Курсовая работа: Проект литейно-прокатного модуля с косовалковым планетарным станом РSW для производства легированного мелкого сорта

Рис.25. Калибровка валков для прокатки круглой стали ∅18мм в чистовой, подготовительной, черновой и обжимной группах клетей стана.

6. Выбор и расчет скоростного режима прокатки по клетям (проходам с учетом разливки на МНЛЗ)

Определение скоростей прокатки по клетям для расчетного профиля было выполнено в предыдущем разделе при расчете калибровки в зависимости от выбранной скорости прокатки. В данном разделе предлагается подход к выбору скоростей прокатки профилей в зависимости от их сортамента, технических возможностей стана и оптимальных условий производительности МНЛЗ.

Сортамент профилей проектируемого литейно-прокатного модуля включает ряд профилей указанных в ранее приведенной укрупненной программе производства. (см. табл. 1). Как видно сортамент профилей для скорости их прокатки наиболее целесообразно сгруппировать по их сечению и группам сталей, углеродистых и легированных. Такой подход позволит оптимально загрузить двигатели согласно рассчитанной их мощности и получить требуемую производительность стана с учетом возможностей МНЛЗ. Так, максимальную скорость прокатки 10 м/с предлагается назначить для наиболее мелкого сорта стана из рядовых углеродистых сталей, а минимальную – 6 м/с будет у наиболее крупной части сорта из легированных сталей. Параметром размера профиля может быть площадь его поперечного сечения.

И тогда, для всех остальных профилей, оптимальную скорость прокатки можно определить по графикам скоростной зависимости, представленным на рис. 26. При этом, скорость прокатки легированных сталей предлагается уменьшить примерно на 10-15%.

Рис.26. Графики выбора скорости прокатки профилей в зависимости от площади их поперечного сечения на комбинированном мелкосортно-проволочном стане литейно прокатного модуля: 1 – для углеродистых сталей; 2 – для легированных сталей.

Пунктиром показан выбор скорости прокатки расчетного профиля. Так, например, площадь сечения круглого профиля диаметром 18 мм равна 254.5 ; профиль из легированной стали, и тогда, согласно графику 2, скорость прокатки составляет 8 м/с.

При прокатке на непрерывном стане профилей, необходимо знать опережение, которое связывает скорость прокатки их со скоростью валков следующей формулой

                                                                                 (109)

Где  – опережение при прокатке в калибрах.

Следует обратить внимание, что при прокатке в калибрах, когда диаметр валка изменяется в соответствии с конфигурацией калибра, необходимо использовать понятие среднего катающего диаметра.

Для простых калибров, которые используются для прокатки расчетного профиля, катающий диаметр валков рекомендуется определять по средней высоте приведенной полосы [11] как

                                                                 (110)

При прокатке в калибрах величину опережения по отношению к катающему диаметру следует рассчитывать по формуле

                                                                                            (111)

Где - среднее значение угла нейтрального сечения, определяемое по методу приведенной полосы

                                                                                (112)

Где - среднее значение угла захвата, определяется как

                                                                                         (113)

Где  - среднее обжатие в калибре, определяемое по методу приведенной полосы.

И тогда, окружная скорость валка по катающему диаметру будет

                                                                                          (114)

И затем из этой формулы частота вращения валков

                                                                                            (115)

Для определения входящего в формулу коэффициента трения в условиях установившегося процесса может быть использована методика ДРМстУ в виде следующей эмпирической формулы

                                               (116)

Где t - температура прокатки, ℃;

 - коэффициент, учитывающий состояние поверхности и материал валков;

 - коэффициент, учитывающий содержание углерода в стали;

 – коэффициент, учитывающий скорость прокатки.

Так, например, расчеты по формулам для чистовой клети будут:

Коэффициенты для расчета коэффициента трения будут: для чугунных шлифованных валков  при прокатке стали 30ХГСА  и при скорости прокатки >5м/с . И тогда, при t=950℃

Далее

 или 1.4%

;

 об/мин.

Как показали расчеты опережение по клетям в среднем составляет 2%.

