автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка и освоение ресурсосберегающих технологий производства сортового проката в условиях енакиевского металлургического завода

д?»

■-та

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ .ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

с--

На правах рукописи

ЕМЧЕНКО ЮРИЙ БОРИСОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВОГО ПРОКАТА В УСЛОВИЯХ ЕНАКИЕВСКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЗАВОДА

Специальность 05.03.05 - "Процессы и машины обработки

давлением"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДОНЕЦК - 1996

£

Диссертация является рукописью Работа выполнена в акционерном обществе открытого типа "Енакиевский металлургический завод"

Научный руководитель - заслуженный деятель науки Украины.

доктор технических наук, профессор А. А. МИНАЕВ

Официальные оппоненты:

- заслуженный деятель науки Украины.

доктор технических наук, профессор Ф. Е. Долженков,

- кандидат технических наук А. А.Горбанев

Ведущая организация - Макеевский металлургический комбинат

им. С. М.Кирова

Защита состоится 22 февраля 1996 года в 12 часов в аудитории 5.353 на заседании специализированного совета Д 06.04.03 в Донецком Государственном техническом университете (340000, г.Донецк, ул. Артема. 58). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке технического университета.

Автореферет разослан 8 января 1996 г.

Отзывы на автореферат просим направлять в адрес университета.

Ученый секретарь специализирован совета Д 06.04.03. д.т.н.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Устойчивая тенденция повышения цен на топли-зо и сырые материалы, разрыв традиционных связей между поставщиками-л потребителями, выход металлургических предприятий со своей продук'ци-эй на мировой рынок продиктовали направления совершенствования произ-зодства в сторону максимального ресурсосбережения и повышения качества. а следовательно, конкурентоспособности выпускаемой продукции.

Уровень затрат материалов и энергии на производство металлопро-зукции определяется качеством применяемых технологических процессов I эффективностью оборудования.' их реализующего.

Поэтому разработка новых и совершенствование действующих технологических схем производства сортового проката, методик расчета и мате-гатических моделей описания процесса формирования потребительских :войств раската в потоке сортового стана, является актуальной задачей [ представляет научный и практический интерес.

Целью работы* является снижение расходов металла и топлива за :чет разработки и освоения ресурсосберегающих технологий производства [роката в условиях сортовых станов акционерного общества "Енакиевский [еталлургический завод" (ОАО "ЕМЗ") путем комплексного исследования и овершенствования температурных режимов прокатки и охлаждения, а также азработка технологических методов и оборудования для реализации новых ехнологических схем.

Методы исследования. Теоретическое моделирование температурных роцессов в раскате на различных этапах прокатки и охлаждения выполне-о автором на основе численного решения уравнения теплопроводности, ри выполнении промышленных исследований широко применялись методы ма-ематического планирования эксперимента и статистической обработки

. £

' При выполнении диссертационной работы автор использовал научные онсультации к.т.н. Бердичевского Ю.Е.

данных.

Объекты исследования - сортовые станы 250, 280, 360 и 550 С "ЕМЗ".

Научная новизна. На основе подученных.экспериментально-статист ческих зависимостей, описывающих механизм формирования механическ свойств-и прямолинейности сортового раската, разработаны новые техн логические схемы производства проката с повышенным комплексом служе ных характеристик.

Разработана математическая модель расчета температурного состо ния сортового раската, позволяющая с учетом переменных теплофизическ параметров металла определять распределение температур в сечении ра катов любой произвольной формы как в очаге, так и вне очага деформац при заданном законе изменения интенсивности теплообмена по перимет изделия.

Предложена математическая модель и методика оценки эффективное технологических схем производства сортового проката, позволяющая критерию прибыли осуществить выбор рациональной схемы ТМО и выдать р комендации по формированию оптимального портфеля заказов цеха или а регата.

Разработана новая классификация устройств для ускоренного охла: дения сортового проката на основе признаков конструктивного исполу ния.

Практическая значимость. Работа выполнена в соответствии с план; ми реконструкции и. модернизации сортовых станов ОАО "ЕМЗ".

Разработаны; технология термического упрочнения в потоке мелю со~ртного_етана арматурной стали класса Ат-Шс в бунтах. ТМО с перлита превращением среднесортных профилей простой формы; термическая прав] с термическим, упрочнением, угловых профилей, двухстадийная контролиру« мая прокатка с элементами термоправки крупносортных фасонных профил< й созданы устройства для реализации температурных условий произведет!

сортового проката различных категорий качества, обеспечивающие экономию ресурсов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- комплекс новых технологических схем ТМО сортового, проката:

- математическая модель расчета температурного состояния сортового раската в технологическом потоке прокатного стана;

- обобщенная методика анализа и расчета технологических параметров сортовой прокатки:

- методика оценки эффективности технологических схем сортовой прокатки по критерию прибыли;

- классификация и конструкции устройств для охлаждения мелко-, средне- и крупносортного проката в потоке стана:

- результаты освоения работы. 'обеспечивающие экономию ресурсов при производстве проката на станах 250. 280, 360 и 550 ОАО "ЕМЗ".

