close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000100486

код для вставкиСкачать
На правах рукописи:
ЛУЦЕНКО Андрей Николаевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМАЦИИ
НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ В КАЛИБРАХ НА ОСНОВЕ
МАТРИЧНОЙ МОДЕЛИ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ
ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СОРТОВОГО ПРОКАТА
Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы металлургического
производства
Специальность 05.16.05 – Обработка металлов давлением
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Череповец - 2006
Работа выполнена в Череповецком государственном университете и ОАО «Северсталь»
Научные руководители:
– доктор технических наук, профессор, заслуженный
деятель науки и техники РФ Гарбер Эдуард
Александрович.
– доктор технических наук, профессор Тулупов Олег
Николаевич.
Официальные оппоненты
– доктор технических наук Юсупов Владимир Сабитович
– кандидат технических наук Кожевников Александр
Вячеславович
Ведущая организация
– ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»
Защита диссертации состоится «27» октября 2006 г. в 15 часов на заседании
диссертационного совета Д.212.297.01 в Череповецком государственном университете по
адресу: 162600, г. Череповец, пр. Луначарского, 5.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Автореферат разослан «____» _____________2006 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Никонова Е.Л.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В современных условиях развитие производства
сортового проката определяется, с одной стороны, потребностями экономики
России
и
зарубежных
стран,
где
одним
из
основных
критериев
конкурентоспособности продукции является высокое качество, и прежде всего,
точность размеров профилей, а с другой стороны, комплексом технологических
и
производственных
металлургических
возможностей
предприятий.
Чтобы
сортопрокатного
расширить
эти
передела
возможности,
металлурги работают над совершенствованием технологии и оборудования.
В соответствии с этим, наряду с вводом в строй новых станов, на
металлургических
предприятиях
реконструируют
существующее
оборудование, обеспечивая необходимый уровень качества продукции.
Одно из перспективных направлений совершенствования сортопрокатных
производств – переход на использование в качестве заготовки непрерывнолитого металла, требующее разработки новых, нетрадиционных калибровок
валков и технологических режимов прокатки.
Это объясняется тем, что, наряду с положительными результатами
внедрения технологии непрерывного литья сортовых заготовок (экономия
металла, рост производительности оборудования), эта технология имеет
существенный недостаток: литая заготовка имеет худшую структуру металла,
по сравнению с катаной. Чтобы исправить этот недостаток, на сортовых станах,
особенно в черновых клетях, увеличивают суммарные обжатия и применяют
такие
калибровки,
которые
обеспечивают
эффективную
пластическую
деформацию по всей площади поперечного сечения раската. Однако теория
формоизменения непрерывно-литого металла не была детально разработана, а
технологические схемы его горячей прокатки основывались в значительной
степени на эмпирических данных и производственном опыте.
Это не давало возможности оптимизировать технологию прокатки
сортовых профилей из непрерывно-литой заготовки и обеспечить высокое
качество продукции сортовых станов.
3
Выполненный нами анализ различных методов расчета параметров
пластической деформации металла при сортовой прокатке показал, что для
научно-обоснованного усовершенствования технологии горячей прокатки
сортовых
профилей
из
непрерывно-литых
заготовок
перспективно
использовать векторно-матричную модель формоизменения, получившую
развитие в трудах ученых магнитогорской научной школы прокатчиков.
Однако ряд аспектов векторно-матричной модели требовал доработки,
чтобы с ее помощью можно было достоверно оценивать эффективность и
равномерность формоизменения металла в калибрах рабочих клетей.
Учитывая
изложенное,
целью
данной
работы
являлось
совершенствование режимов деформации непрерывно-литой заготовки в
калибрах
сортовых
станов
на
основе
развития
матричной
модели
формоизменения металла.
Указанная цель реализована путем решения следующих задач:
1. Совершенствование структурно-матричной модели формоизменения путем
разработки критериев (показателей), характеризующих эффективность и
равномерность деформации непрерывно-литой заготовки в калибрах.
2. Адаптация
модели
к
условиям
действующих
использование адаптивной модели для
сортовых
станов,
анализа и совершенствования
промышленных режимов деформирования проката.
3. Исследование и
совершенствование калибровки черновых клетей стана
«350» для обеспечения равномерности деформации непрерывно-литых
заготовок из качественных сталей.
4. Исследование и определение рациональных режимов деформирования
непрерывно-литой заготовки с учетом имеющих место на практике
отклонений ее геометрических характеристик от нормативных значений.
5. Разработка методов настройки рабочих клетей сортового стана на основе
моделирования
с
целью
обеспечения
эффективной
эксплуатации
усовершенствованных калибровок валков и режимов деформирования.
