автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование сквозной технологии производства проката из конструкционных сталей с целью повышения качества продукции

кандидата технических наук
Рашников, Виктор Филиппович
город
Магнитогорск
год
1996
специальность ВАК РФ
05.16.05
Автореферат по металлургии на тему «Совершенствование сквозной технологии производства проката из конструкционных сталей с целью повышения качества продукции»

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование сквозной технологии производства проката из конструкционных сталей с целью повышения качества продукции"

Ы'-Уб-уу/оцц-д

А 0. "Магнитогорсюй металлургический комбинат" Магнитогорская государственная горно-металлургическая академия им. Г.И.Носова,

На правах рукописи

УДК 621.771.002.237

РАШНИКОВ ВИКТОР ФИЛИППОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СКВОЗНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОКАТА ИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ

Специальность 05.16.05 -."Обработка металлов давлением"

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени 1сандидата технических наук

Магнитогорск 1996

Официальные оппоненты - доктор технически}' наук,

профессор В.А. Шилов

кандидат технических наук, доцент П.П.Пацекин

Ведущее предприятие г АО "Метчел" (г. Челябинск)

Зашита состоится " 13 " июня_ 1996 г.

тс00

в 1Р час на заседании диссертационого совета Д 063.04.01. при Магнитогорской государственной горно-металлургической академии им.Г.И.Носова, 455000, г.Магнитогорск, пр.Ленина, 38,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорской горно-металлургической академии.

Диссертация в виде научного доклада разослана " И" мая_ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук /71/Т)л их, В.Н.Селиванов

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В условиях ломки сложившихся хозяйс-;нных связей, больших осложнений в системе материально-техни-;кого снабжения, перехода к рынку развитие .научно-технического )гресса должно быть направлено на ресурсосбережение и повышение шства продукции. В последние годы наблюдается тенденция увели-!ия доли конструкционных сталей, направляемых на производство яового проката, количество брака для которых на 40-45Х больше, I при производстве того де сортамента из рядовых сталей. Кроме •о, при производстве проката из этих сталей почти в два раза 1е доля металла, требующего дополнительной обработки и на 2.5Х :ьше потери металла на зачистку.

Таким образом, актуальность работы обусловлена необходи-тью комплексного подхода к задаче совершенствования техноло-производства сортового проката из конструкционных сталей, еделения наиболее эффективных путей повышения качества.

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение ества сортового проката (катанки) из конструкционных сталей ем исследования закономерностей влияния' различных технологиях факторов сквозной технологии на качество конечной продук-и обоснование наиболее эффективных мероприятий по совер^енс-ванию технологии.

Научная новизна.

1. Установлено и количественно определено при изменении эзяой технологии влияние на качество проката:

- различных технологий выплавки сталей и способов закупо-ания слитков;

- режимов нагрева слитков в колодцах;

- времени транспортировки слитков от колодцев к стану;

- режимов обжатий, схемы прокатки "высоких" полос (раскатов);

- режимов выкатки поверхностных дефектов;

- способов зачистки поверхности полупродукта.

2. Определена зависимость рациональной, с точки зрения качества поверхности, общей вытяжки от соотношения марганца и серы.

3. Установлено влияние режима нагрева слитков на загрузку двигателей главных приводов обжимных станов, что позволило интенсифицировать режим прокатки без снижения качества раскатов.

4. Разработана технологическая схема прокатки, обеспечивающая повышение точности геометрических характеристик катанки.

Прастическая ценность работы. Определены наиболее эффективные с точки зрения управления качеством продукции .методы совершенствования технологического процесса производства катанки из конструкционных сталей. Даны рекомендации по использованию кипящих марок сталей с определенным химическим составом по марганцу и сере и их соотношением в зависимости от вида закупоривания слитков. Разработаны рекомендация по дифференцированию головной обре-зи блюмов и дифференцированной зачистке на МОЗ. На уровне изобретений разработаны режимы прокатки на блюминге и калкСровка валков непрерывного заготовочного стана (НЗС), позволяющие снизить количество поверхностных дефектов и повысить выход годного проката. Даны рекомендации по совершенствованию режимов нагрева слитков и их транспортировке к блюмингу, а тазке различных вариантов технологии и типов оборудования для получения необходимой точности геометрических размеров катанки.

Реализация работы в промышленности. Все разработки диссертационной работы внедрены на Магнитогорском металлургическом комбинате (ШК). Материалы исследования позволили разработать п'.вые тех-

нические условия и внести изменения в технологические инструкции.

В результате внедрения на ММК комплекса предложенных мероприятий, в период с 1988 по 1994 г.г., по обжимным и сортовым цехам в среднем достигнуто снижение расходного коэффициента на 3%, количества брака на 11%, экономия металла составила 22000 т. в год.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения качества металлопродукции по основным переделам черной металлургии"(г.Днепропетровск, 1089 г.); на научно-техническом семинаре "Новые технические решения для реконструкции и проектирования листопрокатных и сортопрокатных цехов" (г.Челябинск,1990г.); на ряде технических советов ММК по прокатному производству; на совместных технических совещаниях ММК и фирмы 5КЕТ в 1993-1995гг.; на ежегодных научно-технических конференциях МГМЛ в 1988-1993 гг.

Публикации. По результатам выполненных исследований и разработок опубликованы монография, брошюра, 14 научных статей, получено три авторских свидетельства на изобретения. Представленные материалы являются обобщением работ, проведенных автором, с его участием или под его руководством.

