Інститут чорної металургії ім.З.І.некрасова

Національної академії наук України

Оробцев Андрій Юрійович

УДК 621.771.25:621.771.261.04.083.133.001.5

РОЗРОБКА, ДОСЛІДЖЕННЯ та ОСВОЄННЯ ТЕХНОЛОГІЇ

ПРОКАТКИ-розділення в ЧОРНОВих ГРУПАХ БЕЗперервНИХ ДРОТОВИХ СТАНІВ ПРИ ВИРОБНИЦТВІ катанки іЗ ЗАГОТовок ЗБІЛЬШЕНОГО ПЕРЕтину

Спеціальність 05.03.05 ”Процеси та машини обробки тиском”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ

2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті чорної металургії ім.З.І.Некрасова

Національної академії наук України

Науковий керівник – доктор технічних наук, старший науковий співробітник, ЖУЧКОВ Сергій Михайлович, Інститут чорної металургії ім.З.І.Некрасова НАН України, заступник директора.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, доцент, ЧИГИРИНСЬКИЙ Валерій Вікторович, Національна металургійна академія України, професор;

кандидат технічних наук, доцент, ЄРШОВ Сергій Володимирович, Дніпродзержинський державний технічний університет, доцент.

Провідна установа: Донецький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра обробки металів тиском

Захист відбудеться 26.06. 2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К .231.01 Інституту чорної металургії ім.З.І.Некрасова НАН України за адресою: 49050, м.Дніпропетровськ, пл.академіка Стародубова, 1

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту чорної металургії ім.З.І.Некрасова НАН України за адресою: 49050, м.Дніпропетровськ, пл.академіка Стародубова, 1

Автореферат розісланий 22.05.2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К 08.231.01 Г.В.Левченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Ринкова економіка диктує необхідність постійного удосконалювання технології та устаткування в будь-якій сфері матеріального виробництва, особливо в чорній металургії, для якої характерні високі капітальні витрати і відносно тривалий термін їхньої окупності. Неминуча в сучасних умовах реконструкція діючих прокатних станів України вимагає вибору найменш витратного і максимально швидкого шляху їхнього технічного переозброєння при забезпеченні високої конкурентної здатності виробленої ними продукції.

Стійка тенденція збільшення перерізу вихідної заготовки, що спостерігається в останні роки, на безперервних сортових і дротових станах сприяє зниженню витрат на виробництво сортового прокату і катанки. Процес прокатки-розділення, застосовуваний у чистових групах сучасних дрібносортних станів при виробництві сортового прокату, забезпечує можливість збільшення перерізу вихідних заготовок з мінімальними капітальними витратами і зниженими експлуатаційними витратами. У вітчизняній і закордонній практиці немає досвіду використання процесу прокатки-розділення в чорнових групах безперервних станів. Тому розробка, дослідження й освоєння технології прокатки-розділення в чорнових групах безперервних дротових станів при виробництві катанки із заготовок збільшеного перерізу є актуальною науковою і технічною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в Інституті чорної металургії ім.З.І.Некрасова Національної академії наук України. Здобувач брав участь у виконанні роботи ПС.0251.01 ”Розробка та освоєння нових технологічних процесів виробництва сталі і прокату в умовах ВАТ ”Єнакіївський металургійний завод” (№ держреєстрації 0101U005401).

Мета роботи і задачі дослідження. Метою даної роботи є розробка та освоєння технології прокатки-розділення в чорнових групах безперервних дротових станів при виробництві катанки із заготовок збільшеного перерізу.

Для досягнення зазначеної мети необхідно вирішити ряд технічних і технологічних задач:

1. Обґрунтувати можливість збільшення перетину вихідної заготовки, що використовується на стані, нетрадиційним шляхом - за рахунок використання процесу прокатки-розділення, для чого:

·

· виконати порівняльні аналітичні дослідження енергосилових параметрів прокатки за новою та існуючою технологічними схемами прокатки.

2. Розробити рекомендації з настроювання робочих клітей чорнової групи дротового стану 250 ВАТ ”ЄМЗ” з використанням процесу прокатки-розділення при багатонитковій прокатці.

3. Здійснити за новою технологією випуск промислових партій катанки, у тому числі переробної, і провести дослідження її якості на прокатному переробі і при переробці у споживача.

Об'єкт дослідження - технологія виробництва катанки на безперервних дротових станах.

Предмет дослідження - процес прокатки-розділення з використанням непривідних ділильних пристроїв у чорнових клітях безперервного чотириниткового дротового стану.

Методи дослідження - аналітичне та експериментальне дослідження параметрів безперервної прокатки катанки з подовжнім розділенням розкату в чорнових клітях.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше показана можливість збільшення перерізу вихідної заготовки, використовуваної на безперервному багатонитковому дротовому стані, нетрадиційним шляхом - за рахунок застосування процесу прокатки-розділення в чорновій групі.

При цьому з використанням основних положень теорії обробки металів тиском встановлено, що застосування нової технологічної схеми прокатки в чорновій групі чотириниткового дротового стану, що передбачає двониткову прокатку із заготовок збільшеного перерізу розмірами 100х100 мм у перших семи чорнових клітях з наступним подовжнім розділенням кожного розкату в лінії стану і переходом на чотириниткову прокатку в двох останніх чорнових клітях замість чотириниткової прокатки у всіх клітях чорнової групи із заготовок перерізом 80х80 мм, супроводжується загальним зниженням енерговитрат на прокатку.

