ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ДЕНИЩЕНКО ПАВЛО МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 621.771.22

МЕТАЛОЗБЕРІГАЮЧА ТЕХНОЛОГІЯ ПРОКАТКИ ЗЛИВКІВ

Спеціальність 05.03.05 - Процеси та машини обробки тиском

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк -2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Донбаському гірничо-металургійному інституті Міністерства освіти і науки України (м.Алчевськ).

Науковий керівник -

кандидат технічних наук, доцент Луценко Віктор Олександрович, Донбаський гірничо-металургійний інститут, завідувач кафедри обробки металів тиском та металознавства (м.Алчевськ).

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, с.н.с. Жучков Сергій Михайлович, Інститут чорної металургії ім. З.І.Некрасова НАН України, завідувач відділом фізико-технічних проблем процесів прокатки сортового та спеціального прокату (м. Дніпропетровськ);

кандидат технічних наук, с.н.с. Кукуй Давид Пенхусович, технічний директор НВТ “Доникс” (м.Донецьк).

Провідна установа:

Національна металургійна академія України, кафедра обробки металів тиском, Міністерство освіти і науки України (м.Дніпропетровськ).

Захист відбудеться “ 19 ” жоввтня 2000р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.01 Донецького державного технічного університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, 5-й учбовий корпус, аудиторія 353.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького державного технічного університету, м.Донецьк, вул. Артема,58, 2-й учбовий корпус.

Автореферат розісланий “ 15 ” вересня 2000р.

Вчений секретар спеціализованої

вченої ради Д 11.052.01

доктор технічних наук, професор_____________________Саф’янц С.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Економія металу при виробництві прокату є найбільш ефективним способом зниження собівартості продукції. Проблема зменшення обрізків актуальна для всього прокатного виробництва, але особливо - в обтискових цехах, де мають місце основні втрати металу при виробництві прокату. Відходи на обтискних станах досягають 84% від загальних втрат металу прокатного виробництва, причому на частку обрізків доводиться приблизно 80 %. Відсутність засобів для інвестицій утрудняє впровадження капіталоємких металозберігаючих технологій (наприклад, розливання безупинним способом) і необхідного для їхнього здійснення устаткування. Тому робота, спрямована на модернізацію виробництва за допомогою розробки і впровадження нових, що не вимагають капітальних вкладень, способів прокатки є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до загальносоюзної програми РН.Ц.002 “Метал” Мінвуза СРСР і тематикою науково-дослідних робіт кафедри “Обробка металів тиском” Донбаського гірничо-металургійного інституту: №Держ. реєстрації 01890026642.

Мета і завдання досліджень. Метою дисертаційної роботи є економія металу при прокатці зливків на основі розробки математичних моделей, експериментальних досліджень і практичних рекомендацій по новим способам прокатки на обтискних станах. Для досягнення поставленої мети сформульовані наступні завдання:

- розробка моделі, алгоритму і програми розрахунку на ПЕОМ напруженого стану металу в осередку деформації при прокатці високих смуг;

- теоретичні дослідження напруженого стану металу при прокатці заготівок по різним режимам;

- експериментальні дослідження формозміни розкатів з опуклими торцями при прокатці в пластових і ребрових проходах;

- експериментальне вивчення формозміни розкатів при прокатці на блюмінгу-слябінгу;

·

Об’єкт дослідження - виробництво прокату із зливків на обтискних станах.

Предмет дослідження - технологія прокатки зливків.

Методи дослідження - методом ліній ковзання проведені теоретичні дослідження напруженого стану процесу прокатки високих тіл із застосуванням ПЕОМ; методами фізичного моделювання і планованого експерименту проведені дослідження формозміни при прокатці в пластових і ребрових проходах; обробка експериментальних даних зроблена з використанням методів математичної статистики і регресійного аналізу.

Достовірність отриманих результатів підтверджена адекватністю результатів порівняльного аналізу, промисловим упровадженням розробленої технології, прийнятими теоретичними передумовами, що базуються на широко випробуваних фундаментальних положеннях теорії обробки металів тиском і принципах механіки суцільних середовищ.

Наукова новизна отриманих результатів. Уточнено залежності розмірів горизонтальних і вертикальних напруг в осьовій зоні розкату від параметра форми Ld/Hcp, при його значенні <1, за рахунок аналітичного визначення координат вузлів сіток ліній ковзання, на відміну від існуючих, отриманих графічною побудовою, і перевірки відповідності статично можливих сіток ліній ковзання кінематичним умовам.

Уперше встановлена залежність формозміни розкату з опуклими торцями від напрямку прокатки в ребрових проходах, що полягає в тому, що торцева опуклість усувається вдвічі ефективніше на задньому торці розкату в порівнянні з переднім.

Із застосуванням методу планованого експерименту вперше отримані залежності:

розмірів залишкової опуклості торців розкату після ребрового проходу від технологічних параметрів прокатки - початкової опуклості торців розкату перед ребровим проходом, діаметра валків, що катає, і ступеня деформації за прохід;

величини ребрового обтискання, необхідного для повного усунення вихідної опуклості, від розміру цієї опуклості і діаметра валків, що катає;

росту торцевої опуклості від напрямку прокатки і ступеня деформації в пластових проходах при прокатці слябів на блюмінгу.