1. ВВЕДЕНИЕ

Анализ статистических данных и опыт работы свидетельствуют, что дефектообразование на поверхности проката- результат воздействия технологичесгак режимов на Есех переделах от выплавки стали до отделки готовой продукции. Влияние каждого передела и технологической операции на дефекгообразование неодинаково. Поэтому вач-но выявить основные этапы и опергцни скпозиой технологи» с нап-боланм влиянием на дефектообразование. начти количественные оценки этого влияния и на их основе разработать более совершенные технологические этапы и операции СИЗ.

В данной работе для оценки степени влияния различных технологических факторов на уровень качества продукции использован метод экспертных оценок. В соответствии с этим методом формируется некоторая последовательность показателей качества, охватывающая все этапы сквозной технологии. Для каждого из показателей рассчитывается его весомость [23:

Л И"

ш е'

где

е ■ -—-. - индивидуальный коэффициент

^ весомости;

- оценка весомости 3-го свойства у е-го эксперта; л - число экспертов; п - число свойств в данной группе. В качестве характеристик рассеяния индивидуальных (единичных)

коэффициентов весомости З-го показателя использован коэффициент

вариации К «■ Б.) / м/ ,

где Б) - / — 2, ( М}0 - й} ) 2 - среднее квадратическое у ш-1 6-1 отклонение;

м}в - нормированный индивидуальный коэффициент весомости З-го показателя всех экспертов (обобщенный нормированный коэффициент весомости);

м; - Д ( МЬ / ш ).

Согласованность назначенных экспертами индивидуальных коэффициентов весомости достаточна, если коэффициент вариации ЫЭ.25. В нашем случае к колеблется от 0.18 до 0.42, то есть согласованность некоторых единичных коэффициентов первоначально была недостаточной. Коэффициенты весомости этих показателей определены повторно групповым методом с взаимодействием.

В табл.1 приведены результаты обработки данных производства

катанки в условиях ММК, из которой видно, что наиболее весомыми являются группы показателей качества, характеризующие процесс

Таблица 1

Результаты рас юта параметров весомости по:сазателей качества сортового проката

Номер noica-зателя Показатель качества продукции Единичные показатели Групповые поглзатели

весомость|тип весомость тип

1.

1.1 1.2

1.3

1.4

1.5 2. 2.1 2.2

2.3

2.4 3.

3.1

3.2

3.3

3.4 Л.

4.1 •1.2

4.3

4.4

4.5

О.

5.1

5.2

5.3

5.4 G.

6.1 6.2

6.3

6.4

6.5

0.043 0.006 0.048 0.030 0.025

Элементы химического состава

Сера

Азот

Марганец 'Фэсфор

Кремний Макроструктура Химическая неоднородность 0.02G Плотность 0.014

Неметаллические включения 0.041 Поверхностные дефекты 0.053 Показатели, характеризующие нагрев

Оплавление 0.048

Равномерность нагрева 0.035 Скорость нагрева 0.0а?

Время выдержки 0.029

Показатели, хярэитериаупирю прокатку на блюминге, 1ВС Геометрические размеры 0.020 Качество поверхности 0.049 Механические свойства 0.025 Режим об.татий 0.050

Равномерность распределения температуры по периметру 0.017 Показатели, характеризуйте зачистку дефектов Скорость движения раската 0.044 Кривизна заготовки 0.030

Длительность зачистки 0.017 Вид зачистки 0.042

Показатели, характеризующие прокатку готового профиля Нагрев под прокатку Настройка арматуры Износ 1салибров Неудовлетворительное удаление поверхностных де-' фектов

Режим обжатий

0.031 0.031 0.034

0.045 0.025

д

II

Д Д Д

л к Д Д

д

Д к д

к к к д

д д X

д д

0.23

0.20

0.25

0.15

0.06

0.11

Примечание: Д- доминирующе; к- компенсируемое; Н- не существенное

выплавки стали, нагрева и прокатки на обжимных стачах.

Наиболее весомыми единичными показателями являются:

- для выплавки стали и макроструктуры- содержание сери, марганца, неметаллические включения, поверхностные дефекты;

- для нагрева - оплавление слитков и равномерность нагрева;

- для прокатки на блюминге и НЗС - режим обжатий, качество поверхности;

- для зачистки дефектов - скорость движения раската, вид зачистки;

- для характеризующих качество готового проста - все показатели, связанные с колебаниями поперечных размеров профиля по длине полосы и с неудовлетворительной зачисткой поверхностных дефектов.

Так, для совершенствования сквозной технологии производства катанки, необходимо выявить и количественно оценить влияние именно этих технологических факторов. Такой подход сокращает объем исследований по определению закономерностей влияния параметров и стадий сквозной технологии на качество продукции и упрощает разработку более совершенных технологических и технических решений.

2. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОКАТА ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ

2.1. Исследование влияния различных технологий Еыплавки стали на качество проката

С целью изучения слияния способа выплавки стали на качество проката и совершенствования технологии производства стали, предназначенной для волочения тонкой проволоки (диаметром до 0.16 им), на ММК проведены опытные плавки телеграфной стали по обычной технологии, с микролегированием ванадием, с продувкой аргоном, с вакуумной обработкой, а такде по технологии кииескопнон стали til.

