Факультет физико-металлургический
Специальность: Обработка металлов давлением
В настоящее время объем производства катанки в мире превышает 50 млн т/год, что составляет около 10 % общего производства проката. С каждым годом объемы производства катанки и ее потребление растет в больших количествах. Большой объем производства катанки объясняется широким сортаментом производимой из нее готовой продукции — канаты, металлокорд, пружины, иглы, струны, крепежные изделия, электроды и т. д.
Катанка производится на непрерывных проволочных станах, а также мелкосортно-проволочных и сортопроволочных станах. Катанка производится из углеродистых, низко- и высоколегированных сталей, специальных и труднодеформируемых сплавов. Основная доля производимой катанки направляется для дальнейшей переработки на сталепроволочные и метизные предприятия.
Развитие проволочных станов шло по пути увеличения сечения исходных заготовок, повышения скорсти прокатки и сокращения числа прокатываемых ниток.
В настоящее время масса мотков на большинстве станов составляет 1,4-2 т. Лишь отдельные станы производят катанку в мотках более 2 т. При переработке катанки в мотках большой массы улучшаются технико-экономические показатели сталепроволочных заводов, поэтому потребители заинтересованы в дальнейшем увеличении массы мотков до 3,5-4 т.
Число ниток при строительстве новых проволочных станов определялось объемом капитальных затрат и себестоимостью готовой продукции, а также потребностью в катанке.
Зарубежные станы американского и европейского типов были демонтированы или реконструированы с установкой нового оборудования — двухвалковых чистовых. На первом этапе реконструкции число ниток было уменьшено до 2, увеличено сечение заготовок до 120x120 мм, скорость прокатки возросла до 70 м/с. Далее с появленим чистовых блоков клетей скорости прокатки возросли до 120 м/с. На сегодняшний день скорость прокатки на проволочных станах достигает 170 м/с. Увеличение скорости прокатки вплоть до 170 м/с и массы мотков до 4т, повышение требований к свойствам и структуре катанки обусловили существенное изменение и в технологии охлаждения катанки. Было разработано более двадцати способов контролируемого охлаждения катанки в линии проволочных станов. Наибольшее распространение получили линии Стелмор благодаря простоте конструкции, широкой возможности воздействия на структуру и свойства катанки различных марок стали, от низкоуглеродистых до высоколегированных. Кроме того, при использовании линий Стелмор обеспечивается возможность получения мотков массой 2 т и более при любой скорости прокатки.
Далее развитие станов пошло по пути совмещения сталеплавильного и прокатного передела в один комплекс, который начали называть литейно-прокатным агрегатом. Первым ЛПА для производства стальной катанки стал опытный образец, который был создан во ВНИИМЕТМАШе и введен в действие в 1963 г. ЛПА состоял из радиальной МНЛЗ с кристаллизатором сечением 38x47 мм, универсального планетарного стана и чистовой группы клетей для прокатки катанки диаметром 6 мм.
Проведенные на этой установке исследования и опыт ее эксплуатации позволили ВНИИМЕТМАШу создать ЛПА для производства катанки из специальных сталей и сплавов, на котором впервые в мировой практике было успешно осуществлено прямое совмещение разливки стальных заготовок с прокаткой. Этот агрегат с 1978 г. эксплуатируется на металлургическом заводе «Электросталь» (Россия).
Долгое время ЛПА, действующий на ОАО «Электросталь», был единственным агрегатом, где было организовано прямое совмещение процессов разливки и прокатки, а также получение не сортовой заготовки, а катанки, то есть, для металлургов готовой продукции.
Следующим предприятием, на котором действует ЛПА для производства сортового проката из специальных сталей, начал работать в 2000 г. в Удине (Италия). Он получил название «Luna». Создатель ЛПА фирма «Danieli».
Создатели ЛПА считают, что его основными преимуществами перед традиционными технологиями и оборудованием являются: высокая производительность; повышение выхода годного; низкие затраты энергоресурсов; получение продукции с требуемыми механическими, технологическими свойствами и высокой точностью; короткие сроки выполнения заказов. Так же можно отметить, что это единственный сортовой ЛПА который успешно реализован и работает.
Разработка ЛПА для проволочных станов является актуальной проблемой, решение которой позволит существенно снизить энергетические и материальные затраты.
Выполненный анализ позволяет определить основные тенденции развития станов для производства катанки:
В настоящее время в Украине отсутствует производство высококачественной катанки для производства металлокорда и людских канатов по ряду причин. Главными из них являются низкое качество стали и катанки из нее на большенстве металлургических предприятий.
Заготовкой для производства металлокорда является катанка, которая протягивается через волоки до требуемого диметра.
На данный момент основными производителями металлокорда на территории бывшего СНГ являются Молдавский и Белорусский металлургические заводы. В основном с них и поступает эта продукция на Украинский рынок. Высококачественную катанку возможно производить только на современных проволочных станах. Одним из немногих таких станов является стан 150 ЗАО «Макеевский металлургический завод» (ММЗ).