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы ОАО "ЕМЗ" при;

- совершенствовании температурных режимов производства арматурных трофилей классов A-I. А-П, А-Ш (ГОСТ 5781-82) на станах 250 и 280;

- освоении технологии производства арматурных профилей класса \т-Шс (ГОСТ 10884-81) со смоткой в бунт на стане 250;

- совершенствовании температурных режимов последеформационного )хлаждения угловых профилей по технологии термической правки с терми-геским упрочнением на стане 360;

- разработке технологии производства полосовых профилей сортамен-'а стана 360 по ТУ 14-2-767-88 "Полоса стальная горячекатаная улучшен-юго качества^ _

- разработке проекта модернизации стана 280. предусматривающем ¡недрение участка последеформационного ускоренного охлаждения:

- совершенствовании технологии и разработке проекта модернизации тана 550. предусматривающем внедрение участков меж- и последеформаци-

онного охлаждения при производстве полособульбовых профилей категор А-32...Е-32 (ГОСТ 5521-86) для судостроения.

Освоение разработанных технологических схем. способов и устройс в условиях Енакиевского металлургического завода позволило осуществи экономию 34,7 тыс.тонн металла. Долевой эффект автора, полученный счет экономии металла, топлива, надбавок к цене и приплат определен уровне 15%, что составило 2625 тыс. рублей в период с 1985 по 1991 г и 20050 млн. карбованцев в 1992 - 1995 гг.

Апробация работы. Материалы работы доложены и обсуждены в пери с 1988 по 1995 год на: XI научно-технической конференции "Повышен качества металлопроката путем термической и термомеханической обрабо ки" г.Днепропетровск; республиканском семинаре "Проблемы повышения к чества проката и новые процессы в его производстве" г.Донецк; респу ликанском семинаре "Повышение эффективности производства и снижен; расхода материальных ресурсов при производстве проката" г.Киев; об' единенном научно-техническом семинаре кафедры "Обработка металлов да] лением" Донецкого Государственного технического университета и прока' ных отделов ДонНИИЧерМет; научно-технических семинарах ОАО "ЕМЗ".

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в одной нау ной монографии. 5 статьях в,научно-технических сборниках. 5 авторсю свидетельствах на изобретения.

Структура и объем, диссертации. Диссертационная работа изложена 1 145 страницах- машинописного текста и состоит из введения. 6 глав, з; ключения,- списка использованной: литературы из 135 наименований, соде] жит 66 рисунков. 32 таблицы-. 4 приложения. —

■ Личный вклад автора состоит в постановке, проведении, анали: данных всех представленных в работе экспериментов, разработке методи! расчета температурного состояния раската, разработке классификации принципов конструирования устройств для охлаждения проката, создан! обобщенной, методики расчета технологических параметров сортовой пр<

катки и методики оценки эффективности технологии по критерию прибыли. Публикации описывают результаты исследований, выполненных при непосредственном участии автора.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проблема экономии сортового проката традиционно решается путем упрочняющей термической обработки, теоретические основы которой зало-кены в работах академика К.Ф.Стародубова и получили дальнейшее развитие в трудах М.Л.Бернштейна, И.Г.Узлова, И.Е.Долженкова, А.А.Баранова. к. А. Минаева, В. Т.Жадана и ряда других ученых.

Параллельно с этим под руководством А. П. Грудева. Ф. Е. Долженкова,. З.М.Клименко. Д.И. Старченко. Б.М.Илюковича. В.И.Коковихина и др. ве-гсись научно-исследовательские работы, направленные на решение задач ресурсосбережения на различных этапах прокатного передела.

Подходя к проблеме экономии ресурсов в прокатном производстве как ; позиции увеличения и последующего рационального использования действительной прочности проката, так и с позиции уменьшения затрат на Производство готовой продукции следует отметить, что наиболее эффек-'ивным путем решения обеих этих задач является регламентация темпера--урно-деформационнных параметров процесса, получившая название термо-[еханической обработки (ТМО).

Современными направлениями развития ТМО следует считать расшире-:ие использования технологии при- производстве наиболее массового конс-рукционного проката, в том числе арматурных профилей в бунтах и раз-¡аботку новых технологических схем ТМО. в- частности, объединяющих в ебе эффекты термической правки и термического упрочнения фасонных рофилей-.

В соответствии с целью работы- поставлены и. решены, следующие зада-

и:

1. Комплексное исследование технологии прокатки на станах 25 280, 360 и 550 ОАО "ЕМЗ" и разработка моделей механизма формирован механических свойств и прямолинейности готового проката в зависимое от технологических параметров процесса.