Вперше аналітично й експериментально встановлено вплив технологічних факторів на параметри прокатки при реалізації нової технологічної схеми та дано пояснення зниженню енергоспоживання при її використанні. Показано, що в цьому випадку відбувається зменшення сумарного коефіцієнта витяжки в чорновій групі стану, зменшення спаду температури прокатки внаслідок збільшення швидкості прокатки в перших чорнових клітях і збільшення в них розмірів поперечного перерізу розкату. Це сприяє поліпшенню температурно-швидкісних умов прокатки на стані в цілому і зниженню опору деформації прокатуваного металу у всіх робочих клітях стану, що обумовлює зниження енергоспоживання.

Вперше аналітично й експериментально показано, що при використанні процесу прокатки-розділення в чорновій групі клітей безперервного багатониткового дротового стану, тобто в умовах багатониткової прокатки, стабільність подовжнього розділення розкату і деформації розділених його частин у наступних робочих клітях істотно залежить від симетричного заповнення металом підготовчих калібрів, що формують місце розділення профілю. При цьому показано, що зміна числа одночасно прокатуваних ниток підвищує вимоги до симетричності перерізу профілю в підготовчих калібрах.

Запропоновано новий параметр, що чисельно характеризує величину асиметрії поперечного перерізу розкату, і встановлена припустима величина асиметрії розділення розкату в чорновій групі клітей багатониткового безперервного дротового стану, що забезпечує необхідну точність готової катанки і стійкість процесу прокатки на стані при зміні числа одночасно завантажених ниток. Показано, що припустимі відхилення від симетричності розділення розкату на частини при його подовжньому розділенні в чорновій групі на порядок вище в порівнянні з відхиленнями, що допускаються, при його подовжньому розділенні в чистовій групі.

На підставі результатів експериментальних досліджень впливу процесу прокатки-розділення в чорновій групі дротового стану на якість катанки й одержуваного з неї дроту, уперше дана порівняльна оцінка технологічності переробки катанки, одержаної при використанні існуючої і розробленої схеми прокатки в чорновій групі дротового стану. Встановлено, що катанка, одержана при використанні розробленої технологічної схеми прокатки, не має обмежень по її використанню в метизному переробі при виробництві низьковуглецевого дроту за ГОСТ 2333-80 і ГОСТ 2771-81.

Практичне значення отриманих результатів. Основні результати досліджень, висновки і рекомендації, приведені в цій роботі, використані в процесі освоєння нової технології виробництва катанки на чотиринитковому безперервному дротовому стані 250 ВАТ ”ЄМЗ” і можуть бути використані при розробці проектів по переведенню діючих безперервних дротових станів на заготовку збільшеного перерізу, а також при розробці технології прокатки для дротових станів, які створюються вперше.

Розроблені нові технічні рішення, які забезпечують стійке і якісне подовжнє розділення розкатів при багатонитковій прокатці в безперервній чорновій групі клітей.

Результати роботи можуть бути використані безпосередньо на діючих дрібносортних і дротових станах при збільшенні перерізу вихідних заготовок.

Особистий внесок здобувача. Здобувач брав безпосередню участь в обґрунтуванні запропонованого варіанта переведення стану 250 ВАТ ”ЄМЗ” на вихідну заготовку перерізом 100х100 мм замість перерізу 80х80 мм, розробляв калібрування чорнової групи стану з використанням процесу прокатки-розділення, брав участь в організації і проведенні досліджень по визначенню впливу асиметричності поділу розкату в чорновій групі на точність готової катанки, аналітичному й експериментальному дослідженні енергосилових параметрів при випуску експериментальних та промислових партій катанки за новою технологією, дослідженні та оцінці її якості. Особисто виконував обробку та аналіз результатів аналітичних та експериментальних досліджень.

Особистий внесок здобувача у співавторських роботах (у відповідності з переліком опублікованих робіт):

[1–4, 6, 11] – аналіз способів переведення діючих безперервних дротових станів на вихідну заготовку збільшеного перетину, обґрунтування схеми переведення стану 250 ВАТ ”ЄМЗ” на заготовку перерізом 100х100 мм замість заготовки перерізом 80х80 мм;

[1, 3, 5, 7, 9] – розробка калібрування валків робочих клітей чорнової групи безперервного дротового стану для прокатки з подовжнім розділенням розкату та конструкції ділильного пристрою;

[1, 3] – аналітичні дослідження енергосилових параметрів прокатки катанки за існуючою та запропонованою технологічними схемами, узагальнення результатів;

[8, 9] – розробка програми експериментальної оцінки якості катанки при використанні в чорновій групі безперервного багатониткового дротового прокатного стану процесу прокатки–розділення, обробка та оцінка результатів.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, включені в дисертацію, повідомлені на:

- Третьому Конгресі прокатників, 19-22 жовтня 1999 р., м. Липецьк;

- Міжнародній науково-технічній конференції ”Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у машинобудуванні і металургії”, 24-27 квітня 2000 р., м. Краматорськ;

- V Міжнародній науково-технічній конференції ”Теоретичні проблеми прокатного виробництва”, 16-18 травня 2000 р., м. Дніпропетровськ;

- Міжнародній науково-технічній конференції, що присвячена пам'яті С.Л.Коцаря, 6-7 лютого 2001 р., м. Липецьк;

·

Публікації. Основні положення дисертації викладені в 11-ти статтях, опублікованих у наукових журналах, збірниках наукових праць, у тому числі 6 статей у журналах і збірниках наукових праць, рекомендованих ВАК України для опублікування результатів дисертаційних робіт.

