Содержание к диссертации
Введение
1. Технологическая система «прокатка катанки - волочение» (ПКВ) и направления ее совершенствования 9
1.1. Представление технологической системы ПКВ 9
1.2. Тенденции развития подсистемы прокатки катанки 19
1.3 Технология бескалибровой прокатки прямоугольной сортовой заготовки: особенности и перспективы 24
1.4. Перспективные направления развития технологической подсистемы волочения 45
1.5. Методы и задачи моделирования технологической системы ПКВ 51
1.5.1. Анализ известных математических моделей процесса бескалибровой прокатки
1.5.2. Моделирование аустенит-ферритного превращения и технология регулируемого охлаждения проката 56
1.5.3. Анализ влияния различных факторов на процесс волочения
1.6. Цель и постановка задач работы 66
2. Математическое моделирование процессов формоизменения металла в технологической подсистеме «прокатка катанки» 70
2.1. Постановка задач моделирования 70
2.2. Разработка модели формоизменения при сортовой прокатке 71
2.3 Аналитические исследования процессов формоизменения при прокатке на гладкой бочке 76
2.4 Анализ устойчивости высоких полос при бескалибровой прокатке 93
Выводы л... 108
3. Математическое моделирование процесса охлаждения металла в подсистеме «прокатка катанки» 111
3.1 Постановка задачи 111
3.2 Разработка модели процесса охлаждения 113
3.3. Вычислительные эксперименты по анализу процесса охлаждения 120
Выводы 137
Развитие технологической подсистемы «прокатка катанки» 139
4.1. Разработка эффективных режимов бескалибровой прокатки 139
4.2. Мероприятия для реализации процесса бескалибровой прокатки 152
4.3. Совершенствование режимов охлаждения катанки 157
4.4. Мероприятия для осуществления усовершенствованных режимов охлаждения 165
Выводы 181
Совершенствование технологической подсистемы «волочение» 183
5.1. Математическое моделирование процесса формирования микрорельефа поверхности металла при пластическом деформировании 183
5.1.1 Разработка математической модели процесса формирования микрорельефа поверхности катанки 183
5.1.2 Теоретическое исследование микрорельефа поверхности катанки и проволоки после обработки гибким инструментом 195
5.2. Экспериментальные исследования формирования микрорельефа поверхности заготовки под волочение 202
5.3. Влияние микрорельефа поверхности катанки и проволоки на процесс последующего волочения в системе ПКВ 215
5.4. Выбор рациональных технологических параметров щеточной обработки заготовки 223
Выводы 224
Промышленная реализация результатов исследований 226
6.1. Внедрение технологии производства высоких полос на стане 150 226
6.2. Реализация режимов охлаждения 233
6.3. Разработка технологии производства проволоки из катанки с регламентированным микрорельефом поверхности 240
Заключение 250
Библиографический список
- Технология бескалибровой прокатки прямоугольной сортовой заготовки: особенности и перспективы
- Разработка модели формоизменения при сортовой прокатке
- Разработка эффективных режимов бескалибровой прокатки
- Разработка математической модели процесса формирования микрорельефа поверхности катанки
Введение к работе
За последние годы в экономике России произошли существенные изменения, которые затронули все промышленные предприятия. В настоящее время все больше внимания уделяется экономическим показателям, которые оказывают существенное влияние на конкурентоспособность выпускаемой продукции. Последняя, в свою очередь, зависит от ее качества и себестоимости.
В соответствии с п. 5 «Основ политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 года и на дальнейшую перспективу», необходимо ориентировать инновации на структурную перестройку и модернизацию имеющихся производств; в первую очередь, на освоение ресурсосберегающих технологий и улучшение потребительских свойств продукции.
В производстве катанки, а также в волочильном производстве, которые можно представить в виде единой эволюционирующей технологической системы «прокатка катанки-волочение» (ПКВ), указанные проблемы можно решать, в первую очередь, за счет совершенствования существующих технологических процессов и разработки принципиально новых. Расширение сортамента и ужесточение требований к геометрии и механическим свойствам продукции подсистем прокатки катанки и волочильного производства обусловили необходимость дополнительного изучения совокупности их технологических звеньев, наиболее существенно влияющих на конкурентоспособность (себестоимость и качество) выпускаемой продукции.
