автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Металлосберегающая технология прокатки слитков

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

pre од

— Г '' л ч 1«

nu/i /Jb;

ДЕНИЩЕНКО ПАВЕЛ НИКОЛАЕВИЧ Ji J_____

¿•У" •

УДК 621.771.22

МЕТАЛЛОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ НГОКАТКИ СЛИТКОВ

Специальность 05.03.05 - Процессы и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк-2000

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена в Донбасском горно-металлургическом институте Министерства образования и науки Украины (г. Алчевск).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Луценко Виктор Александрович, Донбасский горно-металлургический институт, заведующий кафедрой обработки металлов давлением и металловедения (г. Алчевск).

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник Жучков Сергей Михайлович, Институт черной металлургии им. З.И.Некрасова HAH Украины, заведующий отделом физико-технических проблем процессов прокатки сортового и специального проката (г. Днепропетровск);

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кукуй Давид Пенхусович, технический директор НПО «Доникс» (г. Донецк).

Ведущее предприятие: Национальная металлургическая академия Украины, кафедра обработки металлов давлением, Министерство образования и науки Украины (г. Днепропетровск).

Защита состоится « $ » О^ТЗ^у/Д 2000г. в часов на заседании специализированного ученого совета Д 11.052.01 Донецкого государственного технического университета Министерства образования и науки Украины по адресу: 83000, г. Донецк, ул. Артёма, 58, 5-й учебный корпус, аудитория 353.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого государственного технического университета, г.Донецк, ул. Артёма, 58, 2-й учебный корпус.

Автореферат разослан « $9 2000г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета Д 11.052.01 доктор технических наук, профессор___Сафьянц С.М.

К621.2.2ЯьО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Экономия металла при производстве проката является шиболее эффективным способом снижения себестоимости продукции. Проблема /меныпения обрези актуальна для всего прокатного производства, но особенно - в >бжимных цехах, где имеют место основные потери металла при производстве троката. Отходы на обжимных станах достигают 84% от общих потерь металла фокатного передела, причем на долю обрези приходится примерно 80 %. Отсутствие средств для инвестиций затрудняет внедрение капиталоемких металлосбере-ающих технологий (например, разливку непрерывным способом) и необходимого хля их осуществления оборудования. Поэтому работа, направленная на модерни-¡ацию производства посредством разработки и внедрения новых, не требующих санитальных вложений, способов прокатки является актуальной.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа выполнена в соответствии с общесоюзной программой РН.Ц.002 "Металл" Минвуза !ХСР и тематикой научно-исследовательских работ кафедры "Обработка металлов давлением" Донбасского горно-металлургического института: №Гос. регистрации )1890026642.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является жономия металла при прокатке слитков на основе разработки математических моделей, экспериментальных исследований и практических рекомендаций по новым :пособам прокатки на обжимных станах. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

• разработка модели, алгоритма и программы расчета па ПЭВМ напряженного состояния металла в очаге деформации при прокатке высоких полос;

■ теоретические исследования напряженного состояния металла при прокатке заготовок но различным режимам;

• экспериментальные исследования формоизменения раскатов с выпуклыми тор-дами при прокатке в пластовых и ребровых проходах;

■ экспериментальное изучение формоизменения раскатов при прокатке на блю-чинге-слябинге;

■ разработка, исследование и освоение технологии, обеспечивающей уменьшение збрези при прокатке на обжимных станах.

Объект исследования - производство проката из слитков на обжимных станах.

Предмет исследования — технология прокатки слитков.

Методы исследования - методом линий скольжения проведены теоретические исследования напряженного состояния процесса прокатки высоких тел с применением ПЭВМ; методами физического моделирования и планируемого эксперимента

проведены исследования формоизменения при прокатке в пластовых и ребровых проходах; обработка экспериментальных данных произведена с использованием методов математической статистики и регрессионного анализа.

Достоверность полученных результатов подтверждена адекватностью результатов сравнительного анализа, промышленным внедрением разработанной технологии, принятыми теоретическими предпосылками, которые базируются на широко опробованных фундаментальных положениях теории обработки металлов давлением и принципах механики сплошных сред.

Научная новизна полученных результатов. Уточнены зависимости величин горизонтальных и вертикальных напряжений в осевой зоне раската от пара метра формы Ьё/Нср, при его значении <1, за счет аналитического определенш координат узлов сеток линий скольжения, в отличие от существующих, получен ных графическим построением, и проверки соответствия статически возможны) сеток линий скольжения кинематическим условиям.

Впервые установлена зависимость формоизменения раската с выпуклым] торцами от направления прокатки в ребровых проходах, заключающаяся в том, чт< торцевая выпуклость устраняется вдвое эффективнее на заднем торце раската и сравнению с передним.

С применением метода планируемого эксперимента впервые получены завн симости:

величины остаточной выпуклости торцов раската после ребрового проход от технологических параметров прокатки - исходной выпуклости торцов раскат перед ребровым проходом, катающего диаметра валков и степени деформации э проход;

величины ребрового обжатия, необходимого для полного устранения и< ходной выпуклости, от величины этой выпуклости и катающего диаметра валков;

роста торцевой выпуклости от направления прокатки и степени деформацк в пластовых проходах при прокатке слябов на блюминге.