Для одержання мінімальних донних обрізків при прокатці зливків на обтискних станах розроблений принцип асиметричного розподілу обтискань між парними і непарними проходами, що перебуває в тому, що при прокатці в пластових проходах більша частина обтискання робиться в тих проходах, де донний торець розкату є переднім по напрямку прокатки, а при прокатці в ребрових проходах більша частина обтискання робиться в тих проходах, де донний торець розкату є заднім по напрямку прокатки.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблена і реалізована у вигляді програмного продукту модель дослідження напруженого стану металу при прокатці високих смуг, що дозволяє оперативно одержувати розподіл напруг в осьових шарах розкатів, що дає можливість коректувати існуючі режими деформації і розробляти нові. Розроблено спосіб прокатки слябів на обтискних станах, що забезпечує зменшення обрізків за рахунок удосконалювання режимів обтискань. Розроблена і впроваджена металозберігаюча технологія прокатки для всього сортаменту слябів спокійних марок сталей, що прокатуються в умовах обтискного цеху Алчевського меткомбіната (АМК), упровадження якої знизило витрати металу на 3,6 кг/т. Отриманий економічний ефект (у цінах 1990 р.) за рахунок збільшення виходу придатного при прокатці слябів із зливків у розмірі 166836 крб.

Особистий внесок здобувача. Створення алгоритму роботи і програмного забезпечення моделі дослідження напруженого стану металу при прокатці високих смуг на ПЕОМ. Постановка, проведення й аналіз даних усіх, поданих у роботі, лабораторних експериментів і теоретичних досліджень. Особиста участь у проведенні промислових експериментів разом із співробітниками Донбаського гірничо-металургійного інституту й АМК.

Апробація результатів роботи. Результати дисертації повідомлені й обговорені на Всесоюзній науково-технічній конференції “Обобщение опыта работы молодых ученых, инженеров и рабочих отрасли по экономии материальных и энергетических ресурсов”, м.Донецьк, 24-26 травня 1989 р.; на II і III конгресах міжнародної спілки прокатників “Состояние и основные направления развития прокатного производства ”, м.Чєрєповець, 27-30 жовтня 1997 р. і м.Ліпєцьк, 19-22 жовтня 1999р.; на Всеукраїнських науково-технічних конференціях “Перспективные технологии и оборудование обработки давлением в металлургии и машиностроении ”, м.Краматорськ, 20-22 квітня 1999 р. і 18-20 квітня 2000 р.; на об'єднаному семінарі кафедри “Обробка металів тиском” і прокатної лабораторії ДонНДІЧорМета, м.Донецьк, 2000 р.; на науково - технічних конференціях Донбаського гірничо-металургійного інституту, м.Алчевськ, 1988-1990 р.; на розширеному семінарі кафедри ОМТ Національної металургійної академії України, м.Дніпропетровськ, 2000 р.

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано в 10 статтях і 3 авторських посвідченнях на винаходи, в тому числі в 5 статтях у фахових наукових виданнях, рекомендованих ВАК України для публікації результатів дисертаційних робіт.

Структура й обсяг роботи. Дисертація містить вступ, чотири розділи, висновки, список використаних джерел із 164 найменувань, 3 додатки. Матеріали роботи викладені на 164 сторінках друкарського тексту, у тому числі 137 сторінок основного тексту, 28 рисунків і 70 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі приведена загальна характеристика роботи, обгрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і завдання дослідження, освітлені наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі розглянуті особливості формозміни кінців розкатів і напружено-деформованого стану при прокатці зливків на обтискних станах. Виконано аналіз сучасних способів зниження обрізків на обтискних станах і методів дослідження напруженого стану при прокатці високих смуг.

При виробництві готового прокату зі сталевих зливків неминуче виникають технологічні відходи, кількість яких залежить від марочного сортаменту продукції і технології прокатки. Обрізки при прокатці зливків складають основну частину відходів прокатного виробництва. У головній частині розкату необхідно відрізати прибуткову частину (до 18% від маси зливка), структура металу якої незадовільна - внаслідок усадочних процесів після розливання стали тут можливі пористість, скупчення неметаличних включень, газових пузирів. Донні обрізки (1…4%) не мають зазначених дефектів і обумовлені тільки недосконалістю геометричної форми - розкат може мати опуклу або увігнуту форму торців; можлива також наявність складок, воронок.

Через велике практичне значення зниження втрат металу з обрізками проведені численні теоретичні й експериментальні дослідження питань формозміни розкатів при прокатці зливків. Найбільш повні і точні результати отримані І.Я.Тарновським, О.П.Чекмарьовим, В.М.Кліменко, С.Л.Коцарєм, В.Л.Колмогоровим, В.А.Паршиним, Є.Г.Зудовим, М.Я.Бровманом, Ю.М.Чижиковим, В.В.Бобровим.

Незважаючи на численні дослідження і розробки для металургії України ця проблема продовжує залишатися актуальною, тому що в даний час у достатній мірі досліджувані умови утворення увігнутих торців розкатів і розроблені способи зниження утягу торців. Способів, що використовують технологічні можливості для зменшення опуклості торців у плані, у результаті літературно-патентного огляду, не виявлено. У той же час при прокатці слябів із зливків типу Д13 в умовах блюмінгу-слябінгу 1250 АМК донна частина розкату має опуклу форму в плані і донні обрізки складають 3% від маси зливка. Розмір опуклості досягає 350 мм.

