у. т/т и снизить коэффициент окалинообразования с 0,02 % до 0,005 %. Улучшение качества нагрева заготовок позволит стабилизировать геометрические размеры при прокатке и улучшить качество поверхности рельсов.
Увеличение жесткости чистовой клети рельсобалочного стана позволяет улучшить качество рельсов из непрерывнолитого металла.
На основе анализа напряженного состояния бандажа и опыта эксплуатации составных валков определены конструктивные параметры двухслойного бандажа, обеспечивающие повышенную стойкость прокатных валков. На этой основе разработана отечественная технология изготовления составных валков, которая внедрена на Уфалейском заводе металлургического машиностроения.
Даны рекомендации по выбору схемы компоновки главной линии обжимного стана
Внедрена система управления качеством продукции, которая совместно с проведенной реконструкцией металлургического комплекса обеспечила требуемый уровень качества металлопродукции НТМК.
Экономический эффект от реализации результатов работы получен за счет увеличения производства непрерывнолитой заготовки и снижения доли стали, разливаемой в изложницы и прокатываемой на обжимных станах, снижения материальных и энергетических затрат на производство стали и проката, повышения выхода годного, сокращения общезаводских расходов на эксплуатацию мартеновских и обжимных мощностей, улучшения качества проката и повышения конкурентоспособности металлопродукции.
Работа по созданию и внедрению оборудования и технологических процессов производства составных валков удостоена Государственной премии СССР 1991 года.
Работа по созданию стального проката повышенной прочности и хладостоикости для строительной индустрии, машиностроения и транспорта удостоена Государственной премии Российской Федерации 1997 года.
Апробация работы
Материалы работы излагались и обсуждались на конференциях и совещаниях специалистов черной металлургии и тяжелого машиностроения. По теме работы издана монография, опубликовано 5 статей, получено 26 патентов РФ.
Основные положения, выносимые на защиту: новые технологии внепечной обработки и микролегирования стали; результаты работ по реконструкции прокатного оборудования в связи с переходом на работу с непрерывнолитой заготовкой; новые технологии изготовления железнодорожных рельсов, колес и бандажей и двутавровых профилей из непрерывнолитой заготовки; калибровка валков обжимной клети 13000 универсально-балочного стана для прокатки двутавровых профилей из прямоугольной непрерывнолитой заготовки; новые технологии производства квадратной заготовки и толстого листа в клетях универсально-балочного стана; новые стали повышенной прочности и хладностойкости для производства фасонного проката в северном исполнении; результаты исследования стойкости прокатных валков, метод оценки эксплуатационного потенциала валков, а также рациональные конструктивные параметры и технология изготовления составных валков; математическая" модель главной линии обжимной клети 1300 универсально-балочного стана; постановка и результаты решения задачи оптимизации конструктивных параметров главной линии обжимного стана; методика оценки схем компоновки индивидуального привода валков обжимного стана; комплексная система управления качеством продукции; основные направления реконструкции крупного сталеплавильно-прокатного комплекса; результаты работ по повышению качества готового проката.
Технико-экономическое состояние технологического комплекса НТМК
Нижне-Тагильский металлургический комбинат- это крупный металлургический комплекс с полным технологическим циклом, включающий горнорудные предприятия, коксохимическое, доменное, сталеплавильное и прокатное производства. Комбинат является одним из основных поставщиков металлопроката для железнодорожного транспорта и производит железнодорожные рельсы, колеса, бандажи, профильный прокат для вагоностроения. НТМК является основным предприятием по производству широкополочных балок и колонных профилей для строительства и машиностроения, а также производит конструкционный прокат, помольные шары, трубные и блюминговые заготовки. На комбинате выплавляется низкосернистая природнолегированная ванадием сталь без использования металлолома, что позволяет получать прокат с высокими механическими свойствами, высокой антикоррозийной стойкостью, пригодный для работы в условиях низких температур. Более 50 % продукции НТМК. поставляется на экспорт.
Переход экономики на путь рыночных отношений привел к резкому сокращению заказов от традиционных потребителей внутри России и стран СНГ, в частности, сократились заказы на широкополочные балки. Уменьшился объем заказов на металлопрокат транспортного назначения (рельсы, колеса, профильный прокат). В этих условиях потребовалось осуществить неординарные меры по обеспечению должного уровня производства. Использование в качестве рудного сырья чистых по вредным примесям Качканарских ванадийсодержащих руд и применение специальных технологий в доменном и конвертерном цехах обеспечивают производство особо чистой стали и высококачественного проката, конкурентоспособного на рынке металлов. Металлопродукция НТМК, отличающаяся повышенными свойствами, пользуется спросом на рынке и потребность в ней будет расти. После временного снижения производства в 1994-95 г.г. практически на обычный уровень вышли заказы на объемно-закаленные рельсы и железнодорожные колеса.
