автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка и внедрение новых технологий производства листового проката из непрерывнолитых слябов и совершенствование оборудования для их осуществления

АО «НОВОЛИПЕЦКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ»

РГ6 од

2 9 МАЙ 1395 на правах рукописи

БЕЛЯНСКИЙ АНДРЕЙ ДМИТРИЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ИЗ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБОВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Специальность 05.16.05 «Обработка металлов давлением»

ДИССЕРТАЦИЯ в виде научного доклада

на соискание ученой степени доктора технических наук

Липецк 1995

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор С.П.Ефименко доктор технических наук, профессор А.М.Агеев доктор технических наук, профессор П.И.Денисов

Ведущая организация АО "Северосталь"

Защита состоится 19 июня 1995 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 064.22.02 в Липецком Государственном техническом университете, 398055, г.Липецк, ул.Московская, 30, ауд.К 458.

С диссертацией в виде научного доклада, можно ознакомится в библиотеке университета.

Диссертация в виде научного доклада разослана " /" мая 1995 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" (АО НЛМК) является крупнейшим производителем листа широкого сортамента и назначения. Технология многих видов продукции разрабатывалась и осваивалась на НЛМК. В первую очередь - технология производства листовой продукции из непрерывно литых слябов. При этом необходимо было решать проблемы определения и отработки технологии, обеспечивающей получение листа с заданным уровнем свойств, без внутренних и поверхностных дефектов, с высокой точностью размеров.

Многие проблемы решались впервые при отсутствии не только теоретических моделей для прогноза свойств или причин возникновения дефектов, но и каких-либо опытных данных, полученных в технологических ситуациях адекватных осваиваемым. Большинство вопросов необходимо было решать экспериментально в промышленных условиях. При этом методика исследований должна была обеспечивать не только получение данных для отработки и дальнейшего совершенствования технологии, но и производство товарной продукции удовлетворительного качества.

Весьма актуальными являются задачи экономии ресурсов, включая снижение энергозатрат, расхода валков, металла.

Цель и задачи исследований.

Целью являлась разработка новых технологий производства листа из непрерывно литых слябов, модернизация оборудования, средств и принципов управления технологией, обеспечивающих производство высококачественной листовой продукции широкого сортамента и экономию ресурсов.

В диссертации решены еледукщие задачи:

- разработана впервые в отечественной металлургии технология горячей прокатки непрерывно литых слябов;

- разработана технология производства листа различного назначения из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, обеспечивающая заданные уровни свойств и требования к качеству поверхности; .

- разработаны принципы технологического управления свойствами (контролируемые режимы прокатки) при производстве листа из

низколегированных сталей;

- выполнено исследование условий эксплуатации и разработаны схемы комплексной модернизации оборудования для обеспеченияновых технологий;

- выполнены исследования ресурсоемкости технологии и разработки режимов нагрева и прокатки, технологических мероприятий, обеспечивающих снижение расхода энергии, металла, валков и др. на тонну продукции.

Научная новизна.

На основании теории обработки металлов давлением, теории прокатки и смежных научных дисциплин впервые в отечественной металлургии:

- разработаны параметры температурно-скоростных режимов деформации и калибровки валков, обеспечивающие производство из непрерывно литой заготовки листа различной толщины без внутренних и поверхностных дефектов, с заданным уровнем физико-механических свойств и требований по точности геометрии;

- исследовано теоретически и экспериментально влияние воздействий на толщину полосы при непрерывной горячей прокатке и на основании анализа этого влияния сформулированы принципы и алгоритмы регулирования толщины и натяжений, обеспечивающие прокатку полос в суженном поле допусков;

- выполнены комплексные исследования нагрузок в главной линии приводов клетей в различных фазах процесса прокатки, установлены величина и причины динамических нагрузок, разработаны рациональные схемы снижения коэффициента динамичности до безопасного уровня, исключающего поломки элементов главной линии;

- изучено влияние параметров режимов контролируемой прокатки сталей на физико-механические свойства стали и нагрузки оборудования.В результате определены технологии,обеспечивающие гарантированное получение свойств стали в соответствии с ее назначением.

- выполнены широкие исследования затрат ресурсов на производство проката. В результате установлены статьи возможной экономии энергии, расхода металла и оборудования. Разработаны новые технологические схемы, схемы модернизации и докомплектации оборудования, обеспечивающие снижение расхода энергии, валков и обрези;

- на основании исследований управляемости технологии производства

стали разработаны новые принципы управления сквозной технологией производства проката от выплавки стали до отгрузки готового проката, позволяющие обеспечить высокую надежность получения заданных свойств коррекцией технологии на последующих переделах в зависимости от результатов, достигнутых на предыдущих.

Практическая ценность.

На АО НЛМК из непрерывнолитых слябов освоено производство высококачественной листовой продукции из низкоуглеродистых и низколегированных сталей широкого сортамента и назначения. Отработаны деформационно - скоростные режимы горячей прокатки и охлаждения, включая межклетьевое охлаждение и душирование раската на отводящем рольганге с целью обеспечения заданных свойств. Отработаны режимы контролируемой прокатки низколегированных сталей специального назначения. Освоено производство подката для последующей холодной прокатки тонкого листа различных категорий вытяжки, отжигаемого в колпаковых печах и агрегатах непрерывного отжига. Многие виды продукции прошли аттестацию авторитетных международных регистров. На основании систематических исследований условий службы и нагрузок оборудования стана 2000 разработаны и реализованы проекты его реконструкции, обеспечивающие снижение динамических нагрузок и существенное повышение срока службы уникальных элементов линий главного привода клетей, нажимных устройств валков. Осуществлена реконструкция оборудования отводящего рольганга и моталок, обеспечившая существенное повышение устойчивости переднего конца полосы на рольганге и скорости заправки его в моталку, что позволило поднять производительность стана.

Разработаны и внедрены системы автоматического регулирования толщины и натяжений полосы, автоматического регулирования подачи охлаждающей жидкости и смазки в клетях чистовой группы стана 2000, позволившие поднять производительность стана и точность прокатки полос по толщине.

Разработаны и внедрены принципы управления сквозной технологией производства проката, позволившие создать автоматизированную систему прогноза свойств по технологии и управления технологией с целью коррекции значений характеристик свойств в нужном направлении.

Внедрение мероприятий, защищенных авторскими свидетельствами,

позволило снизить обрезь металла, расход валков и енергоресурсов. Реализация работы.

Разработанные технологии реализованы на АО НЛМК и обеспечивают производство качественной листовой продукции из непрерывно литых слябов. Многие технологические режимы, отработанные на НЛМК, используются на других предприятиях отрасли при производстве аналогичной продукции по современным технологиям.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на "VI Международной конференции стран членов СЭВ и СФРЮ по автоматизации производственных процессов и управлению в черной металлургии" (Венгрия, Будапешт, 1979)'; на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Прогрессивные технологические процессы в производстве холоднокатаного листа" (Липецк, 1981); на "Первой национальной научно-технической конференции с международным участием на тему: Прокатка черных и цветных металлов" (НРБ, София, 1983); на конференции с международным участием "Современные достижения теории и практики тонколистовой прокатки" (Липецк, 1990); на "ТШ-й международной конференции по системному проектированию" (Англия, Ковентри, 1991); на Международной конференции "Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке"; на " X международной конференции по системному программированию" (Англия, Ковентри, 1994); на Ежегодной встрече - выставке ТМС "Минералы. Металлы. Материалы" (США, Лас Вегас, 1995). Об'ей работы.

Работа выполнена в форме научного доклада. Кроме публикаций, приведенных в конце диссертации, по теме работы опубликовано более 200 работ.

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ПОЛОСЫ ИЗ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБОВ

[1 - 13]

Задача разработки новых технологий возникла в связи с вводом в эксплуатацию в 1969 году стана 2000 горячей прокатки. С вводом стана 2000 впервые в мире начал функционировать мощный металлургический комплекс, включающий конвертерный цех, установки непрерывной разливки стали и стан 2000. Разработка технологий была

начата еще до пуска стана. Однако вследствие ограниченной точности расчетных методик предварительные теоретические прогнозы можно было рассматривать как первое, достаточно грубое приближение режимов прокатки, нагрузок оборудования и точности прокатки.

Рехиыы прокатки

На этапе освоения стана была разработана методика контроля технологии и состояния оборудования. В специальные технологические карты заносилась информация о значениях технологических и энергосиловых параметров прокатки, производились замеры толщины подката и готовой полосы. В результате обработки этих данных и диаграмм записывающих приборов получали информацию о режимах, загрузке оборудования и достигаемой точности прокатки. Анализ данных позволял определять направления коррекции настроек стана и режимов прокатки.

Для выяснения возможности оборудования стана по обеспечению оптимальных температурных режимов изучали температурный режим прокатки и смотки полос разных типоразмеров.

Было установлено, что температура раската за черновой группой (за клетью N5) колеблется в пределах 1040-1ЮО°С. Разница температур за черновой группой меаду передним и задним концами раската при прокатке толстых полос (4-12 мм) составляет 5-Ю°С, тонких (1,2-4 мм) - 15-20°С, при дальнейшем уменьшении толщины подката и увеличении длины раскатов эта разница достигает 30°С.

На промежуточном рольганге снижение температуры переднего конца толстых полос составляет примерно 30-40°С, заднего 70-90°С. Разница между температурами переднего и заднего концов для отдельной толстой полосы равна 30-50°С, для тонкой - 40-Ю0°С. Температура заднего конца раскатов перед чистовой группой при прокатке из длинных слябов на 40-50°С ниже, чем из коротких.

Температура конца прокатки толстых полос составляет 800-930°С, тонких 700-840°С (для полос толщиной 1,2 мм - 770°С; 1,5 мм - 770-780°С; 2,0 мм - 820-840°С). Разница между температурами переднего и заднего концов 15-30°С. На отводящем рольганге без душирования температура полосы снижается на 130-160°С.

Для выравнивания температуры по длине полосы впервые в отечественной практике прокатку в чистовой группе вели с ускорением после захвата переднего конца полосы моталкой. В результате этих первых исследований экспериментально была выявлена

возможность широкой вариации температурных и скоростных режимов и следующие ограничения, накладываемые оборудованием стана:

- недостаточная эффективность разбрызгивающей системы охлаждения на отводящем рольганге;

- неудовлетворительная смотка полос толщиной 10-12 мм из низколегированных сталей;

- недостаточность сведений о прокатке с разгоном стана и влиянии скоростного режима на свойства и геометрию полос.

Проведенными исследованиями установлено существенное влияние

натяжения на утяжку полосы, разноширинность по длине полосы и на

устойчивость процесса прокатки. С увеличением межклетевого

удельного натяжения утяжка полосы возрастает. Удельное натяжение

в межклетевом промежутке после выхода переднего конца полосы из

последней клети изменяли путем рассогласования скоростей вращения

валков смежных клетей от полосы к полосе на трех уровнях. С

помощью секционного тензометрического измерителя удельных

натяжений, размещенного в последнем межклетевом промежутке

чистовой группы клетей, было установлено, что средний уровень

удельного натяжения тонких полос между последними клетями равен

1,8-2,4 кгс/мм2,максимальная неравномерность удельных натяжений по

2

ширине полосы составляет ±0,45кгс/мм .

