автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Оптимизация процесса производства блюмов и заготовок из углеродистых сернистых сталей по качеству

Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет)

На правах рукописи

Для служебного пользования Экз. №_

КУЗНЕЦОВ Иван Семенович

Специальность 05.16.05- "Обработка металлов

давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

/

: ) / \У \

Работа выполнена в научно-исследовательской лаборатории Процессов пластической деформации и упрочнений Московского Государственного института стали и сплавов (технологического университета) и акционерной обществе "Западно-Сибирский металлургический комбинат".

Научнье руководители:

кандидат технических наук, ст.научний сстр. БРИНЗЙ В.В. доктор технических наук, профессор ВЗДАН Б.Т,

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ПОЛЗХИН В.П. кандидат технических наук, ст.научный сотр.КАРЕЛИН Ф.Р.

Ведуцее предприятие:

•акционерное общество "Кузнецкий металлургический комбинат'

лтся' 1284

Защита диссертации состоится"«.___''/гг^^кг' 1284 в______

часов на заседании специализированного совета К 053.08.02 б Косковскок Государственной институте стали и сплавов (технологической университете) по адресу: 117936,Москва,Ленинский проспект,д.4.

■ С диссертацией коено ознакомиться в библиотеке Московского Государственного института стали и сплавов (технологического университета).

Автореферат разослан ________ 1994.

Справки по телефону: 236-59-50

Ученый секретарь спецкадазнрованного совета, ал.к.

ЧНЧЕНЕВ ti.fi.

ОНШ 1АРАКТЕРИСГЛКА РАБОТЫ

Актуальность работа. В условиях рыночной экономики дая металлургических предприятий особую знэчишсть прзобретает проблема повышения качества поверхности металлопроката, тая как окаяо 6й» всох претензий потребителей связаны о дефектами поверхности. Оптимизация по качеству процесса производства прокаткой продукции обеспечивает яовшзение конкурентоспособности про аз во дикого проката а позволяет получать прибыль за счёт снижения ого себестоимости.

Проблема получения проката без поверхностных дефектов существует пра производстве практически всех видов металлопродукция и особенно пра прокатки высоких полос {слитков, блвмоа, заготовох)из сернистых сталей. Это связано о низкой пласгичностыэ сернистой стала вследствие того, что образукщиеся з процессе затвердевания металла легкоплавкие сульфида зелоза я их эвтектика располагаются преимущественно по границам кристаллитов, ослабляя связи мэяду ннкя.

В настоянное время разработаны методы исследования и расчёта условий бездефектного деформирования металла. Основу таких расчетов составляют данные о деформируемости металла в зависимости от хнмичэского состава и структуры, тешоратуры д скорости доформэ-циа, схемы напрязекного состояния и продцоторш деформирования о учетом геометрического фактора.

Однако в связи со слсяяостыэ решения многофакторной задача формирования бездефектной поверхности проката в настоящее время отсутствуот единое мнение о характере и степени влияния основных технологических факторов на качество поверхности металлопродукции. Этим положением объясняется отсутствие достаточной информации для построения математических моделей качества, позволяющих оптимизировать процесс производства проката из малопластичных сер-

цкстых сталей. Поэтоцу оптишэаахя процзсса производства бьииов л заготовок нз углеродистых сернистых сталей по качеству поверхности является актуальной задачей.

Целью •рвбптн является теоретическое обоснование к разработка аффективной тохнолопсв производства заготовок из кзлооласгэт-ных углеродистых сернистых сталей, оСаспечаваюцей высокое качество поверхности проката.

Мя достикеная цели бшш поставлены слодувдко задачи:

- проведение окспэршганталъных исследований характера к Степана шяш тахнологичестя факторов различных металлургических переделов на сэкззвтада качества поверхности заготовок;

- разработка иатодгхя иодгшфоэашщ износа яцичиых калибров валг-ов заготовочных станов;

разработка атеистических шделе!, адекватно опасывагада ьшютб гвоьатрячеоких факторов про катет на качество поверхности ввготоеок ев угяародгстых сорнжстих сталей;

- владрапие результатов исследования для совершенствования процэсоа прокатка заготовок еа обшш к заготовочных станах.

Научная новизна. Получены вовне данные о характере в степе-Е2 влияния т ехнолопгсоохех факторов различных металлургических переделов на качество поверхности заготовок из ыалооластичных сернистых сталей. Разработан зкспариигэнтально-теоретический подход к прогнозированы) неравномерности износа деформирующего инструмента приме ни г ель но к условиям прокатки высоких полос. Разработаны ыате-катические кодели качества поверхности проката из ыалопластичных сернистых стала!, позволяйте усовершенствовать технологию производства заготовок и выявить технологические резервы на этапе прокатки слитков на обжимном и заготовочном станах.

Практическая пеннооть. По результатам исследований разрабо-

хан способ прокатка слитков аз иалопластзчдмх серцзстнх стало! га блюминге 13СО, позволяют! снззагь трудозатраты на зачистку по-ворхностннх дефэхтсз заготовок, а также объё-м брака ваготозок по рванннам и тренжнаи (а.с. СССР й 1641421). Результата провэдэяяя кослодовяшя влияния гескотричаскдх фгятороэ очаг я до^ор^^атои на показатель норзияомерноста нанося .тагана калкброэ попользована для усовершенствования фор^» ящгаюг-о юлгбра взлхов клетз Л 5 КЗО 850/730/530.