Детальный анализ указанной системы и происходящих в ней процессов показал важность многих из них. При этом на основе системного анализа и построения диаграммы Исикава и дерева текущих проблем выявлено, что весьма серьезную роль в подсистеме «прокатка катанки» играет процесс черновой прокатки. На геометрию и механические свойства выпускаемой катанки большое влияние оказывают процессы как черновой, так и чистовой прокатки. Однако если последним посвящено множество работ, в том числе выполненных учеными Магнитогорского государственного технического
университета им. Г.И. Носова (МГТУ), то процессам черновой прокатки уделяется, на наш взгляд, недостаточно внимания, хотя 20-25% всех затрат при производстве катанки приходится на черновую группу клетей. Отклонения по геометрии подката после черновой группы приводит к нестабильной прокатке и большему износу валков в чистовых клетях. Решающее значение для повышения качества поверхности катанки имеет качество поверхности заготовок.
Следующим ключевым элементом системы ПКВ является обеспечение требуемых структуры и механических свойств катанки на основе управления межклетевым и последеформационным охлаждением. Особенно важным является получение заданной структуры на концах бунта катанки. Отклонения приводят к существенной обрези концов, повышению расходного коэффициента и себестоимости продукции.
Большое значение имеет получение требуемого микропрофиля заготовки для обеспечения стабильного эффективного процесса волочения. В калькуляции себестоимости на процесс подготовки поверхности заготовки к волочению выделяется до 30% всех затрат. Микрорельеф поверхности оказывает существенное влияние на протекание первых обжимных проходов, что в конечном итоге влияет на общие технологические возможности волочильного стана. Следует отметить превалирующее влияние первых проходов на обжимную способность волочильного стана в целом. Задача достижения его максимальной обжимной способности является несомненно актуальной.
Целью диссертации является повышение качества и снижение себестоимости выпускаемой продукции путем развития и совершенствования технологической системы «прокатка катанки-волочение» на основе ее моделирования и создания комплекса технических и технологических решений. Совокупность решаемых задач, позволяющих получать сортовой горячекатаный металл и волоченую проволоку с заданным высоким уровнем потребительских свойств, включает:
7 Для подсистемы прокатки катанки.
1. Развитие теории, совершенствование технологии и оборудования для
осуществления бескалибровой прокатки (БКП) (улучшение
макрогеометрии).
Несмотря на существующий опыт применения БКП, ее использование сдерживается недостаточной изученностью процесса формоизменения металла, отсутствием единого мнения о выборе технологических режимов прокатки, обеспечивающих устойчивость полосы в очаге деформации. Кроме того, отсутствие исчерпывающей информации о методике расчета и проектирования проводковой арматуры, необходимой для реализации этой технологии, также не позволяет адаптировать ее к условиям действующих предприятий.
2. Формирование требуемого микрорельефа поверхности катанки после
прокатки (улучшение микрогеометрии).
3. Управление формированием структуры и механических свойств
горячекатаного сортового металла.
Способом формирования структуры и механических свойств посвящено большое количество исследований. Однако, традиционно они сконцентрированы в основном на выявлении связи технологических параметров с текстурой, структурой и свойствами холоднокатаного листа. Закономерности структурообразования, а также изменения механических свойств при горячей сортовой прокатке исследованы в гораздо меньшей степени. В работах отечественных и зарубежных ученых отмечается, что выявление указанных закономерностей позволит, в конечном счете, корректировать режимы горячей прокатки для обеспечения требуемого уровня потребительских свойств конкретных партий металлопроката. Для подсистемы волочения.
Совершенствование процесса производства проволоки за счет разработки новой технологии подготовки поверхности заготовки к волочению (удаление окалины с одновременным формированием требуемого микрорельефа гибким инструментом).