Разработаны математические модели, .позволяющие исследовать устойчивость процесса прокатки и развитие межклетевой деформации полосы при непрерывной прокатке тонких полос. С использованием этих моделей разработаны оптимальные режимы натяжения тонких полос, уменьшающие величину межклетевой утяжки полос, разноширинность по длине раската при сохранении их продольной устойчивости в чистовой группе клетей стана 2000 (см.табл.1)

Таблица 1

Оптииальные режимы натяжения полосы в чистовой груше стана 2000 горячей прокатки

Толщина полосы, мм Ширина полосы, мм Удельное натяжение полосы между тями, кгс/мм' кле-

0-7 7 — 8 8-9 9—10 10-11 11-12

1,5-2,5 <1400 0,25 0,35 0,45 0,70 1.0 1 .2

>1400 0,25 0,35 0.45 0.75 1 .2 1.4

3,0-3,5 <1400 0,25 0,35 0,45 0,60 0,8 1 ,0

> 1400 0,25 0,35 0.45 0.65 0,9 1 .2

4,0 < 1400 0 , 20 0,30 0,40 0. 50 0,70 0,8

>1400 0,20 0,30 »» 0,40 0,55 >0,80 1.0

Анализ фактической загрузки оборудования стана, выявил наличие резервов повышения производительности, при прокатке толстых, (более 4 мм) нешироких (до 1550 мм) полос. При прокатке этих типоразмеров узким местом является чистовая группа клетей, так как уровень заправочной скорости ограничен требованями по температуре конца прокатки, а темп ускорения - требованием поддержания постоянной температуры по всей длине полосы. Расчеты, выполненные на математической модели, позволили получить зависимости влияния характеристик подката на заправочную скорость и ускорение. Уменьшение толщины подката приводит к более интенсивному охлаждению на промежуточном рольганге и вследствие этого возможно повышение уровня заправочной скорости и ускорения для получения требуемой температуры конца прокатки, а увеличение его 'толщины - к снижению скорости и ускорения.

С целью вкспериментальной проверки влияния толщины подката на уровень заправочной скорости прокатали опытные партии металла по 300-500 т. В ходе эксперимента толщину подката варьировали в пределах 44-32 мм. Температуру конца прокатки поддерживали на уровне 8б0-870°С. В табл.2 приведены результаты прокатки.

Таблица 2

Влияние толщины подката на заправочную скорость

Заправочная скорость, и/мин

Толщина подката, мм 8X1250 6X1500 4X1400 7X1390 5X1450

45 226 _

40 225 260 — 298 -

38 238 273 — — —

36 250 _ 427 — 473

34 261 __ 450 331

32 273 — 470 — 501

Полученные данные показали, что скоростной режим чистовой группы весьма чувствителен к колебаниям характеристик подката, следовательно они могут быть использованы для управления производительностью стана путем перераспределения суммарной вытяжки между черновой и чистовой группами клетей. С учетом эуого были рассчитаны рациональные режимы прокатки для толстых узких полос.

Для исследования зависимости производительности стана от толщины подката провели опытно-промышленную прокатку партии метал-

ла (около 2,5 тыс.т). Заправочную скорость выбирали из условия обеспечения температуры конца прокатки на переднем конце полосы в пределах 8б0-880°С, а ускорение - из условия постоянства температуры конца прокатки по всей длине полосы.

После обработки данных получены следующие результаты:

- нагрузки в черновой группе клетей стана возросли на 8-15% и составили 70-80% от допустимых (меньшие значения для более узких полос);

- нагрузки в чистовой группе клетей снизились на 5-336;

- заправочная скорость прокатки возросла На 36-27% (большее значение для более тонкого подката);

- ускорение возросло в 2,5-2 раза;

- часовая производительность в среднем при прокатке из подката уменьшенной толщины возросла на 24-1858 (большее значение для полос меньшей ширины);

- контрольные испытания механических свойств показали, что весь металл опытных партий соответствует требованию ТУ.

В результате внедрения рациональных режимов средняя производительность при прокатке полос шириной до 1250 мм возросла на 1%, полос шириной от 1250 до 1500 мм - на 12%, полос шириной свыше 1500...1550 мм - на 8%.

Качество поверхности

Значительной проблемой является обеспечение высокого качества поверхности полос, особенно холоднокатаных. Одним из наиболее трудноустранимых и широко распространенных дефектов является вкатаная окалина. Дефект особенно

недопустим на полосах, предназначенных для весьма глубокой и особо сложной вытяжки. Кроме того, окалина, выбрасываемая из очага деформации в виде пыли, загрязняет атмосферу цеха.

Разработан способ удаления окалины на стане 2000 горячей прокатки с использованием воды низкого давления (не более 0,3-0,5 МПа): каждая предыдущая клеть является своего рода окалиноломателем для последующей клети, а разрушенная ею окалина тут• же удаляется водой, подаваемой под небольшим давлением непосредственно в зону выхода полосы из валков. Вода смывает разрушенную окалину, оказывает термомеханическое воздействие на невзломанную часть окалины, способствуя ее растрескиванию и отрыву от полосы.

Применение способа позволило уменьшить вероятность появления на поверхности полос дефекта "вкатаная окалина", сократить в 5-6 раз выброс пыли в атмосферу от прокатных клетей, улучшить режим работы рабочих валков благодаря снижению температуры их поверхности на 5-15°С.

На основе статистического материала установили связь между величиной бокового обжатия в черновой группе клетей и образованием вкатаной окалины на поверхности горячекатаных полос. Был проанализирован массив из 620 плавок (около 93000т) сталей 08Ю и 08пс, последовательно прокатанных на стане 2000 при разных температурных условиях, соответствующих дальнейшей термической, обработке в колпаковых печах и агрегате непрерывного отжига (AHO). Боковое обжатие, составлявшее 60-70 мм, приводит к значительному уменьшению металла, пораженного дефектом "вкатаная окалина", что связано с деформацией краевых частей раскатов, на которых в основном располагается этот дефект (слева и справа от косой черты - для AHO и колпаковой печи соответственно):

Боковое обжатие Количество плавок Средняя величина

im с дефектом,Ж %

0-Ю 48,2/5,7 26,5

20-30 33,3/14,8 22,6

40-50 31,2/13,9 18,6

60-70 17,6/11,5 13,8

Изучение показало влияние на количество рассматриваемого дефекта длительности кампании валков чистового окалиноломателя, перевалку которых из-за технических возможностей проводят через 7-10 сут. Результаты исследования показали, что на поверхности чистового окалиноломателя может образовываться грубый микрорельеф из-за износа и разгара.

Параметры шероховатости раската по мере прохождения им клети 5, чистового окалиноломателя ОЛ, (прокатано 125 тыс.т металла) и клети 6 стана изменялись следующим образом:

Клеть ^max,MKM Rz,mkm Ш,мкм

5 23,5 15,5 2,6 ОЛ 64,2 45,5 10,5

6 6,3 4,4 1,2

Окалина, оставшаяся во впадинах микрорельефа раската после ОЛ с сеткой разгара, закатывается в следующих клетях стана. Нижний валок ОЛ имеет более грубую поверхность, чем верхний, из-за несовершенных условий охлаждения. Этим объясняется большее количество вкатаной окалины на нижней поверхности полосы.

Исследовали зависимость вкатаной окалины от соотношения твердостей металла и окалины; влияние температурного режима нагрева металла перед прокаткой на етот дефект. Физически моделировали процесс травления окалины в ваннах непрерывного травильного агрегата (HTA). В результате проведенных исследований разработаны технологические мероприятия, обеспечивающие уменьшение дефекта "вкатаная окалина": суммарные боковые обжатия в черновой группе клетей стана устанавливаются не менее 40-50 мм, автолист первой группы отделки поверхности прокатывается в первые пять суток после перевалки валков чистового окалиноломателя, толщина раската перед чистовой группой стана в зависимости от вида термической обработки ограничивается до 38-42 мм, температура во вторых сварочных зонах методических печей снижается до 1360-1370°С, скорость в HTA уменьшается до 100 м/мин при травлении концевых частей полос. Внедрение рекомендаций при производстве автолиста на ШШК способствовало уменьшению дефекта на полосе, прошедшей обработку в AHO, с 3,2 до 1,05%.

Обеспечение свойств

Технология изготовления горячекатаных полос на широкополосных станах должна обеспечивать заданный уровень и стабильность механических характеристик проката в пределах рулона, плавки и от плавки к плавке. Качественный аспект влияния химического состава стали и режимов горячей прокатки на механические свойства проката достаточно хорошо известен. Поэтому важно было установить количественную взаимосвязь этих факторов.

Изучали механические свойства полос толщиной 8 мм из стали

СтЗсп, раскисленной алюминием, в зависимости от химического

состава и температур конца прокатки на стане 2000 (t ) и смотки

К • п •

(t ). Благодаря применению на комбинате технологии выплавки и разливки, предусматривающей коррекцию химического состава металла в сталеразливочном ковше, содержание всех елементов, кроме углерода и алюминия, находится в достаточно узких пределах. Поэтому содержание этих двух элементов также приняли в качестве факторов, определяющих механические характеристики проката.

В результате обработки экспериментальных данных получили

о

уравнения связи временного сопротивления разрыву о„(Н/мм ) и

2 ? предела текучести От(Н/мм ), а также ударной вязкости KCU (Дж/см )

при температурах испытаний ±20°С с параметрами горячей прокатки и

содержанием химических элементов в стали :

ов = 444 - 0,47(tK>Ib- 860) - 0,9(tCM - 650) +

+ 697(С - 0,18) + 386(AI - 0,027)

9,7 (t

см

650)(AI - 0,027);

(1)

ат = 278 - 0,26(tK>n_- 860)

0,9(tCM- 650) +

+ 331(С - 0,18) + 620(AI - 0,027) » x (AI - 0,027);

II(tCM- 650) x

(2)

KCU+2° = 82 - 0,09(t

к.п.

860)

+ 37,5(C - 0,18) + 630(AI

x (AI - 0,027);

0,II(tCM - 650) +

0,027) - 0,72(tCM- 650) x

(3)

KCU

-20

= 69,2 - 0,05(tK>n_- 860) - 0,I2(tCM - 650) +

+ 56,2(0 - 0,18) + 391 (А1 - 0,027) - 2,90(1;см- 650) х

х (А1 - 0,027); (4)

В соответствии с этими уравнениями,наибольший и наименьший уровни прочностных характеристик достигаются при наибольшем и наименьшем содержании углерода и алюминия в стали. Так, изменение содержания углерода в допускаемых стандартами пределах (0,14-0,22%)

о

увеличивает временное сопротивление на 56 Н/мм , а колебание

о

содержания алюминия в пределах от 0,02 до 0,05% - на 12 Н/мм .

