автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка, исследование и внедрение технологии двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали в условиях мелкосортных станов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

»Г Б ОД

^ ц На правах рукописи

— - - 4 ' - ' -

НЕЧЕПОРЕНКО Владимир Андреевич

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДВУХРУЧЬЕВОЙ ПРОКАТКИ-РАЗДЕЛЕНИЯ АРМАТУРНОЙ СТАЛИ В УСЛОВИЯХ МЕЛКОСОРТНЫХ СТАНОВ

Специальность 05.03.05. - "Процессы и машины обработки давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДОНЕЦК - 1997

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена на Криворожском государственном горнометаллургическом комбинате "Криворожсталь"

Научный руководитель- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Г.М. Шульгин

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ф.Е. Долженков, кандидат технических наук, старший научный сотрудник A.A. Толпа

Ведущее предприятие - Институт черной металлургии HAH Украины

Защита диссертации состоится 21 мая 1997 года в 12 часов на заседании специализированного совета Д 06.04.03 Донецкого государственного технического университета в аудитории 353 5го учебного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим высылать по адресу : 340000, г. Донецк, ул. Артема, 58. ДонГТУ. Ученому секретарю.

Автореферат разослан 18 апреля 1997 года.

Ученый секретарь специализированного совета, профессор, доктор технических наук

С.М. Сафьянц

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Как известно, недостптком производства сортовых профилей малых сечений на мелкосортных станах является низкая часовая производительность (ниже среднечасовой), определяемая массой погонного метра профиля и скоростью прокатки в чистовой клети. В то же время объем производства профилей малых сечений в общем объеме производства сортовых профилей проката составляет более половины всего объема производства сортового проката. Так, например, на Криворожском металлургическом комбинате "Криворожсталь" (КГГМК) доля производства арматурной стали №№10-14 в 1990-1996 годах изменялась в пределах 52,7 - 89,3%, а максимальная доля приходилась на арматурную сталь №12.

В результате возникает проблема интенсификации производства сортовых профилей малого сечения. Кроме того, в нынешних условиях спада производства и снижения рентабельности готовой продукции остро встает вопрос об экономии энергетических и материальных затрат.

Цель работы. Интенсификация, энерго- и ресурсосбережение производства арматурной стали мелких сечений путем разработки и пне-дрения технологии двухручьевой прокатки-разделения.

Защищаемые научные положения и результаты. Их новизна.

В работе впервые получены: кинематически-возможное поле скоростей и деформаций металла в очаге деформации при прокатке прямоугольной заготовки в двухручьевом калибре с ромбической формой ручьев; экспериментальные и теоретические модели в виде уравнений регрессии, описывающие формоизменение и энергосиловые параметры прокатки прямоугольной полосы в двухручьевых калибрах с квадратными диагональными и ромбическими ручьями, результаты исследования продольного разделения двухниточного раската в двухручьевом разделяющем калибре; результаты исследования на базе машинного эксперимента технологических параметров традиционной одноручьевой и двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали в условиях непрерывных мелкосортных станов; инженерная методика расчета калибровки валков для двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали; результаты промышленного исследования технологических параметров

двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали и качества готового проката.

Методы исследования, обоснованность и достоверность научных положений и выводов. В процессе исследований использовались методы математического планирования эксперимента, методы математической статистики и регрессионного анализа. Исследования выполнялись с применением стандартных и новых ранее апробированных приборов и методик. Приборы подвергались проверке, юстировке и градуировке. Достоверность результатов подтверждается принятыми теоретическими предпосылками, базирующимися на широко апробированных фундаментальных положениях теории пластичности, прокатки и обработки металлов давлением, принципов механики сплошных сред, адекватностью результатов сопоставительного анализа, промышленным внедрением и эффективной эксплуатацией разработанной технологии.

Научное значение работы.

1. Получены аналитические зависимости, позволяющие определять параметры формоизменения металла и энергосиловые условия прокатки в двухручьевых калибрах с ромбической формой ручьев при формировании и продольном разделении двухниточного раската, графическая зависимость для определения прямолинейного выхода разделенных профилей из разделяющего двухручьевого калибра.

2. Получены результаты сопоставительного анализа технологических параметров одноручьевой и двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали в условиях непрерывных станов с использованием машинного эксперимента.

Практическая ценность работы. Результаты теоретического и экспериментального исследований, разработанная методика расчета калибровки валков использованы при разработке технологии двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали №10, №12 и N214 в условиях мелкосортных станов КГГМК "Криворожсталь" и могут быть использованы при разработке технологии двухручьевой прокатки-разделения сортовых профилей на станах других типов, что снизит себестоимость готовой продукции.

Реализация результатов работы. Разработанная технология двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали №10 и N912 внедрена

на мелкосортных станах (МС) 250-3 и 250-4 КГГМК "Криворожсталь". На 31 декабря 1996 года всего прокатана 1110121 тонна арматурной стали с общим экономическим эффектом 5620755 грн. Доля автора диссертационной работы составила 1686226 грн.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: Всесоюзной научной конференции "Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов", Пермь, 1987; Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения качества металлопродукции по основным переделам черной металлургии", Днепропетровск, 1989; научно-технической конференции по законченным научно-исследовательским работам, Донецк, 1991; научно-технической конференции, посвященной 75-летию ДонГТУ, Донецк, 1996; научно-технической конференции "Теория и технология процессов пластической деформации - 96". Москва, 1996; объединенном научном семинаре кафедры обработки металлов давлением ДонГТУ и ДонНИИчермет, расширенном заседании кафедры, Донецк, 1989, 1997.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 2 авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка из 94 наименований, 4 приложений, содержит 118 машинописных страниц основного текста, 48 рисунков и 30 таблиц.

