автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка, исследование и промышленная реализация процесса и установок абразивно-порошковой очистки стальной катанки от окалины в потоке с волочением

РГВ

« « /

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Од ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ имени А.А.БАЙКОВА

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ Сергей Александрович

УДК 621.77.02:621.921.001

РАЗРАБОТКА. ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА И УСТАНОВОК АБРАЗИВНО-ПОРОШКОВОЙ ОЧИСТКИ СТАЛЬНОЙ КАТАНКИ ОТ ОКАЛИНЫ В ПОТОКЕ С ВОЛОЧЕНИЕМ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнялась е Череповецком филиале Вологодского политехнического института, Череповецком техническом университете. Череповецком государственном индустриальном институте и Научно-исследовательской лаборатории абразивно-порошковой очистки проката от окалины Российской академии наук

Научный руководитель - - доктор технических наук,

- профессор 3.А. Гарбер

Официальные оппоненты - - доктор технических наук,

профессор А.В.Третьяков, - кандидат технических наук А. И. Трайно

Ведущее предприятие - Центральный научно-исследовательский

институт черной металлургии им. И.П.Бардина (- Институт нозой металлургической технологии)

Зашита диссертации состоится " ^ " ^_ 1994 г.

/Ь С-о

в _£х_Пасо5 на заседании специализированного совета Д 003.15. 01 при институте металлургии им. А.Байкова Российской Академии наук.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просим направить по адресу:

117911, Москва. Ленинский проспект, 49, ИИЕТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " ^ " атУ-?^-? 1994 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. На металлургических предприятиях России и за рубеком основным методом удаления окалины с поверхности катанки является дорогой, экологически вредный, наносящий ущерб здоровью обслуживающего персонала и чистоте окружающей среды способ химического тразления окалины в растзорах серной и соляной кислот. Пары кислот, выделяющиеся с поверхности травильных ванн, приводят к коррозии оборудования и разрушению строительных конструкций зданий. Для нейтрализации и утилизации вредных отходов травильных отделений используются дорогостоящие улавливающие, нейтралнзационные и регенерационные установки. Кроме того, кислотный способ является по-существу дискретным и не поддается совмещению в поточной технологии с последующими операциями волочения, тогда как совмещение в едином технологическом потоке нескольких технологических процессов и повышение экологической безопасности производства является фундаментальными проблемами современной металлургии, в том числе и волочильно-калибровочного производства.

Высокие удельные затраты и значительная экологическая опасность применения химической технологии травления окалины заставляют предприятия и лаборатории во всем мире искать альтернативные методы удаления окалины. Новые методы преимущественно представляют различные механические способы очистки от окалины; это, например, такие, как иглофрезерный, дробеметный, дробеструйный, шлифовка различии® абразивными материалами и др.. в том числе их различные комбинации. Большое разнообразие способов и конструкций для механического удаления окалины говорит о том. что в мире не существует достаточно отработанной, надежной и широко применяемой технологии механической очистки катанки от окалины.

Одним из перспективных механических способов удаления окалины является технология абразивно-порошковой очистки (АПО), характе-

- А -

ризующаяся принципиальной технической простотой: катанка протягивается через рабочую камеру, е которую непрерывно подается и уплотняется абразивный порошок. Такая технология не требует изготовления специального инструмента типа иглофрез, щеток, резцов, абразивных кругов и т.п. Используемый в АПО-процессе абразивный порошок (например, колотая чугунная дробь) недорог и выпускается многими предприятиями.

Существенными достоинствам! новой технологии являются возможность ее совмещения с волочением в едином поточном процессе и экологическая чистота. Оборудование АПО является экономичным и неметаллоемким, несложно в управлении и обслуживании, и при встраивании в линии действующих волочильных станов не требует дополнительного персонала.

Основные технические решения по АПО-процессу признаны изобретениями в СССР и запатентованы в ряде стран Европы, в СЕ4 и Японии.

Б 199С - 1991 гг. в сталепроволочно-метизном цехе Череповецкого сталепрокатного завода были введены в опытно-промышленную эксплуатацию совмещенные линии АПО и волочения катанки на базе стана трехкратного волочения No.48 участка грубого и среднего волочения и на сазе стана No. 14 однократного волочения участка окалинолома-ния. Б предыдущие годы утановка АПО катанки эксплуатировалась в линии стана 11с. 3 калибровочного цеха.

Технологией АПО катанки активно заинтересовалась фирма Ascometal (Франция), поставившая для пробной очистки катанку из -арпкоподшппниковой стали, и корпорация Nippon Steel (Япония), поставившая катанку из нержавеющих сталей нескольких марок и титана. Проявила заинтересованность также французская машиностроительная оирма О.Т.Т.. специализирующаяся на выпуске металлургического, в том числе волочильного оборудования.