Структура й обсяг роботи. Робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків загальним обсягом 189 сторінок, з них 20 ілюстрацій на 16 сторінках, 12 таблиць на 7 сторінках, 7 додатків на 53 сторінках і список використаних джерел з 97 найменувань на 11 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовані актуальність, наукова новизна і необхідність виконаних у роботі досліджень і розробок.

У першому розділі виконано аналітичний огляд технічної літератури і патентної документації і вибрані напрямки досліджень.

Збільшення перерізу вихідної заготовки на безперервних дротових станах, крім збільшення маси мотка катанки і підвищення продуктивності станів, поліпшує умови для термічної і термомеханічної обробки катанки в потоці дротового стану, тобто для організації виробництва нових видів продукції. Якщо на перших безперервних дротових станах (30-і роки минулого сторіччя) використовувалися заготовки зі стороною квадрата 55...65 мм, то сьогодні будуються дротові стани під заготовку зі стороною квадрату 125...150 мм.

З розвитком безперервного лиття заготовок з'явилася нова задача: переведення діючих дротових станів на економічно доцільний (як правило, збільшений) переріз вихідної заготовки.

Збільшення перерізу вихідної заготовки, природно, спричиняє збільшення витяжної здатності станів, яке традиційно забезпечується збільшенням числа робочих клітей і потужності нагрівальних пристроїв. І якщо при будівництві нових станів ця задача вирішується легко, то при її вирішенні на діючих станах доводиться зіштовхуватися з різними технічними проблемами, які у кожному конкретному випадку вирішуються по-різному.

Аналіз літературних джерел дозволяє зробити висновок про те, що при збільшенні перерізу вихідної заготовки до 1,6 разів обсяг реконструкції безперервних дрібносортних і дротових станів обмежується заходами тільки по відповідному збільшенню витяжної здатності станів. При більшому збільшенні перерізу вихідних заготовок обсяг реконструктивних заходів різко зростає і, як правило, включає заміну нагрівальних печей і збирального обладнання в хвостовій частині стану.

Відомі і інші, менш витратні, способи підвищення витяжної здатності діючих безперервних сортових та дротових станів.

Одним з них є оснащення станів непривідними робочими клітями, деформація прокатуваної штаби в яких здійснюється за рахунок використання резерву сил тертя в осередках деформації існуючих привідних робочих клітей. Використання непривідних робочих клітей дозволяє збільшити витяжну здатність привідних робочих клітей в 1,3–1,5 рази без суттєвих капітальних витрат. Однак, на багатониткових прокатних станах застосування непривідних робочих клітей зв'язано з труднощами конструктивного характеру.

Іншим маловитратним способом підвищення витяжної здатності прокатних станів є використання процесу прокатки-розділення (ПР) в чистових лініях робочих клітей. Звичайно процес прокатки-розділення використовується для одержання готових профілів шляхом подовжнього розділення прокатуваної штаби на відповідне число частин (від двох до п'яти) у передчистових калібрах, що забезпечує збільшення витяжної здатності стану в стільки разів, на скільки частин ділиться штаба, яка прокатується. Це дозволяє освоювати випуск готового прокату більш дрібного перерізу або підвищувати продуктивність стану на дрібній частині існуючого сортаменту без збільшення перерізу і форми вихідної заготовки.

На дротовому стані 250 ВАТ ”ЄМЗ” виникла необхідність замінити вихідну заготовку перерізом 80х80 мм на заготовку 100х100 мм, тобто збільшити площу її поперечного перерізу в 1,56 рази.

З урахуванням особливостей схеми прокатки, яка склалася на стані, а також недостатньої потужності кліті №1, для переведення його на вихідну заготовку перерізом 100х100 мм замість 80х80 мм, при прокатці в чотири нитки відомими методами треба було б установити дві додаткових робочих кліті типу 550-630. Одночасно, у випадку збереження існуючої довжини заготовки, виникла б потреба у дооснащенні ділянки збирання (моталки, гаковий конвеєр) устаткуванням для прийому мотків збільшеної маси, а також вирішення проблеми збереження температури розкату в зв'язку зі зниженням швидкості входу заготовки в першу кліть стану.

Через високі витрати на реконструкцію такий варіант у сучасних умовах для ВАТ ”ЄМЗ” виявився неприйнятним.

У роботі запропонований нетрадиційний варіант вирішення поставленої задачі – застосувати процес прокатки-розділення для виробництва катанки сортаменту, що вже склався, і при збереженні досягнутої продуктивності із заготовки збільшеного перетину.

У вітчизняній і закордонній практиці немає досвіду такого використання процесу прокатки-розділення, що обумовило необхідність вирішення ряду технічних і технологічних задач.

