Введение к работе
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 возможностей сортопрокатного передела металлургических предприятий. Чтобы расширить эти 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 непрерывно-литого 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.
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:
-
Совершенствование структур но-матричной модели формоизменения путем разработки критериев (показателей), характеризующих эффективность и равномерность деформации непрерывно-литой заготовки в калибрах.
-
Адаптация модели к условиям действующих сортовых станов, использование адаптивной модели для анализа и совершенствования промышленных режимов деформирования проката.
-
Исследование и совершенствование калибровки черновых клетей стана «350» для обеспечения равномерности деформации непрерывно-литых заготовок из качественных сталей.
-
Исследование и определение рациональных режимов деформирования непрерывно-литой заготовки с учетом имеющих место на практике отклонений ее геометрических характеристик от нормативных значений.
-
Разработка методов настройки рабочих клетей сортового стана на основе моделирования с целью обеспечения эффективной эксплуатации усовершенствованных калибровок валков и режимов деформирования.
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
неравномерностью формоизменения и положением большой оси ромбовидной заготовки относительно вертикальной оси калибра;
- методом много вариантного 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:
-
4-й Международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование метахчургического производства» (Череповец, 2003 г.);
-
5-м Конгрессе прокатчиков (Череповец, 2004 г.);
-
IV-й Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в производственных, социаъьных и экономических процессах» (Череповец, 2004г.);
-
Международной научно-технической конференции «.Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов» (Санкт-Петербург, 2005 г.);
-
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, 3J. рис., Ц табл. и список литературы из 122 наименований и 2 приложений.
