Введение к работе
Актуальность работы. Широкополосный прокат является одним из основных видов продукции чёрной металлургии. Он выпускается в объёме десятков миллионов тонн ежегодно и используется при изготовлении металлических конструкций различного назначения. Важнейшей характеристикой металлопроката на рынке является его конкурентоспособность, которая определяется в основном соотношением его потребительских свойств и цены. В условиях глобального падения спроса на металлы конкурентная борьба усиливается. Поэтому актуальной проблемой для металлургических предприятий становится снижение издержек производства и повышение качества выпускаемой продукции.
При производстве проката из микролегированных трубных сталей на широкополосных станах горячей прокатки большие потери металла связаны с тем, что значительная часть готовых полос поражена поверхностными дефектами в виде трещин, располагающихся на расстоянии до 50 мм от кромок. Для части марочного сортамента, преимущественно из трубных сталей, микролегированных ниобием, доля пораженных такими дефектами полос достигает 25-30% и более. Происхождение дефектов горячекатаного проката обусловлено, прежде всего, качеством поверхности исходной заготовки.
В настоящее время на многих отечественных металлургических предприятиях отсутствуют автоматизированные системы контроля качества не-прерывнолитых слябов в потоке МНЛЗ. Поэтому в прокатный передел могут поступать заготовки с поверхностными дефектами различной морфологии. Каждый характерный поверхностный дефект непрерывнолитого сляба в случае его невыявления и неудаления трансформируется в дефект поверхности полосового проката, в результате чего металл переводят во второй сорт или беззаказную продукцию.
Цель работы - получение проката из микролегированных трубных сталей высокого качества на основе развития моделей для расчёта рациональных технологических режимов, ограничивающих смещение поверхностных дефектов от кромок в направлении середины ширины полос.
Задачи исследования:
-
Выбрать, адаптировать и экспериментально проверить адекватность математической модели процесса горячей прокатки слябов с учётом наличия поверхностных дефектов в виде продольных и поперечных трещин.
-
Выполнить численное моделирование и исследование основных закономерностей трансформации поверхностных продольных и поперечных трещин сляба в дефекты поверхности широкополосного проката.
-
Выполнить численное исследование основных закономерностей смещения дефектов от кромок в направлении середины ширины полос.
-
Выполнить анализ влияния различных режимов черновой прокатки и формы деформирующего инструмента на возможность снижения поверхностного дефектообразования при производстве широкополосного проката.
-
Разработать математические модели выбора рациональных технологических режимов, позволяющих минимизировать смещение поверхностных дефектов от кромок в направлении середины ширины полос при горячей прокатке на широкополосных станах.
Научная новизна заключается в следующем:
-
На основе трёхмерного численного моделирования методом конечных элементов установлены основные закономерности трансформации поверхностных продольных и поперечных трещин сляба в дефекты поверхности широкополосного проката при деформации в горизонтальных валках черновой группы стана.
-
Уточнены закономерности перехода металла с боковых граней сляба на верхние (нижние) поверхности раската, учитывающие взаимосвязь геометрии поперечного сечения раската, степени деформации и условий трения на контакте с рабочими валками.
-
Уточнена зависимость для определения высоты приконтактных наплывов раската, образующихся при черновой прокатке в вертикальных валках, учитывающая условия трения в очаге деформации, а также форму вертикальных валков чернового окалиноломателя (калибр или гладкая бочка).
-
Впервые получены на основе численного моделирования методом конечных элементов зависимости для определения ширины полоски перехода металла с боковых граней сляба на верхние (нижние) поверхности полосы при черновой широкополосной прокатке, учитывающие геометрические размеры сляба, режимы обжатий в вертикальных и горизонтальных валках, а также условия трения в очаге деформации.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
-
Усовершенствована технология широкополосной прокатки микролегированных трубных сталей за счёт снижения контактных сил трения в очаге деформации, а также эффективного перераспределения обжатий в горизонтальных валках черновой группы стана. Предложенные технологические решения позволяют ограничить величину смещения поверхностных дефектов на расстоянии, не превышающем 8-10 мм от кромок полосы.
-
Разработана методика расчёта величины смещения поверхностных дефектов от кромок в направлении середины ширины полос при горячей прокатке микролегированных трубных сталей.
-
Разработана методика выбора размеров исходной заготовки (сляба), обеспечивающая уменьшение расхода металла при широкополосной горячей прокатке за счёт снижения боковой обрези по кромочным дефектам.
Реализация работы. Разработаны и приняты к реализации деформационные режимы черновой прокатки микролегированных трубных сталей на ШСГП 2000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Предло-
женные деформационные режимы отличаются сниженными на 3-5% значениями обжатий в первых трёх клетях черновой группы стана. При этом для снижения контактных сил трения в очаге деформации прокатку трубных сталей ведут в первом монтаже после перевалки рабочих валков. Математические модели и методики расчёта технологических режимов производства широкополосного проката, позволяющие уменьшить расход металла, используются в научных исследованиях ООО «Магнитогорский научный информационно-технический центр», а также применяются в учебном процессе кафедры «Обработка металлов давлением» ГОУ ВПО «МГТУ».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены на научно-технических конференциях различных уровней: ежегодных научно-технических конференциях ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» (2007-2010 гг.); международной научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (2010 г.); на Седьмом (г. Москва, 15-18 октября 2007 г.) и Восьмом (г. Магнитогорск, 11-15 октября 2010 г.) Конгрессах прокатчиков; на международной научно-практической конференции «Инженерные системы - 2010» в ГОУ ВПО «Российский университет дружбы народов» (г. Москва, 6-9 апреля 2010 г.); на международной конференции «Технологии и оборудование для прокатного производства» (г. Москва, 20-21 апреля 2010 г.); на десятой международной научно-технической конференции по численным методам в процессах обработки металлов давлением NUMIFORM 2010 (Республика Корея, г. По-ханг, 13-17 июня 2010 г); на тринадцатой международной научно-технической конференции по обработке металлов давлением METAL FORMING 2010 (Япония, г. Тоёхаси, 19-22 сентября 2010 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, из них три в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и пяти приложений. Текст диссертации изложен на 148 страницах машинописного текста, иллюстрирован 108 рисунками, содержит 16 таблиц. Библиографический список включает 135 наименований.