реадазецэд результатов исследований. На осаовающ ксишюкс-нсго исследования ваянная технологических факторов на показатели качества заготовок на Западно-Сибирском металлургическое комбнна-то внедрена эффективна* тохнояоггя производства заготовок из углэ-родастщ сернистых стаязЗ, аклочгэдая опткмаиьные гштврваоы варыь-роваыня технологических 'Егоров в рациональный резнм обзатиЗ елдтхов на йдвиинге 1300. Внэдрошю разработанной технология позволило снизить брак заготовок по поверхностей!! дефектам на 5%, трудозатраты по зачасткэ поверхности заготовок а 1,5 раза, что обо опочило сншениз расхода иэтадла на прокат ца 11,6кг/? по сравнению о существоваллей технологией прошводегоа заготовок»

Усовершенствована конфигурация калибра клота й 5 ЕЗС 850/730/580, обэспечизгвдая:

- сикЕвнз9 неравномерности износа калибра в 3 раза;

- снижение средней величины износа в 1,9 раза;

- улучшение конфигурации боковых граней заготовок сечениеы 150х150ш за счёт сниаення их вогнутости о 1,5-1,7 до 0,0-0,1га.

Реализация разработанной технологии позволила езконошть 375 тонн металла в год. Экономический эффект в ценах 1991года составил 91908руб.

«пробзцля работы, Материалы диссертации доложены к оОсуадени: на научно-техническом совете Уашдао-СнОпрского иеталлургнческсго комбината (Новокузнецк, 1991); На Ц Иоэдгнароднои конференции "прочность п пластичность материалов в условиях внеших энергетических воздеистви;;" (:1пколаов,1»»3).

1!у блика:;;:;: ¡.о результата»: цроведешнас исследована опубликовано 3 статьи и шлученс авторское сыщехельстаи на изобретение.

Объем работы диссертация состоит из вьединмл, 4 глав и выводов, изложена на 170 страницах шиинопнсниго текста, включает 39 таблиц, оЬ иллюстраций, 12 приложений, список использованных источников включает 70 наименований.

МЕТОдИКД ТГРС^^.УГм'иц ИССЩцОВлШгИ /

Анализ литературных дашшх, 8 такке опыт производства заготовок из иалопластичных сериистих стилей на отечественных металлургических заводах показывают, что Сортирование поверхности металла происходит ка всех металлургических переделах, включающих вшлгв-ку стали к разливку её в иалпхницп, кристаллизации, нагрев и деформацию слитков на прокатных станах.

Среда факторов сталеплавильного передола решающее влияние на получение качественной поверхности слитка и прокатанной из него заготовки оказывают химический состаз стали, её раскислеыность и газонасшценность, а таюее температура и скорость разливки стали. Среди факторов прокатного передела значительное влияние на формирование поверхности заготовок оказывают нагрев металла перед прокаткой и условия деформации слитков на блюминге и непрерывно-заготовочном стане (НЗС).

При прокатка слитков на блюминге значительное влияние на качество поверхности йлшов и заготовок оказывают факторы, характеризующие режим обжатий слитков. При прокатке металла из непрерывно-заготовочном стане качество поверхности во многом определяется степенью неравномерности износа яцичшсс калибров.

В работе исследовали степень и характер влияния из качество поверхности заготовок из малоиласгичных сернистых сталей следуи-мИХ технологических факторов:

- содергэкаэ в стати углерода (¿,;*); крайняя ( марганца (Мя.^); сери < 5 ; дос^ора ; хрокз (Сг нпхелл^С меда (Сл,,^) ;мыя>яха (А.5 ,%), азота {А/ алюминия

- гомпврзтурэ выпуска металла из когшортера в кош,

( * вып.- температура металла в ковпв после продувки инертным газом ( Ь п.п., °С);

- продолжи таль но с т ь продувка металла в ковше инертным газом (Тпрод.. >тн),>

- продолжительность выдержки металла в коесв (СвздерШС1 миф

- характер струи при разливке стали в изложницы (¿'.баял);

- продолжительность наполнения излоанлци (нац0лн-,бздл);

- продолжительность выдержки состава у разливочной площади ^выд.'час->;

- температура посада слитков в колодцы блшинга (Ь Е0С> ,°С);

- продолжительность нагрева слитков в колодцах блшинга

(^нагр.>чао)!

- температура выдачи слитков из колодцев йяюминга

- степень подготовки ячейки колодцев к нагреву слитков Ш» Оалл);

- степень удаленности нагревательной ячеькн от клеш I3UJ С L ячейка);

- расход топлива при наг]ЛБо слитков' б колодцьх йлшлшга CQ. , ш:3/чьс);

- температура прокатки слитков ьа Слсм/иге

>

анализа влияний ре^^ж оСкиTiii: с-штков ни сиашиге юОи на качество поверхности заготовок па сернистых с:иле«. исно-ьзоьо-ли следуэдие фактора:

X,- среднее обкатке на гладкой Оочке валков ,uu) ;

Хх - среднее обкатив в ящичных калибрах ( ûhK ,ьм) ;

Хл- число кантовок на гладкое Сочке езлков u-) ;

максимальное отношение спршш раската к его высоте перед кантовкой при прокатке на гладкой бочке (iVH)mA* •

В диссертационной работе неравномерность износа ящичных калибров валков ИЗО исследовали в зависимости от геометрических факторов очага деформации, в качестве которых использовали;

- среднее по ширине раската относительное обнахие (£ );

- относительную ширину полосы ( 'àj h0 ) ;