Прокатка слябів із зливків на обтискних станах відноситься до прокатки високих тіл і відбувається в умовах різко вираженої нерівномірності деформації. При цьому в середніх по висоті шарах смуги виникають значні подовжні напруги, що розтягують, що в сукупності з несприятливою структурою центральної частини зливків може привести до порушення їх цілісності, тобто браку. Для одержання якісної продукції необхідно знати розмір максимальних напруг в осередку деформації. Існуючі залежності отримані на основі графічної побудови статично можливих полів ліній ковзання без перевірки відповідності кінематичним умовам прокатки, що не забезпечує достатню точність одержуваних результатів.

З виконаного аналізу загальних тенденцій і проблем виробництва слябів на обтискних станах, а також відповідно до мети даної роботи, визначені завдання досліджень, подані в загальній характеристиці роботи.

У другому розділі зроблені вибір і обгрунтування методу дослідження напруженого стану при прокатці високих смуг; розроблені модель, алгоритм і програма розрахунку напруженого стану металу методом ліній ковзання.

Подовжня прокатка смуги прямокутного поперечного перетину в циліндричних валках при відношеннях Ld/Нср < 1 і Вср/ Ld > 5 найбільш повно задовольняє умовам завдання про плоский деформований стан, що зводиться до рішення системи рівнянь гіперболічного типу, що мають дві родини дійсних характеристик. Для дослідження напруг у найбільш небезпечних при прокатці високих тіл - центральних шарах смуги, найбільш прийнятним методом є графоаналітичний спосіб побудови і розрахунку статично можливих полів ліній ковзання (ЛК).

Завдання "прокатка високої смуги" є статично невизначеним, оскільки заздалегідь невідомі статичні граничні умови і на жодній границі не виконуються умови якогось крайового завдання, тому рішення проводиться методом ітерацій.

Середню напругу на осі заготівки визначено чисельним інтегруванням з умови рівноваги на границях пластичної і недеформованої зон (зліва і справа від пластичної зони). Розподіл напруг по пластичній області визначено з використанням рівнянь Леві. Правильність визначення параметрів сітки ЛК перевірена відповідністю побудованого поля ЛК кінематичним умовам, для чого побудований годограф швидкостей. Відповідно з приведеною вище методикою розроблено алгоритм і реалізований у вигляді програмного продукту на ПЕОМ.

За допомогою моделі проведені дослідження напруженого стану з метою зіставлення з наявними в літературі окремими результатами, отриманими іншими методами. Результати розрахунків добре погодяться (відносне відхилення в межах 10%) із даною, отриманою побудовою полів ліній ковзання при прокатці за методикою В.Ф.Потапкіна, дослідженням із застосуванням сплайнів, а також методами фотопластичності, муар і кінцевих елементів.

За допомогою розробленої моделі проведені дослідження напруженого стану від параметра Ld/Нср. У результаті математичної обробки результатів методом найменших квадратів отримані залежності розмірів горизонтальних (?0x) і вертикальних (?0y) напруг в осьовій зоні розкату від параметра Ld/Нср

?ox /к = 2,53 - 2,66 * Ld/Нср ; (1)

?oу /к = 0,53 - 2,66 * Ld/Нср . (2)

Зіставлення дослідних даних із результатами розрахунків по залежностях (1) і (2) показало кращу збіжність у порівнянні з розрахунками по існуючим у літературі залежностям. Середньоквадратична погрішність обчислень за допомогою моделі і по відомим залежностям складає відповідно 9,9% і 25,1%.

У третьому розділі виконані експериментальні дослідження формозміни розкатів з опуклими торцями при прокатці в пластових і ребрових проходах.

Прокатка в ребрових проходах блюмінгу-слябінгу відноситься до прокатки високих тіл, тому для усунення опуклості донної частини розкату при прокатці слябів можна використовувати відомий ефект значного (приблизно в 2 рази більшого) утворення вгнутості на задньому кінці розкатів у порівнянні з переднім за рахунок нерівномірного розподілу деформації по висоті при прокатці розкатів із плоскими торцями. Тому що зведення про вплив напрямку прокатки на формозміну торців розкатів, що мають початкову опуклість, відсутні, то провели дослідження методом фізичного моделювання в лабораторних умовах. Зразки з технічно чистого свинцю марки С1 (ГОСТ 3778-77Е) прокатували на лабораторному стані з вертикальними валками (ВВ) із ящиковими калібрами. Початкову опуклість торців у плані (fИСХ) створювали механічною обробкою. Була прокатана партія зразків з однаковим обтисканням, причому половину з них задавали опуклістю вперед, а іншу половину - з опуклістю на задньому кінці розкату. Установлено, що при прокатці високих смуг з опуклими торцями усунення вихідної опуклості ефективніше (у середньому в 2,11 рази) коли донний торець при прокатці є заднім.