г году фирма Project Development International Inc. (США)

приобрела лицензию на право использования и распространения технологи:: АПО катанки на панамериканском рынке и в Великобритании.

Большой интерес к приобретению технологии абразивно-порошковой очистки катанки, совмещенной в потоке с волочением, проявляемый предприятиями и фирмами, вновь открывающими малые волочильно-ка-либрозочные или метизные производства, показал, что у таких предприятий альтернативы механической очистке нет, так как в условиях малого производства содержание кислотного хозяйства не может быть рентабельным.

Однако ряд научно-технических и конструкторско-технологических вопросов совмещения технологии АПО с волочением не был достаточно проработан и сдерживал промышленную реализацию этой технологии, а именно, для создания и широкого использования в промышленности оборудования совмещенных поточных линий было необходимо решение ряда научно-технических задач, важнейшими из которых являлись:

- создание теории и исследование технологии абразивно-порошковой очистки катанки, т.е. нахождение основных конструктивных, энер-госилозых и режимных параметров, удовлетворяющих одновременно условиям качественной очистки и устойчивости процесса волочения, осуществляемых поточно:

- разработка эффективного оборудования абразивно-порошковой очистки катанки, способного осуществить поточную технологию при оптимальных энергосиловых параметрах;

- разработка оборудования поточной линии, позволяющего вести процесс волочения з потоке с очисткой в отсутствие подсмазочного покрытия;

- совершенствование конструкции волочильных станов в плане повышения их надежности в условиях возрсосшегс противонатяжения при эксплуатации в потоке с абразивно-порошковой очисткой;

- исследование режимов эксплуатации совмещенных линий, главным образом потребления энергии, расходуемых материалов и износос-

тонкости рабочих органов АПС - и взлочильног: инструмента на предмет промышленной пригодности;

- исследование качества продукции, полученной п: новой технологии, и определение области применимости зтой технологии в промышленности.

Цель работы. На основе математического моделирования процесса абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката от окалины и промышленных исследований процесса очистки катанки в потоке с волочением разработать 1: внедрить в производстве эффективное и экономичное оборудование совмещенных линий бескислотной очистки и золочения стальной катанки.

Методы исследований. В работе использованы метсды математического моделирования, численного и аналитического решения системы дифференциальных уравнений состояния сыпучей среды, находящейся под давлением и контактирующей с очищаемой поверхностью цилиндрического проката.

Так как непосредственная экспериментальная проверка математической модели затруднена вследствие отсутствия соответствующих видов датчиков, была разработана специальная методика оценки со-стветствия математической модели абразивно-порошковой очистки катанки реальным процессам путем косвенного измерения усилия протяжки и давления нагнетания шнека по электрическим параметрам приводов с последующей обработкой результатов измерений с целью вычленения из суммарного усилия протяжки дол: каждого из уст-;:йстб линии.

.При исследовании механических характеристик и показателей качества продукции применялись стандартные методики стбора образцов проволоки и измерений. Методика весового определения содержания :статочной окалины с травлением образцов работала на пределе точ-:-::сти. При обработке полученных данных использовались методы ма-

- ческой статистики.

- / -

Научная новизна.

1. Лань: общая постановка, основные уравнения и граничные условия математической модели процесса абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката на основе положений механики сыпучих сред, при этом впервые учтены динамика сыпучей среды и специфический характер ее вязкости.

2. На основе созданной модели выполнены численное моделирование и псстроение поля скоростей порошка в рабочей зоне очистки, а таюке разработана новая методика энергосилового расчета процесса абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката.

3. Математическая модель процесса абразивно-порошковой очистки катанки исследована при вариации многих параметров, и на основе анализа выработаны принципиальные подходы к конструированию установки абразивно-порошковой очистки и ее узлов.

4. Разработаны и защищены патентами России и изобретениями СССР нозые технические решения по созданию установок абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката и совмещенных линий очистки и волочения катанки.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Постановка и решение осесимметричной задачи математического моделирования процесса АПО цилиндрического проката от окалины с учетом напряженного состояния и динамики абразивного порошка в рабочей зоне; анализ полученных зависимостей.

2. Новые конструктивные и технологические разработки по созданию совмещенных линий АПО и волочения катанки от окалины.

3. Результаты промышленных исследований:

- износостойкости рабочих органов АПО;

- износостойкости волочильного инструмента в совмещенной технологии аоразивно-порошковой очистки и волочения катанки, в том числе обычных и спаренных волок при использовании раз личных видов технологических смазок и при возбуждении круго вых колебаний

катанки на входе в волоку;

- качества малоуглеродистой калиброванной стали и продукции сталепроволочно-метизного производства, полученной по совмещенной технологии.

Практическая ценность.

1. На основе решения системы уравнений математической модели сыпучей среды, взаимодействующей с катанкой, получены и подтверждены экспериментально выражения для инженерного расчета основных энергосиловых параметров процесса абразивно-порошковой очистки.

