Введение к работе
Актуальность работы
Одним из приоритетных направлений развития черной металлургии является переход на инновационный путь развития, который обеспечит коренное улучшение качества и увеличение выпуска эффективных видов продукции, в том числе холоднокатаного проката. Эффективность производства является емким понятием и характеризуется множеством показателей. В нашей работе из такого множества фигурирует снижение дефектности продукции и увеличение выхода годного металла. В связи с этим выявление и реализация имеющихся резервов повышения качества и экономии металла - наиболее значимые задачи современного металлургического производства.
Изучению вопросов, связанных с повышением качества листовой стали и экономией металла, посвящены многие работы: А.И. Це ликова, А.П. Чекмарева, И.М.Павлова, П.И. Полухина, Е.С. Рокотяна, М.М. Сафьяна, Л.М. Агеева, М.Г. Полякова, В.М. Салганика, В.Л. Колмогорова, В.И. Мелешко, Ю.Д.Железнова, А.П. Грудева, В.П. Полухина, А.В. Третьякова, А.Ф.Пименова, Н.В.Литовченко, Д.И. Старченко, М.И. Бояршинова, М.И.Куприна, М.А. Беняковского, Ю.В.Коновалова, В.Н. Выдрина, В.К. Белосевича, В.Л. Мазура, СМ. Вельского, А.И.Трайно, Д. Тейбора, О. Ноэ, У. Краузе и других российских и зарубежных ученых. Для решения вышеуказанных задач предложены и реализованы различные мероприятия по совершенствованию технологии и оборудования.
До настоящего времени при производстве рулонного металлопроката нового сортамента, особенно тонкого и узкого, в условиях существующего действующего оборудования встречаются серьезные трудности, связанные с необходимостью выпуска высококачественной конкурентоспособной продукции при низких производственных затратах.
Данная проблема актуальна и для ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» - одного из ведущих сталелитейных предприятий отрасли, лидера в производстве жести и холоднокатаной углеродистой ленты. Суть вопроса заключается в том, что в готовой металлопродукции, полученной из металлопроката, подвергающегося предварительному продольному роспуску в процессе переработки, возникает значительный разброс свойств по ширине. Кроме того, из-за наличия значительной асимметрии поперечного профиля подката его переработка в конечную продукцию связана с существенными технологическими трудностями, что в большой степени снижает выход годного и, соответственно, ухудшает экономические показатели.
Научная проблема в диссертации заключается в более точном рассмотрении и описании характера течения металла в очагах деформации
при холодной прокатке ленты. Главной особенностью этой проблематики является учет поперечного течения металла наряду с продольным, т.е. объемный характер напряженно-деформированного состояния. Такое уточнение НДС имеет не только принципиальное теоретическое значение, но и позволяет за счет специального вмешательства в технологический процесс существенно снизить последствия дефектов (например, клиновидности). Следует отметить как важный положительный факт наличие такой мощной глобальной программы, как DEFORM. Эта программа позволяет получить ответы по поставленной проблеме.
Диссертационная работа вызвана потребностями производства и выполнена в соответствии с планом объединенной научно-исследовательской группы ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» и ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» (ГОУ ВПО «МГТУ») по листопрокатному производству. Теоретические и производственные исследования проведены в лабораториях и цехах ЛПЦ-10, ЛПЦ-4, ЛПЦ-3, ЛПЦ-8 ОАО «ММК», крупнейших производителях горяче- и холоднокатаной листовой стали для отечественной промышленности, а также для зарубежных потребителей. Внедрение результатов работы осуществляли в ОАО «ММК». Расчеты выполнены автором на кафедре обработки металлов давлением ГОУ ВПО «МГТУ». Материалы диссертации нашли свое отражение в рамках грантов по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы на 2009-2010 годы».
Цели и задачи исследования
Целью диссертационной работы являются разработка и развитие теоретических основ прокатки стальных полос из подката многократной ширины для создания новых, совершенствования существующих технических и технологических решений, обеспечивающих снижение дефектности производимой листовой металлопродукции и повышение выхода годного металла, т.е. повышение эффективности прокатного производства и освоение новых видов металлопроката широкого марочного и размерного сортамента.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
Системный анализ имеющихся в современной практике отечественного и зарубежного производства подходов к формированию поперечного профиля листового металлопроката, а также эффективных способов регулирующих воздействий на разнотолщинность проката.
Разработка методологических основ и выполнение экспериментально-аналитического исследования формирования поперечного профиля проката многократной ширины в валковой системе кварто в условиях
процесса непрерывной прокатки на многоклетевом стане при асимметричной форме сечения подката.
Разработка эффективных методов управления поперечным профилем горячекатаного и холоднокатаного проката многократной ширины.
Разработка и усовершенствование технологических процессов холодной непрерывной прокатки тонколистовой продукции из подката многократной ширины с клиновидным поперечным сечением.