Для получения минимальной донной обрези при прокатке слитков на о1 жимных станах разработан принцип асимметричного распределения обжатий м жду четными и нечетными проходами, состоящий в том, что при прокатке в пл стовых проходах большая часть обжатия производится в тех проходах, где донпь торец раската является передним по направлению прокатки, а при прокатке в ре ровых проходах большая часть обжатия производится в тех проходах, где донга торец раската является задним по направлению прокатки.

Практическое значение полученных результатов. Разработана и реали: вана в виде программного продукта модель исследования нанряженного состоян металла при прокатке высоких полос, которая позволяет оперативно получать рг

гределение напряжений в осевых слоях раскатов, что дает возможность корректи- > ювать существующие режимы деформации и разрабатывать новые. Разработан пособ прокатки слябов на обжимных станах, обеспечивающий уменьшение обре-и за счет совершенствования режимов обжатий. Разработана и внедрена металло-берегающая технология прокатки для всего сортамента слябов спокойных марок талей, прокатываемых в условиях обжимного цеха Алчевского меткомбината АМК), внедрение которой снизило расход металла на 3,6 кг/т. Получен экономи-еский эффект (в ценах 1990 г.) за счет увеличения выхода годного при прокатке лябов из слитков в размере 166836 руб.

Личный вклад соискателя. Создание алгоритма работы и программного беспечения модели исследования напряженного состояния металла при прокатке ысоких полос на ПЭВМ. Постановка, проведение и анализ данных всех, пред-гавленных в работе, лабораторных экспериментов и теоретических исследований, [епосредственное участие в проведении промышленных экспериментов совмест-

0 с сотрудниками Донбасского горно-металлургического института и АМК.

Апробация результатов работы. Результаты диссертации доложены и об-,'ждены на Всесоюзной научно-технической конференции "Обобщение опыта ра-эты молодых ученых, инженеров и рабочих отрасли по экономии материальных и ¡ергетических ресурсов", г. Донецк, 24-26 мая 1989 г.; на II и III конгрессах международного Союза прокатчиков "Состояние и основные направления развития эокатного производства", г. Череповец, 27-30 октября 1997 г. и г. Липецк, 19-22 <тября 1999 г.; на Всеукраинских научно-технических конференциях 1ерспективные технологии и оборудование обработки давлением в металлургии машиностроении", г. Краматорск, 20-22 апреля 1999 г. и 18-20 апреля 2000 г.; на Уединенном семинаре кафедры "Обработка металлов давлением" и прокатной Моратории ДонНИИЧерМета, г. Донецк, 2000 г.; на научно - технических конфе-:нциях Донбасского горно-металлургического института, г.Алчевск, 1988-1990 г.;

1 расширенном семинаре кафедры ОМД Национальной металлургической акаде-т Украины, г.Днепропетровск, 2000 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 статьях 3 авторских свидетельствах на изобретения, в том числе в 5 статьях в специали-рованных научных изданиях, рекомендованных ВАК Украины для публикации зультатов диссертационных работ.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, четыре разде-, выводы, список использованных источников из 164 наименований, 3 приложе-[Я. Материалы работы изложены на 164 страницах машинописного текста, в том [еле 137 страниц основного текста, 28 рисунков и 70 таблиц.

1

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, освещены научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первом разделе рассмотрены особенности формоизменения концов раскатов и напряженно-деформированного состояния при прокатке слитков на обжимных станах. Выполнен анализ современных способов снижения обрези на обжимных станах и методов исследования напряженного состояния при прокатке высоких полос.

При производстве готового проката из стальных слитков неизбежно возникают технологические отходы, количество которых зависит от марочного сортамента продукции и технологии прокатки. Обрезь при прокатке слитков составляет основную часть отходов прокатного передела. В головной части раската необхо димо отрезать прибыльную часть (до 18% от массы слитка), структура металла ко торой неудовлетворительна - вследствие усадочных процессов после разливки ста ли здесь возможны пористость, скопление неметаллических включений, газовы: пузырей. Донная обрезь (1...4%) не имеет указанных дефектов и обусловлен только несовершенством геометрической формы - раскат может иметь выпуклуь либо вогнутую форму торцов; возможно также наличие складок, воронок.

Ввиду большого практического значения снижения потерь металла с обре зью проведены многочисленные теоретические и экспериментальные исследов; ния вопросов формоизменения раскатов при прокатке слитков. Наиболее полные точные результаты получены И.Я.Тарновским, А.П.Чекмаревым, В.М.Клименк* С.Л.Коцарем, В.Л.Колмогоровым, В.А.Паршиным, Е.Г.Зудовым, М.Я.Бровмано! Ю.М.Чижиковым, В.В.Бобровым.