4
Научная новизна работы заключается в следующем:
−
впервые реализована заложенная в матричной модели возможность
совместного использования шаровой и девиаторной составляющих матрицы
формоизменения для разработки инженерных критериев оценки калибровок
валков и схем деформации;
−
разработан интегральный показатель эффективности формоизменения в
калибре,
использующий
характеристику
шаровой
составляющей
и
учитывающий особенности формы контура калибра и исходного сечения;
− разработан интегральный показатель неравномерности формоизменения в
калибре и в двух смежных калибрах, использующий характеристики
девиаторной составляющей и учитывающий особенности формы контуров
сечений и калибров;
−
в результате исследования формирования параметров микроструктуры и
свойств сортовых профилей, прокатанных на стане 350 из непрерывно-литой
заготовки, установлены минимально допустимые вытяжки для углеродистых
качественных,
легированных
и
шарикоподшипниковых
сталей,
обеспечивающие получение высококачественных сортовых профилей.
Практическая значимость результатов исследования заключается в
следующем:
− адаптирована к условиям сортопрокатных станов ОАО «Северсталь»
матричная модель формоизменения металла в калибрах, позволяющая
решать задачи настройки рабочих клетей при изменениях калибровок и
технологических параметров;
− с использованием интегральных показателей формоизменения металла
разработаны новые калибровки валков черновых клетей, обеспечивающие
более
равномерное,
чем
при
использовавшихся
ранее
калибровках,
формоизменение при прокатке заготовок из качественных сталей;
− с использованием матричной модели установлено неоднозначное влияние
ромбовидности на неравномерность формоизменения металла в различных
схемах
калибровки
черновых
клетей;
выявлена
связь
между
5
неравномерностью
формоизменения
и
положением
большой
оси
ромбовидной заготовки относительно вертикальной оси калибра;
− методом
многовариантного
моделирования
режимов
прокатки
при
различных температурах заготовок из различных марок стали разработаны
усовершенствованные режимы (настройки черновых клетей стана «350»
ОАО «Северсталь»).
Реализация результатов работы заключается в следующем:
− предложенная калибровка черновых клетей стана «350» успешно внедрена в
производство;
− использование новых схем деформации в сортопрокатном цехе ОАО
«Северсталь» при переходе на заготовку квадрат 100, перекатанную из
непрерывно-литой заготовки квадрат 150, сохранило размерный сортамент
станов «250» и «150» и обеспечило требуемые свойства проката из
шарикоподшипниковых, конструкционных и легированных марок сталей;
− предложена и осуществлена модернизация оборудования черновых клетей
стана «350» для реализации возможностей новой калибровки валков;
− разработаны и внедрены ограничения по допустимой ромбовидности
исходной заготовки при прокатке в черновых клетях стана «350»;
− получены настроечные графики, позволившие сформировать перечень
рекомендаций
по
настройке
черновых
клетей
стана
в
различных
технологических ситуациях (при различных температурах и различных
марках стали) при использовании новой калибровки.
Апробация
работы:
основные
положения
работы
изложены
и
обсуждены на:
1. 4-й Международной научно-технической конференции «Прогрессивные
процессы и оборудование металлургического производства» (Череповец,
2003 г.);
2. 5-м Конгрессе прокатчиков (Череповец, 2004 г.);
3. IV-й Международной научно-технической конференции «Информационные
технологии в производственных, социальных и экономических процессах»
(Череповец, 2004г.);
6
4. Международной
научно-технической
конференции
«Современные
достижения в теории и технологии пластической обработки металлов»
(Санкт-Петербург, 2005 г.);
5. VI Конгрессе прокатчиков (Липецк, 2005 г.)
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 13
публикациях, в том числе в 2-х патентах на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения.
Она содержит 111 с. машинописного текста, 31 рис., 13 табл. и список
литературы из 122 наименований и 2 приложений.
7
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В
первой
главе
проанализированы
проблемы
производства
качественного сортового проката из непрерывно-литой заготовки, известные
математические модели, методы решения задач калибровки валков и оценки
эффективности технологических процессов, на основе чего определены
направления совершенствования теории и технологии производства данного
вида продукции.
На основании анализа отечественных и зарубежных публикаций
показано, что для получения качественного проката из непрерывно-литой
сортовой заготовки (НЛСЗ) необходимо решить ряд проблем, из которых
главные: определение минимально необходимого суммарного обжатия и
обеспечение равномерности деформации по сечению раската. От решения этих
проблем зависят макроструктура и механические свойства готового проката, их
соответствие требованиям стандартов. Ограничения в использовании малых
степеней обжатий связаны с тем, что НЛСЗ может иметь дефекты
макроструктуры:
осевую
физико-химическую
неоднородность,
осевую
ликвацию, ликвационный квадрат, рассредоточенную ликвацию, ликвационные
полоски и трещины, точечную неоднородность и крупные неметаллические
включения.
Суммарное обжатие должно быть таким, чтобы в готовом прокате
указанные дефекты были исключены. Обзор ряда исследований показал, что
разные авторы рекомендуют различные степени суммарной вытяжки: от 2,7 до
14.
Уточнение
этих
рекомендаций
является
актуальной
задачей
сортопрокатного производства.
Помимо суммарного обжатия, рядом авторов отмечено существенное
влияние неравномерности деформации по сечению раската на обеспечение
заданных
механических
свойств,
однако
четкие
научно-обоснованные
рекомендации по этому вопросу в литературе отсутствовали.
Для достоверного определения необходимых параметров технологии
прокатки
сортового
металла
из
НЛСЗ
нужны
адекватные
методы
моделирования калибровок валков и режимов деформации.
