Модернізація процесу холодної прокатки сталі

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА  АКАДЕМІЯ ЗВ'ЯЗКУ ім. О. С. ПОПОВА

 

Кафедра комп’ютерно-інтегрованих технологічних процесів і виробництв

 

 

 

 

МОДЕРНІЗАЦІЯ

ПРОЦЕСУ ХОЛОДНОЇ ПРОКАТКИ СТАЛІ

 

БАКАЛАВРСЬКА  РОБОТА

ОНАЗ.6.050202.КТ4311.241.ЗА

 

студентки 4 курсу, ННІ Комп’ютерних технологій, автоматизації та логістики,

групи КТ 4.3.11

Борисович Ірини  Костянтинівни

 

 

 

Напрям                       6.050202 - Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології

 

 

 

Виконавець проекту                   ______________                         І.К. Борисович

Керівник проекту                       ______________                          А.М. Тігарєв

Рецензент                                    ______________ 

 

 

 

 

 

 

 

Одеса 2013

ЗМІСТ

 

 

ВСТУП

1 ТЕХНОЛОГІЯ ЛИСТОПРОКАТНОГО  ВИРОБНИЦТВА

1. Загальна характеристика виробничого процесу холодної прокатки сталі

1.2 Системи  автоматичного регулювання технологічним  процесом холодної прокатки листової  сталі

3. Листопрокатний чотирьох клітьовий верстат

2 РОЗРОБКА КОМПЛЕКСУ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГІЧНОГО АГРЕГАТУ ЯК об’єкту УПРАВЛІННЯ ТА ЇХ ОБЧИСЛЕННЯ НА ЕОМ

2.1 Розробка структурної  схеми об’єкта керування

2.2 Розробка моделей каналів  об’єкта керування

3 Розробка системи автоматичного  регулювання

3.1 Огляд існуючих систем керування і регуляторів

3.2 Розробка САР об’єктом  керування

4 Розробка алгоритмів логічного  управління об’єктом 

4.1 Розробка алгоритмів  управління для підсистем захисту  та блокування

4.2 Розробка алгоритмів  логічного управління для підсистем  технологічного пуску і зупинки 

5 Вибір технічних засобів та  розробка технічної структури  системи управління

6 Розробка графічного інтерфейсу  автоматизованого робочого місці  оператора-технолога

7 Реалізація алгоритмів логічного  управління об’єктом управління  на контролерах 

8 Розробка проектної документації на систему автоматизації

8.1 Розробка схеми автоматизації і замовних специфікацій на технічні засоби розробленої системи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

У вирішенні завдання комплексної автоматизації прокатних верстатів та оздоблювальних ліній в даний час особливу увагу приділяють створенню приладів технологічного контролю для вимірювання розмірів прокату та контролю його якості. Найбільш широке застосування одержали прилади для вимірювання розмірів смуг на верстатах гарячої і холодної прокатки і лініях оздоблення; розробляють також відмінкові прилади для вимірювання розмірів прокату на сортових і дротових верстатах. 
            Одним з головних напрямків розвитку прокатного виробництва є його подальша автоматизація, забезпечує поліпшення якості прокату, надійність і безперебійність управління, скорочення обслуговуючого персоналу та поліпшення використання устаткування, а також можливість керування за допомогою керуючих обчислювальних машин всім комплексом виробництва у відповідності з програмою прокатки. 
            В даний час застосовують програмне автоматичне керування реверсивними клітями блюмінгів, слябінгів і товстолистових станів, що включає установку валків, роботу головного приводу, робочих рольгантів, лінійок маніпуляторів з оптимізацією швидкості прокатки, розрахованої на повне використання потужності двигуна головного приводу залежно від навантаження.

Методом холодної прокатки виробляють майже всю жерсть - продукцію, що йде у великих кількостях для виготовлення харчової тари, зокрема консервних банок. Матеріалом для жерсті також служить низьковуглецева сталь, але в більшості випадків жерсть випускають із захисним покриттям, найчастіше - олов'яним. Жерсть прокатують у вигляді смуг товщиною 0,07-0,5 мм, шириною до 1300 мм. До числа поширених видів холоднокатаної продукції також належать: декапір (травлена ​​і відпалена сталь, застосовується при виробництві емальованого посуду та інших виробів з покриттями), покрівельний лист (часто випускається оцинкованим), низьколеговані конструкційні сталі. Особливо слід відзначити дві важливі групи легованих сталей - корозійностійку (нержавіючу) і електротехнічну (динамну і трансформаторну).