Слитки опытных плавок прокатывали на блюминге 1160 га 11 проходов по схеме 4x4x2x1 с величиной головной и донной обрези б% и 2.5Х соответственно. Далее блюмы сечением 330x300 мм прокатыва-

ли па НЗС 630/530 до квадрата 68x68 мм, ' из которого за 16 проходов на стане 250-2 получали катанку диаметром 6.5 мм. Из заготовки 68x68 мм вырезали темплеты для исследования макроструктуры, степени загрязненности стали неметаллическими включениями.

В результате обработки данных эксперимента установлено, что:

- обработка кипящей стали в ковше аргоном и микролегирование ванадием не приводят к улучшению макроструктуры и уменьшению химической неоднородности металла.

- в заготовках от головной части слитков полуспокойной стали наблюдается усадочная рыхлость,простирающаяся по высоте слитка до 30.БХ; не всегда залечиваются эти дефекты' при дальнейшей прокатке;

- у слитков стали, выплавленных по технологии кинескопной стали, протяженность зон осевой рыхлости, еще больше (13.5.. .34%);

- головная обрезь слитков кипящей стали недостаточна, т.к. при волочении из этого металла тонкой проволоки диаметром менее 1 Мм нет гарантии удаления зоны, пораженной осевой рыхлостью.

Данные по переработке ¡сипящей стали на проволоку (табл.2) показали, что только при обрези 6£ и дополнительной отсортировке головных штанг до 32£ эффективность применения кипящего металла приближается к вакуумированной полуспокойной стати. Учитывая, что для кипящей стали применяется механическое и химическое закупоривание слитков, целесообразно количественно оценить влияние этих технологических факторов на качество продукции и объем металла, подлежащего отсортировке в пониженние марки стали.

2.2 Исследование влияния способов закупоривания слитков на технологичность прокатки телеграфной стали

Технологичность переработки катанки на проволоку определяли, учитывая число обрывов при дальнейшей переработке. При изготовлении тонкой проволоки используют катанку из обычной телеграфной стали, которая по условиям производства делится на три группы:

- с механическим закупориванием с головной обрезью 37. и отсортировкой трех головных заготовок слитка в пониженную марку стали;

- 10 -

- то ке с головной обрезью 8% без отсортировки;

- с химическим закупориванием с головной обреэыо 3%.

Для изучения влияния способов закупоривания слитков на технологичность переработки катанки металл опытных плавок делили на партии: для стали с механическим закупориванием одна партия - 8-10 головных и 1-2 донных заготовки, другая - все остальные заготовки слитка; для стали с химическим закупориванием одна партия - заготовки от верхней половины слитка, другая - от нижней половины.

От заготовок разных плавок химически и механически закупоренной стали отбирали пробы (58x58 мм) для исследования макроструктуры стали от горизонтов с 3 до 60% по высоте слитка через каждые 3.5%. Обработка данных эксперимента показала, что на опытных плавках обычной кипящей телеграфной стали неудовлетворительная макроструктура может достигать следующего горизонта по высоте слитка:

- механически закупоренная сталь до 207. (4 заготовки от головной части слитка);

- химически закупоренная сталь до 402;

- сталь с добавкой феррованадия (из расчета получения 0.01-0.07% ванадия в готовой стали) до 20%.

При прокатке телеграфной полуспокойной стали нетранзит (отсортировка для дополнительной обработки) по металлу составил на опытных плавках 8.8%, дополнительная обрезь - 0.27%. Среднее количество обрывов при переработке полуспокойной стали составило 1.38 на тонну, плотная макроструктура на полуспокойной стали наблюдалась на горизонтах 27-44% по высоте слитка.

На основе выполненных исследований сформулированы требования к технологии, обеспечивающие улучшение макроструктуры металла, качества поверхности катанки, а также технологичности ее переработки

- ограничение содержания серы в ковшевой пробе плавок телеграфной стали с механическим закупориванием до 0.025%;

- ограничение содержания марганца в стали с механическим закупориванием пределами 0.25-0.45, а с химическим - 0.25-0.40%;

- увеличение времени выдержки составов после разливки перед

раздеванием о 40 до 60 минут;

- введение дифференцированной отсортировки головных заготовок в пониженные марки стали после производства 3% головной обре-зн на сталях с механическим и химическим закупориванием в зависимости от содержания серы; 4 шт.(14Х) - при содержании серы до 0,0212 и 6 шт.(21Х) - при содержании серы до 0,022-0,025%.

Результаты внедрения указанных мероприятий приведены в табл.3, показывающей, что количество обрывов при тонком волочении на катанке, произведенной по усовершенствованной технологии, уменьшилось более чем в 4 раза в сравнении со старой технологией ИЗ]. Из таблицы таске видно, что обрывность при химическом закупоривании на 30 X выше как по старой, так и по новой технологии.

3. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОКАТА ЗА СЧЕТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОДУКТА

3.1. Разработка рациональной технологии нагрева слитков в регенеративных колодцах В отличие от действующей технологии томление слитков предлагается не при постоянной, а при периодически повышаемой температуре. При этом томление начинают при температуре на 30-40 °С ниже, чем предусмотрено инструкцией для соответствующей стали [6].

