Процесс прокатки шаров на станах
Содержание
1. Общая пояснительная записка
1.1 Обзор современного состояния производства станов
поперечно-винтовой прокатки
1.2 Анализ действующего оборудования
1.3 Предлагаемое проектное решение
1.4 Характеристика мелющих шаров
2. Генеральный план
2.1 Характеристика промплощадки для строительства
2.2 Перечень зданий и сооружений
2.3 Благоустройство и озеленение
2.4 Показатели генплана
3. Технология производства
3.1 Технологический процесс производства шаров
3.2 Рабочий инструмент шаропрокатных станов и особенности его
калибровки
3.3 Расчет калибровки валков
3.4 Определение крутящих моментов при прокатке шаров
3.5 Расчет на прочность вала рабочего валка
3.6 Расчет режима нагрева заготовки
3.7 Расчет производительности стана и количества шаропрокатных
шаров
4. Охрана труда
4.1 Основные разделы охраны труда
4.2 Вредные производственные факторы и борьба с ними
4.3 Правила безопасности при прокатном производстве
5. Промышленная экология
5.1 Анализ состояния окружающей среды АО "ССГПО"
5.2 Утилизация и ликвидация отходов
6. Специальная часть
6.1 Влияние химического состава на качество стали
6.2 Дефекты катаных шаров
7. Технико-экономическая часть
Заключение
Список используемой литературы
1.
Общая пояснительная записка
1.1 Обзор
современного состояния производства станов поперечно-винтовой прокатки
Процесс прокатки шаров на станах осуществляется из круглой
прутковой заготовки с помощью двух валков, имеющих винтовые калибры. При
однозаходной калибровке за каждый оборот валков прокатывается один шар. При
многозаходной калибровке - число шаров, выходящих из валков за один оборот,
равно числу заходов винтового калибра. При выходе из валков шары интенсивно
охлаждаются в воде и закаливаются, что обеспечивает высокую износостойкость
шаров в мельницах для размола руды, угля и цемента. Для повышения точности и
качества валков и упрощения их изготовления разработаны специальные
приспособления для нарезания на токарно-винторезном станке винтовых ручьев
шаропрокатных валков, имеющих переменный шаг. Прокатка шаров в сравнении со
штамповкой позволяет в 2.8 раз повысить производительность оборудования и на
10.15 % снизить расход металла.
На базе шаропрокатных станов созданы технологические
комплексы для изготовления высококачественных мелющих шаров, включающие печь
для нагрева заготовки, шаропрокатный стан, закалочное и транспортные
устройства.
В странах СНГ создана конструкция ряда
типоразмеров станов, на которых прокатывают шары диаметром от 25 до 125 мм. На
этих же станах можно прокатывать цилиндрические изделия соответствующих размеров.
Станы для прокатки шаров диаметром 40-80 и
60-125 мм изготовляются Электростальским заводом тяжелого машиностроения. Они
успешно эксплуатируются с 1959 г. на металлургических заводах
"Азовсталь" (г. Жданов), Днепровском металлургическом заводе им.
Дзержинского (г. Днепродзержинск) и Нижне-Тагильском металлургическом комбинате
им. Ленина. Шары для размольных мельниц изготовляют не только на
металлургических заводах, но также и на машиностроительных предприятиях,
производящих запасные части для шаровых мельниц цементных заводов и
электростанций. На этих заводах не требуются станы такой высокой
производительности, как на станах, устанавливаемых на металлургических заводах.
1.2 Анализ
действующего оборудования
Разработка отечественными учеными новых технологических
процессов (прокатка мелющих шаров и шариков для подшипников коротких тел
вращения - штифтов и втулок, изделий с винтовой и резьбовой поверхностью,
ребристых труб, коротких изделий с периодическим профилем и др.), создание на
их основе специальных станов поперечно-винтовой прокатке для изготовления
изделий машиностроительного назначения позволило резко расширить возможности
поперечно-винтовой прокатки, увеличить сортамент выпускаемой продукции,
используя при этом те же схемы прокатки, т.е. двух - или трехвалковые.
Трехвалковая схема: прокатка изделий с
винтовой (резьбовой) поверхностью; прокатка червячных пар; прокатка шаров и
подшипников.
Двухвалковая схема: прокатка шаров и
шарикоподшипников; прокатка коротких тел вращения; прокатка коротких тел с
периодическим профилем; прокатка изделий с винтовой (резьбовой) поверхностью;
прокатка червячных пар.
Широко применяемые в черной и цветной
металлургии станы поперечно-винтовой прокатки конструктивно изготовлены таким
образом, что каждый из двух известных схем прокатки: двухвалковая или
трехвалковая.
К достоинствам трехвалковым станам
поперечно-винтовой прокатки относится: - меньшее скольжение металла
относительно валков; - схема напряженного состояния металла заготовки более
благоприятна; - меньшая вероятность вскрытия внутренней полости заготовки; -
возможность получения труб периодического профиля.
К недостаткам трехвалковым станом можно
отнести:
·большее потребление
электроэнергии;
·более сложная наладка
оборудования;
·большее количество валков
и как следствие больше затрат на приобретение и замену рабочего оборудования;
·высокая стоимость
оборудования.
К достоинствам двухвалковых станов
поперечно-винтовой прокатки можно отнести следующее:
·упрощенность конструкции
рабочей клети, ее привода и переналадки стана;
·большая
производительность стана;
·меньшие нагрузки на
валки.
Возможность изготавливать отдельные виды продукции
специального машиностроительного назначения.
Существующим станам по производству шаров
характерны следующие недостатки:
. Исходные заготовки поступают из сортовых
и заготовительных станов. Эти заготовки получены как правило из блюмов,
прокатанных на блюменгах и имеют высокую стоимость, обусловленную
технологическими затратами труда, - энергии и металла на предыдущих переделах.
Эти заготовки подаются к шаропрокатному стану в холодном состоянии и для их
нагрева как правило, используют пламенные проходные нагревательные печи со
значительными энергозатратами.
2. Для термического упрочнения шаров, как правило, используют
агрегаты барабанного типа, для которых характерна значительная неравномерность
охлаждения при термообработке и, как следствие, приводящая к значительному
разбросу механических свойств готового шара. Это приводит к снижению качества
шаров, в первую очередь к снижению твердости поверхности, что вызывает
ухудшение износостойкости и устойчивости против удара при их эксплуатации в
мельницах для помола руды.
1.3
Предлагаемое проектное решение
Применяемая сегодня технология
производства в литейном цехе РМЗ позволяет получать ограниченное количество
мелющих шаров из износостойкого чугуна не высокого качества. Для обеспечения
возрастающих объемов производства товарной продукции АО "ССГПО"
требуется увеличение выпуска мелющих шаров. Для получения литых чугунных шаров
используется передельный чугун, цена которого за последние годы выросла в
десятки раз.
Использование стальных мелющих шаров в
сравнении с чугунными дает снижение удельного расхода шаров с 1,23 кг/тонну до
0,765 кг/тонну концентрата, снижение времени измельчения и следовательно
увеличение производительности мельниц.
Возникла необходимость освоить выпуск
стальных мелющих стержней и шаров с высоким качеством, что позволит снизить
себестоимость продукции, которая сегодня в жестких рыночных отношениях имеет
решающее значение.
С учетом указанных недостатков
существующих шаропрокатных станов в проекте предлагается:
. В качестве заготовки использовать
круглые прокатанные и предварительно прошедшие через правильную машину
отрезанные на мерные длины по 800 мм заготовки. Перед подачей заготовки в
шаропрокатный стан, производим нагрев ее до температуры 1050 С.
2. Для повышения твердости поверхности и износостойкости
шаров предлагается использовать термообрабатывающую машину.
1.4
Характеристика мелющих шаров
Шары стальные, катаные (в дальнейшем
шары), применяемые в шаровых мельницах, предназначенных для разлома руды,
различного состава, угля, клинкеров и других материалов, изготавливаются
согласно техническим требованиям. Шары должны соответствовать требованиям
настоящих технических условий и изготавливаться по технологической
документации, утвержденной в установленном порядке:
Шары по твердости подразделяются на
следующие группы:
1
нормальной
твердости;
2
повышенной
твердости;
3
высокой
твердости;
4
особо
высокой твердости.
Размеры, предельные отклонения по ним,
расчетная масса шаров должны соответствовать таблице 1.1.
Для изготовления шаров должны применяться
специальные стали, марки и химический состав которых приведены в таблице 1.2:
для шаров 1 группы - сталь марки Ш-1, для шаров 2 группы - сталь марки Ш-2, для
шаров 3 и 4 групп - сталь марки Ш-3.
прокатка шар металлопрокатный цех
Таблица 1.1 - Предельные отклонения и
масса шаров.
|
Условный диаметр шара, мм
|
Номинальный диаметр, мм
|
Предельные отклонения по номинальному диаметру,
мм
|
Расчетная номинальная масса шаров, кг
|
|
40
|
41,5
|
+-2,0
|
0,294
|
|
50
|
52,0
|
+-3,0
|
0,580
|
|
60
|
62,0
|
+-3,0
|
0,980
|
|
70
|
73,0
|
+-3,0
|
1,600
|
|
80
|
83,0
|
|
2,350
|
|
90
|
94,0
|
+-4,0
|
3,410
|
|
100
|
104,0
|
|
4,620
|
Таблица 1.2 - Химический состав шаров
|
Марка стали
|
Массовая доля элементов
|
|
углерода
|
кремния
|
марганца
|
серы
|
фосфора
|
|
Ш-1
|
0,40-0,70
|
0,15-0,40
|
0,4-0,8
|
0,050 не более
|
0,050 не более
|
|
Ш-2
|
0,50-0,90
|
|
0,4-1,0
|
0,045 не более
|
0,035 не более
|
|
Ш-3
|
0,69-0,90
|
|
0,7-1,0
|
|
|
Примечание. В шарах допускаются отклонения
по химическому составу от норм, приведенных в таблице: углерода - +0,03,
кремния - +0,05, марганца - +0,1, серы - +0,005; фосфора - +0,050.
Твердость шаров должна соответствовать
нормам, указанным в таблице 1.5.
Для шаров 4 группы твердость на глубине
И> радиуса шара должна быть HRC; 445 (415), не менее.
Таблица 1.5 - Твердость шаров.
|
Условный диаметршара, мм
|
Твердость HRC3 (HB), не менее, для
групп
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
Д1а поверхности шара
|
|
40, 50, 60, 70
|
43 (401)
|
49 (461)
|
55 (534)
|
55 (534)
|
|
80,90, 100
|
40 (352)
|
42 (375)
|
52 (495)
|
|
На поверхности шаров допускаются плены,
глубина залегания которых должна быть в пределах допуска на номинальный диаметр
шара.
Таким образом принимаем шаропрокатный стан для прокатки шаров
диаметром 100 мм производства компании "Sinosteel Engineering Co.,
Ltd" Китайской Народной Республики. Производительностью шаров - 45 шт.
/мин.
2.
Генеральный план
2.1
Характеристика промплощадки для строительства
Выбор промышленной площадки и проведение обследований на
месте входит в задачу по составлению технического проекта.
В соответствии с действующими нормами проектирования
территория города расположена в соответствии с установленной санитарно-защитной
зоной 300 м с подветренной стороны преобладающего направления ветра по
отношению к промышленной зоне, ТЭЦ.
Функциональной зонирование территории проектируемого
металлопрокатного цеха осуществляется с учетом технологических связей,
санитарно-гигиенических и противопожарных требований, грузооборота
соответствующих видов транспорта и очередности строительства.
Расположение объектов производственно-вспомогательного
комплекса сконцентрировано в общей зоне при большой плотности застройки, что
сокращает протяженность инженерных сетей водоснабжения, канализации и
теплоснабжения и транспортных коммуникаций - железнодорожного путевого развития
и автодорог [4].
2.2 Перечень
зданий и сооружений
Генплан объекта решен в соответствии с необходимым
технологическим процессом, а также с учетом норм и правил.
Главным объектом генерального плана является металлопрокатный
завод, который располагается в центральной части отведенного участка общей
площадью 300000 мІ. Кроме производственного корпуса на генплане размещены КПП,
прокатный участок, шихтовый двор, МНЛЗ, РМЦ, АБК, газоочистка, пожарный
резервуар, кислородная, компрессорная, вторичные отстойники, бытовые помещения,
здравпункт.
Кроме того, предусмотрены элементы благоустройства
территории: открытая стоянка для личного транспорта, площадки для отдыха и
спорта трудящихся, а также столовая.
На генплане запроектирована сеть автомобильных дорог, которые
по требованиям пожарной безопасности закольцованы и имеют достаточную ширину
для двустороннего движения, т.е.6 м.
Водоотвод от зданий и сооружений решен открытым способом по
спланированной поверхности площадки на пониженные участки рельефа, уклон 0,05%.
Ориентация проектируемого здания на генеральном плане
широтная. Ориентация здания относительно сторон света принята с учетом
направления господствующих ветров - юго-западных, которые приходятся на угол
здания.
Расположение объектов производственно-вспомогательного
комплекса сконцентрировано в общей зоне при большой плотности застройки, что
сокращает протяженность инженерных сетей водоснабжения, канализации и
теплоснабжения и транспортных коммуникаций - железнодорожного путевого развития
и автодорог.
Минимальные противопожарные разрывы между производственными
зданиями приняты в пределах 10-20 м [5].
2.3
Благоустройство и озеленение
Для пешеходного движения вдоль всех автомобильных дорог, а
также между отдельными зданиями и сооружениями устроены асфальтированные и
пешеходные дороги, и тротуары шириной 2 м.
Предусмотрено озеленение площадки. Устраиваются цветники,
газоны, высаживаются деревья лиственных и хвойных пород рядовым и групповым
способами.
2.4
Показатели генплана
Таблица 2.1 - Технико-экономические показатели генплана
|
Наименование
|
Значение
|
|
Площадь участка, мІ
|
300000
|
|
Площадь застройки, мІ
|
208420
|
|
Площадь дорог и площадок, мІ
|
10200
|
|
Площадь озеленения, мІ
|
74100
|
|
Площадь использованной территории, мІ
|
225900
|
|
Площадь резервной территории, мІ
|
74100
|
|
Протяженность железнодорожных путей, м
|
7280
|
|
Коэффициент использованной территории, %
|
75,3
|
|
Коэффициент озеленения, %
|
24,7
|
3. Технология
производства
3.1
Технологический процесс производства шаров
В цеху установлено два шаропрокатных стана для прокатки шаров
диаметром 60 мм. В состав оборудования линии стана входят устройства для
загрузки прутков, непрерывная проходная индукционная печь для нагрева круглых
прутков, устройство для транспортировки нагретых прутков от печи к стану,
шаропрокатный стан и устройство для охлаждения, а также склад прокатанных
шаров.