8
Анализ
работ,
посвященных
методам
моделирования
процессов
деформации в калибрах и инженерным методам расчета калибровок валков,
показал, что с точки зрения задач, связанных с прокаткой НЛСЗ, большинство
подходов обладают либо сложным математическим аппаратом, либо не
отражают особенностей процесса, а известные инженерные методики весьма
приблизительны.
Из проведенного анализа сделан вывод, что наиболее рациональным
методом решения практических задач моделирования и совершенствования
режимов деформации непрерывно-литой заготовки в калибрах сортового стана
является
векторно-матричное
моделирование
формоизменения
металла,
поскольку оно позволяет описывать нетиповые элементы калибра и их влияние
на степень деформации, а также находить технологические резервы процессов
прокатки.
Учитывая это, в 1-й главе сделан краткий обзор исследований и
разработок векторно-матричного метода моделирования режимов сортовой
прокатки и калибровки валков, в результате определены направления
совершенствования
этого
метода
для
эффективного
управления
формоизменением и равномерностью деформации при прокатке непрерывнолитой заготовки.
Векторно-матричный подход предполагает описание процесса прокатки
в непрерывных группах набором состояний [А]i=0…n, охватывающих состояние
профиля от исходного (i=0) до конечного (i=n), и связанных между собой
матрицами технологических изменений [И]i=1..n.
[И1]
[И2] [Иi]
[Иi+1]
[Иn]
[A0]⇒⇒[A1]⇒⇒……⇒⇒[Ai]⇒⇒……⇒⇒[An].
(1)
При таком подходе схема математической модели формоизменения
будет выглядеть следующим образом (bi – матрицы, характеризующие
параметры профиля между клетями; Mi – матрицы формоизменения в клетях):
[M12]
[M17]
[M18]
[M21]
[b11]⇒[b12]⇒……⇒[b17]⇒⇒⇒[b18]⇒……⇒[b21].
(2)
Сечения раската в калибрах представляют множеством векторов
(одномерных матриц) n-мерного пространства (принимая во внимание
9
взаимную симметрию секторов калибра, для простых профилей описывают
только ¼ всего сечения при количестве базисных радиус векторов n=10, как это
показано на рис. 1.
a)
 а1 
а 
 2
 M 
 
а n 
b)
 b1 
b 
 2
 M 
 
b n 
Рис. 1. Способ описания сечения с помощью векторов
а – сечение до деформации раската
b – сечение после деформации раската
Формоизменение в каждом из калибров описывается матричным
уравнением, отражающим удлинение (укорочение) каждого радиус-вектора при
формоизменении:
[b] = [A] x [a],
или
 b1  b1 /a 1
  
 b2  
 =
 ..  
b  
 10  
b 2 /a 2
..
  a1 
  
 a2 
×  .
  .. 
b10 /a 10  a 10 
(3)
Оценка особенностей формоизменения, в частности, неравномерности его
распределения по длине и ширине очага деформации может быть сделана на
основе разложения матрицы формоизменения на шаровую и девиаторную
составляющие. С помощью девиатора в работах О.Н. Тулупова предложено
оценивать неравномерность формоизменения при деформировании металла в
калибрах не только качественно, но и количественно. Сравнивая компоненты
матрицы формоизменения, описывающие форму очага деформации по его
длине, можно оценивать неравномерность формоизменения в продольном
направлении. Такой подход позволяет сравнивать между собой по степени
10
неравномерности различные типы калибров и схемы калибровок. Однако в
указанных
работах
не
предложены
инженерные
методы
оценки
неравномерности деформации в различных схемах калибровок и критерии,
позволяющие в удобной форме оценить эту неравномерность в действующих
калибровках. Кроме того, не в полной мере исследованы возможности
совместного использования шаровой и девиаторной составляющих матрицы
формоизменения для анализа процессов деформации в калибрах.
Особый
интерес
в
векторно-матричном
методе
представляет
использование норм и метрик – количественных характеристик, позволяющих
оценивать результаты операций над сечениями раската как над элементами
конечномерного пространства. Норма, определенная как абсолютная величина
вектора, – это интегральная характеристика величины профиля, а метрика,
введенная на рассматриваемом нормированном пространстве, характеризует
расстояние между его элементами, например между векторами, описывающими
входящее в калибр сечение и выходящее из него; по физическому смыслу
метрика адекватна работе, затраченной на формоизменение. Предложен способ
оценки технологичности формоизменения в калибровках. Для сравнения
технологичности формоизменения при прокатке с любыми, в том числе
неодинаковыми, начальными и конечными сечениями, используется критерий
технологичности формоизменения. Вместе с тем, такой критерий неприменим
для оценки технологичности (эффективности) отдельных калибров, что важно
для инженерного анализа и совершенствования процессов деформации в
калибрах.
Кроме того, в публикациях разработчиков метода не приведено
описания методики адаптации модели формоизменения в калибрах и настройки
клетей к конкретным сортовым станам.
