Технология производства горячекатанного листа в условиях стана 2000 ОАО «Северсталь»

Для 4-х валковых станов, где  рабочий валок приводной, опорный  валок рассчитывают только на изгиб, а рабочий- на кручение.

Для бочки опорного валка  проведем расчет на изгиб:

 

,                                                                                 (42)

 

 МНм.

 

                                                                                                     (43)

 

где -напряжение изгиба в бочке опорного валка, МПа;

     - изгибающий момент бочки валка, МНм.

 

 

Для шейки опорного валка:

 

                                                                                            (44)

 

 

 

 МПа                                                 (45)

где - напряжение изгиба в шейке опорного валка, МПа.

 

 МПа

Рассчитаем допустимые напряжения

 

                                                                                                  (46)

где допустимое напряжение изгиба опорного валка, МПа;

 временное  сопротивление материала при  растяжении, МПа.

 

Для опорного валка 

                                                                         

 

Коэффициенты нагрузки

 

                                                                                                (47)

 

 

 

                                                                                              (48)

 

 

Для бочки рабочего валка  проведем расчет на кручение

 

                                                                                         (49)

где напряжение кручения в бочке рабочего валка, МПа;

- крутящий момент, прикладываемый к рабочему валку,  МНм.

 

 

Для концевой части рабочего валка:

 

                                                                                          (50)

где - напряжение кручения в концевой части валка, МНм.

 

 

Рассчитаем допустимое напряжение

Для рабочего валка: .

 

                                                                                       (51)

где - допустимое напряжение кручения для рабочего валка, МПа;

       - допустимое напряжение изгиба для рабочего валка, МПа.

 

 

 

 

Коэффициент нагрузки

 

                                                                                                 (52)

 

 

Следовательно, условие статической  прочности валков выполняется.

 

2.6 Циклическая прочность

 

Прокатные валки в процессе работы испытывают длительное воздействие  переменных во времени нагрузок. Если циклические напряжения, возникающие  в валке от этих нагрузок, превышают  определенный уровень, то в материале  валков через определенное число  циклов начинают появляться микротрещины, которые, постепенно развиваясь, вызывают в итоге быстро протекающее разрушение. Это явление названо усталостным  разрушением.

В большинстве случаев  величина циклических напряжений, при  которых возникает усталостное  разрушение, значительно меньше временного сопротивления материала валка. Поэтому, кроме расчета валков на статическую прочность, необходимо проводить расчет на циклическую  прочность .

Расчет на выносливость обычно проводят в форме проверки коэффициента запаса прочности.

Запасы прочности для  валков определяют в опасных сечениях по следующим формулам.

Сечение 1-1:

 

 ,                                                                                                                               (53)

где – предел выносливости материала валка по нормальным        

               напряжениям;

        – эффективный коэффициент концентрации нормальных

                напряжений;

        – коэффициент качества обработки поверхности,

        – масштабный фактор;

        – максимальные напряжения изгиба в рассматриваемом

                   сечении.

 

 

Так как _в - 700 МПа, а способ механической обработки валков – тонкое шлифование, то = 0,9.

Так как D =1,6 м, значение масштабного фактора равно .

Величину  можно определить из соотношения МПа.

=46,41МПа, 

=1 - для бочки.

Т.к. для стальных валков [n]=1,3-2,5, то условие циклической прочности [n] выполняется, а коэффициент нагрузки рассчитывается о формуле

 

                                                                                            (54)

 

=

Сечение 2-2: 

Определяем запас прочности  в месте перехода бочки валка  в шейку:

 

                                                                                                 ₍₅₅₎

 

 

Так как  = 700 МПа, а способ механической обработки шейки валков -полировка, то согласно источнику = 0,98

Так как d_ш =0,82 м, значение масштабного фактора равно

Величину _-1 можно определить из соотношения МПа.

Т.к. для стальных валков [n]=1,3-2,5, то условие циклической прочности выполняется, а коэффициент нагрузки рассчитывается по формуле :

 

                                                                                                    ₍₅₆₎

 

 

Сечение 3-3:

Расчету на циклическую прочность  в рабочих валках подвергается только приводной конец.

 

                                                                               (57)

 

 

Величину  можно определить из соотношения =0,6 =210 МПа.

Так как _в = 700 МПа, а способ механической обработки приводного конца - тонкое обтачивание, то

Так как D_m =0,620 м, значение масштабного фактора равно,

- для приводного конца.