Тому що розмір обтискання, необхідний для усунення різних розмірів опуклостей, заздалегідь невідомий, то були проведені додаткові дослідження методом моделювання в лабораторних умовах. Використовували зразки зі свинцю марки С1. Перед прокаткою заднім торцям зразків механічною обробкою додавали опуклу форму.

З метою мінімізації числа досвідів застосували план дрібного факторного експерименту ДФЭ 23-1. У якості факторів використовували безрозмірні величини: fИСХ/H; D/Н и ?h/Н. Відгуком служило відношення залишкової стріли опуклості заднього торця розкату до його початкової товщини: fОСТ /Н. Для перевірки лінійності одержуваних рівнянь регресії ставили також дослід у центрі плану (на нульовому рівні). Усі досліди триразово дублювали. У результаті математичної обробки експериментальних даних отримане рівняння регресії досліджуваного параметру у натуральних значеннях факторів

fОСТ/Н = 0,0341 + 0,905 fИСХ/H - 0,665?h/Н - 0,0125D/H . (3)

Статистичну обробку експериментальних даних робили відповідно до ГОСТ 8.207-76 і загальною схемою регресійного аналізу.

Для визначення розміру обтискання, необхідного для повного (fОСТ = 0) усунення початкової опуклості донних торців розкатів, рівняння (3) перетворено в залежність

?h = 0,0513 Н + 1,361 fИСХ - 0,0188D . (4)

Технологія прокатки слябів в обтискних клітях із горизонтальними валками (ГВ) передбачає чергування пластових і ребрових проходів і закінчується пластовими проходами. Щоб з'ясувати, як впливають пластові проходи на опуклість торців, проведена прокатка зразків у ГВ. Прокатано зразки, що мають різні розміри торцевих опуклостей, отримані після прокатки у ВВ. Прокатку робили в реверсивному режимі (у непарних проходах опуклістю вперед, у парних - назад). У результаті дослідження встановлено, що при прокатці розкатів з опуклістю на передньому торці збільшення опуклості менше коефіцієнтів витяжки в проході. У випадку, коли опуклий торець при прокатці є заднім, збільшення опуклості відбувається більш інтенсивно стосовно загальної витяжки смуги. Розкати, у яких опуклість торців була усунута в попередніх ребрових проходах при прокатці в ГВ, одержали незначну увігнутість. Таким чином, для одержання мінімальної донної обрізки рекомендується неповне усунення опуклості в ребрових проходах (на 90…95%).

Отримані результати дозволяють зробити висновок про можливість використання пластових проходів для зменшення опуклості донних торців розкатів і зниження обрізків. Тому провели дослідження методом моделювання на лабораторному стані з ГВ. У якості факторів використовували безрозмірні величини: fИСХ/H і ?h/Н. Відгуками служили відношення залишкових розмірів опуклостей переднього і заднього торців розкату до його початкової товщини: fП/Н и fЗ/Н. Для одержання лінійної регресійної моделі з додатковою парною взаємодією застосували план повного факторного експерименту ПФЭ 22. Для перевірки лінійності одержуваних рівнянь регресії ставили також дослід у центрі плану (на нульовому рівні). Усі досліди триразово дублювали. Рівняння регресії досліджуваних параметрів у натуральних значеннях факторів мають вид

fП/Н = 0,066 + 0,923 fИСХ/H + 1,45 fИСХ/H * (Dh/Н) ; (5)

fЗ/Н = 0,181 + 0,858 fИСХ/H + 1,784 fИСХ/H * (Dh/Н) . (6)

Таким чином, експериментально встановлено, що в дослідженому діапазоні fИСХ/H=(0,25…2,33) і Dh/Н=(0,1…0,3125) ріст торцевої опуклості на передньому і задньому кінцях смуги відбувається з різною інтенсивністю - в усіх випадках він більше на задньому кінці. Тому, перерозподілом обтискань між парними і непарними пластовими проходами можна впливати на розмір торцевої опуклості.

Тому що в літературі відсутні дані про спільний вплив калібрування валків при прокатці в ребрових проходах і наступній прокатці в пластових проходах на гладкій бочці на формозміну опуклих торців розкатів, то провели дослідження методом фізичного моделювання в лабораторних умовах. На першому етапі прокатку вели на лабораторному стані з ВВ. Було прокатано дві партії зразків з однаковим обтисканням, причому першу прокатували в калібрі (ширина калібру по дну відповідала ширині розкату до проходу), а другу - у гладких ВВ. В обох випадках опуклий торець був на задньому кінці розкату (моделювався парний ребровий прохід). На другому етапі обидві партії прокатували в ГВ із гладкою бочкою. Аналіз результатів спільного впливу калібрування ВВ і наступної прокатки в ГВ на формозміну торців розкатів показав, що застосування каліброваних валків при ребровій прокатці усуває вихідну опуклість у середньому на 15% ефективніше в порівнянні з прокаткою в гладких валках.