Поэтому, взяв за основу векторно-матричный поход к моделированию
процессов сортовой прокатки, в настоящей работе поставлена задача его
усовершенствования
и
создания математической
модели, позволяющей
исследовать и улучшать калибровку валков действующих сортовых станов на
примере станов ОАО «Северсталь».
Вторая глава посвящена доработке и усовершенствованию векторноматричной модели формоизменения сортового проката для решения задачи
11
повышения эффективности деформации профилей, получаемых из непрерывнолитой заготовки.
Автором
впервые
реализована
возможность
совместного
составляющих
матрицы
заложенная
использования
формоизменения
в
матричной
шаровой
для
и
модели
девиаторной
разработки
инженерных
критериев оценки калибровок валков и схем деформации.
Разработан интегральный показатель эффективности формоизменения в
вытяжном калибре. Задача этого показателя состоит в том, чтобы соотнести
шаровую
часть
формоизменение
матрицы
формоизменения,
(вытяжку),
ко
определяющую
полезное
всему
матричному
оператору,
r r
характеризующему суммарное формоизменение a → b в данном калибре. Более
понятными эти действия становятся при их графической интерпретации. На
рис. 2 схематично в виде двухмерных векторов на плоскости представлены
многомерные векторы, характеризующие форму и размеры исходного сечения
и калибра.
r
r
Разность норм (абсолютных величин) векторов ║ a ║ и ║ b ║ (рис. 2, а)
характеризует вытяжку в калибре, т.е. полезное формоизменение без учета
изменения формы поперечного сечения раската. Расстояние между векторами
r r
или метрика ρ( a , b ) (рис. 2, а) характеризует суммарное формоизменение в
калибре,
следовательно,
интегральный
показатель
(или
коэффициент)
эффективности формоизменения можно выразить следующим соотношением:
К ИЭФ
r
r
а − b
r r .
=
ρ ( а, b )
(4)
При малой величине этого соотношения, т.е. при относительно малой
шаровой
части
оператора
формоизменения
(малая
вытяжка,
большое
уширение) эффективность такого формоизменения в вытяжном калибре низка
(рис. 2.1б), а при большой величине этого соотношения эффективность высока
(рис. 2.1в).
12
Рис.2. К определению интегрального коэффициента эффективности
формоизменения в вытяжном калибре
а) составляющие интегрального критерия эффективности;
б) формоизменение с низкой эффективностью;
в) формоизменение с высокой эффективностью.
13
Переходя к многомерному векторному пространству, расчетную формулу
интегрального коэффициента эффективности формоизменения металла в
вытяжном калибре можно представить в виде:
n
K ИЭФ =
∑а
2
i
n
∑b
−
i =1
i =1
n
∑ (а
i
2
i
,
(5)
− bi ) 2
i =1
r r
где ai, bi - текущие компоненты векторов a и b .
r r
KИЭФ = 0 при равенстве величин векторов a и b , то есть при отсутствии
шаровой составляющей матрицы формоизменения; KИЭФ=1 в случае, когда
формоизменение направлено только на вытяжку, т.е., когда матрица
формоизменения
состоит
только
из
шаровой
коэффициент KИЭФ имеет область существования:
Разработан
также
интегральный
части.
Следовательно,
0≤ KИЭФ ≤ 1.
показатель
неравномерности
формоизменения в калибре и в двух смежных калибрах, использующий
характеристики девиаторной составляющей и учитывающий особенности
формы контуров сечений и калибров.
Рассматривая на основе выражения (3) i-ю компоненту матрицы
формоизменения в калибре λi, представляющую собой удлинение (укорочение)
i-го
радиус-вектора
при
разбиении
калибра
на
n
радиус-векторов,
неравномерность формоизменения в данном локальном участке калибра можно
охарактеризовать величиной K Нi :
n
∑ λi
K Hi = λi − i =1 ,
n
(6)
n
∑ λi
где
i =1
n
- среднее значение для всех n величин λi.
14
n
∑ K Hi2
Тогда
величина
i =1
будет
n
представлять
собой
среднеквадратическое отклонение величин λI для калибра в целом. Чем больше
эта
величина,
тем
бóльшей
неравномерностью
характеризуется
формоизменение по контуру рассматриваемого калибра.
Исходя из указанного представления, в качестве интегрального
показателя неравномерности формоизменения в одном калибре предложено
использовать следующее выражение:
K ИНФ.
n


λ
∑
i 
n 
i =1
 λi −

∑
n

i =1 




= (1 + q )
n
2
(7)
,
где q=1/n – отражает поправку, связанную с дискретностью описания контура.
По аналогии с выражением (7), основа которого заложена в работах
О.Н.Тулупова, в данной работе был предложен интегральный показатель
неравномерности
формоизменения
в
двух
смежных
калибрах
путем
рассмотрения двух последовательных матриц формоизменения, имеющих
диагональный вид:
K ИНФ.
n

λij −1λij
∑
n 
 λij −1λij − i=1
∑
n
i =1 


= (1 + q )
n






2
,
(8)
где индекс j=1 показывает очередность калибров в системе (значение j
определяет компоненты матрицы для второго смежного калибра, значение j-1
определяет компоненты матрицы для первого смежного калибра).
