Использование систем и средств автоматизации технологических объектов на предприятии ОАО 'ММК'

Использование систем и средств автоматизации технологических объектов на предприятии ОАО 'ММК'

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"

(ФГБОУ ВПО "МГТУ")

Кафедра автоматизированных систем управления

ОТЧЕТ ПО ОЗНАКОМИТЕЛЬНОЙ ПРАКТИКЕ

Магнитогорск, 2015

Оглавление

Введение

. Краткое описание металлургического процесса

. Агломерационный процесс

.1 Материалы для аглопроцесса

.2 Процесс спекания

.3 Контролируемые параметры агломерационного процесса

. Доменный процесс

.1 Конструкция доменных печей

.2 Описание технологического процесса доменного цеха

.3 Автоматический контроль основных параметров доменного процесса

. Кислородно-конвертерный процесс

.1 Описание технологического процесса

.2 Раскисление и легирование

.3 Контроль плавки и автоматизация процесса

. Машина непрерывного литья заготовок

.1 Конструкция и применение МНЛЗ

.2 Автоматический контроль на МНЛЗ

.3 Автоматизация машин непрерывного литья заготовок

. Дуговые сталеплавильные печи

.1 Особенности технологического процесса выплавки стали

.2 Автоматизированное управление процессом плавки

.3 Определение контролируемых и неконтролируемых технологических параметров

. Горячая прокатка

.1 Подготовка исходных материалов

.2 Описание технологического процесса

.3 Структура и функции АСУ ТП стана горячей прокатки

. Холодная прокатка

.1 Подготовка исходных материалов

.2 Описание технологического процесса

.3 АСУ ТП стана холодной прокатки

. Агрегат непрерывного горячего цинкования

.1 Технология горячего цинкования

.2 Способы цинкования

.3 Автоматизация на линиях горячего цинкования

Заключение

Список литературы

Введение

Целью ознакомительной практики является ознакомление студентов с основными областями использования систем и средств автоматизации технологических объектов на основном промышленном предприятии города - ОАО "ММК".

ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" является крупнейшим предприятием чёрной металлургии России, его доля в объёме металлопродукции, реализуемой на внутреннем рынке страны, достигает 20%. Комбинат занимает первое место среди металлургических предприятий России по объемам производства и традиционно входит в двадцатку крупнейших сталелитейных компаний мира. Предприятие представляет собой крупный металлургический комплекс с полным производственным циклом, начиная с подготовки железорудного сырья и заканчивая глубокой переработкой черных металлов. Общая площадь комбината составляет 11834,9 га, из которых 6842 га заняты производственными помещениями. ММК производит самый широкий на сегодняшний день сортамент металлопродукции среди предприятий Российской Федерации и стран СНГ. Более половины продукции ОАО "ММК" экспортируется в различные страны мира.

Руководство ММК уделяет большое внимание совершенствованию форм и методов партнерства. С ММК продолжительное время успешно сотрудничают крупнейшие зарубежные фирмы и ведущие отечественные предприятия.

Важное место в интеграционной политике компании занимает создание собственной сырьевой базы. В рамках этого направления в состав Группы ММК вошли угольная компания "Белон" и компания "Профит", специализирующаяся на поставках металлического лома.

Среди крупных проектов ОАО "ММК", реализованных за пределами магнитогорской площадки, можно назвать металлургический комплекс "ММК Metalurji", построенный на территории Турецкой Республики, а также завод штампованных автокомпонентов в г. Колпино.

Как отметил председатель совета директоров ОАО "ММК" Виктор Рашников, "реализация перспективных инвестиционных проектов будет способствовать укреплению конкурентоспособности и стабильному развитию ММК".

В 2015 году российскую черную металлургию ожидает общее падение спроса на металлопродукцию. В этих условиях металлурги ищут новые стратегические пути для сохранения собственных позиций на внутреннем рынке.

Магнитогорский металлургический комбинат сделал свой выбор несколько лет назад и не только сохраняет, но и усиливает свои позиции за счет перехода от поставок массовой продукции к выпуску металлопродукции с высокой добавленной стоимостью, которая ориентирована на удовлетворение требований конкретных потребителей.

На реализацию этой задачи было направлено, в частности, строительство новых агрегатов комбината - стана 5000 горячей прокатки и стана 2000 холодной прокатки. Продукция с этих станов предназначена потребителям ключевых для ММК отраслей - трубной, автомобильной и строительной.

Если говорить о продукции стана 5000, то, по словам заместителя генерального директора ОАО "ММК" по продажам Николая Лядова, на ММК ожидают стабильной его загрузки в течение всего 2015 года. Трубопроводные проекты, такие как "Сила Сибири" и "Турецкий поток", будут обеспечены государственным финансированием и заказами труб со стороны "Газпрома".

По мнению аналитиков рынка, снижение потребления металлопродукции серьезнее всего коснется строительной отрасли: общее снижение потребления металлопроката из черных металлов в строительстве может составить до 30%. Отчасти оно будет компенсировано ожидаемым сокращением поставок оцинкованного проката по импорту. При этом Николай Лядов надеется, что к 2017 году спрос в строительном сегменте не только восстановится, но и станет устойчивым, чему будет способствовать, в частности, подготовка России к чемпионату мира по футболу, обеспеченная государственным финансированием.

Реалистично оценивая ситуацию на рынке, руководство ММК продолжает реализацию своей стратегии клиентоориентированности и выпуска продукции с высокой добавленной стоимостью. "Мы будем продолжать освоение нового сортамента для всех групп российских потребителей", - подчеркнул Николай Лядов.

1. Краткое описание металлургического процесса

Производство на ММК начинается с рудообогатительной фабрики (переработка руды) и аглофабрики (получение агломерата путем мелкого окускования рудного материала, который необходим для выплавки чугуна).

Далее идет коксохимическое производство, т.е. получение кокса, который необходим для получения чугуна. Кокс получают из коксующихся углей в специальных коксовых печах при температуре 12000°C. В батареи насчитывается около 74 печей. Уголь загружается в печи углезагрузочной машиной и при такой температуре спекается в кокс. После этого коксовыталкиватели выталкивают кокс в тушильный вагон, который везет его в тушильную башню, где он будет охлаждаться посредством орошения водой. Далее кокс идет на выплавку чугуна в доменную печь.

После выплавки чугун поступает в кислородно-конвертерный цех и электросталеплавильные печи. В кислородно-конвертерном цехе, который был введен в эксплуатацию в 1990 г., плавят сталь. В конвертер заливают чугун и савками сигарообразной формы загружается металлолом, затем интенсивно продувается кислородом. Процесс длится 35-40 минут.

Чтобы полученную сталь довести до нужного качества, она проходит агрегаты внепечной обработки (агрегат вакуумирования стали и агрегат доводки стали), где сталь интенсивно продувается аргоном, для того, чтобы удалить вредные примеси, т.е. газовые пузыри и неметаллические включения. Процесс длится около 6 минут.

Далее стальной ручей идет на машину непрерывного литья заготовок, где специальными ножницами они режутся на слитки, которые называются слябами. Эти слябы прокатываются на станах, которые состоят из нагревательных печей, где слябы нагреваются при температуре от 8500°C на входе и 11500°C на выходе (нагретый сляб имеет большую мягкость, пластичность и ковкость), черновых и чистовых клетей. Нагретый сляб прокатывается между валками до определенной толщины. После этого прокатанный лист подается на моталки, где сматывается в рулоны.

Готовая продукция представлена горячекатаным и холоднокатаным листом, сортовой продукцией (арматура, швеллер, балки), а в 2004 г. комбинат стал производить полимерную продукцию, т.е. стальную полосу, покрытую тонким слоем цинка, а потом тонким слоем полимера (покрытие служит для того, чтобы увеличить срок службы).

2. Агломерационный процесс

Агломерация впервые была применена в цветной металлургии для спекания сернистых и медных руд, а также руд, содержащих свинец и цинк. Агломерация в промышленном масштабе развивалась на основе двух методов: продувкой воздуха через шихту и просасыванием воздуха.

Первые машины для непрерывного спекания руд были разработаны в результате ряда опытов Дуайтом и Ллойдом и были установлены в 1907 г. на заводах в Перу и Америке. В дальнейшем были разработаны и применены машины трех типов: барабанная, горизонтальная, круглая и ленточная с прямолинейным движением. Опыт эксплуатации подтвердил целесообразность применения последних, в результате чего началось их усовершенствование и развитие агломерации железных руд.

Современное агломерационное производство представляет собой сложную систему различных аппаратов, действующих в разных режимах и выполняющих различные функции.

Непрерывный рост производства агломерата, повышение требований к его качеству, а также поточность технологических процессов создали условия для широкого внедрения средств автоматического контроля и управления.

Комплексной автоматизации агломерационного производства уделяется большое внимание. Значительное место в технологической схеме агломерационного производства занимают процессы, связанные со спеканием шихты, одной из основных операций, определяющих качество агломерата.

Автоматическое управление в спекательном отделении заключается в автоматическом поддержании высоты слоя аглошихты, загружаемой на машину, контроле и автоматическом регулировании процессом зажигания шихты, контроле температуры зажигания горна, регулирование законченности процесса спекания в конце активного участка аглошихты.

2.1 Материалы для аглопроцесса

Шихта для агломерации представляет собой увлажненную смесь зерен железосодержащих материалов, твердого топлива и флюсов. К ее основным компонентам относятся:

-    мелкая железная руда и железорудный концентрат;

-       возврат - мелкий некондиционный агломерат от предыдущего спекания (20-40%);

-       мелкий кокс в качестве твердого топлива (4-8%);

-       флюсующие добавки - известняк и доломит (10%);

-       металлосодержащие добавки - отходы металлургического и химического производств (5%).

Основными видами железосодержащего сырья для производства агломерата являются мелкая руда с содержанием железа не менее 40% и концентраты с содержанием железа 60-65%. Твердым топливом для процесса спекания в основном является коксовая мелочь (коксик). Из-за дефицита и высокой стоимости коксовой мелочи в качестве твердого топлива применяют также антрацитовый штыб и торфяной кокс. В железорудную часть шихты включаются отходы металлургического и химического производства.

Колошниковая пыль - мелкие частицы компонентов доменной шихты (руда, агломерат, кокс, флюсы), выносимые газовым потоком из доменных печей и осаждаемые в пылеуловителях. Колошниковая пыль в зависимости от исходных материалов, загружаемых в доменную печь, содержит железа до 40-55%. Спекание колошниковой пыли почти не требует затрат топлива, так как она содержит до 15% углерода.

Окалина - отходы прокатного производства, образующиеся в нагревательных и термических печах. Окалина является богатым по содержанию железа материалом (до 70%).

Пиритные огарки - отходы сернокислотного производства с содержанием железа до 65%.

Красные шламы - отходы глиноземного производства (остатки после извлечения из бокситов оксида алюминия).

Для агломерационного процесса материалы должны иметь следующие размеры: железорудные - 0-6 мм, твердое топливо и флюсы - 0-3 мм.

Агломерационная руда, железорудный концентрат, возврат и металлсодержащие добавки обычно имеют крупность, соответствующую этим требованиям, а не подвергаются на агломерационных фабриках сортировке и дроблению. Топливо и флюсы поступают в кусках, размеры которых значительно превышают требуемые для окускования. Перед агломерацией их подвергают измельчению.

При спекании тонкоизмельченных концентратов газопроницаемость агломерационной шихты может быть значительно повышена добавками негашеной извести.

На агломерационных фабриках среднее содержание извести в шихте составляет 2%, а на некоторых фабриках 3-6%. Интенсификация процесса спекания достигается также добавками в шихту горячего возврата с температурой 500-600ºС.

При смешивании и окомковании в агломерационную шихту добавляется влага. В зависимости от типа шихты оптимальная влажность составляет 6-7% для зернистых руд, 8-9% для шихт с высоким содержанием тонких концентратов и 10-12% при агломерации бурых железняков.

Шихты и их компоненты для получения агломерата относятся к категории сыпучих материалов, между частицами которых существует трение, а во влажных материалах - некоторое сцепление. Внешняя подвижность частиц сыпучих материалов характеризуется углом естественного откоса. Углы естественного откоса сыпучих материалов, находящихся в покое или движении различны. Специфическим свойством сыпучих материалов является слеживание, т. е. потеря сыпучести после длительного хранения. Опасность слеживания возрастает с увеличением влажности, времени хранения и высоты слоя материала. Влажные шихтовые материалы (железорудный концентрат, шламы и др.) подвержены смерзанию.

Таблица 2.1 - Составляющие шихты для производства агломерата

Компонент шихты	Насыпная масса, т/м³	Угол естественного откоса, град.
		в покое	в движении
Руда	2,1 - 3,5	40 - 45	35 - 40
Концентрат	2,0 - 2,6	45 - 50	35 - 40
Возврат	1,8 - 2	40 - 45	30 - 35
Колошниковая пыль	1,8 - 2	30	20
Окалина	2,0 - 2,2	35	30
Мелкий кокс	0,6 - 0,8	50	30 - 40
Антрацитовый штыб	0,8 - 0,95	15 - 20	10 - 15
Доломит	1,6 - 1,8	45	30
Известняк	1,4 - 1,7	40 - 45	30 - 35
Известь негашеная	1,7 - 1,8	45 - 50	40 - 45
Торфяной кокс	0,215

Готовый агломерат после дробления разделяется по крупности кусков на годный продукт (+6мм) и возврат (-6 мм), используемый в процессе спекания как оборотный продукт. Из годного агломерата выделяется фракция 12- 25 мм для "постели" защитного слоя, укладываемого на колосники спекательных тележек агломерационных машин.

 

.2 Процесс спекания

Специальным зажигательным устройством поджигают топливо шихты. В результате сгорания углерода топлива, а также интенсивной подачи воздуха в зоне горения развивается высокая температура (1200-1500°). В процессе нагрева зерна руды обезвоживаются, а затем размягчаются с частичным образованием жидких и полужидких фаз. При этом происходят химические превращения входящих в них соединений. Материал частично или полностью сплавляется, а затем при продолжении подачи воздуха быстро остывает и кристаллизуется, образуя пористый спек. Полученный продукт называется агломератом.

По характеру подачи воздуха в слой шихты различают три основных метода агломерации:

-    без продува или прососа;

-       с продувом слоя снизу вверх;

-       с прососом сверху вниз (путем создания разрежения под слоем).

Среди всех методов агломерации доминирующее положение заняло спекание с прососом на прямолинейных конвейерных машинах. Эти машины были разработаны в США в 1911 году Дуайтом и Ллойдом. Первые агломерационные конвейерные машины имели рабочую площадь около 7 м 2 при рабочей ширине 1,07 м. Схема установки для спекания на агломерационной конвейерной машине с прососом воздуха сверху вниз изображена на рис. 2.1.

Главной частью агломерационной машины является конвейер, состоящий из отдельных спекательных тележек (паллет) 1, которые снабжены штучными колосниками, образующими решетку. Тележки двигаются по замкнутым направляющим путям, включающим прямолинейные верхний и нижний участки и криволинейные участки в головной и хвостовой (разгрузочной) частях машины. На верхнем и нижнем путях тележки двигаются плотно прижатыми друг к другу, образуя соответственно рабочую и холостую ветви. Движение конвейера осуществляется от приводных звездочек 7, расположенных в головной части машины. Эти звездочки захватывают двигающиеся по нижней холостой ветви спекательные тележки и поднимают их на верхнюю рабочую ветвь конвейера.

Рисунок 2.1 - Схема установки для спекания на агломерационной прямолинейной конвейерной машине с прососом воздуха сверху вниз

Для воспламенения входящего в шихту твердого топлива (коксика) необходимо довести его температуру до 700° С. Для этого в камере горения (горне) 4, установленной над рабочей ветвью тележек в начале конвейера, сжигают газ или мазут. Одновременно под слоем шихты в вакуум-камерах 5 создают разрежение, благодаря чему раскаленные до 1130-1200° С продукты сгорания проходят через шихту, зажигая частицы твердого топлива в узкой (15-40 мм) верхней зоне.

Начавшееся горение поддерживают просасыванием воздуха сверху вниз через слой шихты на всей рабочей площади колосниковой решетки. Газы из-под слоя шихты через вакуум-камеры, газовые тракты и пылеуловители 6 отводят в дымовую трубу 9 и выбрасывают в атмосферу. Необходимое для этого разрежение 10-25 кПа создается нагнетателем (эксгаустером) 8. По мере продвижения конвейера с шихтой твердое топливо в верхних ее слоях выгорает, и зона горения перемещается ниже. Скорость движения конвейера выбирают такой, что при достижении данным участком шихты последней вакуум-камеры горение доходит до нижнего горизонта материала и спекание завершается по всей толщине слоя. Полученный агломерат после разгрузки с машины подвергают дроблению и грохочению (сортировке по крупности).

Для интенсификации процесса спекания стремятся повысить газопроницаемость и температуру шихты, уменьшить ее переувлажнение, активизировать процесс горения топлива в шихте. В качестве интенсификаторов процесса спекания используют свежеобожженную известь, горячий возврат. Для повышения эффективности агломерационного производства применяют также окомкование шихты перед спеканием, добавки крупнозернистой (0-8 мм) руды, увеличение толщины спекаемого слоя и мощности отсасывающих средств, рациональные системы загрузки шихты на агломерационную машину, обеспечивающие такое ее расслоение, при котором достигается оптимальное по толщине слоя распределение материала по крупности и концентрации углерода.

Завершают термическую обработку агломерата его охлаждением, которое осуществляют либо на удлиненных агломерационных машинах, либо на установленных за ними линейных, кольцевых или чашевых охладителях. Охлаждение производится принудительной подачей холодного воздуха в слой агломерата. От того, насколько правильно выбраны способ и режим охлаждения, зависят качество выдаваемой продукции, количество мелочи, выход годного агломерата, а также условия работы последующего оборудования и обслуживающего персонала.

Брикетирование заключается в получении брикетов из мелкозернистых рудных материалов на прессах с добавками или без добавок связующих веществ (известь-пушонка, портландцемент, жидкое стекло и др.). Для улучшения металлургических свойств брикетов их часто подвергают термической или химической обработке.

Основным оборудованием для брикетирования являются валковые брикетпрессы, производящие одинаковые куски в форме орехов. На штемпельных брикет-прессах получают брикеты цилиндрической и призматической формы, а на высокопроизводительных кольцевых прессах - непрерывную брикетную ленту. В последнее время для брикетирования применяют вакуум-прессы.

В черной металлургии брикетируют главным образом руды, направляемые в сталеплавильное производство. Способ имеет ограниченное применение для тонкоизмельченных концентратов, имеющих глиноземистую пустую породу с большой влажностью (16,0-16,5%). В небольшом количестве выпускают также брикеты из марганцевых руд.

 

.3 Контролируемые параметры агломерационного процесса

металлопродукция автоматизация агломерат шихта

Для обеспечения максимальной производительности агломашин служат системы автоматического контроля и управления процессом спекания, выполняющие операции подготовки шихты (увлажнения и окомкования), загрузки её на агломерационную машину, контроля теплового режима и оптимизации процесса спекания. Определенное значение имеют также локальные схемы контроля и управления уровнем материалов в потоках и емкостях, а также системы управления отдельными механизмами агломерационной фабрики - дробилками, эксгаустерами, обжиговыми установками и др.

Точность дозирования компонентов шихты влияет на качество готового агломерата и ход спекания на аглоленте. Постоянство химического состава шихты достигается дозировкой шихтовых материалов системой бункеров с питателями. Дозирование осуществляется по массе материалов с учетом их химического состава. Соотношение компонентов шихты регулируют путем автоматического поддержания расхода отдельных составляющих с корректировкой по данным химических анализов и анализов влажности материалов. Качество регулирования при этом зависит от частоты отбора проб и анализа.

Для обеспечения качественной загрузки шихты спекательные тележки агломашины оборудуют промежуточным (загрузочным) бункером, который, как промежуточная емкость, сглаживает колебания разности между приходом шихты из барабана-окомкователя и расходом ее на аглоленту. Чтобы не нарушалась газопроницаемость окомкованной шихты, уровень ее в промежуточном бункере необходимо поддерживать как можно точнее.