8 Для решения поставленных задач разработаны математические модели:
процесса формоизменения металла при БКП;
устойчивости высоких полос при прокатке на гладких валках;
процесса охлаждения сортового металла;
- формирования микрорельефа поверхности металла при пластическом
деформировании гибким инструментом.
На основе полученных теоретических результатов, подтвержденных экспериментальными исследованиями, разработан комплекс технических и технологических решений, позволивших повысить эффективность бескалибровой прокатки, охлаждения сортового металла, а также разработать новую технологию производства проволоки из катанки с регламентированным микрорельефом поверхности.
Результаты работы внедрены или приняты к внедрению на ряде металлургических предприятий.
Работа выполнена на кафедре ОМД Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. Автор выражает благодарность за неоценимую помощь и поддержку при работе над диссертацией ученым МГТУ: ректору, профессору, д.т.н. Б.А. Никифорову; проректору, профессору, д.т.н. Г.С. Гуну; зав. кафедрой, профессору, д.т.н. В.М. Салганику.
Автор также выражает признательность за помощь в проведении отдельных этапов работы, за ценные консультации: генеральному директору ИТЦ«Аусферр» В.Н. Урцеву и его сотрудникам; работникам МГТУ, кандидатам технических наук Д.В. Терентьеву и А.А. Макарчуку; зав. кафедрой, профессору, д.т.н. В.П. Анцупову, работникам ОАО «Белорецкий металлургический комбинат», кандидатам технических наук Е.А. Евтееву и Н.А. Клековкиной, А.И. Илларионову.
1. Технологическая система
«прокатка катанки- волочение» (ПКВ)
и направления ее совершенствования
1.1. Представление технологической системы ПКВ
Понятие системы
Понятие технологической системы является частным по отношению к общему понятию системы. Одно из распространенных определений системы: «Системы (от греч. - целое, составленное из частей; соединение) -множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство» [1].
Данное определение хорошо отражает наши интуитивные представления о системах, однако целям анализа и синтеза технологических систем оно не удовлетворяет. Для более точного определения понятия «система» можно воспользоваться свойствами, которым она должна обладать. Тогда, если удастся доказать, что какой-либо объект обладает этой совокупностью свойств, то можно утверждать, что данный объект является системой.
Существует четыре основных свойства, которыми должен обладать объект, чтобы его можно было считать системой [1].
Первое свойство (целостность и членимость). Система есть целостная совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом. Следует иметь в виду, что элемент существует лишь в системе. Вне системы - это лишь объекты, обладающие потенциальной способностью образования системы. Элементы системы могут быть разнокачественными, но одновременно совместимыми.
Второе свойство (связи). Между элементами системы имеются существенные связи, которые с закономерной необходимостью определяют интегративные качества этой системы. Связи могут быть вещественными,
информационными, прямыми, обратными и т.д. Связи между элементами внутри системы должны быть более мощными, чем связи отдельных элементов с внешней средой, так как в противном случае система не сможет существовать.
Третье свойство (организация). Наличие системоформирующих факторов у элементов системы лишь предполагает возможность ее создания. Для появления системы необходимо сформировать упорядоченные связи, т.е. определенную структуру, организацию системы.
Четвертое свойство (интегративные качества). Наличие у системы интегративных качеств, т.е. качеств, присущих системе в целом, но не свойственных ни одному из ее элементов в отдельности..
Понятие технологической системы
Технологическая система - совокупность функционально
взаимосвязанных предметов труда, средств технологического оснащения и исполнителей, реализующих в регламентированных условиях производство продуктов и услуг с заданными свойствами. В качестве сложной технологической системы можно рассматривать «производственный комплекс» (стан, цех, завод), состоящий из большого числа агрегатов. При этом под технологической системой следует понимать совокупность производственного оборудования, а элементами могут быть отдельные станки и устройства. Целью функционирования производственного комплекса как технологической системы, т.е. ее показателями эффективности может быть производительность при условии обеспечения качества и заданной себестоимости продукции [2].
