Технологическая часть

1.1 Обобщенное описание производства горячекатаного плоского проката в ПАО «Северсталь»

В производстве горячекатаного плоского проката задействованы мощности трех цехов: ЛПЦ-1, ЛПЦ-2 и ЛПЦ ТПП (листопрокатный цех трубопрокатного производства) [1].

Листопрокатный цех № 2 (ЛПЦ-2 ПГП).

Листопрокатный цех №2 занимает одну из ключевых ролей в общей структуре предприятия, как по объемам производства, так и по значимости. В составе цеха высокопроизводительный широкополосный стан «2000» с высокой степенью автоматизации технологических процессов, а также отделение отделки металла с одним агрегатом продольной и тремя агрегатами поперечной резки листа.

Большая часть выплавляемой стали, в настоящее время отправляется в прокатные цеха, поэтому ЛПЦ-2 должен работать с очень крупными партиями стали в достаточно сжатые сроки. Все это связано с тем, что прокат пользуется огромным спросом как на внутреннем, так и на внешнем рынках, не говоря уже о том, что прокат ЛПЦ-2 является полуфабрикатам для других цехов предприятия (ЦГП, ПХЛ и др.).

Возможности оборудования позволяют производить металл разнообразного сортамента шириной 900-1850 мм, толщиной 1,2-16 мм, развесом рулона 7-36 тонн различного назначения: для автомобилестроения, судостроения, ТЭК. Предприятиям этих и других отраслей поставляется до 50% продукции цеха. Цех также обеспечивает подкатом производство холоднокатаного листа, куда отгружается почти половина производимого металлопроката, а также цех гнутых профилей.

Производительность стана 2000 составляет около 6 млн. тонн проката в год. За годы работы коллектив ЛПЦ-2 произвел свыше 160 млн. тонн проката высокого качества, освоив широкий сортамент продукции. В настоящее время в ЛПЦ-2 трудится более 1300 человек.

Сегодня география поставок продукции ЛПЦ-2 - практически все континенты мира. Основными потребителями в экспорте рулонного металлопроката ЛПЦ-2 являются страны Европы, Турция, Иран, США, а листового - страны Европы и Азии, Эстония государства СНГ. На внутреннем рынке лидером потребления рулонного металлопроката является Выксунский металлургический завод, а также ряд трубных: ЧТПЗ, ВТЗ

Цех предназначен для производства металла различного назначения: для автомобилестроения, судостроения, ТЭК, машиностроения, электротехнической и оборонной промышленностей. Структурно разделен на 2 отделения – прокатное и отделки листа.

Прокатное отделение состоит:

1. Участок нагревательных печей.

2. Стан «2000». Предназначен для производства рулонного проката толщиной от 1,2 до 16 мм, шириной от 900 до 1835 мм.

3. Участок электрошлаковой наплавки. Предназначен для производства двух- и трехслойных слябов с последующей их прокаткой.

Весь сортамент рулонов прокатывается из слябов углеродистых, низколегированных, качественных, нержавеющих и других марок сталей, по химическому состав удовлетворяющих требованиям соответствующих государственных стандартов.

Отделение отделки листа состоит:

1. Агрегат продольной резки № 1. Предназначен для продольной порезки рулонов толщиной от 1,2 до 8,0 мм, шириной от 900 до 1850 мм.

2. Агрегаты поперечной резки № 2, 3, 4. Предназначены для поперечной порезки рулонов толщиной от 1,2 до 16,0 мм, шириной от 900 до 1850 мм.

3. Участок горячекатаных рулонов. На участке производится охлаждение, доработка, упаковка и отгрузка рулонов со стана «2000» и АПР-1.

4. Участок формирования и отгрузки листа. На участке производится упаковка и отгрузка продукции с агрегатов поперечной резки.

1. Сортамент листового проката

2. Описание технологического процесса горячей прокатки

широких полос в ЛПЦ-2

Прокатное отделение ЛПЦ-2 (стан «2000»):

1. Склад слядов и участок зачистных станков

Слябы, приходящие на склад имеют длину от 6,5 до 10,5 м, максимальная длина обусловлена шириной рабочей зоны печи (минимальной длины нет), поперечное сечение: ширина от 720 до 1900 мм. высота от 150 до 450 мм. Большинство слябов имеют температуру от 550°С до 700°С.

Химический состав слябов: углеродистые стали обычного качества (ст1кп, ст1пс,..., стЗсп), качественные стали (08кп, 08пс,..., 25, 30), низколегированые (09Г2, 12ГС,..., 70Г, 15ХСНД), легированые (коррозионностойкие 08Х18Н10, 12Х18Н9Т и т.п.).