Ці обставини і визначили напрямки досліджень для вирішення задач по освоєнню технології прокатки-розділення в дві нитки у чорновій групі чотириниткового дротового стану.

Ці напрямки можна сформулювати таким чином:

1. Обґрунтувати можливість збільшення перетину вихідної заготовки, що використовується на стані, нетрадиційним шляхом - за рахунок використання процесу прокатки-розділення в чорновій групі робочих клітей, для чого:

·

· виконати порівняльні аналітичні дослідження енергосилових параметрів прокатки за новою та існуючою технологічними схемами прокатки.

2. Здійснити дослідно-промислове відпрацьовування нової технології і розробити рекомендації з настроювання робочих клітей чорнової групи дротового стану 250 ВАТ ”ЄМЗ”.

3. Здійснити за новою технологією випуск промислових партій катанки, у тому числі переробної, і провести дослідження її якості на прокатному переробі та при переробці у споживача.

В другому розділі показано, що в зв'язку з повним використанням потужності аварійно–зачищувальних ножиць, які встановлені після чорнової групи стану 250 ВАТ”ЄМЗ”, виникла потреба у збереженні форми та перерізу розкатів, які виходять з чорнової групи при переведенні його на заготовку збільшеного перетину. Крім того, у сортамент стану поряд з арматурними профілями входить переробна катанка, для якої за діючими стандартами сліди розділення, які не являються бракувальною ознакою арматурних профілів, не допускаються. Викладені обставини обумовили необхідність здійснення прокатки-розділення на ранніх стадіях деформації, тобто в чорнових клітях.

Запропоновано на стані 250 ВАТ ”ЄМЗ” для виробництва із заготовок збільшеного перетину катанки сортаменту, що вже склався, і при збереженні досягнутої продуктивності використати процес прокатки–розділення за схемою: прокатка в головній частині стану у дві нитки із заготовки перерізом 100х100 мм замість чотирьох ниток із заготовки 80х80 мм з подальшим подовжнім розділенням кожного розкату на дві частини (зменшення необхідної витяжки вдвічі) для подальшої прокатки в чотири нитки за існуючою схемою (рис. 1).

а б

Рис. 1. Існуюча (а) та запропонована (б) схеми прокатки в чорновій групі стану 250 ВАТ ”ЄМЗ”

На стані 250 ВАТ "ЄМЗ" чотири кліті дев'ятиклітьової чорнової групи мають спарений привід, що накладає визначені обмеження на розподіл витяжок по клітях і утрудняє їхній перерозподіл, що неминуче виникає при використанні процесу прокатки-розділення, в зв'язку з чим розроблене калібрування валків чорнових клітей для прокатки із вихідних заготовок перерізом 100х100 мм з використанням процесу прокатки–розділення має ряд особливостей.

Формування здвоєного профілю розкату починається в кліті № 5, калібр якої виконаний у вигляді діагонального квадрата з закругленими кутами і зі спеціальними гребенями посередині кожної грані квадрата для формування відповідних увігнутостей на гранях розкату по всій його довжині.

Одна пара протилежних гребенів з радіусом заокруглення біля вершини 14,8 мм призначена для одержання симетрії перетину здвоєного розкату. Подовжні увігнутості перетину розкату, що сформовані іншою парою гребенів, призначені для виключення переповнення металом калібрів при прокатці в наступних клітях № 6 і № 7.

У першому розрізному калібрі (кліть № 6), гребені якого мають кут розвалу 900, з вихідного квадрата з увігнутостями по гранях формується здвоєний профіль розкату у вигляді двох вертикальних овалів, що з'єднані між собою перемичкою, товщина якої 19,5 мм.

У другому розрізному калібрі (кліть №7) формується здвоєний профіль розкату у вигляді двох умовно круглих профілів (діаметром 27,4 мм), з'єднаних між собою перемичкою товщиною 2 мм. При цьому серединна частина здвоєного розкату профілюється розрізними гребенями калібру кліті №7 з кутом розвалу 600. На систему калібрування валків чорнової групи багатониткового дротового стану при використанні в ній технології прокатки-розділення направлена заявка на патент України.

Власне подовжній поділ розкату здійснюється непривідним ділильним пристроєм із двома парами ділильних роликів, що встановлюється на проводковому брусі на вихідній стороні кліті № 7 (рис. 2).

Рис. 2 Непривідний ділильний пристрій

Непривідний ділильний пристрій, власне кажучи, являє собою привалкову арматуру спеціальної конструкції.

Профілюючі гребені першої пари роликів повторюють конфігурацію розрізних гребенів калібру кліті № 7 і призначені для стабільного одержання заданої товщини з'єднуючої перемички, в тому числі при різному ступені зносу по висоті розрізних гребенів калібру кліті № 7. Друга пара роликів пристрою здійснює подовжнє розділення розкату шляхом розривання сполучної перемички.

Одержані розкати умовно круглого перетину з залишками зруйнованої перемички надходять у калібри клітей № 8 і № 9.

В кліті № 8, замість шестигранного калібру за діючим калібруванням, застосовано ромбічний калібр, конструктивні особливості якого забезпечують самоустановку розкату, викатуваність залишків перемички в калібрі кліті № 8 і істотно знижують абсолютні обтиснення в калібрах клітей № 8 і № 9.