Автоматизация управления процессами в спекательном отделении заключается в автоматическом поддержании высоты слоя аглошихты, загружаемой на машину, автоматическом регулировании уровня шихты в промежуточном бункере над агломашиной, контроле и автоматическом управлении процессом зажигания шихты и регулировании законченности процесса спекания в конце активного участка аглоленты. Отдельный узел управления составляют механизмы охлаждения и дозирования возврата.

С целью оперативного управления агломерационным процессом на аглофабрике осуществляют контроль следующих технологических параметров:

скорость движения аглоленты;

объемные расходы природного газа и воздуха на зажигание;

температуры зажигания слоя шихты, отходящих газов в последних вакуум-камерах, коллекторах агломашины, перед эксгаустерами, шихты перед барабанами-окомкователями;

разрежения в вакуум-камерах, коллекторе агломашины перед эксгаустерами;

толщина слоя агломерата на аглоленте.

Скорость движения аглоленты необходимо контролировать, т.к. равномерное распределение шихты по ширине аглоленты является одним из необходимых условий для нормального протекания процесса спекания. Если скорость аглоленты увеличится, то температура шихты может быть выше нормы, что ухудшает качество спекаемой шихты.

Контроль объемов расхода природного газа и воздуха на зажигание важен, т.к. необходимо равномерное зажигание шихты по аглоленте. Высокая температура факела, избыток тепла для зажигания вызывает плавление поверхности слоя и ухудшение его газопроницаемости. При низкой температуре зажигания получается плохо спеченная с малой прочностью верхняя часть "пирога".

Температура регулируется в ходе всего процесса спекания, т.к. от этого зависит качество спекаемой шихты.

АСУ ТП отделения спекания агломерата является подсистемой АСУ ТП агломерационного производства. В целом АСУ ТП должна обеспечивать за счет стабилизации и оптимизации технологического процесса:

повышение производительности агломашин;

повышение выхода годного агломерата;

снижение доли возврата в шихте;

повышение качества агломерационной шихты;

снижение удельного расхода шихты на окомкование и брак по окомкованию и спеканию;

уменьшение числа аварийных режимов работы;

улучшение условий труда обслуживающего персонала;

облегчение управления объектом.

3. Доменный процесс

В 2014 году доменный цех Магнитогорского металлургического комбината произвёл 10 280 тыс. тонн чугуна, что является абсолютным рекордом за всю постсоветскую историю Магнитогорска.

В последний раз на ММК выпускали больше чугуна 23 года назад, в 1991 году, но в то время на комбинате работали 10 доменных печей. На восьми доменных печах, работающих сегодня, такой результат получен впервые (рис. 3.1).

Доменный цех ОАО "ММК" является одним из крупнейших и эффективных доменных производств в стране. За полтора последних десятилетия большая часть доменных печей ММК была кардинально обновлена. Внедряется отсев мелочи агломерата, устанавливаются загрузочные устройства нового типа, активно применяется современная автоматика.

Рисунок 3.1 - Доменный цех, доменная печь №9

 

3.1 Конструкция доменных печей

Современная доменная печь представляет собой высокомеханизированный и автоматизированный агрегат, способный выплавлять до 12 тыс. т. чугуна в сутки. Для успешного управления им нужны знания механических, химических и тепловых процессов, совершающихся внутри печи, а также сведения о всей технологии получения чугуна.

Доменная печь - печь шахтного типа. Сверху в печь порциями непрерывно загружают шихтовые материалы - агломерат (окатыши) и кокс, которые медленно опускаются вниз; длительность их пребывания в печи составляет 4-6 ч. В ниж-нюю часть печи(верх горна) через фурмы подают дутье - нагретый воздух; у фурм за счет кислорода дутья сгорает кокс с выделением тепла, а горячие продукты сгорания движутся через столб шихты вверх, нагревая ее; вре¬мя пребывания газов в печи составляет 3-12с. При опускании нагревающейся шихты в ней из оксидов восстанавливается железо, которое науглероживается, расплавляется и каплями стекает в горн, формируя чугун, а невосстановившиеся оксиды в нижней части печи (низ шахты, распар) расплавляются, образуя шлак, который также стекает в горн. Накапливающиеся в горне чугун и шлак, имеющие температуру 1450-1500°С, периодически выпускают через чугунные и шлаковые летки.

В доменном цехе ОАО "ММК" ведется реконструкция печей с установкой бесконусных загрузочных устройств (БЗУ) и аспирационных систем для снижения пылевых выбросов в атмосферу. На доменных печах №№ 1, 2, 4, 6, 9, 10 установлены и успешно эксплуатируются БЗУ фирмы "PAUL WURTH" (Люксембург), см. рис. 3.2.

Рисунок 3.2 - Конструкция БЗУ фирмы "PAUL WURTH": 1 - приемные воронки; 2 - верхние газозапирающие клапаны; 3 - бункера; 4 - нижние грузовые регулирующие затворы; 5 - нижние газозапирающие клапаны; 6 - нижняя сборная воронка; 7 - задвижка; 8 - привод вращения и изменение угла наклона лотка; 9 - центральная цилиндрическая течка; 10 - лоток.

3.2 Описание технологического процесса доменного цеха

Основной технологической задачей доменной плавки является восстановление железных руд и получение чугуна заданного состава и температуры.

Комплекс процессов, протекающих в доменной печи, называется доменным процессом (рис. 3.3). При этом шихтовые материалы проходят путь от колошника до горна за 5-8 часов, а газы, движущиеся навстречу им - за 2-10 с. Высокая эффективность доменного процесса обуславливается рациональной организацией противотока материалов и газов в доменной печи. При опускании вниз загруженные на колошник холодные материалы непрерывно омываются движущимися вверх горячими восстановительными газами, образующимися в горне при сжигании топлива в кислороде дутья. За время движения материалов сверху вниз успевают произойти все физико-химические превращения, обуславливающие получение чугуна и шлака.

Рисунок 3.3 - Упрощенная технологическая схема доменного процесса: 1 - домна; 2 - очистка доменного газа; 3 - впрыскивание котельного топлива; 4 - подогреватель воздуха

Процесс производства чугуна в доменной печи состоит из следующих этапов:

формирование запаса шихтовых материалов на бункерной эстакаде;

набор и подача шихты на колошник;

загрузка шихтовых материалов в доменную печь;

нагрев дутья и подача его в доменную печь;

подача природного газа в печь;

выплавка чугуна;

выпуск продуктов плавки;

очистка доменного газа.

Доменный процесс является восстановительным противоточным процессом, заключающимся во взаимодействии шихтовых материалов, опускающихся вниз, и поднимающегося вверх потока горячих восстановительных газов.

Режим работы печи - непрерывный с периодическими остановками для проведения ремонтно-восстановительных работ.

Доменная печь выплавляет в основном передельный чугун, направляемый в мартеновский и конвертерные цеха, и литейный чугун, направляемый на разливочные машины. Шлак от доменной печи убирается шлаковозами и затем перерабатывается в цехе шлакопереработки.

Доменный газ после очистки от колошниковой пыли (которая используется в агломерационном производстве) используется в качестве топлива для обогрева воздухонагревателей доменных печей, на ТЭЦ, ПЭВС и прокатными цехами.

Важнейшим процессом, протекающим в рабочем пространстве печи, является восстановление железа и его оксидов. Поэтому доменный процесс принято называть восстановительным. Успешность протекания восстановительного процесса в значительной мере зависит от теплового режима, распределения газового потока в столбе шихтовых материалов и характера движения шихты.

Основная задача автоматического управления доменным процессом заключается в создании наиболее благоприятных условий для протекания восстановительных процессов. При этом доменная печь работает с максимальной производительностью и экономичностью при ограничениях, обусловленных качеством сырья, мощностью воздуходувных машин, ресурсами кислорода, природного газа, состоянием печи, вспомогательного оборудования и др.

 

3.3 Автоматический контроль основных параметров доменного процесса

Контрольно-измерительная аппаратура, установленная на доменных печах, позволяет получить доступную для измерения рабочую информацию о технологическом процессе, а также о состоянии печи и вспомогательного оборудования. Кроме того, она должна обеспечить безопасность работы всех агрегатов, составляющих комплекс доменного производства.

На рисунке 3.4 представлена схема контроля параметров доменного производства.

Рисунок 3.4 - Принципиальная схема автоматического контроля параметров доменного процесса: Т - турбовоздуходувная машина; В-воздухонагреватели; Ш - шихтоподача; 3 - загрузка печи; ГО - газоочистка; Д - дроссельная группа, Ч - чугун; Шл - шлак на выпусках

Контролируемыми параметрами являются:

.     Химический состав и физические свойства шихтовых материалов: рудно-флюсовой части 1, кокса 2.

Эта информация поступает периодически и сравнительно редко (один раз в смену или в сутки). Она используется для коррекции шихтовки доменной плавки. Разрабатываются методы автоматического отбора представительной пробы материалов и средства для экспресс-анализа состава материалов, в частности квантометры, рентгеновские спектрометры и др. Более частый контроль состава шихты позволит корректировать шихтовку по ходу доменной плавки, что существенно уменьшит возмущения процесса по этому каналу.

.     Загрузка шихтовых материалов.

Сюда входят: рудная 3 и коксовая 4 подачи, количество подач 5, порядок загружаемых материалов 6, работа конусов 7, уровень засыпи и скорость схода шихты 8, положение вращающегося распределителя шихты (ВРШ) 9, распределение материалов в печи 10.

.     Состояние верхней зоны печи (колошника).

Здесь контролируются: давление 11 и температура 12 в газоотводах, давление колошникового газа 13, расход 14 и давление 15 пара, подаваемого в печь, давление в междуконусном пространстве 16, температуры по окружности 17 и по диаметру 18 колошника, содержание СО 19, СО 2 20 и Н 2 21 в колошниковом газе и по диаметру колошника 22 (проводится периодически).

.     Состояние шахты печи.

На нескольких горизонтах шахты по окружности в кладку вмонтированы термопары, контролирующие температуру по окружности шахты на данном горизонте 23. Измеряются расход 24 и давление 25 охлаждающей воды на различных горизонтах шахты. В средней части шахты встраивается отборное устройство 26, позволяющее измерять перепады статического давления между кольцевым воздухопроводом 27 и серединой шахты АРН (нижний перепад) и между серединой шахты 26 и колошником 13 (верхний перепад). Измеряется также общий перепад давления по шахте печи от кольцевого воздухопровода 27 до колошника 13. Измерение перепадов статического давления позволяет судить о гидравлическом сопротивлении столба шихтовых материалов на различных участках шахты печи.

.     Параметры комбинированного дутья.

Количество 28, давление 29 и температура 30 холодного дутья, количество 31 и давление 32 природного газа, количество 33 и давление 34 кислорода, содержание кислорода в дутье 35, влажность дутья 36, температура дутья 37, распределение дутья 53 и природного газа по фурмам доменной печи 39.

.     Состояние нижней зоны печи (горн).

Измеряются температуры в фурменной зоне 40, температуры лещади 41 и фундамента печи 42 на нескольких - уровнях. Контролируются на выпусках температура чугуна 43 и шлака 44. Содержание кремния, серы и марганца в чугуне 45, основность шлака 46. Продукты плавки исследуются периодически (на выпусках) и сведения об их составе получаются с опозданием. Внедрение современных методов экспресс-анализа позволит ускорить получение этой важной информации.

.     Технико-экономические показатели плавки.

Производительность печи, расход углерода на тонну чугуна, себестоимость продукции оцениваются по результатам работы доменной печи за сутки.

.     Тепловое состояние воздухонагревателей (рис. 3.5).

Здесь контролируются общее количество 1 и давление 2 газа, расходуемого на обогрев воздухонагревателя; расход газа на обогрев каждого воздухонагревателя 3; температуры купола 4 и продуктов сгорания 5, покидающих воздухонагреватель, разрежение перед дымовым шабером 6. На различных участках дымового и воздушного трактов устанавливают сигнализаторы перепада давления 7, обеспечивающие безопасность перевода воздухонагревателя с режима обогрева на режим "дутья". При автоматическом переводе воздухонагревателей предусматривается установка прибора, контролирующего зажигание факела газа 8.

Рисунок 3.5 - Принципиальная схема автоматического контроля работы воздухонагревателей

Кроме указанных систем контроля, на доменной печи устанавливают еще целый ряд сигнализаторов и блокирующих устройств в системе загрузки печи, периодически определяют массу колошниковой пыли, вынесенной из печи, и ряд других параметров.

Система контроля основных параметров доменного процесса представляет сложный комплекс датчиков, преобразователей и вторичных приборов. Количество щитов, пультов и стендов, на которых размещается эта аппаратура, непрерывно растет. Информация становится трудно обозримой и персонал, обслуживающий печь, не в состоянии полностью использовать ее для оперативного управления процессом.

В настоящее время на мощных доменных печах устанавливают системы централизованного контроля (СЦК), а показатели основных параметров процесса, кроме регистрации на бланках и перфокартах, выносятся также на мнемонические схемы в виде цифровой индикации, причем индикаторы расположены в точках мнемосхемы, соответствующих положению датчика на объекте. Примечание СЦК и мнемосхем дает возможность более рационально использовать всю информацию, поступающую от системы контроля доменного процесса, и выдавать ее в форме, удобной для ввода в управляющие вычислительные машины. В системе СЦК может быть предусмотрена предварительная обработка данных: сглаживание, усреднение, расчет комплексных показателей, что облегчает анализ информации.

Интересующий нас параметр - давление природного газа, поступающего по фурмам в печь в качестве восстановителя, контролируется АСК давления природного газа (позиция 32, рис. 3.4).

4. Кислородно-конвертерный процесс

Снабжение железорудным сырьем ОАО "ММК" в настоящее время сориентировано на привозные руды и руды местных месторождений. Потребность ММК в железорудном сырье составляет около 14 млн.т/год. Сырьевой базой ММК на ближайшее время остается рудник Малый Куйбас (общий объем добываемого сырья равен 1,5 млн. т. сырой руды в год), рудник горы Магнитной, Качканарское и Лисаковское месторождения. Мощность горно-обогатительного комбината близ Лисаковского месторождения составляет около 35 млн. т/год исходной руды с содержанием железа 47,5 %.

Другим немаловажным источником получения местного сырья являются отвальные шлаки, которых насчитывается около 150 млн. т. В шлаках ММК содержится до 30 % железа.

Снабжение известняком ММК осуществляется с Агаповского месторождения (промышленные запасы известняка около 100 млн. т.). В год добывается около 420 тыс. т сырого известняка.

Снабжение ММК доломитом осуществляется с Лисьегорского месторождения, промышленные запасы доломита которого составляют около 31 млн.т. Огнеупорная глина доставляется с Южно-Уральского рудника (промышленные запасы глины около 435 млн. т). Подготовка флюсовых материалов производится на базе Агаповского месторождения известняка.

 

.1 Описание технологического процесса

Кислородно-конвертерный процесс это процесс выплавки стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму. В России используют в основном конвертеры с подачей кислорода сверху. Кислородный конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом (рис. 4.1). Вместимость конвертера 50-350 тонн. В процессе работы конвертер может поворачиваться на цапфах вокруг горизонтальной оси на 360 градусов для завалки металлолома, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются:

-    жидкий передельный чугун;

-       металлолом;

-       шлакообразующие (известь, полевой шпат, железная руда, бокситы).

Перед плавкой конвертер наклоняют, загружают через горловину металлолом (скрап) и заливают чугун при температуре 1250 - 1400°C (рис. 4.1, а, б). После этого конвертер поворачивают в вертикальное положение, вводят водоохлаждаемую фурму и через нее подают кислород (рис. 4.1, в). Одновременно с началом продувки в конвертер загружают известь, бокситы, железную руду для образования жидкоподвижного шлака. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию и перемешивание со шлаком.

Рисунок 4.1 - Схема получения стали в кислородном конверте: а - загрузка металлолома; б - заливка чугуна; в - продувка; г - выпуск стали; д - слив шлака

В зоне контакта кислородной струи с чугуном интенсивно окисляется железо, так как концентрация его выше, чем примесей. Образующийся оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный в металле кислород, окисляет кремний, марганец, углерод и содержание их в металле понижается. При этом происходит разогрев ванны металла теплотой, выделяющийся при окислении примесей. Благодаря присутствию шлаков с большим содержанием CaO и FeO происходит удаление из металла фосфора в начале продувки ванны кислородом, когда температура ее еще не высока. В чугунах, перерабатываемых в кислородных конвертерах, не должно быть более 0,15%P. При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый. Удаление серы из металла в шлак проходит в течении всей плавки. Однако для передела в сталь в кислородных конвертерах применяют чугун с содержанием до 0,07%S.

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер наклоняют, выпуская сталь в ковш через летку (рис. 4.1, г) и одновременно вводят в ковш раскислители и легирующие добавки. В ковш сливают также небольшое количество шлака, который предохраняет металл в ковше от быстрого охлаждения. Оставшейся шлак сливают через горловину в шлаковую чашу (рис. 4.1,д).

Общая длительность плавки в конвертерах емкостью 50 - 350 тонн составляет 30 - 50 минут.

 

.2 Раскисление и легирование

Раскисление кислородно-конвертерной стали производят осаждающим методом в ковше во время выпуска. В конвертер раскислители не вводят во избежание их большого угара.

Спокойные стали обычно раскисляют марганцем, кремнием и алюминием, на отдельных марках стали дополнительно применяют титан, кальций и другие сильные раскислители. Кипящую сталь раскисляют одним марганцем. В старых цехах, не имеющих установок внепечной обработки, в ковш при выпуске вводят все раскислители, обычно начиная с более слабых (обладающих меньшим химическим сродством к кислороду), а затем вводят более сильные, что уменьшает их угар. Последовательность ввода в ковш широко применяемых сплавов - раскислителей следующая: вначале вводят ферромарганец или силикомарганец, затем ферросилиций и в последнюю очередь алюминий. Кипящую сталь раскисляют одним ферромарганцем. Подачу раскислителей начинают после наполнения ковша жидким металлом примерно на 1/4-1/3, а заканчивают, когда заполнен металлом на 2/3, что позволяет избежать попадания раскислителей в шлак и их повышенного угара. Количество марганца и кремния, вводимых в металл, рассчитывают так, чтобы обеспечивалось не только раскисление, но и получение требуемого в данной марке стали содержания этих элементов. Попадающий в ковш в конце выпуска металла конвертерный шлак на многих заводах загущают присадками извести или доломита, чтобы уменьшить окисление вводимых в ковш добавок оксидами железа шлака и восстановление из шлака фосфора.

В современных конвертерных цехах, оборудованных установками доводки жидкой стали в ковше, при выпуске металла в ковш вводят лишь часть раскислителей - преимущественно слабоокисляющиеся, т.е. имеющие не очень высокое сродство к кислороду. Чтобы исключить попадание в ковш содержащего фосфор и оксиды железа конвертерного шлака, в конце выпуска делают его отсечку, а в ковш загружают материалы (гранулированный доменный шлак, вермикулит, смесь извести и плавикового шпата и др.) для создания шлакового покрова, предохраняющего поверхность металла от окисления и охлаждения. Затем ковш транспортируют на установку доводки стали, где в процессе перемешивающей продувки аргоном в металл вводят ферросилиций, алюминий и при необходимости другие сильные раскислители; по результатам анализа отбираемых при внепечной обработке проб проводят корректировку содержания кремния и марганца в металле, что обеспечивает гарантированное получение заданного состава стали.

Выплавка легированных сталей в кислородных конвертерах сопряжена со значительными трудностями, поскольку большинство легирующих элементов нельзя вводить в конвертер из-за возможности их полного или частичного окисления, а в случае ввода в ковш количество добавок ограничено, так как возможно чрезмерное охлаждение жидкой стали и неравномерное распределение вводимых элементов в объеме жидкого металла. Не представляет сложности легирование лишь теми элементами, у которых химическое сродство к кислороду меньше, чем у железа, и которые при введении в конвертер не окисляются (никель, медь, молибден, кобальт); их чаще всего вводят в конвертер в составе шихты. Легирование другими элементами осуществляют в ковше следующими методами.