Холодна прокатка надає виробам високі точність розмірів і якість поверхні, що неможливо при гарячій прокатці, а також особливі фізичні властивості. Порівняно з гарячою прокаткою холодна має дві великі переваги: по-перше, вона дозволяє виробляти листи та смужки завтовшки менше 1 мм, аж до декількох мікрон, що гарячої прокаткою недосяжно, по-друге, вона забезпечує одержання продукції більш високої якості за всіма показниками - точності розмірів, обробці поверхні, фізико-механічними властивостями. Ці переваги холодної прокатки зумовили її широке використання як у чорній, так і в кольоровій металургії.

 

1 ТЕХНОЛОГІЯ  ЛИСТОПРОКАТНОГО ВИРОБНИЦТВА

 

1.1 Загальна характеристика виробничого процесу холодної прокатки сталі

 

Прокатне виробництво - це отримання  шляхом прокатки зі сталі та інших  металів різних виробів і напівфабрикатів, а також додаткова обробка  їх з метою підвищення якості.

Висока продуктивність процесів обробки  металів тиском, порівняно низька їх енергоємність, а також незначні втрати металу при виробництві виробів  вигідно відрізняють їх у порівнянні, наприклад, з обробкою металу різанням, коли необхідну форму виробу отримують  видаленням значної частини заготовки  в стружку. Істотним достоїнством пластичної обробки є значне поліпшення властивостей металу в процесі деформування.

Безперервним литтям стали виготовляють сляби перетином до 300х2030, 300х2320 мм і квадратні заготовки перерізом  до 320х320 мм. Після проходження гарячої  прокатки заготівля товщиною 1,0-4,5 мм змотується в рулон і відправляється на верстат холодної прокатки. Причиною цього є те, що при порівняно малій товщині прокочується продукту, коли через велику відносини поверхні до об'єму швидке охолодження металу не дає можливість забезпечити високу температуру в деформаційної зоні, використовується холодна прокатка. Холодна прокатка надає виробам високі точність розмірів і якість поверхні, що неможливо при гарячій прокатці, а також особливі фізичні властивості.

Технічні умови на тонколистовий  холоднокатаний прокат з маловуглецевої якісної сталі визначені в ГОСТ 9045-80. Відповідно до цього стандарту прокат виготовляється з маловуглецевої якісної сталі марки 08Ю з наступним хімічним складом представленим у таблиці 1.1.

 

Таблиця 1.1 - Хімічний склад сталі  марки 08Ю

Елемент	Масова частка елементів,%
вуглець, не більше	0,07
марганець	0,2-0,35
сірка, не більше	0,025
фосфор, не більше	0,02
алюміній	0,02-0,07
кремній, не більше	0,01
хром, не більше	0,03
нікель, не більше	0,06
мідь, не більше	0,06

 

Рулонний прокат допускається виготовляти  з катаною і обрізною кромкою. На кромках не повинно бути видимих розшарувань і торцевих тріщин. Прокат в рулонах не повинен мати крайок, загнутих під кутом 90 ° і більше, а також скручених і зім'ятих кінців. Тонколистовий прокат повинен піддаватися випробуванню на видавлювання. Прокат повинен бути термічно обробленим (вид термічної обробки встановлюється виробником). Смуга повинна бути змащена з обох сторін шаром нейтральної мастила. Виходячи з аналізу технологічного процесу холоднокатаного виробництва, а також враховуючи характеристики і вимоги до готового виробу, приймемо наступну схему технологічного процесу, зображену на рисунку 1.1.

 

Підготовка (очищення і термічна обробка  перед прокаткою

Контроль якості і відправка готової  продукції на склад 

 

 

 

Прокат заготівки

Очищення і змащування смуги

 

 

 

Різка листа у смуги заданого розміру

Розмотування і дресирування смуги  прокатом

 

 

 

 

Змотування смуги у рулони

Термічна обробка (відпал)

 

 

 

Рисунок 1.1 - Технологічна схема виробництва  холоднокатаної смуги

 

Першою операцією холодної прокатки є очищення поверхні листів від окалини, щоб вона не вдавлювалась в метал  і валки і термічна обробка  з невеликим нагріванням. Травлення  здійснюється в розчині соляної  кислоти, це має переваги перед травленням в розчині сірчаної кислоти, так  як поліпшується якість поверхні смуги, знижуються витрати на травлення  і відбувається незначний, але корисний нагрів.