15
Величина
KИНФ
интегрально
определяет
неравномерность
формоизменения металла в калибрах с учетом особенностей формы и размеров
калибров и исходных сечений.
Матричная модель процесса прокатки, позволяющая решать задачи
настройки клетей стана при изменениях калибровок и технологических
параметров,
адаптирована
к
условиям
сортопрокатных
станов
ОАО
«Северсталь», созданы соответствующие цифровые базы данных.
Достоверность разработанных критериев подтверждена результатами
сравнения с расчетными данными, полученными по другим методикам, и с
практическими данными других исследователей.
В
третьей
главе
рассмотрены
вопросы
исследования
и
совершенствования калибровки черновых клетей стана «350» при прокатке
непрерывно-литой заготовки
В результате исследования с применением матричных показателей KИЭФ и
KИНФ
формирования
параметров
микроструктуры
и
свойств
сортовых
профилей, прокатанных на стане «350» из непрерывно-литой заготовки, были
определены
минимально
качественных,
допустимые
легированных
и
вытяжки
для
углеродистых
шарикоподшипниковых
сталей,
обеспечивающие получение высококачественных сортовых профилей. Это
позволило уточнить сортамент профилей, прокатываемых на станах «350»,
«250» и «150», в зависимости от химического состава и назначения готового
проката
(рис.3).
В
результате
установлено,
что
некоторые
профили
ответственного назначения не могут быть получены из непрерывно-литой
квадратной заготовки 100х100 мм, используемой на станах «150» и «250», из-за
недостаточной степени вытяжки. Для прокатки этих профилей предложено
использовать катаную заготовку, получаемую при прокатке непрерывно-литой
заготовки 150х150 мм в черновой группе клетей стана «350».
16
Максимально допустимая площадь сортового профиля,
мм2
12000
Углеродистые, рядовые,
обыкновенного качества
10000
8000
Углеродистые,
качественные,
конструкционные,
низколегированные
6000
Легированные,
металлокорд
4000
Пружинные,
шарикоподшипниковые
2000
0
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Сторона квадрата непрерывнолитой заготовки, мм
Рис. 3 Зависимость максимально допустимой площади сортового профиля
от стороны квадрата непрерывнолитой заготовки
Была предложена калибровка валков черновой группы стана «350» для
получения катаной (передельной) заготовки 100х100 мм ( схема «ромбквадрат») с применением кантовок на 45º перед первым и на 90º перед вторым
калибрами. Преимуществом этой калибровки является возможность получения
квадрата 125 мм после 3-го прохода (перекатная заготовка для производства
некоторых видов профилей). Однако эта калибровка по условиям загрузки
четвертой
клети
оказалась
применимой
только
для
рядовых
и
малоуглеродистых сталей из-за недостаточной мощности и жесткости этой
клети.
С целью дальнейшего совершенствования технологической схемы прокатки
на стане «350» из непрерывно-литой заготовки 150х150 мм квадратной катаной
заготовки 100х100 мм из качественных и труднодеформируемых сталей была
разработана калибровка валков по схеме «ромб-квадрат» с кантовкой на 45º
перед первой клетью и на 90º перед второй
и четвертой клетями,
представленная на рис. 4.
17
Квадрат 150
10
157
1
207
Кантовка 90º
10
162
2
10
3
140
167
Кантовка 90º
168
165
4
141
129,6
125,5
8
5
141
134
Квадрат 100
Рис. 4 .Схема калибровки валков при получении квадрата 100 мм
для качественных марок сталей
Сочетания формы контуров калибров подобраны в ней с учетом
минимизации значений KИНФ во всех клетях.
18
Для
данной
калибровки
были
получены
значения
неравномерности формоизменения в каждом калибре (KИНФ1= 0,12;
критерия
KИНФ2=
0,15; KИНФ3= 0,04; KИНФ4= 0,10; KИНФ5= 0,06), а также в каждой паре калибров
(KИНФ 12= 0,30; KИНФ 23= 0,15;
KИНФ.34= 0,10; KИНФ.45= 0,17).
Внедрение указанной калибровки позволило получать в черновой группе
стана «350» катаную заготовку квадрат 100 мм, обеспечило сохранение
сортамента стана и предоставило возможности расширения его за счет более
качественных марок сталей.
Дополнительное усовершенствование предложенной калибровки было
проведено путем изменения элементов контура первого калибра. Для
повышения надежности захвата и стабильности процесса прокатки было
предложено в первом проходе вести прокатку с коэффициентом вытяжки 1,15 –
1.22 в ромбическом калибре, каждая сторона которого выполнена двумя
отрезками ломаной линии, причем отрезок, примыкающий к вертикальной оси
калибра, имеет длину 0,15-0,30 стороны ромба и расположен под прямым углом
к сопряженному с ним отрезку соседней стороны. В этом случае обжатия во
втором проходе в ромбическом калибре следует вести с коэффициентом
вытяжки 1,05-1,10, после чего заготовку обжимать в квадратном калибре, как и
при прежней технологии. На разработанную схему прокатки с использованием
нового калибра получен патент РФ.