Во втором периоде нагрева температуру через равные промежутки времени 0,17-0,22 от интервала времени томления поднимают на 10-30°С. Такой режим обеспечивает качественный нагрев слитков за счет возрастания конвективной составляющей теплообмена при подъеме температуры в период томления и увеличении подачи газа и воздуха, в результате чего средние слитки в ячейке нагреваются лучше, чем при обычном режиме с постоянной температурой томления. Кроме того, при новом режиме нагрева уменьшается оплавление и угар металла, так как средняя температура томления ниже и меньше продолжительность нагрева при максимальной температуре. Качество нагрева при этом оценивали по расходу энергии на прокатку слитков.

Таблица 2

Результаты переработки опытных плавок на ШК

Технология выплавки Кол-во ковшей, шт. Нормируемая обре зь 7. Кол-во отсортированных заготовок, шт. Результаты переработки

I передел (блюминг) II передел (сорт.стан)

задано, т годное, X зада-но.т годное,X

С вакуумной оработкой 4/3 3.0 1+1 123.3 91.3 100 100 123.3 91.3 88.4 95.3

С продувкой аргоном 1 2 3.0 6.0 1+1 1+1 31.0 42.6 100 57.6 31.0 24.5 96.7 79.Б

По технологии 2 кинескопной ленты 6.0 1+1 61.0 61.8 66.0 67.6

Обычная техно- 3 6.0 1+1 106 97.0 90.0 88.2

логия с увеличенной отсортировкой

Микролегирование ванадием

Обычная сравнительная плавка

1 6.0 1+1 28.0 98.0 27.0 Б1.0

1 6.0 3+1 14.0 100 14.0 64,6

Таблица 3

Результаты сравнительной технологичности катанки

Марка стали Количество обрывов шт./тонну Плотная макроструктура с горизонта, X. Брак по электро-сопротив лению,7.

Старая технология Новая технология

КП механически закупоренная 0.91 0.21 с 10 . ..20 0.83

КП хими- 1.33 0.30 с 17 . ..42 3.20

чески закупоренная

Новый режим увеличивает равномерность нагрева ( оплавлено 17-29 Z слитков в сравнении с 58-71 7. при обычном режиме).

Кроме того, оценивали качество заготовок из слитков кипящей стали по количеству нетранзита из-за поверхностных рванин. При прокатке слитков, нагретых по опытному режиму, нетранзит составил 7-10 Z, по обычному режиму - 15-19 Z, что объясняется значительно меньшей степень» оплавления слитков в первом случае.

3.2. Исследование влияния продолжительности нагрева слитков на загрузку двигателей главных приводов блюминга с целью разработки режимов нагрева, обеспечивающих повышение производительности стана Целью исследования является определение влияния технологических параметров нагрева слитков на расход электроэнергии при прокатке. Оценку загруаки прокатных двигателей проводили по величине среднеквадратичного тога якоря за цикл прокатки без учета паузы между циклами £7].

Наряду с энергосиловыми параметра«! прокатки регистрировали следующие величины : температуру посада, общее время нагрева слитков, время томления, температуру поверхности раската, гремя транспортирования слитков к стану, величину обжатия по проходам.

Исследования проводили на металле а различной температурой посада - от холодного посада до 800 °С. В одну ячейку помещали от б до 10 слитков. Из слитков простывали как квадратную заготовку, так и слябы. Всего выдавали в прскаису 120 слитков, из них на 65 было запланировано оплавление окалюш от 5 до 90 X поверхности. По результатам обработки данных эксперимента получены выводы: - продолжительность нагрева слитков кипящих конструкционных сталей (южно сократить на 15 минут относительно режимов, представленных в технологической инструкции по нагреву слитков в нагревательных колодцах, при этом уменьшается время пребывания метачла з зоне высоких температур и угар металла снижается на 2 кг/т; удельный расход энергии практически не повышается;

- для низколегированных и кипящих сталей с псзышением температуры посада на 20-30 0С. по сравнению с общепринятой, удельный расход электроэнергии на прокатку снижается на 7-20 7.\

- при холодном посаде наибольшее количество электроэнергии затрачено на прокатку слитков полуспокойных сталей (8-11 кВт.ч/т);

- при горячем посаде наибольший удельный расход энергии приходился на прокатку низколегированных сталей (9,5 кВт.ч/т), наименьший - на прокатку кипящих сталей (5,5 кВт.ч/т);

- с увеличением степени оплавления окалины ' с поверхности слитков от 0 до 80 7. удельный расход электроэнергии на прокатку уменьшается на 15-20 7..

Внедрение комплекса мероприятий по сокращению времени нагрева кипящих слитков конструкционных сталей и повышения температуры посада низколегированных сталей позволило без увеличения удельного расхода электроэнергии повысить производительность блюминга на 5-6 7. с сохранением показателей качества.

3.3. Снижение количества поверхностных дефектов за счет определения рационального времени транспортировки слитков к стану

В условиях блюминга обжимного цеха N 2 ЫМК был проведен многофакторный эксперимент по оценке влияния различных технологических параметров на образование поверхностных дефектов при прокатке слитков из кипящих сталей на квадратную заготовку (68x68-98x98 мм) [9]. Исследовали влияние на количество поверхностных дефектов: температуры посада слитков в нагревательные колодцы, длительности передержки слитков относительно графика нагрева, времени транспортировки слитков от колодцев к прокатной клети.

После прокатки от заготовок отбирали пробы на горячую осадку - по 20 проб от слитка. На осаженных пробах оценивали каждую грань по количеству и величине трещин и рванин в баллах, характеризующих количество дефектов единицы поверхности заготовки.