 

.3 Контроль плавки и автоматизация процесса

Основная сложность контроля хода плавки при кислородно-конвертерном процессе связана с высокой скоростью его протекания. Общепринятые в металлургии методы контроля при помощи химического анализа проб металла по ходу плавки неприемлемы для данного метода. По тем же причинам нельзя считать удовлетворительным способ контроля температуры металла термопарами погружения. В связи с этим многочисленные усилия исследователей и практиков направлены на изыскание методов непрерывного контроля температуры и состава металла по ходу продувки. Из перспективных существующих методов контроля температуры металла можно назвать следующие:

-  непрерывный замер температуры ванны термопарами, горячий спай которых защищается чехлами из высокоогнеупорных материалов (используются чехлы, стойкость которых составляет десятки часов). широкого применения способ пока еще не нашел.

-       способ периодического замера температуры ванны при помощи "бомб", забрасываемых в конвертер по ходу продувки на гибком отгорающем троссе.

-       применение оптических пирометров со специальной защитой от брызг металла. пирометр вводят в конвертер при помощи специальной водоохлаждаемой трубы.

Контроль содержания углерода в металле в кислородно-конвертерном процессе является наиболее ответственным моментом. Существует несколько методов контроля:

-  по интенсивности излучения факела, которая зависит в основном от скорости окисления углерода (выделение СО);

-       по температуре отходящих из конвертера газов;

-       по анализу содержаний СО и CO₂ в отходящих газах (в камине);

-       по интенсивности шума в конвертере и др.

Момент окончания плавки в конвертере можно определить по расходу кислорода с начала операции. Расход кислорода фиксируется интегратором, который после пропускания заданного количества на плавку дает сигнал на повалку конвертера. При этом отключается дутье и автоматически поднимается фурма.

В последние годы созданы системы автоматического управления конвертерной плавкой с применением электронных вычислительных машин (ЭВМ). С этой целью разработаны математические модели процесса, основанные на тепловом и материальном балансах плавки. На основе математического описания процесса создается программа (алгоритм) для ЭВМ. В ЭВМ вводят исходные данные о составе чугуна, флюсов и охладителей, количестве сыпучих, температуре чугуна, чистоте кислорода, основности конечного шлака, составе и температуре готовой стали и т. д. Машина на основании полученной информации и уравнений математической модели процесса прогнозирует ход плавки, рассчитывает количество и время присадок, расход кислорода на плавку и момент окончания продувки, рассчитывает и вводит в ковш необходимое количество раскислителей.

В практике применяют статические и динамические системы управления. Недостатком статических систем является невозможность учета различного рода отклонений в ходе плавки, например неточности в исходных параметрах, отклонения в угаре железа, механические потери металла, степень усвоения ванной кислорода и т. д. Этих недостатков лишены динамические системы, основанные на управлении процессом с обратной связью, когда, кроме начальных параметров, используется непрерывная информация о ходе плавки. Система воздействует на ход процесса, учитывая отклонения, возникающие по ходу плавки, и обеспечивает проведение процесса по оптимальному режиму. При этом обеспечивается максимальная производительность, выход годного и качество стали.

5. Машина непрерывного литья заготовок

В декабре 2014 исполнилось пять лет с момента ввода в строй машины непрерывного литья заготовки (МНЛЗ) №6 в кислородно-конверторном цехе ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат".

Ввод в стой этого агрегата стал очередным этапом реализации проекта по строительству комплекса по производству толстолистового проката, предназначенного, в первую очередь, для выпуска заготовки для труб большого диаметра. Цель проекта по строительству МНЛЗ - обеспечение толстолистового стана 5000 слябовой заготовкой необходимого уровня качества и типоразмеров, не производимых на существующих слябовых МНЛЗ ОАО "ММК". По комплексу технических решений и по параметрам производимых слябов МНЛЗ № 6 ОАО "ММК" является одной из самых передовых в мире и уникальным для СНГ агрегатом для производства больших объемов высококачественного металла. Производительность агрегата - 1,6 миллиона тонн слябов шириной 1400-2700 миллиметров, толщиной 190 миллиметров, 250 миллиметров и 300 миллиметров. Максимальная скорость разливки составляет до 1,0 м/мин для слябов толщиной 300 миллиметров. Одноручьевая МНЛЗ оснащена динамическим мягким обжатием заготовки.

Ввод в строй комплекса по производству толстолистового проката позволил ОАО "ММК" занять ключевые позиции среди российских производителей трубной заготовки повышенного класса прочности. Качественный импортозамещающий толстолистовой прокат, произведенный на агрегатах комплекса, востребован при реализации крупнейших инфраструктурных проектов российского ТЭК, а также в судостроении и машиностроительной отрасли.

 

5.1 Конструкция и применение МНЛЗ

Конструкционное оформление МНЛЗ постоянно развивается и совершенствуется в течение всего периода их применения в промышленности. Основные конструктивные и технологические решения обычно направлены на повышение производительности МНЛЗ, ее компактности, обеспечение высокого качества заготовки, снижение трудоемкости процесса, уменьшение энергозатрат и повышение обеспеченности автоматическими системами управления. Наиболее важными вопросами при этом являются рациональная конфигурация, расположение и протяженность главной технологической оси, профиль поперечного сечения заготовки, совмещение дискретного характера подачи стали от плавильного агрегата с непрерывной работой МНЛЗ и т.п.

Различают следующие конструкции МНЛЗ:

-  вертикальные;

-       криволинейные;

-       радиальные.

-       горизонтальные

По количеству ручьёв МНЛЗ разделяют на 1-7 ручьевые.

В зависимости от геометрии слитка МНЛЗ делятся на:

-    слябовые;

-       блюмовые;

-       сортовые.

Рисунок 5.1 - Конструкция МНЛЗ: 1 - ковш подачи жидкого металла; 2 - промежуточный ковш; 3 - кристаллизатор; 4 - заслонка; 5 - стопор; 6 - зона кристаллизации; 7 - тянущие ролики; 8- зона начала кристаллизации; 9 - подача охлаждающей воды

МНЛЗ включает в себя: сталеразливочный 1 и промежуточный 2 ковши, водоохлаждаемый кристаллизатор 3, систему вторичного охлаждения, устройства для вытягивания заготовки из криталлизатора, оборудования для резки и перемещения слитка.

Перед началом заливки в кристаллизатор вводится специальное устройство с замковым захватом ("затравка"), как дно для первой порции металла. После затвердевания металла затравка вытягивается из кристаллизатора, увлекая за собой формирующийся слиток. Поступление жидкого металла продолжается, и слиток непрерывно наращивается. В кристаллизаторе затвердевают лишь поверхностные слои металла, образуя твердую оболочку слитка, сохраняющего жидкую фазу по центральной оси. Поэтому за кристаллизатором располагают зону вторичного охлаждения (ЗВО), называемую также второй зоной кристаллизации. В этой зоне в результате форсированного поверхностного охлаждения заготовка затвердевает по всему сечению. Этот процесс слиткообразования является способом получения слитков неограниченной длины. В этом случае по сравнению с разливкой в изложницы резко уменьшаются потери металла на обрезку концов слитков, которые, например, при литье спокойной стали составляют 15-25 %. Кроме того, благодаря непрерывности литья и кристаллизации, достигается полная равномерность структуры слитка по всей его длине.

Во время кристаллизации формирующийся слиток металла постоянно перемещается вверх-вниз относительно кристаллизатора посредством небольших цилиндров, расположенных в ручье. Это позволяет уменьшить количество трещин. Вокруг каждого ручья создается сильное электромагнитное поле, которое позволяет формировать надлежащую кристаллическую структуру заготовки.

После выпуска металла из сталеплавильного агрегата, доводки сплава по химическому составу и температуре на агрегате ковш-печь (АКП), сталеразливочный ковш перемещается литейным краном на поворотный стенд МНЛЗ. Поворотный стенд - вращающаяся конструкция с двумя позициями для установки ковшей. После опустошения сталеразливочного ковша в промежуточный ковш, в процессе разливки, стенд поворачивается на 180° и полный, ранее установленный ковш переводится в позицию разливки в промежуточный ковш. Одновременно опустошённый ковш заменяется полным. Таким образом, обеспечивается наличие расплавленного металла в промежуточном ковше.

После открытия шибера ковша 1 жидкий металл начинает поступать в промежуточный ковш 2. Промежуточный ковш является своего рода буфером между сталеразливочным ковшом и кристаллизатором 3. Уровень металла перед стопором разливки регулируется заслонкой 4. После открытия стопора 5 (стопорный механизм позволяет плавно регулировать поток металла в кристаллизатор, поддерживая в нём постоянный уровень) из промежуточного ковша металл поступает в кристаллизатор. Кристаллизатор представляет собой водоохлаждаемую конструкцию, которая при помощи сервоклапана совершает вертикальные колебания, для предотвращения застывания металла на стенках кристаллизатора и предотвращения образования трещин.

В зависимости от конструкции МНЛЗ размеры кристаллизатора могут варьироваться. В кристаллизаторе происходит застывание стенок формируемого слитка (например, сляба). Далее, под воздействием тянущих роликов 7 сляб попадает в зону вторичного охлаждения (криволинейный участок ручья), где на металл через форсунки разбрызгивается вода.

После выхода непрерывной заготовки на горизонтальный участок роликового ручья, её разрезают на куски (резка кислородным газовым резаком, дисковой пилой или ножницами). Газовый резак и пила работают по "летающему" принципу, - в процессе резания перемещается со скоростью, равной скорости движения заготовки, после завершения резания - быстро перемещается в исходную позицию начала резания для выполнения следующей фазы цикла резания.

Некоторые установки непрерывной разливки не имеют непрерывно действующих режущих устройств, в таких установках дальнейшая обработка непрерывной заготовки совмещается с последующей обработкой, например, установками волочения проволоки, либо, при небольших размерах сечения (10-30 мм), сворачивается в бухты для последующей переработки.

Для пуска процесса непрерывного литья, перед открытием шибера на пром-ковше, на радиусный участок ручья заводится "затравка", таким образом, в районе кристаллизатора образуется своего рода карман. После наполнения этой полости металлом начинается вытягивание "затравки". На конце радиусного участка расположен механизм отделения затравки. После отделения она отводится рольгангом на большей скорости, чем скорость разливки.

5.2 Автоматический контроль на МНЛЗ

Основные технологические параметры и их величины, контролируемые при работе МНЛЗ, представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Параметры, автоматически контролируемые на МНЛЗ

Параметр	Способ контроля параметра	Пределы измерения
Температура металла в сталеразливочном ковше	Термопара разового действия (погружения)	1500 - 1700°С
Температура металла в промежуточном ковше	Термопара разового или непрерывного действия	1500 - 1700°С
Температура воды в кристаллизаторе	Термометр сопротивлений (медный)	10 - 60°С
Температура поверхности слитка в зоне вторичного охлаждения	Пирометр "Спектропир"	700 - 1300°С
Уровень металла в промежуточном ковше	По массе металла (тензодатчик)	0 - 800 мм
Уровень металла в кристаллизаторе	Гамма-уровнемер	0 - 180 мм
Расход охлаждающей воды в кристаллизатор и на секции вторичного охлаждения	Расходомеры	В зависимости от размеров МНЛЗ
Усилие вытягивания слитка	Магнитострикционные датчики, установленные под кристаллизатором	В зависимости от размеров МНЛЗ
Скорость разливки	Тахогенератор	В зависимости от размеров МНЛЗ
Длина слитка	Датчик импульсов и сумматор	В зависимости от размеров МНЛЗ

 

Температура контролируется термопарами, конструкция которых используется в сталеплавильных агрегатах. Применяются и поверхностные хромель-алюмелевые термопары в специальных штуцерах, привариваемых к корпусу промежуточного ковша, позволяющие оценить его общее тепловое состояние. Очень важным параметром, характеризующим ход процесса затвердевания слитка, является температура его поверхности в зоне вторичного охлаждения. Эта температура измеряется в одной или нескольких точках по длине слитка с помощью оптических пирометров, нечувствительных к наличию паров воды в зоне визирования, например, пирометров "Спектропир-8",имеющих показатель визирования 1:100.

Уровень жидкой стали измеряется в промежуточном ковше и в каждом кристаллизаторе. Непосредственное измерение уровня стали в промежуточном ковше:

-    расположение по высоте футеровки промежуточного ковша, электродов, контакт которых с жидким металлом обеспечивает замыкание соответствующих электрических контуров и индикацию уровня металла;

-       применение следящей системы, в которой специальный электрод перемещается вертикально до образования контакта с жидким металлом; - использование проволоки, подаваемой специальным устройством до соприкосновения с жидким металлом. По электрическому сопротивлению этого участка судят о длине этой зоны и, следовательно, о расстоянии до поверхности металла в промежуточном ковше.

Однако, наиболее широкое применение нашли методы косвенного измерения уровня стали, основанные на определении массы металла в промежуточном ковше с помощью тензодатчиков (месдоз).

Для измерения уровня металла в кристаллизаторе используются различные контактные и бесконтактные методы. Примером контактного метода может служить использование нескольких, термопар, зачеканенных на внутренней поверхности кристаллизатора. Наибольшее значение термоэдс дает представление об уровне металла в кристаллизаторе. Точность измерения уровня соответствует расстоянию между ближайшими термопарами.

Наибольшее распространение получили бесконтактные способы, один из которых основан на изменении интенсивности γ- излучения, "просвечивающего" кристаллизатор с металлом. Поток γ- излучения от источника, расположенного с одной стороны кристаллизатора, проходит через стенки кристаллизатора, жидкий металл и попадает в приёмник излучения, установленный с противоположной стороны кристаллизатора. Интенсивность воспринимаемого приёмником γ-излучения зависит от уровня металла: чем он выше, тем сильнее ослабевает поток γ- излучения. В таких γ-уровнемерах диапазон измерения уровня стали составляет (0…200)мм при точности измерения. Для повышения точности измерения уровня стали в кристаллизаторе необходимо создание конструкций, обеспечивающих синхронное перемещение датчика и приёмника γ- излучения с качающимся кристаллизатором.

Усилие вытягивания слитка из кристаллизатора определяется тензодатчикми, наклеенными на балки, несущие кристаллизатор, или с помощью специальных магнитнострикционных датчиков, на которые оказывает воздействие кристаллизатор. Действие датчиков такого типа основано на изменении магнитных свойств магнитномягких материалов под действием приложенных к ним усилий. Так как воздействие качающегося кристаллизатора на датчики циклически изменяется, то предусмотрена синхронизация качания кристаллизатора и цикла измерения усилия вытягивания слитка.

Скорость разливки (скорость вытягивания слитка) автоматически измеряется тахогенератором, связанным с валом электродвигателя привода тянуще-правильной клети МНЛЗ. Сигнал тахогенератора поступает на вторичный электроизмерительный прибор, шкала которого проградуирована в единицах линейной скорости движения непрерывнолитой заготовки.

Система автоматического контроля и оптимизации ритма разливки помогает оператору поддерживать оптимальную скорость на протяжении разливки серии плавок в режиме "плавка на плавку". Принцип работы АСУ основан на непрерывном определении времени, оставшегося до конца разливки данного сталеразливочного ковша, на основании информации о текущих значениях скорости разливки, массы металла и других параметров, и сравнении этого времени с заданным из условий контактного графика разливки плавок.

Длина слитка (непрерывнолитой заготовки) формируется путём суммирования единичных импульсов, каждый из которых характеризует прохождение через зону измерения определённой длины слитка. Сельсин-датчик через вспомогательный редуктор связан с электроприводом тянуще-правильной клети МНЛЗ и, работая в режиме генератора переменного тока, передает переменное напряжение (за каждый оборот сельсина-датчика в синусоидальном цикле генерируется по две амплитуды) на устройство формирования коротких прямоугольных электрических импульсов, которые поступают в сумматор и количество импульсов преобразуется в линейные единицы, соответствующие длине слитка, вышедшей из первой клети тянуще-правильной машины. По скорости машины выдается задание газорежущему устройству на порез заготовок требуемой потребителем длины. Толщина оболочки затвердевшей заготовки ("твёрдой" корочки поверхности слитка) измеряется несколькими способами: радиоизотопным, электропроводимости, ультразвуковой локации, ультразвуковой проницаемости и силовым.

Измерение общей длины слитка с дискретностью 10 мм осуществляется с помощью двух датчиков, первый из которых установлен на приводе роликов радиального участка МНЛЗ и используется только в начальном периоде разливки стали. Второй датчик используется в основном периоде разливки и установлен в горизонтальной части машины на специальном неприводном ролике, который прижимается к слитку с усилием, обеспечивающим его надёжное сцепление с поверхностью (без проскальзывания). Датчиком является импульсный преобразователь с чувствительным бесконтактным элементом.

Для определения мерной длины слитка используется датчик на неприводном прижимном ролике, с помощью которого индуцируется расстояние от конца слитка до исходного положения газорезки. После каждого результата показания прибора сбрасываются на ноль. Показания указателя мерной длины заготовки используются для управления газорезкой непрерывнолитой заготовки.

Рисунок 5.2 - Функциональная схема АСУ ТП непрерывной разливки стали

Устанавливается и дополнительный прибор который показывает, в каждый данный момент времени, недостающую до мерной длину заготовки, с учётом длины слитка от уровня металла в кристаллизаторе. По мере вытягивания слитка, показания прибора меняются от установленной мерной длины до нуля. В момент, когда это показание становится равным нулю, длина слитка в ручье МНЛЗ кратна мерной длине заготовки. Сигнал из этого прибора может служить командой на перекрытие стопора (шибера) промежуточного ковша данного ручья в конечной фазе разливки, с целью оптимизации выхода мерных заготовок.

5.3 Автоматизация машин непрерывного литья заготовок

Машины непрерывной разливки стали требуют совершенной системы автоматического контроля и регулирования. Отклонения от установленного режима разливки, могут приводить к снижению уровня производительности агрегата, ухудшению качества металла и самой непрерывнолитой заготовки, возникновению аварийных ситуаций в работе МНЛЗ. АСУ ТП способствуют устранению возмущающих воздействий, обеспечивают наиболее рациональный технологический режим разливки стали и безопасную работу агрегата.

На рис. 5.3 представлена схема автоматизации МНЛЗ, а на рис. 5.4 схема автоматического контроля и регулирования и регулирования процессов разливки стали.

Компенсация влияния "качания" кристаллизатора осуществляется с помощью сигнала индуктивного датчика. Для повышения надёжности работы МНЛЗ и определения конца разливки металла, контролируется появление шлакового слоя (барьера) в кристаллизаторе. Измерительное устройство, с помощью точечного радиоактивного излучателя и счетчика, устанавливает наступление этого момента.

Рисунок 5.3 - Функциональная схема автоматизации МНЛЗ

Температура поверхности слитка измеряется с помощью оптических пирометров. Пирометры устанавливаются в защитном кожухе, охлаждаемом водой. Оптика обдувается сжатым воздухом, который кроме того, защищает место визирования на металл от воды и тумана. Цветной пирометр обеспечивает точное измерение температуры поверхности слитка только в тех случаях, когда не менее 50% поля визирования находится вневодной и паровой завесы. В системе регулирования уровня стали в кристаллизаторе с помощью стопора промковша используется привод с импульсным шаговым устройством управления и регулятор с характеристикой ПИ, генерирующий импульсы, длительность которых коррелируется с уровнем металла (при небольших рассогласованиях заданного и фактического уровня стали базовая длительность импульсов составляет 60мс).