Сравнение значений KИНФ
для пар калибров (рис. 5) показало, что
изменение калибровки для качественных сталей и дополнительное изменение
элементов контура первого чернового калибра позволили обеспечить величину
KИНФ в пределах 0,14…0,23 для всех проходов.
Таким образом, применение предложенного интегрального критерия
неравномерности
формоизменения
позволило
целенаправленно
усовершенствовать калибровку валков черновых клетей стана «350» для всего
сортамента стана.
19
Критерий неравномерности
формоизменения
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1-2
2-3
3-4
4-5
Пары калибров
Калибровка для рядовых сталей
Калибровка для качественных сталей
Для кач. сталей с новым ромбом
Рис. 5. Неравномерность формоизменения для пар калибров черновой
группы по критерию KИНФ для разработанных вариантов калибровки валков
Выполненные исследования формирования структуры и свойств проката из
углеродистых качественных и низколегированных; легированных, канатных;
шарикоподшипниковых,
конструкционных
легированных
марок
сталей
позволили установить, что при заданной точности геометрических размеров
суммарные вытяжки 7, 11 и 15 и предложенные системы калибров как с
традиционными, так и с нетиповыми элементами контура обеспечивают
получение на стане «350» заданной микроструктуры и свойств сортовых
профилей.
Четвертая глава посвящена разработке и исследованию рациональных
режимов
деформирования
непрерывно-литой
заготовки,
с
учетом
ее
ромбовидности.
Согласно стандарту ОАО «Северсталь» СТП 105-ЭС-114-04, ромбовидность
(разность диагоналей) заготовки квадрат 150 должна быть не более 4,2 мм, а
заготовки квадрат 100 не более 3 мм. Фактически же разность диагоналей на
заготовках, поступающих в сортопрокатный цех, составляла 12 мм и более.
Наличие значительной разницы диагоналей поперечного сечения заготовки
приводило к большому количеству дефектов при прокатке. Выполненный
20
анализ показал зависимость возникновения таких дефектов, как вкатанная
окалина, закат, продольные и поперечные трещины, от ромбовидности
исходной заготовки.
С
использованием
интегрального
критерия
неравномерности
формоизменения был проведен анализ трех вариантов калибровки
различных
значениях
ромбовидности,
в
частности,
для
при
калибровки,
предназначенной для качественных сталей (рис. 6).
0,25
0,2
Кинф
0,15
0,1
0,05
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
20
25
30
Ромбовидность, мм
совпадение
Несовпадение
Рис. 6 Сравнение неравномерности формоизменения для случаев совпадения и
несовпадения плоскостей расположения больших и малых диагоналей заготовки и
ромбического калибра (калибровка для качественных сталей)
Было установлено, что при благоприятном варианте входа заготовки в
первый
калибр
диагонали
(большая
калибра)
диагональ
коэффициент
заготовки
соответствует
неравномерности
с
большей
увеличением
ромбовидности снижается. В другом крайнем случае (большая диагональ
заготовки
соответствует
неравномерности
с
меньшей
увеличением
диагонали
калибра)
ромбовидности
коэффициент
увеличивается.
Такая
неоднозначность показывает, что ромбовидность заготовки должна быть
ограничена
определенными
пределами,
при
которых
обеспечивается
допустимый диапазон изменения неравномерности формоизменения.
21
Для анализа данной ситуации все полученные результаты моделирования
были сгруппированы. Это позволило сравнить условия неравномерности для
различных значений ромбовидности в различных калибровках при различных
условиях входа заготовки в первый калибр.
Оценка эффективности формоизменения при различной ромбовидности
проводилась
путем
расчета
величины
интегрального
коэффициента
эффективности KИЭФ. В результате была обнаружена закономерность, связанная
с неоднозначным влиянием ромбовидности на эффективность формоизменения.
Результаты расчета KИЭФ представлены в таблице.
Результаты расчета KИЭФ
Таблица
Значения KИЭФ при ромбовидности, мм
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
20
25
А. Совпадение плоскостей расположения больших и малых диагоналей заготовки
и ромбического калибра
Калибровка
30
С
измененным
ромбом
0,578 0,583 0,587 0,593 0,598 0,604 0,608 0,613 0,619 0,623 0,628 0,655 0,683 0,711 0,741
Старая
0,533 0,539 0,542 0,548 0,554 0,560 0,564 0,570 0,576 0,580 0,586 0,615 0,645 0,676 0,708
Модифицированная 0,685 0,689 0,692 0,697 0,702 0,707 0,710 0,714 0,719 0,722 0,727 0,749 0,770 0,792 0,814
Б. Несовпадение плоскостей расположения больших и малых диагоналей заготовки
и ромбического калибра
С
измененным
ромбом
0,578 0,572 0,569 0,563 0,558 0,553 0,549 0,544 0,538 0,535 0,530 0,506 0,483 0,460 0,437
Старая
0,533 0,527 0,523 0,518 0,512 0,506 0,503 0,497 0,492 0,488 0,483 0,458 0,434 0,411 0,388
Модифицированная 0,685 0,680 0,677 0,672 0,667 0,663 0,660 0,655 0,650 0,647 0,642 0,621 0,600 0,579 0,558
По результатам анализа величин KИНФ, KИЭФ сделан вывод о том, что
обеспечение эффективности формоизменения в пределах KИЭФ
> 0,5 при
величине KИНФ, не превышающей 0,15, вне зависимости от положения
заготовки при входе в калибр, возможно, если ромбовидность поперечного
сечения заготовки не превышает 10 мм. На основании этих выводов были
разработаны изменения и дополнения к требованиям, предъявляемым к
непрерывно-литой сортовой заготовке 150х150 мм, прокатываемой на стане
«350» сортопрокатного цеха ОАО «Северсталь».