На основі проведених досліджень для одержання мінімальних донних обрізків при прокатці зливків розроблений принцип асиметричного розподілу обтискань між парними і непарними проходами, що полягає в наступному: при прокатці в пластових проходах більша частина обтискання робиться в тих проходах, де донний торець розкату є переднім по напрямку прокатки і менша - у проходах, де донний торець є заднім; при прокатці в ребрових проходах більша частина обтискання робиться в тих проходах, де донний торець розкату є заднім по напрямку прокатки; розмір обтискання, необхідного для повного усунення опуклості визначається по залежності (4); для більш ефективного усунення опуклості донної частини розкату в ребрових проходах ширина розкату , що задається , повинна відповідати ширині калібру по дну; якщо ширина калібру по дну більше ширини розкату , що задається, то для одержання мінімальних донних обрізків рекомендується неповне усунення опуклості в проходах (на 90…95%).

На основі принципу асиметричного розподілу обтискань між парними і непарними проходами розроблений новий спосіб прокатки зливків на обтискних станах. Стосовно до виробництва слябів спокійних сталей спосіб здійснюється таким чином: зливок задається у валки донною частиною і робиться декілька пластових проходів на гладкій бочці з реверсуванням валків. Форма донної частини розкату після прокатки в пластових проходах характеризується стрілою опуклості fИСХ. Потім розкат кантується навколо подовжньої осі на 900 на вхідному боці кліті і задається в калібр (прокатка на “ребро”). Сумарне обтискання між ребровими проходами розподіляється виходячи з розміру опуклості , що усувається, можливостей стана і необхідного для усунення опуклості ребрового обтискання в парному проході, обумовленого по залежності (4). Необхідною умовою є зняття конусності зливка в 1 ребровому проході.

Якщо для одержання необхідної ширини сляба режим обтискань передбачає більш двох ребрових проходів, то ефективність способу по усуненню стріли fИСХ істотно збільшується, тому що більшу частину ребрового обтискання можна передати з непарних проходів у парні.

У випадку, коли прокатка в ребрових проходах не забезпечує повного усунення торцевої опуклості, тоді ефект зменшення обрізків може бути отриманий у пластових проходах. Оскільки донний торець при реверсивній прокатці в непарних проходах є переднім, а в парних - заднім, то перерозподіляючи сумарне обтискання між пластовими проходами так, щоб більше обтискання доводилося на непарні проходи (менше - на парні) одержуємо зменшення торцевої опуклості. Ефект зниження торцевої опуклості тим більше, чім більшу частину від сумарного обтискання робимо в проходах, де донний торець є переднім кінцем розкату. При цьому максимальне обтискання за прохід обмежується припустимим обтисканням для даного стану.

Розмір донної обрізки для окремих форм зливків залежить не тільки від розміру стріли опуклості торця fИСХ , але і від глибини залягання закату. У цьому випадку при вирівнюванні торця прокаткою по запропонованому способу донну обрізку доцільно зменшувати до глибини закату.

З метою перевірки ефективності розробленого способу проведені промислові дослідження при прокатці партії зливків типу Д13 у сляби поперечним перетином 170*1050 мм в умовах обтискного стана 1250. Зливки плавки розділили на дві партії, що прокатували по двох режимах: існуючому (табл.1) і розробленому (табл.2).

Таблиця 1 - Існуючий режим обтискань зливка Д13 розмірами (780*1210)/(660*1135)*2080 мм у сляби перетином 170*1050 мм

Параметри розкату по проходах

Прохід Калібр Перетин Обтискання Уширення Напруги в осьовій зоні

мм мм мм ?ох ?оу

780*1210

1 Б 700*1210 80 0 - -

2 Б 650*1210 50 0 +1,88К -0,12К

3 Б 600*1215 50 5 +1,82К -0,18К

4 Б 550*1220 50 5 +1,75К -0,25К

5 Б 500*1225 50 5 +1,67К -0,33К

6 Б 450*1230 50 5 +1,57К -0,43К

7 Б 400*1235 50 5 +1,44К -0,56К

8 Б 350*1240 50 5 +1,31К -0,69К

9 Б 300*1245 50 5 +1,11К -0,89К

10 Б 250*1250 50 5 +0,87К -1,13К

к а н т о в к а

11 2 1130*260 120 10 - -

12 2 1030*270 100 10 +2,01К +0,01К

к а н т о в к а

13 Б 220*1040 50 10 +0,69К -1,31К

14 Б 170*1050 50 10 +0,24К -1,76К

15 Б х о л о с т и й

* Напруги в осьовій зоні при прокатці в 1 і 11 проходах не можуть бути визначені через ущільнення литої структури зливка.

Результати дослідно-промислової прокатки показали зниження донної обрізки в середньому на 96 мм (34%) у порівнянні з існуючою технологією.

Таблиця 2 - Розроблений режим обтискань зливка Д13 розмірами (780*1210)/(660*1135)*2080 мм у сляби перетином 170*1050 мм

Параметри розкату по проходах

Прохід Калібр Перетин Обтискання Уширення Напруги в осьовій зоні

мм мм мм ?ох ?оу

780*1210

1 Б 700*1210 80 - - -

2 Б 650*1210 50 - +1,88К -0,12К

3 Б 590*1215 60 5 +1,74К -0,26К

4 Б 550*1220 40 5 +1,82К -0,18К

5 Б 490*1225 60 5 +1,58К -0,42К

6 Б 450*1230 40 5 +1,67К -0,33К

7 Б 390*1235 60 5 +1,36К -0,64К

8 Б 350*1240 40 5 +1,44К -0,56К

9 Б 290*1245 60 5 +0,99К -1,01К

10 Б 250*1250 40 5 +1,04К -0,96К

к а н т о в к а

11 2 1180*260 70 10 - -

12 2 1030*270 150 10 +1,87К -0,13К

к а н т о в к а

13 Б 220*1040 50 10 +0,69К -1,31К

14 Б х о л о с т и й

15 Б 170*1050 50 10 +0,24К -1,76К

* Напруги в осьовій зоні при прокатці в 1 і 11 проходах не можуть бути визначені через ущільнення литої структури зливка.