На стеллаже нагревательной печи при помощи устройства
передачи и сталкивания арматуры диаметром 58 мм длиной 800 мм подаются в
индукционную печь для нагрева. Когда арматура нагревается примерно до 1100єС,
она передается на рольганг расположенного за печью при помощи отводящего
устройства. Далее разогретая заготовка переворачивается при помощи
двухстороннего кантователя на стеллаж, откуда прокатываемая заготовка подается
на стеллаж приема материалов. Затем заготовка при помощи пневматического
сталкивателя подается в прокатный стан. После проката шары проходят томление
через винтообразный подъемник, после чего проводится термообработка на
термообрабатываемой установке. После термообработки шары попадают в контейнер
для сбора шаров, откуда транспортируются на склад готовой продукции.
Индукционная печь. Ее основная функция - нагрев заготовки до
температуры проката. К нагревательной печи относится: загрузочный стеллаж,
устройство передачи заготовок, вталкиватель и устройство для выпуска заготовок.
Мощность нагревательной печи 250 кВт.
Заготовка подается на загрузочный стеллаж нагревательной печи
при помощи крана, лапа загрузочного стеллажа передает материал на ролик,
пневматический сталкиватель выдвигает заготовку в нагревательную печь для ее
нагрева, когда заготовка нагревается до 1100єС, то он ее выдвигает из печи,
устройства передачи подает заготовку на рольганг прокатного стана шаров для
проката.
3.2 Рабочий
инструмент шаропрокатных станов и особенности его калибровки
Шаропрокатные двухвалковые станы
предназначены для получения заготовок шаров подшипников качения диаметром 25-50
мм из высокоуглеродистых сталей типа ШХ15 и мелющих шаров диаметром 25-125 мм
из среднеуглеродистых сталей для мельниц. Различные требования к шарам этих
типов предопределяют различия технологических процессов их производства и
калибровок валков.
Мелющие шары прокатывают из горячекатаных
круглых заготовок обычной точности. Нагрев осуществляют в газовых печах до
более высоких температур (950-1050°С), что снижает износ валков. Прокатку ведут
со срезом перемычек вдавливанием их остатков в тело шара. Прокатанные шары
закаливают с прокатного нагрева, а извлечение их из охлаждающих устройств при
температуре 200-300°С приводит к самоотпуску.
При прокатке шаров из заготовок разного
уровня точности, а также с сохранением или удалением перемычки в очаге
деформации требуется применение валков различных калибровок. Винтовой калибр
для прокатки шаров (смотреть рисунок 3.1) состоит из двух участков - формующего
и отделочного.
- валки, 2 - направляющие линейки, 3 -
исходная заготовка, 4 - заготовка подшипника
Рисунок 3.1 - Винтовая периодическая
прокатка в двухвалковом стане с винтовым калибром.
На формующем участке осуществляются захват
заготовки и ее постепенное обжатие в шар, соединенный перемычкой с остальной
частью заготовки. Формовка производится ребордами, имеющими непрерывно
нарастающую высоту, в соответствии с которой изменяется диаметр перемычки.
Металл, смещаемый из перемычек в шар, приводит радиальной деформации и
увеличению диаметра шара по сравнению с диаметром заготовки. В связи с этим
диаметр заготовки принимается на 1-2 мм меньше диаметра шара. При
несоответствии смещенного объема перемычки (V1) и возможного
приращения объема шара (V 2) форма шара не выполняется (V1
< V 2) или происходит его овализация (V1 > V 2).
Тангенциальная раскатка овального шара приводит к образованию центрального
разрушения, поэтому недопустима. Для предотвращения ее образования ширину
реборды и шаг нарезки винтового калибра на формующем участке делают переменными
(нарастающими). Корректировка заполнения калибра может производиться также
регулированием угла подачи валков а, который на шаропрокатных станах составляет
2-4°. Протяженность калибра (число витков) измеряют в градусах развертки
винтовой линии калибра. При обшей протяженности калибра 900-1350° формующий
участок занимает 360-540°. На отделочном участке при прокатке шаров подшипников
осуществляется только калибровка шара. Этот участок имеет постоянные шаг и
профиль нарезки, соответствующий профилю прокатываемого шара, а также
постоянный угол подъема нарезки, равный углу подачи валков. За один оборот
валков прокатывается один шар.
При прокатке мелющих шаров валок
отличается наличием калибрующего участка, выравнивающего диаметры
заготовок перед формовкой, и удлиненным отделочным участком (до 810°).
Небольшое осевое смещение валков приводит к разрыву перемычки в начале
отделочного участка, а затем - к вращению шара относительно оси,
перпендикулярной к оси прокатки, срезу перемычек ребордами и к закатке полюсных
выступов. Для повышения производительности стана наряду с однозаходными
применяют двух- и трехзаходные винтовые калибры, что позволяет получать
2-3 шара за один оборот валков. Средняя производительность станов составляет
1-6 шаров в секунду, до 50-60 млн шт. /год (10-150 тыс. т/год). Основным
рабочим инструментом стана для прокатки шаров является прокатный валок, на
бочке которого порезан винтовой калибр.
Исходным параметром при конструировании валка является его
размер по вершинам реборд. Диаметр валка выбирают из следующих условий.
а) надежный захват заготовки валками;
б) прочность валка и малая упругая отдача при изменении
действующих погрузок;
в) отсутствие налипания металла на валках, которое возникает
при большом скольжении между вершинами реборды валка и заготовкой.
г) наименьшая стоимость и минимальный износ валков.
Исходя из опыта
освоения гаммы станов для прокатки шаров диаметром от 40 до 125 мм, определено
оптимальное соотношение между диаметром валков Д и прокатываемых шаров d,
которое находится в пределах 5-6., мм 30 - 40 50-60 60-80 20-100 115-125
Д, мм 200
300 450 550 700
Калибровка валков
особенно для станов винтовой прокатки - наиболее ответственный и сложный
элемент технологического процесса, так как наряду с условиями деформации
металла необходимо учитывать сравнительно сложное построение геометрии
винтового калибра и технологию нарезки калибра.
Основным вопросом
создания новых технологических процессов поперечно винтовой прокатки является
разработка и освоение калибровок валков, обеспечивающих получение требуемой
формы изделия, явочных размеров без плен и закатов на наружной поверхности и
отсутствия разрыхления металла в осевой зоне изделия. Не менее важным является
надежное отделение в валах прокатываемых изделий без повреждения поверхности их
торцов и при отсутствии больших заусенцев, обеспечение максимальной
долговечности валков. Винтовая калибровка имеет свои особенности для каждого
вида прокатываемого изделия.
Рассмотрим
методику расчёта для прокатки шаров.
Основной рабочий
инструмент стана для прокатки шаров - прокатный валок с винтовым калибром. По
характеру деформации калибр валка условно можно разделить на две части:
формующий участок, на котором осуществляется захват заготовки и её постепенное
обжатие в шар, соединенный перемычкой с остальной частью заготовкой и
отделочный участок, где производится калибровка шара и отделение его от
остальной заготовки. Формовка шаровой заготовки осуществляется ребордами,
высота которых постепенно возрастает. Для упрощения расчета калибровки и
изготовления валков принято, что высота реборда калибра изменяется по закону
прямой линий.
Для обеспечения
нормального процесса прокатки профиль и размеры формующего участка калибра
рассчитываются таким образом, чтобы в процессе обжатия заготовки соблюдались
следующие три основных условия:
. Объем
металла, обжимаемой в калибре, должен оставаться постоянным в течение всего
процесса формовки шара;
2. Изменение профиля и размеров реборды калибра должно
соответствовать вытяжке обжимаемой заготовки;
. Обжатие должно осуществляться относительно узкими
участками, что бы предотвратить разрушение металла в осевой зоне заготовки.
Согласно первому условию необходимо, чтобы объем некоторой
части заготовки, захваченный валками, оставался неизменным по мере прохождения
его через остальные участки калибра. В этом случае в любой момент прокатки в
калибре не будет избытка металла. Появление избытка металла особенно
нежелательно на тех участках калибра, где осевому течению препятствуют высокие
реборды калибра. При появлении избытка металла искажается геометрическая форма
шара, наблюдается появление пустой в осевой зоне заготовки, так как наличие избытка
металла в калибре способствует поперечной раскройке заготовки.
Наличие небольшого избытка металла допустимо лишь в начале
калибра, когда реборда еще сравнительно низка и не препятствует вытеснению
избытка металла из калибра. Однако для вытеснения избытка металла дополнительно
затрачивается работа, что приводит к росту мощности, расходуемой на деформацию
металла. Чтобы обеспечить постоянство объема металла в калибре, реборды валка
должны иметь по длине калибра строго определенную толщину.
Согласно второму условию нормального образования формы шара
вытяжка обжимного участка заготовки должна соответствовать изменению формы и
размеров реборды калибра. В случае прокатки шаров длина обжимаемой перемычки (Вα) должна быть равна ширине прямого участка реборды калибра (Аα).
Если изменение ширины реборда калибра меньше вытяжки
обжимаемой заготовки (Аα < Вα), то металл будет отходить от реборды и на поверхности заготовки
будет образовываться накат, который при дальнейшем обжатии заготовки
раскатается в плёнку. Если изменения ширины реборда калибра больше, чем вытяжка
заготовки (Аα > Вα), то в обжимаемой
перемычке возникают осевые растягивающие напряжения, которые могут привести к
разрыву перемычки.
Опыт показывает, что в конус формующего участка, когда
перемычка имеет сравнительно малый диаметр (менее 10 мм), второе условие
образования формы шара обычно не удается выдержать. При этом накаты и плены на
поверхности шара все же не образуются, так как металл течет преимущественно в
радиальном направлении и перемычке приобретает овальную форму. В
противоположность этому в начале формирующего участка,, когда диаметр перемычки
еще велик,, реборда калибра обычно расширяется интенсивнее перемычки и
вследствие этого в последней возникают осевые растягивающие напряжения.
Таким образом, для выполнения как первого, так и второго
условий образования формы шара реборда на различных участках калибра должна
иметь строго определенную толщину. В связи с этим формующий участок калибра
имеет переменный шаг нарезки.
На основании третьего положения можно констатировать, что при
прокатке шаров условия, препятствующие образованию рыхлости внутри заготовки,
наиболее благоприятны, так как обжатие ведется сравнительно узкими участками,
сферические участки заготовок не подвергаются обжатию и сдерживают раскатку
перемычек в поперечном направлении.
Отделочный участок калибра имеет постоянный шаг и профиль,
соответствующий профилю прокатываемого шара.
Установлено, что с увеличением интенсивности обжатия
склонность к разрыхлению металла уменьшается. Однако интенсивность обжатия
можно увеличить лишь до определенного предела, ограниченного условиями захвата
заготовки валками.
При чрезмерном обжатии заготовки нарушается сцепление между
валками и заготовкой и последняя начинает проскальзывать в валах.
Также установлено, что для увеличения интенсивности обжатия с
целью предотвращения разрыхления металла целесообразно по возможности сокращать
длину формующего участка.
При значительной ширине реборды в обжимаемой цилиндрической
заготовке вскрывается полость и лишь при отношении ширины реборды к
номинальному диаметру заготовки меньше единицы можно достигнуть весьма большого
обжатия, близкого к полному отделению заготовки без разрыхления металла.
При увеличении ширины реборды, по сравнению с расчетной
величиной, определенной из условия постоянства металла обжимаемая часть
заготовки будет принудительно растягиваться, и в очаге деформации возникнут
осевые растягивающие напряжения.
Наличие осевых растягивающих напряжений способствует вытяжке
заготовки и уменьшению раскатки по диаметру, тем самым уменьшается склонность к
разрыхлению металла при поперечной прокатке. Однако при прокатке в валках с
узкими ребордами использовать натяжение можно лишь ограничено, так как при
незначительном изменении ширины реборды натяжение резко изменяется, и может
наступить преждевременный обрыв заготовки в валках.
При правильном ведении технологического процесса разрыхлении
металла при поперечно - винтовой прокатке шаров не наблюдается, а шары по
симметрии и качеству поверхности, по структуре и механическим свойствам
удовлетворяют требованиям, предъявляемым к шарам.
Шары диаметром 100 и 125 мм прокатывают в валках с одним
винтовым калибром. Шары других диаметров (20-90 мм) катают в валках, имеющих от
одного до четырёх калибров.
Возможность использование многозаходных валков позволяет
значительно увеличить производительность станов и снизить удельный расход
валков. Возможность использования многозаходных валков определяется мощностью
привода клети и размерами валка.
Многозаходную калибровку валков для прокатки шаров
рассчитывают с учетом основных требований для однозаходных калибров. Основные
данные для расчета многозаходных калибровок: номинальный диаметр шара с учетом
температуры прокатки, высоту реборды на захвате, диаметр перемычки, соединяющей
шары в конце формовки, длину отделочного и формующего участков винтового
калибра, толщину вершины реборды в начале формующего участка выбирают на основе
тех же предпосылок, что и для однозаходных калибровок. Однако формула для
определения ширины реборды, выведенные из условия постоянства объёма металла в
однозаходном калибре, не обеспечивает для многозаходных калибровок правильности
вытяжки перемычки. Под ребордой получается недопустимый избыток металла. Для
его устранения необходимо подрезать на формующем участке не только наружную
часть реборды, но и внутреннюю часть калибра. Величина внутреннего перемещения
реборды должна быть одинакова на всём формующем участке. С учетом этого
уточняется толщина вершины реборды, её наружное перемещение и определяются шаги
нарезки формующего участка.
Для изготовления валков применяют материал, подвергающейся
наименьшей деформации при термической обработке и образующей в термически
обработанном состоянии высокой твердостью и износостойкостью. Таким требованиям
удовлетворяют высокопрочные инструментальные стали. Сталь для изготовления
валков проходит металлографический контроль на карбидную неоднородность и на
содержание неметаллических включений.
В целях получения минимальной карбидной неоднородности
рекомендуются заготовки для валков подвергать ковке при многократной осадке и
вытяжке.
3.3 Расчет
калибровки валков
Диаметр прокатного валка выбирается из условия прочности осей
валков и надежности захвата заготовки валками: Дв =300 мм
Радиус поперечного сечения калибра следует брать с учетом
объемного расширения заготовки при нагреве ее до температуры прокатки:
R = 1,01
; (3.1)= 1.01
где Дш - диаметр прокатываемого шара; = 60 мм.
Протяженность калибра условно измеряют в градусах развертки витковой линии
калибра. Общая протяженность калибра α = 1245. Протяженность отделочного участка
калибра:
α = 
Калибрующий участок валка принимается равным 5,3 оборота
заготовки, это вполне достаточно для калибровки сформированного шара.
Протяженность формующего участка:
α = 
Формующий участок валка принимается равным 8,3 оборота заготовки.