22
В пятой главе приведены результаты моделирования режимов прокатки
в новых калибровках и разработки на его основе режимов настройки черновых
клетей стана «350». При этом, на основе адаптации векторно-матричной модели
к особенностям черновых клетей этого стана и его технологическим режимам, к
новым
калибрам
черновых
клетей,
разработанным
с
использованием
интегральных критериев эффективности и неравномерности формоизменения,
была решена задача настройки, состоящая в определении для каждой клети
необходимого зазора между валками, обеспечивающего нормальное заполнение
калибра.
При помощи многовариантного моделирования режимов прокатки с
различными температурами нагрева (пример – рис. 7) и марками стали
установлено приоритетное влияние первой, третьей и четвертой клетей на
настройку. В результате разработаны настроечные графики (пример – рис. 8)
для определения изменения зазоров в черновых клетях стана «350» в
зависимости от изменения температуры заготовки и предела текучести стали.
-3,5
Изменение зазора, мм
-2,7 -2,8 -2,4
-3
-2,9
-2,6
-2,5
-2
-1,5
-1,5 -1,5 -1,1 -1,2
-1,6
-1,2 -1,2
-1
-0,5
0
1
2
3
4
1
3
4
1
2
3
1
3
Клети
Рис. 7. Уменьшение величины зазора в различных комбинациях
черновых клетей стана 350 при настройке на пониженную
температуру заготовки 1090 °С
23
8,7
9,2
9,7
10,2
Клеть 2
Клеть 3
10,7
t,кг/мм2
0
t, мм
-5
-10
-15
-20
Клеть 1
Клеть 4
Рис. 8. Настроечный график для определения изменения зазоров в
черновых клетях стана 350 в зависимости от предела текучести стали
Настроечные графики позволили определить такое изменение зазора в
каждой клети для определенных значений предела текучести, которое
обеспечивает нормальное заполнение калибра, и сформировать перечень
рекомендаций по настройке черновых клетей стана при использовании валков с
новой калибровкой (для различных температур заготовки, в зависимости от
марки стали).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
Выполнен анализ технологического процесса производства сортового
проката из непрерывно-литых заготовок. Установлено, что переход на
этот процесс, обладающий экономическими преимуществами перед
традиционной
технологией
прокатки
с
использованием
катаных
заготовок, требует усовершенствования калибровок валков и режимов
работы сортовых станов, чтобы устранить ухудшение качества сортового
проката,
связанное
с
недостатками
структуры
непрерывно-литых
заготовок.
24
2.
На основе анализа методов моделирования калибровок валков и режимов
сортовой прокатки сделан вывод о том, что совершенствование
калибровок валков и технологии прокатки сортовых профилей из
непрерывно-литых
заготовок
наиболее
эффективно
может
быть
осуществлено на основе векторно-матричной модели формоизменения
металла, при ее соответствующей доработке.
3.
Выполнена доработка векторно-матричной модели формоизменения
металла и калибровки валков: используя шаровую и девиаторную
составляющие матрицы
формоизменения, впервые предложены
и
реализованы для анализа процесса сортовой прокатки интегральные
показатели
неравномерности
и
эффективности
формоизменения,
учитывающие особенности формы контуров калибров и сечений раската.
Достоверность разработанных критериев подтверждена результатами
сравнения
с
расчетными
данными
по
другим
методиками
и
практическими данными других исследователей.
4.
Путем адаптации к условиям сортопрокатных станов ОАО «Северсталь»
создана рабочая матричная модель калибровки сортовых профилей,
позволяющая применять предложенные показатели для анализа схем
калибровок,
решать
совершенствования
задачи
настройки
технологических
рабочих
параметров.
клетей
и
Созданы
соответствующие цифровые базы данных.
5.
Разработаны новые варианты калибровки валков черновой группы клетей
среднесортного стана «350», обеспечивающие производство в этих клетях
качественного подката для мелкосортных станов «250» и «150». Для
внедрения новых калибровок осуществлена модернизация оборудования
черновых клетей стана «350». В результате в сортопрокатном цехе ОАО
«Северсталь» реализован процесс прокатки из непрерывно-литых
заготовок профилей как из рядовых, так и из качественных сталей.
6.
С использованием векторно-матричной модели и предложенных новых
интегральных
критериев
ромбовидности
заготовки
выявлено
на
неоднозначное
неравномерность
влияние
формоизменения.