Несмотря на многочисленные исследования и разработки для металлург! Украины эта проблема продолжает оставаться актуальной, так как в настоящ-время в достаточной мере исследованы условия образования вогнутых торцов ра катов и разработаны способы снижения утяжки торцов. Способов, использующ] технологические возможности для уменьшения выпуклости торцов в плане, в р зультате литературно-патентного обзора, не выявлено. В то же время при прокат слябов из слитков типа Д13 в условиях блюминга-слябинга 1250 АМК донн часть раската имеет выпуклую форму в плане и донная обрезь составляет 3% массы слитка. Величина выпуклости достигает 350 мм.

Прокатка слябов из слитков на обжимных станах относится к прокатке вы< ких тел и происходит в условиях резко выраженной неравномерности деформат При этом в средних по высоте слоях полосы возникают значительные продольн

[стягивающие напряжения, что в совокупности с неблагоприятной структурой ;нтралыгой части слитков может привести к нарушению их сплошности, т.е. бра'. Для получения качественной продукции необходимо знать величину макси-альных напряжений в очаге деформации. Существующие зависимости получены I основе графического построения статически возможных полей линий скольже-?я без проверки соответствия кинематическим условиям прокатки, что не обес-:чивает достаточную точность получаемых результатов.

Из выполненного анализа общих тенденций и проблем производства слябов 1 обжимных станах, а также в соответствии с целью данной работы, определены дачи исследований, представленные в общей характеристике работы.

Во втором разделе произведены выбор и обоснование метода исследования шряженного состояния при прокатке высоких полос; разработаны модель, алго-ггм и программа расчета напряженного состояния металла методом линий юльжения.

Продольная прокатка полосы прямоугольного поперечного сечения в цилин-шческих валках при отношениях Ьс1/Нср < 1 и Вер/ 1_с1 > 5 наиболее полно удов-:творяет условиям задачи о плоском деформированном состоянии, которая сво-1тся к решению системы уравнений гиперболического типа, имеющих два семей-ва действительных характеристик. Для исследования напряжений в наиболее гасных при прокатке высоких тел - центральных слоях полосы, наиболее приемным методом является графоаналитический способ построения и расчета стати-:ски возможных полей линий скольжения (ЛС).

Задача "прокатка высокой полосы" является статически неопределимой, по-:ольку заранее неизвестны статические граничные условия и ни на одной гра-ще не выполняются условия какой-либо краевой задачи, поэтому решение прочится методом итераций.

Среднее напряжение на оси заготовки определено численным интегрирова-тем из условия равновесия на границах пластической и недеформирусмых зон лева и справа от пластической зоны). Распределение напряжений по пластиче-:ой области определено с использованием уравнений Леви. Правильность опреснения параметров сетки ЛС проверена соответствием построенного поля ЛС ки-¡матическим условиям, для чего построен годограф скоростей. В соответствии с шведенной выше методикой разработан алгоритм и реализован в виде про-1аммного продукта на ПЭВМ.

При помощи модели проведены исследования напряженного состояния с це->ю сопоставления с имеющимися в литературе отдельными результатами, полу-;нными другими методами. Результаты расчетов хорошо согласуются (относи-лыюе отклонение в пределах 10%) с данными, полученными построением полей

ЛС при прокатке по методике В.Ф.Потапкина, исследованием с применением сплайнов, а также методами фотопластичности, муар и конечных элементов.

При помощи разработанной модели проведены исследования напряженного состояния от параметра Ьс1/Нср. В результате математической обработки результатов методом наименьших квадратов получены зависимости величин горизонтальных (Сох) и вертикальных (а0у) напряжений в осевой зоне раската

Сопоставление опытных данных с результатами расчетов по зависимостям (1) и (2) показало лучшую сходимость по сравнению с расчетами по существующим в литературе зависимостям. Среднеквадратичная погрешность вычислений при помощи модели и по известным зависимостям составляет соответственно 9,9% и 25,1%.

В третьем разделе выполнены экспериментальные исследования формоизменения раскатов с выпуклыми торцами при прокатке в пластовых и ребровых проходах.

Прокатка в ребровых проходах блюминга-слябинга относится к прокатке высоких тел, поэтому для устранения выпуклости донной части раската при прокатке слябов можно использовать известный эффект значительного (примерно в * раза большего) образования вогнутости на заднем конце раскатов по сравнению < передним за счет неравномерного распределения деформации по высоте при про катке раскатов с исходными плоскими торцами. Так как сведения о влиянии на правления прокатки на формоизменение торцов раскатов, имеющих исходную вы пуклость, отсутствуют, то провели исследования методом физического моделиро вания в лабораторных условиях. Образцы из технически чистого свинца марки С (ГОСТ 3778-77Е) прокатывали на лабораторном стане с вертикальными валкам (ВВ) с ящичными калибрами. Первоначальную выпуклость торцов в плане (^о создавали механической обработкой. Была прокатана партия образцов с одинак( вым обжатием, причем половину из них задавали выпуклостью вперед, а другу половину - с выпуклостью на заднем конце раската. Установлено, что при прока-ке высоких полос с выпуклыми торцами устранение исходной выпуклости эффе: тивнее (в среднем в 2,11 раза) когда донный торец при прокатке является задним.