В металлургическом производстве при обработке металлов давлением сочетаются процессы нагрева, деформации и обработки поверхности металлов. Интенсификация производства требует оптимизировать сочетание этих процессов в совокупности и каждого из них, что в свою очередь ставит вопрос об управлении технологией с позиций системного подхода [104].
Знание технологической системы позволяет четко организовать системное управление с разработкой правильных решений. Принятие решений по организации производства в конечном итоге приводит к выдаче заданий всем агрегатам и участкам технологической системы. В ряде случаев в пределах одного цеха получение одной и той же продукции с применением одного и того же набора технологических агрегатов может быть получено различным образом (различное распределение по технологической линии температур, давлений, скоростей) за счет изменений в настройке всей технологической линии. Выбор настройки будет влиять (в ряде случаев существенно) на экономические показатели процесса. Более того, настройка даже одного агрегата может иметь значимое влияние.
В общих чертах методология системного подхода предусматривает решение следующих задач [2]:
1. Ограничение технологической системы, т.е. определение границ
рассматриваемого комплекса взаимосвязанных подсистем и связей системы с
внешней средой и системами более высокого уровня.
Определение структуры технологической системы, т.е. разделение ее на подсистемы с выделением их иерархии.
Выбор как показателя эффективности технологической системы в целом, так и подчиненных ему показателей эффективности подсистем.
4. Оценка действующих на технологическую систему факторов и
определение взаимосвязей подсистем.
Основным методом исследования технологических систем является математическое моделирование, в том числе имитация процессов функционирования технологической системы на ЭВМ (компьютерный эксперимент).
Процесс функционирования технологической системы проявляется в совокупности действия ее звеньев (подсистем), подчиненных единой цели. Качество работы технологической системы оценивается при помощи показателя эффективности. Показателем эффективности технологической
системы является числовая характеристика, которая оценивает степень
приспособленности технологической системы к выполнению поставленных
перед нею задач.
Представление технологической системы «прокатка катанки — волочение»
При производстве проволоки особенно большое значение для снижения себестоимости продукции и поддержания ее высокого качества имеют следующие этапы производства: горячая прокатка катанки; волочение проволоки.
Представим последовательность и взаимосвязи процессов производства на этих этапах в виде единой технологической системы «прокатка катанки - волочение» (рис. 1.1). Очевидно, что данная система имеет две подсистемы: прокатки катанки и волочения металла. Исходным, промежуточным и конечным продуктами являются соответственно заготовка для мелкосортных станов, катанка и проволока. У всех этих продуктов параметрами, характеризующими их качество, являются химический состав стали, геометрические размеры и механические свойства.
Поскольку рассматривается однонаправленный технологический поток, т.е. линейная структура системы, то выход предыдущего звена (элемента) является входом для последующего.
Рассмотрим последовательно эти звенья и их математическое описание в общем виде, исходя из задач анализа, аналогично тому, как это было сделано в работе [2].
Для печей при заданных размерах (толщина - Н3, ширина - В3, длина -L3) и себестоимости С3 заготовки выходными параметрами являются температура заготовки - Т3, производительность печи - Ап и себестоимость нагретой заготовки Снз. При этом управляющие воздействия - это расход газа Wr и скорость перемещения металла в печи удм. Тогда для участка нагревательных печей имеют место зависимости:
Т3 = fi (Wr, Удм, Н3); Ап = f2 (удм, Н3, L3); С„3 = f3 (С3, Wr, удм)
заготовка
волочение -
технологическая
подсистема 2
Технология бескалибровой прокатки прямоугольной сортовой заготовки: особенности и перспективы
Технология получения прямоугольной сортовой заготовки в гладких валках, называемая также бескалибровой прокаткой (БКП), заключается в том, что прокатываемая полоса обжимается последовательно гладкими горизонтальными и вертикальными валками или только горизонтальными валками с кантовкой раскатов на 90 градусов после каждого прохода или через один проход во всех клетях стана кроме чистовых, имеющих калибры, соответствующие по форме и размерам готовому прокату [16, 21, 22].
Окончательное формирование профиля необходимого поперечного сечения производится в последующих получистовых и чистовых проходах прокаткой в калибрах.