- интенсивность действия стенок калибра ыа полосу в конкретном проходе { )j

- степень стеснения (Во < hj. ) или заземления (Во> Вр- ) полосы в калибре ( ) ;

' х , Âhlf

- степень охвата полосы стенкаш! калибра ( —j^— );

- интенсивность воздействия ыа полосу прогиба дна калибра

( //А.);

- степень искажения угловых зон раската при прокатке в калибре ( А, ) ;

- степень исходного искажения вертикальных (Соковых) граней

полосы ( й Д / );

- степень исходного искажения контактных (горизонтальных) гранеЗ полосы ( А^/З, );

где: Во, Не - исходная ширина н высота заготовки к данному проходу;

Д? ,Вр ~ шриыз ящичного калибра по дну я разъему; - глубина вреза ручья з бочку валка; f - стрела прогиба дна ящичного калибра; ¿у. - радаус закругления дна яичного калибра; аД - выпуклость (вогнутость) вертикальных (боковых) граней полосы;

4/г - выпуклость.(вогнутость) горизонтальных (контактных) граней полосы.

Исследование влияния технологических факторов на качество поверхности заготовок проводили с помощью статистического анализа. Непосредственное применение стандартных процедур нногомерного анализа для решения рассматриваемой задача затруднено« так гак исходная экспериментальная информация, характеризующая значения технологических факторов процесса, является существенно закорре-лированной. С учетом этого необходимо использовать такие отатио-тичесяие процедуры и способы графического представления промежуточных и конечных результатов, поэтапная реализация которых в максимальной степени способствует достижению независимых оценок влияния факторов на показатели качеотва.

Кроне того, нормальный закон распределения технологических факторов приводит к точу, что, в основном, массив их значений расположен в середина интервалов или приближается к среднеарифметическим значениям. Это обеспечивает высокую точность прогноза по уравнениям регрессии в середине интервала а низкую точность по

краям интервала факторов.

Учитывая отмеченные вша недостатки стандартного статистического анализа, в диссертационной работе использовали штоддку,

разработанную в научно-исследовательской лаборатории '¿¿¿¿¿и Ц^ииО,

вкшчаадую поэтапное выполнение следующих процедур:

1. 1 у одическое представление исходных данных в координатах ''Пскова таль кьчесгва-'-рактор" и анализ тенденции из^еньнил значение показат&ля качества, в частности количество экстремумов.

2. Выбор аналитического представления функции отклика в вида полинома общего вида, степень котором определяется характером изменения исходных данных.

3. Определение возможной закоррелировзныссти линейных к смешанных членов полином к отсев из кагдо£ пары эакоррелированных членов, исходя из физического смысла одного из них.

*

4. Определение наиболее значимо влияющих на пункцию отклика йленов ссшшомэ ва основе использования метода случайного баланса и окончательна выбор структуры полинома.

5. Аппроксииццдя данных с использованием могода наименьших квадратов и анализ точности аппроксимации.

6. Проверка соответствия физическому смыслу аппроксимированных величин показателя качества дяя всех возшхных граничных сочетаний значений факторов на концах интервалов их варьирования с перебором значении факторов по полному Факхорноцу плану.

7. Дополнение исходного массива данных "фиктивными" предельными значениями функции отклика для тех сочетаний факторов, которым соответствовали результаты аппроксимации, по величине не удов-летворяодие физическоцу смыслу.

8. Аппроксимация дополненного массива данных методом взвешенных наименьших квадратов с. предварительным дифференцированным, в

зависимости от использования реального ила фиктивного значанал функции отклида, шборон значимости а анализ точности апдроксииэ-ции.

Э. Повторение при получения ноадокватцой модели всей изложенной

послодовательности этапов или её часта. IQ. Анализ полученных зависимостей с использованием графического . их представления в вида двумерных полез.

Исследование влияния на качество поверхности заготовок геометрических факторов, характеризующих рехим обжатии слатков на блюминга 1.300, проводилось методом отставного планируемого промышленного эксперимента.

Проведено исследование влияния геометрических 'факторов очага деформации на неравномерность износа ящичного калибра. С этой целью выбран показатель износа, который использован в эксперименте и который достоверно характеризует неравномерность износа калибра.

3 качестве показателя неравномерности износа язриного калибра предложено использовать величину, характеризующую неравнсмерч ность высотной деформации в попарзчноа сзчеша прокатываемой полосы, выраженную отношением сродаеквадратачеокого отклонения к средней деформации ( ¿-/¿сэ).

Правомерность такого подхода обоснована путей установления статистически значимой связи между неравномерностью износа яцзч-ных калибров H3G, выраженной через отношение средиаквадратнческо-ю отклонения к средней величине износа ( 5cf ) и неравно-

мерностью высотной деформации в этих калибра ( / ).

Неравномерность высотной деформации в поперечных сечениях • прокатываемых полос определялась графо-анатитичесюш способом с использованием информации о неравномерности распределения отно-

- и -

сительных об^ати^ по ширине деформируемого раската ). Ксследо-ъажь Елгяиия геометрически ^акторов очага ив не^&вно-

»Аьркость еысотно^ пр£ прокатке па^исы в я^гчноы калиэро

-¿-ови далось методом планируемого лзоо^зто^иого гкзьерпь&ктз ^тзйл.Х ¿¿'л. определенны предельной степени сда1Га к иисле-

расчота степени исасльэов^шш запаса пластичности поверхностных слоое слитка при прокатке на Склиринге и аз^ ьровьдани испытания опытных образцов из сернкитои стал* на кручение. Подучена температурная зависимость цьа старости исследуемо;: стык в сироком дзшпааоаз температур ох »(.¡и до^З^О0^ при средней скоро с га дэаорз^щшг 0,7еГ^, что вполне соответствует температурному к скоростная р&гнмам прокатки на ойашгных и заготовочных станах.