2. На основе анализа математической модели выработаны принципиальные положения для конструирования устройств абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката.

3. Разработаны и защищены на уровне изобретений 10 новых технических решений, позволивших создать совмещенную линию абразивно-порошковой очистки катанки в потоке с волочением; указанные решения запатентованы в России и за рубежом.

4. Исследованы и решены проблемы абразивного износа рабочих органов устройства абразивно-порошковой очистки - выходного отверстия рабочей камеры и винтовой части шнека.

5. Исследозаны возможности и эффект от применения на волочильных станах различных видов технологических смазок, различных видов волок, устройства стабилизации процесса волочения, при этом решена проблема повышения износостойкости волочильного инструмента до величин, сравнимых с обычной для традиционной технологии.

6. Проведенный в ходе опытно-промышленной эксплуатации совмещенных линий анализ качества малоуглеродистой калиброванной стали и продукции сталепроволочно-метизного производства показал, что разработанная технология удовлетворяет требованиям ГОСТов по этим видам продукции.

Реализация работы.

длительная опытно-промышленная эксплуатация совмещенной ли-

ни;: абразивнс-порошковой очистки и волочения катанки на базе во-лочильно-калибровочного стана ВСК-1/750 'в калибровочном цехе ЧСПЗ, 198" - 1989 гг.

2. Опытно-промышленная эксплуатация совмещенной линии на базе стана трехкратного волочения ГО2БА 3/650 фирмы "БкеГ', Германия, на участке грубого и среднего волочения сталепроволочно-метизного цеха ЧСПЗ, 1990 - 1991 гг.

3. Опытно-промышленная эксплуатация совмещенной линии на базе линии окалиноломания на участке подготовки металла сталепроволочно-метизного цеха ЧСПЗ, 1991 г.

4. Продажа лицензии и технической документации на использование и распространение установок абразивно-порошковой очистки катанки на территории США, Южной Америки, Великобритании. Канады и .Мексики сроком на 1.5 года фирме Р01, США; договорная цена - 500 тыс.руб. в ценах марта м-ца 1991 года.

5. Продажа лицензии, технической документации и поставка полного комплекта оборудования линии фирме "Антикор" (г.Ашгабат. Туркменистан). 1992 г. Договорная цена - 1 млн. 990 тыс.руб.

6. Поставка специализированного волочильного стана Ивановскому ремизо-бердочному заводу, 1993 г., договорная цена - 4.5 млн.руб.

7. Ведется подготовка к отгрузке комплекта оборудования совмещенной линии в адрес КТИ "Автометиз", (г. Н.Новгород). Оплаченная в 1993 г. сумма - б млн.руб.

Достоверность научных положений и выводов обоснована сравнением расчетных данных, полученных при анализе математической модели, и данных, полученных при экспериментальных исследованиях на промышленном оборудовании, а"также подтверждена результативностью технических к конструкторских решений, разработанных на основе научных положений и рекомендаций; достоверность промышленных исследований технологических параметров процесса абразивно-порошко-зой очистки катанки, эксплуатационных характеристик оборудования

показателей качества продукции подтверждается запротоколированными результатами лабораторных измерений, произведенных в соответствии с действующими стандартами.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены:

- на заседании Инновационного совета при Совете Министров Российской Федерации, 1992 г.;

- на совещании в отделе машиностроения Миннауки РФ, 1993 г.;

- на научно-технических совещаниях при главном инженере Череповецкого СПЗ;

- на научно-техническом совещании при главном инженере Ленинградского СПЗ;

- на научном семинаре Лаборатории пластической деформации металлических материалов ИМЕТ РАН.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы, а также получено 10 авторских свидетельств на изобретения СССР и РФ, получены патенты РФ, США, Франции, Японии.

Объем диссертационной работы. Основной материал диссертации ,'166 стр. машиноп. текста) включает Введение, 5 Глав, Заключение ;с общими выводами), список Литературы из 96 наименований. Перечень приложений из 42 наименований; 37 илл., 11 табл. Нумерация рисунков, таблиц и приложений по главам. Приложения: документы, иллюстрации, таблицы. Приложения сброшюрованы отдельно.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обосновывается актуальность и формулируется цель исследований: отказ от экологически вредной технологии кислотного травления окалины с поверхности горячекатаной проволоки в ходе подгстовки металла к волочению; определяются задачи и назначение работы: промышленное внедрение механических способов удаления :калины с поверхности горячекатаной проволоки.

В первой главе изучены и сопоставлены известные и описанные б

литературе альтернативные кислотным способы очистки катанки от окалины. Разработан вариант классификации таких способов. Показано, что процесс абразивно-порошковой очистки выгодно отличается принципиальной технической простотой, но использование его в промышленности экономически оправдано только при условии создания на базе существующих волочильных станов созмещенных технологических линий, производящих одновременно е потоке операции предварительного удаления окалины (окалиноломання), окончательной очистки и волочения, одно-, или многократного.