В случаях невозможности стабилизации уровня металла стопорным механизмом, включается контур П-регулирования, посредством изменения скорости вытягивания слитка из кристаллизатора. Кратковременные колебания результатов измерений, являющихся следствием различной толщины окалины на поверхности слитка, неравномерности распределения воды системой вторичного охлаждения слитка или возникновения паровой (водяной) завесы на месте измерения, устраняются посредством элементов сглаживания поступающих в систему сигналов измерителей температуры. При уходе конца слитка из зоны контроля температуры, регуляторы отдельных секций вторичного охлаждения последовательно отключаются. Положение за датчика регулятора определяет режим охлаждения начальной части (переднего конца) следующего слитка. При прерывании процесса разливки стали по различным причинам, устройства предельных (аварийных) сигналов обеспечивают работу регуляторов для создания такого технологического режима, в котором сохраняется образовавшаяся корочка (оболочка) и предотвращается попадание жидкой стали в систему опорных роликов, участка вторичного охлаждения металла.

Визуальный контроль с помощью промышленного телевидения позволяет обслуживающему персоналу МНЛЗ наблюдать различные "критические" (особо опасные по эксплуатационной надёжности) участки технологической линии разливки металла (криволинейный участок, участок разделения холодной "затравки" от горячего слитка и другие), находящиеся на большом расстоянии друг от друга и от рабочих мест обслуживающего персонала (например, операторов МНЛЗ).

Благодаря использованию современных управляющих вычислительных машин (УВМ), в системах автоматизированного управления работой МНЛЗ реализуются:

-       оптимизационные расчёты для управления режимом литья, вторичным охлаждением и раскроем непрерывного слитка;

-       протоколирование процесса разливки и порезки металла;

-       обмен информацией с АСУ ТП плавки и системой автоматизированного управления производством АСУ ТП сталеплавильного цеха.

6. Дуговые сталеплавильные печи

В настоящее время электродуговые печи являются самыми эффективными и экологически чистыми сталеплавильными агрегатами, используемыми для массового производства стали с повышенными потребительскими свойствами.

Возможность сосредоточенного ввода значительного количества тепловой энергии в сочетании с простотой управления подводимой электрической мощностью является неоспоримым преимуществом дуговых сталеплавильных печей (ДСП) по сравнению с другими агрегатами для производства стали. В электродуговых печах особенно удобно перерабатывать стальной лом и металлизированное сырьё (продукт бескоксового восстановления железа).

Однако электродуговым агрегатам присущи и некоторые недостатки, к которым относятся высокие удельные затраты электроэнергии на выплавку тонны металла, загрязнение стали цветными металлами, а также трудность получения низкоуглеродистых сталей.

В современных условиях высокопроизводительного электросталеплавильного производства сверхмощные ДСП все больше начинают использоваться как высокоэффективные технологические агрегаты для расплавления металлошихты и нагрева полученного расплава до заданной температуры.

Наиболее значимым периодом электросталеплавильного технологического процесса является период расплавления металлошихты, в котором потребляется более 70% электрической энергии, затраченной на всю электроплавку, за вычетом тепла, выделяющегося при экзотермических реакциях окисления [С], [Si], [Mn], [Fе] и других элементов, и тепла, выделяющегося от сжигания природного газа в комбинированных газокислородных горелках-фурмах. Основным источником тепловой энергии при выплавке стали в ДСП является тепловая энергия, выделяющаяся при горении электрических дуг между электродами и металлошихтой или расплавом металла.

 

.1 Особенности технологического процесса выплавки стали

Дуговая печь серии Ultimate компании VAI "FUCHS" была введена в эксплуатацию в 2006 г. на территории открытого акционерного общества "Магнитогорский металлургический комбинат" (ОАО "ММК"). VAI "FUCHS" предлагает печь нового поколения, созданную на базе результатов исследований и разработок в сочетании с передовыми технологиями и конструктивными особенностями электродуговых печей. Печь серии Ultimate (масса плавки 180 т, средняя продолжительность плавки от выпуска до выпуска 42 - 48 мин) рассчитана на производство примерно 1,8 млн. т стали в год. Общий вид печи серии Ultimate показан на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Общий вид печи серии Ultimate

Печь серии Ultimate оборудована следующими установками и системами: автоматическая установка корзины для лома; робот для очистки рабочего окна; измерение температуры ванны жидкой стали; технология вдувания кислорода и углеродсодержащих материалов с помощью RCB (рафинирующей комбинированной горелки); автоматическое управление выпуском плавки с главного пульта печи с помощью видеокамеры; автоматическое распознавание появления шлака во время выпуска стали с помощью системы ИРИС (системы распознавания по инфракрасному излучению); робот для очистки выпускного отверстия; кран с двумя вспомогательными крюками для быстрой замены электродов; стенд для перезапуска электродов с орошающим охлаждением водой.

Рисунок 6.2 - Расположение устройств для вдувания кислорода и углеродсодержащих материалов (вид сверху): 1 - робот для очистки окна; 2 - система бесконтактного измерения температуры; 3 - ИРИС

Система вдувания кислорода и углеродсодержащих материалов RCB, изображенная на рисунке 6.2, форсирует поступление экзотермического тепла и активно ускоряет дожигание. Глубокий ввод струи под уровень жидкой стали обеспечивается конструкцией выступающей панели системы. Робот для очистки рабочего окна очищает эту зону от лома во время завалки, поэтому нет необходимости в оконной горелке или фурме. Система распознавания появления шлака по инфракрасному излучению ИРИС определяет идеальный момент для выпуска плавки с минимальным попаданием шлака в ковш. Благодаря роботу для очистки выпускного отверстия не только сократилась продолжительность этой операции и высвободилось рабочее время, но и значительно улучшились условия труда обслуживающего персонала. Печь ДСП-180 имеет характеристики, показанные в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Основные технические и эксплуатационные характеристики ДСП-180

Наименование параметров	Значение
Масса плавки:
- номинальная, т	180
- максимальная, т	210
- остаток металла после выпуска, т	30
Мощность трансформатора, МВА	150
Вторичный ток, kA	70
Частота тока, Гц	50
Высоковольтное напряжение, В	800-1225-1400
Количество рабочих ступеней трансформатора, ед.	23
Диаметр кожуха на уровне откосов, мм	7400
Диаметр выпускного отверстия, мм	200
Диаметр распада электродов, мм	1200±50
Диаметр графитированных электродов, мм	600-610
Ход электродов, мм	6300
Максимальная скорость перемещения электродов:
- автоматический режим, мм/с	80-120
- ручной режим, мм/с	300
Высота подъёма свода, мм	400
Угол поворота свода, град.	70
Угол наклона печи:
- на слив металла, град.	20
- на слив шлака, град.	10
Объем загрузочной бадьи, м³	16,5
Объем ванны, м³	29,7
Глубина ванны, мм	1290
Производительность по вдуванию:
- кислорода, нм³/ч	6 х 2800
- природного газа, нм³/ч	6 х 350
- углерода, кг/мин	2x60
Мощность горелок RCB, кВт	6 х 3500
Высота системы охлаждения стен, мм	3210
Общая площадь водоохлаждаемых элементов, м 2	75
Площадь водоохлаждаемой панели свода, м 2	57
Расход воды на охлаждение:
- свод, м³/ч	550
- кожух печи, м³/ч	950
- трансформатор, м³/ч	160
- общий расход, м³/ч	1950

Рисунок 6.2 - Общий вид ДСП нового поколения серии Ultimate: 1 - печной трансформатор; 2 - гибкий токопровод; 3 - токоведущие рукава; 4 - водоохлаждаемый свод; 5 - газокислородная горелка; 6 - комбинированная горелка; 7 - инжектор угольной пыли; 8 - робот для очистки порога шлакового окна; 9 - медные водоохлаждаемые стеновые панели с повышенным тегатосьемом; 10 - стальные водоохлаждаемые стеновые панели; 11 - электрод; 12 - робот для очистки канала донного выпуска.

К конструктивным особенностям основных механических элементов относятся:

-    прочность, простота и надежность массивных конструкций;

-       повышение корпуса печи, рассчитанного на загрузку одной корзины; портальная конструкция с системой подъема свода в одной точке;

-       система призматических роликовых направляющих для колонн электродов с целью уменьшения вибрации; разъемная конструкция корпуса печи, состоящая из секции стальных панелей в верхней части и секции медных панелей в нижней части и в районе шлака, в том числе специальных неподвижных панелей для высокоскоростного вдувания кислорода и углесодержащих материалов (RCB);

-       плотная стыковка и крепление панелей к корпусу печи во избежание их смещения;

-       усовершенствованная жесткая конструкция накладной площадки.

Кроме того, число операторов печи серии Ultimate можно сократить до трех человек в смену: на пульте ДСП, на площадке, машинист крана.

Использование современных компьютерных программ показало, что работа печи серии Ultimate привела к сокращению продолжительности нахождения печи под током, более стабильному уровню производства, улучшению техники экономических показателей.

Анализ приведенных характеристик позволяет отметить следующие инновационные особенности новой печи.

Высокоимпедансная характеристика означает, что в систему электроснабжения ДСП дополнительно включено реактивное сопротивление (реактор), повышающее общее сопротивление электропечного контура (импеданс) и обеспечивающее возможность работы печи на энергосберегающих режимах повышенных вторичных напряжений и пониженных рабочих токов, что является необходимым элементом современной сталеплавильной технологии.

Современная верхняя ступень вторичного напряжения (1600 В) имеет самое высокое значение для ДСП последних поколений. Это позволяет вводить ультравысокую электрическую мощность до 200 МВт с использованием стандартных качественных электродов диаметром 610 мм на допустимом для них рабочем токе не выше 100 кА при умеренном расходе технологической электроэнергии и электродов.

Высокое печное пространство около 4,5 м над зеркалом ванны (в 1,5 раза повышает соответствующую высоту на печи ДСП-180) предусмотрена для одноразовой завалки шихты, а также для того, чтобы использовать его в качестве "шахты" для нагрева столба металлошихты печными газами.

Альтернативные источники энергии (топливные горелки) служат вспомогательным средством интенсификации плавки, их тепловая мощность составляет 10...12% вводимой в печь активной электрической мощности. Это отражает современные тенденции по сокращению выбросов SO2 из металлургических агрегатов с учетом платы за квоты парниковых газов.

Комбинированная продувочная горелка представляет собой компактное водоохлаждаемое устройство, в котором сочетается сжигание природного газа с вдуванием углерода в струи кислорода. Направленный поток кислорода, подаваемый со сверхзвуковой скоростью, окружается пламенем газокислородной горелки, при этом пламя с высокой динамической вязкостью создает "завесу" в струе кислородного потока и снижает потери его кинетической энергии. Поток кислорода вдувается в пространство печи со сверхзвуковой скоростью 3,5 м/ч и не раскрывается, оставаясь когерентным на расстоянии 2 м, что обеспечивает эффективное проникновение кислорода через шлак в сталь и более полное его использование по сравнению с погруженными фурмами.

Компактность конструкции и эффективность высокоскоростного кислородного потока позволяют крепить горелку стационарно на боковой стенке печи на специально сконструированных панелях, которые защищают горелку от повреждений во время завалки лома. Шлаковое окно при продувке остается закрытым, подсос воздуха в печь уменьшается, сокращаются потери тепла излучением. Водоохлаждаемый инжектор угля, установленный на одной панели с горелкой RCB, поддерживает процесс вспенивания шлака и способствует восстановлению FeО в шлаке. Конструкция обеспечивает хорошее перемешивание угольной пыли, шлака и металла в струе кислорода, что сводит к минимуму излучения от дуги на стены и свод и повышает эффективность использования энергии.

Другие инновационные изменения внесены в основную конструкцию печи (механические узлы и оборудование, токоподвод, водоохлаждаемые элементы), а также в робототехнические системы, средства измерения, инжекционные системы, АСУ ТП, системы защиты окружающей среды.

6.2 Автоматизированное управление процессом плавки

Дуговая электросталеплавильная печь является мощным трехфазным агрегатом с соответствующим силовым электрическим оборудованием. Высокотемпературные дуги обеспечивают расплавление шихты и нагрев ванны до нужной температуры. Каждая плавка может быть подразделена на три основных периода:

-    расплавление загруженной в печь твердой шихты;

-       окисление (кипение) жидкой ванны;

-       раскисление ванны (восстановительный период).

Периоды плавки обуславливаются особенностями протекания физико-химических процессов и определяют различия задач системы автоматического контроля.

Управляющими воздействиями на процесс плавки в дуговой печи являются:

-    электрическая мощность;

-       напряжение питающего тока (длина дуги);

-       состав шихты, количество и состав присадок;

-       расход кислорода на продувку металла;

-       электромагнитное перемешивание ванны.

Возмущающие воздействия, прежде всего можно подразделить на две группы: возмущения электрического режима и возмущения технологического и теплотехнического режима.

Возмущения электрического режима возникают из-за обвалов шихты в период плавления, кипения металла в периоды с жидкой ванной, обгорания электродов, подъема уровня металла по мере плавления, колебаний сопротивления дугового промежутка, вызванных изменениями температурных условий в зоне дугового разряда. Возмущения технологического и теплотехнического характера связаны с нестабильностью состава шихты, нестационарностью протекания физико-химических реакций в ванне, введением присадок, износом кладки, выбиваниями и подсосом газов в печь.

К основным задачам автоматизированного управления процессом плавки в ДСП можно отнести следующие:

.     Централизованный контроль за ходом технологического процесса с сигнализацией и регистрацией отклонений от заданных параметров.

2.      Управление металлургическим процессом:

2.1.   Расчет оптимального состава шихты, исходя из планируемых заданий и наличия исходных сырьевых материалов;

2.2.   Управление загрузкой печи в соответствии с рассчитанным составом шихты;

.3.     Расчет кислорода, легирующих и шлакообразующих, обеспечивающих получение металла заданного состава и качества и экономию материалов;

.4.     Прогнозирование момента окончания технологических периодов с обеспечением заданных значений температуры и химического состава металла.

3.   Управление энергетическим режимом, обеспечивающее:

.1.  Введение электроэнергии с учетом теплового состояния печи и тепловой энергии, вводимой в печь другими источниками;

3.2.   Максимальное использование мощности печи;

.3.     Минимальные удельные расходы энергоносителей;

.4.     Нормальную эксплуатацию электрического и другого печного оборудования.

4.   Управление вспомогательными операциями (отбором проб, замером температуры металла и др.).

5.      Сбор и обработку информации с выдачей необходимой документации, в том числе учет и регистрацию расходов шихтовых материалов, электроэнергии, кислорода и других энергоносителей, распечатка протоколов плавки.

.        Контроль за работой оборудования с сигнализацией и регистрацией неисправностей и непредвиденных остановок.

Предусматриваемый на ДСП объем средств автоматического контроля и управления должен обеспечивать поддержание с требуемой точностью заданных технологией режимов и параметров процесса электроплавки, а также безопасность эксплуатации агрегата.

Рациональный объем автоматизации новых и реконструируемых печей определяется с учетом технологически требований к управлению процессом выплавки различных марок сталей, развития электросталеплавильного производства в направлении повышения удельной мощности трансформаторов, использования данных о передовом зарубежном опыте и научных разработок в области автоматизации процесса электроплавки.

ДСП необходимо оснащать современными быстродействующими регуляторами мощности, обеспечивающими высокие технико-экономические показатели и имеющими высокую надежность. Автоматический регулятор должен поддерживать заданное соотношение между силой тока и напряжением дуги в данной фазе печи при наименьших дисперсиях, обеспечить скорость перемещения электрода не менее 5-6 м/мин. Системы управления весовым дозированием компонентов металлошихты и дозированием ферросплавов и шлакообразующих материалов должны обеспечить подачу металлошихты в бадью и ферросплавов для загрузки в печь с погрешностью не долее 0.3%.

Система управления электрической мощностью должна обеспечить программное изменение мощности и ступени напряжения трансформатора в соответствии с заданным электрическим режимом плавки, поддержание заданной мощности трех фаз с погрешностью не более 2.0% и заданного температурного графика металла по ходу плавки с отклонениями, не превышающими 15°С. Система управления химическим составом металла должна обеспечить получение заданного состава стали в соответствии с требованиями ГОСТ или ТУ. Группа печей емкостью 50-200 т должна АСУ ТП плавки с использованием УВМ.

АСУ ТП выплавки стали в ДСП выполняет следующие функции:

-    расчет шихты, кислорода, легирующих и шлакообразующих материалов;

-       расчет параметров электрического режима;

-       выдачу и коррекцию заданий локальным системам управления;

-       регистрацию и сигнализацию отклонения текущих параметров от заданных значений, регистрацию неисправностей оборудования и нарушений технологического режима;

-       централизованный контроль основных технико-экономических показателей работы печи;

-       выдачу информации на печь;

-       выдачу оперативной технологической информации оператору.

Автоматизация дуговых сталеплавильных печей в рациональном объеме должна обеспечить:

-  увеличение производительности электропечей на 3-5%, сокращение расхода электроэнергии на 2-4%, повышение стойкости футеровки на 5-8% за счет оптимизации энергетического режима плавки и повышения точности поддержания заданного режима;

-       снижение затрат на металлошихту, легирующие и шлакообразующие материалы на 1-2% за счет рационального их использования;

-       снижение себестоимости выплавляемого металла не менее, чем на 1.5%.

Рисунок 6.3 - Рациональный объем автоматизации ДСП

Процесс автоматизации ДСП содержит в себе: 1 - устройство для измерения расхода активной энергии; 2 - устройство для измерения среднеквадратичных токов; 3 - устройства для измерения расхода, температуры и состава отходящих газов; 4 - устройство для измерения положения кислородной фурмы; 5 - устройство для определения состава стали и шлака; 6 - устройство дли измерения расхода газа и кислорода на горелки; 7 - устройство для измерения температуры футеровки; 8 - устройство для измерения температуры металла в ванне печи; 9 - устройства для измерения расхода, давления и температуры воды; 10 - устройство для измерения положения электродов; 11 - устройство для измерения расхода реактивной энергии; 12 - устройство для измерения коэффициента мощности; 13 - устройства для измерения активной и реактивной мощности; 14 - устройства для измерения расхода, давления и количества кислорода; 15 - устройство для взвешивания ферросплавов; 16 - устройство для измерения перепада температур воды на входе и выходе охлаждаемых элементов; 17 - устройство для измерения давления и расхода газа; 18 - устройство для взвешивания металлизованных окатышей; 19 - весы для взвешивания скрапа; 20 - устройство для взвешивания шлакообразующих и заправочных материалов; 21 - устройство для взвешивания жидкого металла в ковше; 22 - система автоматического управления (САУ) электрическим режимом; 23 - регулятор мощности; 24 - САУ весовым дозированием металлизованных окатышей; 25 - САУ весовым дозированном ферросплавов и шлакообразующих; 26 - САУ продувкой ванны кислородом; 27 - система регулирования давления газов под сводом печи; 28 - САУ весовым дотированием компонентов металлошихты; 29 - САУ химическим составом металла и шлака; 30 - система измерения времени плавки и технологических интервалов; 31 - система сбора и обработки информации; 32 - УВМ.

В последние годы производство электростали характеризуется увеличением емкости печей, повышением мощности печных трансформаторов, совершенствованием технологии и методов управления рабочим процессом, причем для управления процессом электроплавки все шире применяют АСУ ТП с применением электронно-вычислительных машин ЭВМ. Эти системы выполняют следующие функции:

-    расчет оптимального состава шихты, исходя из планируемых заданий и наличия исходных сырьевых материалов;

-       расчет количества электроэнергии, кислорода, легирующих и шлакообразующих материалов;

-       выбор оптимального режима процесса плавки и выдача управляющих сигналов в локальные системы автоматического управления;

-       контроль запасов лома, легирующих отходов, ферросплавов и других материалов;

-       выдача оперативной технологической информации оператору печи и на печать;

-       контроль за работой оборудования, сигнализацию и регистрацию неисправностей;

-       автоматизированный централизованный контроль основных технико-экономических показателей работы печи.