Диаметр перемычек соединяющий прокатанные шары, должны быть
возможно меньшими, чем тоньше перемычки, тем лучше и легче отбиваются они при
галтовке шаров в барабанах. Опытным путем установили следующие размеры
перемычек:
Диаметр передней перемычки: rп = 2.14 мм; dп =
4,28 мм;
Диаметр задней перемычки:
з =
0, 19R + 0.34 мм; dз = 2 rз мм; (3.2)з = 6.12
мм; dз = 12,24 мм;
Температура прокатки: Тпр= 1000 С
Высота реборды в начале калибра, исходя из условия надежного
захвата заготовки валками, равна: h = 2,6
Во избежание разрушения в центральной части заготовки ширина
реборды в отделочном участке калибра должна быть как можно меньшей. Ширина
реборды определяется, исходя из условия прочности реборды:
к =
0.14R + 2.6 мм; (3.3)к = 0.14 30,44 + 2.6 = 6,8 мм;
Глубина канавок на вершине реборды выбирается так, чтобы объем
образовавшегося кармана соответствовал металла, вытесняемому ребордой при
утонении перемычки.
На первом полувитке калибра (α = 180˚) при обжатии заготовки металл
свободно оттесняется назад, т.е. в сторону, противоположную направления
движения заготовки. В следствии этого ширина реборды на этом участке должна
выбирается так, чтобы при обжатии заготовка не отставала от реборды калибра.
Анализ условий обжатия перемычки показывает, что если для упрощения
изготовления валков принять на этом участке постоянную ширину реборды, то в
перемычке будут возникать осевые растягивающие напряжения, и следовательно, обжимаемая
заготовка всегда будет прилегать к реборде калибра:
к =
0.04R + 1,3 мм; (3.4)к = 0.04 30,44 + 1,3 = 2,5 мм;
На основании принятых исходных данных определяем высоты реборд hα через каждые 90˚ поворота оси валка.
Далее, в соответствии с рисунком, ширина реборды (αα-360) в любом произвольном сечении формующего участка калибра
равна:
αα-360 = t0 - 2Cα-360 - Sα-360 (3.5)
где t0 - шаг порезки отделочного участка калибра,
который принято называть основным шагом нарезки:
о =
bк + 2
(3.6)
где bк - ширина реборды на отделочном участке;- радиус
профиля калибра;п - радиус передней перемычки.
Калибровка трехзаходная поэтому Тосн = 202.5
Сα-360
- ширина сферического участка калибра
(3.7)
α-360 - величина на которую подрезается калибр,
на данном участке, для получения необходимой ширины реборды.
На основании условия постоянства объёма обжимаемого металла в
любом сечении калибра и принимая во внимание обозначения на рис. 3.1, можно
написать такое равенство:
общ
= Vα
+ Vcα + VSα-360 + Vα-360 + VСα-360 (3.8)
где Vобщ - объем прокатываемого шара и перемычки.
Объем прокатываемого шара и перемычки находим по формуле:
общ
= (4πR3)
/3 + (πd2α) /4; (3.9)общ = (4·3,14·30,443)
/3 + (3,14·2,142·3) /4 = 118097 мм3;
Элементы объема, входящие в правую часть равенства, выражаются
следующими соотношениями:
α = πd2 /4 · aα/2; (3.10)сα = πСα (R2 - Сα2/3); (3.11)
Сα = 
; (3.12)α-360 = (πd2α-360) /4 · (aα-360) /2; (3.13)α-360 = πR2Sα-360 (3.14)
Определим Sα-360 из равенства:
α-360 = tо - 2Сα-360 - aα-360 (3.15)
На основании равенств находим:
α-360 = πR2 (tо - 2Сα-360) - πR2·aα-360 (3.16)
Результаты расчетов заносим в таблицу 3.1
Таблица 3.1 Расчет ширины реборды.
|
α
|
hα
|
dα
|
cα
|
Vcα
|
Vα
|
πR2 (tо
- 2Сα-360)
|
π (R2·aα-360/8)
|
aα
|
|
1245
|
2.6
|
12.24
|
12,3
|
33980
|
152,8
|
-
|
-
|
2,6
|
|
1205
|
4,5
|
11,5
|
15,9
|
42236
|
98,6
|
-
|
-
|
1,9
|
|
1115
|
7,5
|
10,8
|
20,0
|
50046
|
137,3
|
-
|
-
|
3,0
|
|
1025
|
105
|
9,7
|
23
|
54447
|
110,7
|
-
|
-
|
3,0
|
|
935
|
13,7
|
8,7
|
25,4
|
57041
|
-
|
45588
|
2905
|
3,2
|
|
845
|
16,5
|
8,1
|
27
|
58265
|
-
|
39278
|
2906
|
2,8
|
|
755
|
19
|
7,2
|
28,2
|
59074
|
-
|
32295
|
2907
|
2,5
|
|
665
|
22,5
|
6,25
|
29,4
|
59278
|
24824
|
2904
|
3,5
|
|
575
|
25
|
5,28
|
30
|
59369
|
-
|
21821
|
2907
|
2,5
|
|
485
|
28
|
4,28
|
30,4
|
59392
|
-
|
19493
|
2906
|
3,0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На рисунке 3.2 показана расчетная схема калибровки.
Рисунок 3.2 - Схема к выводу формулы, выражающей условие
постоянства объема металла в калибре
Рисунок 3.3 показывает определение вытяжки перемычки при
повороте валка на 90.
Рисунок 3.3 - Определение вытяжки перемычки при повороте
валка на 90.
Согласно рисунку 3.3 на двух соседних участках калибра должно
удовлетворяться равенство:
Vα+90 = 2Vα +2 (Vcα - Vcα-90); (3.17)α = πd2/4 · bα/2; (3.18)
Исходя из этого, находим из равенства bα:
α = (2Vα+90 - 2 (Vcα-Vcα+90)) / (πd2/4); (3.19)
Результаты расчетов приведены в таблице 3.2:
|
α
|
dα
|
πd2/4
|
2Vα+90
|
2 (Vcα-Vcα+90)
|
bα
|
αα - bα
|
|
665
|
6.25
|
30.6
|
135.6
|
408
|
8.9
|
5.4
|
|
575
|
5.28
|
21.8
|
107.2
|
182
|
3.4
|
-0.9
|
|
485
|
4.28
|
14.3
|
60
|
46
|
0.9
|
2.1
|
Найденная по формуле длина перемычки bα меньше ширины реборды αα, это означает, что
металл соприкасаться с поверхностью калибра во всех его точках и плен на
поверхности шара не будет соприкасаться с поверхностью калибра во всех его
точках и плен на поверхности шара не будет.
Далее подсчитываются подрезки на отдельных участках калибра
по формуле:
подр = t0 - (Sα+90 - Sα ·360) /90; (3.20)
где Sα и Sα+90 - величины развалки на соседних участках калибра, определяемые по
равенству:
α = t0 - Сα - aα (3.21)
Результаты расчетов сводим в таблицу 3.3
Таблица 3.3
Расчет нарезки калибра валков.
|
α
|
Sα
|
tподр
|
|
485
|
3.7
|
82.3
|
|
575
|
5
|
72.7
|
|
665
|
5.2
|
66.7
|
|
755
|
8.6
|
53.9
|
|
845
|
10.7
|
59.1
|
|
935
|
13.5
|
56.3
|
|
1025
|
18.5
|
47.5
|
|
1115
|
24.5
|
43.5
|
|
1205
|
33.8
|
30.3
|
|
1245
|
40.3
|
41.5
|
3.4
Определение крутящих моментов при прокатке шаров
Крутящий момент, действующий на валки в процессе прокатки,
называется моментом прокатки. Момент прокатки - один из основных энергосиловых
параметров процесса, т.к. обуславливает мощность двигателя прокатного стана и
размеры основных узлов стана. Умение определять момент прокатки дает
возможность рассчитывать оптимальные режимы деформации металла при прокатке.
Абсолютное и относительное обжатия, мм:
d0 - d1; (3.22)
ε = 
/ d0; (3.23)
где d0,d1 - диаметр заготовки и диаметр
шара.
62-60 = 2;
ε = 2/62 = 0,03;
Длина дуги захвата, мм:
= 
; (3.24)= 
;
Показатель формы очага деформации:
/dср = 2l/ (d0 + d1); (3.25) l/dср
= 2·17.3/ (62+60) = 0.28;
Коэффициент контактного трения:
μ = К1К2К3
(1,05-0,0005t); (3.26)
где К1 - коэффициент для стальных валков, К1 =
1,0;
К2 - коэффициент учитывающий скорость прокатки, К2
= 0,72;
К3 - коэффициент учитывающий химический состав металла,
К3=1,0;- температура нагрева заготовки;- средняя скорость
деформации;
μ = 0,72 (1,05-0,0005·1000) =0.34;
Контактная площадь, мм2:
= dср l = (d0 + d1) l/2; (3.27)=
(62+60) 17,3/2 = 1055;
Истинный предел текучести полосы, МПа:
σs = A0εA UA / lA t; (3.28)
σs = 130 (0,03) 0,252 (1,5) 0,143/17,32,5
= 6,5;
Коэффициент напряженного состояния:
δ = (l/hср) - 0,4;
(3.29)δ =
(17,3/2) - 0,4 = 0,42;
Среднее контактное давление металла на валки, МПа:
ср =
2Kσsnδ; (3.30)ср = 2 · 6,5 · 0,42
=3,13;
Усилие прокатки, кН:
= pср F; (3.31)= 3.13·1055 = 3312.7;
Крутящий момент на валу двигателя, необходимый для привода валков,
состоит из трех частей, кНм:
Мдв = (Мпр+Мх. х. +Мдин)
/i; (3.32)
где Мпр - момент прокатки, т.е. момент, требующийся для
обжатия полосы в зоне деформации;
Мх. х - момент потерь в главной линии стана,
необходимый для преодоления сопротивлений трения в валковых опорах;
Мдин - динамический момент на валу двигателя,
возникающий про изменениях скорости прокатки;- передаточное число редуктора
привода, i = 6.42;
ψ - коэффициент плеча приложения
равнодействующей;
Момент прокатки, кНм:
Мпр = 2Рψl; (3.33)
Мпр = 2·3,3·0,5·0,0173=0,057;
Динамический момент, кНм:
Мдин = GD2/375; (3.34)
Мдин = 18,75/375=0,05;
Момент холостого хода обычно определяют экспериментально. Рабочие
валки нажимными устройствами или специальными домкратами, подложенными под
нажимные винты, прижимаются др. к др. с усилием, равным усилию прокатки, после
чего измеряют нагрузку на двигатель при их вращении.
Мх. х. = Р·μтр·dш; (3.35)
Мх. х. = 3,3·0,1·0,2 = 0,06;
Крутящий момент на валу двигателя:
Мдв = (3,3+0,06+0,05) /6,42=0,53;
Мощность прокатки на валу двигателя для заданной скорости вращения
вычисляют по моменту прокатки и моменту потерь для заданной скорости вращения.
При определении скорости мощности учитывают к. п. д. редуктора.
Мощность привода, кВт:
= Мдвω/η; (3.36)= 0,53·294/0,9 = 173;
Принимаем двигатель мощностью 185 кВт.
3.5 Расчет на
прочность вала рабочего валка
Выбор расчетной схемы и определение
расчетных нагрузок. Расчет валов базируют на тех разделах курса сопротивления
материалов, в которых рассматривают неоднородное напряженное состояние и расчет
при переменных напряжениях. При этом действительные условия работы вала
заменяют условными и приводят к одной из известных расчетных схем. При переходе
от конструкции к расчетной схеме производят схематизацию нагрузок, опор и формы
вала. В следствии такой схематизации расчет валов становится приближенным. В
расчетных схемах используют три основных типа опор: шарнирно-неподвижную,
шарнирно-подвижную, защемление или заделку.
На практике установлено, что для валов основным видом
разрушения является усталостное. Статическое разрушение наблюдается значительно
реже. Оно происходит под действием случайных кратковременных перегрузок.
Поэтому для валов расчета сопротивление усталости является основным. Расчет на
статическую прочность выполняют как проверочный.
Предварительно оцениваем средний диаметр вала из расчета
только на кручение:
, мм (3.37)
где Т - крутящий момент, Т = 19250 Нм
Разрабатываем конструкцию вала и оцениваем его размеры: диаметр в
месте посадки валка dв = 201мм; диаметр в месте посадки подшипников
dп = dв - 5 = 201 - 5 = 196мм; l = 70; a = b = 35мм; с =
30мм.
Определяем допустимую радиальную нагрузку на выходном конце вала:
м =
250
; (3.38)м = 250 
, Н
Определяем силы в зацеплении, Н:
т =
2Т/d1 (3.39)т = 2·19250·103/250 = 154·103;а
= Fт tgβ (3.40)а
= 154·103·0.1405 = 21640;r = Fт tgα/cosβ (3.41)r = 154·103·0.364/0.99
= 56622;
где d1 - делительный диаметр валка, d1 = 250
мм;т - окружная сила;а - осевая сила;r -
радиальная сила;
Определяем реакции в опорах и строим эпюры изгибающих и крутящих
моментов. Рассмотрим реакции от сил Fr и Fа, действующих
в вертикальной плоскости (рис. 8). Сумма проекций: Fr = А1+В1;
Fа = Н1. Сумма моментов В1l= Fr l/2
+ Fаd1/2. При этом:
В1 = Fr /2 + Fаd1/
(2l), Н; (3.42)
В1 = 56622/2 - 21640·250/ 2·140 = 19320
А1 = Fr - В1, Н; (3.43)
А1 = 56622 - 11405 = 37302;
Реакция от сил Ft и Fм, действующих в
горизонтальной плоскости
А2+В2=Ft-Fм; В2l=
Ftl/2 - Fм (c+1):
В2= Ft /2 - Fм (c/l+1), Н; (3.44)
В2 = 154·103/2 - 34686 ( (30/70) +1) =
27550;
А2 = Ft - Fм - В2, Н;
(3.45)
А2 = 154·103 - 34,6·103 - 27,5·103
= 91,9·103.
Просчитываем два предполагаемых опасных сечения: сечение 1-1 под
валком, и сечение 2-2 рядом с подшипником. Для первого сечения изгибающий
момент:
, Н·мм; (3.46)
М = 
=3470·103
Крутящий момент T = 19250·103 Н·мм.
Напряжение изгиба: σи = М/Wи = 3470·103/0,1·2013 =
4,3МПа;
Напряжение кручения: τ = Т/Wр = 19250·103/0,2·2013=11,8
МПа.
Пределы выносливости определяются по формулам:
σ-1 = 0,4σв = 0,4·750=300 МПа;
τ-1 = 0,2σв = 0,2·750=150 МПа;
τв = 0,6·650=390 МПа
По табличным данным для прессовой посадки Кσ = 1,7, Кτ = 1,4.