Но результатам получена эмпирическая формула, устанавливающая рациональное, с точки зрения качества; поверхности, соотношение

температуры посада слитков в нагревательные колодцы, длительности передержки или недодержки слитков относительно графика нагрева и времени транспортировки слитков от колодцев к прокатной клети :

"Стр.- Т + 6,67 • 10 "3 Дт . (3.1)

где "Стр.- время транспортировки слитков от нагревательных колодцев к прокатной клети, мин;

Т - температура посада слитков в нагревательные колодцы, К;

О - коэффициент (0 - 0,322 - 1,35 • 10 • Т);

Дт - длительность передержки или недодержки слитков в

нагревательных колодцах относительно графика нагрева (Дт - -30 - (+30) мин); при этом Дт < О - для случая выдачи слитков раньше графш?а, Дт > О - для случая выдачи слитков позже графика, Ах ' О - выдача по графшг/.

Для апробирования полученной зависимости прокатали 20 слитков кипящих марок стали. При прокатке первых десяти слитков время транспортировки составляло 2-3 минуты, ¡сак принято по существующей технологии. Для следующих десяти слипгав время транспортировкл до прокатной клети по формуле 3.1 определяли для катщого слит;са в зависимости от температуры посада и длительности передерхаси или недодержки слитков в колодцах относительно графика (тайл.4). Как видно из табл.4 время транспортировки опытных слитков больше (в отдельных случаях на 2 мин.) и выше 1сачество поверхности.

Использование полученной, зависимости на 1.С.К позволило сократить отбраковку заготовки по поверхностно дефектам на 5-6 x.

3.4. Повышение качества поверхности заготовок за счет совершенствования процесса выкат;:» поверхности!« дефектов

3.4.1. Определение рационального значения общей еытялки в

зависимости от содержания химических элементов и 5

Замечено, что на поверхностные дефекты влияет содержание в стали тзкнх элементов кг:: мгрганец и сера. Поэтому па ММК был«

проведены экспериментальные исследования влияния отношения Мп/Б в ковшовой пробе на качество поверхности заготовок чз спокойных углеродистых сталей в зависимости от размеров их поперечного сечения при прокатке слитков текущих плавок с интервалом значений Мп/Б в пределах 14-34.

Оценку качества поверхности заготовок осуществляли путем рассортировки в потоке НЗС 630 на транзит и нетранзит. В связи с тем, что объемы отсортированного металла по опытным партиям слитков резко отличались, все профилеразмеры были разделены на две группы: сечением до 68x68 мм (I); 84x84 мм и свыше (II).

В первой группе профилей было исследовано 4367 слитков,во второй - 44475. Партии металла с одинаковым соотношением Мп/Б прокатывали на различные профили. Результаты показывают (рис.1): чем выше отношение Мп/Б, тем лучше качество поверхности заготовок (меньше металла выделяется в нетранзит) для обеих групп профилеразыеров.

Корреляционный анализ показал достаточно высокую степень надежности обратной связи между отношением Мп/Б и качеством поверхности заготовок: коэффициент корреляции составил для первой группы сечений 0,62; для второй группы сечений - 0,96.

Анализ полученных данных показывает, что при низком отношении Мп/Б слитки целесообразно прокатывать на заготовки сечением 68x68 мм, а при его увеличении. - на более крупныа размеры.

Для того,чтобы установить зависимость коэффициента вытядки от отношения Мп/Б, 2675 слитков были прокатаны на различные профили. Эксперимент учитывал только транзитные партии заготовок. Коэффициент вытяжки вычисляли при исходном сечении блюма размером 330x330 мм. В итоге, путем регрессионного анализа получена зависимость: ц. - 75 - 2,5 (Мп/Б). (3.2)

Этой зависимостью (рис.2) можно пользоваться при фабрикации металла с учетом максимально возможного повышения качества поверхности заготовок. Улучшение качества поверхности металла при низких значениях Мп/Б и наименьших размерах заготовок объясняется положительным влиянием процесса прокатки на выкатываемость дефектов.

Влияние отношения марганца к сере на качество поверхности заготовок сечением до 68x68 мм (кривая I) и сечением более 68x68 мм (кривая 2) из спокойных углеродистых сталей

Зависимость коэффициента штяжки от отношения марганца к сере при нулевом варианте нетранзита

Калибровка валков НЗС 630/530 с повышенно?) викатноН способностью поверхностных дефектов (а.с. Л 172С076)

Рис. 3

Рекомендуется следующая схема назначения металла в прокатку: слитки спокойной углеродистой стали в зависимости от отношения содержаний марганца и серы в ковшовой пробе назначаются на прокатку следующим образом :

Мп / Б Профилеразмер, мм

Менее 21 До 84 х 84

21 - 25 98 X 98 - 124 X 124

Свыше 25 Свыше 124 х 124

Применение такой схемы позволило повысить долю транзитного металла, предназначенного для телеграфной.стали, на 12 X.

3.4.2. Повышение качества поверхности совершенствованием

калибровки валков Установлено, что повышенная выкатка поверхностных дефектов достигается за счет интенсификации поперечной деформации в специальных пыкатных калибрах (рис.3). На основании обработки большого числа лабораторных и' промышленных экспериментов предложена формула для расчета величины прожима дна в ящичных калибрах, обеспечивающая требуемое увеличение поперечной деформации [14].