У четвертому розділі відповідно до розробленого способу зроблений розрахунок режимів обтискань для всього сортаменту слябів блюмінгу-слябінгу 1250 АМК. У зв'язку зі змінами обтискань у проходах зроблене визначення розмірів горизонтальних (?оx) і вертикальних (?оy) напруг в осьовій зоні по залежностям (1) і (2). При прокатці по розробленій технології в пластових і ребрових проходах розміри напруг (?оx), що розтягують, не перевищують припустимих значень (2К). У порівнянні з існуючими режимами застосування нових режимів знижує рівень напруг, що розтягують, у проходах в осьовій зоні розкату, що зменшує імовірність порушення її цілісності.

Відповідно до розроблених режимів обтискань новий спосіб впроваджений у виробництво в умовах обтискного цеху АМК. Економічний ефект, отриманий у результаті впровадження розробок (у цінах 1990 р.) склав 166,8 тис. крб. Частка автора - 83418 крб. Питома витрата металу знизилась на 3,6 кг/т.

Результати досліджень, отримані в роботі, можуть бути застосовані для розробки нових або удосконалювання існуючих режимів обтискань при прокатці зливків спокійних і киплячих сталей на обтискних станах.

ВИСНОВКИ

1. Установлено закономірності формозміни розкатів з опуклими торцями при прокатці високих тіл, що дозволили розробити новий спосіб і металозберігаючу технологію прокатки зливків, що не вимагає капітальних вкладень для впровадження.

2. Виконано аналіз досліджень прокатки високих тіл і існуючих способів зниження обрізків. Установлено, що в даний час досліджені умови утворення увігнутих торців розкатів, розроблені способи зниження утягу торців і відсутні способи, що використовують технологічні можливості для зменшення опуклості торців у плані. Показано, що при прокатці зливків має місце велика імовірність порушення цілісності в осьових шарах через значні напруги, що розтягують. Для одержання якісної продукції необхідно знати розмір максимальних напруг в осередку деформації. Існуючі залежності отримані з використанням наближених методів і тому не забезпечують достатню точність результатів.

3. Розроблена і вперше реалізована на ПЕОМ, у вигляді програмного продукту, модель дослідження напруженого стану металу при прокатці високих смуг методом ліній ковзання. Дослідження, проведені за допомогою моделі, дозволили уточнити залежності розмірів горизонтальних і вертикальних напруг на осі смуги при прокатці від параметра Ld/Нср (при його значенні <1) за рахунок аналітичного визначення координат вузлів сіток ліній ковзання і перевірки відповідності статично можливих сіток ліній ковзання кінематичним умовам прокатки, на відміну від існуючої, отриманої графічною побудовою без перевірки кінематичних умов.

4. У результаті проведених експериментальних досліджень методом планованого експерименту вперше отримані залежності: розмірів залишкової опуклості торців розкату після ребрового проходу від технологічних параметрів прокатки - початкової опуклості торців розкату перед ребровим проходом, діаметра валків, що катає, і ступеня деформації за прохід; розміру ребрового обтискання, необхідного для усунення одержаної в пластових проходах опуклості торців слябових розкатів, від розміру цієї опуклості і діаметра валків, що катає. Установлено вплив напрямку прокатки в ребрових проходах на розмір усуваємої вихідної опуклості, що полягає в тому, що торцева опуклість усувається вдвічі ефективніше на задньому торці розкату в порівнянні з переднім.

5. На основі вивчення деформації металу в пластових проходах при прокатці слябів із зливків методом планованого експерименту вперше отримані залежності росту торцевої опуклості від напрямку прокатки і ступеня деформації за прохід. Установлено, що в дослідженому діапазоні fИСХ/H=(0,25...2,33) і ?h/Н=(0,1...0,3125) ріст торцевої опуклості на передньому і задньому кінцях смуги відбувається з різною інтенсивністю - у усіх випадках він більше на задньому кінці.

6. На основі результатів теоретичних і експериментальних досліджень для розробки нових і удосконалення існуючих режимів обтискань при прокатці зливків спокійних і киплячих сталей на обтискних станах розроблений принцип асиметричного розподілу обтискань між парними і непарними проходами, що полягає в тому, що при прокатці в пластових проходах більша частина обтискання робиться в тих проходах, де донний торець розкату є переднім по напрямку прокатки і менша - у проходах, де донний торець є заднім; при прокатці в ребрових проходах більша частина обтискання робиться в тих проходах, де донний торець розкату є заднім по напрямку прокатки; розмір обтискання, необхідного для повного усунення опуклості визначається по залежності (4); для більш ефективного усунення опуклості донної частини розкату в ребрових проходах ширина розкату, що задається, повинна відповідати ширині калібру по дну; якщо ширина калібру по дну більше ширини розкату, що задається, то для одержання мінімальних донних обрізків рекомендується неповне усунення опуклості в ребрових проходах (на 90...95 %).