Для улучшения теплоотдачи (т.е. для удаления окалины возникшей во время транспортировки) при нагреве слябы со склада поступают на агрегаты очистки (закрытые металлические камеры, где на сляб воздействуют абразивные круги). При этом 3-8 мм металла уходит в стружку. Передача слябов на загрузочную линию печей осуществляется электромостовыми кранами грузоподъемностью 150 т и самоходными тележками с консольными лапами. По рольгангу загрузки слябы транспортируются к нагревательным печам. По пути сляб взвешивается и очищается с помощью вращающихся металлических щеток.

2. Участок нагревательных печей

После обработки поверхностных пороков металла на зачистных станках сляб попадает на нагревательные печи. В цехе сегодня работают 4 нагревательные печи. Тип печей - нагревательная, с шагающими балками, с двусторонним подогревом металла, с торцевым посадом. Основная задача коллектива участка нагревательных печей - обеспечить качественный посад, нагрев и выдачу металла из печей для последующей прокатки. Трудятся здесь 110 человек. Этот участок один из самых больших по площади и технической оснащённости, его длина составляет более 350 метров, ширина около 100 метров, общая площадь участка более 8ми гектаров. Дальше слябы отправляются по рольгангу на черновую группу стана «2000».

Подача слябов на загрузочное устройства (тележки) производится мостовыми кранами, оборудованными клещевыми захватами, грузоподъемностью 100 т. Тележки транспортируют слябы к подъемным столам, откуда слябы сталкиваются на загрузочный рольганг, взвешиваются, транспортируются к нагревательным печам.

Подача слябов к печам производится с двух направлений (посты 1 и 1-а). В зависимости от длины слябы загружаются в печи в один ряд или в два. Нагрев производится до температуры 1200-1280 С в зависимости от марки стали. В зависимости от длины слябов загрузка в печь осуществляется в один или два ряда. Если слябы имеют длину меньше 9,5 м, то они загружаются в печь в шахматном порядке.

Режимы нагрева

Стали по отношению к нагреву можно разделить на мягкие (низкоуглеродистые) и стали с высоким содержанием углерода (также легированые стали с элементами, которые хорошо растворяются в железе (образуют раствор замещения): хром, марганец, кремний). Группы различаются рядом параметров (теплопроводность, теплоотдача, теплосодержание и т. д.). У второй группы все три приведенных параметра выше, чем у первой и нагревать их нужно дольше. Для этой группы необходим трехступенчатый нагрев (медленный нагрев до определенной температуры, период фарсировки, характеризующийся максимальной скоростью нагрева, период выдержки), так как для первой группы подходит двухступенчатый нагрев (период нагрева и период выдержки).

Если на складе имеется много низкоуглеродистой стали, то одну из печей переводят в двухступенчатый режим работы (рис.2).

На периоды ремонта стана режимы нагрева слябов полностью не соответствуют технологии, и прокат идет на нужды завода.

Далее слябы поочередно извлекаются из печи специальными приемниками и укладываются на приемной рольганг, и транспортируются к черновой группе.

3. Прокатка на стане

В черновой группе клетей 5 горизонтальных и 5 вертикальных клетей (из них 4 универсальные). Сляб последовательно прокатывается в вертикальной клети, в клети «дуо», в универсальной клети «кварто» и непрерывной подгруппе, состоящей из 3-х универсальных клетей «кварто». В вертикальной клети производится боковое обжатие сляба с целью разрушения первичной окалины (АЬ=80-100мм; £=3-5%), обеспечивается частичная калибровка сляба по ширине. Взломанная окалина сбивается водой под давлением 15 Мпа., которая подается через коллектора и сопла, установленные за вертикальной клетью, от общей системы гидросбива. Гидросбивы установлены: за вертикальной клетью, клетью «дуо»№1 и за универсальными клетями 2,3,4.

Далее сляб прокатывается (согласно таблице. 1) последовательно в первой и второй клетях, затем поступает в непрерывную подгруппу, состоящую из трех клетей. В зависимости от сечения прокатываемых полос толщина подката после черновой группы составляет 30-60 мм, температура подката находится в пределах 1050-1120°С.

Таблица. 1

Скорость выхода из последней черновой клети 2-5 м/сек. Для выравнивания температуры по длине полосы предусмотрена прокатка в непрерывной черновой подгруппе с ускорением. Толщина и ширина подката измеряется бесконтактными измерителями. Промежуточный рольганг оборудован сбрасывателем для удаления с линии подката, имеющего температуру ниже допустимой.

Перед тем как попасть в клеть №6, голова и хвост полосы обрезаются на летучих ножницах барабанного типа, оборудованного системой мерного реза. Эта система позволяет автоматизировать процесс и свести до минимума количество обрези. Вслед за ножницами подкат попадает в установку гидросбива, который удаляет окалину. Всеми технологическими процессами от черновой группы до задачи подката в 6-ую клеть управляет оператор ПУ. Далее сляб попадает на промежуточный рольганг и, пройдя ещё 100 метров, поступает на чистовую группу клетей.