Металлургия должна традиционно занимать ведущее место в экономике России и вместе с топливно-энергетическим комплексом обеспечивать ее жизнеспособность и безопасность, поэтому вопрос повышения конкурентоспособности металлургической металлопродукции приобретает в настоящее время первостепенное значение.
В связи с этим важно оценить уровень технологии и оборудования металлургического комплекса НТМК, издержки производства и качество металлопродукции, место НТМК на внутреннем и внешнем рынке и на базе этого наметить пути развития комбината. Поскольку НТМК является составной частью металлургии России, то анализ технико-экономического состояния комбината проведен с учетом и состояния металлургии не только Свердловской области, но и России.
Для оценки эффективности реконструкции металлургического производства НТМК, которая по существу началась в 1995 г., важно отметить, что в 1994 г. около 50 % стали выплавлялось мартеновским способом, а разливка всей стали проводилась в изложницы. За конвертерным и мартеновским цехами работали два крупных обжимных стана. При этом расход стали на готовый" прокат, а также энергоемкость производства на 20-30 % выше в сравнении с использованием в сталеплавильном переделе непрерывной разливки [12].
Основными причинами тяжелого финансового состояния большинства металлургических предприятий России, в т.ч. и НТМК, является сравнительно невысокий технический уровень производства, высокая степень изношенности основного оборудования, что обуславливает повышенный расход топливно-энергетических сырьевых и трудовых ресурсов и снижает конкурентоспособность металлопродукции.
Технология передела ванадиевых чугунов
На основе проведенных исследований разработана новая технология передела ванадиевых чугунов в сталеплавильном агрегате [67] с получением кондиционного ванадиевого шлака, который затем может быть эффективно использован для раскисления и микролегирования рельсовой стали.
Технология передела ванадиевых чугунов заключается в следующем. На первой стадии процесса в мартеновскую печь загружают стальной лом в количестве 10... 18 % от массы жидкого чугуна. После прогрева лома до температуры 1300...1350 С в печь заливают ванадиевый чугун и затем металл продувают кислородом через две сводовые фурмы. При этом расход кислорода на каждую фурму составляет 1200...1300 м/ч. Для предотвращения повышенного нагрева расплава и увеличения коэффициента ошлакования ванадия уровень погружения фурм устанавливают на границе шлак-металл.
По ходу продувки замеряется температура металла и отбираются пробы для определения остаточного содержания ванадия в металле.
При достижении температуры металла 1400 С в печь присаживают легковесный лом или окалину. С появлением на окисленной поверхности лома вьюститного слоя резко возрастает скорость окисления железа. В результате в период нагрева лома в окисленной атмосфере мартеновской печи поверхность лома оксидируется, что облегчает проведение процесса деванадации, образование ванадиевой шпинели (FeO, MnO, Fe203, Сг203, ТІО, V205).
После достижения остаточной величины ванадия в металле не более 0,03 % охлаждение расплава прекращается. Для повышения жидкотекучести и лучшего скачивания ванадиевый шлак несколько нагревают газопламенными горелками, при этом часть высокотемпературного шлака оставляют в печи для следующей плавки.
После скачивания шлака разделывается выпускное отверстие и полупродукт выпускается в сталеразливочные ковши.
При проведении плавки в 430 т мартеновскую печь загружают стальной лом в количестве 30 т. После нагрева металлошихты до температуры 1300... 1350 С в печь заливают ванадиевый чугун в количестве 350 т, следующего химического состава в %: С - 4,5; V - 0,45; Si - 0,24; Мп -0,25; Ті - 0,25; Сг - 0,08; Р - 0,05; S - 0,03 и имеющий температуру 1300. ..1320 С.
При выпуске полупродукта топливо отключают, что ведет к загустению шлака и часть его остается в печи. Оставшийся ванадиевый шлак в печи ускоряет процесс деванадации на следующей плавке и повышает содержание V205 в шлаке. В одной из исследованных плавок содержание V205 в шлаке было 13,47 %. В этой плавке был достигнут хороший результат по деванадации чугуна. При этом содержание металлошихты находилось в пределах 10...18% к массе жидкого чугуна, а содержание охладителя к массе стального лома находилось в соотношении (0,08...0,20): 1.