С целью проведения комплексного анализа степсы*: ьдияная ¿акторов различных металлургических переделов на качество поверхности бйготсвок предасхона последовательность методических этапов, учитывающая особенности рассматриваемо!! задачи:

1. формирование базового сочетания значении технологических факторов выплаакл, равливкк, нагрева слитков в проквтном цехе на основе выбора их среднеарифметически. значении в пассивном эксперименте к расчет по этим значениям факторов базовой величины показателя качества - уровня брака заготовок из сернистых стилей пс псверхностнкм дефектам.

2. Приведение результатов планируемого црои^щинного эксперп-мента по определению степени "влияния факторов реаимз обжатии слитков на блюминге к условиям, соответствующим базовому сочетанию значении технологических факторов.

3. Пересчёт результатов вычислительного эксперимента по моделированию влияния массы слитков, продолжительности транспортировки к блюмингу и тешеретурного диапазона прокатки на блюминге к

виду, обеспечивавшему их сопоставление с результатами влияния других факторов для базового их сочетания.

4. Приведение результате» пассивного эксперимента по определению, степени влияния износа калибров НЗС па качество прокатываемого металла к базовому сочетания значений технологических факторов.

5. Нормирование отьпеки относительного влияния факторов выплавки, разливки, щеец слитков, их нагрева, прокатки на (5лв;ынгз ú H3J на величину брака заготовок из сернистой стали по поверхностным дефектам.

Таким образом, представленная вша шэтодшса проведения исследования позволяет корректно определить характер и степень влияния технологически факторов различных металлургических переделов на показатели качества поверхности заготовок а на основе этого разработать элективную технологии производства заготовок из матоплас-

I

гпчных сернистых сталей, а такие выявить технологические резервы по поБыпенив качества поверхности заготовок.

Схема рззбизния поперечного сечения прокатываемой полосы на участки для определения высотных деформаций

Интервалы варьирования Акторов в планируемом эксперименте

Наименование фактора Интервалы варьирования

£ 0,0о - 0,36

£о/Лр 0,01) -

(В^г-Б^ ) / Л» 0,0^ — 0,64

(Во-В> ) / ЛР

2 п£р/ Ис - и,60

4 / А, 0,00 - 0,53

В*/ Ы 0,00 - 0,х35

Ш / И» ¡- 0,0оЗ)-0,068

й / За Ь 0,07^^,047

исследование тшодспяшаа. дооай,, сюрлгущдс

КАЧЕСТВО БШ-40В К ЗАГОТОВОК КЗ УГ^ЕРОдатЫХ ОЯШг'йОС С'Шгй

Математическое модедгрогаЕле технологических условий производства сернистых сталей позволило получить регрессионные зависимости, адекватно описывавшие елиянкв технологических (¿акторов на уровень брака заготовок из стали марки А^О.

Анализ получешшх зависимостей проводили с использованием их графического представления ь вида двумерных полей. Представление характера изменения функции в виде полей более информативно чем б виде графиков, так как наглядно представляет совместное влияние двух факторов и градиент изменения функции в люоои наиравлении.

Учитывая особенности анализируемой выборки данных, неравномерно распределенных в исследуемой области фактического пространства, исследование изменения функции отклика проводили одновременно по двум его аналитическим представлениям: по первому' (вариант

без "фиктивных" данных) достигается адекватное представление серединной зоны выделенной области факторного пространства, а по второму (вариант с "фиктивными" дзшшма)функция отклика бслоо точно отображается'на концевых участках интервалов распределения сракто-" ров.

Установлено, что варьирование содержанием углерода и марганца в стала А20 приводит к существенному изменению уровня брака заготовок по поверхностным дефектом. Еашцгапим сочетанием этих факторов с позиций. сшавюя дефекгообразованш являатоя их максимаиь-ние значения для рассматриваемой Егорки вследствие того, что с увеличением содоркання углерода сталь марки л20 становится менее склонной к образовании горячих трещин, а увеличение содержания марганца приводит к по выпоит пластичности отали, так как марганец связывает серу в тугоплавкие сульфидц марганца. При-возрастании содержания углерода снинешш брака происходит практически линейно, возрастание содержания марганца с 0,72 до О.ЭС$ такг.е обусловливает линейное изменение функция откажа. дальнейшее возрастание содернания марганца практически не изменяет уровень брака. В целом при варьировании анализируемых факторов при постоянстве на среднем уровне для данной выборки других брак меяет изменяться в 3,3 раза.

Установлено значительное увеличение объёма брака по рванинам и трещинам с повышением содержания в стали азота. При значениях других факторов, зафиксированных на среднем для исследовании уровне, увеличение содержания азота с 0,003 до 0,008^ приводит к повыиекиэ брака в 1,5 раза вследствие увеличения количества нитридов алюминия, располагающихся по границам кристаллитов и ослабляющих связи между юши. Однако за счёт повышения содержания углерода возможно нивелирование негативного влияния азота.

Таг., при содержания углородо, равны:.: 0,25-0,25*, варьирование азота не оказывает влияния на уровень брака заготовок, равного 28^3.