(см.С

00

8оо s'io sso зго еоо но ш

Температура конца прокатки ,°С

SZ0

Рис. 1. Диаграмма парных значений температур конца прокатки и смотки при изменении содержания углерода и алюминия в стали СтЗсп в пределах, допускаемых стандартами (а), и при суженных пределах изменения их содержания (б):

Номер прямой

Н/мм'

С. % AI, %

I

г

з

5

б

Т

I

500 410 (250) 500 410 <10 500 (250) 0.22 О,И О.Н 0,Н 0.22 0.15 0,20 0.15 0.070 0,005 0.005 0,005 0.070 0.020 0,050 0.020

Рис. 1,а иллюстирирует использование полученных уравнений для определения необходимых сочетаний температур конца прокатки и смотки полос, при которых их прочностные характеристики попадают в регламентированные границы при содержании углерода и алюминия на верхнем и нижнем пределах. При любом сочетании содержаний этих элементов значение Ов находится на нижнем пределе, если парные значения температур конца прокатки и смотки полос попадают в область между прямыми 2 и 5, на верхнем пределе - между прямыми I и 4, а выше нижней границы по пределу текучести - под прямой 2. При выполнении требований по прочности и пластичности требования по ударной вязкости удовлетворяются автоматически.

Чтобы расширить допустимую область парных значений температур конца прокатки и смотки и реализовать их на стане 2000, при назначении плавок для изготовления проката для судостроения потребовалось ограничить допустимое изменение содержания углерода и алюминия. Это расширяло область приемлемых парных значений температур конца прокатки и смотки полос (рис. 1,6). В ней выделили заштрихованную подобласть (1: „ = 830-870°С, 1, , =

к а п. см

= 630-660 С), рекомендованную с ограничениями по химическому составу для технологии производства проката для судостроения из стали СтЗсп, раскисленной алюминием.

На массиве 230 плавок изучали влияние на механические характеристики полос неучтенных в первоначальном исследовании факторов: содержания серы Б и толщины проката Ь в зависимости от места отбора пробы (начало, середина или конец полосы). Искали коэффициенты уравнения вида:

А1 (Ь

К) + А^Б - в),

(5)

У

где у и у - текущее и среднее значения механических свойств. Толщина полосы изменялась в пределах от 4 до 8 мм при среднем значении К = 5,65 мм, а содержание серы в пределах от 0,01 до 0,03% при Б = 0,022%. Прочие коэффициенты представлены в табл.3.

Таблица 3

Влияние толщины полосы и содержания серы на механические свойства проката

Значения механических свойств Коэффициенты регрессии Коэффициент корреляции

V у для мест« отбора проб

начало полосы середина полосы конец полосы ¿1

I , Н/ммг

я , Н/мм* т

¿5. %

'+2° , Дж/смг / 20 , Дж/смг

44114

30712 30,1 ±0,7

V_

43512 30111,5 32,710,6

45813 33612 29,910,7

8012 6513

-410,05 -810,10 0,0

0,0 0,0

J

0,0 0,0 0,0

-200160 -540160

0,71 0,71

0,47 0,44

С.7,

олг

0.10

ап

0,1В

ап

1

Ш.

шт.

Ж Ж

¥М 3

ш | г' |

Рис. 2. Диаграмма селективного назначения плавок на прокатку полос разной толщины:

В ! Ю Толщина полосы, мм

11

Прямая а (а ), Н/мм2 в т ( . 'С к.п ( . 'С см А1, %

1 500 830 630 0,05

2 410 870 660 0,02

3 (250) 870 660 0,02

Выявленные закономерности изменения механических характеристик по длине полосы позволяют прогнозировать их для всей длины по результатам испытаний проб, взятых от последнего витка рулона.

Полученные данные о связи механических свойств с температурными режимами прокатки, химическим составом и толщиной полосы • дали возможность целенаправлено назначать плавки на прокатку тех или иных толщин (рис.2). В пределах, ограниченных прямыми 1-3, выделена заштрихованная область, в которой

гарантировано получение проката, отвечающего условиям поставки.

Температурные режимы прокатки металла разных марок и назначения на стане 2000 регламентируются температурами конца

прокатки Ь „ и смотки . определенными экспериментально.

К ■ п • см

Провели исследования температурно-скоростных режимов прокатки сталей СтЗсп и 09Г2С. Для определения приемлемых в условиях стана 2000 температурных режимов для сталей этого типа установили количественную взаимосвязь между механическими свойствами полос, колебаниями химического состава слябов и технологическими параметрами прокатки. Для получения уравнений связи этих параметров использовали аппарат линейного корреляционного и регрессионного анализа.

Полученные уравнения связи механических свойств с параметрами прокатки и химическим составом стали адекватны и адаптированы к промышленным условиям. Возможно применение их на аналогичных станах для прокатки рассматриваемого сортамента.

а,%

а,% 25

15

л;/.

15

НО МО ио но ш 510 6),н/мм2

5 ^^

/ / •

/у \\ \ ч

у/ \ ч

/V 1 Т ^ 1 1 1 \ ч 1

-В д

/А

- /У ^ // \ // // / 1 II 1 1 Ч 1

280 500 ЛО Ш Ш Ж 6т,Н/мм1

430 500 520 540 560 6ц,Н/ММ2 Рис. 3 Распределение (а) значений временного сопротивление

разрыву (а ) и предела текучести (а) стали СтЗсп толщинок в т

2,5 мм (а, 6) и стали 09Г2С толщиной 4 мм (в) до (штриховая

линия) и после (сплошная линия) внедрения режимов

Разработанные технологические режимы для прокатки углеродистых и низколегированных сталей внедрены в производство на стане 2000 НЛМК и обеспечили улучшение качества этой продукции (рис.3), увеличение выпуска проката с ужесточенными показателями механических свойств.

В последние годы проблема существенного улучшения штампуемости холоднокатаных листов, обрабатываемых в непрерывных агрегатах, во всех промышленно развитых странах решается путем применения 1Р-сталей , т.е. сталей без свободных атомов

внедрения ("interstitial free steels"). Эти стали отличаются ультранизким содержанием углерода (<0,01%) и регламентированным количеством сильного карбонитридообразующего элемента (Ti, Nb, V, Zr). Полное связывание атомов углерода и азота в карбиды и нитриды исключает образование цементита в структуре и свободного азота в твердом а-растворе, способствует однородности структуры и соответственно механических свойств по длине рулона, а также уменьшает склонность стали к старению и обеспечивает лучшую ее пластичность, деформационное упрочнение и благоприятную для штампуемости текстуру.

Непрерывнолитые слябы сверхнизкоуглеродистых сталей, микролегировэнных титаном и/или совместо титаном и ниобием, обрабатывали по технологическим режимам, принятым для малоуглеродистой стали типа 08Ю категории ОСВ.

В сталях, микролегированных титаном и совместно титаном и ниобием в количестве выше стехиометрических соотношений, т.е. при условии, что Ti*(Nb*)/C>1, где Ti = Ti - 3.42N - I,5S,a Nb*= Nb,

достигается комплекс пластических свойств, характерных для

р

IF-сталей: предел текучести 0Q 2 < 190 Н/мм , относительное удлинение б^ > 42%, коэффициент нормальной пластической анизотропии R > 1,7, коэффициент деформационного упрочнения п>0,2 при полном отсутствии естественного и деформационного старения.

Дальнейшее улучшение пластичности возможно при стабильном получении низких содержаний углерода и азота и прецизионном вводе микролегирующих элементов. Кроме того, требуется оптимизация режимов горячей и холодной прокатки и термической обработки на непрерывных агрегатах.

МОДЕРНИЗАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИИ. [14 - 30]

Результаты исследований режимов загрузки стана,ограничений на скорости раската в линии стана,лимитирующие скорость прокатки и производительность стана и качество полосы, выявили ряд научно-технических проблем. Для их решения были разработаны методики экспериментального исследования и сформированы цели теоретического поиска.Основными целями являлись выяснение причин раз-

рушения механических звеньев главной линии привода, нестабильности полосы на отводящем рольганге, неустойчивой работы моталок.

Снижение динамических нагрузок

Измерения зазоров, выполненные с помощью двух сельсинов, установленных на выходном валу двигателя и верхнем рабочем валке черновой клети, показали, что на холостом ходу в трансмиссии клети всегда имеется зазор, величина которого изменяется по периодическому закону с максимальным периодом, равным длительности одного оборота валка.

Для определения связи динамических нагрузок в приводе с величиной зазора в момент захвата одновременно с величиной зазора б осциллографировали крутящие моменты на валу двигателя М и упругие деформации станины клети Б. Изменение упругой деформации станины клети при захвате характеризует интенсивность нарастания момента прокатки.

Корреляционный анализ показал связь ков^фициента динамичности Кд с величинами углового зазора б и длительностью заполнения очага деформации Т. Для определения количественной связи между величинами Кд, бит была получена линейная регрессионная зависимость:

Аб Ат

К„ = 2,875 + 0,464 -- 0,474 - , (6)

д Дбмах Атмах

где Дб, Ат - отклонение от средних значений величины зазора и длительности заполнения очага соответственно; Дбмах, Дтмах максимальные отклонения от средних значений.

Установлено, что величина и характер изменения угловых зазоров при холостом ходе зависят от настройки механизма уравновешивания. В процессе исследования изменяли усилие уравновешивания шпинделей, измеряя при втом зазор в приводе. На основании проведенных исследований была разработана и внедрена методика настройки пружинных уравновешивающих устройств. После ее внедрения на черновых клетях стана 2000 уменьшилось число аварийных поломок рабочих валков при захвате металла, увеличился срок службы текстолитовых вкладышей шпиндельных опор и других деталей.

Увеличение скоростей прокатки и обжатий, переход на более прочную сталь и другие факторы, характерные для современных прокатных станов, приводит к росту ударных нагрузок при захвате

металла валками. Это обстоятельство побудило к дальнейшей модернизации уравновешивания шпинделей. Теоретический анализ, выполненный на динамической многомассовой модели главной линии, учитывающей упругие и демпфирующие ее свойства и люфты, показал, что при холостом ходе зазоры появляются главным образом под влиянием неуравновешенности шпинделей. Изменения диаметра рабочих валков или изменения раствора валков (для верхнего шпинделя) нарушают настройку, из-за чего точное уравновешивание шпинделей пружинными устройствами практически невозможно.

В пружинно-гидравлических уравновешивающих устройствах опора пружин может перемещаться с помощью гидроцилиндра. В установившемся состоянии суммарная сила упругости сжатых пружин постоянна. Однако из-за того, что втот же гидроцилиндр служит и для манипуляции со шпинделем при ремонтах и перевалках, параметры существующих устройств таковы, что шпиндель постоянно переуравновешен силой, превышающей его массу в 1,2-1,4 раза. Это приводит к существенному раскрытию зазоров перед захватом металла валками.

В существующую конструкцию между рабочим гидроцилиндром и золотниковым распределителем ввели отрицательную обратную связь, в которой в качестве датчика давления и исполнительного органа использовали вспомогательный гидроцилиндр с грузом. Точное уравновешивание шпинделей позволило уменьшить количество поломок рабочих валков, сократить текущие простои стана и увеличить межремонтный период валковых муфт и вкладышей шпинделей.

Для интенсификации процесса прокатки полосы в чистовой группе и улучшения качества тонких полос был разработан скоростной режим заправки, заключающийся в том, что заправку раската в первые клети ведут на повышенных по сравнению с обычными скоростях, тормозят раскат в одном из межклетевых промежутков и дальнейшую заправку и прокатку продолжают по обычной технологии. Опыт применения такого режима показал, что наряду с повышением температуры конца прокатки тонких полос и сокращением машинного времени прокатки при этом наблюдалось увеличение текущих простоев стана из-за аварийных поломок рабочих валков первых клетей вследствие роста динамических нагрузок при захвате металла на повышенных скоростях. Эти поломки не были случайными, так как допустимая величина заправочной скорости обычно определяется коэффициентом динамичности главных приводных линий клетей. Наряду с заправочной скоростью одним из

основных факторов, определяющих уровень динамических нагрузок, является величина зазора в линии главного привода в момент захвата.

