Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время годовой объем производства круглого проката в мире превышает 120 млн. тонн, около 50 млн. тонн составляет катанка в бунтах, т.е. более 10% от общего производства проката. Рентабельность производства катанки превышает рентабельность производства любого другого вида продукции по металлургической отрасли и доходит до 60%. Масса получаемых бунтов сегодня на большинстве станов составляет 1,4...2,0 т и тенденция к повышению массы бунтов устойчива. Применение проката в бунтах повышает коэффициент использования металла у потребителя за счет сокращения немерной обрези и некондиционных концов при волочении. При этом, чем выше масса бунта, тем ниже потери как при производстве, так и у потребителя.
Возросшие за последние гады скорости прокатки катанки (декларируемые рекордные скорости - до 140 м/с) и массы заготовок диктуют необходимость снижения потерь, связанных как с аварийными, так и с профилактическими простоями, требуют высокой надежности всего оборудования прокатного стана. Поскольку бунты формируют непосредственно в линии прокатного стана, надежность работы оборудования участка виткообразования во многом определяет надежность работы прокатного стана в целом. Однако существующее оборудование для формирования витков катанки обладает рядом технологических и конструктивных недостатков, снижающих надежность работы прокатного стана, сдерживающих дальнейшее возможное повышение скоростей прокатки, а также расширение сортамента в части производства термоупрочненного проката классов 400, 500 и выше, по причине высокого сопротивления движению проката в виткообразующей проводке.
Отсутствие надежного высокоскоростного виткообразователя, в основном, объясняется недостаточным развитием теории расчета процесса формирования витка.
В связи с этим, проблема разработки теории формирования витков катанки и создание на ее основе высокоскоростного виткообразователя для проволочных прокатных станов является актуальной.
Цель работы. Целью настоящей работы является разработка теории формирования витков катанки и создание высокоскоростного виткообразователя для проволочных прокатных станов, создание научно обоснованных методов проектирования высокоскоростных виткообразователей, направленных на
2 повышение производительности проволочных прокатных станов за счет повышения скорости виткообразования с учетом технологических возможностей основного оборудования и повышение качества катанки.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
разработка и исследование математической модели движения катанки как неидеальной нити, т.е. нити, имеющей упруго-пластические свойства;
разработка методики расчета формирования витков из переднего и заднего концов раската;
разработка методики масштабного моделирования процессов виткообразования;
разработка методики расчета энергетического баланса процесса виткообразования;
на основе анализа математической модели движения катанки в процессе формирования витка, разработка рекомендаций по конструктивному решению виткообразователя;
-экспериментальная проверка конструктивных решений виткообразователя,
- разработка проекта высокоскоростного виткообразователя.
Научная новизна:
Разработана теория процесса виткообразования на устройствах с осевой подачей проката, математическая модель и методики расчета и выбора конструктивных параметров виткообразователя. Математическая модель представлена в виде уравнений движения неидеальной нити.
Предложена критериальная оценка процесса виткообразования для принятия основных конструктивных решений и критерий подобия для экспериментального масштабного моделирования процесса виткообразования, представленные в виде отношения кинетической энергии катанки к энергии ее пластического деформирования.
Разработаны новый процесс формирования витков - действием динамических сил, обладающий повышенной надежностью и расширенными технологическими возможностями и новая конструкция высокоскоростного виткообразователя.
Практическая значимость и реализация результатов работы: 1. Разработан новый процесс формирования витков, обладающий высокой надежностью и расширенными технологическими возможностями, позволяющими формировать витки как постоянного, так и переменного
диаметра при скоростях до 300 м/с, что позволит существенно расширить сортамент и повысить производительность проволочных станов.
Разработана новая конструкция высокоскоростного виткообразователя с максимальной скоростью до 170 м/с. Разработана методика и схема модернизации действующих виткообразователей проволочных станов.
Проведенные на стане 150 ОАО «Северсталь» промышленные испытания подтвердили высокую надежность и безопасность нового процесса, возможность формирования витков переменного диаметра, возможность формирования витков из термоупрочненных сталей при температуре ниже 600С с пределом текучести свыше 500МПа.
Внедрение результатов работы может происходить как путем установки нового виткообразователя, так и путем замены существующей виткообразующей головки на новую конструкцию.
Основные положения, выносимые на защиту:
Математическая модель процесса формирования витков.
Методика расчета основных параметров процесса виткообразования.
Новый процесс виткообразования повышенной надежности.
Новая конструкция высокоскоростного виткообразователя. Достоверность: Достоверность научных положений, выводов и
рекомендаций, сформулированных в диссертации подтверждена результатами экспериментального масштабного моделирования, а также промышленных испытаний в линии проволочного стана 150 ОАО «Северсталь».
Апробация: Результаты работы докладывались автором на Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика А.И.Целикова, проходившей 14-15 апреля 2004г. в МГТУ им. Н.Э.Баумана, и на заседании НТС ЭЗТМ в г.Электросталь в июле 2009г., а также экспонировались на V салоне интеллектуальной собственности «Архимед» 2002 г. (диплом выставки), Российской торгово-промышленной выставке в Риме (Италия) 2005г., промышленной выставке в Лиме (Перу) 2006г.
Публикации: Основное содержание диссертации изложено в 5 статьях, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК России для опубликования результатов диссертационных работ, в 7 патентах, 1 авторском свидетельстве и 1 заявке на изобретение.
Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 4-х глав и общих выводов. Диссертация содержит 105 страниц, включая 42 рисунка, 7 таблиц, список литературы из 94 наименований и приложение.