И тогда, окружные скорости валков по катающему диаметру и частота вращения валков по клетям мелкосортной части стана будут:

; ; ;

; ; ;

; ; ;

; ; ;

; ; ;

; ; ;

; ; ;

; ; ;

7. Определение времени, ритма прокатки и расчет производительности стана по расчетному профилю

Определение времени и ритма прокатки круглого профиля диаметром 18 мм.

Прокатка непрерывно-литой заготовки в круглый профиль ∅18мм производится на непрерывном стане, состоящем из 4-х групп клетей: обжимной-планетарной с 3-мя косорасположенными валками; черновой, состоящей из 6-ти клетей; подготовительной, состоящей из 4-х клетей; и чистовой, состоящей из 2-х двухклетевых подгрупп, где прокатка в каждой после разделения ведется в одну нитку, а затем при необходимости профиль ∅18мм может служить заготовкой и прокатывается в проволоку ∅6мм в 10-ти клетевом блоке 150.

Прокатка ведется одновременно во всех клетях с использованием условия постоянства секундных объемов.

Прокатка ведется из непрерывно-литых круглых заготовок ∅200мм и длиной 6-12 м. Для уменьшения падения температуры конца заготовки лучше использовать заготовки длиной 6 м, хотя это несколько снижает производительность.

Машинное время прокатки на непрерывном стане примерно одинаково для каждой клети. Так, например, его можно определить следующим образом для 1-й (обжимной) клети (см. табл.3)

                                                          (117)

Где  - длина заготовки,

 - коэффициент вытяжки в 1-й клети

 – скорость прокатки заготовки.

Паузу между заготовками принимаем равной 3с, откуда частичный ритм прокатки круглой стали ∅18мм составляет

                                                      (118)

Время пробега полосы от одной клети к другой может быть определено как

,                                                                                             (119)

Где  – расстояние между соседними клетями;

 – скорость движения полосы между этими клетями.

Результаты расчетов  по формуле (212) будут:

И тогда, график прокатки круглой стали ∅18мм на основании проведенных расчетов представлен на рис.27.

Рис.27. График прокатки круглой стали ∅18мм на непрерывном стане с планетарной клетью PSW литейно-прокатного модуля по производству легированного мелкого сорта и проволоки.

Как видно из графика полное время прокатки 6-ти метровой заготовки в круглый профиль составляет 84.74с.

Расчет производительности стана при прокатке расчетного профиля.

При определении среднечасовой производительности стана за смену необходимо учесть время на прием и сдачу смены, профилактический осмотр и ремонт оборудования и другие регламентированные перерывы во время смены (это должно учитываться специальными коэффициентами использования стана) [21].

Часовая производительность прокатного стана по годному [17]

,                                                                     (120)

Где r – ритм прокатки, сек;

К – коэффициент использования стана (для новых автоматизированных станов в стадии освоения, К=0.9);

б – коэффициент выхода годного (иначе в.г.), согласно табл.2 он равен 95.72%;

Q – масса исходной заготовки определяется как

                                                 (121)

Где  - диаметр заготовки, м;

 – длина заготовки, м;

с – плотность стали, т/.

И тогда

.

Годовая производительность стана по расчетному профилю определяется как

 [т]                                                                        (122)

Где  – число рабочих часов работы стана в году (принимается на основании практики работы станов равным 7100 час).

И тогда,

 тонн

Производительность стана по укрупненной программе определяется: среднечасовая как

 [ т/час]

Где  - соответственно удельный вес отдельных профилеразмеров профилей в сортаменте стана;

 - часовая производительность при прокатке каждого профиля сортамента;

И годовая  [т]

8. Определение энергосиловых параметров и фактической мощности, приходящейся на главные приводы стана, при производстве расчетного профиля

Расчет контактного давления и усилия прокатки на валках стана

Усилие, действующее на валок в процессе прокатки определяется по формуле

                                                                                         (123)

Где  – среднее контактное давление, МПа;

 – горизонтальная проекция контактной поверхности, .

Среднее контактное давление определяется в зависимости от истинного сопротивления деформации  и коэффициента напряженного состояния  по формуле

                                                                                       (124)

Определение истинного сопротивления деформации определяется с учетом температуры, степени и скорости деформации по графоаналитическому методу А.А Динника, по специальным номограммам и формуле

                                                                                     (125)

Где к – коэффициент, учитывающий степень деформации;

 - сопротивление деформации в зависимости от температуры и скорости деформации при е=30%.