Розміри калібрів кліті № 9 і поперечний перетин розкатів на виході з неї відповідають діючому калібруванню.

Загальний коефіцієнт витяжки в клітях чорнової групи зменшується з m1-9 =17,27 за діючим калібруванням до m1-9 =13,57 – за новим. Середній коефіцієнт витяжки за один прохід також знижується з 1,372 за діючим калібруванням до 1,336 за новим.

Розподіл величини коефіцієнта витяжки і порівняння ступенів заповнення металом чорнових калібрів по ширині за діючим та новим калібруванням валків по клітях чорнової групи показані в роботі на діаграмах.

Відповідно до нового калібрування валків швидкість прокатки в перших п'ятьох клітях чорнової групи, у порівнянні з діючим калібруванням, зростає на 20 %, при цьому швидкості прокатки в кліті № 9 для обох калібрувань залишаються однаковими і рівними 3,72 м/с.

В третьому розділі з метою перевірки можливості переведення на нову технологію за енергосиловим завантаженням робочих клітей стану виконані методом математичного моделювання аналітичні дослідження енергосилових параметрів прокатки в чорновій групі дротового стану 250 ВАТ ”ЄМЗ” із вихідних заготовок перерізом 80х80 мм і перерізом 100х100 мм із використанням процесу прокатки-розділення. В математичній моделі використані відомі рішення теорії обробки тиском.

В обох випадках швидкість прокатки в чистових клітях прийнята однаковою u21=27м/с відповідно до таблиці діючого калібрування катанки діаметром 8,0 мм і № 8.

Температура металу перед кліттю № 1 Т0=11800С, матеріал прокату – Ст.3. Режим обтиснень по клітях для існуючої технології прийнятий відповідно до таблиці діючого калібрування, а для технології прокатки із заготовок перерізом 100х100 мм – відповідно до розробленого калібрування.

Результати зіставлення розрахункових параметрів прокатки за діючою і розробленою схемами представлені на рис. 3.

За винятком потужності прокатки в клітях № 3 і № 5 всі інші енергосилові параметри прокатки при переході на вихідну заготовку перерізом 100х100 мм із використанням технології прокатки-розділення змінюються убік зниження.

Для випадку прокатки катанки діаметром 8 мм загальна розрахункова потужність прокатки на стані складає:

·

· при прокатці із заготовок перерізом 100х100 мм із використанням технології прокатки-розділення – 13988 квт, тобто знижується на 14,65 %.

Аналіз приведених даних показує, що температура розкату при прокатці з вихідних заготовок перерізом 100х100 мм у всіх клітях стану перевищує температуру розкату при прокатці з вихідних заготовок перерізом 80х80 мм. Пояснюється це тим, що до моменту розділення (у кліті № 7) розкат у всіх робочих клітях має більший переріз і прокатується з більшою швидкістю, що сприяє зменшенню теплових втрат прокатуваного металу в лінії стану. На час виходу з кліті № 7 різниця температур розкатів для порівнюваних випадків прокатки складає близько 400С. Під час подальшої прокатки вона знижується

а б

в г

Рис.3. Розрахункові параметри прокатки за діючою (1) і розробленою (2) схемами:

а – потужність прокатки;

б – середньомасова температура розкату на виході з клітей;

в – швидкість прокатки в чорнових клітях;

г – середній опір металу деформації.

уздовж лінії стану, але не зникає цілком. Підвищення температури прокатки, у свою чергу, приводить до зниження середнього опору металу деформації.

З урахуванням зміни кількості ниток, що одночасно прокатуються, у чорновій групі клітей і ефекту використання процесу прокатки-розділення (дворазове зменшення необхідної витяжки для одержання розкату того самого перерізу після кліті № 9) зниження опору деформації металу поряд зі зниженням ступеня деформації приводить до зниження зусилля прокатки по усіх робочих клітях стану, зменшенню крутного моменту у робочих клітях і загальної потужності прокатки на стані.

В четвертому розділі представлені результати дослідно-промислового відпрацьовування запропонованої технології.

При перевірці запропонованої технології прокатки катанки на безперервному дротовому стані 250 ВАТ ”ЄМЗ” використовувалися непривідні ділильні пристрої оригінальної конструкції, яка враховує збільшені розміри перерізу поділюваного розкату, високі значення його температури і низькі швидкості прокатки в чорнових клітях. На зміни, що внесені у відомі конструкції непривідних пристроїв для подовжнього розділення розкату, які стосуються систем охолодження ділильних роликів, змащування підшипникових вузлів у їхніх опорах, а також конструкції механізмів регулювання положення роликів, подані заявки на патенти України.

Перші ж дослідні прокатки підтвердили працездатність розробленого калібрування і непривідного ділильного пристрою.

Однак, виникло питання про рівень точності настроювання привалкової арматури робочих клітей чорнової групи.

Справа в тому, що при використанні процесу прокатки-розділення в чистових клітях безперервних сортових станів для забезпечення точності готового прокату відповідно до вимог стандартів необхідно забезпечувати високу точність розподілу розкату на частини, для чого використовується роликова ввідна арматура з точністю введення розкату по осі першого розрізного калібру ± ,1 мм.