Так как величина обжатия, необходимая для устранения различных велич! выпуклостей, заранее неизвестна, то были проведены дополнительные исследов ния методом моделирования в лабораторных условиях. Использовали образцы

аох /к = 2,53 - 2,66 * 1с1/Нср ; а0у /к = 0,53 - 2,66 * 1_с1/Нср .

(1) (2)

инца марки С1. Перед прокаткой задним торцам образцов механической обра->ткой придавали выпуклую форму.

С целью минимизации числа опытов применили план дробного факторного сперимента ДФЭ 23"1. В качестве факторов использовали безразмерные величи-.i: f*Hcx /Н; D/H и Ah/H. Откликом служило отношение остаточной стрелы вы-'клости заднего торца раската к его исходной толщине: /Н, Для проверки личности получаемых уравнений регрессии ставили также опыт в центре плана (на елевом уровне). Все опыты троекратно дублировали. В результате математиче-:ой обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии иссле-:емых параметров в натуральных значениях факторов

fod/H = 0,0341 + 0,905 fMCX/H - 0,665Ah/H - 0.0125D/H . (3)

Статистическую обработку экспериментальных данных производили в соот-:тствии с ГОСТ 8.207-76 и общей схемой регрессионного анализа.

Для определения величины обжатия, необходимого для полного (f0cT ~ 0) хранения исходной выпуклости донных торцов раскатов, уравнение (3) иреобра->вано в зависимость

ДЬ| = 0,0513 Н + 1,361 ^сх - 0,01880 . (4)

Технология прокатки слябов в обжимных клетях с горизонтальными валками 1?) предусматривает чередование пластовых и ребровых проходов и заканчива-гся пластовыми проходами. Чтобы выяснить, как влияют пластовые проходы на апуклость торцов, проведена прокатка образцов в ГВ. Прокатаны образцы, меющие различные величины торцевых выпуклостей, полученные после прокати в ВВ. Прокатку производили в реверсивном режиме (в нечетных проходах вы-уклостыо вперед, в четных - назад). В результате исследования установлено, что ри прокатке раскатов с выпуклостью на переднем торце увеличение выпуклости еньше коэффициентов вытяжки в проходе. В случае, когда выпуклый торец при рокатке является задним, увеличение выпуклости происходит более интенсивно о отношению к общей вытяжке полосы. Раскаты, у которых выпуклость торцов ыла устранена в предыдущих ребровых проходах при прокатке в ГВ, получили езначительную вогнутость. Таким образом, для получения минимальной донной брези рекомендуется неполное устранение выпуклости в ребровых проходах (на 0...95%).

Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности использо-ания пластовых проходов для уменьшения выпуклости донных торцов раскатов и

снижения обрези. Поэтому провели исследования методом моделирования на лабораторном станс с ГВ. В качестве факторов использовали безразмерные величины: ¡исх/Н и ДЬ/Н. Откликами служили отношения остаточных величин выпуклостей переднего и заднего торцов раската к его исходной толщине: ^/Н и Гз/Н. Для получения линейной регрессионной модели с дополнительным парным взаимодействием применили план полного факторного эксперимента ПФЭ 22. Для проверки линейности получаемых уравнений регрессии ставили также опыт в центре плана (на нулевом уровне). Все опыты троекратно дублировали. Уравнения регрессии исследуемых параметров в натуральных значениях факторов имеют вид

Таким образом, экспериментально установлено, что в исследованном диапазоне £исх/Н~(0,25...2,33) и ДМ1=(0,1...0,3125) рост торцевой выпуклости на переднем и заднем концах полосы происходит с различной интенсивностью - во все> случаях он больше на заднем конце. Поэтому, перераспределив обжатия межд} четными и нечетными пластовыми проходами можно влиять на величину торцево! выпуклости.

Так как в литературе отсутствуют данные о совместном влиянии калибровю валков при прокатке в ребровых проходах и последующей прокатки в Пластовы; проходах на гладкой бочке на формоизменение выпуклых торцов раскатов, то про вели исследования методом физического моделирования в лабораторных услови ях. На первом этапе прокатку вели на лабораторном стане с ВВ. Было прокатан! две партии образцов с одинаковым обжатием, причем первую прокатывали в ка либре (ширина калибра по дну соответствовала ширине раската до прохода), вторую - в гладких ВВ. В обоих случаях выпуклый торец был на заднем конце рас ката (моделировался четный ребровый проход). На втором этапе обе партии прс катывали в ГВ с гладкой бочкой. Анализ результатов совместного влияния калиС ровки ВВ и последующей прокатки в ГВ на формоизменение торцов раскатов пс казал, что применение калиброванных валков при ребровой прокатке устраняв исходную выпуклость в среднем на 15% эффективнее по сравнению с прокаткой гладких валках.

На основе проведенных исследований для получения минимальной донне обрези при прокатке слитков разработан принцип асимметричного распределен! обжатий между четными и нечетными проходами, заключающийся в следующе! при прокатке в пластовых проходах большая часть обжатия производится в т< проходах, где донный торец раската является передним по направлению прокат!