Степень деформации и скорость деформации с учетом прокатки в калибрах определяется по параметрам, соответствующих методу проведенной полосы при котором средняя толщина полосы в калибре определяется как

                                                                                              (126)

Где  – площадь сечения раската в калибре,

 - ширина раската в калибре.

И тогда, степень деформации раската в калибре будет

 ;                                                                                        (127)

скорость деформации определяется как

                                                                                      (128)

Коэффициент напряженного состояния при прокатке в простых калибрах можно определить по эмпирической формуле М.Я Бровмака [14] как

                                                                                  (129)

Где m=- фактор формы, определяемый для продольного сечения очага деформации по вертикальной оси симметрии калибра;

a,b – постоянные для каждого типа калибров, так: для ромбических и квадратных калибров а=0.75; b=0.5; для овальных калибров a=0.6; b=0.8.

Горизонтальная проекция контактной поверхности валка деформируемым металлом определяется по формулам В.Г Дрозда, полученных аналитическим методом [14] для следующих калибров:

Ромб-квадрат                                                              (130)

Квадрат-овал                                                   (131)

Овал-овал, овал-круг, овал-квадрат и круг-овал     (132)

При этом: длина очага деформации  определяется по середине калибра, а  и  – представляет ширину раската из предыдущего калибра и ширину рассматриваемого калибра.

Согласно принятой методике [14] и приведенных формул определяются силовые параметры Р и соответствующие им параметры.

Так, например, для 13-й (чистовой клети) необходимые расчеты с учетом данных табл.3 и системы калибров овал-круг будут:

 ; мм; ;

По графическому методу А.А. Динника [16] из номограмм стали 30ХГСА будут:

 К=0.98 и тогда

 m=

 мН или 111.7кН.

Для 8-й (подготовительной) клети необходимые расчеты с учетом данных табл.3 и системы калибров овал-ромб будут:

По графическому методу А.А. Динника из номограмм находим:

 к=1.04; и тогда

  m=

мН или 336.9кН;

Для 4-й (черновой) клети необходимые расчеты с учетом данных табл.3 и системы калибров овал-круг будут:

По графоаналитическому методу А.А. Динника из номограмм находим

 к=1.0; т.е

  m=

 МН или 565.5 кН

В обжимной клети ориентировочно принимаем , так как методика расчета энергосиловых параметров для клети PSW в литературе отсутствует.

Расчет крутящих моментов и мощности прокатки. Определение мощности главных двигателей стана.

В практических расчетах крутящий момент прокатки  определяется по усилию прокатки Р и плеча а, которое представляет некоторую часть длины очага деформации. И тогда, для 2-х валков

 (133)

где  - коэффициент плеча, который при прокатке круглых профилей рекомендуется брать  [11].

Стан работает без ускорений и торможений и поэтому динамический момент отсутствует.

Мощность, расходуемая на прокатку, определяется по формуле:

                                                                                     (134)

где  - угловая скорость валков, 1/с; (которая может быть определена как  (135)

Частота оборотов валков  определяется из выражения

 (136)

И, наконец, мощность, отнесенная к валу двигателя будет,

 (137)

где – з коэффициент полезного действия привода, ориентировочно можно принять =0,7.

Итак, приведенная методика может быть использована для всех клетей черновой, подготовительной и чистовой группы клетей.

Что касается обжимной 3-х валковой планетарной клети, то мощность ее привода может быть определена как

 (138)

Где Апр – работа прокатки, которая может быть определена по формуле Финка [14] как

  (139)

 - время прокатки заготовки в обжимной клети, сек.

Объем  прокатываемой заготовки определяется как

,, (140)

а время прокатки  будет

 (141)

Выборочные расчеты по 13-ой, 8-ой, 4-ой и 1-ой мелкосортной части стана имеют следующий вид:

По 13-ой (чистовой) клети:

; ;

По 8-ой (подготовительной) клети:

; ;

По 4-ой (черновой) клети:

; ;

По 1-ой (обжимной клети) расчет мощности производится с использованием формулы Финка

; ;

При выборе двигателей стана рассчитанные мощности следует завысить на 30-50%, так как возможна прокатка труднодеформируемых сталей и более крупного сортамента.