Способы реализации бескалибровой прокатки
Из существующих и наиболее применимых в настоящее время следует отметить следующие разновидности бескалибровой прокатки (БКП), различающиеся величинами обжатий по проходам: - "квадрат-полоса" - способ прокатки, где сечению полосы через каждые два прохода придается форма квадрата [16]; - RER-процесс - способ, в котором свободная поверхность полосы во всех проходах во время прокатки имеет форму одинарной бочки [22]; - TRIPLET- способ, при котором в каждом проходе подкатом является прямоугольная полоса [14, 23, 24].
Перечисленные схемы бескалибровой прокатки могут реализовываться на существующих реверсивных и непрерывных станах [14, 15]. В последнее время за рубежом наметилась тенденция строительства прокатных станов, изначально предназначенных для деформирования в гладких валках.
Фирмой "Morgan Construction" (США) изготовлен четырехклетевой прокатный стан для прокатки по схеме RER полос 76x76 мм и 50x100 мм из заготовки 180x180мм в клетях с чередующимися горизонтальными и вертикальными валками [24]. Такое техническое решение снизило габариты стана на 85% (для освоения этого производства требовался шестиклетевой прокатный стан традиционной компоновки) [25].
На заводе Еделыдтальверк (Венгрия) работает мелкосортный стан фирмы СКЕТ, состоящий из 18 чередующихся вертикальных и горизонтальных клетей. В пяти клетях черновой группы технологией БКП способом БКП из заготовки 100x84 мм получают раскаты 52x51 мм [26]. В последующих группах клетей традиционной прокаткой получают круглые профили диаметром 8+50 мм, квадратные со стороной 10+41 мм, полосовые шириной 20+70 мм и толщиной 5+30 мм и арматурная сталь диаметром 10+40 мм. В работе отмечается хорошее качество проката и существенное снижение износа валков, что повышает эффективность работы стана. В работе [27] отмечается, что применение технологии БКП повышает выход бездефектного проката на 8 - 10%, что подтверждается результатами дефектоскопии металла.
Обзорная информация показывает, что в сортамент материалов, прокатываемых в гладких валках, входят углеродистые, легированные стали и сплавы. С применением БКП производят заготовку, сортовой прокат простой формы, катанку и арматурные профили для железобетонных конструкций.
Бескалибровая прокатка освоена и широко применяется за рубежом фирмами " Process Metallurgy ", " Scandinavian Engineering", " Morgan Construction ", "Кавасаки сэйтэцу". Из квадратных заготовок со сторонами от 42 до 250 мм за разное число проходов (от 3 до 17) получают готовый прокат круглого или квадратного сечения в размерном диапазоне от 8 до 150 мм. Отмечается, что при переходе от прокатки в калибрах на БКП, количество проходов не увеличивалось [25-29].
В Российской металлургии для условий действующего оборудования разработана технология бескалибровой прокатки для стана 300-2 завода «Мечел» (г. Челябинск) и стана 250/150 ПО "ИЖСТАЛЬ" (г. Ижевск) без уменьшения сортамента стана, а также для производства мелких профилей из сплавов титана на сортовых станах ВИЛС (г. Москва) и ВСМПО (г. Верхняя Салда) [22]. С 1991 года бескалибровая прокатка используется в обжимной группе клетей стана 150 ОАО «БМК» (г. Белорецк) [9, 19]. Во всех случаях отмечается ряд реальных технических, организационных и экономических преимуществ БКП по сравнению с традиционной технологией [9, 11, 21, 22], однако сведения о сравнении объемов производства проката в калибрах и с применением БКП в литературе отсутствуют.
В реальных промышленных условиях производство прямоугольной заготовки может реализовываться несколькими способами, имеющими различие как в режимах прокатки, так и в составе применяемого оборудования.