Таблица 3.4 - Концентрации напряжений в рабочих валках.
Находим запас сопротивления усталости по изгибу:
σ = σ-1/ (σaК/Кd·Кf +ψτσm); (3.47) Sσ = 300·0,72/1,7·4,3 = 4,3;
Находим запас сопротивления усталости по кручению:
τ = τ-1/ (τ aКт/Кd·Кf
+ψτσm);
(3.48)τ =
150/ (1,4·6) /0,72+0,05·6 = 12,7
Находим запас сопротивления усталости при совместном действии
напряжений кручения и изгиба:
= Sτ+ Sτ/ 
; (3.49)= 4.3·12.7/
;
Для второго сечения изгибающий момент:
М = Fмc = 34686·30 = 1040·103, Н·мм;
Крутящий момент T = 19250·103 Н·мм.
Напряжение изгиба: σи = М/Wи = 1040·103/0,1·1963 =
1,38 МПа;
Напряжение кручения: τ = Т/Wр = 19250·103/0,2·1963
= 12,8 Мпа.
Принимаем r галтели равными 2 мм; r/d = 0.04 b находим Кσ=2; Кτ=1,6 (таблица 4)
Находим запасы сопротивлений усталости на изгиб и на кручение Sσ=1,66; Sτ = 5,9
= 1.66·5.9/
Больше напряженно второе сечение.
Проверяем статическую прочность при перегрузках
Σэк = 
(3.50)
σэк = 
σи = М/ (0,1d3) = 124 МПа;
τ = Т/ (0,2d3) = 115,6;
Проверяем прочность вала. По условиям работы валка опасным
является прогиб вала под валком. Для определения прогиба используем таблицу 3.5
Таблица 3.5 - Определение прогиба.
Средний диаметр на участке l принимаем равным dв = 201
мм.
Полярный момент инерции сечения вала:
Ј = πd4/200
= 3.14·2014/200 = 2562·104 мм4
Прогиб в вертикальной плоскости:
от силы Fr:
в =
Fr a2 b2/3EJl, мм;в = 56622·352·352/3·2,1·105·2562·104·70
= 0,00007 мм.
от момента Ма прогиб равен нулю.
Прогиб в горизонтальной плоскости от сил Ft и Fм:
г =
Ft a2 b2/3EJl + Fмса (l2-a2)
/ 6EJl, мм; (3.51)г = 0.0002 + 0.00006 = 0.00026.
Суммарный прогиб:
= 
, мм; (3.52)
у = 
= 0,00027 мм.
Допускаемый прогиб 
= 0,01m = 0.01·5=0.05>0.00027 мм.
Таким образом, условия прочности и жесткости выполняются. По этим
условиям диаметр вала можно сохранить.
3.6 Расчет
режима нагрева заготовки
Время охлаждения переднего и заднего конца заготовки:
τп = (dз · lз)
/d · (1/υп - 1/ υр) + lр/υр (3.53)
τп = 
τз = (lр - (dз · lз) /d) 1/ υр + (dз · lз) /d·υр (3.54)
τз = 
где dз,lз - диаметр и длина заготовки;р
- длина рольганга;
υр и υп - скорость рольганга и прокатки.
Среднемассовая температура заготовки на входе в первую клеть:
ТоВХ = (0,978 - 0,123τз/hз) Тн + 96,85τз/hз; (3.55)
ТоВХ = 
где τз - время транспортировки заготовки от печи
до первой клети; Тн - температура нагрева заготовки. Температура
полосы на выходе из клети:
Т = А6 · ТоВХ + А2 d0/d1
+ А4· d1 - А5; (3.56)
Т = 0,975·1074+30=1077
Коэффициенты уравнений приведены в таблице 3.6
Таблица 3.6 - Коэффициенты для расчета температуры прокатки.
|
Номер клети
|
Значение коэффициентов
|
|
А1
|
А2
|
А3
|
А4
|
А5
|
А6
|
А7
|
|
1
|
116,7
|
0
|
0
|
0
|
-30
|
0,975
|
0,136
|
|
2
|
115,7
|
19,9
|
10
|
0,064
|
24,6
|
-0,99
|
0,129
|
3.7 Расчет
производительности стана и количества шаропрокатных шаров
Производительность шаропрокатного стана:
мин = (nв/1,5) ·m, кг/мин; (3.57)
где nв - частота вращения валка;- масса шара, m =
0,98;
,5 - количество оборотов требуемых для производства одного
шара.
мин = (75/1,5) 0,98 = 49;
Часовая производительность стана, т/час:
час = Qмин · 60; (3.58)час =
49·60 = 2,9
Сменная производительность стана, т/см:
; (3.59)см = (12-1) ·2,9·0,8·0,95·0,8·0,7=13,7
где 
- продолжительность смены, 
, час;
время подготовительно заключительных операций и регламентированных
перерывов, 
, час;
- коэффициент, учитывающий простои из-за отсутствия транспорта, 
;
- коэффициент использования транспорта, 
;
- коэффициент управления, 
;
- коэффициент потерь, 
;
Годовая производительность стана, т/год:
год
= Qсм·N·n; (3.60) Qгод = 13,7·300·2=8160
Число рабочих станов, шт:
ст
= А/Qгод; (3.61) Nст =10000/8160=1,2
Инвентарный парк, шт:
инв=
Nстkи; (3.62)
где kи - коэффициент использования, kи=1,3;
инв=
1,2·1,3=1,56
Применяем два шаропрокатных стана.
4. Охрана
труда
4.1 Основные
разделы охраны труда
Охрана труда в нашей стране представляет
собой систему законодательных актов и соответствующих им
социально-экономических, технических, гигиенических и организационных
мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранность здоровья и
работоспособность людей в процессе труда. Проведение этих мероприятий
осуществляется на основе общих, межотраслевых и отраслевых инструкций,
государственных стандартов системы безопасности труда (ССБТ) и других нормативных
документов, утвержденных в установленном порядке.
К основным разделам охраны труда относятся
техника безопасности и производственная санитария. Под техникой безопасности
понимается система организационных и технических мероприятий и средств, предотвращающих
воздействие на работающих опасных производственных факторов. При разработке и
проведении мероприятий по технике безопасности учитываются и требования
производственной санитарии по предотвращению воздействия на работающих вредных
производственных факторов. На предприятиях вопросами техники безопасности и
производственной санитарии занимаются специальные отделы, подчиненные
непосредственно главному инженеру. Эти отделы разрабатывают и проводят
конкретные меры по охране труда, а также осуществляют контроль за их
соблюдением.
Деятельность заводских отделов техники
безопасности включает, в частности, следующие мероприятия:
проведение, вводного инструктажа для
вновь, поступающих на работу;
организацию выборов общественных
инспекторов труда;
проведение общественных смотров по охране
труда и технике безопасности и инструктивных совещаний инженерно-технических
работников и инспекторов по вопросим обеспечения безопасности труда;
организацию бесед, лекций и семинаров с
работниками предприятий по вопросам обеспечения безопасности труда при
внедрении новой техники и технологии;
участие в разработке цеховых
технологических и производственных инструкций обеспечивающих безопасность труда
на отдельных производственных участках;
контроль за наличием на рабочих местах
плакатов, показывающих наиболее безопасные приемы обслуживания оборудования и
выполнения различных технологических операций;
создание кабинетов по изучению и
пропаганде правил техники безопасности;
показ технических фильмов, пропагандирующих рациональные и
безопасные методы выполнения работ на основе использования передовой
технологии, комплексной механизации и автоматизации производства.
4.2 Вредные
производственные факторы и борьба с ними
Запыленность. В своем составе пыль
содержит более 10% свободной двуокиси, кремния в виде частиц размером до 4 мкм.
Размеры частиц имеют очень большое значение: чем мельче частицы, тем большую
опасность они представляют. Если содержание пыли в воздухе рабочей зоны
превышает предельно допустимые концентрации, то в результате длительного
воздействия этой пыли создается опасность заболевания рабочих силикозом
(поражение легких и верхних дыхательных путей).
Снижение запыленности воздуха рабочей зоны достигается
устройством общеобменной и местной вытяжной вентиляции в местах образования
пыли. Отсасываемый с участков металлопрокатного цеха воздух перед выпуском в
атмосферу очищается пылеочистными устройствами.
Уровень температуры воздуха рабочей зоны.
Для плавильных отделений характерен резкий перепад температур, когда высокая
температура воздуха, окружающего плавильные печи, снижается по мере удаления от
них на некоторое сравнительно небольшое расстояние до более низкого значения.
Такой перепад температур особенно резко выражается в холодный период года.
Понижение температуры воздушной среды до
установленных санитарных норм обеспечивается применением водяного или
воздушного охлаждения нагретых поверхностей и ограждений, с тем чтобы их
температура не превышала 45°С, а также устройством общеобменной и местной
вытяжной вентиляции. Для облегчения условий работы используют также воздушное
душирование, т.е. обдувку рабочего направленным потоком воздуха со скоростью 2
- 3 м/с. При этом снижается температура на поверхности одежды рабочего и
облегчается отдача тепла его организмом,. На участках, где невозможно по тем
или иным причинам применить подобные устройства, используют в тех же целях
передвижные пропеллерные установки.
Лучистое тепло. Источниками значительного
лучистого тепла являются плавильные печи, расплавленный металл, горячие отливки
и т.п. Образующееся при этом инфракрасное излучение не влияет непосредственно
на температуру воздуха, но оказывает неблагоприятное воздействие на организм
человека.
Для снижения вредного воздействия
лучистого тепла на рабочих около плавильных печей и на участках заливки форм
устанавливают системы воздушного душирования с увеличенной скоростью движения
воздуха до 0,3 - 0,7 м/с (для легких работ до 0,2т - 0,5 м/с) и проводят
специальные профилактические мероприятия.
Загазованность. В некоторых отделениях
металлопрокатного цеха при сушке футеровки разливочных ковшей, а также при.
плавке шихтовых материалов и приготовлении литейных расплавов образуются газы,
(СО, SO2 и др.) Если содержание выделяющихся газов в воздухе рабочих
зон не превышает установленных санитарных норм, то воздействие этих газов на
организм человека не представляет значительной опасности. Снижение
загазованности атмосферы-рабочих зон до установленных санитарных норм
обеспечивается дожиганием ваграночных газов в системах подогрева воздуха,
вводимого в печь устройством общеобменной и местной вытяжной вентиляции в
местах выделения газов, а также проведением специальных профилактических
мероприятий.
Шум. Шумом называют комплекс звуков,
воспринимаемых органом слуха человека вне зависимости от характера и природы
возникновения. Величина шума характеризуется двумя показателями: уровнем
звукового давления и эквивалентным (по энергии) уровнем звука. Уровень
звукового давления является показателем постоянного шума на рабочем, месте и
измеряется в децибелах (дБ). Эквивалентный уровень звука является показателем
прерывистого, импульсного шума на рабочем месте и измеряется в децибелах по
шкале "А" (дБ).
Длительное воздействие интенсивного шума
может вызывать понижение чувствительности слухового аппарата. Через слуховую
систему шум оказывает вредное влияние на весь организм и в первую очередь на
нервную систему человека, кроме того, производственный шум мешает рабочему
сосредоточиться при выполнении работы и снижает его работоспособность.
Эффективным мероприятием пр. борьбе с
шумом является снижение его в источнике образования, т.е. в машинах, механизмах
и т.п. Для снижения шума в источнике заменяют, например, ударные процессы и
механизмы безударными, зубчатые и цепные передачи на клиноременные, применяют
принудительную смазку, прокладочные материалы и упругие вставки в соединениях и
т.п. Кроме, того, для борьбы с шумом в конструкцию оборудования встраивают
амортизирующие и звукогасящие приспособления. В качестве индивидуальных средств
защиты от воздействия производственного шума используют противошумные заглушки
и наушники.
Вибрация. Вибрация - это колебательные
процессы, происходящие в механических системах. На практике вибрацию
характеризуют по двум параметрам: колебательной скоростью, т.е. максимальным
перемещением колеблющейся точки в секунду (выражается см/с), и интенсивностью,
т.е. количеством полных циклов колебаний в единицу времени. По аналогии с шумом
интенсивность вибрации может измеряться децибелами.
Вибрацию подразделяют на местную и общую. Местная
вибрация наблюдается при обрубке отливок пневматическими рубильными молотками.
В условиях литейного производства общая вибрация образуется при сотрясении пола
и других частей здания вследствие ударного действия выбивных решеток,
пневматических формовочных, центробежных и других машин.
Снижение вибрации до предельно допустимых
уровней достигается применением виброгасящих амортизирующих устройств и
приспособлений, систематическим ремонтом пневматического инструмента,
использованием виброзащитных рукавиц, а также заменой рубильных молотков
электрическими инструментами вращательного действия (абразивными станками с
гибким валом и др.). Эти мероприятия одновременно снижают уровни вибрации и
шума.
Оборудование для очистки воздуха и газов в металлопрокатном
цехе.
Технические условия для газоочистки.
Проектирование системы газоочистки электросталеплавильного
участка выполнено со стандартами РК о защите окружающей среды, строго
ограничивая количество пыли выбросов дымовых газов.
После завершения работы по наладке система газоочистки может
работать нормально без ручного вмешательства от обслуживающего персонала.
Система улавливания дымовых газов в электросталеплавильном
цехе состоит из двух частей.
На каждой дуговой печи предусматривают установку
полузакрытого укрытия для улавливания возникающих при выплавке дымовых газов.
Кроме того на крышке цехового здания предусмотрена установка
вытяжного колпака для улавливания дымовых газов выбивающихся из полузакрытого
укрытия, также при загрузке в печь лома и при сливе стали из печи.
Система газоочистки.
Дымовые газы уловленные через вытяжной колпак и через два
полузакрытых укрытия, поступают в систему газоочистки. Затем после очистки в
этой системе, при удовлетворении требованиям по стандартам РК о защите
окружающей среды, выбрасывают в атмосферу.
В системе газоочистки применяется рукавный фильтр.
Через определенное время работы в системе возрастает
сопротивление до определенной степени, срабатывает электромагнитный клапан АСУ
и автоматически подключается сжатый воздух, производится встряхивание пыли на
мешках.
Общая производительность системы газоочистки составляет 200
000 м3/час. После газоочистки частицы уловленной пыли отгружают с
помощью шнека в специальный бункер.
4.3 Правила
безопасности при прокатном производстве
4.3.1 Прокатные станы (общие требования)
.3.1.1 При необходимости перехода через главный
соединительный вал каждой клети прокатного стана (далее - стан) должны
устанавливаться переходные мостики с ограждением. На непрерывных станах вместо
отдельных мостиков через соединительные валы каждой клети допускается
устройство одного сплошного мостика вдоль всех клетей, с лестницами для спуска
к каждой из клетей.
.3.1.2 Производить устранение неисправностей узлов и
механизмов станов во время прокатки металла запрещается
Неработающие калибры валков должны закрываться щитами
.3.1.3 Проверка калибров зазора между валками, а также
положения проводок должны производиться при помощи соответствующей оснастки.
Регулировка зазора между валками на вновь строящихся станах
должна быть механизирована.
.3.1.4 Замер профиля прокатываемою металла на ходу слана
должен производиться только дистанционно с использованием соответствующих
измерительных приборов.
.3.1.5 В процессе прокатки необходимо следить за состоянием
задаваемого конца раската на входе в клеть. При выявлении дефекта коней раската
должен быть обрезан.
.3.1.6 На станах "трио" при наличии системы
гидравлического уравновешивания среднего валка промежутки между траверсой
привода и станиной клети должны быть закрыты оградительными щитами.
.3.1.7 При ручной задаче металла в валки клеши вальцовщика
должны соответствовать сортаменту прокатываемого металла и быть в исправном
состоянии Для охлаждения клешей около станов должны быть установлены емкости с
проточной водой, температура которой не должна превышать +45 грал.
.3.1.8 Конструкция подъемно - качающихся столов должна
исключать возможность падения с них прокатываемого металла.
Для предотвращения травмирования работающих боковые
поверхности подъемно - качающихся столов должны быть обшиты листовым металлом.
При верхнем положении стола обшивка не должна быть выше плитового настила
рабочего места.
.3.1.9 Для ремонта и осмотров механизмов под подъемно -
качающимися столами должны быть устроены приямки с наклонными лестницами.
В случаях когда устройство приямков с наклонными лестницами
невозможно, допускается устройство - качающихся столов колодцев с вертикальными
лестницами или скобами.
.3.1.10 Во время осмотра и ремонта механизмов, распложенных
пол подъемно - качающимися столами, стан должен быть остановлен, а подъемно -
качающийся стан - надежно закреплен
4.3.1.11 Промежутки между роликами
рольгангов, за исключением рабочих рольгангов у блюмингов и слябингов, должны
быть перекрыты.
.3.2 Сортировочные и проволочные станы.
4.3.2.1 Непрерывные мелкосортные и проволочные станы для
исключения возможности образования петель при прокатке металла должны быть
оснащены приспособлениями, обеспечивающими безотказный захват заготовки
(полосы) валками, правильную регулировку окружной скорости валков отдельных
клетей, а также предупреждающими забуривание переднего конца полосы.
.3.2.2 На последних группах клетей непрерывных мелкосортных и
проволочных станов должно устанавливаться съемное (раздвижное) зашитое
ограждение, перекрывающее все клети сверху и с боков. Размер ячеек сеток
oгрождения должен быть меньше сечения прокатываемого металла, а прочность
ограждения должна исключать возможность пробивания сетки при ударе передним
концом полосы (проволоки)
Съемное (раздвижное) ограждение должно снабжаться устройством,
исключающим его случайное снятие (открытие), или устройством, блокирующим
процесс прокатки.
Петлевые столы станов должны иметь ограждение высотой 0.9 м
Независимо от наличия ограждения клетей и петлевых с голов на
проволочных непрерывных станах вес проходы и переходные мостки в зоне
расположения клетей также должны иметь защитное ограждение.
На мелкосортных непрерывных станах переходные мостики через
рольганги за последней чистовой клетью должны иметь сплошное защитное
ограждение
.3.2.3 Отводящие рольганги от последней клети мелкосортных
станов должны быть ограждены бортами высотой не менее 0.3 м Со стороны проходов
указанные борта должны иметь уклон, препятствующий выбросу движущейся полосы
В тех случаях, когда при прокатке металла возможно образование
петли, над рольгангами должны быть установлены съемные (раздвижные) ограждения
.3.2.4 При отсутствии между отдельными клетями непрерывных
сортопрокатных станов стодол с направляющими желобами между клетями должны
устанавливаться ограждения.
.3.2.5 Для зашиты работающих от теплового воздействия
горячего металла направляющие желоба ил непрерывных станах и на станах с
последовательным расположением клетей должны иметь соответствующие ограждения
(теплозащитные экраны)
.3.2.7 На станах линейного типа (три наличии длинных раскатов
или петель, а также при отсутствии у стана достаточных площадей должны быть
устроены подвесные желоба или подземные карманы с достаточным расширением устья
и в необходимых случаях с установкой направляющих роликов.
Для исключения выброса прокатываемого металла через борт
желоба устье приемного желоба должно быть закрыто с боковых сторон и сверху.
Листы и плиты желобов карманов должны плотно прилегать друг к
другу. Карманы, расположенные рядом, должны быть разделены стенами.
4.3.2.8 Желоба, используемые для передачи
металла от одной линии клетей к другой, для предупреждения образования петель
должны быть накрыты крышками.
.3.3 Шаропрокатные станы.
4.3.3.1 Все работы по разгрузке, перемещению и подаче
заготовки на загрузочную решетку нагревательной печи, а также работы по
погрузке готовых шаров должны быть механизированы
.3.3.2 На рабочих местах вальцовщиков должно быть установлено
устройство аварийного отключения механизма подачи заготовки в приемный желоб в
опасных случаях.
.3.3.3 Приемный желоб стана должен быть оборудован
устройством, предотвращающим выбрасывание заготовки из желоба
.3.3.4 При прокатке укороченных заготовок для вальцовщиков
должна предусматриваться специальная рабочая площадка расположенная вне зоны
скатывания заготовок. Задача укороченных заготовок в валки должна производиться
при помощи надставок необходимого размера
.3.3.5 Смена верхней проводки стана должна выполняться при
помощи приспособления, исключающего ее внезапное падение.
.3.3.6 При аварийной остановке элеватора должен быть
остановлен стан и перекрыта подача воды в завалочную яму
Ремонт элеватора должен выполняться после охлаждения шаров в
соответствии с требованиями технологической инструкции.
.3.3.7 Конструкция элеватора, а также фундамента завалочной
ямы должна исключать возможность зависания шаров.
5.
Промышленная экология
5.1 Анализ
состояния окружающей среды АО "ССГПО"
АО "ССГПО" - является крупнейшим производственным
предприятием Казахстана и стран СНГ по подготовке железорудного сырья.
Основная продукция АО "ССГПО" - офлюсованные
железорудные окатыши и железорудный концентрат - высококачественное сырьё для
доменного производства.
Главные загрязняющие вещества - углекислый газ, окислы серы,
азота, радиоактивные соединения.
Безусловно, любое производство имеет вредное воздействие на
окружающую среду. Но благодаря проводимым экологическим мероприятиям уровень
выбросов не превышает допустимых норм. В АО "ССГПО" большое внимание
уделяется охране окружающей среды.
Предприятие потребляет (перерабатывает) огромную массу сырья
и полуфабрикатов, в числе которых железная руда, известняк, каменный уголь для
получения кокса и готовый кокс, огнеупоры или сырье для их производства,
металлолом и т.д. К сожалению, пока еще нельзя назвать металлургическое
производство полностью безотходным, определенная доля поступивших на
предприятия материалов после переработки оказывается в числе отходов
производства.
При работе цехов и участков
металлопрокатного завода происходит выделение следующих загрязняющих веществ:
– в стали плавильном цехе
электропечи выделяются возгоны металла и его оксиды, оксиды серы и азота,
фтористый водород, аммиак, ионы хлора, графитовая пыль, фтористый кальций,
хлористый барий;
– в заготовительном
отделении выделяются сварочный аэрозоль, оксиды марганца, оксид углерода,
оксиды азота;
– в складе, где расположено
хранилище природного газа, используются лакокрасочные материалы, которые
выделяют ксилол и уайтспирит;
– в отделении для внепечной
обработки стали выделяются пыль, оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, фториды;
– в сталелитейном отделении
(УНРС) выделяются пыль, оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, фториды и
пары воды;
Количество и состав отходящих газов определяются рядом
факторов:
- наличием или отсутствием топлива, состав
которого определяет состав отходящих газов;
- использованием кислорода (по мере замены
воздуха кислородом в отходящих газах уменьшается содержание азота);
- подсосом воздуха через неплотности и щели;
- спецификой процесса (например, в случае
продувки металла аргоном в отходящих газах будет аргон);
- степенью дожигания СО и СО2.
Как правило, отходящие газы содержат СО, СО2, Н2О
и N2, а также некоторое количество NO, SO и О2.
Пылевыбросы состоят в основном из оксидов железа. Помимо пылегазовых выбросов в
процессах производства стали образуются шлаки (в зависимости от технологии в
количестве 10-20 % от массы металла). Объемы выбросов загрязняющих веществ в
атмосферу показаны в таблице 5.1.
Таблица 5.1 - Объемы выбросов загрязняющих
веществ в атмосферу
|
№ п/п
|
Наименование загрязняющих веществ
|
Нормативные объемы выбросов, т/год
|
Фактический выброс загрязняющих веществ за
2005г. т/год
|
|
1
|
Взвешенные вещества (зола)
|
78,038
|
70,074
|
|
2
|
Пыль металлическая
|
3,665
|
1,667
|
|
3
|
Пыль угольная
|
1,266
|
0,95
|
|
4
|
Пыль древесная
|
0,434
|
-
|
|
5
|
Сварочный аэрозоль
|
0,106
|
0,248
|
|
6
|
Окись углерода
|
29, 199
|
29,230
|
|
7
|
Двуокись азота
|
2,841
|
2,902
|
|
8
|
Сернистый ангидрид
|
12,528
|
7,812
|
|
9
|
Аэрозоль эмульсола
|
0,017
|
0,004
|
|
10
|
Оксиды марганца
|
0,008
|
0,011
|
|
11
|
Фтористый водород
|
0,132
|
0,042
|
|
12
|
Оксиды хрома
|
0,00004
|
0,000077
|
|
13
|
Оксиды железа
|
0,016
|
0,029
|
|
14
|
Хромовый ангидрид
|
0,009
|
0,0026
|
|
15
|
Хлористый водород
|
0,029
|
-
|
|
16
|
Пары щелочи
|
0,0002
|
0,00006
|
|
17
|
Аэрозоль краски
|
0,240
|
0,047
|
|
18
|
Спирт этиловый
|
0,080
|
0,158
|
|
19
|
Спирт бутиловый
|
0,060
|
0,117
|
|
20
|
Толуол
|
0,164
|
0,32
|
|
21
|
Этилцеллозольв
|
0,032
|
0,063
|
|
22
|
Бутил ацетат
|
0,032
|
0,063
|
|
23
|
Пары серной кислоты
|
0,370
|
0, 207
|
|
24
|
Цианистый водород
|
0,476
|
0,171
|
|
25
|
Пары азотной кислоты
|
0,014
|
-
|
|
26
|
Углеводороды
|
0,032
|
0,015
|
|
27
|
Ацетон
|
0,032
|
0,063
|
|
Всего выбросов, в т. ч.
|
129,821
|
114,618
|
|
Твердые вещества
|
83,403
|
72,939
|
|
Газообразные и жидкие вещества, вещества
ГАЗООБРАЗНЫЕ И ЖИДКИЕ
|
46,418
|
41,679
|
Все технические мероприятия, которые целенаправленно
закладываются в ремонтные программы и программы обновления оборудования,
направлены на снижение вредных выбросов. Руководство объединения и коллектив в
этом вопросе работают согласно международным стандартам ISO 14001: 2004
"Системы управления охраной окружающей среды - требования и руководство по
применению" [10].
Здесь применяются современные технологии, которые
разрабатываются и в Казахстане, и за рубежом, а также достаточно дорогостоящие
материалы и оборудование, способствующие сохранению нормальной экологической
обстановки в городе. Снизить дополнительные выбросы помогут современные
технические мероприятия, в том числе предусмотренные проектом эффективные
очистительные установки.
5.2
Утилизация и ликвидация отходов
Для обезвреживания промышленных выбросов применяется
несколько способов: промывка выбросов растворителями примеси (метод абсорбции)
или растворами реагентов, связывающих вредные вещества химически (метод
хемосорбции); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами
(метод адсорбции) или с помощью катализаторов.
Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси
на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов
поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Используется этот метод при
значительных концентрациях (от 2 до 20 г/м3) вредных примесей. В
качестве абсорбента в основном служит вода, реже водные растворы кислот или
вязких масел.
Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров
твердыми и жидкими поглотителями с образованием малолетучих и малорастворимых
химических соединений. Используется для обезвреживания некоторых специфических примесей
и в литейном производстве встречается редко.
Метод адсорбции базируется на свойствах некоторых твердых тел
селективно извлекать отдельные компоненты из газовой смеси и концентрировать их
на своей поверхности. В качестве адсорбента наиболее широко применяется
активированный уголь, с помощью которого можно удалят, например, двуокись серы
из горячих технологических газов [11].
Основными путями утилизации шлаков сталеплавильного
производства являются:
- извлечение металла;
- получение железофлюса для вагранок и
аглодоменного производства;
- получения щебня для дорожного и
промышленного строительства;
- использование основных шлаков в качестве
известковых удобрений для сельского хозяйства;
- использование фосфорсодержащих шлаков для
получения удобрений для сельского хозяйства;
- вторичное использование конечных шлаков.
На металлургических заводах образуются миллионы тонн шламов.
Основная масса шламов образуется в процессе улавливания и осаждения технических
и аспирационных выбросов пыли. По источникам образования железосодержащие шламы
черной металлургии подразделяют на агломерационные, доменные, сталеплавильные и
окалиносодержащие.
Сталеплавильные шламы подразделяются на шламы газоочисток,
конвертеров, мартеновских и электросталеплавильных печей. Основным направлением
рационального использования шламов является утилизация их в качестве добавки к
агломерационной шихте. Подготовка шламов включает сгущение, фильтрование и
термическую сушку.
Механическое обезвоживание (сгущение) шламов фильтрованием
или центрифугированием обеспечивает снижение влажности шлама до 15-25 %. В
результате ввода в агломерационную шихту сгущенных шлаков, обладающих
повышенными вяжущими свойствами, улучшается окомкование шихты, однако
транспортировка таких шламов приводит к загрязнению территории завода,
оборудования и помещений [12].
В сталеплавильном производстве сточные воды образуются в
процессе очистки газов мартеновских печей, конвертеров, дуговых печей, при
охлаждении и чистке изложниц, на установках непрерывной разливки. Размеры
частиц пыли в сточных водах от 0,01 до 0,1 мм при концентрации (в зависимости
от условий работы) от 3 до 20 г/л.
Мероприятия по борьбе с загрязнением водных бассейнов
разрабатываются в основном для производственных сточных вод (ПСВ). В литейных
цехах производственную воду расходуют на охлаждение оборудования,
гидрорегенерацию песка, очистку вентиляционного воздуха, ваграночных газов,
грануляцию шлаков, для транспортирования отработанных смесей, приготовления
красителей, формовочных и стержневых смесей, гидравлической и
электрогидравлической отливки и т.п.