Анализ совместного влияния продолжительности нагрева слитков в колодцах блвминга и содержания серы в стали показывает, что с увеличением времени ногрова слитков от 8,9 до 10ч происходит некоторое снижение брака по поверхностным дафоктам вследствие повышения пластичности серкистоп стали за счёт изменения сульфидной фазы в сторону образования сульфидов марганца, дальнейшее увеличение продолжительности нагрева до 12ч не оказывает заметного влияния на качество поверхности заготовок.

Определено, что при изменении содержания алшиния в сернистой стали суцеотвуют оптимальные его значения, находящиеся в интервале 0,03-0,04^, при которых удается достичь минимизации количества поверхностных дефектов. Следует отметить, что этот интервал наблюдается дгм различных значений других факторов. В сравнении с верхними и ШШ1ПМП значениями атаминил, наблодаюидаися в выборке, оптимальный его интервал обеспечивает снижение уровня брака до 15$, что дает основание рекомендовать этот интервал содержания алюминия для использования в практике производства сернистых сталей.

Существенное влияние на качество поверхности заготовок из стачи А20 оказывают факторы разливки и кристаллизации слитков. Но— лучено, что увеличение продолжительности наполнения изло&ницы квд-ким метаемом при минимальной выдераке состава со слитками после разливки до 1,5ч практически не определяет качество поверхности металла, в то время как увеличение выдержки состава до 3-3,5ч обусловливает значительное изменение показателя качества. При этом „оптимальным является максимальная продолжительность наполнения изложницы гадким металлом, равная о-7мин. Увеличение продолжительности выдержи состава сшыает качество поверхности металла, что,

очевидао, объясняется ухудшением условий кристаллизации стали,в результате чего по границам кристаллитов дополнительно выделяются легкоплавкие сульфиды келеза и их эвтектика. В исследуемом интервале варьирования продолхителыюсти выдераки состава у разливочной площадки от 0,58ч до 3,42ч уровень брака изменяется в 2 раза.

Анализ совместного влияния на уровень брака заготовок времени наполнения пзлояневд моталла и содержания азота в стали показывает несущественное влияние первого фактора при низком содержании азота до 0,005$. При дальнейшем повышении азота в стали время наполнения изложницы нидкиы металлом значительно увеличивает своё влияние на показатель качества. При максимальном содерзашш азота в стали, равном 0,008$, и минимальной продолжительности наполнения изложницу до Змин уровень брака заготовок по рванинам и трещинам достигает 64%. Увеличение продолжительности наполнения излогшицы до 7иин в данном случае обеспечивает снижение брака до 52$ вследствие снижения вероятности образования продольных трещин на рёб- • pax и гранях слитка.

Таким образом, математическое моделирование технологических условий производства заготовок из сернистых сталей позволило установить возможность эффективного управления уровнем брака по поверхностным дефектам за счёт изменения значений технологических факторов.

В диссертационной работе представлено исследование влияния геометрических факторов 'рента ойаатий слитков при прокатке на блюминге на качество поверхности заготовок из сернистой стали. Максимальное и минимальное абсолютное зшчдтое факторов, а такхе интервалы их варьирования,"1.соответствующие зыбранноьу плану эксперимента, получали исходя из технологических условий работы бло-

цинга 1300 ЗСЬК. За показатель качества поверхности заготовок принимали трудозатрат на зачистку дефектов поверхности (Тр)(мин) и уровень брака по рванинам и трещинам (Бр){%).

В результате обработки данных планируемого промышленного эксперимента получены регрессионные зависимости, адекватно описывающие влияние•геометрических факторов режима обжатий слитков на качество поверхности металла:

Тр = 9,11-5,3112 -12,87X2X3 +22,3612 X4-I2,8IXXX4+ 3,36i3 ; (I) Бр = 7,07 + 1,94X^4-2,30Х3Х4 - 7,27Х| - 6,8Il2X4 (2)

Обозначения X^.Xg1^31X4 представлены Екше при описании методики проведения исследования.

Установлено неоднозначное влияние максимального отнопениа ширины раската к высоте перед кантовкой при прокатке на гладкой бочке (В/Н )т*х и числа кантовок К при совместном их варьировании на качество поверхности заготовок по трудозатратам на зачистку поверхностных дефектов Тр. При минимальных значениях среднего обжатия в ящичном калибре d /?« из исследуемого диапазона увеличение значений фактора (В/ И )тАХ и уменьшение значений величины К приводи к снижению-трудозатрат на зачистку поверхности металла. В противоположность этому при максимальных значениях ¿^к увеличение фактора (В/Н )тлх и уменьшение величины К увеличивают трудозатраты на зачистку поверхностных дефектов. Такое противоречие объясняется сложным совместным воздействием факторов (U/H )т„и &hK на исследуемый, показатель качества, отображающейся криволинейной поверхностью отклика. В этом случае наилучшим сочетанием факторов, которое определяет минимизацию значения функции отклика при ¿ hE = 12Сш и использовании одной кантовки раската на . . гладкой бочке валков; является 1,37 и ühK = 75ш.

- la -

однако повышение д hH до ¿оыи при постоянстве ;В/Н )mtzобусловливает увеличение показателя Тр до Шьынут. лнцдогичное влияние рассмотренных двух факторов на величину трудозатрат при зачистке поверхности заготоьик проявляется и при использовании рал;ы/.а о скатив с двумя кантовкаыи сливка на гладкой бочке ьелков, но в з^ом олу-чье к«ш большая продолжительность ьье* оцил зачистки ьов«рхир^тних

ДО-фйКТиЬ НабЛЬДаС'ТСЯ Щ-й 3HJ4aHiltiX лЛд =7oi.W И (ty'tf )/»«* =

оффиктишшм дам снихеиад показателя 'io дошитой использование двух кзнтовок в сочетании с {й/Н )mKr-J.,S! и ¿hK = 7'о+сосл.