Прокатка на безперервному прокатному стані здійснюється для отримання  тонкого листа товщиною 0,3-3,9 мм. Далі лист надходить на обладнання для  різки, де розкроюється на смуги заданого розміру. З метою підвищення продуктивності верстата і технологічних агрегатів прокатку і обробку смуги здійснюють рулонним способом, тобто смуга після різання змотується в рулони.

Готовий прокат піддається відпалу  рекристалізації для усунення наклепу  і досягнення необхідних механічних (межа плинності, відносне подовження) і технологічних (штампуються) властивостей. Відпал проводиться в безперервних печах, це прискорить процес виробництва  сталі, так як смуга по всій довжині  буде мати однакові механічні властивості. Це забезпечується однаковими умовами  нагрівання й охолодження.

Потім здійснюється дресирування - холодна  прокатка смуги з величиною відносної  деформації 1%, з метою поліпшення поверхні сталі, що має після гарячої  прокатки і травлення багато нерівностей, а також для створення поверхневого зміцнення (наклепу), що має істотне  значення для листів, що піддаються надалі холодної штампуванні, так як при недостатньо жорсткої поверхні металу на ній можуть з'явитися лінії  зсуву. Після дресирування смуга  проходить очищення і змащення, і  пройшовши контроль якості відправляється на склад готової продукції.

 

1.2 Системи автоматичного регулювання  технологічним процесом холодної  прокатки листової сталі

 

Нормальне функціонування нових, високопродуктивних цехів холодної прокатки неможливо  без використання автоматичних систем управління технологічним процесом (АСУ ТП). Якість продукції, що випускається у вирішальній мірі залежить від  роботи автоматичних систем, керуючих самим процесом прокатки. До їх числа  відносяться:

 

- система автоматичного регулювання товщини смуги (САРТ);

- система автоматичного регулювання натягу (САРН);

- система автоматичного регулювання профілю та форми смуги (САРПФ);

- система автоматичної подачі мастильно-охолоджувальної рідини (САМОР).

 

У завдання САРТ входить забезпечення сталості товщини смуг, виключення значних коливань по товщині. Робота цієї системи здійснюється за допомогою впливу на натискні пристрої, а також шляхом зміни межклетевих натягів і швидкості обертання валків. За деякими даними, застосування САРТ забезпечує прокатку 99% довжини смуги з відхиленнями від заданої товщини не більше 1-2%.

САРН є як би підсистемою САРТ, робота цих систем тісно взаємопов'язана. Підтримання величини натягів на заданому, оптимальному рівні особливо необхідно в перехідних режимах прокатки, наприклад при переході з заправної швидкості на робочу. САРПФ впливає на профіль міжвалкового зазору (прокатної щілини).

Одним з найбільш ефективних засобів регулювання в цьому випадку є застосування пристроїв для протизгіба (або примусового вигину) валків.

САМОР забезпечує подачу мастильно-охолоджувальної рідини (МОР) на валки і смугу в необхідному, регульованому кількості. Подача МОР ведеться роздільно по зонах, виділеним по довжині бочки валків. У завдання САМОР входить стабілізація теплового стану валків у процесі прокатки. Для виконання цієї функції вздовж бочки валків розташовуються температурні датчики. Регулювання температури валків здійснюється з точністю ± 5 ° С.

У мастильно-охолоджувальної емульсії на водній основі загальна концентрація олій становить 2,5 ... 3,0% при числі омилення не менше 130 мг/г їдкого калію і з вмістом в емульсії механічних домішок не більше 100 мг/л на 1% загальної концентрації олії, при цьому робоча температура емульсії знаходиться в межах 50 ... 55 ° С.

 

 

 

 

 

1.3 Листопрокатний чотирьох клітьовий верстат

 

Оскільки основною операцією у  розглянутому виробничому процесі  є саме прокат сталі, то для модернізації був обраний безпосередньо безперервний верстат холодної прокатки з чотирма клітями кварто.

На якість готової продукції  впливають декілька вхідних параметрів, таких як: натяг смуги, швидкість  прокатки, нагрів валків, товщина заготівки. Найбільш впливовими величинами є товщина  заготівки і натяг смуги.

Виробництво холоднокатаних листів і смуг є заключним етапом металургійного переділу. Сталь холодного прокату знаходить застосування в машинобудуванні, приладобудуванні, електротехнічної промисловості та ін.

Метал, що отримується на верстатах холодної прокатки відрізняється, блискучою поверхнею, рівномірністю по товщині, гарними магнітними властивостями.

Верстати холодної прокатки поділяються на безперервні і реверсивні. 
Безперервні прокатні верстати холодної прокатки листа складаються з 3-6 робочих чотирьох валкових клітей.