7. На основі принципу асиметричного розподілу обтискань між парними і непарними проходами розроблений новий спосіб прокатки слябів на обтискних станах, що забезпечує зменшення донних обрізків за рахунок удосконалення режимів обтискань.

8. Розроблено режими обтискань і металозберігаючу технологію прокатки слябів спокійних сталей по новому способу для всього сортаменту обтискного цеху Алчевського меткомбіната (АМК). З використанням моделі проведене дослідження напруженого стану при прокатці по розробленим режимам обтискань, що показало зниження рівня напруг, що розтягують, в осьових шарах смуги, що прокатується, у порівнянні з існуючими режимами, що знижує імовірність утворення розривів.

9. Проведено експериментальну перевірку і впровадження способу у виробничих умовах обтискного цеху АМК. Отримано зниження витрати металу з донними обрізками на 3,6 кг/т. Економічний ефект, отриманий у результаті впровадження розробок (у цінах 1990 р.) склав 166,8 тис. крб. Частка автора - 83418 крб.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В

РОБОТАХ:

1. Денищенко П.Н., Луценко В.А. Разработка модели и исследование напряженного состояния методом сеток линий скольжения при прокатке высоких тел // Ресурсосберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. праць / Східноукраїнський Державний університет. - Луганск, 1998. - С. 51 - 55.

2. Уменьшение донной обрези при прокатке слябов на блюминге/ П.Н.Денищенко, В.М.Данько, М.Б.Луцкий, Ю.Ю.Проценко // Производство проката. - М.:Машиностроение. -1998. - №9. - С. 8 -12.

3. Денищенко П.Н. Исследование формоизменения при прокатке раскатов с выпуклым задним торцом : Сб. науч. Тр. / Донбас. Горн. - металлург. Ин-т. - Алчевск, 1999. - Выпуск 9. - С. 173 - 177.

4. Денищенко П.Н. Металлосберегающая технология прокатки слябов на обжимных станах: Сб. науч. тр. / Донбас. горн. - металлург ин-т. - Алчевск, 1999. - Выпуск 10. - С. 122-127.

5. Денищенко П.Н., Луценко В.А., Луцкий М.Б. Новый способ прокатки слябов на обжимных станах // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у машинобудуваннi та металургii: Міжвузівський тематичний збірник наукових праць /Донбаська державна машинобудівна академія. - Краматорск. - 1999. - С.218 - 222.

6. Денищенко П.Н. Новый способ прокатки слябов на блюминге // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургii та машинобудуваннi: Тематичний збірник наукових праць /Донбаська державна машинобудівна академія. - Краматорск. - 2000. - С.346 - 349.

7. Способ прокатки слябов на блюминге: А.с. №1365453 СССР, МКИ В21В1/02/ В.М.Данько, А.И.Герцев, П.Н.Денищенко, В.Т.Лобачев, А.Н.Несмачный, Н.М.Хорошилов, Ю.Ю.Проценко, В.К.Дубравина (СССР). - №4063824/31-02; Заявлено 29.04.86; Опубл. 8.09.87, Бюл. №33. - 4с.

8. Способ прокатки слябов: А.с. №1671383 СССР, МКИ В21В1/02/ В.М.Данько, П.Н.Денищенко, Е.К.Миронов, П.Я.Локтионов, В.М.Барбашин, Ю.Ю.Проценко, Б.А.Дворядкин (СССР). - №4737095/31-02; Заявлено 09.08.89; Опубл. 23.08.91, Бюл. №31. - 3с.

9. Способ прокатки слябов из слитков: А.с. №1731303 СССР, МКИ В21В1/02/ В.М.Данько, П.Н.Денищенко, Е.К.Миронов, Н.М.Хорошилов, Ю.Ю.Проценко, В.В.Шульженко, П.Я.Локтионов, А.Н.Несмачный (СССР). - №4785416/31-02; Заявлено 22.01.90; Опубл. 7.05.92, Бюл. №17. - 4с.

10. Уменьшение донной обрези при прокатке слябов на блюминге/ П.Н.Денищенко, В.М.Данько, М.Б.Луцкий, Ю.Ю.Проценко // Состояние и основные направления развития прокатного производства: Труды II конгресса международного Союза прокатчиков ( Череповец, 27 - 30 октября 1997 г.). -М.:Черметинформация, - 1998. - С. 36 - 40.

11. Денищенко П.Н., Луценко В.А., Луцкий М.Б. Снижение расхода металла при производстве слябов на обжимных станах // Состояние и основные направления развития прокатного производства: Труды III конгресса международного Союза прокатчиков (Липецк, 27-30 октября 1999г.). -М.:Черметинформация,-2000.-С.82-85.

12. Денищенко П.Н., Данько В.М. Исследование формоизменения донных концов раскатов с целью уменьшения обрези / Коммунарский горн. метал. ин-т. - Коммунарск, 1990. - 19 с. - Рус. - Деп. В УкрНИИНТИ 13.03.90, №505-Ук90.