Т.к. для стальных валков [n]=1,3-2,5, то условие циклической прочности выполняется,  а коэффициент нагрузки рассчитывается по  формуле:

 

                                                                                                       ₍₅₈₎

 

 

Итоговые   данные   расчетов   на   статическую   и   циклическую   прочность приведены в таблице 21.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 21–  Итоговая таблица расчёта на прочность

Критерии работоспособности	Оцениваемый валок	Коэффициенты нагрузки в  сечениях
		Бочки	Шейки	Приводного конца
Статическая прочность	Рабочий	-	-	0,92
	Опорный	0,33	0,49	-
Циклическая прочность	Рабочий	-	-	0,31
	Опорный	0,69	0,47	-

 

 

2.7 Расчет модуля жесткости валковой системы

Упругая деформация опорного валка

 

_,                                                                                                         (59)

где  - прогиба тела валка под действием изгибающего момента;

       - прогиба тела валка под действием перерезывающих сил.

 

                                               (60)

где - осевой момент инерции сечения бочки;

      - осевой момент инерции сечения шейки.

 

                                                                  (61)

где - модуль сдвига материала валка.

 

,                                                                                                           (62)

 

 

 

,                                                                                                       (63)

 

 

 

,                                                                                       (64)

 

 

 

,

 

_,

                                                                                                        (65)

 

 

3 Расчет производительности

 

3.1Расчет расходных коэффициентом

 

Основным показателем  использования оборудования стана  является его производительность в  фактический час работы. Фактом, определяющим возможную часовую производительность стана, является суммарный расходный коэффициент:

 

                                                        (66)

где – масса сляба, т; 

      – масса готовой полосы, т;

     – коэффициент, учитывающий потери металла за счет  образования печной окалины (=1,01);

      – коэффициент, учитывающий потери металла за счет образования вторичной окалины (= 1,002);

– коэффициент, учитывающий потери металла в связи с обрезью переднего и заднего концов полосы перед чистовой группой клетей (= 1,012);

       – коэффициент, учитывающий потери металла в связи с обрезью брака               ( 1,026);

– коэффициент, учитывающий потери металла вследствие отбора проб для испытаний (=1,001).

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                           (67)

 

 

 

 

3.2 Расчет часовой производительности

 

Часовая производительность непрерывных станов без учетов простоев:

                                                                                  (68)

где - полная продолжительность цикла прокатки.

 

Продолжительность цикла  прокатки определяется по параметрам последней чистовой клети:

 

                                                                                            (69)

где – машинное время прокатки в последней чистовой клети;

      – продолжительность паузы между концом прокатки предыдущей полосы и началом прокатки последующей в чистовой клети (

 

                                                                                                   (70)

где l– длина полосы на выходе из последней чистовой клети, м;

     v– скорость прокатки в последней клети чистовой группы, м/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Анализ теплосохраняющих установок на промежуточных рольгангах

  

Потери тепла раскатом за время пребывания на промежуточном  рольганге достигают 60% от общих  тепловых потерь полосой за время  прокатки. Один из путей снижения этих потерь- использование экранов различного типа.

В СССР главным образом  двумя организациями (Донниичерметом и Московским Институтом Стали и Сплавов) велись интенсивные работы по реализации различного типа экранирующих установок на ШСГП ОАО «Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича», ОАО «Северсталь», ОАО «ИСПАТ-Кармет», ОАО НЛМК.

Выполненные исследования показали, что применение предложенного комплекса  размещения экранов позволит снизить  расход топлива в нагревательных печах до 5% от его общего расхода, уменьшить тепловые потери на промежуточном  рольганге до 40%, создать более  благоприятные условия для прокатки полос из слябов увеличенной массы  и снизить излучение тепла  в окружающую среду на участках экранирования  до 5-10% по сравнению с работой  стана без экранирования, что облегчает условия обслуживания оборудования.

Теплоизоляционные экранирующие установки рольганга полосового стана горячей прокатки могут  базироваться на теплоотражательном и теплоаккумулирующем эффектах.

В свою очередь теплоаккумулирующие  делятся на активные, пассивные и  с термическими панелями вторичного излучения. В обоих случаях теплоизоляционная установка состоит из ряда идентичных секций, установленных на рольганге. 
Известна секция теплоизоляционного экрана рольганга полосового стана горячей прокатки, базирующаяся на теплоаккумулирующем эффекте. 
Недостатками известной секции теплоизоляционного экрана являются: 
- во-первых, инерционность в работе (необходимо прохождение под секцией нескольких штук горячих полос, чтобы секция вышла на стационарный тепловой режим и стала высокоэффективно экранировать металл); 
- во-вторых, продолжительность теплового взаимодействия горячего металла с секцией экрана на различных участках рольганга полосового стана горячей прокатки существенно различна и колеблется от десятков до сотен секунд. В результате там, где продолжительность этого взаимодействия незначительна, эффект применения этих секций экранов весьма низок; 
- в-третьих, в этих теплоизоляционных экранах используют дорогостоящие жаростойкие материалы.