2*. Теоретическое исследование температурного состояния сортово раската в очаге и вне очага деформации при ТМО.

3. Разработка методики и математической модели оценки эффективно ти технологических схем производства сортового проката по критер прибыли.

4. Разработка обобщенной методики анализа и расчета технологиче ких параметров сортовой прокатки на основе ресурсосбережения.

5. Разработка на основе новой классификации устройств для эффе тивного охлаждения арматурных, полосовых, угловых и полособульбов профилей в потоке сортовых станов ОАО "ЕМЗ".

6. Промышленное освоение разработанных технологических схем Т при производстве проката на сортовых станах ОАО "ЕМЗ".

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО СОСТОЯНИЯ РАСКАТА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПОТОКЕ СОРТОВОГО СТАНА

В качестве основного метода при решении температурной задачи бы. использовано известное численное решение дифференциального уравнен! теплопроводности методом конечных разностей. Основными требованиями модели являлись: применимость для профилей проката любой формы; уч! нестационарности процесса и изменения теплофизических параметров мат! риала в зависимости от~темпер_атуры; учет температурных эффектов дефо] мации; возможность реализации дифференцированного теплоотбора по пер] метру изделия.

Теплопроводность в металле описывали уравнением Фурье:

сИ й г 1 б г (11 1

сШрСЮ — = — Ш) — + — Ш) — . (х.у) е в С сЗт (Зх 1 (Зх J сЗу 1 (Зу -1

где б - двухмерная область с границей Г: с -теплоемкость металла. Дж/кг°С; р - плотность металла, кг/м3: X - коэффициент теплопроводности. Вт/м20С; I - температура. °С; т - временной шаг, с.

Начальные условия носят вид

Цх.у.О) = Пх.у). (2)

С учетом резко неравномерных условий теплообмена на различных этапах технологического потока были приняты граничные условия Ш-го рода в виде

(31

- X — = ат,.^ - 1;ср) . (3)

й г

где: ^р- температура среды.ЙС; а - коэффициент теплоотдачи. Вт/м20С.

С целью упрощения построения конечно-разностной схемы расчета был предложен метод /5/. позволяющий избавиться от нелинейности выражения (1) при решении задач нелинейной теплопроводности.

Учитывая, что и явная и неявная конечно-разностные схемы решения имеют свои преимущества и недостатки, представилось целесообразным учесть в модели оба способа и применять их в зависимости от условий решаемой задачи или ее этапа. При этом переход от одной схемы решения к другой в процессе машинного счета может быть выполнен достаточно просто при условии единой сетки и известных температур в узлах тела на предыдущем шаге по времени.

Неявную схему, обладающую устойчивостью решения при достаточно крупных временных шагах, использовали при моделировании условий теплообмена для этапов транспортирования раската по рольгангу и при охлаждении на холодильнике прокатного стана. На этапах ускоренного охлажде-шя и в очаге деформации была использована явная конечно=разностная ;х'ема /5/.

В связи с тем, что при решении технологических задач и разработке^ ювых схем ТМО удобнее пользоваться не температурами узловых точек, а :реднемассовой температурой всего профиля или отдельных его элементов, [редлагается полученная на основе баланса тепла зависимость вида: ■

_ , _ AT Г r tn(l)K" - tn(l)K ,

t*M = tK--0(1) -—--tcp dl . (4)

cps J L tn(l)K 1 J

L ln-

tn(l)K

где: tK. tK41 - среднемассовая температура всего профиля или его эле мента в к и к+1 моменты времени, соответственно, °С; s - площадь сече ния элемента, м2; t„ - температура металла в точке на поверхности рас ката, °С; L - периметр профиля, м; tcp - температура охлаждающей сре ды,°С.

При решении температурной задачи в очаге деформации были принят следующие допущения:

- прирост тепла пластической деформации происходит равномерно п всему объему металла;

- потери тепла через контактную поверхность определяются изменение коэффициента теплоотдачи на контакте металл-валок с учетом толщи ны слоя окалины:

- выделение тепла за счет контактных сил трения не учитывается;

- деформация аппроксимирующей координатной сетки в очаге деформаци: описывается известными в литературе аналитическими или экспери ментальными зависимостями.

Исходными данными для расчета температур на этапе деформации яв ляются: координаты и температуры всех узлов после предыдущего этапа геометрические и кинематические параметры очага деформации, свойств; материала и валков.

Последовательность расчета заключается в следующем:

а) определяют координаты узлов деформированной сетки на расчетно! шаге по длине очага деформации;

б) производят повторную прямоугольную сеточную аппроксимацию дан ного сечения деформированного раската;

в) определяют температуры узлов новой сетки по температурам и координатам узлов деформированной сетки;

- и -

г) рассчитывают температурные эффекты деформации на данном шаге.