Поэтому нами в качестве объекта исследований выбран стан 150 ЗАО ММЗ. Этому способствует и то, что переработку катанки в металлокорд можно производить на ОАО «Силур» находящемся в непосредственной близости от ЗАО ММЗ.
Большенство проволочных станов в настоящее время производят катанку минимального диаметра 5,5 мм. На стане 150 ЗАО ММЗ также прокатывают катанку минимального диаметра 5,5 мм. Освоение прокатки катанки диаметром 5 мм на стане 150 способствовало бы повышению его конкурентоспособности.
В связи с этим целью курсового проекта является разработка предложений по организации производства стали требуемого качества и технологии производства катанки диметром 5 мм с минимальными энергетическими затратами.
В настоящее время ЗАО ММЗ не имеет доменного и сталеплавильного передела. Стан 150 обеспечивают заготовкой с МНЛЗ ОАО «Енакиевский металлургический завод» (ЕМЗ). Посад заготовок в нагревательную печь производится только в холодном состоянии.
Такая схема организации производства имеет следующие недостатки:
Для выполнения указанных требований к стали, также стремление решить задачу с минимальными затратами целесообразно сооружение сталеплавильного комплекса в непосредственной близости к стану 150. Такая возможность имеется в связи с демонтажем мартеновского цеха и блюминга.
В состав косплекса должно входить следующие оборудование:
Создание ЛПА потребует реконструкции печного участка стана 150 поскольку желательно весь объем выплавляемой в сталеплавильном комплексе стали производить в печи горячим посадом. Поэтому необходимо в новой печи предусмотреть возможность как торцевой посадки холодных заготовок, так и горячих заготовок в специальное посадочное окно, расположенное в боковой стенке печи на расстоянии 1/3 длины печи от места посадки холодных заготовок.
Стан 150 ЗАО «Макеевский металлургический завод» введен в эксплуатацию в 1994г. Главным проектировщиком и изготовителем стана являлась фирма «СКЕТ».
Исходной заготовкой для стана служит квадрат сечением 150x150 мм длиной 8,3-10,6 м. На стане прокатывают катанку и круглые профили диаметром 5,5-12 мм, а также арматурные профили №№6-12. По¬ставка готовой продукции - в бунтах массой до 2 т. Нагрев заготовок осуществляют в печи с шагающим подом, с боковой загрузкой и выдачей заготовок.
На стане реализовано двухстадийное охлаждение проката: за вторыми промежуточными группами клетей предусмотрены участки предварительного водяного охлаждения, за десятиклетевыми блоками установлены линии ускоренного водяного охлаждения, а за виткоукладчиками, на роликовых транспортерах системы воздушного охлаждения катанки. Стан оборудован механизированной линией формовки, транспортировки и уборки готовой продукции, автоматизированными системами управления процессом прокатки, слежения за металлом, локальными системами управления агрегатами и механизмами.
Максимальная проектная скорость прокатки на стане составляет 120 м/с, максимальная рабочая - достигает 110 м/с.
Точность проката обеспечивается в пределах ±0,3 мм от номинального диаметра, овальность не превышает 0,4 мм.
Режимы прокатки и охлаждения металла позволяют получать нормируемые показатели по механическим свойствам и микроструктуре.
За рубежом уже производят катанку диаметром 5 и 4,5 мм. На стане 150 по проекту предусмотрена прокатка катанки не менее 5,5 мм. Освоение прокатка катанки 5 мм позволит расширить сортамент стана 150 и существенно снизить энергозатраты у потребителей.
В связи с этим была рассчитана калибровка валков стана 150 для прокатки катанки диаметром 5 мм. За основу принята система калибров, которая в данный момент имеется на стане. Расчет ведется против хода прокатки только для 10 последних калибров, а перед ними используются калибры, предназначенные для прокатки катанки диаметром 5,5 мм. Это позволяет сохранить существующую калибровку, что позволяет максимально быстро осуществлять переход с прокатки одного профиля на другой путем замены чистового блока валков.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что единственным способом, обеспечивающим значительное сокращение производственных расходов, является принципиальное упрощение производственного цикла и более компактное размещение основного и вспомогательного металлургического оборудования.
Одним из решений данной проблемы является создание литейно-прокатных агрегатов, что, как показала практика, позволяет существенно уменьшить энергетические и материальные затраты.
В соответствии с мировыми тенденциями в курсовом проекте предложена два новых технических решения: создание литейно-прокатного агрегата на базе существующего стана 150 и освоение на нем прокатки катанки диаметром 5 мм.
Для создания ЛПА предложено строительство сталеплавильного комплекса в составе электродуговой печи и внепечной обработки. Это позволит получать сталь высокого качества, отвечающую требованиям, предъявляемым к стали, предназначенной для производства металлокорда и «людских» канатов. Сооружение ЛПА позволяет вывести стан 150 на частичную загрузку его печи горячим посадом, что снизит энергозатраты на производство катанки.
Освоение прокатки катанки диаметром 5 мм позволит расширить сортамент стана 150 и приблизить его по сортаменту и скорости прокатки к современным проволочным станам.