Теоретические и экспериментальные исследования показали высокую эффективность снижения динамических нагрузок в приводе стана при предварительном уменьшении этих зазоров путем ускорения привода перед захватом металла валками. Захват металла валками в режиме разгона привода позволяет уменьшить динамические нагрузки в среднем на 17%, а заправочная скорость при этом возрастает вдвое.На основании проведенных исследований был разработан скоростной режим заправки переднего конца в чистовую группу, заключающийся в том, что металл захватывают валками первых клетей группы в режиме предварительного индивидуального разгона приводов этих клетей, а затем прокатывают полосу в этих клетях на повышенных скоростях (по сравнению с обычной заправочной) с торможением раската в одном из межклетевых промежутков. На рис.4 представлен разработанный скоростной режим прокатки.

окалиноломателем (ОЛ) и первыми двумя клетями чистовой группы (N1 и 2).

Применение предложенного скоростного режима наиболее эффективно увеличивает производительность стана при прокатке тонких полос из толстого подката за счет снижения времени заправки полосы в непрерывную группу.

Необходимость слежения за положением переднего конца полосы, обеспечение достаточной точности начала и окончания ускорения, высокая интенсивность управления потребовали разработки специальной автоматической системы, которая была создана, испытана и внедрена

Рис.4. Скоростной режим безударного захвата полосы

в промышленную эксплуатацию на стане 2000 в 1977 году.

Проведенные исследования и практика промышленной эксплуатации системы показали (см.табл.4), что температура конца прокатки тонких полос повысилась в среднем на 15-20 град,машинное время прокатки уменьшилось на 6-8 с и одновременно существенно сократилось число поломок рабочих валков первых клетей по трефу и число замен шпинделей по максимальному зазору в бронзовых вкладышах, так как при использовании системы безударного захвата увеличение зазора в шпинделе не сопровождается ростом динамических нагрузок.

Таблица 4.

Результаты исследования эффективности системы безударного захвата*

Сталь Размер полосы, ми Н„. мм Д0|. м/с Дг с 4т. град

СтЭсп 6Х1 780 36 0,2 6.1 27

СтЗсп 8X1600 36 0,35 6.4 21

СтЗсп 4X1800 36 0.3 5.0 19

СтЗсп 3X1400 34 0,65 8.6 26

СтЗсп 2,6X1280 33 0.7 7, 7 24

20сп 1,5X1260 28 0.75 6,0 17

20сп 1,4X1250 28 0,9 5,8 14

20сп 1.2X1250 26 0,9 5,4 15

* На—толщин» подката, им; До, —средне* приращена« скорости первой клетя группы; Дт —среднее сокращение машинного времени прокатки: Дт—среднее увеличение температуры конца прокатки.

Система, благодаря своей эффективности, получила распространение на других станах горячей прокатки.

Межклетевое охлаждение полосы

Одной из важнейших ■ задач совершенствования НШС является увеличение их производительности путем повышения скорости прокатки в чистовой группе клетей.Для полос толщиной до 3,0-3,5 мм начальная скорость прокатки определяется устойчивостью транспортирования переднего конца полосы по отводящему рольгангу и условиями заправки его в моталку и не превышает 10-11 м/с. После захвата полосы барабаном моталки скорость чистовой группы клетей увеличивается; при этом величина ускорения выбирается из условия поддержания постоянной по длине полосы температуры конца прокатки

о

и не превышает 0,03-0,06 м/с .

Значительно увеличить пропускную способность чистовой группы

р

клетей можно, применив ускорение в чистовой группе 0,2-0,3 м/с . Однако при прокатке с такими ускорениями резко повышается температура конца прокатки (t„ _ ) и в связи с этим изменяются механические свойства полосы. Для полос толщиной более 3-4 мм повышение скорости прокатки тоже сдерживается необходимостью вести технологический процесс в ограниченном интервале температур конца прокатки. Одним из эффективных средств управления температурой конца прокатки на НШС, обеспечивающих повышение производительности стана, является принудительное регулируемое мекклетевое охлаждение в чистовой группе клетей.

Для определения параметров установки межклетевого охлаждения и принципов регулирования температуры конца прокатки было проведено комплексное экспериментальное и теоретическое исследование температурного режима прокатки полос в чистовой группе клетей стана 2000 при прокатке с повышенными ускорениями и с повышенными заправочными скоростями.

Экспериментальные исследования показали целесообразность двух скоростных режимов прокатки в чистовой группе. Для полос толщиной до 3,0 мм передний конец необходимо прокатывать на заправочной скорости, обеспечивающей надежную транспортировку полосы по

отводящему рольгангу, а после заправки ее в моталку осуществлять

р

разгон с ускорением 0,2-0,3 м/с до максимальной скорости прокатки. Для полос толщиной свыше 3,0 мм целесообразно повысить начальную скорость и вести прокатку с ускорением, обеспечивающим постоянство температуры конца прокатки по длине полосы.

Проведенные расчеты показали, что охлаждение полос толщиной

3

свыше 3,0 мм с расходом 2000 м/ч позволяет повысить начальную скорость прокатки на íí-2,5 м/с. На основании результатов исследования и расчетов была разработана установка межклетевого охлаждения полосы для стана 2000 НЛМК и система управления ею. Система автоматического управления межклетевым охлаждением полосы включает в себя два канала управления по возмущающему воздействию (скорости прокатки): один для прокатки с повышенным темпом ускорения, другой - с увеличенной заправочной скоростью, регулятор температуры полосы по отклонению, узел адаптации передаточных коэффициентов и пять регуляторов расхода. Эксплуатация системы подтвердила правильность технических решений, заложенных при ее проектировании и откорректированных в процессе наладки.

Для определения правильности методики расчета и эффективности

охлаждения полос различного сортамента проводили специальные исследования. Полосы прокатывали с охлаждением в межклетевых промежутках с различным расходом и при различном сочетании включенных коллекторов. Воду подавали за клетями N2;3;4 и 5 чистовой группы; суммарный ее расход обычно не превышал 1200-1400 м /ч. Характерные результаты исследования прокатки тонких полос приведены в табл. 5, в которой показаны средние экспериментальные исследования скорости прокатки, расхода воды и изменения температуры при включении или отключении охлаждения для 10-15 полос каждого типоразмера. Среднее отклонение расчетных значений изменений температуры от экпериментальных составило +2% при абсолютном отклонении не превышающем ±15%.

Таблица 5.

Режимы прокатки полос различного сортамента с межклетевым охлаждением*

Сечение, мм Сталь о. м/с <?!• м'/ч Л1нп. град (%)

6X1780 10сп 6,8 • 820 43/40 (-7)

6X1810 СтЗсп 7,5 670 26/28 (+7,7)

7Х 1690 СтЗсп 6.4 820 35/32 (—8.6)

8X1050 СтЗсп 5,5 640 22/23 (+4.5)

8Х 1690 СтЗсп 5,9 1440 44/50 (+13,6)

ЮХ 1500 СтЗсп 4.1 1170 46/45 (-2,2)

• V — скорость прокатки а момент включения (отключения) охлаждения; <?£ — суммарный расход воды на охлаждение: —

сшажение (повышение) температурыХконца прок1тки;(экспериментальное/расчетное): в скобках — отклонение расчетного значения от экспериментального.

Применение межклетевого охлаждения полосы на стане 2000 позволяет повысить начальную скорость прокатки полос толщиной

более 3 мм, а прокатку полос толщиной до 3,5 мм вести с ускорением

р

при разгоне чистовой группы 0,2-0,25 м/с , что повышает среднюю скорость прокатки тонких полос.

Охлаждение и смазка валков

Валки станов горячей прокатки работают в тяжелых условиях. В них возникают рабочие напряжения от давления металла на валки и

крутящего момента, остаточные напряжения, появляющиеся в процессе их изготовления, а также термические напряжения, обусловленные тепловыми режимами их работы. Совместное их действие может привести к появлению опасных суммарных напряжений, способствующих увеличению износа, образованию трещин и поломке валков. Существенное уменьшение уровня термических напряжений может быть достигнуто в результате организации рационального режима охлаждения валков, применения технологический смазки.

Для выбора основных параметров системы охлаждения исследовали на модели температурное поле и термонапряжения в валках при различных условиях теплообмена. Тонкий слой с циклической составляющей температуры валка представили в виде бесконечной пластины толщиной Ь, на одной поверхности которой происходит конвективный теплообмен с охладителем по закону Ньютона, а на другой теплообмен отсутствует. Получили решение для относительной температуры поверхности.

На модели установили, что на температуру валка можно влиять, изменяя:

а) температуру охладителя 1; ;

б) время охлаждения Т (величину поверхности охлаждения или угол подачи охладителя);

в) Коэффициент конвективного теплообмена а.

Наиболее простым способом является изменение угла охлаждения ф. Были определены температурные поля и термонапряжения в валках при различных значениях угла охлаждения (р. Расчеты показали, что на температуру валка влияет не только угол <р, но и место расположения зоны охлаждения по окружности валка. Расчет и экспериментальные исследования показали, что щелевой коллектор, установленный со стороны выхода полосы из очага деформации, не обеспечивает в полной мере необходимый теплое'ем. Дополнительная установка форсунок на входе полосы в очаг деформации обеспечивает повышение интенсивности охлаждения. При этом угол подачи охладителя форсунками должен быть максимальным, а зона форсуночного охлаждения должна быть расположена как можно, ближе к опорному валку, где температура рабочего валка выше.

Применение комбинированного способа охлаждения валков позволило снизить интенсивность и неравномерность износа валков за счет снижения градиента температуры и растягивающих напряжений в поверхностном слое валка.

Предложен метод снижения разрушения поверхности бочек валков в виде сетки трещин разгара за счет подстуживания поверхности раската водой непосредственно на входе в очаг деформации . Применение метода в среднем в 1.6 раза снижает съем поверхностного слоя рабочих валков за одну перешлифовку.

Применение технологических смазок позволяет уменьшить уровень контактных напряжений в очаге деформации. Около 20% энергетических затрат в металлургии приходится на долю прокатных цехов. Одним из путей снижения расходов электроэнергии при прокатке является применение технологической смазки. По зарубежным данным, снижение расхода электроэнергии при горячей прокатке листа на непрерывных станах при применении технологической смазки может достигать 15%.

На стане 2000 смонтирована система, обеспечивающая подачу технологической смазки в процессе прокатки на валки первых трех клетей чистовой группы. Влияние технологической смазки на энергосиловые параметры исследовали при прокатке полос из низкоуглеродистой стали. В качестве смазки использовали минеральное масло индустриальное 45 и рапсовое, которое подавали на валки с охлаждающей водой через коллекторы или распыляли через пневматические форсунки. При этом регистрировали усилие прокатки, ток якоря электродвигателей главного привода, а также толщину и температуру металла на входе и выходе из чистовой группы клетей. Удельный расход электроэнергии в этих клетях рассчитывали по осциллографируемым и регистрируемым параметрам.