При этом, в местах отсутствия контакта металла с валком по периметру раската коэффициент теплоотдачи соответствовал охлаждению на воздухе. Составляющую прироста температуры за счет тепла деформации определяли по одной из известных в технической литературе зависимостей с учетом используемой системы калибров.

Методика была реализована в виде программы для ПЭВМ типа ABM PC. Точность методики' в сравнении с аналитическим методом оценена на уровне 1...з%, в сравнении с приведенным в литературе лабораторным экспериментом - на уровне 5... 7%.

На основании математического моделирования выполнен анализ применимости различных схем ТМО к решению задачи формирования заданного комплекса служебных свойств проката, производимого на станах 250, 280. 360 и 550 ОАО "ЕМЗ" из углеродистых сталей обыкновенного качества и ферритно-перлитных сталей, легированных Мп. Si. Cr и N1. В качестве базы для исследований были использованы термокинетические диаграммы исследуемых сталей, с которыми совмещались графики моделируемых температурных режимов обработки. Анализ ожидаемого уровня свойств готового проката базировался на расчетном соотношении структурных составляющих.

Исходя из особенностей технологии и оборудования станов, на основе анализа решений температурной задачи и с учетом затратности схемы, рекомендованы к дальнейшему исследованию следующие технологии:

- на стане 250: двухстадийная контролируемая прокатка с окончанием деформации в интервале температур 900...950 0 С и последеформацион-ным охлаждением до 700...750 °С для получения ферритно-перлитной структуры, и более глубокое охлаждение (ниже 650 °С) для реализации эффекта термоупрочнения и получения в структуре продуктов бейнитного и мартенси,тного превращений:

- на стане 280: технология ТМО с перлитным превращением путем применения последеформационного ускоренного охлаждения до температур

700. ..750 ° С:

- на стане 360: технология прерванной ступенчатой закалки полосо вых профилей до температур 750...800 0 С и технология термического уп рочнения угловых профилей' за счет интенсификации режимов последеформа ционного охлаждения ниже 700°С:

- на стане 550: технология двухстадийной контролируемой прокатк сортовых профилей для судостроения с окончанием междеформационног подстуживания на уровне 850 °С и последеформационным охлаждением д 600...800 °С в зависимости от категории поставки.

Было учтено, что различная металлоемкость элементов фасонных про филей приводит к неравномерности распределения температур по сечению что вызывает необходимость применения регулируемого охлаждения как н этапе междеформационного, так и последеформационного охлаждения - ре жимов термоправки.

Учитывая, что' рекомендованные схемы ТМО являются сложными много факторными технологическими системами со значительным числом обратны связей, было признано целесообразным выполнить комплексное опытно-про мышленное исследование технологий с целью построения эксперименталь но-статистических моделей связи служебных характеристик проката с тех нологическими параметрами процесса.

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРОИЗВОДСТВА ПРОКАТА НА СОРТОВЫХ СТАНАХ ОАО "ЕМЗ"

Факторы; технологии, варьировавшиеся "при опытно-промышленных иссле дованиях, приведены^ в таблице 1.

Экспериментально-статистические модели механических свойств прямолинейности готового проката в зависимости от технологических па раметров -процесса, полученные в результате математической обработк результатов экспериментов, приведены в таблице 2.

Таблица 1

-!------------1-

| Фактор.' | У р о в н и варьирования

:тан| (условное обозначение)!-1-1-1-

I единицы измерения |Верхний I Нижний I Основной |Интервалы

J_I_I_I_L

250 Содержание С.% 0.37 0.29 0.33 0,04

Содержание Мп, % 1.20 0,80 1.0 0.20

Температурные:

- смотки.Т0.°С 800 700 750 50

- подстуживания, ТП,°С 1130 950 1040 90

560 Хим.состав, Сэкв.% 0.63 0,33 0.48 0.15

Геометрический фактор. Н/В 0.10 0,08 0.09 0, 01

Температурные:

- Т0/Тп (мех. свойства) 0. 73 0. 55 0. 64 0, 09

- Топ 1/Топ2 (прямол. ) 1.0 0,8 0.9 0.1

- Тов/Топ.ср (прямол.) 1.2 0.8 1.0 0,2

>50 Хим.состав. Сэкв,% 0.48 0.44 0,46 0.02

Температурные (свойства):

- конца прокатки, ТП,°С 1000 700 850 150

- охлажд.стенки.Тос,°С 900 600 750 150

- охлажд.полки, Т0П,°С 900 600 750 150

Температурные (прямол.): •

- подстуж. стенки. Тп с.0 С 1000 • 700 850 150

- подстуж.полки, ТПП,°С 1000 700 . 850 150

- охлажд.средняя.Тоср,0С 850 650 750 100

• здесь Н и В - толщина и ширина полки исследуемого типоразмера глового профиля, соответственно, мм: Тп и Т0- температуры окончания еждеформационного подстуживания и последеформационного охлаждения лемента профиля; из которого отбиралась проба для механических испы-аний, °С: Топ1. Топ2 и Топ.ср - температуры окончания последеформаци-нного охлаждения каждой из- полок углового профиля и средняя между нии. соответственно. Тов. - средняя температура окончания последе-ормационного охлаждения вершины, углового профиля. °С: Сэкв - химичес-ий состав исследуемой марки стали в виде углеродного эквивалента.