Согласно патентам [30-33] прокатывать полосу в гладких валках следует с начальным соотношением сторон h0/b0 = 1,5 - 2,5 и с таким обжатием, чтобы у полученного раската достигалось такое же соотношение сторон. Оптимальным является соотношение сторон h0 /b0 = Л, /6, = 2,1, а использование валковой арматуры специальной конструкции предотвращает потерю устойчивости полосы. В патенте [34] кроме обжатия, обеспечивающего соотношение сторон полосы до и после прокатки Л0/і0 = Л,/г , 1,5, для предотвращения возможного двойного бочкообразования регламентируется отношение диаметра валка D к межвалковому зазору t, которое должно составлять D/f (100//) +5.
В работах [35, 36] обоснованы рекомендации производить деформацию полосы до размеров, определяемых из соотношения bj/hj = (1,6 - 2,6)xb(/h0 при отношении D/ho = 2,3 - 5,0, что позволяет получить максимально возможную вытяжку полосы за один проход.
В патенте ЧССР [37] предложена схема прокатки: квадрат -прямоугольник "на ребро" - прямоугольник "плашмя" - прямоугольник "на ребро"... Реализация такой схемы осуществляется в чередующихся вертикальных и горизонтальных клетях с гладкими валками, причем перед клетями, в которых прямоугольная полоса имеет соотношение h0/b0 = 2, для удержания полосы установлены проводки с фасонными роликами. Патентом отмечается возможность прокатки металла любого исходного сечения без ограничений по размерам.
Разработка модели формоизменения при сортовой прокатке
Метод жестко-пластических или вязко-пластических конечных элементов широко используется для моделирования таких процессов ОМД как прессование, экструзия, прокатка, волочение и т.д. В этом методе предполагается, что материал деформируется только пластически. Упругой деформацией пренебрегают. В определяющих уравнениях Леви-Мизеса, основанных на критерии Губера [156] для жестко-пластических материалов, напряжения находятся вне зависимости от напряжений на предыдущем шаге деформирования, т.е. напряжения не записываются через приращения и скорости. Это приводит к относительно малому времени расчета при моделировании больших пластических деформаций в сравнении с методом упруго-пластических конечных элементов. Более того, постановка задачи и программирование жестко-пластических элементов намного проще, чем при упруго-пластическом анализе.
Метод жестко-пластических конечных элементов был впервые разработан Д.Хэйясом и П.Мэркалом [157] для верхней оценки деформирования жестко-пластических материалов в конце 1960-х годов. Дискретизация на конечные элементы облегчала процесс минимизации энергии пластической деформации. Метод Д.Хэйяса и П.Мэркала, однако, ограничен задачами плоско-напряженного состояния из-за отсутствия условий несжимаемости при пластической деформации. Условие несжимаемости было введено К.Вашизу [158] в функционал для жестко-пластического анализа с использованием метода множителей Лагранжа [185]. Полученный функционал был модифицирован С.Кобайяши и др. [159] и О.Масренхольцем и др. [160] для конечно-элементной формулировки. В методе множителей Лагранжа, однако, число варьируемых параметров значительно возрастает, так как коэффициенты, соответствующие гидростатическому напряжению, в каждом элементе принимаются как варьируемые. Этот метод требует большой памяти компьютера и значительного времени расчета. Зенкевич О.С. и др. [161] и Александер Дж. и др. [162] ввели условие несжимаемости, используя штрафную функцию, что позволило отказаться от увеличения варьируемых параметров. В методе штрафных функций напряжения получают для функционала, вводя штрафы из уравнений равновесия (принцип виртуальной работы), хотя напряжения полностью не удовлетворяют пределу текучести. С другой стороны, авторы [164] разработали метод вязко-пластических конечных элементов, основанный на теории пластичности для слабо сжимаемых материалов. Этот метод позволил напрямую рассчитывать напряжения в зависимости от скорости деформаций.
Основные формулировки задачи моделирования процессов ОМД методом вязко-пластичных конечных элементов даны ниже.