Для очистки ПСВ применяются механические, химические,
физико-химические, термические и комбинированные методы. Механическим методом
очищают воды от грубодисперсных примесей и масел. Для этого используют различные
аппараты: отстойники, решетки, песколовки, фильтры, гидроциклоны, центрифуги и
т.п. Для нейтрализации щелочных сточных вод применяют добавки кислоты, обычно
серной. Нейтрализацию кислых сточных вод можно осуществить практически любым
основанием или щелочью, но наиболее дешевой является известняковое молоко.
Сточные воды с небольшим количеством примесей очищают методами сорбционными,
ионитовыми, электродиализа и др. В качестве сорбентов используют активированные
уголь и двуокись марганца, но чаще различные ионообменные смолы.
Используется значительное число технологий по утилизации
отходов.
Термические технологии применимы для утилизации любых видов
твердых, растворимых, жидких и газообразных отходов. Суть метода заключается в
термической обработке материалов высокотемпературным теплоносителем, т.е.
продуктами сгорания топлива (плазменная струя, расплав металла или окисла, СВЧ
нагревом отходов) контактным и бесконтактным способом. Термический метод
позволяет обезвреживать любые химические соединения при высоких температурах в
окислительном или восстановительном режиме с подачей воздуха, кислорода,
водорода или других газов, т.е. имеется возможность регулировать параметры
обеззараживания любого вещества (соединения).
Плазмохимический метод предпочтительно применить для
обеззараживания трудно-горючих и негорючих соединений. Принцип работы
плазмохимической установки: в струю низкотемпературной плазмы (более 3000К)
подается исходное вещество в жидком, пастообразном или порошковом виде. Оно в
реакторе разлагается до атомов, молекул и ионов. Плазмообразующий (водород,
азот, кислород) газ обеспечивает появление окислов, соединении галогенов с
водородом, нейтральных молекул и атомов, т.е. тот состав, который образуется в
соответствии с термодинамическими параметрами процесса. Необходимо четко
представить, что в отличие от сжигания отходов в топке (в смеси с топочными
газами и воздухом) плазменный процесс строго регулируется по давлению,
температуре и составу газа. При этом одним из условий процесса является закалка
газа, т.е. резкое уменьшение до 1000К в секунду температуры газа, чтобы не
допустить вторичного образования нежелательных соединений. Для уничтожения 1 кг
отходов необходимо до 3 кВт·час энергии [13].
Основные направления охраны окружающей среды:
) Комплекс мероприятий по ограничению вредных выбросов
и отходов (очистка сточных вод от примесей, очистка газовых выбросов от вредных
веществ, рассеивание вредных выбросов в атмосфере, захоронение токсичных и
радиоактивных отходов).
2) Разработка таких технологических процессов, которые
обеспечивают безотходное производство. Основные этапы разработки безотходной
технологии: разработка способов и оборудования для переработки всех отходов
производства (включая уходящие газы и пыль); разработка технологий, обеспечивающих
использование водооборотного цикла, отсутствие сточных вод; создание
территориально-производственных комплексов (ТПК), имеющих замкнутую структуру
материальных истоков сырья, полупродуктов и отходов внутри ТПК.
) Разработка малоотходных технологий.
Проблемы снижения загрязнений успешно решают путем создания
мало - и безотходных технологий в процессе совершенствования производства.
Кроме того, промышленность уже имеет огромный опыт применения многих видов
отходов черной и цветной металлургии, литейного производства и других отраслей
народного хозяйства в качестве ценного сырья для изготовления изделий и
конструкций. В связи с этим в проектах литейных цехов и заводов особое внимание
должно быть уделено созданию и внедрению современных технологических процессов,
отвечающих требованиям и задачам охраны окружающей среды.
6.
Специальная часть
6.1 Влияние
химического состава на качество стали
Для предупреждения нарушения сплошности металла необходимо,
чтобы вследствие усадки стали, температурных напряжений и ферростатического
давления суммарные напряжения, деформационная способность и скорость деформации
не превышали их критических значений, при которых наступает разрыв металла. На
деформационные свойства стали в значительной степени влияет скорость развития
деформации. С увеличением содержания углерода допускаемая скорость деформации
увеличивается. Поэтому средне - и высокоуглеродистые стали имеют меньшую
склонность к образованию трещин. Как показывают данные различных
исследователей, увеличение скорости деформации уменьшает допустимую деформацию
для всех марок стали. Деформация металла весьма существенно влияет также и на
допустимые напряжения в затвердевающей стали. Последний показатель в
значительной степени связан с наличием в стали фосфора, серы и марганца.
Химический состав стали во многом определяет свойства в интервале температур
кристаллизации. Так, присутствие углерода и серы оказывает заметное влияние на
склонность к трещинообразованию. С повышением содержания углерода c 0,1 до 0,18
% прочность стали возрастает почти линейно. При содержании углерода 0,18 - 0,20
% сталь обладает максимальной прочностью и аномально низкими пластическими
характеристиками. Собственно в этом диапазоне содержания углерода сталь по
фронту затвердевания не обладает способностью к пластической деформации. При
дальнейшем увеличении содержания углерода прочность стали постепенно
уменьшается. Увеличение содержания серы от 0,025 % до 0,045 % уменьшает предел
прочности при растяжении, причем особенно заметное снижение прочности имеет
место в пределах изменения содержания серы от 0,025 до 0,030 %.
Хотя максимальное значение предела прочности при растяжении и
имеет место при концентрации углерода примерно 0,18 %, сталь с таким
содержанием углерода особенно склонна к образованию трещин. Это позволяет
предположить, что пластичность (способность к пластической деформации)
оказывает большее влияние на склонность стали к трещинообразованию, чем
прочность, так как при содержании углерода 0,18 - 0,20 % сталь по фронту
затвердевания практически не обладает способностью к пластической деформации.
Многочисленные экспериментальные исследования, рассмотренные,
например, в работе, показывают, что допустимая полная деформация сильно зависит
от соотношения Mn/S. Для Mn/S < 25 при разрыве образцов (диапазон температур
1000-1250°С) значения относительного сужения составляют менее 10 %, при Mn/S =
60 значение относительного сужения возрастают до 40 %, а при Mn/S = 100 и 200 -
соответственно до 60 % и 90 %. Непрерывное увеличение пластичности стали с увеличением
отношения содержания марганца к сере позволяет сделать заключение об
изменяющемся составе сульфидов и о другомместе их выделения при более высокой
концентрации марганца. Образование легкоплавкого сульфида железа, обогащенного
марганцем, подавляется преимущественным образованием сульфида марганца, который
выделяется не по границам зерен.
В целом же приведенные данные позволяют говорить о
возможности повышения качества внутренней структуры непрерывно литой заготовки
путем повышения значения отношения Mn/S. В настоящее время большинство ведущих
металлургических компаний мира рекомендуют обеспечивать отношение Mn/S >
60-70 при разливке рядовых сталей на сортовую и блюмовую заготовку. [33]
6.2 Дефекты
катаных шаров
Поперечную прокатку в винтовых калибрах впервые начали
разрабатывать применительно к производству шаров. Схема процесса представлена
на рисунке 6.1 Круглый пруток задается в непрерывно вращающиеся валки, на
боковой поверхности которых нарезаны винтовые калибры, имеющие негативный
профиль по отношению к прокатываемому изделию. Прокатка сплошных изделии
осуществляется на двухвалковом стане. Передний конец прутка захватывается
ребордами валков, начинает вращаться и, продвигаясь по оси калибра, постепенно
обжимается, приобретая форму требуемого изделия. В конце калибра изделие
отделяется и выбрасывается из валков. При этом реборды валков захватывают новую
порцию металла и процесс осуществляется непрерывно пока не прокатается весь
пруток. Обжимаемая валками заготовка удерживается на оси прокатки в стане с
помощью специальных направляющих линеек. Калибровку валков выполняют таким
образом, чтобы было обеспеченно постепенное внедрение реборд валков в
обжимаемую заготовку.
Для обеспечения требуемой формы заготовки с хорошим качеством
поверхности без плени закатов необходимо, чтобы в процессе прокатки
деформируемый металл непрерывно прилегал к реборде винтового калибра. В случае
отставания металла от реборды калибра профиль заготовки оказывается
незаполненным или на ее поверхности могут возникнуть закаты. Вторым важным
условием, обеспечивающим нормальный процесс формообразования заготовки,
является постоянство объема метала в калибре. Если объем металла, захваченный в
начале калибра, будет больше объема, который может расположиться в последующих
участках калибра, то избыток металла может привести к нарушению формы изделия,
появлению плен на его поверхности и вскрытию полости внутри заготовки.
Рисунок 6.1 - Схема прокатки шаров.
В начальный момент внедрения реборды валка в заготовку обжимаемый
металл вытесняется только в радиальном направлении. При этом на участках
боковой поверхности, прилетающих к торцам заготовки, появляются наплывы
металла. По мере уменьшения диаметра обжинаемой перемычки наступает осевое
течение металла. При этом изменение ширины реборды должно соответствовать
вытяжке перемычки. В противном случае заготовка будет отходить от реборды
валка.
Склонность к разрыхлению металла в сердцевине заготовки при
поперечной прокатке исследовали С.П. Грановский и Н В. Мехов. Они показали, что
на разрыхление металла влияют следующие основные факторы поперечной прокатки в
винтовых калибрах:
а) величина обжатия за половину оборота заготовки;
б) ширина реборды калибра;
в) натяжение металла в обжимаемой части заготовки;
г) температура прокатки;
д) скорость вращения валков;
е) затрудненность осевого течения металла и наличие избытка
металла в калибре.
Для предотвращения разрыхления металла в осевой зоне при
поперечной прокатки сплошных изделий в винтовых калибрах, необходимо по
возможности увеличивать обжатие за половину оборота заготовки; это достигается
сокращением числа в витков формующего участка калибра.
В зависимости от условий прокатки температура нагрева металла
оказывает различное влияние на его разрыхление в осевой зоне.
При наличии натяжения в перемычке склонность к разрыхлению
металла уменьшается при увеличении температуры прокатки. Аналогичное
явление отмечается и при его свободном осевом истечении. Иная
картина наблюдается при затрудненном осевом течении металла и особенно при
избытке его в винтовом калибре. В этом случае наоборот склонность к разрыхлению
металла увеличивается при увеличении температуры прокатываемых заготовок.
Исходным материалом мелющих шаров служат, стандартные прутки
горячекатаной стали наиболее ходовых размеров по диаметру.
Размеры прокатываемых мелющих шаров и диаметры пруткового
металла, идущего на их производство:
Номинальный диаметр шара, мм 26,3 31,5 41,4 52 62 73
Номинальный диаметр прутка, мм 25 30 40 50 60 70
Если диаметр исходной заготовки значительно отличается от
номинального значения, то мелющие шары обычно прокатываются с неполным
заполнением их в формы, т.е. с кольцевыми канавками на поверхности, которые
практически не оказывают влияния на условия работы шаров в мельницах. Для обеспечения
прокатки мелющих шаров без канавок отклонения диаметра исходных прутков в
запускаемой партии должны быть в пределах 0,3-0,4 мм.
Прокатка мелющих шаров без канавок возможна так же из
заготовок, диаметры которых могут колебаться в значительно больших пределах.
Для этого валки снабжаются специальным калибрующим устройством.
Точность диаметра шара зависит от расстояния между валками и
при обнаружении отклонения от заданного диаметра шара производят
соответствующую регулировку механизма сближения валков. Повышенную овальность
шара устраняют регулировкой угла наклона валков. Обычно угол наклона осей
валков (угол подачи) приблизительно равен углу подъема реборды вблизи ее
основания (по дну калибра).
Изменяя угол наклона валков, можно увеличить или уменьшить
осевую подачу металла в валки. При уменьшении угла сокращается подача металла в
валки, заготовка может начать отставать от реборды, форма тара не заполняется и
на ее поверхности появляются винтовые канавки, с увеличением угла подачи этот
дефект пропадает. При чрезмерно большом угле подачи возможно появление избытка
металла в калибре, шары получают неправильную форму и имеют местные вздутия, а
внутри шара вскрывается полость.
При неправильной настройке стана и нарушении режимов прокатки
на поверхности шара могут появиться дефекты в виде канавок (пояски недоката) по
окружности или части ее, плен, лысок и вмятин.
Канавки на поверхности шара возникают при задаче в валки
недостаточно нагретого металла, при несоответствии диаметра прутка, а также при
чрезмерном разведении валков.
Плены и закаты перемычек появляются из-за нарушения осевой
настройки валков. При незначительном несовпадении калибров валков по оси
прокатки (0,1 - 0.2 мм) шары разворачиваются в калибре, перемычки срезаются и
шары выходят из валков без перемычек. При большем осевом смешении валков шар
раньше разворачивается в калибре, перемычки разрываются, еще не достигнув
требуемого утонения, и закатываются в тело шара, образуя плены из его
поверхности. При появлении этих дефектов необходимо отрегулировать положение
валков в осевом направлении с тем, чтобы шары выходили из валков, не
разворачиваясь в калибре.
Плены и закаты на поверхности шара появляются также при
неправильной калибровке валков, если форма и размеры реборды не следят за
вытяжкой перемычки. При этом заготовка вначале отходит от реборды, а при
дальнейшем продвижении по калибру в образовавшийся зазор между заготовкой и
ребордой валка выдавливается металл, образуя плену.
Поверхностные дефекты в виде лысок и царапин возникают при
подрезании шара о проводку и вызываются чрезмерным давлением обжимаемой
заготовки на проводку, а также при наличии большого зазора между валком и
гранью проводки. Большое давление металла на проводку возникает при неточной
нарезке калибров валков или значительной поводке их во время термической
обработки, а также при большом смещении оси прокатываемой заготовки
относительно плоскости, проходящего через оси валков. Уменьшение давления
заготовки на проводку может быть достигнуто при настройке стана приближением ее
к оси прокатки.
Вмятины на поверхности шара появляются при вдавливании в
заготовку металла, налипающего на валки. Налипание наблюдается вследствие
чрезмерного скольжения между заготовкой и ребордой валка. При этом
поверхностный слои заготовки сильно разогревается и в виде отдельных частиц
металла прилипает к валкам.
Как показывают опыты, склонность к налипанию металла зависит
не только от величины скольжения между обжимаемой заготовкой и валком, но и от
твердости валка. Чем меньше твердость калибров валков, тем интенсивнее налипает
металл и тем прочнее он удерживается на ребордах валков.
Рисунок 6.2 - Схема к определению скорости скольжения между
заготовкой и валком.