Установлено, что усилие прокатки при подаче технологической смазки уменьшается в первых трех чистовых клетях на 4% по сравнению с обычной прокаткой. При этом некоторое снижение усилия наблюдается в последующих клетях, что объясняется переносом смазки и взаимодействием внешних клетей через прокатываемую полосу. Аналогичная картина наблюдается и при анализе загрузки электродвигателей главного привода. Для непрерывной группы клетей более объективноым параметром, характеризующим эффективность влияния технологической смазки на сокращение энергетических затрат, является удельный суммарный расход электроэнергии во всех клетях чистовой группы.

Полученные данные подтверждают устойчивое снижение удельного расхода электроэнергии при прокатке с технологической смазкой. Так, при прокатке полос 1,5x1250 и 3x1250 мм ее расход снизился на 2,7-7,3%.

В качестве технологической смазки были успешно опробованы очищенные отходы минеральных масел, извлеченные из оборотного цикла прокатных цехов завода. По данным водной лаборатории завода, содержание масел в охлаждающей воде (перед поступлением ее в отстойник) при обычной прокатке и при использовании отходов смазки практически неизменно и составляет 15,5-29 и 17-27 иг/л соответственно, что свидетельствует о возможности применения отходов и с точки зрения экологии.

Минеральное масло обладает относительно низкими смазочными свойствами. Гораздно более эффективны растительные масла рапсовое и отработанное в агрегатах лужения жести хлопковое масло. Однако в конкретных условиях целесообразно применять и минеральное масло при рациональном его подводе.

В исследованиях сравнили износ валков и съем металла валков при прокатке со смазкой и без смазки. В обоих случаях за компанию валков прокатывали примерно одинаковое количество металла подобного сортамента.Профиль и износ валков измеряли пассометром, а величину съема металла при перешлифовке - по разности диаметров валка. Эффективность технологических смазок по уменьшению съема металла определяли только для нижних валков, так как верхние валки, износ которых в первых трех клетях чистовой группы стана 2000 всегда меньше износа нижних, обычно перетачивают по результатам перешлифовки нижних валков.

Износ и съем металла валков при применении минерального масла уменьшилось на 30-40%. Противоизносный эффект в этом случае проявляется в экранировании поверхностей валков защитной масляной пленкой, в замещении ею в месте контакта агрессивной воды, в снижении коэффициента трения в очаге деформации и температуры поверхностного слоя валков. Количество подаваемой смазки или ее концентрация в охлаждающей воде существенно влияют на уменьшение износа валков при перешлифовках. При увеличении расхода минерального масла с 50 до 100 г/т проката на одну клеть износ уменьшается с 30 до 40%.

Применение смазки во время проведения исследований снизило расход валков примерно на 0,095 кг/т. Кроме значительного снижения износа рабочих валков, эксплуатация системы с использованием отходов оборотного цикла обеспечила экономию электроэнергии I кВт•ч/т проката.

Таким образом, применение технологической смазки при горячей

прокатке является одним из существенных резервов экономии электроэнергии, реализация которого не требует значительных затрат.

ЭКОНОМИЯ РЕСУРСОВ [31-45] Эконоиия энергоресурсов

В условиях дефицита энергоресурсов изучали возможность экономии топлива за счет повышения эффективности методических печей, использования многокомпонентых газовых смесей и реализации горячего посада в условиях стана 2000, применение теплосохраняю-щих установок на промрольганге.

Комплексное исследование тепловой работы методических толкательных печей стана 2000 было выполнено с целью анализа эффективности их работы и выявления резервов ее повышения. Исследования проводили при значениях тепловых нагрузок в печи, соответсвующих различным технологическим режимам нагрева слябов.

Диагностика распределения тепловых потоков в рабочем пространстве печи показала их значительную неравномерность как по печи в целом, так и по длине каждой зоны. Аналогично распределялись температура и состав продуктов сгорания, температура футеровки и сляба. Анализ показал необходимость снижения подсосов холодного воздуха в томильную зону, особенно через торец выгрузки металла, недостаточную эффективность работы нижних зон, нерациональность используемых тепловых режимов работы печей, при которых интенсивность теплового потока вдоль печи не соответствует восприимчивости его металлом. Была выявлена возможность снизить расходы топлива в первых сварочных зонах, не снижая производительности печи.' На основании исследования выявили возможность реализации тепловых режимов работы печей таких, при которых металл успевает прогреться до заданных температур при меньшем на 30% расхода топлива. Было установлено, что для обеспечения необходимой производительности печей и повышения эффективности их тепловой работы необходимы реконструкция отдельных элементов печи и выбор рациональных режимов нагрева. Рациональные режимы нагрева следует внедрять, исходя из оптимальных условий для максимальной интенсивности протекания процессов теплообмена в рабочем пространстве.

При усовершенствовании системы организации энергопотребления на металлургических предприятиях ориентируются в максимальной

степени на использование вторичных топливных энергоресурсов. Наиболее сложной задачей при этом является точное определение текущей потребности в энергии применительно к отдельным агрегатам и предприятию в целом, своевременное перераспределение имеющейся энергии между агрегатами и непрерывное согласование объемов производства-потребления вторичного топлива: доменного, конвертерного, коксового и других газов, особенно в условиях нестабильной работы отдельных агрегатов, отсутсвия накопительных емкостей и при несбалансированном развитии предприятия. От точности и оперативности решения этой задачи существенно зависит не только степень использования вторичных энергоресурсов, но и количество первичного топлива, поступающего на предприятие извне, в частности природного газа, а также полнота его использования.

В случае несбалансированного развития предприятия, например, при опережающем развитии доменного производства, возникает такая ситуация, когда значительное количество доменного газа не находит своего потребителя и сжигается на "свече". Одновременно в топливной сети не хватает коксового газа и постоянно расходуется большое количество природного для приготовления газовых смесей с повышенной теплотой сгорания, используемых в качестве топлива.

Выходом из подобной ситуации является перевод всех или большей части потребителей на отопление многокомпонентными газовыми смесями, образуемыми в основном из "собственных" газов предприятия непосредственно перед потреблением, а также автоматизация приготовления этих смесей и оптимизация перераспределения расхода газов между отдельными потребителями. Для каждого из потребителей предусматривается минимальное использование наиболее дорогого компонента его смеси, а использование природного газа разрешается только в качестве резервного или для образование смеси с высокой заданной теплотой сгорания. При этом обеспечивается глубокая утилизация вторичных энергоресурсов, уменьшается загрязнение окружающей среды и экономятся невозобновляемые виды энергии.

Перевод методических печей стана горячей прокатки 2000 на отопление трехкомпонентной смесью позволил перевести коксовую батарею на отопление доменным газом, ранее сжигавшимся на свече, и передать высвободившийся коксовый газ методическим печам с соответствующим вытеснением из их топлива природного газа. Это обеспечило комбинату уменьшение годового потребления природного

r ri

газа в качестве топлива для методических печей на (80-90)хЮ м без снижения надежности обеспечения топливом других потребителей газов-компонентов. Замена типовой схемы автоматизации газосмесительной станции на схему, позволившую перевести методические печи в режим буфера коксового газа с одновременным управлением теплотой сгорания смеси, обеспечила минимальную стоимость топлива, что дало дополнительный эффект цеху горячей прокатки.

Все затраты, связанные с организацией приготовления многокомпонентной смеси (прокладка трубопроводов, строительство газосмесительной и газоповысительной станции и их автоматизация), полностью окупились за три года. Возможность организации горячего посада с целью экономии топлива оценили в условиях стана 2000. Проанализировали объем зачистки слябов. Зачистке подвергается в зависимости от марки стали от 62 до 82% слябов.

Возможную величину температуры слябов при горячем посаде определили в процессе накопления опытной партии слябов шириной 1550 мм стали СтЗсп и СтЗспЮ, слябов шириной 1550 мм стали 08пс, слябов шириной I120 мм стали СтЗсп и 1200 т слябов шириной 1290 мм динамной стали (всего 4685 т).

Слябы углеродистых сталей к горячему посаду готовили по оптимальной технологии. После передачи их в отделение отделки зачищали торцы от грата в стопе. При этом раскладывали только слябы с "поясами", наличие которых обусловлено технологией разливки "плавка на плавку". После вырезки "поясов" и зачистки торцов от грата слябы поплавочно передавали в отделение загрузки методических печей, где до посада их накапливали в стопы.

Установлено, что при существующих оборудовании и технологии передачи слябов в комплексе ККЦ-1 - стана 2000,даже при исключении операции их осмотра и зачистки, температура слябов опытных плавок в стопе перед посадом составила 400°С через 11ч.

Таким образом, для эффективной реализации горячего посада наряду с обеспечением гарантированного качества поверхности, необходимо решение задачи вырезки "поясов" в потоке транспортной линии и расширение склада слябов для оборудования его копильник ами-термо сами.

На основе выполненных исследований разработана промышленная теплосохраняющая установка, в которой предусмотрена использование теплоаккумулирующего (ТАЭ) и теплоотражательного (Т0Э) эффектов.

Установлена граница использования ТАЭ и ТОЭ на промежуточном рольганге в виде соотношения:

т) г

'тоэ п.таэ

^таэ I м

= 1 ,

где t - температура разогрева мембраны; I - температура

поверхности раската; Т) - произведение приведенной степени черноты экрана-раската на угловой коэффициент между экраном и раскатом.

Технологии повышения долговечности валков

Опорные валки станов горячей прокатки изготовляют из эвтектоидной стали 9ХФ и ее модификаций. Эксплуатация валков, особенно в клетях чистовой группы, проходит при погонных усилиях 0,8-1,6 т/мм и скорости прокатки до 15-20 м/с. Основная причина выхода из строя опорных валков из стали 9ХФ непрерывных

широкополосных станов горячей прокатки - местные отслоения (на

р

глубину 20-40 мм) - площадью до 5000 мм . Средняя наработка на один валок (при условии эксплуатации в клетях чистовой группы) составляет 1820 тыс.т проката, а активный слой при этом вырабатывается на 35%.

Для продления сроков службы опорных валков после выкрошивания их наплавляют, причем технология наплавки различна. Первый вариант наплавки заключается в снятии механическим путем активного слоя бочки валка по всей ее длине на глубину выкрошивания с последующим восстановлением требуемого диаметра за счет наплавки. Этот вариант назвали восстановлением. Второй - в удалении активного слоя бочки только на ширину и глубину выкрашивания. Этот вариант назвали ремонтом валков.

Восстановление валков путем наплавки по всей длине бочки приводило к повышенной гетерогенности, характеризуемой разбросом микротвердости и склонностью к хрупкому разрушению. Учитывая изложенное, было решено отказаться (при местных отслоениях) от восстановления валков и перейти на их ремонт путем наплавки по кольцевой проточке в смеси флюсов. Ремонт валков путем наплавки по местной кольцевой проточке позволяет уменьшить время наплавки с 2,5-3 недель до 2-3 дней, снизить расход проволоки в среднем с 1900 до 200 кг и флюса, с 2100 до 220 кг на один валок. Кроме того, происходит экономия электроэнергии и газа на сопутствующий

подогрев.