Для аналитического исследования процессов формоизменения при БКП использовали разработанную на кафедре обработки металлов давлением Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова математическую конечно - элементную модель на основе теории пластичности слабо сжимаемых материалов в постановке К.Мори и К.Осакада и созданную на ее основе программу для расчета объемной деформации [164, 165, 166]. Для нее: la a +gal-a2=0, (2.1) где т у- девиатор напряжений; g - малая положительная константа (0,01-0,0001); (тт — гидростатическое напряжение; а -интенсивность напряжений. Напряженно-деформированное состояние: Уравнение (2.13) решают с помощью метода Ньютона-Рапсона с учетом характеристик скоростного и деформационного упрочнения. Трение описывали с помощью модифицированного закона Зибеля (по К.Мори - К.Осакада) rf=m k, (2.14) где Гу - касательные контактные напряжения; т - постоянный показатель трения; к - предел текучести на сдвиг. Контактное касательное напряжение раскладывают на две ортогональные проекции по осям X и Y: V=_r/(v - )/Av Tjy=f(vY-VY)/Av (2.15) где vx и vy- тангенциальные компоненты скорости металла на контакте с валком; Vx и VY - тангенциальные компоненты скорости валка. Для плавного изменения касательного контактного напряжения в нейтральной точке абсолютное значение относительной скорости в уравнении (2.15) рассчитывается следующим образом: Av = Av2+v , (2.16) где Av- относительная скорость и v5 - малая положительная константа, сравнимая с абсолютным значением относительной скорости за исключением области, близкой к нейтральной точке. Компоненты касательных контактных напряжений становятся близкими к нулю в области, близкой к нейтральной точке. Следует отметить, что Av не равна нулю даже в нейтральной точке.
Разработка эффективных режимов бескалибровой прокатки
Экспериментально изучали влияние режимов прокатки на условия устойчивости высокой полосы при ее прокатке в гладких валках для диапазона частных обжатий от 10 до 50%, развитие уширения по длине очага деформации и влияние характеристик удерживающей проводковой арматуры на устойчивость полосы при БКП. Это необходимо для определения рациональных режимов прокатки, конструирования и проектирования удерживающей поводковой арматуры в производственных условиях. Экспериментальная база и методика проведения экспериментов
Экспериментальную прокатку проводили на лабораторном прокатном стане «дуо» в гладких стальных валках диаметром 255 мм в условиях Отраслевой лаборатории прокатного производства Магнитогорского государственного технического университета.
При исследованиях использовали специально сконструированную валковую удерживающую арматуру (рис. 4.1.) [75].
Исследовательская арматура содержит линейки 1 с удерживающими элементами 2, опирающимися посредством штифтов 3 на упругие элементы 4.
Упругие элементы 4 - балки равного сопротивления (изготовлены из стали 50С2) с тензодатчиками. Жесткость упругих элементов определялась по методике [99, 100]. Тензодатчики - тензорезисторы 2ПКП20-200ГВс, чувствительностью =3-10"6 и базой /=20 мм, наклеенные на упругие элементы и соединенные в полумост. Усиление сигналов тензодатчиков осуществляли тензостанцией ТА-5, а их регистрацию - светолучевым осциллографом Н 115. Для обеспечения заданных зазоров между образцами и удерживающими элементами зазоров между линейками вставлялись калиброванные вкладыши 5. Все детали и жестко фиксировались в корпусе.
Исследования проводились в виде серий однофакторных экспериментов с последующей обработкой в многофакторную зависимость. Базовой точкой (основным уровнем варьируемых факторов) выбран центр плана эксперимента. В каждом из однофакторных экспериментов неварьируемые факторы фиксировались на базовых уровнях (табл. 4.1.)
Исследовались факторы, наиболее значительно влияющие на устойчивость полосы при БКП [9, 14, 19, 54]: - отношение высоты задаваемой полосы Н к ее ширине В (Н/В); - є- единичное относительное обжатие; - отношение диаметра валков D к высоте задаваемой полосы Н (D/H); - отношение высоты заготовки Н к радиусу кривизны контактной поверхности г (Н/г); - отношение зазора между полосой и линейками вводной арматуры t к высоте заготовки Н (t/H), определяющее угол наклона полосы на входе в очаг деформации.