Разом з тим, з літературних джерел відомо, що зміна параметрів безперервної прокатки (у тому числі натягу чи підпору розкату між клітями) у головній частині стану на величину до 10 % не порушує нормальний процес прокатки і не виводить коливання розмірів готового прокату за межі допусків. Непрямим підтвердженням цього положення служать відхилення розмірів поперечного перерізу заготовок, які допускаються ГОСТ 4693, і складають ±5від номінальної площі поперечного перерізу.

Якщо прийняти в першому наближенні прямий зв'язок натягу (підпору) в окремих розкатах при багатонитковій прокатці з різницею площ їхнього поперечного перерізу, то можна стверджувати, що погрішність подовжнього поділу розкату в чорновій групі дротового стану 250 ВАТ ”ЄМЗ” по площі поперечного перерізу до 10також не повинно приводити до порушення процесу прокатки й істотному збільшенню розкиду контрольованих параметрів перерізу готового прокату.

Для підтвердження висловленої гіпотези нами виконаний двоетапний комплекс експериментальних досліджень.

Перший етап – пасивний експеримент по визначенню фактичних відхилень площі поперечного перерізу розкатів, що виходять з чорнової групи стану, при сталому процесі прокатки катанки діаметром 8,0 м із заготовок перерізом 80х80 мм і при виконанні вимог по точності готового прокату.

Другий етап – планований експеримент по встановленню зв'язку параметра асиметричності перерізу розкату в першому розрізному калібрі в чорнових клітях з розкидом параметрів перерізу готової катанки діаметром 8,0 мм, отриманої з вихідної заготовки перерізом 100х100 мм.

В зв'язку з тим, що при застосуванні прокатки-розділення в чорнових клітях прокатний стан у нормальних умовах може працювати тільки в дві чи в чотири нитки, визначений інтерес представляють результати статистичної обробки досліджуваних параметрів поперечного перерізу катанки і розкату після кліті № 9 при цій схемі завантаження стану.

Відносні відхилення контрольованих розмірів поперечного перерізу готової катанки при прокатці за цією схемою несуттєво відрізняються від таких же параметрів, що отримані при статистичній обробці даних по генеральній вибірці при прокатці за схемою ”одна, плюс дві, плюс три, плюс чотири нитки”, і знаходяться в межах ± ,36 і ± ,77 % для розміру по дну і розняттю калібру, відповідно.

Відносне відхилення площі поперечного перерізу розкатів після кліті № 9 при цьому знаходиться в інтервалі ±5,53Зі збільшенням кількості одночасно завантажених ниток контрольовані розміри перерізу катанки збільшуються, а довірчі інтервали їхніх значень переміщуються в напрямку верхнього допуску, досягаючи його граничних значень при прокатці в чотири нитки.

При цьому аналогічно змінюються і коливання розмірів площі поперечного перерізу розкатів, що виходять із кліті № .

При проведенні другої частини досліджень як функцію відлуння було прийнято відносне відхилення контрольованих розмірів поперечного перерізу готової катанки - ed1(y1) і ed2(y2).

Як фактори, що визначають параметр оптимізації, прийняті показники асиметричності розподілу розкату на дві частини в розрізних калібрах m і завантаження стану q.

Область визначення показника асиметричності розрізу розкату в першому розрізному калібрі, що представляє собою відношення площі меншої частини перерізу до площі більшої, при настроюванні ввідної арматури робочих клітей чорнової групи за діючою технологією може знаходитись в інтервалі 0,80 Ј m Ј ,00.

З метою збереження відхилень площі поперечного перерізу розкатів після кліті № 9 в існуючих межах область інтересу для фактора m нами прийнята в інтервалі 0,88Ј m Ј1,00.

Область визначення другого фактора, фактора завантаження стану, визначається питомою вагою часу його роботи в чотири нитки протягом контрольного часу і знаходиться в інтервалі 0,0 Ј q Ј1,0.

Область інтересу цього параметра прийнята в інтервалі 0,33 Ј q Ј 0,99. Тривалість контрольного часу прийнята з розрахунку приблизно десяти циклів прокатки однієї заготовки, тобто близько 15 хвилин. Практично це здійснюється чергуванням періодів завантаження стану за різними схемами.

За результатами планованого експерименту, який було виконано в промислових умовах, отримані інтерполяційні рівняння, що виражають зв'язок відносних відхилень контрольованих розмірів поперечного перерізу готової катанки від їхніх середніх значень і визначальних їхніх факторів:

для діаметра по дну калібру

для діаметра по розняттю калібру

.

Для зручності їхнього використання при виборі параметрів настроювання ввідної арматури робочих клітей побудована сітчаста номограма (рис. 4), на якій у роботі паралельно осі m нанесена відповідна їй вісь D - допускна величина абсолютного значення технологічного зазору між розкатом і направляючою лінійкою перед першим розрізним калібром кліті № 6.

Для завершення відпрацьовування запропонованої технології виробництва катанки із заготовок збільшеного перерізу на безперервному дротовому стані 250 ВАТ ”ЄМЗ” з використанням процесу прокатки-розділення в чорновій групі робочих клітей виконаний комплекс досліджень по перевірці якості катанки. Відповідно до програми досліджень по оцінці впливу процесу прокатки-розділення на якість катанки й одержуваного з неї дроту на дротовому стані 250 ВАТ ”ЄМЗ” прокатана дослідно-промислова партія катанки діаметром 8,0 мм зі сталі SAE 1008 (ASTM A510M-96) плавки 310711 (вуглець - 0,09 %; марганець - 0,37 %; сірка – 0,032; фосфор – 0,016; кремній - 0,02; хром - 0,10що була розділена на дві частини (партії).