Универсальные машины непрерывного литья заготовок
Проведенный выше анализ показал, что необходим переход на выплавку всей стали конвертерным способом с последующей внепечной обработкой и непрерывной разливкой стали. Введен в эксплуатацию комплекс отделения непрерывной разливки стали в конвертерном цехе № 1. В этом комплексе с 1995г. эксплуатируется комбинированная 4-х ручьевая машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ № 1) криволинейного типа для отливки круглых заготовок диаметром 430 мм колесобандажной стали и прямоугольных заготовок сечением 300 х 360 мм. Машина спроектирована и оборудование поставлено фирмой "Фест-Альпине Индустрианлагенбау" (Австрия) и Уралмашзаводом. В комплексе введены агрегат "печь-ковш" и вакууматор RH, а также объекты водоснабжения, электроснабжения, рассчитанные на 4 МНЛЗ. В октябре 1996 г. введена в строй 2-х ручьевая слябовая МНЛЗ УЗТМ, с возможностью перехода на отливку 4-х заготовок прямоугольного сечения. В 1997 г. выполнены строительные работы и проведен монтаж оборудования МНЛЗ № 3 для отливки фигурных заготовок для прокатки крупных балок в цехе прокатки широкополочных балок.
Переход на разливку конверторной стали на машинах непрерывной разливки и ужесточения требований к качеству стали выявили необходимость внедрения ряда технических усовершенствований, широко применяемых в современном конверторном производстве, что требует проведения реконструкции конверторных агрегатов и систем обеспечения их работы. Это следует также из того, что конверторы отработали свыше 20 лет и требуется из-за физического износа замена корпусов, опорных колец, приводов и других агрегатов. В составе реконструктивных мероприятий учтен опыт работы и технические достижения в области конверторного производства, обеспечивающие эффективность процессов выплавки стали, обработки стали на агрегатах "печь-ковш" и вакууматоре и разливки на машинах непрерывной разливки стали. [27, 44, 46, 47, 49 -54, 58, 63-69].
В настоящее время на ОАО "НТМК" в значительной степени сохраняется технология разливки стали в изложницы. Для этого сталь, выплавленная в мартеновской печи или в кислородном конверторе выпускается в сталеразливочный ковш, из которого затем разливается в чугунные изложницы. В изложницах сталь кристаллизуется в слитки весом от 8 до 19 тонн, которые извлекаются стрипперными машинами и направляются на блюминг для проката с целью получения прямоугольной заготовки (блюмов). При этом от каждого слитка отрезают головную и донную части, где содержится основная часть вредных примесей. Потери металла на этой операции составляют до 20 % от веса слитка. Кроме того получение заготовок на блюминге требует значительных энергозатрат. После этого блюмы передаются в прокатные цеха для получения сортового проката и рельсов.
Ввод в эксплуатацию машин непрерывного литья заготовок № 2 и № 3, а далее и МНЛЗ № 3 позволил отливать не только заготовку для проката строительных балок, но и заготовку прямоугольного сечения для производства рельсов. Сортамент и программа производства отделения непрерывной разливки стали представлены в табл. 3.1. Получение непрерывнолитой заготовки позволило уменьшить затраты на конечной стадии производства этих изделий, направляя се непосредственно в прокатные цеха. Это исключило энергозатраты на стадии прокатки металла на блюминге. Кроме того не имеется потерь металла за счет окисления слитков при нагреве перед прокаткой на блюмы.
Оценка стойкости прокатных валков
Универсально-балочный стан производительностью до 1,5 млн. т. в год предназначен для прокатки двутавровых балок с параллельными полками. Технологическая линия стана состоит из обжимной клети 1300, двух групп клетей, каждая из которых включает вспомогательную и универсальные клети и чистовой универсальной клети. Скорость прокатки в чистовой клети до 10 м/с.
Конструктивная особенность горизонтальных валков клетей универсально-балочного стана НТМК заключается в относительно небольшом диаметре рабочей шейки (535 мм) по сравнению с диаметром бочки (1500 мм). Особенностью вертикальных валков является небольшая длина по сравнению с диаметром (рис. 4.1).
Горизонтальные валки универсально-балочного стана в зависимости от клети, в которой они установлены, имеют различный угол калибровки ф) бочки (рис. 4.1): в первой - р = 16, во второй - (3 = 8, в третьей -(3 = 0. При равном износе это различие влияет на эксплуатационный ресурс работы валка, так как для восстановления номинального размера В по скобе для валков каждой клети приходится обтачивать бочку на разную величину. Валки второй клети, как самые нагруженные, подвергаются наиболее частой обточке, поэтому данные валки быстрее всего выходят из эксплуатации по причине уменьшения диаметра ниже минимально допустимого.