В состав АСУ ТП выплавки стали в ДСП входят локальные системы управления электрической мощностью, продувкой ванны кислородом, давлением под сводом печи, дозированием шихты и легирующих материалов, присаживаемых в печь. АСУ ТП снабжена устройствами контроля массы металлошихты, ферросплавов, жидкого металла; электрических и теплотехнических параметров (мощности, расхода электроэнергии, тока и напряжения печи, расхода и давления кислорода и др.); физико-химических параметров процесса плавки; температуры металла и футеровки печи и контроля состояния и работы оборудования.

Информация о виде и массе шихты поступает в ЭВМ УВК и хранится в памяти машины, которая рассчитывает основные компоненты шихты. Задание на загрузку корзины металлошихтой по видам и массе вводится в САУ взвешиванием металлической шихты мастером с пульта или от УВК. После окончания загрузки всех компонентов шихты в корзину ЭВМ УВК сообщает мастеру печи о готовности корзины с шихтой. Затем тележка подается в печное отделение для выгрузки в печь. В ЭВМ УВК храниться программа всех марок сталей, выплавляемых в ЭСПЦ. Перед началом плавки ЭВМ находит в базе данных выбранную марку стали и выдает общую программу её выплавки. ЭВМ рассчитывает количество электроэнергии, необходимой для расплавления шихты, с учетом экзотермических реакций при вдувании в печь кислорода и тепловых и электрических потерь печи, рассчитывает и выдает в САУ электрическим режимом оптимальные параметры энергетического режима.

Начинается плавление металлической шихты. Система измерения положения электродов определяет моменты начала технологических интервалов периода плавления шихты и передает эту информацию в ЭВМ, которая через САУ электрического режима изменяет ступень печного трансформатора и устанавливает оптимальную величину тока дуги.

Если температура футеровки достигает значения, влияющего на её износ, то САУ электрического режима переключает печной трансформатор на ближайшую низшую ступень напряжения. Перед началом продувки ЭВМ УВК выдает задание в САУ продувкой кислорода - режим продувки. САУ осуществляет перемещение кислородной фурмы, устанавливает её в заданную позицию, производит управление подачей кислорода и при заданном количестве введенного в печь кислорода отключает подачу кислорода и поднимает кислородную фурму.

Экспресс-лаборатория соединена с системой передачи результатов химического анализа. ЭВМ УВК дает команду на отбор пробы металла. При поступлении в экспресс-лабораторию проба отрабатывается и устанавливается в квантометр и в течение 40-60 с анализируется в соответствии с заданной программой. По результатам этого анализа ЭВМ вычисляет, какие материалы (легирующие, шлакообразующие и раскислители) и в каком количестве необходимо ввести в печь. При этом ЭВМ учитывает количество и стоимость материалов, хранящихся в бункерах, вычисляет оптимальный по себестоимости вариант наборов материалов.

САУ дозированием сыпучих и ферросплавов посылает команду на включение вибропитателей под соответствующими расходными бункерами, из которых должны отбираться требуемые материалы. После набора полной дозы материала питатель отключается. Заданная и фактическая массы каждого из дозируемых материалов инициируются на цифровых табло, установленных на пульте управления. При выгрузке материалов их масса регистрируется и передается в ЭВМ. Для стали каждой марки в базе данных ЭВМ хранится оптимальный закон изменения температуры металла. УВК в наперед заданные интервалы плавки периодически информирует сталевара о необходимости произвести замер температуры металла.

Измеренные величины температур передаются в ЭВМ УВК, которая, сопоставив фактические и заданные температуры металла, определяет их разность и вычисляет требуемое количество электроэнергии. САУ электрического режима устанавливает новый электрический режим с учетом того, что следующий замер температуры должен соответствовать заданной температуре металла. Непрерывно получая информацию о текущих значениях мощности тепловых потерь, напряжения сети, температуры подины и футеровки и других показателях, ЭВМ УВК вычисляет электрический и тепловой режимы, отвечающие условиям минимальных удельных расходов электроэнергии, длительности плавления или себестоимости 1т стали.

 

.3 Определение контролируемых и неконтролируемых технологических параметров

Любой технологический процесс характеризуется физическими величинами, называемыми показателями процесса. Для одних процессов показатели могут быть постоянными, для других допускается их изменение в заданных пределах по определенному закону. Физические показатели объекта, которые преднамеренно изменяются или сохраняются неизменными в процессе управления, называются управляемыми величинами (регулируемыми координатами).

Управляемый объект и управляющее устройство (т.е. устройство для реализации целенаправленных воздействий) образуют систему автоматического управления.

Воздействия, которые определяют состояние объекта, называют выходными. Выходными переменными служат физические параметры материальных и энергетических потоков (температура, давление, их производные по времени), конструкционные параметры, технологические параметры, влияющие на скорость технологического процесса, выход и качество готовых продуктов. Часть выходных переменных мы можем наблюдать с помощью наблюдающих устройств (идентификаторов) - они называются наблюдаемыми. По этим переменным и ведется управление.

Величины, характеризующие внешнее влияние на систему, или на её части называют входными переменными. К ним относятся управляющие и возмущающие воздействия. Управляющими воздействиями являются управляемые изменения расходов, параметры материальных и энергетических потоков (регулирование подачи сырья, тепловых процессов, частоты вращения приводов).

Воздействия внешней среды называют возмущающими воздействиями. Возмущения могут быть контролируемыми и неконтролируемыми. Они делятся на нагрузку и помеху.

Нагрузка - это возмущающее воздействие на изменение условий работы, поступающее в систему помимо управляющего устройства и влияющее на переменные состояния объекта. Помеха - это возмущающее воздействие, искажающее поступающую в управляющее устройство информацию о нагрузке, состоянии и динамических свойствах объекта (изменение состава, энергетического состояния исходных материалов, отказы оборудования, наводки в проводах, шум, и т.д.).

Характеристика входов и выходов дуговой плавильной печи как технологического объекта управления (ТОУ) представлена в таблице 6.2.

ТОУ - совокупность технологического оборудования и реализуемого на нём технологического процесса. Следовательно, рассматриваемая нами ДСП является ТОУ.

Регулируемые параметры для нашего объекта управления:

-    сопротивление дуги и примыкающего участка электрода;

-       количество электроэнергии, израсходованной в течение заданного времени;

-       время периода плавки, температура футеровки;

-       давление газов.

Таблица 6.2 - Характеристика входов и выходов дуговой плавильной печи как технологического объекта управления

Величина	Технологическая характеристика величины
Входные величины	Изменение напряжения в сети электропитания, обгорание электродов, изменение нагрузки отдельных фаз трёхфазной сети электропитания
Возмущения на входе: а) контролируемые	Короткие замыкания при обвалах плавящейся шихты и обрывы дуг в период плавления; изменение свойств шихты (состав, крупность куска) и огнеупорной футеровки
б) неконтролируемые	Возникают из-за обвалов шихты в период плавления, кипения металла в периоды с жидкой ванной, обгорания электродов, подъёма уровня металла по мере плавления, колебаний сопротивления дугового промежутка, вызванных изменением температурных условий в зоне дугового разряда
Возмущения электрического режима технологического и теплотехнического характера	Связаны с нестабильностью состава шихты, нестационарностью протекания физико-химических реакций в печи, введением присадок, износом кладки, выбиваниями и подсосом газов в печь
Управляющие воздействия: а) при автоматическом режиме управления	Полезная электрическая мощность, темп ввода электроэнергии в печь, напряжение дуги, её длина (напряжение питающего тока) и ток фазы; а также электромагнитное перемешивание в печи, расход кислорода на продувку
б) при ручном управлении	Выполнение технологических операций по проведению окислительного и восстановительного периодов, по поддержанию шлакового режима и вводу добавок по ходу плавки; а также состав шихты, количество и состав присадок (для придания заданных свойств металлу)
Выходная величина	Производительность печи, химический состав и температура металла, удельный расход электроэнергии

7. Горячая прокатка

Прокатное производство является завершающей стадией производства металла. Поскольку сортамент проката разнообразен, на заводе может быть несколько прокатных цехов с соответствующими объему производства и сортаменту прокатными станами.

Широкополосный стан горячей прокатки стального листа "2000" предназначен для производства полос из углеродистых, низколегированных, легированных, конструкционных, марок сталей, толщиной от 1,2 до 1,6 мм, шириной от 700 до 1830 мм, свернутых в рулоны весом от 7 до 43,3 т.

В январе 2015 года на стане 2000 горячей прокатки Магнитогорского металлургического комбината произведено свыше 526 тысяч тонн проката. Это максимальный объем продукции, выпущенной за месяц с момента пуска агрегата в 1994 году. Предыдущий аналогичный рекорд был установлен на стане в октябре 2014 года и составлял более 520 тысяч тонн.

Стан 2000 горячей прокатки является одним из самых мощных и современных в России. Он расположен в листопрокатном цехе № 10 (ЛПЦ-10) ОАО "ММК". Оборудование позволяет прокатывать все существующие на сегодня марки стали. Ширина листа варьируется от 760 до 1830 миллиметров. Сортамент выпускаемой здесь продукции является самым широким на комбинате и насчитывает около тысячи позиций. Спектр применения также разнообразен - производство труб, строительная отрасль, машиностроение. Здесь прокатывают судовые и конструкционные марки сталей, трансформаторную сталь, производят прокат, из которого впоследствии изготавливается автолист. В 2014 году на стане 2000 горячей прокатки бы также выпущен рекордный за всю историю агрегата объем продукции - почти 6 млн тонн.

В состав стана входит: оборудование участка нагревательных печей, черновая группа клетей, промежуточный рольганг, чистовая группа клетей, отводящий рольганг, моталки и другое оборудование для уборки рулонов и передачи их в отделение отделки.

С ноября 2006 года ММК приступил к реализации проекта "Стан 5000" (ЛПЦ-9). Этот стан, по своему масштабу, мощности и качественной характеристики выпускаемой продукции первый и единственный в России.

Стан 5000 производит толстолистовой стальной прокат, шириной почти 5 метров. Он используется в нефтегазовой отрасли, судостроении, при строительстве мостов, в машиностроении, но большая часть продукции предназначена для производства труб магистральных нефтепроводов и газопроводов. Получаемые из таких листов одношовные трубы имеют высокие качественные характеристики и позволяют использовать продукцию в агрессивной среде.

Стан оборудован установками прерванной закалки и контролируемого охлаждения, позволяющие получать гарантированно заданные параметры продукции.

К другим отличительным характеристикам стана относится:

-    высокая оснащенность современными средствами измерения и контроля параметров;

-       абсолютная техническая прозрачность;

-       комплексный подход к автоматизации процессов управления.

Это позволяет организовать индивидуальное сопровождение и паспорторизацию процесса производства каждого листа от момента выплавки дол момента отгрузки.

Технические характеристики оборудования стана позволяют получать продукцию с суженным диапазоном допуска по геометрическим размерам и форме листа по сравнению со стандартами.

Стан построен в рекордные для такого объекта сроки, за 32 месяца. Стан 5000 на ММК во многом уникален: усилие прокатки клети составляет 12000 тонн - это самая мощная прокатная клеть в мире.

Таблица 8.1 - Возможности производства перспективных сталей для автомобильной промышленности в условиях ОАО "ММК"

Цех	Продукция	Предел прочности, МПа	Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Дополнительная обработка поверхности
ЛПЦ-4	горячекатаный рулонный прокат	до 750	1,8-12	1030-2350	-	без промасливания
	горячекатаный листовой прокат	до 590	1,8-6,0	1000-2350	2000-12000	без промасливания
		до 1000	5,0-25,0	1000-2350	3000-24000	без промасливания
	горячекатаный травленый листовой прокат	до 590	1,8-6,0	1000-2350	2000-12000	промасливание консервационным маслом или маслом типа "прелюб"
ЛПЦ-10	горячекатаный рулонный прокат	до 800	1,5-18,7	700-1830	-	без промасливания
ЛПЦ-7	горячекатаный штрипс	до 640	1,5-8,0	100-1600	-	без промасливания
ЛПЦ-5	горячекатаный травленый рулонный прокат	до 650	1,5-6,0	1000-2350	-	промасливание консервационным маслом или маслом типа "прелюб"
	холоднокатаный рулонный прокат	до 650	0,4-3,5	500-900 и 1000-2350	-	промасливание консервационным маслом или маслом типа "прелюб"
	холоднокатаный листовой прокат	до 650	0,5-3,0	1000-2350	1500-6000	промасливание консервационным маслом или маслом типа "прелюб"
ЛПЦ-8	горячекатаная травленая лента	до 1050	2,0-4,5	160-490	-	промасливание консервационным маслом
	холоднокатаная лента	до 1050	0,5-4,5	50-490	-	промасливание консервационным маслом
ЦП (АНГЦ-1,2)	горяче-оцинкованный рулонный прокат	до 650	0,25-2,5	700-1650	-	промасливание консервационным маслом или маслом типа "прелюб";
	горяче-оцинкованный листовой прокат	до 650	0,25-0,38	700-1000	400-1000
			0,4-2,0	1000-1650	1500-6000
ЛПЦ-11	нагартованный рулонный прокат	до 1500	0,28-3,0	850-1850	-	без промасливания

7.1 Подготовка исходных материалов

Исходным материалом для производства горячекатаной листовой стали на современных станах, как правило, являются слябы. Однако в ряде случаев применяются и слитки, если нет возможности обеспечить стан слябами или требуется прокатка листов специального назначения: большой ширины, толщины и длины. Технологические операции при применении слитков нами в общем виде рассмотрены.

На отечественных толстолистовых станах используют слитки прямоугольного сечения массой от 6-8 до 120 т. Однако основной объем проката получают из слитков массой 22-25 т, большая их масса определяется уже специальным назначением листа. Размеры и соотношение сторон слитков, предназначенных для производства слябов и профилей толстолистовой стали, приведены в разделе о производстве полупродукта. Однако следует указать, что при определении толщины слитка надо исходить не только из условий кристаллизации жидкой стали, структуры зерен литой стали и последующих условий ее деформации, но и учитывать такое суммарное обжатие, которое обеспечило бы получение готовой листовой стали требуемого качества.

Как правило, слитки большой массы, предназначенные для производства листовой стали, отливают в изложницы, уширенные кверху и снабженные утепляющими надставками. Конусность слитков должна быть минимальной. В настоящее время конусность слитка на одну сторону принята 1,5-2,5%; чем больше масса слитка, тем больше конусность. Качество поверхности слитков и слябов определяет и качество готовой листовой стали. Поэтому их подготовке к нагреву и прокатке уделяют, особое внимание.

Поверхностными дефектами и признаками неподготовленности слитка к нагреву и прокатке являются плены, продольные и поперечные трещины наличие прибыльной части, усадочной раковины и выступов на нижней части от выработки поддонов. Происхождение этих дефектов рассмотрено в первой части - при производстве полупродукта.

Прокатка толстолистовой стали из слитков требует особой и обязательной подготовки по следующим основным технологическим положениям.

Необходимо осуществить обрезь верхней и нижней частей слитка перед посадкой в печь. В усадочной раковине концентрируются различные ликваты, легкоплавкие соединения, которые при нагреве в печи превращаются в жидкую фазу и заливают подину печи или проникают на подину зон нижнего подогрева. Но удаление прибыльной (верхней) части слитка приводит к преждевременному в ряде случаев довольно часто повторяющемуся выходу нагревательной печи из строя, что связано с ее остановками, ремонтом и потерей производительности стана. Кроме того, ненужные верхнюю и нижнюю части слитка, составляющие почти 20% от его общей массы, нагревать в печи, расходуя для этого топливо, нерационально. Кроме того, после обрези верхней и нижней частей слиток оформляется в более удобную и рациональную форму, что благоприятно отражается на его продвижении вдоль подины печи и на собственно процессе прокатки.

Поверхностные трещины и плены удаляются с помощью огневой пневматической или наждачной зачистки.

На поверхности сляба могут проявляться следующие дефекты: продольные и поперечные трещины, плены. Возможно, что все эти дефекты наследственные и образовываются при прокатке слитков на слябинге. Происхождение продольных и поперечных трещин на поверхности сляба также бывает связано с температурным режимом нагрева или охлаждения. Поверхностные плены образовываются еще при прокатке слитка, подкорковые пузыри которого располагаются близко к поверхности (малая толщина внешней стенки слитка до подкорковых пузырей) и при высотной деформации смещаются к ней, проявляясь в виде дефекта.

На современных листовых станах имеются механизированные установки для удаления поверхностных дефектов. Слябы, получаемые на современных блюмингах или слябингах в настоящее время, как правило, обрабатываются в потоке на машинах огневой зачистки и на станы подаются качественными.

 

.2 Описание технологического процесса

Производство металла имеет большое значение для развития народного хозяйства и роста благосостояния людей. От успешного развития металлургии в значительной мере зависит обеспечение металлом машиностроения, машиностроительства, транспорта, сельского хозяйства и других областей народного хозяйства. Технологический процесс получения готового проката является завершающей стадией металлургического производства. Через прокатные цеха проходит почти вся сталь, выплавляемая в сталеплавильных цехах, поэтому наряду с увеличением производства проката существует проблема повышения эффективности прокатного производства и качества готового продукта. Особенностью развития прокатного производства является переход к непрерывным процессам прокатки. Это позволяет существенно увеличить производительность прокатных станов и качество их продукции. Обеспечение непрерывной схемы прокатки требует существенного повышения уровня автоматизации технологических процессов и обеспечения оптимальности управления.

Управление технологическим процессом, проблема выбора оптимальной технологии связаны с выбором критерия оценки качества. Задачу выбора таких критериев можно определить как задачу определения качества технологического процесса.

Процесс прокатки осуществляют на специальных прокатных станах.

Прокатный стан - комплекс машин для деформирования металла во вращающихся валках и выполнения вспомогательных операций (транспортирование, нагрев, термическая обработка, контроль и т.д.).

Оборудование для деформирования металла называется основным и располагается на главной линии прокатного стана (линии рабочих клетей). Главная линия прокатного стана состоит из рабочей клети и линии привода, включающей двигатель, редуктор, шестеренную клеть, муфты, шпиндели. Схема главной линии прокатного стана представлена на рис. 7.1.

Рисунок 7.1 - Схема главной линии прокатного стана: 1 - прокатные валки; 2 - плита; 3 - трефовый шпиндель; 4 - универсальный шпиндель; 5 - рабочая клеть; 6 - шестеренная клеть; 7 - муфта; 8 - редуктор; 9 - двигатель

Прокатные валки 1 установлены в рабочей клети 5, которая воспринимает давление прокатки. Определяющей характеристикой рабочей клети являются размеры прокатных валков: диаметр (для сортового проката) или длина (для листового проката) бочки. В зависимости от числа и расположения валков в рабочей клети различают прокатные станы: двухвалковые (дуо-стан), трехвалковые (трио-стан), четырехвалковые (кварто-стан) и универсальные.

В двухвалковых клетях (рисунок 7.2, позиция а) осуществляется только по одному пропуску металла в одном направлении. Металл в трехвалковых клетях (рисунок 8.2, позиция б) движется в одну сторону между нижним и верхним, а в обратную - между средним и верхним валками.

В четырехвалковых клетях (рисунок 7.2, позиция в) устанавливаются опорные валки, которые позволяют применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижаются деформирующие усилия.

Универсальные клети (рисунок 7.2, позиция г) имеют неприводные вертикальные валки, которые находятся между опорами подшипников горизонтальных валков и в одной плоскости с ними.

Рисунок 7.2 - Прокатные клети

Шестеренная клеть 6 предназначена для распределения крутящего момента двигателя между валками. Это одноступенчатый редуктор, передаточное отношение которого равно единице, а роль шестерен выполняют шестеренные валки.

Шпиндели предназначены для передачи крутящего момента от шестеренной клети прокатным валкам при отклонении от соосности до 10…12°. При незначительном перемещении в вертикальной плоскости применяют шпиндели трефового типа 3 в комплекте с трефовой муфтой. Внутренние очертания трефовых муфт отвечают форме сечения хвостовика валка или шпинделя. Муфтой предусмотрен зазор 5…8 мм, что допускает возможность работы с перекосом 1…2°. При значительных перемещениях валков в вертикальной плоскости ось шпинделя может составлять значительный угол с горизонтальной плоскостью, в этом случае применяют шарнирные или универсальные шпиндели 4, которые могут передавать крутящий момент прокатным валкам при перекосе шпинделя до 10…12°.