Рис.4 Сітчаста номограма для визначення технологічного зазору між ввідними лінійками кліті № 6 і розкатом:

1,1' – відносні відхилення діаметрів катанки по дну і розняттю калібру при q = 0,33;

2, 2' – теж саме при q = 0,99

Перша партія прокатана з вихідної заготовки перерізом 100x100 мм із використанням процесу прокатки-розділення в чорновій групі стану, друга – за звичайною технологією з вихідної заготовки перерізом 80x80 мм.

Прокатка з вихідної заготовки перерізом 100x100 мм здійснювалася з використанням у чорновій групі стану розробленого калібрування. В інших робочих клітях стану використовувалися існуюче калібрування і деформаційно-швидкісний режим прокатки. Температурний режим прокатки у всіх клітях стану в зв'язку зі зміною деформаційно-швидкісного режиму прокатки в чорновій групі відрізнявся від існуючого при прокатці з вихідної заготовки перерізом 80x80 мм.

При настроюванні робочих клітей чорнової групи стану використовувалися рекомендації, що розроблені за результатами даних досліджень. Зокрема, сумарний зазор між ввідними лінійками і розкатом, що входить у перший розрізний калібр (кліть № 6), був обраний по номограмі і встановлений у розмірі 4,0 мм. Контрольовані розміри поперечного перерізу катанки при настроюванні стану підтримувалися на рівні d1 = d2 = 8,0 мм при завантаженні стану в дві нитки.

У складі першої частини дослідно-промислової партії прокатали 72 заготовки. Вихід придатної катанки діаметром 8,0 мм склав 55,7 т.

Друга частина плавки в заготовках перерізом 80x80мм у кількості 114 штук прокатувалася за звичайною технологією. Вихід придатної катанки діаметром 8,0 мм склав 58,2 т.

Здавальні випробування обох частин дослідно-промислової партії виконувались відповідно до вимог ГОСТ 30136-95 і ASTM A510M-96.

Аналіз результатів здавальних випробувань не дозволяє встановити істотних відмінностей в контрольованих параметрах готової катанки, одержаної за різними технологічними схемами.

Обидві частини дослідно-промислової партії катанки були передані для переробки на ВАТ ”Силур”.

Вхідний контроль на ВАТ ”Силур” здійснювався на подвоєній кількості мотків – від кожної частини, що представляє собою самостійну партію, відібрали по шість мотків замість трьох за ГОСТ30136-95.

На цих же дванадцяти мотках виконані порівняльні дослідження технологічності катанки, виробленої двома способами: з вихідної заготовки перерізом 100x100 мм із використанням технології прокатки-розділення і 80x80 мм за звичайною технологією.

Результати досліджень технологічності катанки, виробленої за існуючою і технологією, яка пропонується, представлені в табл.1.

Таблиця 1.

Результати переробки катанки дослідно-промислових партій

Номер партії Волочіння катанки 8,0-6,0 Волочіння дроту 6,0 - 2,0 - 1,0

обриви витрата волок dгот, мм механічні характеристики обриви витрата волок

шт 1/т шт 1/т sу, Н/мм2 згини кручення шт 1/т шт 1/т

Вимоги стандартів 1,0 1100-1300 не менше 4

I 0 0 0 0 1,0 1230-1330 6-14 28-44 1 0,39 1 0,39

1270 10 37

II 0 0 0 0 1,0 1230-1330 6-9 35-45 2 0,84 1 0,42

1270 7 39

Вимоги стандартів 2,0 590-1080 навивання 4 Zn не менше 120

I 0 0 0 0 2,0 930-980 уд. 193-215 0 0 0 0

950 205

II 0 0 0 0 2,0 930-1000 уд. 187-209 0 0 0 0

960 197

За результатами вхідного контролю встановлено:

- за фізико-механічними випробуваннями і хімічним складом катанка, що виготовлена за звичайною і за дослідною технологіями, відповідає вимогам ASTM A510М-96 і ГОСТ30139-95;

- мікро і макроструктура катанки обох партій задовільні.

Різниця контрольованих показників для обох партій знаходяться в межах точності їхнього визначення.

Переробку дослідних партій катанки на світлий дріт діаметром 1,0 мм робили за такою технологічною схемою:

- волочіння катанки діаметром 8,0мм на переробний дріт діаметром 6,0 мм;

- термообробка переробного дроту діаметром 6,0 мм;

- волочіння переробного дроту діаметром 6,0 мм на переробний дріт діаметром 2,0 мм;

- волочіння переробного дроту діаметром 2,0 мм на товарний світлий дріт діаметром 1,0 мм.

Переробка катанки на оцинкований дріт діаметром 2,0 мм здійснювалася за технологічною схемою:

- волочіння катанки діаметром 8,0 мм на переробний дріт діаметром 5,5 мм;

- термообробка переробного дроту діаметром 5,5 мм;

- волочіння переробного дроту діаметром 5,5 мм на дріт діаметром 1,9 мм під оцинкування;

- оцинкування дроту діаметром 1,9 мм.