Эп - Б! • е 0.1п«>.1п+1> 1 (3>3)

где - прожим дна первого калибра (51 = (0.1 - 0,04) • ВО; Вх - ширина первого калибра по дну; п - порядковый номер калибра по ходу прокатки. В работе С14] показано, что использование такого прожила позволяет интенсифицировать выкатку поверхностных дефектов в 1,15 - 2,5 раза по сравнению с обычными ящичными калибрами.

Разработанная ¡¡а основе выявленных зависимостей калибровка валков ИЗО 630/530 1йЖ [8] позволила увеличить выкатку поверх-постных дефектов в 1,3 раза и уменьшить потери металла при поточной зачистке раасата в 2 раза.

3.5. Повышение качества поверхности за счет совершенствования схемы и режимов обжатий при прогатке крупных слитков

К одному из основных дефектов крупных слитков кипящей стали 08кп, Ст2кп, СтЗкп и др. относится подкорковая зона сотоеых пузырей. Если при прокатке таких слитков в этой зоне создаются условия всестороннего сжатия, то сотовые пузыри, не имеющие неметаллических включений и окислов, обычно завариваются, давая здоровую структуру металла. Экспериментальные исследования и опыт работы обжимных цехов Ш< показывают, что в большом числе случаев подкорковые пузыри в процессе прокатки не завариваются и не выкатываются, а образуют несплошности металла, выходящие на поверхность

£

раската в виде сотовой рвани, трещин или глубоких рванин. Кач показывает практика, значительная часть таких дефектов не устраняется на МОЗ и требуется ручная зачистка, а слитки с глубокими рванинами бракуются.

Одной из весьма существенных причин такого вида дефектов является неблагоприятная схема напряженно-деформированного состояния и значительная протяженность внешней зоны очага деформации, возникающие, как известно, при прокатке высоких полос.

В случае 1Л1е < 0,5 в очаге деформации возникают значительные по интенсивности и протяженности области растягивающих напряжений и деформаций растяжения. Если такая область охватывает зону сотовых пузырей, то создаются весьма неблагоприятные условия для предотвращения и устранения дефектов.

Существенную роль в развитии дефектов играет протяженность такой области, так как даже небольшие по величине деформации растяжения, накапливаясь вдоль линии тока, приводят к предельным значениям критерия разрушения. Поэтому для выбора рационального с точки зрения дефектообразования режима деформации необходимо ус-

тановить количественную зависимость протяженности неблагоприятных зон, их расположение в очаге деформации, величину и знак возникающих в этих зонах деформаций и напряжений.

Протяженность физического очага деформации, представляющая собой сумму длин внешней зоны 1Вн и геометрического очага 1а , исследована экспериментально поляризационно-оптическим методом. С помощью этого метода исследовано влияние на максимальную длину внешней зоны и форму ее границы предела текучести бс , относительного обжатия е = ДЬ / Ьс и отношения 1а / Ьс .

Границы очага деформации определяются по порядку п3 иаохроы, соответствующих пределу текучести моделируемого материала [12].

п3 - бзи- с! / б • б00,1 . (3.4)

где бвн , б00'1 - предел текучести и цена полосы натуры; с! - толщина модели;

5 - отношение модулей упругости натуры и модели (5 - Е„ / Ем).

Конкретные численные значения параметров выбирались из соображений моделирования параметров очага деформации и.режима прокатки на обжимных станах.

Как и следовало ожидать, наибольшее влияние на длину внешней зоны оказывает отношение'¡а / Ьс 112]. По данным этепериментов построен график зависимости (рис.4а) и получена формула для определения 1свн = Г (1с1 / Ьс) длины внешней зоны по значениям параметра 4ормы очага деформации:

1с1ЕН/1аг - 1,25-(1 - 1агЛ1С) + О.Б'(1йр/Ьс)2 (3.5)

для 1аг/Ьс = 0,25 - 1,25.

На рио. 46 представлена зависимость утяжки задней внешней зоны по высоте от отношения 1а/11с для сталей 08кп. Ст20, СгоО. Изменение предела текучести от 62,3 до 227 Ша заметно. влияет на форму границы. Вогнутая при б3 » 62,3 Ша, она становится выпуклой при бс; » 2"6,7 МПа. Эта закономерность прослеживается для ли-

Зависимость внеконтактной высотной утяжки от параметра ¿^//^

%

1.0

0,75

0,50

0,25 О

а

0,25 0,75

1,25

1.75

0,5 Ту1\

Рис. 4

был значений 1<1 /Ьс .из интервала = 0,25 - 1,25.

Данные исследования влияния относительного обжатия показывают, что с увеличением обжатия от 10% до 202 заметно увеличивается длина внешней зоны для центральных слоев и граница очага деформации во внешней зоне становится выпуклой.

Установленная зависимость конфигурации очага деформации от его параметров была использована при решении задачи о напряженно-деформированном состоянии высоких очагов деформации и разработке рекомендации по выбору рационального с вышеуказанной точки зрения режима прокатки на обжимных станах. Такой подход существенно сокращает время расчетов. Для определения величины напряжений и деформаций, наличия и протяженности зон растягивающих и сжимающих средних напряжений использованы пакеты программ решения объемной задачи про:сатки в калибрах, разработанные на ММК и в Ш-СИС. Расчеты были проведены для случаев прокатки слябов . кипящих марок сталей размерами 112-138x700x1015 мм, 580x1080 им и 620x1120 мм на станах 1100 и 1150 в условиях ШК.