- 14 - Таблица :

1 1 Стан 1Профилеразмер| 1 1 Уравнение связи 1 |К ур-Н1 1

1 1 112 | 1 1 3 1 I

250

360

550

круг 8...10. N 10

уголок 50x50x4...5, 63x40x5...8

полособульб.__ NN 12. 14

бв =1139,6-1,68То-0. 87Тп+1920, 8С+525. 5Мп+

+0,001ТоТп-876,7СМп; бт = 1007.1-0,38То-0,13ТП-338,2С+558. 4Мп+

+775,67СМП+223,4Мпг; бв =2312-809СЭ кв +22588 (Н/В) -6982 (Т0 /п П) +

+1498СЭ кв 2-129830(Н/В)2 +4465(Т0/Тп)

2 .

бт =4403-1443СЭКВ-20050(Н/В)-7422(Т0/Тп)-—1190СЭ кв(Н>В)+881С,кв(Т„/Тп)-556(Н/В)X Х(Т0/Тп)+1517Сэкв2+113236(Н/В)г+4466х х(Т0/Тп)г; б=19Г(Т0 /Т„ ) -ЗЗС,кв (Т0 /Тп ) -1280(Н/В)X X(Т0/Тп)+4512(Н/В)2-50; К, =53-188(Т0 п,/Т0„2)+58 (Т0 В /Т0 „) +260СЭ к в X х(Н/В)-.37Сэкв(Тов/Топ)-183(Н/В)(Тов/Топ)н +95(Топ1/Топг)г+28(Топ1/Топг)(Тов/Топ)--13(Т0В/Т0„)2; Кг =25-86(Топ1 /Топг )+51 (Тов/Топ )-35С,квX X(Тов /10„) -94(Н/В) (Т0в /Т0п) +20СЭкв2 + +/Топ2)2; бв =1569-0.7ТП -1. 5Т0 с + (2. 8ТП2 +8.2Т0 с 2 )Х xi О"4;

бт =2071-2,0ТП -1. 4Т0С + (7. 9ТП2 +5,2ТПТ0с + +3,7Тосг)10"4; 5=0,2Тп+0, 2Т0С + (0,4ТПТ0С -1,2Т„2 -1. Зх ХТосг)10"4-160,5; КСУ.г о =0.6Т„+3.ЗТ0 п-(0.4ТП 2 +8.ЗТП Т0„ + +16.5Т0Пг) 10"4-1256; К= (2, 0Тпп + 1,9Тпс+0. 72Тоср ) 10"4 + (3,4х

ХТП п 2 -3. ?ТП п Тп с "6. 0Т„ п То с Р -0.78ТП с 2 + '

+2. 6ТПсТосР+2. ЗТоср2 ) 1(Г7-0.24.

(5)

(6)

(7)

(8) (9)

(ю:

(и: (12: (1з; (м;

(15: .(16:

Расчетные значения коэффициентов множественной корреляции уравне-мй (5)-(16) составили 0.96...0.98.

Полученные зависимости были использованы для всестороннего анализа и поиска рациональной совокупности технологических режимов обработки проката. Установлено, что для достижения нормируемого уровня меха-шческих свойств температурный режим прокатки должен предусматривать:

- для круга диаметром 8... 10 мм класса A-I температуру окончания юследеформационного охлаждения порядка 750 °С без регламентации тем-гературы конца прокатки сталей СтЗпс и СтЗсп:

- для АПП NN 8.10 классов А-П. А-Ш температуру конца прокатки ЮО...950 °С с последующим последеформационным охлаждением до 700... '50 °С, что позволяет исключить селекцию плавок по содержанию основных [егирующих элементов в сталях Ст5пс и 35ГС:

- для АПП N 8 класса Ат-Шс последеформационное ускоренное охлаж-;ение до 550. ..600 °С без снижения температуры конца прокатки стали т5пс. Данный режим может считаться альтернативным режиму с температу- . ой конца прокатки 850...900 "С и последеформационным охлаждением до 00.. .650 0 С /2/.

Технология производства угловых профилей на стане 360 предусмат-ивает последеформационное охлаждение профилей с соотношением темпера-ур по вершине и полке профиля 0.7...0.8. что с учетом соблюдения пе-епада температур между полками Топ1/Топ2 = 0.8. ..0.9 позволит компен-• ировать искривление раската, вызванное как температурными эффектами, ак и особенностями расположения механического оборудования стана.