Личный вклад автора. Состоит в постановке, проведении и анализе данных всех представленных в работе экспериментов и теоретических исследований, разработке методик расчета калибровки и монтажа валков. Публикации описывают результаты исследований, выполненных при непосредственном участии автора.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

Из мировой практики известно, что вышеупомянутые проблемы повышения производительности, уменьшения энергетических и материальных затрат наиболее эффективно могут быть решены путем использования технологии многоручьевой прокатки-разделения. Технология

многоручьевой прокатки-разделения позволяет увеличить производительность прокатных станов, снизить удельные расходы электроэнергии и прокатных валков, уменьшить капитальные вложения при строительстве новых станов и тем самым повысить рентабельность производства проката.

В настоящее время для производства арматурной стали за рубежом получила распространение технология "слитинг" с продольным разделением раската в межклетевом промежутке специальными устройствами. Более эффективная технология многоручьевой прокатки-разделения с продольным разделением раската непосредственно в прокатных валках в основном разрабатывалась для условий обжимно-заготовочного производства. Однако известные способы продольного разделения раската недостаточно совершенны, а формоизменение металла и энергосиловые условия при прокатке в многоручьевых калибрах, особенно для условий сортопрокатного производства, мало исследованы. Имеющиеся в научно-технической литературе сведения о результатах исследования формоизменения металла и энергосиловых параметров прокатки относятся к конкретным конструкциям многоручьевых калибров, определяемых способами продольного разделения раската и имеют ограниченную область применения.

Разработкой технологии многоручьевой прокатки-разделения сортовых профилей занимались фирмы "Ниппон Кокан", "Кобе Сэйкосе", "Кобе Стил", "Син Ниппон Сэйтецу" (Япония), "Ко-Стил Интернешнл" (Канада), Шлеман Зимаг (Германия), Донецкий Государственный технический университет (ДГТУ) , Институт черной металлургии НАН Украины, ДонНИИЧМ (Украина). В Украине вклад в разработку и исследование технологии многоручьевой прокатки-разделения сортовых профилей и заготовок внесли В.М.Клименко, В.П.Следнев, Г.М.Шульгин, В.Ф.Губайдулин, Д.П.Кукуй, П.А.Левичев, А.А.Толпа, Л.В.Кулаков, Е.С.Дмитриев и др.

Целью работы является интенсификация, энерго- и ресурсосбережение при производстве арматурной стали мелких сечений путем разработки и внедрения технологии двухручьевой прокатки-разделения.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

- разработка и исследование способа продольного разделения двухниточного раската в прокатных валках;

- проведение теоретического и экспериментального исследований формоизменения металла и энергосиловых параметров при прокатке в двухручьевых формирующем и разделяющем калибрах;

- разработка методики расчета калибровки валков для двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали;

- разработка технологии двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали №№ 10, 12 и 14 на МС 250-3 и 4 КГГМК "Криворожсталь", проведение опытно-промышленных испытаний, внедрение и исследование разработанной технологии, точности готового проката и его механических свойств;

- оценка технико-экономической эффективности двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали по сравнению с традиционной од-норучьевой прокаткой.

Основными новыми результатами, полученными в работе и выносимыми на защиту являются:

- результаты экспериментального и теоретического исследований формоизменения металла и энергосиловых параметров прокатки в двухручьевых калибрах с диагональными ручьями при формировании и продольном разделении двухниточного раската;

- методика расчета специальной части калибровки валков, обеспечивающей формирование и продольное разделение многониточного раската при двухручьевой прокатке-разделении арматурной стали, калибровка валков и режимы обжатий для двухручьевой прокатки арматурной стали №N910, 12 и 14;

- результаты исследования технологических параметров прокатки арматурной стали в условиях мелкосортных станов КГГМК "Криворожсталь" с использованием машинного эксперимента;

- результаты промышленного исследования технологии двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали и качества готового проката.

РАЗРАБОТКА СПОСОБА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОКАТКИ-РАЗДЕЛЕНИЯ В ДВУХРУЧЬЕВЫХ КАЛИБРАХ

С целью устранения недостатков известных способов разработан способ продольного разделения многониточного раската в прокатных валках контролируемым разрывом. Продольное разделение двухниточ-ного раската осуществляется путем создания в зоне перемычки растягивающих напряжений под действием осевых сил со стороны боковых поверхностей гребней двухручьевого калибра. Одновременно с растяжением перемычки в очаге деформации осуществляется ее утонение путем обжатия гребнями валков, что позволяет контролировать процесс продольного разделения раската изменением зазора между ними. На выходе из очага деформации происходит разрушение перемычки.

Исходной заготовкой может служить промежуточный раскат прямоугольного или квадратного сечения. Из этой заготовки в двухручьевом калибре формируется двухниточный раскат, состоящий из двух заготовок ромбической, преимущественно квадратной, формы, соединенных между собой вдоль одной из диагоналей относительно толстой перемычкой. Наличие относительно большого зазора между гребнями валков формирующего калибра обеспечивает самоцентрирование задаваемой прямоугольной заготовки боковыми стенками калибра.

Продольное разделение раската осуществляется в симметричном разделяющем калибре, обеспечивающим самоцентрирование двухни-точного раската гребнями валков.

Разработанный способ обладает следующими преимуществами: симметричная форма двухручьевых калибров и отсутствие осевых усилий; широкий диапазон толщины перемычки при продольном разделении раската; отсутствие шейки разрыва в месте разделения заготовок; надежное самоцентрирование раската в двухручьевых калибрах; относительно большой угол (преимущественно 90°) у вершин гребней двухручьевых калибров, повышающий срок службы валков; возможность контроля (управления) процессом разделения раската.

К недостаткам способа следует отнести вскрытие зернистой структуры металла в месте разделения заготовок и необходимость обжатия этих мест перед чистовым проходом.

С целью получения аналитических зависимостей для определения параметров формоизменения и энергосиловых условий в двухручьевых формирующем и разделяющем калибрах и получения экспериментальных данных для сравнительной оценки с теоретическими данными проведены экспериментальные исследования на лабораторных станах 100 и 250 лаборатории прокатки ДГТУ.

На основании проведенного активного трехфакторного эксперимента получены уравнения регрессии, описывающие формоизменение металла и энергосиловые параметры при прокатке прямоугольных и квадратных образцов в двухручьевом калибре с квадратными ручьями, врезанными на диагональ.

М = 9,779 - 15,055а/В - 8,458а/Н + 6,053(а/В)(а/Н)+ + 7,842(а/В) 2 +2,495(а/Н) 2 -93/^;

2

(1)

Ь/Вк = 5,429 - 13,609а/В + 6,826(а/В)(а/Пб)+

+ 5,172(а/Н)(а/П6) + З,68(а/В)(а/Н) + 7,675(а/В) - 2,171 (а/Н)2 - З9,185(а/Яб) 2 ;

2

2

(2)

Ь/В = 3,003 - 9,67а/В + 2,476а/Н + 6,291 а/В6 + + 2,507(а/В)(а/Н) + 5,52(а/В)(а/й6) +7,029(а/В)2 - З,604(а/Н) 2 - 52,324(а/П6) 2 ;

(3)

|уНк = 0,402 + 0,834а/В + 0,889а/Н - 1,279(а/В)(а/Н) - 3,997(а/Н)(а/Нб)+12,664(а/Нб)2 ,

(4)

у = 3,064 - 7,бОба/В - 1,134а/Н - 8,07а/Пб + + 15,344 (а/Н)(а/В6) + 6,969(а/В)2;

(5)

п„ = 7,833 - 8,603а/Н - 56,411а/Рб - 8,597(а/В)(а/Н) +

56,206(а/В)(а/Рб) + 10,434(а/Н)2+ 110,212(а/ЯГ))

(6)

где ц - коэффициент вытяжки; b/BK - относительное заполнение калибра по ширине: р= b/В - коэффициент поперечной деформации; h/H« - относительное заполнение калибра по высоте; у - коэффициент плеча момента; п„ - коэффициент напряженного состояния металла; а/В - относительная ширина заготовки; а/Н - относительная высота заготовки; a/R6 - относительный радиус валка (а - сторона квадратного ручья калибра, В и Н - ширина и высота исходной прямоугольной заготовки соответственно, R6 - радиус валка по бурту калибра; В, и Н, • соответственно ширина и высота калибра по "скелету").

Статистические данные анализа уравнений (1)-(6) приведены в табл.

Таблица. Статистическая оценка уравнений регрессии

Модели руемый параметр Номер уравнения Коэффициент множественной корреляции, R Критерий Фишера, F Остаточная сумма квадратов, ° ост Стандартная ошибка, %

(1) 0,9717 219,97 0,0015 2,55

ь/вк (2) 0,9445 90,88 0,0009 3,25

Ь/В (3) 0,8509 24,92 0,0013 3,04

h/H, (4) 0,9237 91,89 0,0001 1,26

V (5) 0,7723 23,36 0,0039 13,33

п„ (6) 0,8116 25,08 0,0132 7,52

И (7) 0,9404 63,84 0,0009 3,23

Ч (8) 0,9035 53,32 0,0001 0,30

V (9) 0,9112 32,75 0,0043 12,82

»0 (Ю) 0,9007 51,56 0,0001 0,39

Мер (11) 0,990 353 0.0256

N' (12) 0,992 474 0,0702

F, (13) 0,996 2006 0,0009

^ср (14) 0,999 5718 0,0003

Ч'вал (15) 0,980 294 0,0002

(16) 0,999 3345 0,0955

На основании уравнений (1) - (6) построены номограммы для определения коэффициента вытяжки металла и параметров исходной заготовки, обеспечивающей заданные значения заполнения двухручьевого калибра по ширине и высоте. Из анализа номограммы следует, что вытяжная способность двухручьевого калибра незначительно зависит от параметра и интенсивно увеличивается с возрастанием размеров исходной заготовки В и Н. Номограммы могут служить для анализа и прогнозирования деформации металла в формирующих двухручьевых калибрах с квадратными диагональными ручьями, а также использоваться при инженерных расчетах.

Двухниточные раскаты, сформированные в двухручьевых калибрах, подвергались продольному разделению в разделяющих двухручьевых калибрах.

Продольное разделение двухниточных раскатов осуществляли при разной величине зазора I между гребнями разделяющих калибров. Получены следующие уравнения регрессии:

ц = 1,092 - 0,5925— (7)

«о

2

Г| = — = 0,9564 + 0,923 4- (8)

"о Я(Т

12

\|/= 0,4844 +0,0308 — (9)

о,

Г

па = 0,9445 + 0,2182— (10)

"()

где г] = а/а0 - относительное обжатие сторон квадратного профиля; >(* = ЪА/2Р\Л\ п„ = Р/Рк<з3\ = [(Иг, - 1)Иб]0'5 - максимальная длина очага деформации в разделяющем калибре; Рк = 0,5(С + Со)^ - площадь контакта; Ьп - толщина перемычки.

Результаты статистического анализа уравнений приведены в табл. и подтверждают удовлетворительную сходимость математических моделей (7) - (10) с экспериментальными данными.

В связи с тем, что при продольном разделении двухниточного раската деформация металла обжатием имеет место только вначале очага деформации, а затем, по мере утонения перемычки, происходит ее растяжение в поперечном направлении, а на выходе из очага деформации происходит пластический изгиб в поперечном направлении уже разделенных профилей, то коэффициент напряженного состояния металла согласно зависимости (10) может иметь значение менее 1,0.

С целью выявления параметров прокатки, определяющих кривизну разделенных профилей при выходе из валков, было проведено экспериментальное исследование продольного разделения двухниточного раската на гребнях валков стана 250. Угол при вершине гребней составлял 90°, радиус валка R = 125 мм. При формировании двухниточного раската в двухручьевом калибре изменяли толщину перемычки hn и сторону квадратных профилей - а. Разделение раската производили при разных значениях зазора между гребнями валков - t. После разделения измеряли радиус кривизны Rk профилей. Наименьшая кривизна разделенных квадратных профилей на гребнях валков имеет место при значении параметра hnt /а2 = (85 + 90)х10"5 . При значениях h„t /а2 < 0,00085 изгиб разделенных профилей происходит на внешние стороны, а при h„t /а2 > и 0,0009 - навстречу друг другу. Эти результаты показывают возможность регулирования направления изгиба передних концов разделенных профилей изменением зазора между гребнями разделяющего калибра.

Теоретическое решение задачи определения параметров деформации металла и энергосиловых условий при прокатке прямоугольной заготовки в двухручьевом калибре с ромбическими ручьями осуществлено с использованием известного вариационного принципа возможных изменений деформируемого состояния. С целью упрощения при решении приняли модель жесткопластической среды и опережение S = const (S = 0) .

Поперечное сечение профиля (рис.) разбито на 2 зоны по ширине очага деформации при описании поля скоростей I (Y = 0 +- d), II (Y = d + В0) и на 3 зоны при описании геометрии очага. В связи с симметрией калибра рассматривали лишь его четвертую часть.

Рис. Схема очага деформации.

С учетом анализа известных экспериментальных и литературных данных получено виртуальное поле скоростей, которое описывается зависимостями:

а) скорость перемещения металла

Vz=^xHaZ,

7

СГ от

о ~ Ч

C2\\-Ya

2

Vy = - C„ + C,Zijm) +^-[(1 - Ytmf - l]J,

б) скорости деформации * 1 fi *

^ Н,) = 4.v(i-c„ + c,zw„ -c2|i- г„„,

Компоненты сдвиговых скоростей деформации :

i)X

эк.

2 А-К,

„ -^{к„„,(1 - С„ + C,Z„m) + 0,5С2[(1 - Ynm)2 -1]},

11.« = ^ = 2KV„ Z,„„[ 1 - 0,5CxZ()m + C2|l - K„m|],

дК

dVy 1 ()K

—^ = -2KK, — dY " L

где "+" - на участке d > У > 0; "-" - на участке В„ > Y > d; К = 1 -1Д1ср; п,о = d/Hc; С0 ,С,, С2 - константы, определяемые из граничных условий в скоростях и перемещениях; Znm = Z/H0; Yorn = Y/d - относительные координаты поперечного сечения очага деформации при X = 0.

Граничные условия определялись из анализа известных результатов исследования течения металла при прокатке в многоручьевых калибрах с использованием составных слоистых образцов.

Составляющие скоростей перемещения и деформации использованы при определении полной мощности деформации металла. Мощность функционально зависит от геометрических размеров калибра и заготовки, обуславливающих следующую систему геометрических факторов очага деформации (обозначения на рис.): m, = tgip; т2 = hn/HK; т3 = R„/hn; т4 = hK/HK; т5 = hJHa\ т6 = Ьп/Ьп; т7 =В0/ВК;

Шириной перемычки и радиусом скругления гребней у перемычки пренебрегли (погрешность не превышает 1,5%), то есть приняли m6 = b„/hn = 0.

В качестве варьируемого параметра принят коэффициент средней вытяжки а, = [icp, а зависимым от него - относительное уширение

Фп = АЬ / В„.

Решение вариационного уравнения осуществили на ПЭВМ IBM 80486 в точках факторного пространства в диапазоне: т,( 1,0 + 1,7); т2(0,2 + 0,6); т3(25 + 45); т4(0,90 0,95); т5(0,8 + 0,9); т7(0,6 + 0,8);

Результаты решения вариационного уравнения сравнены с результатами экспериментального исследования прокатки в ромбических калибрах при аналогичных геометрических параметрах прокатки. Погрешность логарифмического коэффициента вытяжки не превышает - 11,5% + + 19,9%, уширения: -19,5% - +21,1%, силы прокатки: -20,8% + +20,8%, момента прокатки: - 21,4% + +10,4%.

В результате обработки результатов решения вариационного уравнения полной мощности с использованием аппарата математического планирования машинного эксперимента методами математической статистики получены следующие зависимости для определения коэффициента средней вытяжки цср1 относительной величины полной мощности N' (для 1/4 очага деформации), параметра F,, относительной деформации еср , коэффициента плеча момента ч'„„л и относительной площади контакта FK.

Мср= 0.891 + 0.445m, - 1.5т2 + 1.09т4 - 1.35т5 + 1.27т7 -

- 0.152т,т2 - 0.458т,т7+ 1.36т22 + 0.345т2т7; (11)

N' = 1.72 + 0.373т, - 4.90т2 - 0.017т3 + 1.27т4 - 1.16ms-

- 0.358т,т2 + 3.16т22+ 0.032т2т3 + 0.949т2т7 ; (12)

F, = 3.85 - 0.604т2 + 0.383т4 - 8.73т5 + 0.462т2т7+ 4.84т52; (13) £ср = 0.354 - 0.604тг + 0.384т4 - 0.435т5 + 0.35т22 -

- 0.163т2т5 + 0.462т2т7;

(14)

= 0.372 - 0.24т2 - 0.089т4 + 0.108т5- 0.072т7 + 0.089т22 + + 0.225т2т7; (15)

= 0.618 + 2.63т2 + 0.023т3 - 0.293т7 - 2.97т22+ 0.044т2т3+ + 2.94т2т4 - 4.96т2т5+ 3.87т2т7; (16)

Статистический анализ уравнений (11) - (16) приведен в табл.

Расчет силы прокатки производится по зависимости Р = |5а5П„РКОН1

ЛГн„

где коэффициент напряженного состояния /70 =—-—, сопротивле-

Ч

ние деформации о3 = ,1), площадь контакта Ркон = 0.5НоВоРк,

п„ = Но/Ц).

Для определения момента прокатки можно воспользоваться двумя способами: Мпр = 2Румл Ц, или Мпр = М'т5ВбН0В0, где Н0,В0 - половинные размеры заготовки.

Уравнения (1) - (16) использованы при разработке методики расчета калибровки валков для двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА КАЛИБРОВКИ ВАЛКОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОКАТКИ

Методика предназначена для расчета калибровки валков только для формирования и продольного разделения двухниточного раската в прокатных валках. До формирования двухниточного раската и после его продольного разделения можно использовать любую известную систему калибров и ее разработку производить с использованием известных методов расчета.

Расчет калибровки валков производится против хода прокатки с определением размеров разделяющего и формирующего двухручьевых калибров и размеров исходной прямоугольной (квадратной) заготовки. С целью контроля ширины двухниточного раската и более гибкого управления процессом его продольного разделения между формирую-

щим и разделяющим двухручьевыми калибрами предусмотрен одно-ручьевой калибр для ребрового обжатия двухниточного раската. Этот калибр при разработке калибровки валков может опускаться.

Исходными данными для расчета калибровки валков являются сторона квадратной заготовки (а) после продольного разделения раската и радиус валка по бурту калибра (Пб ).

При разработке методики расчета калибровки валков использованы экспериментально и теоретически полученные математические зависимости формоизменения и энергосиловых параметров прокатки.

Методика расчета калибровки валков использована при разработке калибровки валков МС 250-4, 250-3 и 250-1 КГГМК "Криворожсталь" для двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали №14, №12 и №10.

Разработаны методика расчета монтажа валков для двухниточной прокатки разделенных заготовок и инструкция по настройке прокатных валков чистовых групп клетей мелкосортного стана при двухручьевой прокатке-разделении.

Оценку эффективности двухручьевой прокатки-разделения сортовых профилей производили путем сравнения ее технико-экономических показателей с соответствующими показателями существующей одноручь-евой технологии прокатки. В связи с тем, что в реальных промышленных условиях ряд технико-экономических показателей технологического процесса определить с достаточной точностью сложно, сравнительную оценку вышеупомянутых технологий производили по результатам машинного эксперимента на основании разработанных математических моделей [8], включающих расчет температурного режима прокатки, параметров сопротивления деформации металла, деформационных и энергосиловых параметров прокатки, окалинообразования металла при нагреве, прокатке и охлаждении. Сравнительная оценка расчетных и опытных значений температуры металла показала адекватность разработанной математической модели практическим данным.

С использованием разработанной программы произведен расчет среднемассовой температуры металла по пропускам, удельных энергозатрат на нагрев и деформацию и окалинообразование при нагреве, прокатке и охлаждении арматурной стали №№ 10, 12 и 14 в процессе

одноручьевой и двухручьевой прокатки-разделения в условиях мелкосортных станов КГГМК "Криворожсталь".

По сравнению с одноручьевой прокаткой при двухручьевой прокатке-разделении арматурной стали за счет увеличения секундного объема металла наблюдается увеличение скорости прокатки во всех клетях, предшествующих продольному разделению раската. В связи с увеличением скорости прокатки в черновой и промежуточной группах клетей МС 250-4 и черновой группе клетей МС 250-3 уменьшаются потери тепла металлом в межклетевых промежутках и увеличивается температура металла в конце прокатки.

В связи с уменьшением потерь тепла металлом в межклетевых промежутках и уменьшением суммарной вытяжки за счет продольного разделения раската снижаются удельные энергозатраты на деформацию металла. При равенстве условий одноручьевой и двухручьевой прокатки-разделения удельные энергозатраты на деформацию снижаются на 25-35%. При снижении скорости прокатки экономия энергозатрат уменьшается.

Резервом снижения окалинообразования и увеличения производительности нагревательной печи при двухручьевой прокатке-разделении является понижение температуры начала прокатки, обеспечивающей равенство температур конца одноручьевой и двухручьевой прокатки-разделения. Кроме того, понижение температуры нагрева в пределах 100 °С способствует снижению окалинообразования металла на 3050%, выбросов вредных соединений, особенно ЫхОу, улучшению структуры и повышению механических свойств проката.

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ДВУХРУЧЬЕВОЙ ПРОКАТКИ-РАЗДЕЛЕНИЯ АРМАТУРНОЙ СТАЛИ

Исследования проведены с целью проверки работоспособности привалковой арматуры и различных вариантов калибровок валков, разработанных для реализации технологии двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали, установления соответствия качества поверхности, геометрических размеров и механических свойств получаемого арматурного профиля требованиям стандартов.

Освоение двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали N912 и N910 на МС 250-3 производили в два этапа: вначале двухручьевую

прокатку-разделение осуществляли по левой стороне стана, а по правой стороне одновременно прокатывали соответственно арматурную сталь №14 иди N212 по существующей одноручьевой технологии; на втором этапе двухручьевую прокатку-разделение производили на обеих сторонах стана. Для реализации новой технологии в межклетевых промежутках клетей N213-15 устанавливали передаточные столы с двумя желобами и специальную привалковую арматуру для сьема и разведения разделенных полос. Продольное разделение двухниточного раската осуществляли в валках 13-й клети. После разделения квадратные заготовки одновременно разводили в горизонтальной и вертикальной плоскостях с помощью передаточного стола и в две нитки прокатывали в валках предчистовой вертикальной клети N214 в овальные профили. После выхода из валков овальные профили разводили в горизонтальной плоскости двухканальной проводкой и в две нитки прокатывали в готовый профиль в чистовой клети N2 15. Затем профили направляли в две параллельные трассы водоохлаждающего устройства, резали барабанными летучими ножницами на заданные длины и транспортировали на холодильник. Охлаждение обеих ниток готового профиля производили в одной ячейке реечного холодильника.

При освоении двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали N212 на МС 250-4 существовавшие 14-ю (20) и 16-ю (22) вертикальные клети чистовых групп заменили на горизонтальные. Освоение технологии производили одновременно на обеих сторонах стана аналогично МС 250-3. Двухручьевую прокатку-разделение арматурной стали N214 освоили на МС 250-4 по трем вариантам калибровки валков [2, 3].

Макроструктура металла в поперечных сечениях промежуточных раскатов и готового профиля характеризуется плотным строением. Лик-вационный квадрат выражен слабо. После продольного разделения двухниточного раската на промежуточных раскатах и готовом профиле имеет место локальный выход ликвационной зоны на поверхность в месте разделения. На готовом профиле локальный выход ликвационной зоны на поверхность расположен под углом около 45° к вертикальному и горизонтальному диаметрам.

В процессе визуального осмотра изогнутых на угол 90° образцов готового профиля выраженных поверхностных дефектов, являющихся следствием продольного разделения раската не выявлено.

Значения показателей механических свойств готового проката, полученного одноручьевой прокаткой и двухручьевой прокаткой-разделением, а также левой и правой ниток после продольного разделения раската, близки друг к другу и соответствуют требованиям ГОСТ и ТУ.

Статистическая характеристика показателей точности арматурной стали N214, полученной двухручьевой прокаткой-разделением (отбор проб производился в течение одной смены продолжительностью 8 часов) следующая.

Колебания массы одного погонного метра профиля составляют 54 г и по отношению к среднему значению не превышают +2,3%, разница массы левой и правой ниток по отношению к среднему значению не превышает +1,25%. Отклонения горизонтального диаметра профиля от его среднего значения выходят в диапазон +0,83 мм ( ±5,3%), а вертикального диаметра ±0,2 мм (+1,5%). Разница между значениями горизонтального диаметра левой и правой ниток по отношению к среднему значению составляет ±0,33 мм (2,1%), а вертикального диаметра +0,18 мм (1,1%). Фактическая точность готового профиля при двухручьевой прокатке-разделении соответствует требованиям ГОСТ.

Техническая эффективность технологии двухручьевой прокатки-разделения арматурных профилей на мелкосортных станах проявляется в повышении часовой производительности за счет уменьшения цикла прокатки путем увеличения числа одновременно прокатываемых профилей и снижении удельных энергетических затрат на деформацию металла по сравнению с традиционной одноручьевой прокаткой. Кроме того, в связи с уменьшением цикла прокатки уменьшается окалинооб-разование при прокатке и нагреве, что в свою очередь увеличивает выход годного проката.

Достигнутые технико-экономические показатели работы мелкосортных станов КГГМК "Криворожсталь" после внедрения технологии двухручьевой прокатки арматурной стали следующие: увеличение часовой производительности станов составило 25-35%, удельный расход элек-

троэнергии снизился на 20,5-30,5%, снижение удельного расхода условного топлива на стане 250-4 достигло 30,8%, удельный расход валков снизился на 19-30%, расходный коэффициент снизился на 0,29-0,48%.

Общий экономический эффект от внедрения технологии ДПР арматурной стали на мелкосортных станах КГГМК "Криворожсталь на 31 декабря 1997 года составил 5620755 грн. Доля автора диссертационной работы составляет 1686226 грн.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан новый способ двухручьевой прокатки-разделения, заключающийся в формировании двухниточного раската, состоящего из двух квадратных профилей соединенных по диагонали перемычкой, и последующим продольным разделением двухниточного раската контролируемым разрывом в прокатных валках.

2. С использованием аппарата математического планирования эксперимента проведены лабораторные исследования прокатки в формирующем и разделяющем двухручьевых калибрах и получены уравнения регрессии для определения коэффициента средней вытяжки и относительного уширения металла, а также коэффициента напряженного состояния металла и коэффициента плеча приложения равнодействующей в очаге деформации, адекватно описывающие экспериментальные данные. Стандартная ошибка не превышает 13,3%.

3. С использованием вариационных принципов механики сплошных сред теоретически решена задача прокатки прямоугольной заготовки в двухручьевом калибре с ромбическими ручьями. Полученные теоретические зависимости для определения параметров формоизменения и энергосиловых условий прокатки имеют удовлетворительную сходимость с практическими результатами. Погрешность логарифмического коэффициента вытяжки не превышает - 11,5% + + 19,9%, уширения: -19,5% +■ +21,1%, силы прокатки: -20,8% + +20,8%, момента прокатки: -21,4% + +10,4%.

4. С использованием результатов исследования разработана методика расчета калибровки валков для двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали и энергосиловых параметров прокатки и на основании ее рассчитаны калибровки валков и режимы обжатий для двухручь-

евой прокатки-разделения арматурной стали №№10, 12 и 14 в условиях МС 250-3 и 4 КГГМК "Криворожсталь".

5. На основании машинного эксперимента проведено исследование температурно-скоростного режима и окалинообразования металла при прокатке арматурной стали в условиях мелкосортных станов КГГМК "Криворожсталь". Путем сопоставительного анализа расчетных данных при одноручьевой и двухручьевой прокатке-разделении показано снижение удельных энергозатрат на 25-30% и снижение окалинообразования металла при двухручьевой прокатке-разделении.

6. На основании полученных данных разработана и внедрена технология двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали N2 10, 12 и 14 на МС 250-3 и 4 КГГМК "Криворожсталь". Установлено соответствие механических свойств, геометрии и качества поверхности готового проката требованиям стандартов. Технология позволяет увеличить производительность станов на 25-35%, снизить удельные энергозатраты на деформацию металла на 20,5-30,5% по сравнению с одноручьевой прокаткой. Уменьшение угара при нагреве и окалинообразования при прокатке способствует увеличению выхода годного на 2-4 кг на тонну проката. При двухручьевой прокатке-разделении удельный расход валков уменьшается на 19-30%, удельный расход топлива на МС 250-4 уменьшился на 30,8%. Общий экономический эффект от внедрения разработанной технологии двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали на мелкосортных станах комбината "Криворожсталь" на 31 декабря 1996 года составил 5620755 грн. Доля автора диссертационной работы составляет 1686226 грн.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Производство мелкого сорта и катанки с использованием многоручьевой прокатки-разделения / Г.М.Шульгин, В.П.Морозов, В.Ф.Губайдулин, А.И.Максаков, В.А.Нечепоренко: Обзор по системе Информсталь // Ин-т "Черметинформация". -М., 1987. - Вып. 25 (301). - 25 с.

2. Двухручьевая прокатка-разделение арматурной периодической стали/ Г.М.Шульгин, В.Д.Гладуш, М.И.Костюченко, В.А.Нечепоренко,

И.И. Синица // Черная металлургия: Бюл. ин-та "Черметинформация". -М.. 1986. - №24. - С. 20-21.

3. Совершенствование двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали на мелкосортном стане 250 / Г.М.Шульгин, М.И.Костюченко, В.А. Нечепоренко и др.// Черная металлургия: Бюл. ин-та "Черметинформация". - М., 1989. - №1. - С. 65-66.

4. Освоение двухручьевой прокатки - разделения арматурной стали №12 на мелкосортном стане / Г.М.Шульгин, С.С.Тильга, В.А.Нечепоренко и др. //Черная металлургия: Бюл. ин-та "Черметинформация". - М., 1990. - №5. - С. 54-55.

5. A.c. 1823249 (СССР) В21В 1/18. Двухручьевой желоб промежуточного стола для передачи раската из горизонтальной в вертикальную клеть прокатного стана./ М.И. Костюченко, С.С. Тильга, В.А. Нечепоренко В.А. и др. (не публикуется)

6. A.c. 1608482 (СССР), МКИ G01№ 3/56. Способ определения износа поверхности формообразующего инструмента / Г.М.Шульгин, П.А.Левичев П.А., Максаков А.И., Нечепоренко В.А., Костюченко М.И. Опубл. В Б.И. № 43, 1990

7. Формоизменение металла и энергосиловые параметры прокатки в двухручьевом калибре с квадратными ручьями, врезанными на диагональ / Г.М.Шульгин, А.И.Максаков, П.А.Левичев, В.Ф.Губайдулин, В.А. Нечепоренко, А.И.Белюга// Деп. в ин-те Черметинформации 01.07.88, №4617-ЧМ88.

8. Математическая модель температурно-скоростного режима прокатки-разделения / В.С.Солод, Г.М.Шульгин, В.А.Нечепоренко,

A.И.Максаков // В кн.: Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов. Пермь, 1987. - С. 112 -113.

9. Пути повышения точности при многоручьевой прокатке - разделении / Г.М.Шульгин, В.В.Остапенко, А.И.Максаков, В.А.Нечепоренко// В кн.: Проблемы повышения качества металлопродукции по основным переделам черной металлургии. Днепропетровск, 1989. - С. 95 - 96.

10. Освоение двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали на металлургическом комбинате "Криворожсталь" / Г.М.Шульгин,

B.А. Нечепоренко, А.И. Максаков, М.А.Бабенко// В кн.: Сборник тезисов

докладов научно-технической конференции по законченным научно-исследовательским работам. Донецк: ДПИ, 1991,- С. 168.

11. Шульгин Г.М., Максаков А.И., Нечепоренко В.А. Разработка двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали в условиях непрерывных сортовых станов// В кн.: Сборник тезисов докладов научно-технической конференции по законченным научно-исследовательским работам. Донецк, ДПИ, 1991, с.166

12. Шульгин Г.М., Нечепоренко В.А., Кукуй Д.П. Двухручьевая прокатка-разделение арматурной стали // В. кн.: Металловедение и обработка металлов "Материалы научно-технической конференции, посвященной 75-летию ДонГТУ", Донецк, 1996. - С. 73 - 74.

АНОТАЦ1Я

Нечепоренко В.А. Розробка, дослщження i впровадження технологи двохр1вчаково! прокатки-роздшення арматурно! стал1 в умовах дрЮносортних станш.

Дисертацт на здобуття вченого ступеню кандидата техннних наук по спец1альност1 05.03.05 - процеси i машини обробки тиском, ДонДТУ, Донецьк, 1997. Рукопис 279 с. (30 табл., 48 мал., 94 б\бл. назви).

Дисертацт мютить результати дослщження технологи двохр1вчаково1 прокатки-роздшення (ДПР) арматурно} стал1 з поздовжжм роздтенням розкату в прокатних валках розривом перемички. Отримаш результати експериментальних i теоретичних дослщжень параметров формозмши i енергосилових умов при прокат^ в двохр1вчаковому Kani6pi з ромб1чною формою р1вчак1в, поздовжне роздшення двохниткового розкату в роз-дшяючому кал1бр1, результати пор1вняльного анал1зу технолопчних па-раметр1в однорючаковоУ прокатки з ДПР арматурног сталк Здмснено промислове впровадження технологи ДПР арматурно; стал1 №10 та N»12 на дрЮносортних станах 250-3 i 4 меткомбшату "Кривор!жсталь", яке сприяе збтьшенню продуктивное^ i виходу придатного, зниженню пи-томих витрат електроенерпг i валюв. Економ1чний ефект вщ впровадження технологМ ДПР склав бшя 5,5 грн. на 1 тонж.

Ключов1 слова: двохнитковий розкат, двохр1вчакова прокатка-роздтення, арматурна сталь, енергозбереження, продуктивнють.

SUMMARY

Necheporenko V.A. Development, study and introducing a technology of two-groove's - rolling-division process of rainforced steel bars in the conditions of small-section's rolling mills.

Thesis on cosearching for scientific degrees of candidate of technical sciences on professions 05.03.05 - processes and machines of processing by pressure. DonSTU, Donetsk, 1997. Manuscript 279 p., including 30 tables, 48 figures and 94 references.

Thesis is kept results of studies of technology of two-groove's rolling-division (TRD) of rainforced steel bars with longitudal division of peal in the working rolls by the breakup a jumper. Received results of experimental and basic researches of shaping parameters and conditions of power consumption when rolling in two-groove's pass with the rhombic form of grooves, longitudal division of two-strand peal in the separating pass, results of the benchmark analysis of technological parameters of rolling and TRD of rainforced steel bars. Realize industrial introducing a technology of TRD of rainforced steel bars N 10 and 12 on the small-section's roliing mills 250-3 and 4 of the metallurgical combine «Krivorogstal», promoting incieasing production and output of fit, reducing a specific expenses of electric power and rolls. Economic effect from introducing a technology TRD has form near 5,5 Grn per 1 tone.

АННОТАЦИЯ

Нечепоренко В.А. Разработка, исследование и внедрение технологии двухручьевой прокатки-разделения арматурной стали в условиях мелкосортных станов.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - процессы и машины обработки давлением, ДонГТУ, Донецк, 1997. Рукопись 279 с. (30 табл., 48 рис., биб-лиогр. из 94 наим.)

Диссертация содержит результаты исследования технологии двухручьевой прокатки-разделения (ДПР) арматурной стали с продольным разделением раската в прокатных валках разрывом перемычки. Получены результаты экспериментальных и теоретических исследований параметров формоизменения и энергосиловых условий при прокатке в

двухручьевом калибре с ромбической формой ручьев, продольного разделения двухниточного раската в разделяющем калибре, результаты сравнительного анализа технологических параметров одноручьевой прокатки и ДПР арматурной стали. Осуществлено промышленное внедрение технологии ДПР арматурной стали N210 и 12 на мелкосортных станах 250-3 и 4 меткомбината "Криворожсталь", способствующее увеличению производительности и выхода годного, снижению удельных расходов электроэнергии и валков. Экономический эффект от внедрения технологии ДПР составил около 5,5 грн. на 1 тонне.

Ключевые слова: продольное разделение, двухручьевой калибр, арматурная сталь, энергосбережение, производительность, уравнения регрессии.

Подписано к печати 17.04.97 г. Усл. печ. листов 1,08.

Заказ №2774. Т. 55. "Криворожсталь", г. Кривой Рог, ул. Орджоникидзе, 1.