Уровень брако заготовок из сернистой стали пи поверхностным дефектам практически ни зависит от £¿ктоpu &hK при существенном влиянии среднего обжатия на гладкой бочке валков Д /); . Максимальный объем брака наблюдается при {а/И )тАХ *> i,U7b и &he =eUia. вменение показателя Ьр в зависимости от д /)5 происходит неравномерно. Наибольший эффект от увеличения й/)в отмочен в интервале абсолютных ойхатий на гладкой бочке валков от Ш до IOUmm при л = Z и = 7ома. однако при Еовыаешш сйазтии в калибре до

Sois/, наиболее эффективным ддя снижения уровня брака заготовок является варьирование обкатай на бочка в интерзале значений lUù-i2iMu. ири значениях ЩД/W ±,и7о наиболее интенсив-

но уровень брам снижается при изменении сбкатий на гладкой бочке

ОТ lui ДО ikiùMli.

Следует отметить, что при выборе наилучших условии деформирования слитков на блюминге необходимо учитывать., jrro максимальные обхатия на гладкой бочке валков могут затруднить условия захвата раската валками, что приведёт к увеличению цикла прокатки, дополнительному охлаждению поверхности раската и повышению поверхностного дефектообразования в результате снижения уровня пластических ^свойств металла.

- го -

Сравнение влияния факторов, характеризующих ре^им обгзтии слитков, из уровень брака по рванинам и трещпнаьрр и трудозатраты на зачистку поверхности заготовок 1'р показывает, что первый из рассматриваемых показателей качества во многом зависит от ^актора ¿¡*,Б ы практически не зависит от ¡¿актора А к к , тогда как второй, в оодьыеи степени определяется фактором л .

гакдо образом, полученные в результате ооработки данных планируемого промышленного эксперимента ыэ;иматическио модели и) а (2) целесоооразно использовать для разработки оптимального реыпма обаотин слитков на обжимном стане.

О использованием математической модели качеств^, разработанной в научно-исследовательской лаборатории ш!даУ ьиОиО,. исследовано влияние температуры выдачи слитков из колодцев блюминга, продолжительности их транспортировки до клети а такие массы слитка и схемы ого прокатки на блюминге на суммарную степень использования запаса пластичности центральной зоны боковой поверхности раска— та ( 'П ^ уровень брака заготовок по рванинам и трецинам (Ьр). Установлена статистически значимая связь между показателями ( ^ и Бр.

Проведенное исследование позволило сформулировать оптимальные по качеству поверхности условия прокатки слитков на блюминге из малопластичных сернистых сталей:

1. Температура выдачи слитков из нагревательных колодцев, определяющая температуру начала деформирования слитков на блюминге, должна быть максимальной (13Ю°С).

2. Продолжительность транспортировки слитков от нагревательных коЛодцев до клети 1300 долана быть минимальной (не более 90с).

3. Схема прокатки слитков 13x5 (13 проходов при 5 кантовках) обеспечивает более высокое качество поверхности блюмов по сравне—

!íx:d с используемой на стане схемой 13x4.

4. Снижение мяссы слитка с 12,7 тонны до ÍU,7tohhh за счет уменьшения его поперечного сечения обусловливает солее высокое качество поверхности IVOKír.TUS'ifebWIV ив.ияль.

Ь диссертационной 1-оОото преда гаьл&но математические МОД6ЛИ-¡.ованао износа ручьев мучных к^пгбрсв, в.результате которого ло-лучеаа регрессионная зиьисиг-юсть* адекватно ошюывйыомя влияние геометрических факторов очага деформации на показатель неравномернее ¿и износа ка.-.иброь {,0 \ 6) ):

обозначение факторов представлено в-лие п^а описании методики проведения исследования.

определено, чти наибольшее шший на неравномерность износа калибра оказывает величава относительного радиуса закругления деа калиopa ( • С уменьшением фактора (, £¿/¡7,) с U,13b до U,Ub

величина пункции ¿ ( б ) уменьшается в 1,39-1,44 раза, лри этом снижонио значения фактора, характеризующего степень охьата полосы стенкаш калибра i'¿ hfpj /),), позволяет уменьшить величину ¿ \0) незначительно (a i,'l!4-i,üb раза). Совместное варьирование акторов ( ¡i (Во—ii^ ) / h, (фактор, характеризующий степень

стеснения или защеыленил паюсы в калибре) обеспечивает сниаениэ величины ¿з ( 5 ) в 1,33-1,38 раза при уменьшении фактора ( /Д,) с и,135 до U,из. При этом снижение величины фактора (bo-3f )/h, с U,UI6 до (-U.U5) дозволяет уменьшить "функцию ) всего лишь

ь 1,00-1,13 раза.

Совместное варьирование факторов ( üj/h,) и (Вр-Ва- )/h0 показе работа выполнена с участием Г.К.Тютошева.

-•¿г -

зивает, что при снижении фзктора (с 0,135 до 0,08 значение (функции ¿> (£) уменьшается в 1,38-1,41 раза. При этом изменение фактора (Вр - В^ )/ А« в диапазоне от 0,05 до 0,15 практически не оказывает влияние на величину фуикцш & (& ).