Окончательная прокатка полос до заданной толщины производится в клетях чистовой группы, где полоса находится одновременно во всех клетях.

Чистовая группа насчитывает 7 клетей. Удаление окалины производится гидросбивами, установленными между прижимными роликами чистового окалиноломателя, а также за первыми тремя чистовыми клетями. Гидросбивы за клетями 6,7,8 используются также для снижения температуры толстых полос. Для выравнивания температуры по длине полосы предусмотрена прокатка в непрерывной чистовой подгруппе с ускорением. Обжатие полосы производится рабочими и опорными валками, а заданные параметры по толщине обеспечиваются механическими и гидравлическими нажимными устройствами. Система противоизгиба, установленная на клетях 8-12, обеспечивает необходимый профиль прокатываемой полосы. В межклетьевых промежутках находятся петледержатели, обеспечивающие требуемое натяжение полосы, и системы охлаждения полосы. Выходя из клети 12, полоса попадает в систему водяного охлаждения, которая обеспечивает заданную температуру прокатки. Система водяного охлаждения представляет собой систему U-образных трубок с ламинарным режимом истечения воды. Полоса охлаждается до 750-450°С.

Управление прокаткой на сегодняшний день осуществляется полностью в автоматическом режиме операторов и вальцовщиком ПУ, при этом им необходимо управлять более чем 20 параметрами одновременно, непрерывно контролируя их значения. Это раствор валков, усилие прокатки, скоростной режим, натяжение полосы, температура конца прокатки, толщина и профиль полосы на выходе, охлаждение валков и др. Толщина и ширина подката измеряется бесконтактными измерителями.

Температурный режим прокатки

1. 3 Смотка на моталки.

Далее полоса сматывается в рулон на одной из моталок. На стане существует 2 группы моталок для тонколистовых и толстолистовых рулонов. В каждой группе присутствуют по 3 моталки. В связи с тем, что полоса достаточно хорошо захватывается моталкой при скорости не выше 10 м/с, а последняя чистовая клеть имеет максимальную выходную скорость 21 м/с, непрерывная чистовая группа клетей работает по следующему режиму: прокатка с постоянной заправочной скоростью не более 10 м/с до захвата полосы моталкой, с последующим разгоном чистовых клетей отводящего рольганга вместе с моталкой до номинальной скорости.

После смотки рулоны кантуются в вертикальное положение, устанавливаются на конвейер, обвязываются для предотвращения распушения, взвешиваются, маркируются и транспортируются к подъёмно-поворотному столу. Далее они отправляются для дальнейшего передела в ПХЛ или отделение отделки горячекатаных рулонов. Рулон имеет массу до 36 тонн, внутренний диаметр рулона 850 мм, наружный диаметр рулона от 1100 до 2300 мм. При обычной работе стана производится 1 рулон/минуту.

Схема прокатного отделения приведена в приложении А.

Отделение отделки листа ЛПЦ-2:

ООЛ принимает около 60% проката со стана «2000». Общая площадь его составляет 10,5 гектаров. В своем составе ООЛ имеет 3 основных участка: участок горячекатаных рулонов, участок агрегатов резки, участок формирования и отгрузки листа.

1. Рулоны, поступившие по подземному конвейеру со стана «2000» в ООЛ, сначала попадают на участок горячекатаных рулонов, где охлаждаются в течение 2-4-х суточного охлаждения с 400 С до нужной температуры и потом направляются на агрегаты резки или на упаковку-отгрузку. Перед порезкой на агрегатах металл должен остыть, его температура не должна превышать 70С.

2. Участок агрегатов резки состоит из 3-х агрегатов поперечной резки и одного продольной, два из них - агрегаты поперечной резки № 2,4, производительностью до 2 млн.т в год - режут прокат толщиной от 3 до 12 мм (№2) и до 16 мм (№4). Агрегат продольной резки является основным поставщиком заготовки в ЦГП.

3. Участок формирования и отгрузки листа. Здесь нарезанный и упакованный на агрегатах резки металл комплектуют по вагонным нормам и отправляют потребителям более чем в 100 стран мира.

3. Характеристика оборудования стана 2000

Ниже представлена краткая техническая характеристика основного и вспомогательного оборудования стана. Эскизы расположения оборудования прокатного отделения и листоотделки представлены в приложении.

В состав оборудования входят следующие группы:

1. Печная;

2. Черновая;

3. Чистовая;

4. Уборочная;

5. Общее оборудование по стану.

Печная группа включает:

• загрузочные тележки;

• сталкиватели у подъемных столов;

• винтовые подъемные столы;

• рольганги с групповым приводом;

• весы для слябов;

• сдвоенные сталкиватели у печей;

• нагревательные печи;

• сдвоенные приемники;

• смазочное и гидропневматическое оборудование; передаточную тележку для возврата захоложенных слябов.