Математическая модель в виде уравнений (12)... (16) предусматри-ает следующую последовательность расчета режимов технологии квнтроли-уемой прокатки с элементами термической правки полособульбовых профи-эй:

а. по зависимости (15) рассчитывают температурный режим- последе-эрмационного охлаждения полки (Топ). обеспечивающий получение требуе-

мого уровня ударной вязкости (KCV) изделия при равенстве температу междеформационного подстуживания полки (Тпп) условиям горячей прокат (Т„>:

б. по зависимости (16) решают задачу нахождения температуры по стуживания стенки профиля (Тпс) из условия достижения требуемой прям линейности (К), ранее заданной температуры подстуживания полки и п Т = Т •

'о ср 1 оп >

в. по (12)...(14) проверяют возможность получения требуемого к тегорией поставки уровня прочностных (бв. бт) и пластических ( свойств в стенке профиля при данных температурных режимах обработки.

В случае удовлетворения всех требований расчет заканчивают. П невыполнении одного из условий - режим обработки корректируют в стор ну снижения температуры окончания междеформационного подстуживания пункте "а" расчета и последовательность операций повторяют.

На этапе опытно-промышленных исследований установлено, что ochoi ной причиной повышения расходного коэффициента при прокатке арматур» стали на стане 250 является "бурежка" раската в трассе при уменьшеш технологических зазоров из-за накопления в них отслоившегося металл; Изучение морфологии плен и причин расслоения металла показали, что р; дефектов связан с несовершенством температурных параметров обработки конструктивных особенностей охлаждающего оборудования.

Разработаны рекомендации /3/, предусматривающие предотвращен! попадания охладителя в очаг деформации на этапах ускоренного охлажд! ния раската и охлаждения элементов оборудования стана. Комплекс ус< вершенствований позволил снизить потери металла в отходы из-за "бур« жек" на стане по причине расслоения прокатываемого металла, поднятия налипания плен на привалковую арматуру и раскат. Общая экономия мета.1 ла в среднем по сортаменту стана 250 составила 6 кг/т проката. Испол! зование новой конструкции устройств охлаждения валков повысило сто{ кость калибров на 30... 47%.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОРТОВОЙ ПРОКАТКИ

Предлагаемая методика оценки экономической эффективности /1/ предусматривает проектный расчет прибыли цеха на планируемый период при формировании портфеля заказов, включающего продукцию обыкновенного и повышенного качества, т.е. произведенную по различным технологическим схемам обработки.

На первом этапе производится анализ конъюнктуры рынка металлов и уровня текущих цен на прокат обыкновенного и повышенного качества, цен на заготовку, энергоносители, расходуемые материалы и прочее. Результатом этапа является база данных по вводимому в производство и определение интервалов возможного соотношения продукции различных групп качества.

На втором этапе на основании математических моделей типа (5) ..'. (16) проверяется техническая возможность получения на стане продукции требуемой группы качества и. определяются изменения, вносимые в технологию и связанные со статьями затрат. На основании первых двух пунктов формируются варианты портфеля заказов, подлежащие экономической оценке.

Далее на основании анализа коэффициентов трудоемкости рассчитыва-зтся фактическое время и производительность стана по каждой технологи-№Ской схеме и марко-профилеразмеру. определяются отдельные статьи и суммарная себестоимость продукции анализируемого варианта.

После определения показателей использования основных фондов, про-!зводительности труда, приведенных затрат и-стоимостной оценки экологических последствий реализации варианта заполняется карта аттестации технологического процесса /1/. являющаяся результатом расчета. Предло-сены блок-схема и алгоритм решения задачи оценки эффективности - сорто-юй прокатки.

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ ВИДОВ ОХЛАЖДАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

На основании анализа и обобщения особенностей систем охлаждеш проката, используемых на отечественных и зарубежных станах для реал! зации ТМО, предложена классификация (рис.), подразделяющая все испол: зуемые конструкции на две группы по типу подачи охладителя на повер: ность раската: струйные и камерные устройства. Последующие этапы кла< сификации базируются на элементах конструктивного исполнения, что по: волило объединить в группы по конкретному классификационному призна! практически всю совокупность известных технических решений.

- Рисунок

Оценить преимущества и недостатки каждой конструкции можно только на основании достоверных критериев, наиболее универсальным из которых может служить коэффициент теплоотдачи, однозначно связывающий теоретические положения процесса теплообмена с особенностями конкретной конструкции. В работе выполнено обобщение рекомендуемых аналитических и экспериментально-статистических зависимостей коэффициента теплоотдачи зт технологических и Конструктивных параметров процесса охлаждения. Данное обобщение позволяе.т расширить возможности использования предло-кенного математического аппарата /5/ для проектного расчета температурного состояния раската и осуществить переход от него к расходным сарактеристикам участка (расход охладителя,давление) и далее к кон-;труктивным параметрам устройства (количеству и диаметрам сопел, длине самеры охлаждения и т. д.).