Разработка, освоение и внедрение новых технических решений в производство листового металлопроката, получаемого из подката многократной ширины. Эти решения должны обеспечить минимизацию как продольной, так и поперечной разнотолщинности конечной металлопродукции, повышение ее качества по плоскостности, механическим свойствам и расширение сортамента.
Научная новизна
Впервые выполнено численное моделирование поперечного течения металла при холодной прокатке узкой ленты в одной клети для симметричного и асимметричного случаев, отличающееся учетом как характеристик подката (геометрических показателей и механических свойств), так и параметров процесса деформирования (обжатий, натяжений, коэффициентов трения).
Осуществлено развитие моделирования поперечного течения металла, которое обладает особенностью учета условий прокатки на непрерывном многоклетевом стане (режимов формоизменения, условий внешнего трения и других).
Разработаны общие принципы усиления уширения металла при холодной прокатке ленты на многоклетевом стане, основанные на целенаправленном перераспределении технологических параметров по клетям.
Построен алгоритм выбора при много клетевой непрерывной прокатке требуемых значений обжатий, натяжений и коэффициентов трения, обеспечивающих максимальное уширение металла и высокое качество проката по геометрическим характеристикам и механическим свойствам.
Впервые определены требования к показателям геометрии поперечного сечения горячекатаной полосы, способствующие реализации стабильного процесса прокатки жести из подката двойной ширины.
Создана концепция системной технологии получения жести из подката двойной ширины.
Практическая значимость
На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований внедрены в промышленное производство в ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»:
Методические рекомендации по разработке процесса горячей прокатки на широкополосном стане, позволяющие уменьшить продольно-поперечную разнотолщинность проката многократной ширины и обеспечить эффективную его переработку в конечную холоднокатаную продукцию.
Схемы деформации проката, а также температурные режимы горячей прокатки на ШСГП 2000 ОАО «ММК». Определена система составления монтажей при производстве подката двойной и многократной ширины, обеспечивающая получение высокоточной холоднокатаной продукции.
Технология горячей прокатки подката двойной ширины для жести на стане 2000.
Методы оперативного воздействия на процесс непрерывной холодной прокатки ленты, обеспечивающие минимальную поперечную разнотолщинность при использовании подката с клиновидным поперечным профилем.
Приемы активного воздействия на стан и параметры холодной прокатки жести из подката многократной ширины, позволяющие за счет управления условиями контактного трения обеспечить требуемый уровень механических свойств, а также повышенную точность по толщине и плоскостности готовой продукции. Разработаны рекомендации по изменению конструктивных элементов системы охлаждения рабочих валков стана 1200, по подготовке воды, а также применению различных технологических смазок.
В конечном счете в результате внедрения технических и технологических решений, а также модернизации соответствующего оборудования достигнуто повышение качественных характеристик получаемой металлопродукции (жесть, лента) за счет снижения отсортировки по дефектам разнотолщинность, неплоскостность и несоответствие механических свойств не менее, чем на 5-10%. Кроме того, расширен сортамент продукции в части получения жести тонких номеров, жести с полимерным покрытием и ленты повышенной точности по толщине.
Апробация работы
Основные положения диссертационного исследования обсуждены и доложены: на XXXI научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «НТМК», Нижний Тагил, 1999 г.; международном симпозиуме «Обработка материалов: процессы, теория, методы и примене-
ниє», Япония, 2001 г; III европейском конгрессе прокатчиков, Германия, Дюссельдорф, 2003 г; международной конференции «Процессы и технологии обработки материалов», Таиланд, Пхукет, 2011;VTI международном конгрессе прокатчиков, Москва, 2007 г.; VIII международном конгрессе прокатчиков, Магнитогорск, 2010 г.; ежегодных научно-технических конференциях молодых специалистов ОАО «ММК», Магнитогорск, 1998-2000 гг.; ежегодных научно-технических конференциях ГОУ ВПО «МГТУ», Магнитогорск, 1998-2010 гг.
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 44 статьях, в т.ч. в13 изданиях, рекомендованных ВАК и 5 патентах РФ на изобретения.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения (выводов) и приложений. Изложена на 297 страницах машинописного текста (включая приложения), содержит 95 рисунков, 63 таблицы, 23 приложения, список использованной литературы из 197 наименований.
Личный вклад автора заключается в разработке проблемы описания пластического течения металла в очаге деформации при асимметричной холодной прокатке ленты, в получении достоверной и обоснованной информации о наличии поперечного течения и важности его учета, в разработке технологических приемов усиления указанного течения и его целенаправленного использования для повышения точности холоднокатаной ленты и жести по геометрии. Автор принимал непосредственное активное участие во всех производственных экспериментах, в их планировании, обработке и анализе результатов.