На универсально-балочном стане после его пуска использовались импортные валки: для вспомогательных клетей (ВК) и клети 1300 из стали 150ХНМ из Японии, для горизонтальных валков главных универсальных клетей (ГУК) из стали 150ХНМ из Японии, ФРГ и Франции, вертикальные валки ГУК из стали 150ХНМ из Японии и Югославии. Валки из стали 150ХНМ центробежнолитые, а для обжимной клети 1300 валки из стали 150ХНМ кованые.
В настоящее время стан укомплектован горизонтальными валками, изготовленными из заэвтектоидной стали типа 150ХНМ. Некоторая часть вертикальных валков изготовлена из стали 60ХН и 9Х2МФ. Широко используются бандажированные валки с осями из стали 60ХН. Составные валки с длиной бочки более 380 мм выполнены двухслойными с наружным слоем из стали 150ХНМ и внутренним - из стали 100ХНМ (рис. 4.2, табл. 4.1).
Сталь 150ХНМ относится к классу заэвтектоидных сталей (С 0,83 %) и имеет следующий химический состав в %: С = 1,4-1,6; Mn = 0,5-0,7; Si = 0,25-0,5; Сг = 0,9-1,1; Ni - 0,9-1,1; Mo = 0,1-0,3; S 0,08; Р 0,1. Благодаря высокому содержанию углерода (1,4-1,6 %) и присутствию карбидообразующих элементов (Сг, МоО эти валки имеют высокую износостойкость, а легирование никелем (0,9-1,1 %) позволяет получить достаточную вязкость, несмотря на высокое содержание карбидов. Кроме того, стали 100ХНМ и 150ХНМ сочетают высокие служебные характеристики и относительно невысокую стоимость. Валки из этих сталей, практически не уступая чугунным валкам по износостойкости, превосходят их по прочности и технологичности изготовления.
Техническая характеристика обжимной клети
Обжимная клеть предназначена для прокатки заготовок, в том числе и непрерывнолитых, массой 2-18,8 т, сечением 180 х 450 - 450 х 1250 мм и длиной 3,6-11,4 м. Производительность стана 1,5 млн. т заготовок в год.
Обжимная клеть 1300 имеет валки с номинальным диаметром 1300 мм и длиной бочки 2800 мм. Вес валков с подушками и траверсой равен 160 т. скорость перемещения нажимных винтов составляет 180 мм/с.
Привод валков индивидуальный и состоит из двух двигателей постоянного тока мощностью 5250 кВт каждый. Частота вращения якоря двигателя 0-65-100 об/мин. В отличие от компоновки верхней и нижней линий привода блюминга 1300 компоновка привода обжимной клети 1300 выполнена таким образом, что верхняя линия привода длиннее, чем нижняя.
Валки приводятся во вращение при помощи комбинированных шпинделей. Каждый шпиндель представляет сдвоенную комбинированную карданную передачу, в которой со стороны главного привода установлен шарнир на подшипниках качения, а со стороны рабочих валков -универсальный шарнир с вкладышами скольжения. В подшипниковых узлах шарнира со стороны главного привода установлены сферические двухрядные роликоподшипники с плавающим наружным кольцом, предназначенными для восприятия только радиальных нагрузок. Осевые нагрузки, возникающие в шарнире, воспринимаются упорными подшипниками. Замена бронзовых вкладышей в шарнире со стороны рабочего валка осуществляется при достижении суммарного для двух вкладышей зазора, равного 3 мм.
Номинальный момент, передаваемый одним шпинделем, равен 750 кН-м, а максимально допустимый момент - 2300 кН-м.
Вопросы построения математической модели главной линии обжимных станов, включающей в свой состав взаимосвязанные подсистемы очага деформации, механической системы валопроводов и главного двигателя, учета зазоров и демпферов в математической модели изложены в работах [75, 76, 80, 81].
Математическая модель линии привода обжимной клети включает в себя модель многомассовой механической системы, учитывающей зазоры, демпферы, модель очага деформации и модель электропривода [82].
Выбор количества сосредоточенных параметров (масс и податливостей) эквивалентной системы во многом зависит от целей исследования. При разработке математической модели следует предусмотреть возможность определения динамических нагрузок в наиболее важных несущих элементах линии, включая и зубчатые передачи.
В работе [80] отмечается, что не представляется возможным сравнить результаты расчетов и экспериментальных исследований, то есть оценить адекватность математической модели, в связи с тем, что сложная разветвленная трансмиссия главной линии прокатного стана без какого-либо обоснования представляется 2-х или 3-х массовой системой. В процессе построения математической модели должны быть сохранены не только положения узлов колебаний, но и общая масса трансмиссии.