^/Н = 0,066 + 0,923 ^сХ/Н + 1,45 ^сх/Н '(АЫН); *з/Н = 0,181 + 0,858 ^СХ/Н + 1,784 ^СХ/Н -(ДЫН).

(5)

(6)

и меньшая - в проходах, где донный торец является задним; при прокатке в ребровых проходах большая часть обжатия производится в тех проходах, где донный горец раската является задним по направлению прокатки; величина обжатия, не-эбходимого для полного устранения выпуклости определяется по зависимости (4); для более эффективного устранения выпуклости донной части раската в ребровых троходах ширина задаваемого раската должна соответствовать ширине калибра по щу; если ширина калибра по дну больше ширины задаваемого раската, то для по-Iучения минимальной донной обрези рекомендуется неполное устранение выпук-гости в ребровых проходах (на 90.. .95%).

На основе принципа асимметричного распределения обжатий между четны-т и нечетными проходами разработан новый способ прокатки слитков па обжим-[ых станах. Применительно к производству слябов спокойных сталей способ осуществляется следующим образом: слиток задается в валки донной частью и производится несколько проходов на гладкой бочке с реверсированием валков. Форма онной части раската после прокатки в пластовых проходах характеризуется стрс-ой выпуклости ГИсх- Затем раскат кантуется вокруг продольной оси на 90° на ходной стороне клети и задается в калибр (прокатка на "ребро"). Суммарное об-:атие между ребровыми проходами распределяется исходя из устраняемой вели-ина выпуклости, возможностей стана и необходимого для устранения выпуклости ебрового обжатия в четном проходе, определяемого по зависимости (4). Необхо-имым условием является снятие конусности слитка в 1 ребровом проходе.

Если для получения требуемой ширины сляба режим обжатий нредусматри-шт более двух ребровых проходов, то эффективность способа по устранению грелы ¿исх существенно увеличивается, так как большую часть ребрового обжа-ш можно передать из нечетных проходов в четные.

В случае, когда прокатка в ребровых проходах не обеспечивает полного уст-щения торцевой выпуклости, тогда эффект уменьшения обрези может быть по-'чен в пластовых проходах. Поскольку донный торец при реверсивной прокатке в :четных проходах является передним, а в четных - задним, то перераспределив ммарное обжатие между пластовыми проходами так, чтобы большее обжатие >иходилось на нечетные проходы (меньшее - на четные) получаем уменьшение рцевой выпуклости. Эффект снижения торцевой выпуклости тем больше, чем льшую часть от суммарного обжатия производим в проходах, где донный торец ляется передним концом раската. При этом максимальное обжатие за проход ог-ничивается допустимым обжатием для данного стана.

Величина донной обрези для отдельных форм слитков зависит не только от ничины стрелы выпуклости торца 1"исх , но и от глубины залегания заката. В этом

случае при выравнивании торца прокаткой по предлагаемому способу донную об-резь целесообразно уменьшать до глубины заката.

С целью проверки эффективности разработанного способа проведены промышленные исследования при прокатке партии слитков типа Д13 в слябы поперечным сечением 170*1050 мм в условиях обжимного стана 1250 АМК. Слитки плавки разделили на две партии, которые прокатывали по двум режимам: существующему (табл. 1) и разработанному (табл. 2).

Таблица 1 - Существующий режим обжатий слитка Д13 размерами (780*1210)/(660*1135)*2080 мм в слябы сечением 170*1050 мм

Проход Калибр Параметры раската по проходам

Сечение мм Обжатие мм Уширение мм Напряжения в осевой зоне

С?ох СГ0у

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 -о,ззк

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

кантовка

11 2 1130*260 120 - 10 - -

12 2 1030*270 100 10 +2,01К +0,01К

кантовка

13 Б 220*1040 50 10 +0,6 9К -1,31К

14 Б 170*1050 50 10 +0,24К -1.76К

15 Б холостой

* Напряжения в осевой зоне при прокатке в 1 и 11 проходах не могут бы определены из-за уплотнения литой структуры слитка.

Результаты опытно-промышленной прокатки показали снижение донной о рези в среднем на 96 мм (34%) по сравнению с существующей технологией.

В четвертом разделе согласно разработанному способу произведен расчет режимов обжатий для всего сортамента слябов блюминга-слябинга 1250 АМК. В -вязи с изменениями обжатий в проходах произведено определение величин гори-юнтальных (стох) и вертикальных (стоу) напряжений в осевой зоне по зависимостям '1) и (2). При прокатке по разработанной технологии в пластовых и ребровых проходах величины растягивающих напряжений (сгох) не превышают допустимых шачений (2К). По сравнению с существующими режимами применение новых режимов снижает уровень растягивающих напряжений в ребровых проходах в осевой зоне раската, что уменьшает вероятность нарушения ее сплошности.