Достигнутые результаты долговечности валков иллюстрируются рис.5-

то

7500 2000 то тон "'т о

8 а л л и

Рлс 5 Масса прокатанного металла до отслоения (тыс. т) опорных ■алхоа в клетях чистовой группы: до ремонта (заштрихованная часть); после ремонта (незаштркхоаанная)

Экономия металла

Может достигаться за счет снижения обрези при условии стабилизации размеров. Исследования показали, что в чистовой группе клетей происходит утяжка полос до 10-15 мм и увеличение разноширинности готовой полосы по сравнению с разноширинностью подката до 60%. Величина утяжки по длине рулона зависит от температуры полосы, скорости прокатки и величины межклетевого натяжения, которое поддерживается в каждом промежутке на заданном уровне с помощью системы стабилизации натяжений'(ССН). При этом в первых межклетевых промежутках на величину утяжки наибольшее влияние оказывает перепад температуры по длине рулона, а в последних - неравномерность удельных натяжений по ширине полосы, которая может привести к возникновению утяжки при невысоком среднем уровне удельных натяжений. Для оценки степени влияния изменения температуры полосы в первом межклетевом промежутке на ширину полосы провели статистический анализ. Оказалось, что коэффициент взаимной корреляции между шириной полосы за последней клетью и температурой полосы между первыми клетями (Rg достигает величины 0,8.

Разработанная и внедренная система коррекции величины натяжения полосы в первых трех промежутках чистовой группы стана 2000 позволяет уменьшить разноширинность полосы, возникающую под действием возмущений в чистовой группе. Принцип работы системы основан на измерении коэффициента передачи "рассогласование

скоростей - величина натяжения" ), сравнении величины этого

коэффициента с заданным значением и воздействии на величину натяжения при отклонении величины коэффициента от заданной.

По результатам промышленных испытаний системы коррекции натяжения установлено, что применение этой системы снижает разноширинность тонких полос на 3-6 мм в зависимости от толщины. Это позволяет уменьшить боковую обрезь. С целью определения возможности сокращения концевой обрези было выполнено исследование формирования концов раската и влияния на этот процесс условий прокатки. Снижение потерь в обрезь будет минимальным, если концы будут иметь прямоугольную форму.

На стане 2000 НЛМК исследовали конфигурации концевых участков подкатов, прокатанных из слябов, имеющих различные отношения ширины слябов BQ к их толщине HQ. В эксперименте BQ/H0 изменялось от 5,16 до 7,71. Конфигурацию концевых участков подкатов фиксировали фотосъемкой после последней черновой клети. Всего было отснято свыше 200 подкатов: по 50 подкатов каждого из исследуемых размеров. По результатам фотосъемки определяли неравномерность продольных удлинений слоев металла по ширине передних (ПК) и задних (ЗК) концевых участков подкатов.

х/Во

Рис б Влияние размеров слябов на форму концевых участков подкатов перед летучими ножницами ШПС 2000 НЛМК: = 5.16 (-). В,/Н,=6.0 (---); б — В,/М,=6,80 (-).

= 7.71 (---)

На рис. 6 представлены усредненные результаты измерений. Видно, что форма концевых участков подкатов существенно зависит от размеров поперечного сечения прокатываемых слябов: для узких слябов с В0/Н0 = 5,16 + 6,00 они имеют выпуклую форму, для средних с В0/Н0 = 6,80 и широких слябов с В0/Н0 = 7,71 концы подкатов

приобретают форму "рыбьего хвоста". Характерным для большинства подкатов толщиной Hj были большие продольные удлинения слоев металла на стороне привода валков в сравнении со стороной их перевалки. Продольные удлинения на передних участках на стороне привода валков достигали 150-280 мм, а на стороне перевалки валков 0-230 мм; для задних участков подкатов имели на стороне привода 150-320 мм и на стороне перевалки 200-460 мм.

Исследование причин, влияющих на конфигурацию концевых участков подкатов (в плане), провели на лабораторном стане 170 Д0ННИИИМ при прокатке свинцовых образцов.Уточнено влияние на форму концевых участков подкатов размеров поперечного сечения слябов , оценено воздействие качества нагрева слябов в методических печах (распределение температуры по сечению слябов) и совместной деформации слябов вертикальными и горизонтальными валками в черновых клетях. Обоснована возможность значительного снижения потерь в концевую обрезь при применении операции кантовки промежуточного раската на 180 град, относительно его продольной оси, которую необходимо выполнять перед третьей черновой клетью.

На стане 2000 выполнен промышленный эксперимент по прокатке с кантовкой промежуточных раскатов на 180 град, относительно их продольной оси (перед третьей клетью). Отмечено снижение потерь

металла в концевую обрезь примерно в 1,2___1,5 раза , которое

в наибольшей мере проявлялось на широких слябах. При применении этой операции следует также ожидать снижения дефекта "вкатаная окалина".

РАЗВИТИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ И СВОЙСТВАМИ МЕТАЛЛА [46-54]

Управление формированием структуры металла

Оснащение металлургических предприятий средствами вычислительной техники открывает принципиально новые возможности совершенствования технологии и управления технологическим процессом с целью повышения качества продукции. До внедрения систем слежения за продвижением полупродукта по технологической цепи и систем сбора и хранения технологической информации, любое исследование требовало больших трудозатрат для отслеживания опытных партий металла и ручной фиксации значений технологических

факторов. Поэтому число экспериментальных партий и фиксируемых факторов было невелико, а внимание исследователей сосредотачивалось именно на сборе экспериментальных данных. С внедрением автоматизированного контроля технологии появляются мощные массивы экспериментальной информации и задача исследователя сводится уже к разработке методов наиболее полного извлечения из этих массивов информации, полезной для совершенствования технологии и управления ею. ЦВМ дают возможность не только эффективного сбора, хранения и обработки экспериментальной информации, но и позволяют реализовать самые разнообразные законы управления технологией, настройки оборудования на различные технологические режимы.

Так одно из направлений повышения качества конструкционных и низколегированных сталей - автоматизированное управление формированием структуры металла и его свойств в процессе непрерывной горячей прокатки. Оно может базироваться как на математических моделях, полученных с помощью - статистических методов, так и на использовании обобщенных диаграмм структурных превращений, аналитическое описание которых позволяет в реальном масштабе времени прогнозировать состояние стали с интерполяцией по многим переменным и вносить необходимые коррективы в технологический процесс от управляющей ЭВМ.

Структура горячекатаного металла (размер и однородность зерна аустенита и, следовательно, феррита и перлита) формируется в основном в чистовой группе клетей, на отводящем рольганге широкополосного стана горячей прокатки и после смотки полосы в рулон. Металл претерпевает многократный наклеп и разупрочнение в результате релаксации напряжений, . динамической (или метадинамической) и статической рекристаллизации. Преобладание того или иного процесса разупрочнения определяется температурно-скоростным режимом деформации в чистовой группе клетей НШС, что в итоге формирует конечную структуру и свойства горячекатаного метала.

На формирование структуры стали данного химического состава можно воздействовать двумя путями. Во-первых, зная закон преобразования зерна аустенита при рекристаллизации и имея обобщенную диаграмму рекристаллизации, можно получить в подкате заданное однородное зерно феррита. Во-вторых, управляя режимом душирования полосы на отводящем рольганге, температурой ее смотки

и в соответствии с обощенной диаграммой превращения пластинчатого цементита в глобулярный, получают заданную морфологию и размер перлитных колоний и свободных карбидов.

Общая схема алгоритма управления структурой полосы в чистовой группе клетей НП1С предусматривает ввод следующих исходных данных: марка (химический состав) стали, температура и толщина подката, математическое ожидание размера зерна в подкате, оптимальная температура конца прокатки, толщина готовой полосы, ограничения на обжатия для обеспечения оптимальной геометрии полосы и загрузки клетей, коэффициенты уравнений для расчета энергосиловых параметров прокатки и температуры полосы, обобщенная диаграмма рекристаллизации аустенита, закон преобразования зерна при первичной рекристаллизации.

Из условий допустимой загрузки распределяются обжатия по клетям, рассчитываются енергосиловые параметры прокатки и температуры полосы по клетям, выбирается заправочная скорость, обеспечивающая получение заданной температуры конца прокатки, и ускорение, обеспечивающее постоянство температуры по длине полосы.

Параллельно с проверкой енергосиловых параметров определяется состояние аустенита (тип структуры) после деформации в каждой клети перед входом в следующую клеть по обобщенной диаграмме рекристаллизации.

При анализе структурообразования в последней клети чистовой группы определяется состояние аустенита перед 7 а превращением при охлаждении полосы на отводящем рольганге. При производстве пластичной горячекатаной стали низкой прочности (например, автомобильного листа) перераспределением обжатий в последних двух-трех клетях чистовой группы добиваются наращения наклепа, что обеспечивает быстрое и полное протекание процессов рекристаллизации до начала душирования на отводящем рольганге.

При производстве высокопрочного листа (трубная заготовка, контролируемая прокатка) развитую субструктуру и мелкое зерно аустенита, полученные при наклепе в последних клетях чистовой группы стана, следует полностью или частично (на уровне полигонизации) сохранить, включая ускоренное охлаждение полосы сразу после ее выхода из последней клети стана.

Одним из важных направлений получения требуемых свойств листового проката является контролируемая прокатка, которая предусматривает в одном технологическом процессе строгое

регламентирование температурного' режима и осуществление значительной доли общего обжатия (до 80%) при температурах ниже аустенитной области. При производстве рулонной стали существенное значение имеют не только режимы прокатки и последующего охлаждения, но и температура смотки полосы. Изменяя эти параметры, можно управлять двумя процессами, определяющими свойства проката: дисперсионным твердением и упрочнением стали вследствие измельчения зерна.

Для оценки эффективности контролируемых режимов прокатки на ИБС провели экспериментальные исследования на стане 2000 НЛМК. Анализ результатов показал, что контролируемая прокатка малоперлитных сталей типа 08Г2ФБ на непрерывных широкополосных позволяет существенно повысить уровень механических свойств горячекатаных полос, используемых для изготовления газонефтепроводных труб, для контролируемой прокатки полос шириной более 1400мм без существенной потери производительности стана необходимо увеличение обжимной способности черновой группы клетей и принудительное охлаждение раската на промежуточном рольганге и в межклетевых промежутках. Эти технические мероприятия были в дальнейшем реализованы.

САПР технологии

Наиболее полное использование возможностей технологического оборудования для повышения качества продукции достигается при автоматизированном проектировании технологии с учетом влияния всех технологических факторов на свойства готового проката. На НЛМК создаются системы управления сквозной технологией производства проката. Единая концепция лежит в основе создания систем управления технологией производства электротехнических сталей и конструкционных низколегированных и углеродистых сталей.

Концепция создания системы предусматривает сбор значений параметров, характеризующих технологию и конечные свойства продукции, и создание на их основе постоянно обновляющейся базы данных о состоянии сквозной технологии. На этой базе реализуются подсистемы идентификации математических моделей локальной (для отдельных партий продукции) и глобальной (для видов продукции) технологии. Модели локальной технологии идентифицируют конкретные значения технологических величин и прогнозируемые значения свойств готовой продукции; глобальной - заданные стандартами и техни-

ческими условиями интервалы значений пластических , прочностных и иных свойств готовой продукции и значения технологических величин, при которых на данном виде продукции при данных условиях обеспечивается максимальная вероятность получения качественной продукции. Особенностью подсистемы построения моделей является ее замкнутость на базу данных. Этим достигается самообучаемость моделей и постоянное автоматическое отслеживание ими возможных изменений состава сырья или требований к продукции. Идентифицируемые таким образом модели технологии положены в основу подсистемы прогноза конечных свойств и гибкого управления технологией для достижения максимально возможного в сложившихся условиях качества партий продукции.