Уровни варьирования, характерные для прокатки в обжимных и черновых группах клетей [6, 14, 30, 36], приведены в табл. 4.1. Образцы для проведения экспериментальной прокатки изготавливались из стали 20. Размеры образцов определялись исходя из значений уровней варьирования и диаметра валков прокатной клети. Для базового уровня принимали Н=32,0мм, В=16,0мм, D=255MM, Є= 0,3, г=12,3мм, t=l,5MM.
Перед прокаткой образцы нагревались в электрической трубчатой печи СУОЛ-0,4-4/12-М2 до температуры 1050С и прокатывались после выдержки при этой температуре от 5 до 10 минут, в зависимости от размеров.
До и после прокатки проводили замеры в поперечных сечениях каждого образца. Измерялись диагонали до (Db D2) и после (db d2) прокатки, высота и ширина полос до и после прокатки (Н, В, h, b) (рис.4.2).
Разработка математической модели процесса формирования микрорельефа поверхности катанки
Технико-экономическая эффективность использования предложенных конструкций водяного охлаждения проката обусловлена следующим: - сокращение брака, вызванного «бурением» проката; - уменьшение простоев оборудования за счет ликвидации «бурения» и обрывов раската; - снижение расходного коэффициента стана из-за уменьшения длины обрезаемых концов бунтов; - повышение потребительских свойств продукции за счет более равномерного охлаждения проката по длине и сечению и т.д.
Определение технологических возможностей и проработка вариантов совместного применения разработанных конструкций камер охлаждения позволяют сформулировать технические предложения по их промышленному использованию. Технические предложения относятся к двум участкам водяного охлаждения - перед чистовым блоком клетей и после него. Участок водяного охлаждения перед чистовым блоком клетей На участке расположены и применяются две секции водяного охлаждения, включающие в себя : - нагнетающую форсунку без управления углом впрыска охлаждающей среды, но с регулировкой площади сопла; - камеру охлаждения с местными сужениями; - узел отсечки, включающий узел «самоотсечки», отсекатель, воздушную форсунку. Участок водяного охлаждения после чистового блока клетей На участке может использоваться семь секций водяного охлаждения. Количество задействованных секций определяется технологией охлаждения в зависимости от марочного сортамента и размеров готового проката. Реализация требуемой технологии охлаждения может быть обеспечена применением двух видов камер охлаждения: с регулировкой длины камеры и без нее.
Секции охлаждения в обоих случаях включают нагнетающую форсунку с регулируемым углом впрыска охлаждающей среды; камеру охлаждения с местными сужениями; узел отсечки, включающий узел «самоотсечки», отсекатель, воздушную форсунку.
Применение в составе секций охлаждения камер с изменением длины и без него зависит от конкретных условий прокатки. Автоматическая регулировка длины камеры позволяет оперативно менять условия прокатки, но ее использование усложняет конструкции секций; применение стационарных камер требует времени на их установку, хотя и отличается простотой конструкции.
Например, при прокатке легированных марок сталей схема охлаждения может быть следующей.
1. Устанавливаются три секции охлаждения из семи с камерами плавной регулировки длины: первой, третьей и пятой. При уменьшении длины всех трех камер до минимума, одна секция фактически выводится из работы, тем самым увеличивая длину участка для выравнивания температуры и не снижая интенсивности водяного охлаждения. При переходе на другой сортамент сталей длины камер охлаждения максимальны, что соответствует длине стационарных камер. В результате этого не требуется переустановки секций охлаждения.
2. Устанавливаются стационарные камеры. Их количество может равняться двум или трем; при этом разное количество секций обеспечивает разную интенсивность охлаждения. Переход участка охлаждения на другой режим обеспечивается переустановкой секций охлаждения.
Таким образом, комплектация участков водяного охлаждения предложенными конструкциями камер открывает широкие возможности по технологиям охлаждения сталей различного сортамента. Степень оснащения секций охлаждения разработанными конструкциями зависит от квалификации
обслуживающего персонала, производительности стана, сортамента выпускаемой
продукции и т. д.