Таблица 2 - Разработанный режим обжатий слитка Д13 размерами (780* 1210)/(660* 1135)*2080 мм в слябы сечением 170*1050 мм

Проход Калибр Параметры раската по проходам

Сечение мм Обжатие мм Упгирение мм Напряжения в осевой зоне

<5ох СГ0у

780*1210

1 Б 700*1210 80 0 - -

2 Б 650*1210 50 0 +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 -о,ззк

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

кантовка

11 2 1180*260 70 10 - -

12 2 1030*270 150 10 +1,87К -0,1 зк

кантовка

13 Б 220*1040 50 10 +0,69К -1,31 К

14 Б холостой

15 Б 170*1050 50 10 +0,24К -1,76К

* Напряжения в осевой зоне при прокатке в 1 и 11 проходах не могут быть определены из-за уплотнения литой структуры слитка.

Согласно разработанных режимов обжатий новый способ внедрен в производство в условиях обжимного цеха АМК. Экономический эффект, полученный в результате внедрения разработок (в ценах 1990 г.) составил 166,8 тыс. руб. Доля автора - 83418 руб. Удельный расход металла снизился на 3,6 кг/т.

Результаты исследований, полученные в настоящей работе, могут быть применены для разработки новых или совершенствования существующих режимов обжатий при прокатке слитков спокойных и кипящих сталей на обжимных станах.

ВЫВОДЫ

1. Установлены закономерности формоизменения раскатов с выпуклыми торцами при прокатке высоких тел, которые позволили разработать новый способ и ме-таллосберегающую технологию прокатки слитков, не требующую капитальных вложений для внедрения.

2. 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 имеет место 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.

3. Разработана и впервые реализована на ПЭВМ в виде программного продукта модель исследования напряженного состояния металла при прокатке высоких полос методом линий скольжения. Исследования, проведенные при помощи модели, позволили уточнить зависимости величин горизонтальных и вертикальных напряжений на оси полосы при прокатке от параметра Ьс1/Нср (при его значении <1) за счет аналитического определения координат узлов сеток линий скольжения и проверки соответствия статически возможных сеток линий скольжения кинематическим условиям прокатки, в отличие от существующих, полученных графическим построением без проверки кинематических условий.

4. В результате проведенных экспериментальных исследований методом планируемого эксперимента впервые получены зависимости: величины остаточной выпуклости торцов раската после ребрового прохода от технологических параметров прокатки - исходной выпуклости торцов раската перед ребровым прохо-

дом, катающего диаметра валков и степени деформации за проход; величины ребрового обжатия, необходимого для полного устранения исходной выпуклости, от величины этой выпуклости и катающего диаметра валков. 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.

5. На основе изучения деформации металла в пластовых проходах при прокатке слябов из слитков методом планируемого эксперимента впервые получены зависимости роста торцевой выпуклости от направления прокатки и степени деформации за проход. Установлено, что в исследованном диапазоне ^сх/Н=(0,25...2,33) и ДЫН=(0,1...0,3125) рост торцевой выпуклости на переднем и заднем концах полосы происходит с различной интенсивностью - во всех случаях он больше на заднем конце.

3. 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 предложен принцип асимметричного распределения обжатий между четными и нечетными проходами, который заключается в том, что при прокатке в пластовых проходах большая часть обжатия производится в тех проходах, где донный торец раската является передним по направлению прокатки и меньшая - в проходах, где донный торец является задним; при прокатке в ребровых проходах большая часть обжатия производится в тех проходах, где донный торец раската является задним по направлению прокатки; величина обжатия, необходимого для полного устранения выпуклости определяется по зависимости (4); для более эффективного устранения выпуклости донной части раската в ребровых проходах ширина задаваемого раската должна соответствовать ширине калибра по дну; если ширина калибра по дну больше ширины задаваемого раската, то для получения минимальной донной обрези рекомендуется неполное устранение выпуклости в ребровых проходах (на 90...95%).

. На основе принципа асимметричного распределения обжатий между четными и нечетными проходами разработан новый способ прокатки слябов на обжимных станах, обеспечивающий уменьшение донной обрези за счет совершенствования режимов обжатий.

. Разработаны режимы обжатий и металлосберегающая технология прокатки слябов спокойных сталей по новому способу для всего сортамента обжимного цеха Алчевского меткомбината (АМК). С использованием модели проведено исследование напряженного состояния при прокатке по разработанным режимам обжатий, которое показало снижение уровня растягивающих напряжений в осевых

слоях прокатываемой полосы по сравнению с существующими режимами, что снижает вероятность образования разрывов. 9. Проведена экспериментальная проверка и внедрение способа в производственных условиях обжимного цеха АМК. Получено снижение расхода металла с донной обрезью на 3,6 кг/т. Экономический эффект, полученный в результате внедрения разработок (в ценах 1990 г.) составил 166,8 тыс. руб. Доля автора -83418 руб.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В

РАБОТАХ:

1. Денищенко П.Н., Луценко В.А. Разработка модели и исследование напряженного состояния методом сеток линий скольжения при прокатке высоких тел // Pecypcoc6epiraio4i технолопУ виробництва та обробки тиском матер ¡ал ¡в у машинобудуванш: 36. наук, праць / СхдаоукраУнський Державний ушверситет. - 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 H.H.-Исследование формоизменения при прокатке раскатов с выпуклым задним торцом : Сб. науч. Тр. / Донбас. Горн. - металлург. Ин-т. - Ал-чевск, 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 обжимньгх станах // Удосконалення процес1в та обладнання обробки тиском у машинобудуванш та металургй: М1жвузшський тематичний зб^рник наукових праць /Донбаська державна машинобуд1вна академчя. - Краматорск. - 1999. - С.218 -222.