С использованием данной последовательности расчетных операций )азработан комплекс охлаждающего оборудования для прокатных станов ¡50, 280. 360 и 550, позволяющих максимально использовать охлаждающую :пособность хладоагента.

Для условий мелкосортных станов 250 и 280 рекомендованы устройс-ва с камерами охлаждения сложного профиля, основанные на принципе ре-улируемой ориентации местных сужений по длине камеры за счет возврат-о-поступательного перемещения ее участков как при изменении гидроди-амических параметров потока охладителя, так и локальных геометричес-их формоизменений раската /7/.

Применительно к технологиям: термической правки с термическим уп-очнением и: контролируемой прокатки с элементами термоправки в потоке танов 360 тт. 550 разработаны конструкции камерных и комбинированных труйно-камерных устройств, реализующих принцип дифференцированного хлаждения. фасонных профилей по элементам как за счет регулируемого еплоотбора струями, так и создания по периметру раската потоков охла-ителя различной интенсивности.

- 20 -ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.Уровень использования материало- и энергоемкости прокатнс производства определяется в первую очередь качеством применяемых те нологических процессов и эффективностью оборудования их реализующего

2.Технологии ТМО. предназначенные для производства проката с г вышенным уровнем служебных характеристик при минимальных затратах ра виваются в направлениях расширения профильного и марочного сортамен продукции и разработки новых технологических схем, в частности, л сортового проката. •

3.Анализ технологического обеспечения сортовых станов ОАО "ЕМ показал, что основной причиной низкого уровня служебных свойств выпу каемой продукции и вьЛокого расходного коэффициента металла являет несовершенство температурных режимов обработки на этапах нагрева, пр катки и охлаждения в технологическом потоке и способов подачи охлад теля на раскат.

4.С использованием математической модели численного решения дву мерной задачи теплопроводности исследовано распределение температур сечению раскатов и выполнено прогнозирование соотношения фаз в стру туре готового проката при моделировании различных схем ТМО. Исходя . особенностей технологии и оборудования рекомендованы: двухстадийн контролируемая прокатка на станах 250 и 550; технология ТМО с перлитн. превращением для профилей простой формы на станах 280 и 360. технол> гия термической правки и термического упрочнения угловых профилей i стане 360 ОАО "ЕМЗ".

5.На основании полученных в опытно-промышленных условиях экспер; - ментально-статистических моделей механических свойств усовершенствов;

ны температурные режимы обработки проката повышенных групп прочное на станах 250г 280. 360 и 550.

6.Изучен механизм и разработаны экспериментально-статистическ] модели управления остаточной прямолинейностью угловых и полособульб!

зых профилей при междеформационном и последеформационном регулируемом жлаждении. Подтверждено, что определяющим фактором прямолинейности шляется соотношение температур между менее и более металлоемкими эле-<ентами профиля на этапах чистовой прокатки и последеформационного ох-гаждения.

7.Разработана методика расчета экономической эффективности сорто-юй прокатки, позволяющая на этапе формирования портфеля заказов опре-гелить рациональное соотношение в сортаменте стана изделий, производи-щх по технологиям' различной ресурсозатратности. Методика учитывает [редварительный анализ конъюнктуры рынка и стоимостное выражение эко-югических последствий реализации варианта. Результатом расчета является карта аттестации технологического процесса.

8.Оценку эффективности устройств для ускоренного охлаждения про-.ата рекомендуется проводить на основе их классификации по конструк-ивному исполнению и тестирования в пределах группы с помощью коэффи-иента теплоотдачи.

9.Предложена обобщенная методика анализа и расчета технологичес-их параметров сортовой прокатки, позволяющая на основе аналитических экспериментально статистических моделей свойств проката и анализа емпературного состояния в потоке произвести поиск области значений ехнологии. обеспечивающих достижение технического результата при ми-имуме затрат.

10.Разработаны на уровне изобретений конструкции устройств для ре-лизации расчетных температурных режимов обработки на станах 250, 280. ВО И 550 ОАО "ЕМЗ".

11.Результаты работы использованы при освоении промышленного про-зводства АПП NN8. 10 классов: A-I. А-П. А-1111 (ГОСТ 5781-82). Ат-Шс "ОСТ 10884-81) на стане 250 IMJ12 класса А-I на стане 280; угловых эофилей по ТУ 14-1-3023-80' и полосовых по ТУ 14-2-767-88 на стане 30; полособульбовых профилей категорий А. В. А-32. Д-.32 (ГОСТ

5521-86) на стане 550.