В общей сложности в технологических инструкциях на производство автолистовой стали регламентируются значения около 100 величин. Поэтому запись сквозной технологии одной партии имеет емкость порядка 1кб, а емкость всей созданной базы технологических данных имеет порядок 2 - 4Мб. В результате анализа данных на этой базе выявили варьируемые и практически постоянные технологические факторы. Варьируемые разделили на группы по степени их влияния на конечные свойства с учетом возможного диапазона их изменения. Технологические величины исследовали со статистических позиций с выявлением закона их распределения и оценкой параметров распределения. Возможно исследование совместных распределений, которые наибольший интерес представляют для .некоторых элементов химического состава стали. Исследовали также статистические характеристики распределений показателей конечных свойств продукции и связь между технологическими величинами и конечными свойствами.

Технология не остается постоянной. Имеются отклонения из-за изменения поставщиков сырья, колебаний состава металлолома и по другим внешним причинам. Поэтому применение фиксированных моделей прогноза конечных свойств по технологии имеет низкую эффективность. Из-за несоответствия фактическиой области применения и области ее определения модели могут возникать большие ошибки, устранить которые можно только при постоянной идентификации моделей (их обучении) и адаптации системы прогноза. Таким образом, решение о самообучаемости системы не только правильное, но и необходимое.

Базу данных использовали для получения адекватных моделей

локальной технологии. Исследование этого вопроса показало, что нет оснований считать зависимость между конечными свойствами и технологическими величинами линейной. Эти зависимости в конечном итоге опосредованно отражают влияние химического состава и технологии на процессы структурообразования стали, и если бы они были линейными, то давно и однозначно были бы установлены. Однако практика показывает, что они имеют нелинейный относительно переменных (технологических величин) характер.

Метаматическая модель идентификации глобальной технологии обеспечивает определение и постоянное уточнение оптимальных интервалов технологических величин для вида продукции. Определение и уточнение интервалов разрешенных значений технологических величин базируются на представлениях, заимствованных из теории передачи информации, использующей понятия условной информации, энтропии и количества информации о свойствах в технологии.

На базе собранных данных исследовали и отработали подсистемы идентификации оптимальных диапазонов технологических величин и моделей прогноза конечных свойств по технологии. На основе этих подсистем разработали подсистему определения оптимальной технологии, с помощью которой рассчитываются значения технологических величин на каждый следующий передел с учетом результатов, полученных на предыдущих. При этом целью расчета технологии является улучшение качественных показателей готовой продукции, регламентируемое стандартами или соглашениями сторон. Применение этой подсистемы позволило исследовать существующую технологию и тенденции изменения отдельных технологических факторов. По первому массиву данных объемом порядка 1000 рулонов определили целесооборазные изменения химического состава стали, которые были внедрены в производство. Кроме того, определили наиболее благоприятные диапазоны содержания химических элементов в стали и фиксированные значения их содержания, при которых достигаются максимальные механические свойства при средней технологии, после разливки стали.

Заключение

Выполнены комплексные исследования энергосиловой загрузки оборудования стана 2000 горячей прокатки при различных режимах прокатки. На основании исследований определены для различных марок

сталей предельные обжатия и натяжения в чистовой группе клетей, осуществлена отработка технологических -режимов производства рулонной горячекатаной стали из непрерывнолитых слябов:

- при этом в результате исследования условий образования окалины, включая влияние режимов нагрева и печной атмосферы на свойства печной окалины, влияние состояния поверхности валков, величины обжатия и режимов работы гидросбивов на удаление печной и воздушной окалины, разработаны и внедрены технологические режимы и дополнительные технические средства, обеспечившие исключение дефекта вкатанная окалина на горячекатаной полосе, в том числе и на подкате для холоднокатаной полосы высоких категорий вытяжки;

- в результате исследования температурных и деформационных режимов обработки выявлено влияние на структуру и свойства горячекатаных полос температур металла на входе в чистовую группу, конца прокатки и смотки, темпа датирования на отводящем рольганге, темпа ускорения чистовой группы, распределения обжатий между черновой и чистовой группой и между клетями в последней. Анализ данных позволил определить параметры технологических режимов производства углеродистых и низколегированных сталей, обеспечивающих заданные свойства;

- изучена возможность и эффективность контролируемой прокатки, при этом показано, что строгим регламентированием температурного режима при осуществлении до 80% общего обжатия при температурах ниже аустенитной области обеспечивается получение высокого уровня свойств. Вариация свойств достигается изменением режимов прокатки и охлаждения, включая температуру смотки. Выполнена проверка технологии производства сверхнизкоуглеродистых сталей микролегированных титаном и/или совместно титаном и ниобием. Показана возможность реализации технологии в условиях НЛМК и получения по такой технологии холоднокатаного листа, обладающего высокой штампуемостью.

На основании исследований загрузки оборудования и режимов его работы были выявлены:

- высокая динамичность в главной линии приводов, являющаяся следствием наличия быстрорастущих из-за износа зазоров. В черновых клетях зазоры являлись следствием неуравновешенности шпинделей.

Для снижения динамичности была разработана на основании исследований методика настройки пружинных уравновешивающих устройств, а затем новая конструкция прижимно-гидравлических

устройств с дополнительной отрицательной обратной связью, которая позволила обеспечить точное уравновешивание шпинделей и за счет этого уменьшить количество поломок валков, износ валковых муфт и вкладышей шпинделей, простои стана. В чистовых клетях зазоры раскрываются при захвате раската на высоких скоростях. Это обстоятельство ограничивало скорость прокатки и увеличивало вероятность поломок оборудования. В результате теоретических исследований были разработаны оригинальные скоростные режимы заправки, а затем специальная автоматическая система, реализующая этот режим. Внедрение таких систем осуществлено на стане 2000 НЛМК, стане 1700 КарМК с существенным эффектом, достигаемым за счет повышения скорости прокатки и производительности стана;

- необходимость охлаждения полосы в межклетевых промежутках была выявлена в результате исследований влияния темпа ускорения на температуру раската. При значительных ускорениях, необходимых для повышения производительности, температура заднего конца раската превышает температуру переднего. Для повышения производительности была разработана на основании исследований система межклетевого охлаждения полосы. Для определения правильности методики расчета системы осуществляли на стане прокатку полос с различным расходом воды и при различных сочетаниях включенных коллекторов. В результате были уточнены методики расчета и отработаны режимы охлаждения полос в межклетевых промежутках. Внедрение системы межклетевого охлаждения позволило поднять темп ускорения полос толщиной до 3,5мм до 0,2-0,25 м/с и увеличить производительность стана.

Выполнены исследования возможных направлений экономии ресурсов и материалов:

- исследование влияния режимов охлаждения валков и смазки при горячей прокатке показало возможность усовершенствования схемы подачи охлаждающей воды на валки с целью стабилизации их теплового поля и снижения термонапряжений, влияющих на износ. Смазка валков с использованием очищенных отходов минеральных масел позволяет снизить контактные напряжения и износ валков. Съем металла валков при переточках уменьшается на 30-40%. Совершенствование охлаждения и смазка валков позволяют сократить их расход примерно на 0,095 кг/т и снизить расход энергии на 1кВтч/т;

- с целью снижения расхода валков выполнены исследования возможных способов восстановления изношенных валков. Разработаны и внедрены

в производство оригинальные и эффективные технологии ремонта валков наплавкой их на ширину и глубину выкрашивания. Такая схема ремонта по сравнению со стачиванием и наплавкой слоя по всей длине валка обеспечивает снижение в 5-6 раз длительности восстановления, расхода электроэнергии, флюса и проволоки. Долговечность валков увеличивается в 1,5-2 раза;

- с целью экономии топлива при производстве горячекатаного листа исследовали тепловой режим работы нагревательных печей, выявили его неэффективность: недостаточную работу нижних зон, несоответствие тепловых потоков в некоторых режимах восприимчивости металла. Определены рациональные тепловые режимы печей, при которых обеспечивается прогрев металла при снижении на 20-30% расхода топлива. Экономия топлива достигается и переводом печей на отопление многокомпонентными смесями. Внедрение в цехе системы управления теплотой сгорания смеси и перевод печей в режим буфера коксового газа обеспечило значительную экономию природного газа и утилизацию доменного газа, сжигавшегося ранее на свече;

- с целью экономии металла исследованы разноширинность и разнотолшинность полос. Выявлены основные факторы, приводящие к нестабильности ширины и толщины. Определены режимы натяжений, стабилизирующие утяжку полос и их ширину. Разработана система регулирования толщины, для настройки которой выполнены исследования влияния на толщину различных факторов. После отладки и внедрения система обеспечила получение толщины полосы в суженном поле допуска. Исследование концевой обрези позволило разработать технологические приемы, уменьшающие "языки" и концевую обрезь. Использование разработок позволило снизить расходный коэффициент на 2 кг/т.

Изучено влияние технологических факторов на характеристики качества. В результате установлена:

- возможность управления формированием структуры и его свойств в процессе горячей прокатки с использованием обобщенных диаграмм структурных превращений, аналитическое описание которых позволяет прогнозировать состояние стали и целенаправленно воздействовать на него;

- возможность и целесообразность создания систем автоматизированного проектирования сквозной технологии и управления на каждом переделе с учетом результатов, достигнутых на предыдущих. Такие системы, опирающиеся на статистическую обработку

массивов экспериментальной информации и единую идеологию, разработаны для технологических потоков производства низкоуглеродистых и электротехнических сталей. Практическое их применение позволяет снизить перевод проката в низкие сорта и

повысить качество горячекатаного и холоднокатаного листа.

* * *

В диссертации обобщены результаты научных исследований и их практических приложений,выполненных автором в творческом сотрудничестве с работниками ЦНИИЧМ, МИСИС, ВНИИМЕТМАШ, ИЧМ, ЛипПИ, ДОННИИЧМ,ИМЕТ,ГИПРОМЕЗ, ПО НКМЗ, которым автор приносит глубокую благодарность.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. А.Д.Белянский, Л.А.Кузнецов, И.В.йранценюк. Тонколистовая прокатка. Технология и оборудование - М..Металлургия 1994, 380 с.

2. А.Д.Белянский, В.М.Бурдин, В.П.Ильгов и др. Освоение технологии прокатки на непрерывном широкополосном стане 2000 горячей прокатки Б.И. "Черметинформация",1973, с. 44-46

3. А.Д.Белянский, Ю.В.Коновалов, Л.Б.Горский и др. Производство горячекатаных полос в суженном поле допусков на стане 2000. Листопрокатное производство, МЧМб N3, 1974, с. I13-116.

4. Г.Г.Григорян, А.С.Гуров, Р.Л.Шаталов, А.Д.Белянский и др. Оптимальные режимы натяжения тонких полос в чистовой группе стана

2000 горячей прокатки Б.И. "Черметинформация" N2, 1980, с.25-26.