Нагревательные печи

Тип печи - нагревательная, с шагающими балками, с двусторонним подогревом металла, с торцевым посадом и выдачей с температурой нагрева металла до1320°С. Производительность печи, т/ч

При холодном везде до 420 При горячем всаде до 500 Напряженность активного пода печи,ккал/ч

При горячем всаде до 850 (3,6)

При холодном всаде до 1000 (4,2)

Площадь пода, м²

Габаритная 560 Активная 500 Топливо основное: природный газ

теплота сгорания, ккал/м³ (МДж/м³) 8400(35,1)

Резервное: мазут

Теплота сгорания, ккал/кг (МДж/кт) 9170(38,3) Максимальный объемный расход газа на печь, м³/ч Максимальный массовый расход мазута, кг/ч 33000 Температура нагрева воздуха, °С до 400 Тип рекуператора - металлический, трубчатый петлевой

Черновая группа включает оборудование:

• вертикальную клеть;

• клеть дуо№1;

• четыре универсальных клети кварто № 2-5;

• механизмы смены валков;

• рабочие рольганги;

• направляющие линейки;

• сбрасыватель недокатов.

Чистовая группа включает:

• летучие ножницы устройством для уборки обрезков;

• чистовой окалиноломатель;

• семь чистовых клетей;

• механизмы линий главных приводов клетей;

• механизмы смены валков и полосы.

Масса комплекта рабочих валков, т 50 Масса комплекта опорных валков, т 175

Толщина полосы по межклетьевым промежуткам:

Скорости прокатки по межклетьевым промежуткам:

1- й промежуток, м/с 0,6-3,0

2- й промежуток, м/с

3- й промежуток, м/с

4- й промежуток, м/с

5- й промежуток, м/с

6- й промежуток, м/с

1.2 Описание технологий маркировки горячекатаных рулонов

Клеймение или маркирование горячего металла сегодня в большинстве случаев обязательны, особенно если речь идёт о поставке металлопродукции на внешний рынок. Особенности и масштабы производства, требования ГОСТов, а также индивидуальные пожелания заказчиков предполагают применение специального оборудования.

Существуют следующие экономичные и производительные технологии для выполнения такой ответственной задачи, как маркировка в металлургии:

- Нестираемая маркировка горячего металла (маркировка проката и другой металлопродукции): ударно-механическая (ударно-точечная), прочерчиванием, лазерная маркировка.

- Долговечное маркирование уникальными красками и чернилами.

- Маркирование специальным устойчивым спреем.

- Маркирование металлопродукции бирками (табличками, этикетками).

- Маркировка рулонов может осуществляться различными типами и размерами шрифта: настройки встроенной системы управления программно-аппаратного комплекса позволяют самостоятельно устанавливать подходящий режим и программировать состав марки.

Маркировка металлопродукции, не подлежащей упаковке, в соответствии с ГОСТ 7566-94 должна содержать [2]:

- наименование или (и) товарный знак предприятия-изготовителя;

- марку стали и ее условное обозначение с указанием расшифровки в документе о качестве;

- номер плавки или ее условное обозначение с указанием расшифровки в документе о качестве;

- номер партии, если плавка делится на партии;

- размер (диаметр, сторона квадрата, толщина, длина, ширина, номер профиля).

В настоящее время технология маркирования горячекатаных рулонов основана на ручной маркировке специальной термостойкой краской. Данный способ является неэффективным, может приводить к ошибкам в маркировке в связи с присутствием человеческого фактора, а также повышенному риску травматизма из-за воздействия повышенных температур, так как рулоны маркируются в неостывшем состоянии.

В рамках курсового проекта будет рассмотрено нанесение маркировки на горячекатаные рулоны методом нанесения уникальных красок и чернил, повышенной термической стойкости. Причем нанесение маркировки будет выполняться автоматизированным способом с использованием робототехнического комплекса. Необходимо реализовать возможность маркировать рулон тремя линиями по окружности и одной линией с торца рулона в зависимости от способа подачи рулона и задания на маркировку. Маркировка роботом производится полностью автоматически, буквенно-цифровая и производится головкой для пунктирной маркировки с 7 насадками прямо на поверхность рулона, на которую необходимо нанести маркировку.

Специальный робототехнический комплекс будет использован для маркировки рулонов, которые производятся на стане 2000 ЛПЦ-2. Маркировка будет наноситься на рулоны, которые перемещаются по цепному конвейеру от прокатных клетей на участок листовой отделки, на котором расположен склад горячекатаных рулонов. На участке листовой отделки промаркированные рулоны перемещаются с конвейера с помощью мостовых кранов, установленных в цехе.

Система маркировки краской основана на процессе маркировки краско-распылительными маркировочными головками.