Существуют три основных способа прокатки, имеющих определенное отличие по характеру выполнения деформации: продольная, поперечная, поперечно - винтовая (рис.7.3).

Рисунок 7.3 - Схемы основных видов прокатки: а - продольная; б - поперечная; в - поперечно - винтовая

При продольной прокатке деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками (рис.8.3, а). Заготовка втягивается в зазор между валками за счёт сил трения. Этим способом изготавливается около 90 % проката: весь листовой и профильный прокат.

Поперечная прокатка (рис. 8.3, б). Оси прокатных валков и обрабатываемого тела параллельны или пересекаются под небольшим углом. Оба валка вращаются в одном направлении, а заготовка круглого сечения - в противоположном.

В процессе поперечной прокатки обрабатываемое тело удерживается в валках с помощью специального приспособления. Обжатие заготовки по диаметру и придание ей требуемой формы сечения обеспечивается профилировкой валков и изменением расстояния между ними. Данным способом производят специальные периодические профили, изделия представляющие тела вращения - шары, оси, шестерни.

Поперечно - винтовая прокатка (рис. 8.3, в). Валки, вращающиеся в одну сторону, установлены под углом друг другу. Прокатываемый металл получает ещё и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии. Применяется для получения пустотелых трубных заготовок.

В качестве инструмента для прокатки применяют валки прокатные. В зависимости от прокатываемого профиля валки могут быть гладкими, применяемыми для прокатки листов, лент и т.п. и калиброванными (ручьевыми) для получения сортового проката.

Сляб подается к рольгангу из печи с шагающими балками с помощью извлекателей, температура в печи достигает 12500С, а время нахождения в печи колеблется от 3 до 5 часов, это зависит от марки стали.

Далее из печи сляб следует в черновой окалиноломатель, в нем осуществляется обжатие металла для последующего удаления окалины; следом за ним расположен гидросбив, мощная струя воды под давлением 200 атмосфер очищает сляб от окалины.

После расположена двувалковая клеть, которая осуществляет небольшое обжатие, ее задача выронить раскат. За ней - универсальная клеть кварто, она содержит 4 валка, расположенных в клети, два рабочих и два опорных. Рабочие валки имеют меньшую площадь для снижения контакта поверхностей. Здесь раскат получает боковое и горизонтальное обжатие, а также увеличивается в длину.

Затем сляб подается в непрерывную черновую группу клетей. Ее особенность заключается в том, что раскат находится сразу во всех клетях одновременно, благодаря этому поддерживается закон постоянства объемов в секунду. Скорость вращения каждой последующей группы валков увеличивается, это исключает образование петель на полосе.

Перед чистовой группой клети установлены ножницы, они обрубают конец и переднюю часть полосы. За ним сразу же установлен гидросбив. В клети кварто существуют охлаждающие устройства, которые подают воду на полосу.

Так же существует система охлаждения валков, т.к. если не охлаждать валки, то могут возникнуть трещины. Здесь же установлены петледержатели, их называют "куперами", они держат натяжения между клетями, дают коррекцию, убирают петли.

На опорных валках клетей есть гидроцилиндры, они позволяют регулировать длину раската.

Так же существуют месдозы, для изменения давления между валками, чтобы полоса не сползала и не гнулась. Тут же расположены толщинмеры, гидросбив, шириномер и планшеномер.

Чтобы соблюсти размеры перед последующей смоткой нужно принять во внимание температуру для этого установлена система ламинарного охлаждения 1 и 2 группы моталок. Барабан моталок окружен формирующими роликами, они задают натяжение полосы для равномерного распределения воды. Получают рулоны длиной 1 км из сляба длиной в 5 м и толщиной 250мм его масса составляет от 15-200.

Для снятия рулона под барабан поднимается люлька, которая снимает с барабана рулон и надевает его на кантователь. За тем рулон следует по конвейеру на машину предварительной упаковки, за тем взвешивается на платформенных весах, вес заносится в компьютер к оператору, и затем раскат идет на первый поворотный стол, потом наклад горячекатаных рулонов, далее на упаковку, маркировку, погружаются на вагоны и направляются к заказчику.

Так же с рулонов берутся пробы. С помощью кранов зацепляют и увозят на осмотр.

Если валки износились то необходимо привести в рабочее состояние, эта процедура осуществляется в вальце-шлифовальном отделении. Здесь валки шлифуют и снимают наклеп.

Все технологические операции на стане механизированы и автоматизированы, применен ряд новых технических решений:

-    в первые в мировой практике установлена непрерывная черновая подгруппа из трех рабочих клетей, которая позволила улучшить температурный режим прокатки за счет сокращения длины черновой группы, а также снизить капитальные затраты на строительство цеха;

-       установлены две группы моталок, обеспечивающие дифференцированную смотку полос по толщине;

-       стан оснащен средствами и системами автоматизации технологического процесса прокатки и работы машин и механизмов с использованием эвм, в том числе системами автоматического регулирования толщины полосы, натяжения полосы, температурного режима и скорости прокатки, обеспечивающими высокую точность и требуемые механические свойства горячекатаной полосы.

 

.3 Структура и функции АСУ ТП стана горячей прокатки

Основная задача прокатного производства состоит в обеспечении требуемого качества проката, т.е. в обеспечении соответствия геометрических размеров, формы, физико-механических свойств и состояния поверхности проката заданным требованиям.

Прокатка металла является основной технологической операцией процесса производства проката. Остальные технологические операции обеспечивают возможность осуществления прокатки и получение требуемого качества проката.

Рассмотрим характерные функциональные задачи АСУ ТП прокатного стана (рис. 7.4):

Слежение за прохождением прокатываемого металла по всей технологической линии от склада заготовок до склада продукции является важнейшей информационной функцией АСУ ТП стана.

Управление станом при прокатке партии полос складывается из подготовки стана к прокатке и управления процессом прокатки партии полос.

Подготовка стана к прокатке очередной партии полос включает расчет программы прокатки и настройку стана.

Расчет программы прокатки партии полос заключается в определении законов изменения заданий локальным системам в функции времени и положения полос, обеспечивающих оптимальную прокатку партии полос.

Настройка стана заключается в выдаче локальным системам заданий, обеспечивающих приведение стана в исходное состояние для прокатки очередной партии полос, и реализацию этих заданий локальными системами. Расчет программы прокатки выполняется зональными УВМ на основании характеристик партии полос таким образом, чтобы обеспечить оптимальное протекание процесса прокатки.

Рисунок 7.4 - Функциональные задачи АСУ ТП прокатного стана

Управление прокаткой партии полос включает управление темпом прокатки и управление станом при прокатке отдельных полос партии. Управление темпом прокатки имеет целью обеспечить прокатку полос на стане с оптимальными интервалами между ними. Оно осуществляется УВМ зоны нагревательных устройств на основании программы прокатки с учетом информации о фактическом положении полос в линии стана путем выработки команд на выдачу заготовок из нагревательных устройств стана.

Управление станом при прокатке отдельной полосы партии можно подразделить на подготовку стана к прокатке полосы и управление процессом ее прокатки.

Подготовка стана к прокатке очередной полосы партии включает коррекцию программы прокатки и подстройку стана. Коррекция программы прокатки выполняется с целью обеспечить оптимальную прокатку очередной полосы с учетом ее фактических характеристик. Подстройка стана заключается в приведении его устройств и систем в исходное состояние для прокатки очередной полосы в соответствии с откорректированной программой прокатки. Коррекция программы прокатки проводится зональными УВМ. При прокатке первой полосы партии коррекция выполняется на основании информации об отклонении фактических характеристик полосы от характеристик партии, на основании которых рассчитывалась программа. При прокатке последующих полос коррекцию целесообразно осуществлять на основании информации об отклонениях характеристик очередной полосы от характеристик предыдущей. Коррекция программы прокатки и подстройка для отдельных зон (агрегатов) стана может проводиться после прохождения полосой предыдущих зон (агрегатов) стана и уточнения фактических значений ее характеристик.

Управление процессом прокатки отдельной полосы партии сводится к изменению заданий локальным системам стана в функции времени и положения прокатываемой полосы в соответствии с откорректированной программой прокатки полосы и реализации этих изменений локальными системами.

Расчет программы прокатки проводится перед началом прокатки партии полос, а ее коррекция может осуществляться перед прокаткой очередной полосы партии и перед очередным проходом.

Цель автоматизации сложного металлургического агрегата, каким является непрерывный широкополосный стан - обеспечение независимости

качества проката и производительности стана от обслуживающего персонала. При этом должны предотвращаться перегрузки оборудования, а затраты на обслуживание при полном использовании оборудования должны поддерживаться на минимальном уровне. Необходимо предусмотреть возможность использования более низких уровней автоматизации, т.е. должна обеспечиваться возможность частичного или полного ручного управления станом.

АСУ ТП прокатного стана должна функционировать в следующих режимах:

-  в информационно-советующем режиме, при котором средства вычислительной техники вырабатывают и выдают оперативному персоналу рекомендации по рациональному управлению процессом

-       в комбинированном режиме, при котором средства вычислительной техники автоматически изменяют уставки и параметры настройки локальных систем регулирования;

-       в режиме прямого управления, при котором средства вычислительной техники обеспечивают непосредственное управление исполнительными устройствами.

АСУ ТП современного широкополосного стана горячей прокатки осуществляет автоматическое управление технологическим процессом, начиная от взвешивания слябов перед нагревательными печами и заканчивая маркированием рулонов на конвейерах моталок.

8. Холодная прокатка

В 2011 году на Магнитогорском металлургическом комбинате в присутствии была введена в эксплуатацию первая очередь комплекса холодной прокатки - стан 2000. Основной продукцией комплекса мощностью 2 млн. т. продукции в год станет высококачественный холоднокатаный и оцинкованный прокат для производства внешних и внутренних деталей автомобилей. Продукция стана также широко востребована в производстве бытовой техники и в строительной отрасли.

Необходимость ввода новых мощностей была вызвана увеличением спроса на особо качественный холоднокатаный прокат, в первую очередь, для изготовления кузовов легковых автомобилей. Этот прокат производится на стане 2000 по самым передовым технологиям.

июля была введена в строй первая очередь комплекса холодной прокатки - линия непрерывного травления, соединенная со станом-тандем. Пуск второй очереди - агрегата непрерывного горячего цинкования, агрегата непрерывного отжига и агрегата инспекции полосы - был запланирован на июль 2012 г. Контракт на поставку комплекса стана 2000 холодной прокатки был заключен ОАО "ММК" в июле 2007 г. с немецким машиностроительным концерном SMS-DEMAG.

В состав технологического оборудования комплекса холодной прокатки (ЛПЦ-11) войдут:

-    непрерывная травильная линия турбулентного травления в соляной кислоте, совмещённая с пятиклетевым станом холодной прокатки производительностью 2100 тыс. тонн в год;

-       агрегат непрерывного горячего оцинкования производительностью 450 тыс. тонн в год;

-       комбинированный агрегат непрерывного отжига/горячего оцинкования производительностью 650 тыс. тонн в год;

-       вальцешлифовальное отделение с установками шлифования и текстурирования рабочих валков; агрегат инспекции и продольного роспуска полосы;

-       упаковочные линии для обработки холоднокатаных нагартованных и оцинкованных рулонов.

Основное предназначение комплекса, расположенного ЛПЦ-11, - производство высококачественного холоднокатаного и оцинкованного проката для внешних и внутренних деталей автомобилей, бытовой техники и строительных конструкций.

Сортамент производимой продукции - холоднокатаный лист в рулонах массой до 43,5 тонн толщиной полосы 0,28 - 3,0 мм и шириной 850-1880 мм.

января 2015 на стане 2000 холодной прокатки Магнитогорского металлургического комбината произведена 5-миллионная тонна продукции с момента пуска агрегата.

Во втором по счету на ММК цеху холодной прокатки (ЛПЦ-5) эксплуатируется стан 2500 холодной прокатки стального листа.

Сегодня в ЛПЦ № 5 продолжают совершенствовать технологии выпуска продукции, оперативно реагируя на пожелания потребителей к качеству поверхности, плоскостности, микротопографии, промасливанию поверхности проката. Одно из последних новшеств - ввод на агрегате поперечной резки и травильной линии машин электростатического промасливания, позволяющих наносить на всю поверхность проката минимальное и равномерное количество масла для предотвращения коррозии. В цехе постоянно идёт подбор оптимальных эмульсионных прокатных масел, новых жидкостей для мокрой дрессировки - для улучшения работы станов и качества поверхности листа.

 

.1 Подготовка исходных материалов

Исходным материалом для производства х/к листов, служат г/к полосы толщиной 1,5-6,0 мм, шириной 1250-2300 мм, свернутые в рулоны весом от 2 до 30 т, которые поступают из цеха горячей прокатки по конвейеру.

Первой операцией в цехе холодной прокатки является очистка поверхности листов от окалины, чтобы она не вдавливалась при холодной прокатке в металл и валки. Применяют химический и механический способы удаления окалины. Химический способ наиболее распространен, так как он способствует получению чистой поверхности листов, пригодной в дальнейшем для качественного нанесения защитных покрытий. При химическом способе применяют агрегаты непрерывного и периодического действия для травления углеродистой стали в растворах серной или соляной кислот. Непрерывное травление обеспечивает высокую производительность, максимальную автоматизацию процесса и минимальный расход кислоты. Для обеспечения непрерывности травления задний конец предыдущего рулона сваривают стыкосварочной машиной с передним концом последующего. При этом увеличивается масса рулона, что значительно повышает производительность станов холодной прокатки. Когда стали плохо свариваются, для осуществления непрерывного травления устанавливают машины механической сшивки концов рулонов. Места механической сшивки (двойной толщины) не прокатываются, а после травления вырезаются, что увеличивает отходы металла.

Большое положительное значение для повышения производительности травильных агрегатов имеет разрушение поверхностной окалины перед травильными ваннами в дрессировочных двухвалковых или четырехвалковых клетях, обеспечивающих обжатие до 5%. Способ травления - каскадный. Концентрация свежего раствора серной кислоты достигает 20-22%; температура кислотного раствора составляет 60-80° С; скорость движения полосы через травильные ванны 3-5 м/с. Длина травильных агрегатов достигает нескольких десятков метров. После травления полоса промывается в ваннах с холодной и горячей водой и сушится горячим воздухом. Затем на дисковых ножницах обрезаются боковые кромки, а для предотвращения коррозии при хранении полоса промасливается и свертывается в рулоны требуемой массы.

В последнее время для травления горячекатаных полос углеродистой стали вместо раствора серной кислоты стали применять раствор соляной кислоты. Травление в горячем растворе соляной кислоты концентрацией около 20% обеспечивает одинаковое удаление всех окислов железа (высших и низших), в то время как сернокислотный раствор хорошо травит только низшие окислы.

Продукты соляно-кислотного травления лучше растворяются в воде, а само травление происходит примерно в два раза быстрее, чем серно-кислотное; поверхность листов при соляно-кислотном травлении получается более ровной, что способствует их качественному покрытию другими металлами и составами. При соляно-кислотном травлении значительно меньший расход кислоты. Наконец, продукты соляно-кислотного травления FeCi3 и FeCb весьма эффективно потребляются в металлургическом производстве; потребление же продукта серно-кислотного травления (железного купороса) на месте затруднительно. Однако соляная кислота весьма токсична, разъедает резину; стоимость агрегатов для соляно-кислотного травления значительно выше, чем для сернокислотного.

Для очистки от окалины горячекатаных полос из легированных сталей используют дробеметную обработку. Этот вид механической обработки вместо травления применяют при очистке сталей, окалина которых очень тверда. Чугунная или стальная дробь, ударяясь о листе большой скоростью, разрыхляет и разбивает окалину.

 

.2 Описание технологического процесса

Полистный (карточный) способ холодной прокатки характерен для реверсивных и нереверсивных станов дуо и кварто. Некоторые современные станы, предназначенное для прокатки высококачественного металла, прокатывают отдельные листы.

Реверсивные станы с рулонным способом производства применяют главным образом для холодной прокатки легированной стали. Реверсивные одноклетевые станы кварто могут работать на толстом подкате (3-6 мм) и прокатывать лист толщиной до 0,5мм, а в некоторых случаях и более тонкий.

Для прокатки особо тонких листов и жести (тоньше 0,18 мм) применяют многовалковые станы. На многоклетевых станах уменьшения толщины полос достигают за счет увеличения числа клетей (до 5-6) или дополнительной прокаткой на двух или трехклетевых непрерывных станах (до 0,08 мм). Многовалковые станы (12- и 20-валковые) широко применяют при прокатке труднодеформируемых легированных сталей и сплавов.

При полистном способе прокатки карточки в валки задают вручную. На нереверсивном стане после прокатки партии листов с одним и тем же обжатием пакеты переносят на переднюю линию клети краном или транспортером для следующего прохода.

Прокатку на реверсивном стане рулонов ведут следующим образом. Полосу с разматывателя задают в валки, а затем передний конец заправляют в моталку. После заправки начинается процесс прокатки с натяжением. Таким же образом после заправки заднего конца прокатку ведут в обратном направлении. Скорость прокатки на реверсивных станах составляет 6-15 м/сек, производительность этих станов достигает 350 тыс. т в год.

Применение рабочих валков малого диаметра для получения минимально возможной толщины полосы диктует создание станов с приводом через опорные валки, что позволяет передать через их шейки требуемый крутящий момент.

Применение привода через опорные валки имеет следующие основные преимущества:

-    сравнительно легкая и быстрая смена рабочих валков, возможность организации "чистовых" пропусков на вновь отшлифованных валках для получения поверхности высокого класса чистоты;

-       гибкость в подборе рабочих валков благодаря возможности одновременного использования рабочих валков разных диаметров;

-       применение индивидуального привода вследствие достаточного межцентрового расстояния между осями опорных валков.

Использование рабочих валков малого диаметра ставит проблему исключения или значительного уменьшения их изгиба. Для этого одноклетевые реверсивные станы холодной прокатки с приводными опорными валками оснащают дополнительными опорными валками.

ОАО "ММК" является владельцем патента RU 2351414, в котором описывается решение задачи снижения производственных затрат при холодной прокатке полосовой стали повышенной прочности без ухудшения качества проката.

Стан холодной прокатки полос содержит разматыватель, рабочую клеть с приводным валком заданных диаметра D и твердости Т его бочки с системой подачи смазки в очаг деформации и моталку, в отличие от ближайшего аналога, при прокатке полос шириной 0,1…0,3 м из стали с пределом прочности ≤600 МПа в вертикальной осевой плоскости валка установлены сверху и снизу в опорах два неподвижных деформирующих элемента с поперечным сечением в виде равностороннего треугольника с закругленными вершинами, выполненные с возможностью перестановки местами граней этих элементов и с регулируемой величиной зазора между элементом и валком, а также на стане установлено натяжное приводное валковое устройство. При этом валок натяжного устройства при работе стана охватывается деформируемой полосой с встречным направлением движения ее ветвей в рабочей клети; высота деформирующего элемента может быть равна (0,4…0,5)D, а радиус закругления его ребер - (0,07…0,09)D, твердость закругленных ребер этого элемента может составлять (1,2…1,4)Т.

Конструкция предлагаемого стана схематично показана на рис. 9.1

В рабочей клети 1 стана установлен валок 2 с диаметром его бочки D и с приводом (не показан). В вертикальной осевой плоскости y-y валка 2 установлены два деформирующих элемента - верхний 3 и нижний 4, поперечное сечение которых выполнено в виде равностороннего треугольника с высотой H=(0,4…0,5)D, а углы закруглены радиусами R=(0,07…0,09)D, причем твердость закругленных ребер элементов в 1,5…1,8 раза больше твердости бочки валка. За клетью 1 расположено валковое натяжное устройство 5 с приводом. Стан имеет также разматыватель 6 горячекатаной рулонной полосы 7 и моталку 8 готового проката, а клеть 1 снабжена нажимными устройствами 9 для перемещения по вертикали элементов 3 и 4 с изменением зазора между ними и валком 2. Перед клетью 1 и за нею находятся отгибающие ролики 10 и 11.

Рисунок 8.1 - Схема стана холодной прокатки полос

Стан работает следующим образом.

Из разматывателя 6 полоса 7 поступает в клеть 1 в зазор заданной величины между валком 2 и верхним деформирующим элементом 3, где и осуществляется первичное обжатие металла на промежуточную его толщину. Затем полоса огибает валок натяжного устройства 5 на угол более 180° и движется в противоположном направлении (огибая ролики 10 и 11) к клети 1, где проходит в зазор между валком 2 и нижним элементом 4 - происходит обжатие металла на заданную конечную толщину. Готовая холоднодеформированная полоса сматывается в рулон в моталке 8. Для перемещения по вертикали элементов 3 и 4 с изменением зазора между ними и валком 2 клеть 1 снабжена нажимными устройствами 9.

Опытную проверку заявляемого стана осуществляли в лаборатории ОМД Магнитогорского государственного технического университета.

Отделка холоднокатаного листа включает дрессировку, правду, резку, сортировку, приемку и упаковку готовой продукции. Дрессировка (обжатия 0,5- 3,0%) обязательна для листа, подвергающегося глубокой штамповке. При дрессировке прочность возрастает на 10-15% при хорошей пластичности металла. Одновременно при дрессировке лист калибруется по толщине и можно получить любую требуемую поверхность - блестящую, глянцевую, полированную, матовую или шероховатую.

Дрессировку проводят за один проход в одной или двух клетях без смазки и охлаждения валков. На современных двухклетевых дрессировочных станах, предназначенных в основном для дрессировки жести, скорость прокатки достигает 30м/сек. Производительность двухклетевых станов составляет 450 тыс. т в год, но есть аналогичные станы с более высокой производительностью.

 

.3 АСУ ТП стана холодной прокатки

На предприятиях черной металлургии с полным циклом производства управление строится по переделам с координацией этих управлений в масштабе всего предприятия.

Автоматизация производства заключается в применении для выполнения производственных операций автоматических устройств, т.е. технических устройств, выполняющих заданные действия с использованием различных видов энергии без непосредственного участия человека.

Агрегаты цеха холодной прокатки оснащаются средствами автоматического контроля и системами регулирования и управления, обеспечивающие выполнение технологических требований, а также автоматизацию работы механизмов, диагностику неисправностей, учет работы оборудования и готовой продукции.

Цель автоматизации производства - повышение производительности и улучшение условий труда, обеспечение высокого качества продукции, оптимального использования всех ресурсов.

Функции АСУ ТП непрерывного стана холодной прокатки:

слежение за рулонами от разматывателя до маркировочной машины;

расчет установок для настройки стана на прокатку заданного сортамента;

управление основными и вспомогательными механизмами прокатного стана;

управление скоростными режимами прокатки;

регулирование натяжения полосы;

регулирование планшетности полосы;

центрирование полосы по оси стана;

контроль температуры полосы и валков;

регулирование расхода смазочно-охлаждающей жидкости;

измерение усилия прокатки и крутящих моментов;

учет расхода энергоносителей;

сбор, обработка и выдача технической и производственной информации, поступающей с пультов ручного ввода, от средств автоматического контроля и систем автоматизации;

диагностика неисправностей оборудования.

Схема АСУ ТП непрерывного стана холодной прокатки представлена на рис.8.2.

Рисунок 8.2 - Схема АСУ ТП стана холодной прокатки

Системы: 1 - автоматической перевалки рабочих валков; 2 - автоматической подачи и уборки рулонов; 3 - автоматической задачи полосы в клети; 4 - автоматического позиционирования механизмов; 5 - автоматического регулирования натяжения полосы между клетью и разматывателем; 6 - автоматического регулирования температуры валков; 7 - автоматической установки параллельности валков; 8 - автоматического управления соосностью валков; 9 - автоматического регулирования скорости прокатки; 10 - автоматического регулирования межклетевых натяжений; 11 - автоматического регулирования толщины полосы; 12 - автоматического центрирования полосы; 13 - автоматического регулирования натяжения полосы между клетью и моталкой; 14 - точной остановки барабана моталки; 15 - автоматического регулирования параметров смазочно-охлаждающей жидкости; 16 - расчета и выдачи уставок параметров; 17 - оптимизации процесса прокатки; 18 - слежения за рулонами от разматывателя до маркировочной машины; 19 - сбора, обработки и выдачи технической и производственной информации; 20 - диагностики неисправностей оборудования.

Средства автоматического контроля: 21 - датчики наличия рулонов на разматывателе и моталке; 22 - измеритель диаметра и ширины рулона; 23 - измеритель положения рулона на разматывателе (по оси стана и высоте); 24 - датчик начала и конца полосы; 25 - датчик положения сварного шва; 26 - датчик положения полосы относительно продольной оси стана; 27 - измеритель усилия прокатки; 28 - измеритель крутящего момента на шпинделях; 29 - измеритель усилия устройств регулирования клетей; 30 - датчик включения и выключения электродвигателей нажимных механизмов; 31 - измеритель температуры полосы и валков; 32 - датчик перемещения вспомогательных механизмов; 33 - измеритель зазора между рабочими валками; 34 - измеритель натяжения полосы; 35 - измеритель толщины полосы; 36 - измеритель скорости полосы; 37 - измеритель длины полосы; 38 - измеритель массы рулонов; 39 - датчики расхода смазочной и охлаждающей жидкостей.

Основными локальными системами управления устройствами являются:

-    системы управления положением валков;

-       системы управления скоростью вращения валков;

-       системы управления усилиями напряжения клетей (для клетей, оборудованных специальными устройствами);

-       системы управления натяжением моталки и разматывателя;

-       системы управления расходом смазочно-охлаждающей жидкости по длине бочки валков.

Локальные системы управления технологическими переменными включают:

-    систему регулирования натяжения полосы между клетями стана;

-       систему регулирования толщины полосы;

-       систему регулирования формы (профиля и формы) полосы.

Локальные системы управления технологическими переменными непрерывного стана холодной прокатки взаимодействуют через стан между собой. Поэтому они строятся как элементы единой комплексной системы автоматического управления технологическими переменными стана.

Практическая часовая производительность листового стана холодной прокатки определяется так же, как и листового стана горячей прокатки, с учетом коэффициента использования стана. Станы холодной прокатки листов работают также по непрерывному графику. Фактическое число часов их работы в году при определении годовой производительности можно принимать до 7500; Передний и задний концы рулонов прокатываются на заправочной скорости. Длительность прокатки на рабочей скорости, что является одним из основных факторов повышения производительности станов, зависит прежде всего от массы рулонов: чем она больше, тем выше производительность станов.

Расход металла при холодной прокатке на непрерывных и реверсивных станах определяется главным образом обрезью концов рулонов из-за отклонений по толщине готовых листов. Масса отходов определяется длинами концов рулонов, прокатываемых на заправочной скорости и массой рулонов: чем больше масса рулонов, тем меньше процент отходов. Расход металла зависит также от вида и марок стали прокатываемых листов и их назначения. В среднем расход горячекатаного металла при холодной прокатке рулонной стали составляет 1,07 т на 1 т листов. В пересчете на слитки это будет примерно 1,35 т на 1 т листов. Для жести приведенные значения будут составлять соответственно 1,09 т и 1,373 т на 1 т листов. Выпуск холоднокатаного листа с минусовыми допусками намного снижает расход металла.

Расход тепла в цехах холодной прокатки составляет около 250 тыс. ккал на 1 т листовой стали.

Расход электроэнергии на прокатку, отделку и термическую обработку холоднокатаного металла равен 90-100 кВт ч на 1 т листов. Для прокатки, отделки и термической обработки жести электролитического лужения (пятиклетевой стан) потребляется примерно 300 тыс. кВт-ч на 1 т продукции.

Расход воды на станах холодной прокатки составляет 20-30 м³ на 1 т листов.

Расход валков равен 0,8-1,25 кг на 1 т проката.

9. Агрегат непрерывного горячего цинкования

Цех покрытий ОАО "ММК" включает в себя три очереди производства проката. Первая очередь представляет собой агрегат электротехнического лужения, выпускающий белую луженую жесть. Второй очередью является агрегат непрерывного горячего цинкования. Третей - агрегат нанесения полимерных покрытий, запущенный в июле 2004 года.

Агрегат непрерывного горячего цинкования (АНГЦ) был построен на ММК при участии итальянской компании Danielli в июле 2002 года, в ходе реализации программы по выпуску готовой продукции. Проектная мощность агрегата составляет 500 тысяч тонн оцинкованного металла в год. Это первый в России агрегат цинкования подобной мощности и такого уровня.

На агрегате выпускаются оцинкованный металлопрокат под покраску и нанесение полимерного покрытия, а также под покрытие "гальванил", представляющего собой разновидность термодиффузионного цинкования.

Пуск мощного агрегата цинкования решил проблему дефицита оцинковки на внутреннем рынке. Продукция агрегата цинкования - холоднокатаный оцинкованный лист для автомобильной промышленности, качественные характеристики которого были положительно оценены специалистами АвтоВАЗа.

В комплексе с агрегатом цинкования задействованы еще два агрегата: поперечной резки и агрегат упаковки рулонов. Первый позволяет получать рулоны необходимого диаметра из заготовок, второй - упаковывать рулоны из оцинкованного листа, что позволяет получать на агрегате непрерывного горячего цинкования продукцию, готовую к реализации.

В 2008 г. в цехе покрытий Магнитогорского металлургического комбината был введен в эксплуатацию агрегат непрерывного горячего цинкования №2. На сегодняшний день он произвел более полутора миллионов тонн продукции.

Благодаря применению передовых технических решений, эта фирма создала наиболее оптимальную компоновку агрегата, позволяющую организовать производство товарной продукции с минимальными эксплуатационными и капитальными затратами. В частности, на новом агрегате установлена печь отжига горизонтального типа с применением зоны прямого пламенного нагрева (в АНГЦ №1 печь отжига вертикального типа), здесь используется более совершенная автоматика. Фирма-производитель разработала базовый инжиниринг, Магнитогорский Гипромез подготовил проект, генеральным подрядчиком строительства АНГЦ №2 выступило ОАО "Прокатмонтаж".

Новый агрегат ориентирован на производство оцинкованного проката в основном для строительной промышленности. Производительность АНГЦ №2 составляет 450 тысяч тонн в год. Агрегат предназначен для выпуска горячеоцинкованного проката в рулонах, толщиной 0,25 - 2,5 миллиметра, шириной 700 - 1476 миллиметра. В отличие от своего предшественника, АНГЦ №2 выпускает более узкий и толстый сортамент, при этом имеется возможность производства оцинкованного горячекатаного проката.

АНГЦ №2 стабильно работает со 100%-й загрузкой производственных мощностей, выпуская в месяц около 30 тысяч тонн продукции.

Цех покрытий является одним из наиболее успешно развивающихся производственных подразделений ОАО "ММК". Цех ориентирован на выпуск продукции дальнейших переделов, имеющую наибольшую добавочную стоимость. В 2004 году в цехе покрытий ОАО "ММК" был введен первый агрегат нанесения полимерных покрытий. Агрегат мощностью 200 тысяч тонн в год был построен по проекту фирмы "Voest-Alpine". АПП формирует на поверхности холоднокатаного листа или оцинкованной стали слой пластизоля, поливинилдефторида, полиэстера. Нанесение различных покрытий на поверхность стального листа позволяет получать продукцию с высокой коррозионной стойкостью, высокими потребительскими свойствами. Основным рынком сбыта листа с покрытием является строительная индустрия, значительные объемы металла с полимерным покрытием используются в производстве бытовых товаров.

Летом 2009 года вошел в строй второй агрегат нанесения полимерных покрытий. Его производительность составляет 200 тысяч тонн, оборудование поставила итальянская компания FATA HUNTER. С пуском АПП-2 мощности ММК по выпуску окрашенного металла возросли до 400 тысяч тонн в год. В состав оборудования нового агрегата включены горячий и холодный ламинаторы, предусмотрена возможность изготовления проката с текстурированным полимерным покрытием. Конструкция печи нового агрегата также обеспечивает получение материалов "белой техники" - холодильников, стиральных машин и т.д.

 

.1 Технология горячего цинкования

Под термином "горячее цинкование" понимают нанесение цинкового покрытия на поверхность металлических изделий, преимущественно из стали, ковкого, а также серого чугуна, путем погружения изделия в расплав цинка.

Для успешного проведения процесса требуется соблюдение следующих условий.

Поверхность изделия должна быть металлически чистой в момент ее контакта с цинком, что обычно достигается тщательным обезжириванием, удалением ржавчины и окалины, а также обработкой во флюсе, и для лучшего смачивания расплавом покрыта пленкой флюса. Перед погружением изделия в расплав и выгрузкой поверхность расплава должна быть очищена от окислов и других посторонних веществ.

Производственный процесс можно разделить по времени на следующие стадии:

-    погружение изделия в расплав цинка;

-       выдержка до полного выкипания флюса и до выравнивания температуры изделия и расплава цинка;

-       выгрузка изделия из расплава цинка;

-       охлаждение изделия.

Сцепление цинкового слоя с поверхностью изделия достигается в результате диффузионного процесса между цинком и железом; покрытие обычно состоит из слоев железоцинковых сплавов и покровного слоя чистого цинка.

Производительность процесса существенно зависит от размеров, формы и материала изделия, качества его предварительной обработки, параметров цинковальной установки (размеры ванн, тепловая мощность, степень механизации) и температуры расплава цинка.

Качественные показатели оцинкованных изделий (коррозионная стойкость, прочность сцепления цинка с основой, внешний вид, износоустойчивость, толщина слоя покрытия и т. д.) зависят главным образом от температуры и времени погружения изделия в расплав, состава расплава, состава материала основы и качества предварительной и последующей обработки поверхности изделия.

Сопутствующие элементы и примеси в цинке, связанные с процессом его получения, оказывают определенное влияние на толщину и качество покрытия. Предельные значения основных компонентов расплава приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1 - Допустимое содержание компонентов цинкового расплава (по стандарту TGL18733)

Способ цинкования	Содержание цинка, % (не менее)	Содержание компонентов, % (не более)
		Al	Fe	Cd	Al+Fe+Cd
Мокрый	98,5	0,02	0,08	0,08	1,5
Сухой		0,2		0,3

В табл. 9.2 указан примерный состав различных видов цинка.

Черновой и рафинированный цинк являются наиболее приемлемыми для горячего цинкования с экономической и технологической стороны. Указанные виды цинка отличаются друг от друга главным образом содержанием свинца. Так как содержание свинца в черновом цинке настолько высоко, что с течением времени нерастворимая в расплаве часть свинца оседает на дно ванны цинкования, применение чернового цинка дает примерно те же результаты, что и рафинированного. Электролитный цинк почти не применяют из чисто экономических соображений, однако при использовании этого цинка можно получить покрытие с высокой способностью к деформации и в особенности к изгибу.

Таблица 9.2 - Виды цинка и их состав (%, по массе)

Вид цинка	Минимальное содержание Zn	Содержание примесей
		Pb	Fe	Cd
Электролитный	99,8	0,06 - 0,12	0,01 - 0,06	0,005 - 0,01
Рафинированный	98,5	0,4 - 0,8	0,02 - 0,05	0,03 - 0,05
Черновой	98,5	1,0 - 1,2	0,02 - 0,05	0,03 - 0,05
Пирометаллургический	96	4(Pb+Fe+Cd+Sn)

Пирометаллургический цинк можно применять для горячего цинкования лишь с ограничениями. Наиболее опасно присутствие в этом виде цинка окислов и в первую очередь окиси цинка и железа. Пирометаллургический цинк применяют лишь в качестве добавки и в особенности при необходимости ввести в расплав олово с целью образования кристаллического узора и для придания покрытию блеска. Применение цинка, полученного регенерацией гартцинка, не рекомендуется, так как в этом цинке всегда содержится большой процент железа, что приводит к повторному усиленному образованию гартцинка в ванне покрытия.

В силу того, что расплавленный цинк не может вступать в реакцию с металлом или сталью покрытой вторичной окалиной или маслом, металлоконструкция перед погружением в расплавленный цинк должна пройти процесс очистки, который включает обезжиривание, пескоструйную очистку и кислотное травление (рис. 9.1).

Предварительно обработанный, металлически чистый материал, подлежащий горячему цинкованию, погружают в расплав цинка. При "мокром" цинковании это погружение производят через покров флюса, а при "сухом" - после обработки во флюсе и сушки; изделия можно подавать поштучно или непрерывно. В зависимости от формы, количества и размеров деталей процессы цинкования ведут либо вручную, при помощи соответствующих приспособлений, либо механизированным способом, либо автоматически. Для закрепления деталей на транспортирующих траверсах служат цепи или железные крюки-подвески (проволочные канаты для этой цели непригодны), которые во время процесса цинкования погружаются в расплав и цинкуются. Погружение подвесных приспособлений в травильный раствор не рекомендуется, так как отложившийся на них цинк оказывает вредное воздействие на процесс травления; поэтому для предварительной обработки и цинкования стремятся применять разные подвески. В том случае, когда подвески используют для предварительной обработки, и для процесса цинкования, эти приспособления после цинкования, перед повторным применением в процессе предварительной обработки, должны быть протравлены для удаления цинка. Травление подвесок производят в отдельной емкости с отработанной кислотой. Масса подвесок, погружаемых в расплав цинка, должна быть по возможности наименьшей во избежание тепловых потерь и бесполезного расхода цинка.

Вновь изготовленные подвески должны быть очищены и оцинкованы, чтобы предотвратить повышенный угар цинка.

Перед погружением изделия в цинковый расплав поверхность расплава следует очистить от золы, изгари, окислов и прочих загрязнений. Время погружения должно быть минимальным. При погружении необходимо обеспечить беспрепятственное введение изделия в расплав с безостаточным вытеснением воздуха из полостей и обеспечением всестороннего проникновения жидкого цинка.

Рисунок 9.1 - Схема технологического процесса

Время выдержки изделия в расплаве должно быть по возможности минимальным с целью воспрепятствовать росту хрупких слоев железоцинковых сплавов и увеличению толщины цинкового покрытия.

Продолжительность выдержки в расплаве включает время, необходимое для нагрева изделия до температуры расплава и для выкипания флюса; окончание выдержки производится по прекращении бурления цинка. Время выдержки зависит главным образом от массы цинкуемого изделия, его формы и количества флюса на поверхности.

Во время цинкования детали необходимо перемещать с целью облегчения удаления воздуха, остатков флюса, а также для обеспечения всестороннего проникновения жидкого цинка. Перед выгрузкой оцинкованных деталей необходимо очистить поверхность расплава от изгари, окислов и т. п.

Толщина и равномерность цинкового покрытия во многом зависят от условий выгрузки изделий. Вследствие слишком быстрой выгрузки могут образоваться толстые неравномерные слои покрытия.

Скорость выгрузки в значительной мере зависит от вида цинкуемого материала и от времени, необходимого для того, чтобы расплав цинка мог стечь. Желательно, чтобы струи стекающего цинка не прерывались до достижения поверхности цинкового расплава. После цинкования изделия охлаждают. Массивные детали обладают значительной теплоемкостью, в результате чего после выгрузки изделий продолжается процесс диффузии железа в цинк. В этом случае слой сплава проникает к поверхности слоя чистого цинка и на блестящей поверхности образуются тускло-серые пятна. Путем резкого охлаждения (обдувкой холодным воздухом) можно избежать этих явлений.

Охлаждение можно производить в воде при 80-90°С, причем если детали должны сохранить блеск, то в воду добавляют масло или жидкое мыло. Быстрое охлаждение цинкового покрытия от температуры расплава цинка до 90°С дает мелкокристаллическую структуру и препятствует появлению кристаллического узора, в результате чего образуется серебристая поверхность.

Оцинкованные детали следует быстро удалять из отделения цинкования, особенно в тех случаях, когда травильное отделение и отделение цинкования расположены в одном помещении. В противном случае высокая влажность воздуха и наличие хлора в атмосфере помещения могут вызвать коррозию цинковых покрытий.

При складском хранении детали должны иметь свободный доступ воздуха со всех сторон, так как при падении температуры ниже точки росы начинается конденсация влаги, что приводит к образованию на поверхности цинка белых продуктов коррозии ("белая ржавчина").

 

.2 Способы цинкования

В зависимости от вида и состояния флюса, а также состояния поверхности изделия при погружении его в расплав цинка (влажная или сухая) различают два основных способа горячего цинкования, "мокрый" и "сухой".

Выбор способа цинкования зависит от вида цинкуемого изделия, требований к цинковому покрытию в зависимости от его толщины и пластичности и определяется содержанием алюминия, вводимого в цинковый расплав. Мокрый способ применяют преимущественно для цинкования посуды и других штучных изделий, сухой - главным образом для цинкования стальных конструкций, крупногабаритных деталей, а также для непрерывного цинкования.

Крупногабаритные детали после травления обсыпают хлористым аммонием, обдувают горячим воздухом или просушивают над расплавом цинка, после чего цинкуют. Конечно, такой способ неэкономичен (большая затрата времени и повышенное выпадение гартцинка), кроме того, не исключается брак цинкования (непокрытые места, включения флюса и т. п.).

Выбор поштучного или непрерывного способа горячего цинкования обусловлен главным образом видом цинкуемого изделия, количеством и номенклатурой типовых изделий, которые могут быть оцинкованы на одних и тех же приспособлениях в механизированной установке или в поточной линии, а также экономическими расчетами. Даны технологические схемы операций цинкования по "мокрому" и "сухому" способам.

Цинкование нашатырным ("мокрым") способом.

При этом способе часть поверхности расплава отделена профилированной рамой (так называемая флюсовая коробка), в которой поверхность цинка покрыта флюсом - смесью хлоридов цинка и аммония с добавкой пенообразователя (обычно глицерин). Вспенивание флюса ограничивает теплопередачу от расплава цинка к флюсу и тем самым значительно сокращает выпаривание флюса.

Изделие, поступающее из промывной ванны или ванны хранения, погружают во влажном виде в расплав цинка через покров флюса, поворачивают в расплаве цинка под флюсовой коробкой и, минуя эту коробку, подводят к поверхности расплава, свободной от флюса. Флюсовая коробка может препятствовать обработке крупногабаритных деталей. В этих случаях распределяют покров флюса по всей поверхности цинкового расплава и сдвигают его в сторону при выгрузке оцинкованных деталей.

Цинкование по мокрому способу имеет следующие преимущества по сравнению с сухим: меньшая потребность в площадях и низкие капиталовложения; ограниченное образование цинковой золы; высокое травящее действие флюса благодаря образованию гидроксоноцинковой кислоты и хлористого водорода, что может исправить брак предварительной обработки.

К числу недостатков следует отнести пониженное содержание алюминия в цинковом расплаве (<0,01 - 0,02 %, а при фторсодержащем флюсе <0,02 % - 0,04%) и, как следствие, образование твердых, мало пластичных цинковых покрытий в результате формирования хрупкого слоя железоцинковых сплавов; повышение выпадения гартцинка на 5% вследствие травящего действия флюса; уменьшение полезной площади зеркала ванны из-за установки флюсовой коробки, что делает способ пригодным только для мелких деталей, соответствующих размерам флюсовой коробки.

Цинкование алюминиевым ("сухим") способом.

После травления и промывки детали погружают в раствор флюса, содержащий хлориды цинка и аммония, а также смачиватель, при температуре 20- 80° С. После того как вся поверхность изделия оказывается смоченной, флюс подвергают сушке, при которой вода испаряется, а сам флюс остается на поверхности цинкуемого изделия в виде тонкой корочки солей. Эта корочка расплавляется при погружении в цинковый расплав и очищает поверхность изделия. Для сушки применяют преимущественно проходные сушильные печи и сушильные приямки, а в некоторых случаях сушильные плиты. Проходные сушильные печи по сравнению с сушильными приямками требуют значительно больших средств на капиталовложения и эксплуатацию.

Температура сушки флюса зависит от состава раствора флюса и содержания алюминия в цинковом расплаве. Надо иметь в виду, что при подсушивании раствора флюса выпаривание раствора хлорид цинка - хлористый аммоний проходит через нежелательную в данном случае область существования гидроксоноцинковой кислоты, причем может начаться растравливание железа основы с образованием солей железа. Для борьбы с этим явлением сушку необходимо производить по возможности быстро и интенсивно, чтобы изделие не находилось длительное время в контакте с агрессивной гидроксоноцинковой кислотой. В связи с тем, что сушка происходит при высокой температуре, необходимо обеспечить приток воздуха. Верхняя граница температуры сушки обусловлена точкой плавления флюса, составляющей ~230°С, и начинающимся при этом термическим разложением цинкаммонийхлорида, а нижняя граница- обезвоживанием гидрата хлористого цинка. Температура сушки обычного флюса (60-200° С) указывается поставщиком флюса. При этом числовые параметры относятся к температурам на поверхности просушиваемого изделия, подлежащего цинкованию. Сушильная печь ввиду очень низкого парциального давления паров гидрата хлористого цинка при этой температуре должна быть обеспечена достаточной конвекцией.

Основные преимущества "сухого" способа цинкования состоят в возможности получения пластичных цинковых покрытий и цинкования углеродистых сталей благодаря значительному замедлению скорости реакции железа с цинком. Этим способом можно получать тонкие покрытия на проволоке и на листах для последующей глубокой вытяжки; уменьшить расход цинка (из-за более тонких цинковых покрытий, ограничения роста слоя сплава, незначительного выпадения гартцинка).

В результате перечисленного расход цинка уменьшается на 30-50% по сравнению с "мокрым" цинкованием. Кроме того, уменьшается брак по флюсовым включениям. К недостаткам способа следует отнести: большую потребность в производственных площадях, а также высокие капиталовложения; повышенные требования к чистоте металлической поверхности; необходимость в постоянном контроле содержания алюминия в расплаве цинка. При сухом цинковании флюс следует подвергать постоянному анализу и корректировке, так как его состав изменяется в результате заноса воды, остатков кислоты, а также из-за уноса его с изделиями, а его сушка требует контроля температуры во избежание растравливания металла или выгорания флюса.

9.3 Автоматизация на линиях горячего цинкования

Автоматизация производства сегодня имеет решающее значение в конкурентной борьбе предприятий на рынке промышленной продукции. Необходимость повышения производительности и снижения издержек требует постоянного анализа производства с целью его оптимизации. И именно с помощью автоматизации скрупулезно собираются все возможные сведения о технологическом процессе, производится их анализ и по его результату корректируются параметры технологии.

Линию горячего цинкования стальных конструкций можно отнести к поточному производству. Чаще всего оборудование, обеспечивающее последовательность операций подготовки поверхности и нанесения покрытия, имеет линейное расположение. Однако изделия, подлежащие цинкованию, как правило, значительно отличаются друг от друга как массой, размерами и формой, так и состоянием поверхности (зажиренность, окалина, ржавчина). Это конструкции и изделия из гнутого профиля, стального проката различного сортамента, трубы круглого или прямоугольного сечения.

Известно, что качество выпускаемой продукции определяется четким исполнением технологического регламента. Достигнуть требуемого сегодня уровня качества продукции невозможно без применения автоматизированных систем управления производством.

Автоматизация технологии горячего цинкования сопряжена со значительными трудностями, заключающимися в том, что она совмещает различные виды производств: химическая подготовка поверхности в кислых растворах обезжиривания и солянокислых травления, флюсование в растворе хлоридов цинка и аммония, сушка и предварительный подогрев офлюсованных конструкций, погружение в расплав цинка. Кроме того, конструкции, поступающие на горячее цинкование, могут отличаться маркой стали, размером, массой, толщиной элементов.

Химическая подготовка поверхности стальных конструкций требует соблюдения ряда параметров, в числе которых температура, химический состав, концентрация продуктов обезжиривания и травления в соответствующих ваннах. Оператор должен определить продолжительность обезжиривания или травления, учитывая состояние поверхности изделия и кондиции растворов. В технологии горячего цинкования подготовка поверхности является самым медленным этапом. В связи с этим применяют несколько ванн травления. Исходя из того, что по существующей технологии все ванны травления имеют различную концентрацию кислоты и ионов железа, оператору при определении продолжительности травления приходится решать уравнение с двумя неизвестными. Поэтому продолжительность выдержки конструкции в ванне обезжиривания или травления определяют опытным путем. Введение балльной оценки вида и состояния конструкции позволит с помощью автоматизированной системы более точно определять продолжительность подготовки поверхности.

При нанесении покрытия следует определять продолжительность выдержки конструкции в расплаве, контролировать температуру расплава, его химический состав, а также контролировать количество в нем гартцинка и его загрязненность неметаллическими включениями. Кроме того, следует правильно группировать конструкции на траверсе с тем, чтобы они значительно не отличались по массе и толщине металла.

На рис. 9.2 изображена типовая полностью автоматизированная высокоскоростная линия горячего цинкования горизонтального типа:

Рисунок 9.2 - Схема автоматизированной линии горячего цинкования

Непрерывная линия горячего цинкования состоит из следующих технологических секций и оборудования:

Входная секция состоит из двух разматывателей рулонов (масса рулона 10-40 т), работающих поочередно, двух толщиномеров для измерения толщины полосы, сдвоенных гильотинных ножниц для обрезки утолщенных концов полосы, электросварочной машины с правильными роликами для сварки внахлестку концов полос двух рулонов, небольшой петлевой ямы перед дисковыми ножницами для обрезки боковых кромок полосы, натяжных роликов и многоярусного петлевого устройства (накопителя с запасом полосы).

Во время сварки концов полосы двух рулонов входная секция не работает (40-60 сек); последующие секции работают, непрерывно выбирая запас полосы из накопителя.

Электросварочная машина работает в автоматическом режиме при выполнении следующих операций: центрирование концов двух полос, чистовая резка концов, накладка концов, зажим, правка, сварка, обжатие сварного шва. Все силовые механизмы имеют привод от гидроцилиндров. Утолщение сварного шва не более 10% от толщины полосы; прочность, шва не менее 85% от прочности основного металла полосы, что обеспечивает последующее движение полосы в линии с натяжением и при высокой скорости.

Вертикально-петлевой аккумулятор работает в автоматическом режиме от системы "слежения" за запасом полосы, регулирующей скорость движения полосы во входной секции. Концевая тележка накопителя перемещается от канатного барабана, имеющего непосредственный (безредукторный) привод от электродвигателя, что обеспечивает постоянное натяжение полосы во всех петлях при прямом и обратном ходе тележки.

Секция электрохимической очистки состоит из ванн электрохимической очистки (обезжиривания) в щелочном растворе, камеры промывки и сушки и натяжных роликов.

Секция термической обработки состоит из регулятора натяжения полосы, печи безокислительного нагрева, блока струйного охлаждения и камеры выдержки. В печи полоса нагревается до температуры 450-470°С, при которой сгорают остатки смазки на поверхности полосы, затем производится отжиг полосы при 730-800°С (для продукции, пригодной для нормальной вытяжки при штамповке) или нормализация при 900-950°C (для полосы, предназначенной для глубокой вытяжки). Термическая обработка осуществляется в защитной атмосфере, содержащей 10-15% водорода. Предусмотрена возможность увеличения производительности термообработки (скорость полосы до 15 м/с) путем интенсификации прямого восстановительного нагрева полосы в продуктах неполного сжигания газового топлива; при этом при-меняются последующее ступенчатое ускоренное охлаждение в блоке струйного охлаждения, состоящем из вентилятора, водяного теплообменника и системы сопел для струйной подачи защитного газа на полосу, и выдержка полосы при температуре около 500°С в камере выдержки.

Секция цинкования состоит из наклонного канала, наполненного защитным газом, ванны с расплавленным цинком с погружным оборудованием(погружной барабан, стабилизирующий и корректирующий ролики с подшипниками скольжения). По наклонному каналу полоса (не соприкасаясь с воздухом) при температуре около 500°С поступает в ванну с расплавленным цинком (температура расплава 440-460°С). Толщина покрытия полосы цинком регулируется при помощи бесконтактного струйного устройства. Цинковая ванна имеет керамическую футеровку либо сделана из спец. сплава, ее обогрев осуществляется при помощи съемных индукторов, газовых горелок, погружных керамических нагревателей.

Секция охлаждения состоит из печи для отпуска (320-350°С) и камеры охлаждения оцинкованной полосы воздухом и толщиномера цинкового покрытия.

Секция правки и дрессировки состоит из двух дрессировочных клетей для дрессировки полосы и правильно-растяжной машины. Дрессировка (прокатка с небольшим обжатием 0.5-1.5 %) и правка растяжением применяются с целью повышения качества поверхности полосы (планшетности), что необходимо для последующего нанесения полимерных покрытий. Контроль степени обжатия (вытяжки) осуществляется при помощи индукционных импульсных датчиков и регуляторов натяжения полосы. Далее полоса проходит через ванну пассивации для закрепления на поверхности декоративных рисунков ("цинковых цветов"), образующихся при кристаллизации цинка в камере охлаждения.

Выходная рулонная секция состоит из вертикального петленакопителя, системы контроля качества поверхности (куда входят прибор контроля ширины и сквозных дефектов, радиационного толщиномера, промасливателя для нанесения консервирующего состава на полосу, ножниц для поперечной резки двух наматывателей для сматывания готовой полосы в рулоны определенной массы. Также в составе линии цинкования можно предусмотреть для получения готовой оцинкованной продукции в листах и штрипсах линии продольной и поперечной резки.

Автоматизированная система управления технологическим процессом горячего цинкования повышает технологическую дисциплину персонала, способствует повышению производительности оборудования и качества выпускаемой продукции. Анализ накапливаемой в системе информации позволяет определять мероприятия по снижению издержек и повышению производительности оборудования.

Современные линии горячего цинкования должны быть укомплектованы подобными системами. От качества и надежности системы автоматизации во многом зависят успехи предприятия в конкурентной борьбе на рынке горячего цинкования. Если в настоящее время услуга горячего цинкования во многих регионах является дефицитной, то завтра успех предприятия будет определять даже небольшой процент снижения себестоимости продукции.

Действующие в настоящее время в России производства по горячему цинкованию стальных конструкций и изделий не располагают подобными системами автоматизированного управления. Это накладывает определенные ограничения на возможность совершенствования таких производств.

Разработанная автоматизированная система управления технологическим процессом горячего цинкования может быть адаптирована в условиях действующего предприятия. Это потребует незначительной модернизации оборудования и позволит поддерживать высокий уровень производства, как с точки зрения себестоимости и качества выпускаемой продукции, так и экологической и промышленной безопасности.

Заключение

Магнитогорский металлургический комбинат сегодня - это современное высокорентабельное предприятие, входящее в число 20 крупнейших сталелитейных компаний мира и в тройку ведущих предприятий металлургической отрасли России. Он представляет собой самый крупный в стране металлургический комплекс с полным производственным циклом.

Настоящее экономическое положение ОАО "ММК" было достигнуто благодаря эффективному управлению предприятием, которое включает в себя выполнение таких функций, как планирование и анализ.

Для удержания рыночных позиций в условиях снижения спроса на металлопродукцию и удорожания используемых ресурсов необходимо уделять особое внимание к качеству производимой продукции, к постоянному учету затрат на производство продукции и к реализации мероприятий по их снижению и проведению детального анализа конечных результатов деятельности хозяйствующего субъекта, чтобы в дальнейшем воспользоваться этими результатами при учете и планировании.

Технико-экономический анализ деятельности предприятия является одной из функций управления и основывается на изучении экономики, техники и организации производства, предусматривает комплексное изучение деятельности предприятия с целью повышения его эффективности.

Особенности производства оказывают существенное влияние на организацию управления и поэтому должны быть учтены в процессе планирования дальнейшей деятельности предприятия.

Магнитогорский металлургический комбинат, согласно данным отчетности по операционным результатам за I квартал 2015 года, увеличил выпуск стали, товарной металлопродукции, продукции с высокой добавленной стоимостью, а также существенно нарастил экспортные поставки.

ММК продолжает улучшать производственные показатели, несмотря на неблагоприятную рыночную ситуацию. Компания в I квартале 2015 года выпустила 3,2 млн тонн стали (+5,1% к IV кварталу 2014 года). Производство товарной металлопродукции увеличилось на 2,4% по сравнению с IV кварталом 2014 года и составило 2,8 млн тонн.

В течение I квартала 2015 года общая загрузка сталеплавильных мощностей основной площадки в Магнитогорске превышала 92%. При этом конвертерное производство, а также станы 2000 и 5000 были загружены на 100%, говорится в сообщении компании. Отметим также, что выпуск продукции с высокой добавленной стоимостью увеличился на 7,6% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года и достиг отметки в 1,1 млн тонн.

В компании отмечают несколько факторов, оказавших влияние на высокие производственные результаты. Повышенный спрос на толстый лист связан с увеличением заказов со стороны трубных компаний. Высокий спрос на прокат с покрытиями в I квартале 2015 года связан c процессом пополнения складских запасов трейдерами, который в этом году начался раньше в связи с ожиданиями роста рублевых цен на внутреннем рынке до уровня экспортного паритета. Несмотря на зимний период, который обычно характеризуется низкой активностью потребителей строительного сортамента, реализация сортового проката в I квартале 2015 года осталась практически на уровне прошлого квартала и составила 440 тысяч тонн.

В I квартале 2015 года резко вырос экспорт продукции ОАО "ММК". В компании объясняют это девальвацией рубля в декабре 2014 года и временным лагом при выходе внутренних цен на уровень экспортного паритета, в связи с чем привлекательность экспортных отгрузок в январе - феврале 2015 года выросла. Используя этот фактор, компания нарастила отгрузку в экспортном направлении до 647 тысяч тонн (плюс 208 тысяч тонн, или 47,2%, к уровню IV квартала 2014 года). При этом доля отгрузки на экспорт выросла до 22,7% от всего объема реализованной продукции. Однако в сообщении ММК подчеркивается, что внутренний рынок остается по-прежнему приоритетным для компании.

Во II квартале 2015 года ОАО "ММК" ожидает некоторого ослабления спроса на свою продукцию на внутреннем рынке со стороны строительной отрасли и производителей стройматериалов, что в первую очередь связано с общим замедлением экономической активности. Компенсировать ослабление спроса на внутреннем рынке ММК планирует за счет экспортных продаж и импортозамещения, которое стало возможным благодаря девальвации рубля и снижению себестоимости на фоне падения сырьевых цен.

Список литературы

.       Ишметьев Е.Н. и др. Автоматизация и оптимизация управления технологическими процессами внепечной доводки стали: Монография. - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2008. - 312 с.

2.      Окороков Н.В. Электроплавильные печи черной металлургии. - М.: Металлургия, 2005. - 220 с.

.        Ефроймович Ю.Е. Оптимальные электрические режимы дуговых сталеплавильных печей. - М: Металлургиздат, 2005. - 98 с.

.        Идентификация элементов систем управления и оптимизации контуров управления технологическими процессами./ Парсункин Б.Н. - Магнитогорск, 2006. - 148 с.

.        Шаталов Р.Л. Автоматизация процесса горячей прокатки плоского металла Издательство: МГОУ, 2009 год

.        Восканьянц А.А. Автоматизированное управление процессами прокатки: Учеб. пособие / А.А. Восканьянц; Московский гос. техн. ун-т им. Н.Э. Баумана - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. - 85 с.

.        Теоретические и практические основы проектирования машин непрерывного литья. Монография/ А.Г. Журило, Д.Ю. Журило, Ю.В. Моисеев. Х.: НТУ "ХПИ", 2013. - 174 с.