Показано, что для создания и широкого использования в промышленности оборудования совмещенных поточных линий необходимо решение следующих научно-технических задач:

- создание и исследование технологии абразивно-порошковой очистки и волочения катанки, т.е. нахождение основных конструктивных, энергосиловых и режимных параметров поточной технологии, удовлетворяющих одновременно условиям качественной очистки и устойчивости процесса волочения;

- разработка эффективного оборудования абразивно-порошкозой очистки катанки, способного осуществить поточную технологию при оптимальных энергосилозых параметрах;

- разработка оборудования поточной линии, позволяющего вести процесс волочения в потоке с очисткой з отсутствие подсмазочного покрытия."

- исследование режимов эксплуатации совмещенных линий, глазным образом потребления энергии, расходуемых материалов и износостойкости рабочих органов на предмет промышленной пригодности;

- исследование качества продукте:, полученной по новой техноло гии, и определение области применимости этой технологии в промышленности.

Показано, что для успешной разработки поточной технологии не-збходимс выполнить задачу определения допустимых значений энерго-

силовых параметров процесса очистки, достижения их стабильности и контролируемости, но для осуществления этой сложной задачи необходимо представление о процессах, происходящих в рабочей камере, получить которое можно с помощью математического моделирования.

Во второй главе представлены вопросы математического моделирования процесса абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката и расчета на этой основе основных энергосиловых параметров оборудования. При постановке задачи математического моделирования процесса АПО катанки дан краткий обзор истории совершенствования конструкций установок абразивно-порошковой очистки катанки и методики их энергосилового расчета, показаны важнейшие энергосило-зые и геометрические параметры процесса АПО катанки, в том числе те, которые могут быть определены экспериментально и при моделировании могут считаться заданными, и те, определить которые возможно только аналитически, что и составляет задачу математического моделирования. В качестве основы для разработки математического аппарата для моделирования выбрана механика сыпучих сред. Математическое моделирование выполнено на двух уровнях: рассмотрена статическая (базовая) модель процесса абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката, описывающая напряженное состояние неподвижного абразивного порошка в рабочей камере, полностью основанная на механике сыпучей среды, и новая модель, учитывающая поле скоростей в рабочей зоне очистки.

Сформулированы основные положения моделирования напряженно-деформируемого состояния среды: абразивный порошок рассматривается как специфическая сплошная среда со следующими свойствами:

- отсутствие источников среды и ее несжимаемость;

- действие инерциальных сил (закон сохранения импульса);

- локализация (возможность выражения тензора скоростей деформации как функции тензора напряжений в той же точке среды) и

- линеаризация (пропорциональность девиаторов тензоров напря-

жений и скоростей деформации), причем впервые в теории пластичности коэффициент прслорз.'ональности. т. е. 'коэффициент вязкости д представлен в зависимости от паскалевской составляющей давления в данной точке среды, что и составляет отличие предложенного математического аппарата на основе механики сыпучей среды от теории пластичности металлов.

Показано, что инерциальными и гравитационными силами можно пренебречь ввиду их относительной малости.

На основе этих положений составлена система дифференциальных уравнений, описывающих напряженно-пластическое состояние сыпучего тела в цилиндрической системе координат (осесимметричная задача):

1 й йч

—•— (г«V ) + —г-

йг

й2

О ;

йч йч

Л , ,, _ г

ЙУ

+ v •

аь г

^ v

йу

аг йч

2 Й2

¿V

йб

йб

v

йг г йг = - Р *

Й2

йг йб

Г г

йг

62 йб йг йч

_г

йг йч.

%Г2 = йг

бгг- бфф

гг г

2М

йу„ йг

бфф

р ^ Хфф

Тфф = Д

(1) (2)

(3)

(4)

(5)

(6)

б.

т

йу

2Ц -^

йг

где г, ф - цилиндрические координаты, I - время,

р - плотность среды, уг . у, - проекции скорости,

бгг' бГ2' б22' Тгг, Тг,, Т,,, Тфф

(7)

компоненты тензора напряжений,

г

+

у

г

р = б1 - б2 + 63 - среднее давление в точке. ц - коэффициент вязкости среды. Подставляя (4) - (7) в (2) и (3). с учетом (1), получим уравнения для скоростей:

I ¿V йУ С1У \ йр р —+ V —ь + V —Ч = )|А V--; (8)

I йг г йг 2 йг ) г-2 г йг

( йУ йУ йУ \ йр р —- + V —+ V —- = цД V--; (9)

I йг т йг 2 йг ) г-2 2 йг

1 йг й \ йг

где А ---г — + —- - оператор Лапласа в цилиндрических

г-2 г йг I ¿г) йгг

координатах.

Из анализа физических условий, экспериментальных данных и результатов статической модели определены граничные условия осесим-метричной задачи (рис.1)

Г1: Уг(Р.;г) = 0; МЕЛ)=упр;

- 2ц т - м —^(К.-г) = ч0 + т р№:г); (Ю)

Тр йг йГ 0 ТР

О < г < I ,

ач

Г2: 2ц —Чг;Ю = р(г;Ю ;

¿2

йУ йУ

—(г;Ь) + —(г;Ь) =0; И < г < Ь , (И) йг йг

ГЗ: V = V = 0; г = Н - г 0 < г < Ь; (12)

Г 2

Г4: уг (г; 0) = 0; р(г;0) = р:

йУ йУ

—(г: 0) + —ЧпО) =0; Е < г < Н , (13)

йг йг

где Г1, Г2, ГЗ. Г4 - граничные поверхности (рис.1), Н. Ь - радиусы оснований рабочей камеры, Ь - длина рабочей камеры, Е - радиус очищаемого изделия. а - угол наклона стенок рабочей камеры, 1" - коэффициент внутреннего трения порошка, р - давление нагнетания шнека.

упр - скорость протяжки катанки, которые вместе с дифференциальными уравнениями (8, 9) состояния среды, составили замкнутую систему уравнений осесимметричной задачи абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката, т.е. математическую модель, учитывающую движение среды.

Выведены выражения для основных энергосиловых параметров:

- расхода порошка в единицу времени:

н н

0. = 2ж [ V (г;0) г йт = 2ж \ V, (г:Ю г йг ; (14)

I 2 I

- среднего давления порошка на поверхность катанки:

1 1

Чср = — [ [р(Е:г) - тггШ;г)] йг ; (15)

Система уравнений (8, 9) с'помощью введения функции тока iji,

такой, что dip 1 d

v ---; v ---(г; i()) , (17)

dz 2 г dr

представлена в виде дифференциального уравнения

d4i|j г d ) ds { й й \ d2 г й d

. -Г —- 11) +--г —- 11) +--г 11) = О, (18)

1гс1г )йг №г гаг ) £22 ШГ гйг )

решаемого методом сеток и итераций.

Для численного построения поля функции тока и поля скоростей составлена ВАБ1С-программа, представлен пример машинного расчета поля скоростей.

Энергосиловые параметры определены также путем аналитического решения уравнения (18) с учетом граничных условий (10 - 13), в которых также учтена функция тока (17). Полученные выражения здесь не приводятся ввиду их громоздкости.

Анализ полученных теоретических зависимостей дал представление о скрытых проявлениях процессов перемещения абразивного порошка в рабочей камере и указал на возможность стабилизации и контроля знергосиловых параметров очистки.

Сравнение полученных теоретических зависимостей энергосиловых параметров, полученных на основе статического и динамического моделирования, показало, с одной стороны, ограниченность применимости статической модели, а с другой, позволило яснее выявить роль динамических процессов в рабочей зоне очистки.

Эти зависимости после экспериментального подтверждения были попользованы для поиска конструктивных и режимных решений при разработке технологии, уточнении методики инженерного расчета и проектировании оборудования абразивно-порошковой очистки катанки.

Третья глава посвящена разработке технических решений, позволивших создать совмещенную линию абразивно-порошковой очистки и волочения катанки в потоке. Совокупность нозых технических решений, достаточно полно охватызающих предмет разработки и защитен-

ных авторскими свилетельствами и патентами, включает десять изобретений, определивших основные конструктивные признаки линии в целом, оборудования и технологии абразивно-порошковой очистки, и волочильного оборудования.

- компоновка совмешенной линии в целом [7]. Наличие перемоточного барабана исключает излишнее противонатянение от устройств очистки, а шпиндель с эксцентричной проводкой для возбуждения круговых поперечных колебаний катанки перед волокой дает возможность устойчиво производить волочение очищенной катанки при отсутствии подсмазочного покрытия (рис.2);

- совмещение первого волочильного и перемоточного барабанов во фрикционную пару [8]. Такая линия не требует дополнительного места для перемоточного барабана;

- обшая компоновка установки АПО: основные конструктивные признаки модуля АПО, наличие и компоновку узлов системы непрерывной сепарации и циркуляции абразивного порошка [Э];

- расширяющийся по ходу порошка винтовой канал шнека, подающего абразивный порошок в рабочую камеру, при этом трение о стенки канала существенно снижается [10]. изобретение создано по результатам математического моделирования;

- наличие расширенной переходной камеры между шнековым механизмом и рабочей камерой дало возможность упростить изготовление шнека и снизить его износ в процессе работы [11];

- гибкий шнек, выполненный в виде винтовой пружины, дает ряд преимуществ: увеличивает длину зоны очистки, демпфирует неравномерности давления абразивного порошка в рабочей камере, отличается высокой подающей способностью, позволяет снизить мощность привода, может применяться преимущественно при очистке проката больших диаметров, например, катанки и прутков диаметром 10 мм и более [12];

- пневматическая система сепарации и циркуляции абразивного по-

Рис. 2. Совмещенная линия абразивно-порошковой очистки и волочения катанки с перемоточным барабаном и устройством стабилизации волочения:

1 - размоточное устройство консольного типа; 2 - роликовый окапиноломатель; 3 - установка ЛИО катанки; 4 - узел смазки очищенной катанки; 5 - перемоточный барабан; 6 - система регулирования натяжения; 7 - устройство стабилизации процесса волочения; 8 - волочильный узел со смазочной ванной, волокодержателем и волокой; 9 - волочильный барабан; 10 - укладчик проволоки; И - намоточное устройство.

решка с использованием фильтро-вентиляпионнсгс агрегата (рис.3) позволила обеспылить рабочее место, уменьшить габариты узлов сепарации и циркуляции окалины и абразивного порошка, снизить количество движущихся деталей, повысить надежность; дала возможность использовать абразивные порошки различной крупности [13];

- вариант пневматической системы сепарации и циркуляции абразивного порошка с использованием сжатого воздуха может использоваться при затруднениях с вентиляционными пылеулавливающими средстзами и при наличии подводки сжатого воздуха [14];

- пластифицирование абразивного порошка, предложенное на основе анализа результатов математического моделирования, позволяет снизить энергозатраты и повысить эффективность очистки, а также уменьшить износ абразивного порошка [15];

- тяговое устройство волочильного стана [16] позволило создать специализированную конкурентоспособную конструкцию стана для поточных линий, совмещенных с механической очисткой, отличающуюся повышенной надежностью и долговечностью в жестких условиях эксплуатации в условиях повышенного противонатяжения и износа галтели тягового шкива, а также характеризующуюся высокой технологичностью изготовления.

Намечены также направления дальнейшего развития технической концепции совмещенной линии абразивно-порошковой очистки катанки з потоке с волочением, в частности, относящиеся к подбору епти-гальных продольных профилей рабочей камеры устройства абразив-ю-порошковой очистки, а также связанные с возбуждением круговых юперечных колебаний катанки перед волокой и совершенствованием ■зла волочения первого блока волочильного стана.

В четвертой главе рассмотрен комплекс промышленных исследовали совмещенного процесса абразивно-порошковой очистки и волоче-ия катанки, включающий четыре основных направления: 11 экспериментальная проверка математической модели, для чего

Рис.3. Пневматическая система циркуляции абразивного порошка и отделения окалины с применением фильтро-вентиляционного агрегата [65]:

I - загрузочный бункер; 2 - шнековый механизм нагнетания абразивного посошка б рабочую камеру; 3 - рабочая камера; 4 - приемная камера; 5 - патрубок всаса воздуха и обдува очищенной катанки; 6 - транспортный рукав подъема взвешенной смеси абразивного порошка и пылевидной окалины; 7 - корпус разделительной колонки; 8 - система сменных диафрагм и сеток; 9 '- патрубок подсоса воздуха с ое-гулятссэм расхода; 10 - патрубок отвода взвешенной пылевидной :калины; И - вентиляционный пылеулавливающий агрегат (ЗИЛ-900);

II - скалиносборник; 13 - привод шнекового механизма.

л

была разработана специальная методика оценки соответствия математической модели абразивно-порошковой очистки катанки реальным процессам путем косвенного измерения усилия протяжки и давления нагнетания шнека по электрическим параметрам приводов, и последующей обработки результатов измерений с целью вычленения из суммарного усилия протяжки доли каждого из устройств линии;

2) исследование технологических режимов, а именно, эффективности работы устройств очистки, т.е. остаточного содержания окалины на поверхности катанки и механических свойств катанки по стадиям очистки; отдельный параграф посвящен обзору материалов исследований, выполненных коллегами соискателя и касающихся важного вопроса выбора вида и крупности абразивного порошка;

3) исследование режимов эксплуатации совмещенных линий, главным образом потребления энергии, расходуемых материалов (абразивного порошка и технологической смазки для волочения), износостойкости узлов, наиболее подверженных абразивному воздействию (выходного отверстия рабочей камеры, винтовой части шнека, в особенности его последнего, рабочего витка), а также волочильного инструмента (обычных и спаренных волок) при использовании различных видов технологических смазок, а также при применении устройства [7] для возбуждения круговых колебаний катанки на входе в волоку;

4) исследование качества продукции, полученной по новой техно-когии, на предмет ее соответствия действующим стандартам, включа-зщее анализ характеристик твердости калиброванной стали и качест-!а проволочной и метизной продукции из сталей обыкновенного ка-¡ества.

В пятой главе рассмотрены вопросы промышленной реализации совещенного процесса абразивно-порошковой очистки и волочения ка-анки, зключающие анализ результатов исследований и сравнение с звестными решениями, заключение о промышленной пригодности выяв-енных эксплуатационных характеристик и определение области при-

менимости этой технологии б -промышленности, освещены аспекты внедрения разработанной технологии на крупных специализированных волочильно-калибровочных производствах и на производствах малых предприятий и фирм в условиях складывающейся экономической ситуации, а также намечены перспективы дальнейшего развития совмещенной технологии к ее промышленной реализации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе обзора и анализа литературных данных разработан вариант развернутой классификации способов очистки катанки от окалины. Показано, что использование процесса абразивно-порошковой очистки в промышленности оправдано только при условии создания на базе существующих волочильных станов совмещенных технологических линий, производящих одновременно в потоке операции предварительного удаления окалины (окалиноломания), окончательной очистки и волочения, одно-, или многократного.

2. Даны общая постановка, основные уравнения и граничные условия математической модели процесса абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката на основе положений механики сыпучих сред, при этом впервые учтены динамика сыпучей среды и специфический характер внутреннего трения.

3. На оснозе созданной модели выполнено численное моделирование и построение поля скоростей порошка в рабочей зоне очистки и разработана новая методика энергосилового расчета процесса абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката.

4. Математическая модель процесса абразивно-порошковой очистки катанки исследована при вариации многих параметров, и на основе анализа выработаны рекомендации для конструированию установки аб-разивно-порошковок очистки и ее узлов.

5. Разработана специальная методика оценки соответствия математической модели абразивно-порошковой очистки катанки реальным

гсспезза!.: гуте:.: косвенного измерения усилия протянки и давления ■агкетанин шнека по электрическим параметрам приводов, и последу-:шей обработки результатов измерений с целью вычленения из суммарного усилия протяжки доли каждого из устройств линии;

6. Разработана совокупность из 10 новых технических решений, юзволивших создать совмещенную линию абразивно-порошковой очист-:и и волочения катанки в потоке, достаточно полно охватывающих редмет разработки и защищенных охранными документами.

7. Достоверность математической модели обоснована сравнением асчетных данных и данных, полученных при экспериментальных исс-:едованиях на промышленном оборудовании, а также подтверждена ре-ультативнсстью технических и конструкторских решений, разрабо-анных на основе научных положений и рекомендаций;

8. В ходе опытно-промыпленной эксплуатации совмещенных линий бразизно-порошковой очистки и волочения катанки на базе золо-ильнс-калибровочного стана ВСМ-1/750 (калибровочный цехЧСПЗ), а базе стана трехкратного волочения ШИБА 3/650 "ЭкеТ' (участок рубого и среднего волочения сталегтроволочно-метизного цеха СПЗ), на базе линии окалиноломания (участок подготовки металла талепроволочно-метизного цеха ЧСПЗ), проведен комплекс промыш-енных исследований совмещенного процесса абразивно-порошковой чистки и волочения катанки, при этом:

исследованы технологические режимы (эффективность устройств очистки и механические сзойства катанки по стадиям очистки); исследование режимов эксплуатации совмещенных линий показало их соответствие требованиям производства;

разработана и испытана технология изготовления и упрочнения шнека, подающего абразивный порошок в рабочую камеру; качество продукции (калиброванной стали и проволоки для дальнейшего передела на гвозди, электроды, и арматурную сварную сетку], полученной по новой технологии, соответствует действую-

шим стандартам.

9. В результате выполнения, данной работы получен экономический эффект от:

- продажи лицензии и технической документации на использование, производство и продажу установок абразивно-порошковой очистки катанки на территории США, Южной Америки, Великобритании. Канады и Мексики сроком на 1.5 года фирме Project Development International Inc. (PDI. США); Договорная цена - 500 тыс.руб. в ценах марта м-ца 1991 года.

- продажи лицензии, технической документации и поставка полного комплекта оборудования совмещенной линии фирме "Антикор" (г.Ашгабат. Туркменистан), 1992 г. Договорная цена - 1.99 млн.руб.

1С. Подтвержденный экономический эффект от внедрения установок абразивно-порошковой очистки на участке волочильно-калибровочных линий ВСМ 1/750 калибровочного цеха Череповецкого сталепрокатного завода (ЧСПЗ) в составе 8 станов,составляет 573.7 тыс.руб. (71.7 тыс.руб. на 1 линию) - в ценах 1985 г.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах :

1. Э.А.Гарбер, М.И.Летавин, В.А.Касаткин, С.А.Кузнецов, Субботин А. К. Теория энергосилового расчета процесса абразивно-порошковой очистки проката от окалины. Сталь. No.10, 1990, с.56-60.

2. С.А.Кузнецоз, Э.А.Гарбер, Р.Г.Максютов, В.А.Касаткин к Е.Н.Логинов. Устройство для очистки проката от окалины. Решение с.1/9 от 28.11.1990 по з-ке No.4785738/02, МКИ В21В 45/04, В21С 43/04, не публ.

3. С.А.Кузнецов, Э.А.Гарбер и В.А.Касаткин. Линия очистки от :калины и волочения проволоки. Решение ф. 1/9 от 02.10.1992 по з-ке No.4817184 '02, МКИ В21В 45/04, В21С 43/04. не публ.

4. С.А.Кузнецов, Э.А.Гарбер, В.А.Касаткин, Р.Г.Максютов, А. Е. Каргачев и Е. И. Родин. Устройство для очистки длинномерны;'; цилиндрических изделий от окалины. Решение ф.1/9 от 18.04.1989 пс

з-ке i;c. 4652112/31-02, МКИ B215 45/04, B21C 43/04, KS публ.

5. С.А. Кузнецов, А.В.Каргачэв, В.В.Гусев, и Е.В. Мичурин. Устройств: для зачистки катанки. Решение ф. 1/9 от 27.08.90 по з-ке ¡,'0.4715598/02, В21В 45/04, не публ.

6. Гарбер Э.А., Касаткин В.А., Кузнецов С.А. Пименов А.Ф. Знергосиловые параметры осесимметричного процесса абразивно-порошковой очистки от окалинь: цилиндрического проката. Известия .АН СССР, "Металлы", Ко.6, 1991, с.67-71.

7. Гарбер Э.А., Касаткин 3.А., Кузнецов С.А.. Максютов Р.Г., Логинов В. Н. Осзоение совмещенной линии абразивно-порошковой очистки от окалины и волочения стальной проволоки. М.: Черметин-формация, 1990, балл. No.2

8. Касаткин В.А., Кузнецов С.А., Андрющенко Т.С. Промышленные исследования технологии абразивно-порошковой очистки катанки от окалины: в сб.: "Научно-технический прогресс в металлургическом и химическом производствах", с.272 - 280, депонировано в справоч-ко-информашюннок фонде ИНТБ 41-1. библиогр. указатель ВИНИТИ, 1990, ilo. 1. с. 113.

9. 3.А.Гарбер, А.Н.Иводитов, С.А.Кузнецов, В.А.Касаткин, Р.Г.Максютов, В.Н.Логинов, А.В.Каргачев и В.В.Гусев. Совмещенная пиния очистки от окалины и волочения проволоки. А.с.СССР 7о.1640871. МКИ 321С 43/02, 1/00. не публ.

10. А.Н.Иводитов, Л.И.Данилов, С.А.Кузнецов, Э. А. Гарбер, 3.А.Касаткин, А.Н. Субботин и В.Н. Чернецов. Устройство для очистки даликдрического проката от окалины. Решение ф. 1/9 от 05.01.1989 1С з-ке N0.4485943/31-27, МКИ В21С 43/04, не публ.

11. ?:. В. Липухин, Э. А. Гарбер, С. А. Кузнецов и Е. А. Касаткин. По-юшок для удаления окалины с поверхности проката. А.с.СССР :о. 1640359, МКИ В21В 45/04, не публ.

12. S.A.Гарбер, А.А.Казанцев. С.А.Кузнецов и др. Тяговое уст-ойство волочильного стана. Заявка на выдачу патента Российской

:дераци;; Не.93014.114 от 13.04.1993.

13. Э.А.Гарбер, А.Н.Иводитов. В.А.Касаткин. В.К.Логинов, С.А.Кузнецов и Е.П.Грибин. Устройство для очистки проката от окалины. Решение ф.1/9 от 08.10.1990 по з-ке N0.4852446/02. МКИ В21В 45/04. В21С 43/04. не публ.

14. Э.А.Гарбер, О.Н.Евтеев, В.А.Касаткин, В.К.Бонами и С.А.Кузнецов. Устройство для очистки длинномерных цилиндрических изделий от окалины. Решение ф.1/9 от 11.04.1988 по з-ке N0.4351041/31-27, МКИ В21С 43/04, не публ.

15. А.Н.Шичков, Э.А.Гарбер, А.В.Лукин, С.Б.Ябко, В.А.Касаткин, Н.В.Кузнецов и С.А.Кузнецов. Устройство абразивно-порошковой очистки проката от окалины. Решение ф.1/9 от 05.01.1990 по з-ке N0.4752471/31-02, МКИ В21В 45/04, В21С 43/04, не публ.

16. Устройство для очистки проволоки от окалины. Международная патентная заязка Ло. РСТ/БЪ" 85/0016, опубл. 12.09.1986.