Существенное влияние на неравномерность износа калибра оказывает величина относительной стрелы прогиба дно калибра Совместное варьирование факторов //А» и (Ъо-В^ )/И, показывает, что уменьшение величины Ь, с 0,03 до 0 приводит к снижению исследуемой функции в 1,21-1,;^3 раза. Снижение величины фактора (Во-В^-)/Ав с о,01 о до (—0,иэ) обеспечивает уменьшение значении функции (£) в 1,09-1,12 раза.

При совместном варьировании ^акторов ■//А0и ¿\~Мр1 А# уменьле-ние величины ^/¡¡е с 0,03 до 0 обеспечивает снижение функции о (С ) в 1,16-1,21 раза. При этом влияние фактора 2

А*/А, на рассматривав цую функцию незначительно.

Совместное варьирование факторов ^/Ав а (Вр-В^. )/А*(фактор, характеризующий интенсивность действия стенок калибра на полосу) обеспечивает снижение функции ) в 1,19 раза при уменьшении

величины //А0 о 0,03 до 0, тогда как увеличение фактора (Вр —В^ )/ А« с 0,05 до 0,15 позволяет уменьшить величину функции незначительно в 1,04 раза.

Установлена статистически значимая связь между степенью износа ящичного калибра и уровнем брака заготовок по поверхностным дефектам. Анализ влияния геометрических факторов очага деформации на показатель неравномерности износа ящичного калибра по клетям непрерывно-заготовочного стана показал, что наиболее существенное влияние проявляется при прокатке полосы в клети и 5.

Определено, что с повышением степени износа калибра клети И 5 КЗС 850/730/580 объём брака заготовок из сернистых сталей

по поверхностным дефектам возрастает, ¿»то объясняется неравномерней выработкой калибра, способствующей формировании и развития поверхностных дефектов на прокатываемой полого.

Анализ калибровки валков ЬЬС по показаге.^д: ка-

чества поверхности зз1'1>7«в»/К из оернисгол стали паи, проведенньа. с использованием кагомзтичисках моделей качества, раэрабо'!анных в научно-исоледова гель скок л.^оора гории иЦццУ »¡»¡-.ио, дозволил оценить эффективность суаиствую^е;: калибровки, определить пути ее совершенствования и проверить оптимальность температурных условии прокатки на стане.

Определено, что улучшение кзчества поверхности прокатываемых на непрерывно-заготовочном стане заготовок из сернистых сталей возможно как за счёт направленного варьирования ко]1фигурациеи ящичных калибров черновой группы клетей, так и путем повышения температуры начала прокатки блюмов (не ниже Ю7и°С).

*;спользуемы2 в раоото методический подход обеспечил проведение комплексного, анализа-влияния технологических факторов различных металлургичоских переделов на уровень брака заготовок по поверхностным дефектам.

определено, что доля влияния факторов выплавки составляет лд*, разливки - '¿1%, факторов нагрева и температурных условии прокатки - 17*, геометрических факторов режима обжатии слитка на блюминге - 12А, износа ядпчных калибров валков 113С -

Таким образом, проведенное комплексное исследование технологических условий, формирующих качество блюмов и заготовок из углеродистых сернистых сталей, выявило наличие существенных резервов для улучшения качества поверхности проката.

РАЗРАБОТКА И ВНКдРхКИЕ Э&МлТЖКЛ ТЫШСШЯМ ЦРО^ОиСТВл ЙлГОХОВОК № УГЛг.РОл^СГид С£РШ1С'1КХ ОТллгл В УСлОЬ'/Ш. ЗШлд

Математическое моделирование технологических условий производства заготовок из сернистых сталей позволило определить возможность управления показателем качества поверхности заготовок. В результате исследования установлены факторы, оказыванию существенное влияние нормирование качестьи поверхности заготовок, определен оптимальные значения технологических ^акторов стали -плавильного передела и параметров нагрева слитков, обеспечивающие минимизацию уровня Срака заготовок по поверхностным до^ек»ам типа трещин и рванин.

Исследование влияния геометрических ¡¿¡акторов режима оожатин слитков на качество поверхности заготовок с использованием математических моделей, а также посредством анализа изменения показателя качества в виде двумерных полей позволило определить их оптимальные значения. Кроме того, установление закономерностей формоизменения металла при прокатке на блюминге позволило выявить наиболее благоприятные с точки зрения качества поверхности проката условия деформирования слитков и обобщить результаты на условия работы блюмингов различных типов (а.с. СССР И 1644421).

Ва основе этого разработан оптимальный ражим обжатий слитков из сернистых сталей на блюминге 1300 ЗСЖ. Сравнительные расчёты значений показателя качества поверхности заготовок для действующего и предлагаемого режимов обжатий показывают, что в первом случае уровень брака составил 4,84$, трудозатраты на зачистку дефектов поверхности - 7,34мин, а во втором случае уровень брака равен 2,06%, трудозатраты - 1,13мин. Причины снижения дефектооб-разования вытекают из сравнения предлагаемого и действующего ре-

- '¿о -

&шов ойхатиП, которое показывает, что для предлагаемого разима удается уменьшить на ьиш суммарное оОхатие по одной стороне слитка цри прокатко на гладкой Оочке валков, снизить отношение ширины раската к его высоте с 1,74 до 1,5з при передаче с гладкой Оочкк в первый ящичный калибр, увеличат число кантовок до 'л-х и, следовательно, дополнительны оошвптъ Оокоьые Гу-ип раската, снизить на зомм суммарное оСи.атпе ка нтовками в первом ящичном кили Ори

и умелы^пгъ на с прокатки ь з.о;-. ото ¡»рп^зи—

дат к иоьшшшш устойчивости раската в начале его прокатки в ящичном калибре, снижении вероятности переполнения калибра и соответственно снижении вероятности образования закатов на поверхности раскатов, уменьшении интенсивности износа первого ящичного калибра. Б итоге все перечисленные мероприятия обусловливает улучшение качества заготовок.