13. Денищенко П.Н., Данько В.М. Новый способ снижения донной обрези при прокатке слябов // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции “Обобщение опыта работы молодых ученых, инженеров и рабочих отрасли по экономии материальных и энергетических ресурсов”. - Донецк. -1989. - С. 80 - 81.

У роботах, що опубліковані в співавторстві, здобувачу належить: розробка моделі, алгоритму і програмного продукту на ПЕОМ, дослідження розподілу напруг на осі смуги від параметра Ld/Нср [1]; розробка режимів обтискань, участь у дослідній перевірці нового способу в лабораторних і промислових умовах [2], [10], [12], [13]; одержання залежності розміру ребрового обтискання, необхідного для повного усунення початкової опуклості, розробка режимів обтискань, участь у дослідній перевірці розробленої технології прокатки в промислових умовах [5]; одержання залежностей розміру залишкової опуклості торців розкату після пластових проходів і розміру ребрового обтискання, необхідного для повного усунення початкової опуклості, розробка режимів обтискань, участь у дослідній перевірці розробленої технології прокатки в промислових умовах [6]; принцип асиметричного розподілу обтискань між ребровими проходами [7]; визначення границь температурного інтервалу при охолодженні поверхневих шарів широких граней розкату [8]; визначення параметрів перемінного обтискання бокових ділянок широких граней розкату [9].

АНОТАЦІЯ

Денищенко П.М. Металозберігаюча технологія прокатки зливків. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.03.05. Процеси і машини обробки тиском. Донецький державний технічний університет, Донецьк, 2000.

Дисертація присвячена питанням економії металу при прокатці зливків. У роботі виконано аналіз досліджень прокатки високих тіл і існуючих способів зниження обрізків. Встановлено, що в цей час досліджені умови утворення угнутих торців розкатів, розроблені способи зниження утягу торців і відсутні способи, що використовують технологічні можливості для зменшення опуклості торців в плані. Показано, що при прокатування зливків існує велика імовірність порушення цілісності в осьових шарах через значні напруження, що розтягують. У роботі розроблена і реалізована на ПЕОМ модель дослідження напруженого стану при прокатуванні високих тіл методом ліній ковзання. З використанням моделі уточнена залежність горизонтальних і вертикальних напружень в осьових шарах розкату. Внаслідок експериментальних досліджень встановлений вплив напряму прокатки в ребрових проходах на розмір торцевої опуклості. Отримана залежність розміру опуклостей після пластових і ребрових проходів і ребрового обтискання, необхідного для усунення початкової опуклості. Розроблений спосіб прокатки зливків, що забезпечує зниження донної обрізки. Впровадження способу у виробництво забезпечило зниження витрати металу на 3,6 кг/т. Економічний ефект 166,8 тис. крб.

Ключові слова: зливок, обтискний стан, технологія прокатки, обрізки, витрата металу, напружений стан, модель.

АННОТАЦИЯ

Денищенко П.Н. Металлосберегающая технология прокатки слитков. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05. - Процессы и машины обработки давлением. - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 2000.

Диссертация посвящена вопросам экономии металла при прокатке слитков спокойных и кипящих марок стали на обжимных станах. В работе выполнен анализ исследований прокатки высоких тел и существующих способов снижения обрези. Установлено, что в настоящее время исследованы условия образования вогнутых торцов раскатов, разработаны способы снижения утяжки торцов и отсутствуют способы, использующие технологические возможности для уменьшения выпуклости торцов в плане. Показано, что при прокатке слитков существует большая вероятность нарушения сплошности в осевых слоях из-за значительных растягивающих напряжений. Для получения качественной продукции необходимо знать величину максимальных напряжений в очаге деформации. Существующие зависимости получены с использованием приближенных методов и поэтому не обеспечивают достаточную точность результатов.

В работе разработана и реализована на ПЭВМ модель исследования напряженного состояния металла при прокатке высоких тел методом линий скольжения. С использованием модели уточнены зависимости горизонтальных и вертикальных напряжений в осевых слоях раската. Исследования напряженного состояния при прокатке слябов из слитков типа Д13 в условиях обжимного цеха Алчевского меткомбината, проведенные с помощью модели, позволили объяснить причину дефекта “поперечные трещины” на широких гранях раскатов и выработать рекомендации по совершенствованию режимов обжатий, обеспечивающих получение качественной продукции.

В результате экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных условиях, установлено влияние направления прокатки в ребровых проходах на величину устраняемой исходной выпуклости, заключающееся в том, что торцевая выпуклость устраняется вдвое эффективнее на заднем торце раската по сравнению с передним.

В результате проведения планируемого эксперимента получены зависимости величин выпуклостей после пластовых и ребровых проходов и ребрового обжатия, необходимого для устранения исходной выпуклости. Установлено, что в исследованном диапазоне fИСХ/H=(0,25...2,33) и ?h/Н=(0,1...0,3125) рост торцевой выпуклости на переднем и заднем концах полосы при прокатке в пластовых проходах происходит с различной интенсивностью - во всех случаях он больше на заднем конце.

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований для разработки новых и совершенствования существующих режимов обжатий при прокатке слитков спокойных и кипящих сталей на обжимных станах