25
Установлено, что обеспечение заданных значений эффективности и
равномерности формоизменения по контуру калибра возможно, если
ромбовидность поперечного сечения заготовки 150х150 мм не превышает
10 мм.
7.
Выполнено многовариантное моделирование режимов прокатки с
использованием разработанных калибровок при различных температурах
непрерывно-литой заготовки и различных значениях предела текучести
стали. Определены клети черновой группы стана «350», оказывающие
приоритетное влияние на настройку. Разработан настроечный график для
определения величин зазоров между валками
в черновых клетях в
зависимости от температуры заготовки и марочного сортамента сталей.
8.
Внедрение результатов работы в производство в сортопрокатном цехе
ОАО «Северсталь» обеспечило получение в 2003-2005 г.г. высокого
качества сортовых профилей при переводе более 50% сортамента цеха на
прокатку из непрерывно-литой заготовки, за счет чего получен годовой
экономический эффект в сумме 6 128 500 рублей.
Основное содержание диссертации опубликовано в работах:
1. А.Н. Луценко, В.А. Монид, А.И. Трайно, А.А.Травников, В.В.Никифоров,
А.И. Виноградов, «Способ производства сортовых профилей» патент РФ
№ 2243834 опубл.2005.01.10; B21B1/46.
2. А.Н. Луценко, В.А. Монид, А.И. Трайно, Э.А. Гарбер, А.И. Виноградов
«Расширение возможностей технологии прокатки сортовых профилей из
непрерывно-литой заготовки» Материалы 4-ой международной научнотехнической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование
металлургического производства» Череповец: ЧГУ, 2003. с.172-176.
3. А.Н. Луценко, В.А. Монид, В.В. Никифоров, А.И. Трайно, Ю.Н.Горбунов
«Способ прокатки заготовки» патент РФ № 2231402, опубл.2004.06.27;
B21B1/02
4. Луценко А.Н., Тулупов О.Н., Виноградов А.И., Монид В.А. Повышение
качества сортовых профилей, прокатываемых из непрерывно-литой
26
заготовки, на основе векторно-матричной модели формоизменения
металла // «Производство проката». – 2006. - №8. С.23-28.
5. Луценко А.Н., Монид В.А., Гарбер Э.А., Трайно А.И. Технологические
особенности производства сортового проката из непрерывнолитых
заготовок // Производство проката. - 2005. - №1. С.11-13.
6. Луценко А.Н., Монид В.А., Гарбер Э.А., Виноградов А.И., Трайно А.И.
Режимы деформации непрерывнолитой заготовки при производстве
сортового проката из нерядовых сталей / Труды пятого конгресса
прокатчиков Москва: 2004 стр. 197-200.
7. Луценко А.Н., А.И.Виноградов, Тулупов О.Н. Разработка векторноматричной модели формоизменения металла при сортовой прокатке
непрерывнолитой заготовки // Вестник ЧГУ. − 2004 №2 (7) c.176-180
8. Тулупов О.Н., Луценко А.Н., Виноградов А.И., Монид В.А., Трайно А.И.
Применение векторно-матричной модели формоизменения металла при
сортовой прокатке непрерывнолитой заготовки // Материалы IV
международной научно-технической конференции «Информационные
технологии
в
производственных,
социальных
и
экономических
процессах» ИНФОТЕХ-2004 Череповец: ЧГУ, 2005. с.47-51.
9. Луценко А.Н., Монид В.А., Гарбер Э.А., Виноградов А.И., Трайно АИ.
Режимы деформации непрерывнолитой заготовки при производстве
сортового проката из нерядовых сталей // «Черная металлургия»
Бюллетень научно- технической и экономической информации №2 2004,
стр 59-62.
10.Луценко А.Н., Виноградов А.И., Гарбер Э.А., Трайно А.И., Монид В.А,
Никифоров В.В. Совершенствование технологии сортовой прокатки при
переходе на непрерывнолитую заготовку // «Черная металлургия»
Бюллетень научно- технической и экономической информации №2 2003,
стр 31-33.
11.Луценко А.Н., Виноградов А.И., Тулупов О.Н., Трайно А.И., Монид В.А.
Комплексная математическая модель сквозной технологии получения
высококачественного калиброванного проката и проволоки // Труды
международной
научно-технической
конференции
«Современные
достижения в теории и технологии пластической обработки металлов»
27
посвященной 90-летию В.С.Смирнова, Спб, СпбГПУ, 20-22сентября
2005, стр. 31-34.
12.Луценко А.Н., Виноградов А.И., Тулупов О.Н., Трайно А.И., Монид В.А.,
Моллер
А.Б.
Разработка
сквозной
технологии
получения
высококачественного калиброванного и проволоки из непрерывнолитой
заготовки // Труды шестого конгресса прокатчиков Москва: 2005
(Липецк, 18-21октября 2005г) стр. 481-483
13.Луценко А.Н., Монид В.А., Тулупов О.Н., Трайно А.И. Развитие
векторной модели формоизменения металла при сортовой прокатке
применительно
к
сортопрокатному
цеху
ОАО
«Северсталь»
//
Производство проката. - 2006. - № 6. С.11-16.
28
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
303 Кб
Теги
bd000100486
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа