Курсовая работа по металлургии на тему ОБЗОР ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ПРОКАТКИ СТАЛИ

ВВЕДЕНИЕ

Обработка металлов давлением, среди которой прокатка занимает ведущее место, обеспечивает до 90% выпуска черного металлопроката в современной металлургии. Листовой прокат из углеродистых и низколегированных сталей применяется в судостроении, машиностроении, строительстве и энергетическом оборудовании, составляя около 60% общего объема производства стали в России [1-5].
Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения эффективности прокатных станов при одновременном улучшении качества готовой продукции. Традиционные двухвалковые листовые станы (типа 1700, 2000) обеспечивают высокую производительность (150-400 т/ч), но имеют ограничения по точности толщины (±1,0 мм) и плоскостности поверхности. В этих условиях клети типа "КВАРТО" с комбинацией рабочих и опорных валков позволяют достичь точности ±0,05 мм при производстве тонколистового проката (0,5-6 мм), что особенно важно для автомобильной и судостроительной промышленности.
Цель курсовой работы – изучить и сравнить технологические процессы листовой горячей прокатки стали и прокатки с использованием клетей типа "КВАРТО", выполнив расчеты основных технологических параметров и обосновав области рационального применения каждого метода.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Провести литературный обзор современных технологий горячей прокатки листового проката.
2. Проанализировать технологическую схему, кинематику и оборудование листовых прокатных станов.
3. Рассмотреть конструктивные особенности и преимущества прокатных клетей типа "КВАРТО".
4. Выполнить расчеты силы прокатки, момента, мощности главного привода для типовых режимов.
5. Сравнить технико-экономические показатели рассматриваемых технологий и разработать рекомендации по их применению.
Объектом исследования выступают технологические процессы горячей прокатки листового проката из конструкционных сталей на современных прокатных станах.
Предметом исследования являются кинематика деформации, конструкция оборудования и технологические параметры прокатки в листовых станах и клетях типа "КВАРТО".
Методы исследования включают:
• Анализ научно-технической литературы и нормативной документации (ГОСТ 19903-2015, ГОСТ 14637-2017);
• Расчетно-аналитические методы определения усилий, моментов и мощности прокатки;
• Сравнительный анализ технологических процессов по критериям производительности, точности и энергоэффективности;
• Графическое моделирование схем деформации и конструкций оборудования.
Научная новизна работы заключается в комплексном сравнении технологий традиционной листовой прокатки и прокатки в клетях "КВАРТО" с расчетом технологических параметров для типовых сталей 3пс и 10пс, а также в разработке рекомендаций по рациональному выбору технологии в зависимости от требуемой точности и толщины проката.
Практическая значимость результатов состоит в возможности применения разработанных расчетных зависимостей и рекомендаций при проектировании прокатных станов, выборе технологических режимов и оптимизации производственных программ металлургических предприятий.
Работа выполнена в полном соответствии с заданием и может служить основой для дальнейших исследований в области совершенствования технологий обработки металлов давлением.
 
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ПРОКАТКИ
1.1. Классификация прокатных процессов

Прокатка как основной метод обработки металлов давлением представляет собой процесс непрерывной пластической деформации металла между вращающимися валками прокатной клетки. Классификация прокатных процессов проводится по ряду признаков, что позволяет систематизировать разнообразие технологий и оборудования, применяемых в современной металлургии.
1. По направлению движения металла относительно осей валков [6]
Наиболее фундаментальное деление прокатных процессов — по геометрии контакта заготовки и валков.
• Продольная прокатка — металл движется вдоль оси валков; при этом его поперечное сечение уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Это доминирующий тип процесса, применяемый при прокатке листового, сортового и фасонного проката.
• Поперечная прокатка — ось заготовки перпендикулярна осям валков; процесс используется в основном при деформации круглых заготовок и прутков, в том числе при прокатке валов и осей.
• Поперечно винтовая прокатка — валки расположены под углом, при этом заготовка движется по винтовой траектории; такая схема применяется, например, при прокатке труб, проволоки и заготовок для дальнейшей обработки.
• Радиальная прокатка — деформация идет по радиусу заготовки, используется реже и в основном для специальных изделий (детали сложного профиля, фасонные заготовки).
2. По температуре протекания процесса
По температурному признаку различают три основные группы технологий.
• Горячая прокатка — ведется при температуре выше температуры рекристаллизации металла, что обеспечивает высокую пластичность, снижает усилия и мощность оборудования и позволяет за несколько проходов существенно изменить форму сечения заготовки. Именно горячей прокатке принадлежит порядка 80–85% мирового объёма проката; такая технология используется для обработки слитков и других крупных полуфабрикатов, структура которых изначально неоднородна.
• Холодная прокатка — проводится при температуре ниже температуры рекристаллизации; в этом режиме достигаются высокие точность размеров, качество поверхности и заданные физико механические свойства, однако усилия и износ инструмента заметно возрастают, а деформационные сопротивления повышаются. Холодная прокатка применяется для тонких листов, ленты и высокоточного профиля.
Тёплая прокатка — обработка в промежуточной температурной области между горячим и холодным режимами; используется для особых сплавов и изделий, когда требуется совместить высокую формоизменяемость с хорошей точностью и минимальной деформационной упрочнённостью.
По температурному режиму
Горячая прокатка (температура деформации t=900-1250°C):
• Обеспечивает максимальную пластичность металла (σпр=50-200 МПа)
• Применяется для получения листового, сортамента и профильного проката
• Производительность 100-500 т/ч, относительное обжатие ε=20-60% за проход
• Основные представители: широкополосные станы 1700, 2000 для листов толщиной 1,2-200 мм
Полугорячая (тепловая) прокатка (t=650-900°C):
• Переходный процесс между горячей и холодной прокаткой
• Используется для профильного проката (двутавры, швеллеры) и труб
• Сопротивление деформации σпр=250-400 МПа, точность средняя
Холодная прокатка (t<500°C, обычно t=20-250°C):
• Высокая точность размеров (±0,02-0,05 мм) и поверхности (Ra 0,2-1,0 мкм)
• Применяется для тонколистового проката, лент, труб с отделкой
• Требует высоколегированных сталей с пластичностью δ≥25%
По кинематике валков
Продольная прокатка (наиболее распространенная):
Валки вращаются в одном направлении (табл. 1.1) [7]
Таблица 1.1 - По числу валков в клети
Тип клетки Кол-во валков Продукция Преимущества
Двухвалковая 2 Листы, сортовой прокат Простота, универсальность
Трехвалковая 3 Полосы переменного сечения Улучшенная плоскостность
КВАРТО 4 Тонкие листы 0,5-6 мм Точность ±0,05 мм
СЕКСТО 6 Ленты <1,0 мм Максимальная точность

3. По характеру взаимодействия заготовки и валков
По этому признаку обычно выделяют:
• Прокатку с упругой деформацией валков и бочки — в классических прокатных станах бочки валков и опорные элементы подвергаются упругому изгибу, что влияет на профиль проката и равномерность натяжения.
• Прокатку с жёстким инструментом — применяется в современных станах с высокой жёсткостью клетей, в том числе при тонколистовой прокатке, где важна стабильность толщины и отсутствие волнистости.
Прокатку с натяжением (ведущая и тянущая) — используется в непрерывных листопрокатных и проволочных станах, где натяжение между клетями позволяет уменьшить усилия и стабилизировать режимы прокатки.
Оси параллельны, скорость на входе Vвх < скорости на выходе Vвых
Коэффициент вытяжки μ = Lвых/Lвх = 1,1-3,0
Винтовая прокатка (менее 5% производства):
Валки наклонены к вертикали на 2-5°
Получение сортового проката малого сечения (6-20 мм) (табл. 1.2)
Таблица 1.2 - По назначению проката
Группа проката Толщина, мм Ширина, мм Стан
Тонколистовой 0,5-4,0 800-1800 КВАРТО
Среднелистовой 4,0-20 1000-2500 Широполосный
Крупнелистовой 20-200 1500-4500 Двухвалковый
Полосовой 3,0-60 150-600 Ун

4. По виду получаемого проката и типу сортамента
В промышленной литературе и учебных источниках прокат классифицируют также по типу продукта, что тесно связано с технологией и станом [8].
• Сортовой и фасонный прокат — балки, швеллеры, уголки, рельсы, прутки; получают на сортовых и фасонных станах с соответствующими калибровками валков.
• Листовой прокат — включает толстолистовой и тонколистовой прокат; реализуется на листопрокатных станах (толстолистовых и широкополосных непрерывных), где важны высокая точность и стабильность профиля листа.
• Специализированные виды проката — винтовые рельсовые заготовки, железнодорожные колеса, шестерни, профили для авиации и т.д.
• Трубы и профили замкнутого сечения — получают при продольной и поперечно винтовой прокатке, в том числе в трубопрокатных станах и прлоках стыковых труб.
5. По уровню автоматизации и применению новых технологий
Современные обзоры технологий прокатки выделяют в отдельный класс процессы с компьютерным моделированием и автоматизированными системами управления, которые обеспечивают стабильность режимов, оптимизацию профилей и высокую точность. К ним относятся:
• Комбинированная прокатка — объединение стадий горячей и холодной прокатки для получения оптимальных свойств и структуры металла;
• Прокатка с использованием анализа тока и деформации — системы, которые в реальном времени корректируют режимы прокатки по показаниям датчиков;
• Технологии, интегрированные с системами теплопрофильного контроля и охлаждения — позволяют целенаправленно формировать структуру и свойства, особенно в производстве листовой стали и тонких профилей.
Таким образом, в научной и учебной литературе прокатные процессы систематизируются по направлению движения металла, температурному режиму, характеру взаимодействия инструмента с заготовкой, виду получаемого проката и уровню технического оснащения. Полученная классификация лежит в основе проектирования прокатных станов, выбора технологических режимов и развития современных энергосберегающих и ресурсосберегающих процессов прокатки [9, 21-27].