Скольжение металла в калибре вызывается разницей между окружными
скоростями валка и заготовки. Скорость заготовки убывает к оси шара, а скорость
валка, наоборот, возрастает от основания к вершине реборды. Валок соприкасается
с обжимаемой заготовкой по дуге АБС (рис.5.2). Окружные скорости валка и
заготовки будут одинаковы по катающему радиусу (линия NN). Во всех остальных
точках калибра окружные скорости валка и заготовки не будут совпадать,
вследствие чего возникает скольжение между металлом и валком. Наибольшее
скольжение будет в месте соприкосновения вершины реборды валка с обжимаемой
перемычкой. В этом месте заготовка наиболее интенсивно обжимается, что приводит
к значительному выделению тепла и местному перегреву металла. Таким образом,
склонность к налипанию металла наблюдается на вершинах реборды волка.
Первый путь сокращение числа оборотов валков неэффективный,
т.к. одновременно понижается производительность стана, в то время как
устранение налипания уменьшением диаметра валка не снижает производительности,
кроме того, сокращает стоимость изготовления сравнительно дорогостоящих валков.
Предварительный подогрев валков и смазка реборд уменьшают налипание металла па
валках, но усложняют эксплуатацию стана. Поэтому эти способы не нашли
практического применения. Таким образом, устранение налипания металла на валках
при освоении прокатки шаров достигнуто выбором оптимальных диаметров, скорости
вращения, материала и термической обработки валков. Исходя из условии прочности
валков и головок универсальных шпинделей, установленных со стороны привода
валков, выбирают мини-малыше их диаметры, при которых исключается налипание
металла на реборды калибра.
Выбор и расчет валков прокатного стана
Валки производства компании ENCE GMBH эксплуатируются на
многих металлургических и трубных предприятиях России и стран СНГ.
Таблица 6.1 - Технические характеристики валков
|
Рабочий слой
|
Шейки и сердцевина
|
|
Твердость, hsd
|
75
|
Твердость, hsd
|
37 - 55
|
|
Отклонения по твердости, hsd
|
2 - 3
|
Предел текучести, МПа
|
800 - 900
|
|
Глубина рабочего слоя, мм
|
-
|
Предел прочности на растяжение, МПа
|
1100 - 1300
|
|
Предел прочности на растяжение, МПа
|
1350 - 1450
|
Удлинение, %
|
8 - 10
|
|
|
Ударная вязкость, Дж/см2
|
22 - 30
|
Х153CrMoV12
Все валки прокатных станов
<#"863200.files/image050.gif">, мм (6.1)
где Т - крутящий момент, Т = 23887 Нм
Разрабатываем конструкцию вала и оцениваем его размеры: диаметр в
месте посадки валка dв = 201мм; диаметр в месте посадки подшипников
dп = dв - 5 = 201 - 5 = 196мм; l = 600; a = b = 300мм; с
= 450мм.
Определяем допустимую радиальную нагрузку на выходном конце вала:
м =
250
(6.2)м = 250 
, Н
Определяем силы в зацеплении, Н:
т =
2Т/d1 (6.3)т = 2·23887·103/250 = 191·103;а
= Fтtgβ (6.4)а
= 191·103·0.1405 = 26,8·103;r = Fтtgα/cosβ (6.5)r = 191·103·0.364/0.99
= 70·103;
где d1 - делительный диаметр валка, d1 = 250
мм;т - окружная сила;а - осевая сила;r -
радиальная сила;
Определяем реакции в опорах и строим эпюры изгибающих и крутящих
моментов. Рассмотрим реакции от сил Fr и Fа, действующих
в вертикальной плоскости. Сумма проекций: Fr = А1+В1;
Fа = Н1. Сумма моментов В1l= Frl/2
+ Fаd1/2. При этом:
В1 = Fr /2 + Fаd1/
(2l), Н; (6.6)
В1 = 70000/2 - 26,8·103·250/ 2·600 = 29416
А1 = Fr - В1, Н; (6.7)
А1 = 70000 - 29416 = 40,5·103;
Реакция от сил Ft и Fм, действующих в
горизонтальной плоскости
А2+В2=Ft-Fм; В2l=
Ftl/2 - Fм (c+1):
В2= Ft /2 - Fм (c/l+1), Н;
(6.8)
В2 = 191·103/2 - 38638 ( (450/600) +1)
= 27880;
А2 = Ft - Fм - В2,
Н; (6.9)
А2 = 181·103 - 38·103 -
27,8·103 = 125,2·103.
Просчитываем два предполагаемых опасных сечения: сечение 1-1
под валком, и сечение 2-2 рядом с подшипником. Для первого сечения изгибающий
момент:
, Н·мм; (6.10)
М = 
=7050·103
Крутящий момент T = 23887·103Н·мм.
Напряжение изгиба: σи = М/Wи = 7050·103/0,1·2013 =
8,68 МПа;
Напряжение кручения: τ = Т/Wр = 23887·103/0,2·2013=14,7
МПа.
Пределы выносливости определяются по формулам:
σ-1 = 0,4σв = 0,4·750=300 МПа;
τ-1 = 0,2σв = 0,2·750=150 МПа;
τв= 0,6·650=390 МПа
По табличным данным для прессовой посадки Кσ = 1,7, Кτ= 1,4.
Таблица 6.4 - Концентрация напряжений
|
Фактор концентрации напряжений
|
Кσ
|
Кτ
|
|
σв, МПа
|
|
≤700
|
≥1000
|
≤700
|
≥1000
|
|
Галтель при r/d=0,02 (D/d=1,25…2) 0,06 0,10
|
2,5 1,85 1,6
|
3,5 2,0 1,64
|
1,8 1,4 1,25
|
2,1 1,53 1,35
|
|
Выточка при r/d=0,02 (t=r) 0,06 0,10
|
1,9 1,8 1,7
|
2,35 2,0 1,85
|
1,4 1,35 1,25
|
1,7 1,65 1,5
|
|
Поперечноеотверстиепри (а/d=0,05…0,25)
|
1,9
|
2,0
|
1,75
|
2,0
|
|
Шпоночный вал
|
1,7
|
2,0
|
1,4
|
1,7
|
|
Шлицы
|
При расчете по
внутреннемудиаметруможноприниматьКσ=Кτ= 1
|
|
Пресоваяпосадкапри р≥20 МПа (без
конструктивныхмер, уменьшающихконцентрацию)
|
2,4
|
3,6
|
1,8
|
2,5
|
|
Резьба
|
1,8
|
2,4
|
1,2
|
1,5
|
Находим запас сопротивления усталости по изгибу:
σ = σ-1/ (σaК/Кd·Кf
+ψτσm); (6.11)σ = 300·0,72/1,7·8,68 =
4,3;
Находим запас сопротивления усталости по кручению:
τ = τ-1/ (τaКт/Кd·Кf
+ψτσm); (6.12)τ = 150/ (1,4·7,35)
/0,72+0,05·7,35 = 10,4
Находим запас сопротивления усталости при совместном действии
напряжений кручения и изгиба:
S = Sτ+ Sτ/ 
; (6.13)= 14,6·10,4/
;
Для второго сечения изгибающий момент:
М = Fмc = 38638·450 = 17387·103, Н·мм;
Крутящий момент T = 23887·103Н·мм.
Напряжение изгиба: σи = М/Wи = 17387·103/0,1·1963 = 23
МПа;
Напряжение кручения: τ = Т/Wр = 23887·103/0,2·1963
= 15,8 МПа.
Принимаем r галтели равными 2 мм; r/d = 0.04 b находим Кσ=2; Кτ=1,6 (таблица 2.2). Находим запасы
сопротивлений усталости на изгиб и на кручение Sσ=4,6; Sτ= 8,5
= 4,6·8,5/
Больше напряженно второе сечение.
Проверяем статическую прочность при перегрузках
σэк = 
(6.14)
σэк = 
σи = М/ (0,1d3) = 46 МПа; (6.15)
τ = Т/ (0,2d3) = 17;
Проверяем прочность вала. По условиям работы валка опасным
является прогиб вала под валком. Для определения прогиба используем таблицу
6.5.
Таблица 6.5 - Определение прогиба.
|
Углы поворота θ и прогиба y
|
 
|
|
|
θA
|
 
|
|
|
θB
|
 
|
|
|
θC
|
θB
|
|
|
θD
|
 
|
|
|
θE
|
 -
|
|
|
θH
|
 -
|
 
|
|
|
yE
|
 -
|
|
|
yH
|
 -
|
|
|
yC
|
θBc
|
|
Средний диаметр на участке l принимаем равным dв =
201 мм.
Полярный момент инерции сечения вала:
Ј = πd4/200 (6.16)
Ј = 3.14·2014/200 = 2562·104 мм4
Прогиб в вертикальной плоскости:
от силы Fr:
в= Fra2b2/3EJl,
мм; (6.17)в= 70000·3002·3002/3·2,1·105·2562·104·600
= 0,04 мм.
от момента Ма прогиб равен нулю.
Прогиб в горизонтальной плоскости от сил Ft и Fм:
г= Ft a2 b2/3EJl
+ Fмса (l2-a2) / 6EJl, мм; (6.18)г=
0,015+0,005 = 0.02.
Суммарный прогиб:
y= 
, мм; (6.19)
у = 
= 0,044 мм.
Допускаемый прогиб 
= 0,01m = 0.01·5=0.05>0.044 мм.
Таким образом, условия прочности и жесткости выполняются. По этим
условиям диаметр вала можно сохранить.
7.
Технико-экономическая часть
Для осуществления автоматизации, контроля и управления
технологическим процессом в новой печи, предусмотрены четыре контроллера фирмы
SIEMENS типа S7-400. Каждый контроллер отвечает за выполнение следующих
функций:
Контроллер 1 (нагрев печи): регулирование давления воздуха
для горения; контроль температуры воздуха для горения; регулирование давления
печи; контроль разбавления и защита рекуператора; контроль нагревательных зон;
регулирование температур; регулирование расхода воздух-газ; регулирование длины
пламени горелки; наблюдение за атмосферой внутри печи; слежение за газовыми
станциями; управление отсекающими клапанами.
Контроллер 2 (водоохлаждение): контроль водяных контуров;
управление насосами и дизелем; слежение за расходом и температурой воды в
вертикальных и продольных балках; регулирование температуры воды; контроль
подачи воды.
Контроллер 3 (транспортировка продукции): управление
загрузочной машиной; выполнение циклов балок; управление заслонкой выдачи;
управление заслонкой разгрузки; управление разгрузочными машинами; управление
гидравликой.
Контроллер 4 (управление рольгангами): управление рольгангами
загрузки; контроль сляба на роликах; слежение за продуктом на роликах; позиционирование
сляба перед печью; управление рольгангом выдачи; управление лазерами и
позиционированием перед печью.
Для четырех контроллеров выбрана серия S7-400, исходя из
следующих соображений: качественных характеристик микропроцессора; большой
емкости памяти; надежности данного типа оборудования; стандартизации
оборудования [12].
До строительства заготовки покупались у сторонних
организаций, что приводило к дополнительным затратам. При проектировании
целесообразно рассмотреть капитальные затраты и затраты, связанные с его
эксплуатацией.
Капитальные затраты представлены в таблице 7.1
Таблица 7.1 - Капитальные затраты
|
Наименование оборудования
|
Ед. измерения
|
Количество
|
Отпускная цена, тыс. тенге
|
Заготовительно-складские расходы тыс., тенге
|
Монтаж, тыс. тенге
|
Всего стоимость, тыс. тенге
|
|
|
|
единицы
|
общая
|
|
|
|
|
Индукционная печь
|
шт.
|
1
|
2560,0
|
2560,0
|
51,2
|
384,0
|
2995,2
|
|
Двигатель
|
шт.
|
1
|
209,0
|
209,0
|
4,2
|
31,4
|
244,5
|
|
Редуктор
|
шт.
|
1
|
143,4
|
143,4
|
2,9
|
21,5
|
167,8
|
|
Рольганг
|
шт.
|
1
|
132,5
|
132,5
|
2,7
|
19,9
|
155,0
|
|
Вилки
|
шт.
|
1
|
190,2
|
190,2
|
3,8
|
28,5
|
222,6
|
|
Закаливающий механизм
|
шт.
|
1
|
102,5
|
102,5
|
2,0
|
15,4
|
119,9
|
|
Всего
|
|
|
|
|
|
|
3905,0
|
В дипломном проекте рассчитываются эксплуатационные затраты
на содержание стана.
Амортизация основных средств. Основой для расчета годовой
суммы амортизационных отчислений, являются стоимость оборудования, а также
установленные для данного вида основных средств нормы амортизации.
Амортизация оборудования. Годовые амортизационные отчисления
по каждому виду оборудования Агодi определяется следующим образом:
где Соi - полная первоначальная стоимость i - го вида
оборудования, тыс. тенге;
Наi - норма амортизации i - го вида оборудования, %.
Таблица 7.2 - Амортизационные отчисления
|
Наименование групп и подгрупп фиксированных
активов
|
Общая стоимость основных фондов i-ой подгруппы
активов, тыс. тенге
|
Норма амортизации, %
|
Амортизационные отчисления, тыс. тенге/год
|
|
Индукционная печь
|
2995,2
|
22
|
658,9
|
|
Двигатель
|
244,5
|
22
|
53,8
|
|
Редуктор
|
167,8
|
22
|
36,9
|
|
Рольганг
|
155,0
|
22
|
34,1
|
|
Вилки
|
222,6
|
22
|
49,0
|
|
Закаливающий механизм
|
119,9
|
22
|
26,4
|
|
Итого
|
|
|
859,1
|
По нормам обслуживания для работы стана необходима бригада
слесарей из пяти человек соответствующей квалификации. Заработная плата
определяется, исходя из баланса рабочего времени и тарифа.
Таблица 7.3 - Баланс рабочего времени
|
Затраты времени
|
Режим работы предприятия (непрерывный)
|
|
1 Календарный фонд времени, Ткал,
сут 2 Количество нерабочих дней предприятия (за год), Тпер, сут:
праздничные, Тпр выходные, согласно режиму работы, Твых
3 Номинальный фонд рабочего времени предприятия, Тном, сут (Тном=Ткал-Тпр-Твых)
4 Неявки рабочего на работу, Фпер, сут.: выходные согласно графику
сменности, Фвых трудовой отпуск, Фотп гос. и
общественные обязанности, Фгоо прочие неявки, Фпр 5 Продолжительность
смены, Тсм, час 6 Эффективный фонд рабочего времени одного
рабочего: в сутках (Фэф = Тном - (Фвых+Фотп+Фгоо+Фпр))
в часах (Фэф*Тср. см) 7 Коэффициент списочного состава,
kсс, (Тном/Фэф)
|
365 0 0 365 182 30 0 2 12 151 1812 2,4
|
Тарифная ставка, соответственно часовая и тарифная, для
рабочего первого разряда определяется по соотношению:
, (7.1)
, (7.2)
где Зmin - минимальная заработная плата по предприятию,
тенге/мес.;
Тгод - количество рабочих часов одного рабочего за год,
ч/год;д. год - количество рабочих дней за год, сут. /год.