6. Денищенко П.Н. Новый способ прокатки слябов на блюминге // Удосконалення процеав та обладнання обробки тиском в металургй та машинобудуванш: Тематичний зб'фник наукових праць /Донбаська державна машинобуд1вна академ1я. - Краматорск. - 2000. - С.346 - 349.

7. Способ прокатки слябов на блюминге: A.c. №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: A.c. №1671383 СССР, МКИВ21В1/02/ В.М.Данько, [.Н.Денищенко, Е.К.Миронов, П.Я.Локтионов, В.М.Барбашин, Ю.Ю.Проценко, .А.Дворядкин (СССР). - №4737095/31-02; Заявлено 09.08.89; Опубл. 23.08.91, юл. №31. - Зс.

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

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

11. Денищенко П.Н., Луценко В.А., Луцкий М.Б. Снижение расхода металла )И производстве слябов на обжимных станах // Состояние и основные направле-W развития прокатного производства: Труды III конгресса международного Сою-

прокатчиков (Липецк, 27-30 октября 1999г.). - М.:Черметинформация, - 2000. -82- 85.

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

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

В работах, которые опубликованы в соавторстве, соискателю принадлежит: зработка модели, алгоритма и программного продукта на ПЭВМ, исследование спределения напряжений на оси полосы от параметра Ld/Hcp [1]; разработка ре-[мов обжатий, участие в опытной проверке нового способа в лабораторных и омышленных условиях [2], [10], [12], [13]; получение зависимости величины Зрового обжатия, необходимого для полного устранения исходной выпуклости, ¡работка способа прокатки и режимов обжатий, участие в опытной проверке но-го способа в промышленных условиях [5]; получение зависимостей величины гаточной выпуклости торцов раската после пластовых проходов и ребрового жатия, необходимого для полного устранения исходной выпуклости, разработка кимов обжатий, участие в опытной проверке разработанной технологии прокат-в промышленных условиях [6]; принцип асимметричного распределения обжа-

тий между ребровыми проходами [7]; определение 1раниц температурного интер вала при охлаждении поверхностных слоев широких граней раската [8]; определе ние параметров переменного обжатия прикромочных участков широких гране! раската [9].

АНОТАЦ1Я

Денищенко П.М. Металозбер^аюча технолопя прокатки зливюв. Рукопис.

Дисертащя на здобуття паукового ступеня кандидата техшчних наук по спе-И1алыюст1 05.03.05. Процеси 1 машини обробки тиском. Донецький державнт гехшчний ушверситет, Донецьк, 2000.

Дисертащя присвячена питаниям економй' металу при прокати! зливыв. 'У робоп виконаний атшпз доелвджень прокатки високих тиг 1 ¿снуючих способ1Е зниження обр1зк1в. Встановлено, що в цей час дослщжеш умови утворення угну-тих торщв розкапв, розроблеш способи зниження утягу торц5в 1 вщеутш способи. що використовують технолопчш можливост1 для зменшення опуклосп торщв к план!. Показано, що при прокатщ злившв кнуе велика ¡мов1ршсть порушення цЬ лкносп в осьових шарах через значш розтягуюч1 напруження. У робой розробле-на 1 реализована на ПЕОМ модель дослщження напруженого стану при прокатщ високих тш методом лнпй ковзання. 3 викорисганням модел1 уточнена залежшеть горизонтальних I вертикальних напружепь в осьових шарах розката. Внаслщок експериментальних дошпджень встановлений вплив напряму прокатки в ребрових проходах на розкнр торцевоУ опуклостг Отримана залежшеть розм1ру опуклостей теля пластових 1 ребрових проходов 1 ребрового обтиснення, исобхццшго для усунешш початково! опуклость Розроблений споаб прокатки зливив, що забезпе-чуе зниження донно1 образки. Впровадження способу у виробництво забезпечило зниження витрати металу на 3,6 кг/т. Економ1чний сфект 166,8 тис. крб.

Ключов1 слова: зливок, обтискний стан, технолопя прокатки, обрпки, ви-трата металу, напружений стан, модель.

АННОТАЦИЯ

Денищенко 11.Н. Металлосберегающая технология прокатки слитков. - Рукопись.