Экономия металла за счет реализации мероприятий диссертационн работы в 1985-1995 гг. составила 34,7 тыс. тонн. Долевой эффект авто определен в сумме 2625 тыс. рублей в 1985-1991 гг. и 20050 млн. карб ванцев в 1992-1995 гг.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1.Стрелец А.И.. Емченко Ю.Б. Эффективность энергосберегающих те нологий в черной металлургии.-К.:"Техн1ка", 1992,- 145 с. .

2.Емченко Ю. Б. Освоение промышленного производства арматурных л риодических профилей класса Ат-Шс на стане 250 ОАО ЕМЗ /Металлургиче кая и горнорудная промышленность, 1994.- N3,- с.24-26.

3.Емченко О.Б.. Бердичевский Ю.Е. Совершенствование технолог производства проката на стане 250 ОАО "Енакиевский металлургическ зав од"/ Металл и литье Украины. 1995,- N2.- с. 21.-25.

4.Технологические схемы производства -арматуры с гарантированн общей прочностью/С.П.Ефименко. А.А.Минаев. Ю.Б.Емченко и др.// Стал 1987,- N4,- с. 55-59.

5.Минаев A.A.. Емченко Ю.Б. Решение задачи определения темпер турного состояния раската в технологическом потоке сортового стана Донецк, гос. техн. ун-т., Донецк, 1994,- 10 с.-Деп. в ГНТБ Украи 05.12.94. N2251-yK94.

6.А.с. 121918Í СССР. МНИ В21В 1/16 Способ прокатки/А.А. Минае Ю.Е.Бердичевский, Ю.Б.Емченко и др.: Донецкий политехи, ин-т.. опуб в Б.И. 1986. N__il.

7.A.c.1238821 СССР. МКИ В21В 45/04 Способ прокатки/А.А.Минае Ю.Е.Бердичевский.- Ю.Б.Емченко и др.; Донецкий политехи, ин-т., опуб в Б. И. 1986. N23.

8.А.с. 1280742 СССР. МКМ В21В 45/02 Устройство для охлаждения пр ката/ А.А.Минаев, Ю. Е. Бердичевский. Ю. Б. Емченко и-др.: Донецкий пол техн. ин-т.. опубл. в Б.И.. 1987. N 3.

- 23 -А Н О Т А Ц I Я

бмченко Ю.Б. "Розробка та впровадження ресурсозбер1гающих технологи! виробництва сортового прокату в умовах енак1евського металургШого заводу"

Дисертац1я на здобуття наукового ступеню кандидата техн1чних наук за фахом 05.03.05. - "Процеси та машини обробки тиском"

Донецький державний. техн1чний ун!верситет. Донецьк. 1996.

Захищаеться 6 наукових праць та 4 авторських св1дотства

У дисертацп дана теоретична постановка та нове рШення проблеми озробки ресурсозбер1гающих технолог1й виробництва сортового прокату а станах 250. 280, 360 та 550 6нак1бвського металург!йного заводу, ке полягае в удосконаленн! на Шдстав! теоретичних та експерименталь-их моделей температурних режим1в нагр1ву, прокатки та швидк1сного колодження розкату в потоц! стану. розробц1 узагальненно1 методики эзрахунку параметр1в технологи термомехан1чно1 обробки при умовах зсурсозберГ^ання.

* Зд1йснено промислове впровадження технолог^ терм!чного упрочнен-i арматурно! стал! у бунтах. контрольовано1 прокатки. терм1чного зм1-1ення та тёрм!чно! правки фасонних проф1л1в. наводяться дан! про [)ективн1сть цих технолог!чних схем-.

Ключов! слова: ресурсозбер!гаюча технолог1я. термомехан1чна обробка. сортова- прокатка, теплове становище, контрольована прокатка. ■ математична модель

- 24 -ABSTRACT

Emchenko Yu. B. "Development and Introduction of the resoui saving technologies, of production of ro] shapes in the conditions of Enakyevsky metal] gical plant"

Thesis for a candidate-s degree on the speciellty 05.03 "Processes and machines of treatment by pressur

Donetsk State Technical University. Donetsk. 1996.

There are defended 6 scientific works and 4 certificates of

vention.

Theoretical formulations and new decision of a problem development of the resource-saving technologies of production rolled shapes on the rolling mills 250. 280. 360 and 550 of Enakyev: metallurgical plent are given in this thesis.The essence of work is improvement of temperature conditions of heating, rolling and acce rated cooling of feed in the line of rolling mills on the basis theoretical and experimental models. The development of generali; method of calculation of tecnological parameters of thermo-mechanl< treatment under conditions of the resource-saving is carried out.

Industrial introduction of the technologies of thermal harden; of reinforcement steels in the bundles. controlled_ rolling, therr hardening and thermal dressing of -shapes Is carried out. The data al ut effislency of this technological schemes is adduced.

Формат 1/16.60x84 пл. 1. Тираж 100 экз. Множительный участок ОАСУП ОАО "ЕМЗ"