За результатами досліджень, виконаних на вхідному контролі катанки діаметром 8,0 мм і в процесі її переробки на світлий дріт діаметром 1,0 мм і оцинкований дріт діаметром 2,0 мм для виготовлення металевих сіток, зроблений висновок про те, що технологічність волочіння катанки обох партій (обривність, захоплення мастила чи заміна волок) на всіх етапах переробки однакова. Якість виготовленого дроту відповідає вимогам нормативних документів.

При виробництві катанки промислових партій виконали порівняльні дослідження потужності, яка розвивається приводами чорнових клітей при прокатці за існуючою (із заготовки 80х80 мм) і розробленою (із заготовки 100х100 мм) технологіях. При цьому швидкість прокатки в останній чистовій кліті стану в обох випадках була однаковою і складала 27 м/с. Потужність приводів визначали за показниками приладів, які фіксували параметри роботи головних приводів робочих клітей. Оскільки кожна пара чорнових клітей 2-3 і 4-5 має загальний привід, зафіксована в такий спосіб потужність відбиває сумарну величину потужності прокатки відповідно в клітях 2-3 і 4-5.

Аналіз результатів досліджень показав, що потужність прокатки у всіх чорнових клітях за діючою технологією вища у порівнянні з розробленою. Виключення складають кліті 4-5, у яких привід за існуючою технологією завантажений трохи менше. Це обумовлено наявністю групового приводу і зв'язаною з цим необхідністю збереження строго визначеного співвідношення витяжок у клітях 4-5 як за діючою, так і за розробленою технологіями.

У п'ятому розділі дана оцінка ефективності використання результатів роботи на дротовому стані 250 ВАТ ”ЄМЗ”.

Економічна ефективність використання технології прокатки-розділення при переведенні безперервного дротового стану 250 ВАТ ”ЄМЗ” на вихідну заготовку перерізом 100х100 мм замість 80х80 мм, за умови збереження сформованого сортаменту і досягнутої годинної продуктивності, за рахунок зниження витрат електроенергії, прокатних валків і вартості заготовок у процесі експлуатації стану при базовому обсязі виробництва 376660 т на рік складає 700587,6 грн.

Новизна і корисність виконаної роботи підтверджується використанням рішень, на які подані заявки на патенти України.

ВИСНОВКИ

1. На підставі розрахунково-аналітичних досліджень вперше показана можливість збільшення перерізу вихідної заготовки, що використовується на стані, нетрадиційним шляхом - за рахунок використання процесу прокатки-розділення в чорновій групі безперервного багатониткового дротового стану.

2. На підставі порівняльного аналізу результатів аналітичних і експериментальних досліджень вперше установлений вплив нової технологічної схеми прокатки в чорновій групі дротового стану на температурно-швидкісні й енергосилові параметри прокатки.

Показано, що застосування нової технологічної схеми прокатки в чорновій групі дротового стану 250 ВАТ ”ЄМЗ”, яка передбачає двониткову прокатку заготовок збільшеного перерізу розмірами 100х100 мм у перших семи чорнових клітях з наступним подовжнім розділенням кожного розкату в лінії стану і переходом на чотириниткову прокатку в двох останніх чорнових клітях, замість чотириниткової прокатки у всіх клітях чорнової групи заготовок перерізом 80х80 мм, супроводжується загальним зниженням енерговитрат на прокатку. Це зниження відбувається за рахунок не тільки зменшення сумарного коефіцієнта витяжки в чорновій групі стану, а також за рахунок зменшення температури прокатки внаслідок збільшення швидкості прокатки в перших чорнових клітях і збільшення в них розмірів поперечного перерізу розкату, що, у свою чергу, сприяє поліпшенню температурно-швидкісних умов прокатки на стані в цілому і зниженню опору деформації прокатуваного металу у всіх робочих клітях стану.

3. Вперше аналітично й експериментально показано, що при застосуванні процесу прокатки-розділення в чорновій групі клітей безперервного багатониткового дротового стану, тобто в умовах багатониткової прокатки, стійкість подовжнього розділення розкату і деформації розділених його частин у наступних робочих клітях істотно залежить від симетричного заповнення металом підготовчих калібрів, що формують місце розділення профілю.

Запропоновано новий параметр, що чисельно характеризує величину асиметрії поперечного перетину розкату.

Установлено припустиму величину асиметрії розділення розкату в чорновій групі клітей багатониткового безперервного дротового стану, що забезпечує необхідну точність готової катанки і стійкість процесу прокатки на стані при зміні числа одночасно завантажених ниток, при цьому зміна числа одночасно прокатуваних ниток підвищує вимоги до симетричності перетину профілю в підготовчих калібрах.

Показано, що припустимі відхилення від симетричності розділення розкату на частини при його подовжньому розділенні в чорновій групі на порядок вище у порівнянні з відхиленнями, що допускаються, при його подовжньому розділенні в чистовій групі.

4. На підставі результатів експериментальних досліджень впливу процесу прокатки-розділення в чорновій групі дротового стану на якість катанки й одержуваного з неї дроту вперше дана порівняльна оцінка технологічності переробки катанки, яку одержують при використанні існуючої