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

Диссертация посвящена вопросам экономии металла при прокатке слитков жойных и кипящих марок стали на обжимных станах. В работе выполнен ана-i исследований прокатки высоких тел и существующих способов снижения об-1и. Установлено, что в настоящее время исследованы условия образования во-,тых торцов раскатов, разработаны способы снижения утяжки торцов и отсутст-от способы, использующие технологические возможности для уменьшения вы-клости торцов в плане. Показано, что при прокатке слитков существует большая юятность нарушения сплошности в осевых слоях из-за значительных растяги-ощих напряжений. Для получения качественной продукции необходимо знать ютину максимальных напряжений в очаге деформации. Существующие зависнете получены с использованием приближенных методов и поэтому не обеспечи-от достаточную точность результатов.

В работе разработана и реализована на ПЭВМ модель исследования напря-нного состояния металла при прокатке высоких тел методом линий скольжения, использованием модели уточнены зависимости горизонтальных и вертикальных пряжений в осевых слоях раската. Исследования напряженного состояния при окатке слябов из слитков типа Д13 в условиях обжимного цеха Алчевского мет-мбината, проведенные с помощью модели, позволили объяснить причину де-кта «поперечные трещины» на широких гранях раскатов и выработать рекомен-ции по совершенствованию режимов обжатий, обеспечивающих получение ка-ственной продукции.

В результате экспериментальных исследований, проведенных в лаборатор-IX условиях, установлено влияние направления прокатки в ребровых проходах на личину устраняемой исходной выпуклости, заключающееся в том, что торцевая шуклость устраняется вдвое эффективнее на заднем торце раската по сравнению гередним.

В результате проведения планируемого эксперимента получены зависимости личин выпуклостей после пластовых и ребровых проходов и ребрового обжатия, обходимого для устранения исходной выпуклости. Установлено, что в исследо-нном диапазоне ГИсх/Н=(0,25...2,33) и ДЬ/Н=(0,1...0,3125) рост торцевой выпук-юти на переднем и заднем концах полосы при прокатке в пластовых проходах юисходит с различной интенсивностью - во всех случаях он больше на заднем 1нце.

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований [я разработки новых и совершенствования существующих режимов обжатий при ¡окатке слитков спокойных и кипящих сталей на обжимных станах разработан )инцип асимметричного распределения обжатий между четными и нечетными юходами, который заключается в следующем: для получения минимальной вы-

пуклости донной части раската при прокатке в пластовых проходах большая част обжатия производится в тех проходах, где донный торец раската является перех ним по направлению прокатки и меньшая - в проходах, где донный торец являете задним; при прокатке в ребровых проходах большая часть обжатия производится тех проходах, где донный торец раската является задним по направлению прокат ки; величина обжатия, необходимого для полного устранения выпуклости опреде ляется по зависимости (4); для более эффективного устранения выпуклости донно: части раската в ребровых проходах ширина задаваемого раската должна соогвет ствовать ширине калибра по дну; если ширина калибра по дну больше ширины за даваемого раската, то для получения минимальной донной обрези рекомендуете, неполное устранение выпуклости в ребровых проходах (на 90...95%).

На основе принципа асимметричног о распределения обжатий в четных и не четных проходах разработан новый способ прокатки слябов на обжимных станах обеспечивающий уменьшение донной обрези за счет совершенствования режимо! обжатий. Разработаны режимы обжатий и технология прокатки слябов спокойны; сталей по новому способу для всего сортамента обжимного цеха Алчевского мет комбината (АМК).

С использованием разработанной модели проведено исследование напря женного состояния при прокатке по разработанным режимам обжатий, которое показало снижение уровня растягивающих напряжений в осевых слоях прокаты васмой полосы по сравнению с существующими режимами, что снижает вероят ность образования разрывов.

Проведена экспериментальная проверка и внедрение способа в производег венных условиях обжимного цеха АМК. Получено снижение расхода металла с донной обрезыо на 3,6 кг/т. Экономический эффект, полученный в результате внедрения разработок (в ценах 1990 г.) составил 166,8 тыс. руб.

Ключевые слова: слиток, обжимной стан, технология прокатки, обрезь, расход металла, напряженное состояние, модель.

ABSTRACT

Denischenko P.N. Metaleconomical ingots rolling technology. - Manuscript.

Dissertation on competition learned candidate degree of technical sciences on speciality 05.03.05. Processes and processing engines by pressure. Donetsk State Technical University, Donetsk, 2000.

Dissertation sacred to metal economy questions attached to ingots rolling of quiet and boiling stamps began on big mills. In work is done a rolling researches analysis oi high bodies and being lowering methods crop. Shown, that attached to ingots rolling big

iolation probability continuous in axial layers because of considerable stretching ef-jrts. In work worked up and realized on PC research model of strained fortune attached > rolling of high bodies by sliding lines nets method. With use of model are specified sing dependences of horizontal and vertical efforts in axial roll layers.

As result of experimental researches is established dominance of rolling direction l edge passageways on size of butt protuberance. Are got protuberances sizes depen-jnces after flat and edge passageways and indirect rolling action, necessary for removal f initial protuberance.

Is worked up an ingots rolling method, providing lowering ground crop. Inculca-Dn of method in production provided lowering of metal expense on 3,6 Kg/T. Year eco-Dmic effect 166,8 th. rub.

Key words: ingot, big mill, crop, metal expense, strained state, model.