Опыгно-промшиенное опробование разработанного режима обзатии слитков в обашшюм цехе ^СЙл подтвердило его эффективность по сравнении с существующим. Трудозатраты на зачистку поверхности заготовок снижаются в 1,о раза, число заготовок с дефектами поверхности умоньиается в 1,3 раза, объем брака по поверхностным дефектам тила. рванин и трещин сокращается на

¿¿олокирование процесса износа ручьёв ящичных ка/шоров клетей непрерывно-заготовочного стана ЗОЛл, а такае проведение дромышшн-ного эксперимента по анализу процесса износа этих калибров позволили оптимизировать конфигурацию калибра клети № 5 за счёт изменения факторов, характеризующих локальные особенности пластического течения металла, а именно: радиуса закругления и стрелы прогиба дна ящичного калибра.

Опытно-промышленное опробование показало эффективность использования калибра оптимальной конфигурации. Установлено, что по срав-

!

ноша с существующим калибром использование предлагаемого обеспечивает:

- снижение неравномерности износа калибра в 3 раза;

- уменьшение средней величины износа в раза;

- улучшение конфигурации боковых граней заготовок сечением 1Ь0х1ьимм за счет снижения их вогнутости с 1,6-1,7 ДР 0-и,1мм

Внедрение на ЗОЬл разработанной технологии производства заготовок из малопластичных сернистых сталей обеспечило снимание расхода металла на прокат на и.ькг/т, что позволю сэкономить 375тонн металла. Фактический экономический э^ект составил Э1908руб. в ценах аУУх года.

[ Г. К 1

1. На основе проведения экспериментальных исследований получены данные о характере и степени влияния основных технологических факторов выхшавки, разливки, условий нагрева и прокатки слитков на качество поверхности заготовок. Определены оптимальные значения технологических факторов, обеспечивающие минимизацию величины бра-кэ по рванинам и трещинам.

2. Анализ степени относительного влияния технологических факторов различных металлургических переделов на уровень брака заготовок по поверхностным дефектам типа трещин и рванин показывает, что доля влияния факторов выплавки составляет 38$, факторов разливки - 21%, факторов нагрева и температурных условий прокатки- 17%, геометрических факторов рехима обжатий слитков на блюминге - 12%, факторов износа ящичных калибров валков непрерывно-заготовочного стана - 1255.

3. Подучены математические модели качества поверхности прока-

- ¿'} -

го из малопластичных с ерше тих сталей, позволяющие усовершенствовать технологию производства заготовок и выявить технологически« резервы на этапе прокатки слитков ни обжимюм ¡; заготовочном стенах.

ч. г¿арабст-л! способ ¡¡¡д^к^..-си слитков «из малопластичных сернистых на бльмлнго иии, мьзво&ШчШ снизить трудозатраты на зачистку поверхностных дидокшв заготовок в х,о рази, число заготовок с дефектами ь 1,3 раза, оОьим Оракз заготовок по рванинам и трещинам ни а,и,« (и.с.СССР .. хоччч^а).

0. предлслжина методики моделирования процессу износа ящичных калибров, позволяющая исследовать влияние совокупности геометрических факторов очага деформации на неравномерность износа калибров.

6. Усовершенствована форма ящичного калибра клети > о ИЗО бо0/'7зо/5е0, обеспечивающая снижение неравномерности износа в

3 раза, скихенио сродной ветчины износа в 1,9 раза и улучшение конфигурации боковых гране;: заготовок сечением ХоихюОмм за счёт снижения их вогнутости с 1,0-1,7 до 0,1X1,1мм.

7. Результаты комплексного исследования по оптимизации процесса производства блюмов и заготовок из углеродистых сернистых сталей внедрены в производство, что обеспечило снижение расхода метчлла на прокат на Ц,окг/т, в результате чего сэкономлено 375 тонн металла, сконошчоекпи эффект в ценах 1991 года составил а19изрублей.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. л.С. 16444^1 /СССР/. Способ прокатки слитков из углеродистых сернистых сталей на обжимном стане. / Ь.В.Ьринза,

В.Т^адак, И.С.Кузнецов и др. - Не публикуется.

2. Исследование влияния геометрических факторов прокатки слитков на блюминге 1300 на вероятность разруления их поверхности. /И.С.Кузнецов,Б.В.Брикза.Ь.Ы.Голубев // прочность и пластичность материалов в условиях внешних энергетических воздействии:

U йелдународная конференция.-Сб.тезисов докладов.иовокузнецк.С^;, J.993,c.i35.

3. ¿¡сслодование влияния основных технологических (¿акторов вышивки, разливки, условии нагрева слитков на качество поверхности заготовок / В.В.Бринза,)!.С.Кузнецов,В.¡¿.Голубев // точность и пластичность материалов в условиях внешних энергетических воздействий: И1 цеадународная конференция. - Сб.тезисов докладов. Новокуз нецк,СМИ,1993,с. 13 4.

4. Бринза В.В. ,х.адан В,Т.,Кузнецов Л.С. моделирование условий формирования качества прокатываемой сернистой стали. // Изв. вуз. Черная металлургия, 1994.- И 9.

лот а/о зснк £00