Тарифные ставки других разрядов (Чтсi) рассчитываются
на основе тарифной ставки рабочего первого разряда (Чтс1) и
соответствующих этим разрядам тарифных коэффициентов (kтi):
. (7.3)
При помесячной (окладной) системе учета расчет заработной платы
осуществляется по формулам:
, (7.4)
, (7.5)
где Тф, Nф - фактический отработанное время,
ч, сут.;
Тпл, Nпл - плановый фонд времени, ч, сут.
Рабочим промышленных предприятий кроме оплаты труда производятся
различные доплаты к заработной плате, под которыми понимаются - суммы денежных
средств, начисляемые для компенсации трудности работ в связи с выполнением
дополнительной функции, не входящих в прямые обязанности, отклонением от
нормальных условий труда, а так же с целью сохранения за работником части заработной
платы в случае ее уменьшения не по его вине.
Размер доплат устанавливается законодательством, коллективным
договором и другими соглашениями предприятий с профсоюзными организациями.
Премия за выполнение плана может быть учтена как доплата к прямой
заработной плате, и входит в состав основной заработной платы и соответственно
в себестоимость. Общий размер премии за выполнение и перевыполнение плана по
объему производства не может превышать определенного процента прямого заработка
(40¸60 %).
Доплаты не освобожденным бригадирам из числа рабочих за
руководство бригадой производится в зависимости от численности бригады. Размер
доплат при численности бригады 5 ¸ 10 человек составляет 7¸10 % тарифной ставки, а при численности более 10 человек - 10¸15 %.
Фонд дополнительной заработной платы исчисляется обычно в
процентах к дневному или тарифному фонду и складывается из оплаты очередных и
дополнительных отпусков, прочих выплат из фонда дополнительной заработной платы
(оплата времени, затраченного на выполнение государственных и общественных
обязанностей; оплата льготных часов подросткам и перерывов матерям для
кормления детей; выходные пособия). При этом оплата за отпуска (dо) и
за выполнение государственных и общественных обязанностей (dгоо)
начисляется в процентах от основного дневного заработка рабочего, а остальные
доплаты (dпр) - от тарифного. Поэтому дополнительная заработная
плата за один день работы может быть условно выражена формулой:
, (7.6)
а годовой фонд дополнительной заработной платы определяется по
формуле:
, (7.7)
, (7.8)
где tм - количество дней работы в течение года рабочего
места, сут.;раб - количество дней работы в году одного рабочего,
сут.
Процент оплаты очередных и дополнительных отпусков определяется
исходя из дней отпуска и числа рабочих дней по формуле:
, (7.9)
где Фопт - число дней очередного и дополнительного
отпуска, сут. ;
Фраб - число рабочих дней в году без учета основного и
дополнительного отпусков, сут.
Таблица 7.4 - Расчет фонда оплаты
|
Профессия
|
nсм, см/сут.
|
Числ-ть, чел.
|
Разряд
|
Тарифная ставка, тенге/см
|
Эффективный фонд
|
Прямая зарплата, тенге/год*чел.
|
Доплаты, тенге/год*чел
|
Основная зарплата, тенге/годл*чел
|
Дополн-ая зарплата, тенге/год*чел
|
Фонд оплаты труда, тенге/год*чел
|
Общий фонд оплаты труда, тенге/год
|
|
|
явочная, Nяв
|
Коэфф. спис-го состава, kcc
|
списочная, Nсп
|
|
|
рабочего времени, сут. /чел.
|
|
ночные
|
праздничные
|
премия
|
бригадирские
|
всего
|
|
|
|
|
|
Слесарь
|
2
|
1
|
2,4
|
2
|
4
|
924
|
151
|
139524
|
34881
|
9240
|
20928,6
|
-
|
65049,6
|
204573,6
|
17047,8
|
221621,4
|
443242,8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рабочий
|
2
|
1
|
2,4
|
2
|
5
|
1080
|
151
|
163080
|
40770
|
10800
|
24462
|
|
76032
|
239112
|
19926
|
259038
|
518076
|
|
Рабочий
|
2
|
1
|
2,4
|
2
|
3
|
808
|
151
|
122008
|
30502
|
8080
|
18301,2
|
|
56883,2
|
178891
|
14907,6
|
193799
|
387598
|
|
ИТР
|
1
|
1
|
1,2
|
1
|
11
|
1620
|
207
|
335340
|
-
|
|
67068
|
|
67068
|
402408
|
33534
|
435942
|
435942
|
|
Всего
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1784858
|
Социальный налог составляет 11%
Сн = 1784858 
0,9 0,11 = 176701 (тенге)
Затраты на электроэнергию определяются исходя из количества часов
работы оборудования и расхода электроэнергии.
Затраты на электроэнергию, получаемую со стороны учитывают по
двухставочному тарифу. Основная ставка взимается за каждый киловатт
присоединенной (установленной) горным предприятием активной мощности,
участвующей в максимуме нагрузки энергосистемы. Дополнительная ставка - за
израсходованное количество киловатт-часов электроэнергии, учтенное счетчиком.
При определении затрат на электроэнергию можно воспользоваться одноставочным
тарифом.
Общая сумма затрат на электроэнергию Сэ, определяется
по формуле:
Сэ = W · a; (7.10)
где а - тариф за один киловатт *час потребленной энергии (10
тенге)- потребленная электроэнергия, квтч
Тгод - число часов работы оборудования в год, согласно
режиму работы предприятия (участка).
Таблица 7.5 - Затраты на электроэнергию
|
Наименование оборудования
|
Установленная мощность, Квт
|
Число часов использования, час
|
Потребляемая электроэнергия, КВтч
|
Стоимость электроэнергии, тенге
|
|
Двигатель
|
185
|
8760
|
1620600
|
22688400
|
|
Индукционная печь
|
500
|
8760
|
4380000
|
61320000
|
|
Освещение
|
24
|
8760
|
210240
|
2943360
|
|
Всего
|
|
|
|
86951760
|
Таблица 7.6 - Затраты на текущий ремонт
|
Показатели
|
Обозначение
|
Единица измерения
|
Значение
|
|
Трудоемкость ремонтных работ
|
 час764
|
|
|
|
Средний разряд ремонтных рабочих
|
-
|
-
|
4
|
|
Часовая тарифная ставка ремонтных рабочих
|
 тенге105,64
|
|
|
|
Затраты по зарплате
|
 тенге105534
|
|
|
|
По тарифу
|
 тенге80708
|
|
|
|
Прочие
|
 тенге8070,8
|
|
|
|
Дополнительная зарплата
|
 тенге17755
|
|
|
|
Социальный налог
|
 тенге12347
|
|
|
|
Итого затрат по ремонту
|
|
|
117881
|
|
|
|
|
|
Таблица 7.7 - Затраты на основные и вспомогательные материалы
|
Статьи и элементы затрат
|
Объем производства, т.
|
Затраты на единицу продукции, тенге
|
Затраты на весь объем, тенге
|
|
1 Сырье и материалы
|
10000
|
72
|
720000
|
|
2 Транспорт сырья и материалов
|
|
|
10600
|
|
2 Вспомогательные материалы
|
10000
|
34
|
340000
|
|
Всего
|
|
|
1070600
|
Таблица 7.8 - Эксплуатационные затраты, тыс. тенге
|
Показатель
|
|
Заработная плата
|
1784,9
|
|
Социальный налог
|
196,3
|
|
Амортизация
|
859,1
|
|
Электроэнергия
|
86951,8
|
|
Материалы и запасные части
|
1070,6
|
|
Ремонт
|
117,9
|
|
Итого
|
90980,5
|
Экономический эффект складывается из разницы между оплатой
сторонней организации и эксплуатационными затратами на изготовление заготовок
собственными силами.
Оплата сторонним организациям при потреблении заготовок
стоимостью 9500 тенге составляет:
З = 10000·9500 = 950000000 тенге
Экономический эффект рассчитывается
Эф = З - Сэ - 0,15·К; (7.11)
где Сэ - эксплуатационные затраты,
К - капитальные затраты.
Эф = 95000000 - 90980,5 - 0,15 ·3905 = 3433 тыс. тенге
Срок окупаемости рассчитывается, как
Т=К/Эф; (7.12)
Т=3905/3433=1,14 года
Заключение
Существует множество способов по улучшению качества литой
заготовки, среди них выделяются такие как: внедрение электромагнитного
перемешивания, применение современных типов кристаллизатора, применение
водовоздушного охлаждения, улучшение конструкции клети прокатного стана, что
приведет к уменьшению дефектов в стали и тем самым улучшению ее качества.
Сравнительный анализ валков двух производителей показал, что
валки фирмы ENCE GMBH лучше почти по всем показателям, их и берем для
установки. Расчеты на прочность валка показали, что данные валки имеют хорошие
показатели по твердости, пределу текучести, прочности на растяжение. Валки
менее подвержены износу и у них больше срок службы
После анализа научно-патентной литературы и подробного
изучения технологии производства, проблем металлопрокатного завода был
предложен комплекс нового оборудования для решения данных проблем. В комплекс
оборудования входят: Электромагнитный перемешиватель (ЭМП), система
водовоздушного охлаждения, кристаллизаторConcust, валкиENCE GMBH.
ЭМП имеет целый ряд преимуществ, это новейшая технология
получения высококачественных непрерывно-литых заготовок, уменьшение количества
поверхностных дефектов в 2-3 раза, увеличивается зона равноосных кристаллов на
50.100%, уменьшается центральная пористость и ликвация до 0 баллов, повышается
возможность увеличения скорости разливки на 20.30%, расширяется возможность
литья с более высокой температурой перегрева Т°С на 10.15°С, позволяет
значительно расширить сортамент разливаемых марок сталей в том числе
высокоуглеродистых и специальных (подшипниковых, нержавеющих и инструментальных).
Основные технологические преимущества системы водовоздушного
охлаждения заключаются в следующем: высокие скорости движения потоков
непосредственно в отверстии форсунки, что существенно уменьшает вероятность его
зарастания, возможность формирования капель воды оптимальных размеров, что
повышает эффективность охлаждения в целом, широкий диапазон изменения
параметров подачи охлаждающей жидкости и воздуха, что дает возможность
использовать один типоразмер форсунок для различных марок сталей и скоростей
литья, однородность распыления воды вдоль поверхности широких граней слябов за
счет использования нескольких форсунок по ширине (с перекрытием), что снижает
вероятность локального переохлаждения (перегрева) поверхности слитка.
Кристаллизатор данной конструкции улучшает условия
теплоотвода через стенки кристаллизатора, что оказывает влияние не только на
качество заготовки, но и способствует более высокой производительности.
Валки компании ENCE GMBH отличаются высокой
износоустойчивостью, твердостью, пределом прочности на растяжение и текучести.
Замена валков позволяет улучшить качество проката и уменьшить количество
продукции с дефектами.
После изучения технологии производства, были выявлены
следующие недостатки: производительность цеха не соответствует плановой, большое
количество дефектов литых заготовок, устаревшее оборудование, постоянно
забиваются форсунки, что приводит к неравномерному теплообмену. Данный комплекс
мер позволяет решить эти проблемы.
Новое оборудование несет в себе вредные и опасные факторы,
поэтому требуется внедрение дополнительных мер по технике безопасности, в
частности при работе с ЭМП и системой водовоздушного охлаждения. В данной
работе предлагается провести меры по защите от электромагнитных лучей, а так же
соблюдать технику безопасности при работе с форсунками, так как воздух выходит
из них под высоким давлением.
В сфере экологии была рассмотрена проблема запыленности
металлопрокатного завода. Решением этой проблемы стала установка фильтра марки
ФРМ1-6. Проведенные расчеты показывают, что после его установки ПДК
запыленности станет в норме.
Внедряемое оборудование позволяет уменьшить на 60% количество
заготовок с дефектами. Качество заготовок при этом улучшается, а себестоимость
уменьшается. Все это положительно влияет на увеличение дохода. Рентабельность
увеличится и составит 25%. Срок окупаемости составит 0,79 года. В целом
применение нового оборудования будет экономически целесообразным.
Предложенный комплекс мер способствует улучшению качества
стали, избавлению от многих видов дефектов, помимо этого улучшается
производительность, можно повышать сортамент выпускаемой стали, что дает
необходимые условия для дальнейшего пути развития металлопрокатного завода.
Список
используемой литературы
1. А.К.
Торговец, Ю.И. Шишкин, И.А. Пикалова. "Оборудование и проектирование
металлургических цехов". Учебное пособие. - Алматы: НИЦ "Галым",
2007,187 с.
2. Технологический
паспорт на МНЛЗ.
. Рахимов
З.Р. Методические указания к экономической части дипломной работы для студентов
специальности 050709 - "Металлургия" всех форм обучения. - Рудный:
РИИ, 2007. - 25 с.
. СНиП
II-89-90 "Генеральные планы. Нормы проектирования";
. СНиП
II-92-76 "Вспомогательные здания и помещения промышленных
предприятий";
. Кудрин
В.А. Теория и технология производства стали: учебник для вузов. - М.:
"Мир", ООО "Издательство АСТ", 2003. - 528 с.
. Отчет
по преддипломной практике, 2011.
. СНиП
II-4-79 "Естественное и искусственное освещение";
. Ахлюстин
В.К. Электрификация ОФ. - М.: Недра, 1973.
. Сперанский
Б.С., Туманский Б.Ф. Охрана окружающей среды в литейном производстве. - Киев;
Донецк: Вища шк. Головное изд-во, 1985. - 80 с.
. Гринин
А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы: хранение, утилизация,
переработка. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002. - 336с.
. Экологический
паспорт предприятия.
. Воскобойников
В. Г, Кудрин В.А., A. M. Якушев. "Общая металлургия". М.: ИКЦ
"Академкнига". 2002г.
. ГОСТ
12.1.005-76 "ССБТ Воздух рабочей зоны";
. СНиП
II-2-80 "Противопожарные нормы";
. ГОСТ
12.1.004-85 "Пожарная безопасность";
. СНиП
II-90-81 "Производственные здания";
. СНиП
245-71 "Санитарные нормы проектирования промышленных зданий";
. Трепененков
Р.И. Альбом чертежей конструкций и деталей промышленных зданий: Учеб. пособие
для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1980. - 284с.
. СНиП
II-33-75 "Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха";
. Еронько
С.П. Быковских С.В. Физическое моделирование процессов внепечной обработки и
разливки стали. - К.: Техника, 1998. - 136
. ГОСТ
2.301 - 68. ЕСКД - Форматы
. ГОСТ
2.302 - 68. ЕСКД - Масштабы
. ГОСТ
2.303 - 68. ЕСКД - Линии
. ГОСТ
2.304 - 81. ЕСКД - Шрифты чертежные