5. М.И.Псел, Б.А.Поляков, А.Д.Белянский. Разработка и внедрение рациональных режимов прокатки толстых полос на стане 2000 НЛГО Б.И. "Черметинформация", N17, 1980, с. 51-52.

6. Л.В.Меандров, В.К.Воронов, А.Д.Белянский и др. Совершенствоавние условий деформирования непрерывнолитых слябов

с целью улучшения качества проката Сталь, N3, 1982, с. 43-457. А.Ф.Пименов, А.Д.Белянский и др. Способ удаления окалины на стане 2000 горячей прокатки Б.И. "Черметинформация" N7, 1984, с. 39-40.

8. Ю.А.Мухин, А.Д.Белянский, С.С.Колпаков и др. Совершенствование режимов горячий прокатки полос для уменьшения дефекта "вкатанная

окалина" Сталь, N7, 1993, с. 41-43.

9. В.В.Чащин,Хлопонин В.В., А.Д.Белянский и др. Улучшение качества горячекатаных полос регулируемым охлаждением рулонов Сталь, N3, 1990, с. 77-81.

10. Ю.А.Мухин, А.Д.Белянский и др. Изготовление горячекатаных полос с гарантированными механическими свойствами Сталь, N8, 1993, с. 45-48.

11. А.Д.Белянский, Ю.А.Мухин и др. Совершенствование режимов прокатки горячекатаных полос на стане 2000 Сталь, N8, 1993, с.45-48.

12. А.Д.Белянский, В.П.Кириленко, В.А.Рябов и др. Опыт производства сверхнизкоуглеродистых холоднокатаных сталей с титаном и ниобием

Сталь,N9, 1993. с.66-70.

13. В.И.Подгоржельский, И.В.Зранценюк, В.К.Дегтяренко, А.Д.Белянский. Контролируемая прокатка малоперлитных сталей на

непрерывном широкополосном стане 2000 Сталь, N3, 1981, с.39-43.

14. H.H.Дружинин, А.И.Герцев, А.Н.Дружинин, А.Д.Белянский и др. Межклетевое охлаждение полосы в чистовой группе клетей широкополосного стана Сталь, N7, 1980, с.596-599.

15. В.И.Мелешко, Л.Г.Тубольцев, А.Д.Белянский и др. Универсальная система технологической смазки валков широкополосного стана горячей прокатки Металлургическая и горнорудная промышленность N5, 1976, с.16-18.

16. Л.Г.Тубольцев, И.В.Франценюк, А.Д.Белянский и др. Исследование эффективности системы технологической смазки валков на широкополосном стане 2000 горячей прокатки Сталь, N10, 1979, с.771-773.

17. С.Л.Коцарь, Б.А.Поляков, А.Д.Белянский и др. Снижение угловых зазоров и динамических нагрузок при захвате металла валками Б.И. "Черметинформация", N2, 1979, с.42-43.

18. С.Л.Коцарь, А.Д.Белянский и др. Безударный захват полосы клетями чистовой группы стана Сталь, N3, 1980, с.213-214.

19. С.Л.Коцарь, А.Н.Цупров, А.Д.Белянский и др. Системы точного уравновешивания шпинделей прокатного стана Сталь, Nil, 1982,

с.42-44.

20. A.c.N 528972 СССР.Способ выборки люфтов в приводе прокатной клети кварто.'И.М.Меерович, Ю.В.Гесслер, В.А.Панкин, А.Д.Белянский и др.(СССР). Б.И. N35, 1976.

21. A.c.N 527227 СССР. Моталка листового стана горячей прокатки. Н.И.Крылов, Б.В.Розанов, В.П.Шимановский, А.Д.Белянский и.др. (СССР). Б.И. N33, 1976.

22. A.c.N 733753 СССР.Система автоматического регулирования толщины полосы непрерывного стана горячей прокатки. Е.В.Леонидов-Каневский

B.П.Кожевин, Н.Г.Ковалев, А.Д.Белянский и др. (СССР). Б.И. N18, 198

23- A.c. СССР. Способ выборки люфтов в приводе прокатной клети. И.М.Меерович,Ю.В.Гесслер, М.Я.Ройзен, А.Д.Белянский и др. (СССР). Б.И. N25, 1980.

24- A.c.N 768514 СССР.Устройство для регулирования температуры поло в чистовой группе стана горячей прокатки. Н.Н.Дружинин, А.Н.Дружин

Г.Б.Сапожников, А.Д.Белянский и др. (СССР). Б.И. N37, 1980.

25. А.с.N774635 СССР.Устройство для уравновешивания шпинделей приво, прокатных валков. В.М.Антонов, С.Л.Коцарь, А.Н.Цупров, А.Д.Белянски

и др.(СССР). Б.И. N 40, 1980.

26. A.c.N 898662 СССР.Моталка горячей прокатки. А.Д.Белянский,

C.Д.Гарцман, Б.Е.Житомирский и др. (СССР).Б.И. N2, 1982.

27. A.c.N 944697 СССР.Клеть непрерывной группы прокатного стана. П.С.Гринчук.В.И.Пономарев, В.Е.Сергеев, А.Д.Велянский и др. (СССР). Б.И. N27, 1982.

28. В.Н.Хлопонин, О.Н.Сосковец, А.Д.Велянский и др. Совершенствование температурного режима рабочих валков при горячей прокатке

Сталь,N9, 1983, с.52-54.

29. Ф.Е.Долженков, А.Д.Велянский, Г.И.Маншилин и др. Экономия электроэнергии при горячей прокатке широких полос с технологической смазкой Металлург, N8, 1980, с.31-32.

30. В.А.Ботштейн, Цзян Шао-цзя, А.Д.Велянский, В.Х.Крюков Комбинированное охлаждение рабочих валков черновых клетей непрерывных широкополосных станов горячей прокатки Использование вторичных енергоресурсов и охлаждение агрегатов в черной металлургии, N8,

1979, с. 89-93.

31. А.Д.Велянский, Г.Б.Беремблюм, В.М.Супрунюк и др. Повышение эффективности тепловой работы методических печей стана 2000 Металлург, N10, 1984, с.34-37.

32. В.В.Оробцев, Р.О.Перельман, А.Д.Велянский. Проблемы организации-горячего посада непрерывнолитых слябов Металлург, Nil, 1988, C.37-3E

33. Л.И.Булгак, М.Д.Климовицкий, А.Д.Велянский и др. Автоматизированная система подготовки трехкомпонентного топлива для методических печей Сталь, N6, 1987, с.96-99-

34. Л.И.Булгак, М.Д.Климовицкий, А.Д.Велянский и др. Экономия тервичного топлива путем использования многокомпонентных газовых

смесей Сталь, N8, 1990, с.102-107.

35.В.Н.Хлопонин, А.Д.Велянский, А.Н.Корышев. Разработка теплосохра-1яющих экранов для промежуточного рольганга стана горячей прокатки Зталь,^, 1994, с.52-55.

!б. В.Н.Хлопонин. А.Д.Велянский, А.Н.Корышев. Разработка теплосохра-гяющих экранов для промежуточного рольганга широкополосного стана (ШПС) горячей прокатки Сб. научн.трудов. Черная металлургия Рос-;ии и стран СНГ в XXI веке. -М.: Металлургия, 1994, том 4 с.80-82. ¡7. A.c.N 1519799 СССР, М.Кл. В21в. Теплоизоляционный экран рольган-'а полосового стана горячей прокатки. В.Н.Хлопонин, А.Н.Корышев, .Д.Белянский и др. (СССР). Б.И. N41, 19898. В.В.Ветер, М.И.Самойлов, И.С.Сарычев, А.Д.Велянский и др. осстановление крупных опорных валков стана 2000 путем местной коль-евой наплавки Сварочное производство, N6, 1985, с.26-28. 9- В.В.Ветер, А.Д.Велянский, М.И.Самойлов и др. Повышение срока

службы опорных валков стана 2000 горячей прокатки Сталь, N8, 1985 с.53-55.

40. В.В.Ветер, М.И.Самойлов, А.Д.Белянский и др. Наплавка опорных валков непрерывных широкополосных станов горячей прокатки Сварочно! производство, N9, 1987, с.13-14.

41. Г.Г.Григорян, Ю.Д.Железнов, А.Д.Белянский. Уменьшение разнотолщинности горячекатаных полос Б.И. "Черметинформация", N14, 1977, с.40-41.

42. В.Н.Хлопонин, В.Б.Цупров, А.Д.Белянский и др. Исследование концевой обрези подката на широкополосовых станах горячей прокатки

Известия вузов. Ч.М, N6, 1986, с.52-56. 43- Н.Г.Лысенков, Е.В.Леонидов, А.Д.Белянский. Точная прокатка поло< на стане 2000 с автоматическим регулированием заданного значения толщины Сталь, N9, 1977, с.810-812.

44. A.c.N 1128996 СССР.Способ автоматического регулирования толщины горячекатаного листа. И.А.Опрышко, Г.Г.Гагарин, А.Д.Белянский,

А.А.Пономаренко. (СССР) Б.И. N46, 1984.

45. A.c.N 914124 СССР.Устройство для регулирования толщины при прокатке концов полос. Е.В.Леонидов-Каневский, Н.Г.Ковалев, Ю.Н.Рожин, Н.Г.Лысенков,А.Д.Белянский (Киевский институт автоматики). В.И. N11, 1982.

46. В.К.Потемкин, В.Л.Пешков, В.Н.Хлопонин, А.Д.Белянский и др. Влияние контролируемой прокатки на механические свойства малоперлитной стали Известия вузов. Черная металлургия, N7, 1988, с.67-70. 47- М.А.Штремель, Ю.Д.Железнов, А.Д.Белянский и др. Использование обобщенных диаграмм структурных превращений для управления структурой металла при горячей прокатке Сталь, N8, 1988, с.79-82.

48. A.c.N 1511285 СССР, М.Кл. В21в. Способ производства стальных полос.В.А.Пешков, В.Н.Хлопонин, В.В.Чащин, А.Д.Белянский и др. (СССР). Б.И. N36, 1989.

49. A.c.N 1708451, М.Кл. В21в. Способ широкополосной горячей прокатки низколегированных и углеродистых сталей.(СССР). Б.И. N4, 1992.

50. Л.А.Кузнецов, А.Д.Белянский. Разработка автоматизированной самообучающейся системы управления качеством проката Сталь, N9, 1991, с.46-48.

51. А.Д.Белянский, А.И.Божков, С.С.Колпаков и др. Система автоматизированного проектирования технологии производства проката

из дашамной стали Б.И. "Черметинформация", N6, 1993, с.25-27.

52. Л.А.Кузнецов, А.Д.Белянский, А.М.Корнеев, А.К.Погодаев. Система автоматизированного проектирования сквозной технологии производства листового проката Сталь, N8, 1994, с.51-54.

53. Kuznetsov L.A., Belyansky A.D./ Control mode identification for thetechnological process // proc. oi 8-tn Intern. Conf. on Systems

Engineering. Coventry, UK, 1991, pp. 535-542.

54. Kuznetsov L.A., Belyansky A.D., Korneev A.M., Pogodaev A.K.

/ The Automatic engineering system of a throung rolled-stock produc-tiontechnology // Proc. of Tenth Intern. Conf. on Systems Engineering. Coventry Universiry, UK, 1994, U. 1, pp. 646-649.