Исследовалось влияние величины относительного обжатия (5-25Х) в ребровых пластовых проходах на характер расположения ■ зон растягивающих . и сжимающих напряжений в физическом очаге деформации, на величину коэффициента жесткости напряженного состояния К = бср / Т и величину поврежденности металла (табл. 5)

где бср- среднее давление;

Т - интенсивность напряжений; Л - накопленная степень деформации;

ЛР - то же для момента разрушения (из диаграмм пластичности). Вычисление критериев К и ы осуществляли для линий тока, рас-

Таблица 4

Оценка качества поверхности опытных слитков_

Номер слитка Продолжительность транспортировки слитков, мин. Изменение длительности нагрева слитков, мин. Температура , металла (посада!, град.С Оценка качества поверхности слитков, балл

10 10 1 1 / с £ > I |

Таблица 5

Значения поврежденное™ в характерных областях слитка

Вид прохода

Д Ь / Ь

Номер траектории

Пластовый

2 3 10

1 4

20

1

0.04 0.06

0.104 0.15

0.257 0.32

0.156 0.2

0.1

0.15

0.221 0.332

0.637 0.95

0.26 0.39

Ребровой 2

10

20

0.035 0.0525

0.105 0.15

0.176 0.254

0.1

0.151

0.1

0.16

0.26 0.37

0.31 0.41

4 0.102 0.14

положенных в зоне максимальных значений коэффициента К или пересекающих такие зоны. С точки зрения качества поверхности слябовых раскатов особую роль играют значения этих критериев в корке слитка в'первых проходах.

В табл. 5 приведены результаты расчета поврежденности для характерных областей слитка. На основании анализа результатов расчета можно сделать следующие выводы:

1. При обжатиях в интервале 10-202 в пластовых и ребровых проходах поврежденность и имеет наибольшее значение на линиях тога, расположенных в окрестностях углов слитка. Из табл. Б видно, что поврежденность для угловых линий тока из примерно в 5 раз больше поврежденности «1 и <¿2 Для линий тока, расположенных в продольно-вертикальной плоскости симметрии очага деформации и б 2-2,5 раза больше поврежденности из на линиях Т01са, расположенных на боковой поверхности. Эти соотношения сохраняются для любых обжатий из интервала 10-20% для пластовых и ребровых проходов [53.

2. В пластовых проходах повревденность металла для угловых линий то!са в два раза выше, чем поврежденность в углах для ребровых проходов. Поэтому для предотвращения разрушения поверхности слитка вблизи зоны сотовых пузырей целесообразно при разработке схемы прокатки и режима обжатий первыми назначать ребровые проходы с обжатием до 20%.

3. Расчеты показываот, что:

- область сотовых пузырей во внесшей зоне очага деформации находится в состоянии всестороннего растяжения;

- интенсивность деформации и асоростей деформаций для линий тока, расположенных в углах, максимальна; .

- коэффициенты жесткости напряженного состояния в области углов слитна в среднем по линии тока значительно выше, чем для других линий, и, следовательно, ресурс пластичности Лр металла ниже.

Отмеченные факты объясняют причину большей поврежденности углов раскатов при прокатке.

Таблица 6

Качество поверхности слябных раскатов, прокатываемых из слитков типа УН-9,0, в зависимости от величины ребрового обжатия

Величина обжатия в ребровых проходах Прокатано слитков, шт. Ширина слябов, мм Отсортировано на дополнительную зачистку по дефекту "рвань"

абсолютное обжатие, мм относительное обжатие, %

слитков 7.

Прокатка без ребрового обжатия 856 760-1020 357 41.7

50 4,5 745 950-1020 85 11,4

120 10,7 830 850-890 70 8,4

120 10,7 684 7Б0-790 59 8,6

2А0 21,4 782 740 50 6,4

Опытные данные прокатки слитков с различными величинами реб-эвых обжатии, приведенные в таблице 6 и на рис. 5, показывают, го отсортировга по дефекту "рвань" и "сотовая рвань" уменьшается 4-7 раз по отношению к прокатке без ребрового обжатия [10].

3.6. Совершенствование зачистки поверхности проката

Использование методов поточной зачистки прогата на МОЭ и тем ¡зависимо от наличия па поверхности дефектов, приводит к значима ным и зачастую неоправданным потерям металла. Применение выборной зачистки раскатов из конструкционных сталей приводит к удпению качества поверхности готового раската, так как на этих алях невозможно визуально обнаружить поверхностные дефекты.

В результате исследований в промышленных условиях №Ж уставлено, что средняя часть высоты слитков конструкционных сталей рамена трещинами в 2,5 - 3,5 раза меньше, чем головная и донная сти. С учетом этого и исходя из требований, предъявляемых к ка-□тву поверхности заготовок из конструкционных сталей, а также с еыо экономил металла была обоснована и внедрена дифферешшро-ниая зачистка раскатов в потоке обжимных станов Ш.

Предложено дифференцированную зачистку раската осуществлять, гадя из расположения трещин по высоте слитка: больший слой метад-прп зачистке снимать на участках длины расгата с большим коли-

честном дефектов (головном и донном), а меньший ( ва счет увеличения скорости транспортиров™ через МОЗ) - на среднем участке длины. На основе разработанной методики создана автоматическая система управления рольгангом МОЗ, позволяющая головную и донную части раскатов зачищать ири скорости 0,3-0,4 м/с, а среднюю - 0,5-0,6 м/с. Применение дифференцированного способа зачистки позволило получить экономию металла до 4 кг/т без ухудшения качества зачистки.

4. ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ СОРТОВОГО ПРОКАТА

Работы, направленные на повышение точности геометрических размеров простых профилей сортового проката (в частности, »»танки) , развиваются в основном в двух направлениях: совершенствование технологии, под которым обычно понимают использование ряда мер (температурный режим, режим натяжения и т.д.) для стабилизации геометрических размеров поперечного сечения раската и совершенствование оборудования ( меры по повышению жесткости валковой системы с использованием ПНК, двухвалковых блоков и т.д.).

Анализ литературных данных и результатов собственных исследований С4] показывает, что стремление повысить точность геометрических размеров при сортовой прокатке за счет повышения жесткости валковой системы (предварительное напряжение в ПНК и уменьшение длины бочки ваша в блоках) не всегда оправдано, так как неконтролируемое уширение металла превышает колебание размеров раската пс вертикали в 15-40 раз. Колебания горизонтального размера сеченш' раскатов (по разъему валков) пропорциональны уширению в калибре I: очень сильно зависят от изменения значений технологических факторов процесса (системы калибров, натяжения, температуры и т.д.).

С целью анализа возможностей различных способов улучшения геометрии проката проведена сравнительная оценка результатов имеющихся решений. В качестве базы взят стан 250-2 ММК, где часть реа-шзуомых" в мировой практике решений была апробирована, а результаты других решений сопоставлены методом сравнительного анализа.

Разработанная с участием автора Магнитогорским горно-металлургическим институтом совместно со специалистами ММК адаптивная САПР калибровки вашсов позволяет проектировать калибровки,стабилизирующие уширение металла в калибре в случае изменения технологических параметров (температуры, марки стали, износа валков и др.). САПР использовалась при решении задачи калибровки валков черновой группы клетей при реконструкции стана 250-2 ШК с целью уменьшения овальности катанки диаметром 6,5 мм от 0,65 до 0,2-0,3 мм.

Использование разработанных калибровок позволило предложить оригинальную калибровку валков черновой группы овал-ромбический овал, внедрение которой заметно стабилизировало геометрические размеры раската, позволив производить катанку диаметром 6.5 мм с показателем овальности 0,30-0,35 мм [33. Однако эти значения' предельны для допускаемых стандартом и на практике недостаточно устойчивы.

Установка чистовых и предчистовых ПНК привела к резкому ухудшению геометрических размеров катанки (овальность возросла до 0,73 мм.) Причина этого - несоответствие жестких характеристик чистовых ПНК и величины нестабильности поперечного сечения раската по длине.

Опыт установки чистовых клетей с многовалковыми блоками (МВК) позволил получить положительные результаты по повышению точности геометрических размеров проката (достигнута овальность 0,1 мм), однако недостатки, заключающиеся в низкой стойкости калибра и наличии одной нитки прокатки, сделали этот способ неконкурентноспособным при прокатке катанки и мелкого сорта. Для преодоления этих недостатков проведено исследование зависимости стабилизирующего воздействия клетей с ШК от номера прохода. Его результаты представлен на рис. 6, из которого видно, что устойчивое стабилизирующее воздействие таких клетей по показателю 5 = ДЬк / АЬю со значениями значительно ниже стандарта, начинаются с 10-го прохода. Естественным технологическим решением, снимающим все отмеченные иедостатют клетей с KSK, является перемещение их в промежуточную группу. В конкретном рассматриваемом случае для стана 250-2 ШК установка за 12-й клетью двухклетьевого промежуточного калибруюш,е-

Зависимость количества отсортированного на дополнительную зачистку металла от величины обжатия слитка в первых ребровых проходах

Рис. 5

Распределение показателя колебания уиирения для различите технологий получения каталки (-- с применением чистовкх ПНК;----

- с применением чистовых двухвалковь'х восьыиклетеввх блоков;

—х--с применением чистового дзухклетеиого блока с ШК;----

- с промежуточным горячим калиброванием в двухклетевом блоке с ШК;-----по калибровке, стабилизирующей уаирениэ)

акт

Л О) 1,

*г л

ы Г».

о

о а>

1.3

■ "V

УТ юпень 'ч ;тандарт! а ====г

• -Л

1 .

,12 3 4 5 6 7 6 9 , ,10 II 12 13 14,, 15

Черничке Промежуточное Чистовое

. Рис. С

7

о блока с трехвалковыми калибрами позволяет стабилизировать пдо-(адь поперечного сечения раската по длине, то есть осуществить ка-[ибрование промежуточного раската. За счет этой технологической шерации удается с использованием отечественных чистовых ПНК до-|иться стабильного получения катанки с овальностью 0,1 - 0,2 мм [43.

ВЫВОДЫ

i

1. Обосновач взаимосвязанный комплекс мероприятий по совер-генствованию сквозной технологии (выплавка стали, нагрев, гтрокат-а), обеспечивающий значительное повышение качества проката в ус-ювиях действующего производства.

2. Разработана более совершенная технология вьгалаЕки стали,по-¡воляющая снизить обрывность проволоки при волочении в четыре раза.

3. Разработана методика оценки поврежденности металлз и оп-1еделен режим обжатий в ребровых проходах при прокатке слябов на 1люминге, 'обеспечивающий снижение отсортировки на дополнительную ¡ачистку в 5-7 раз, что сокращает расход металла и других ресур-:ов и позволяет повысить поточность производства.

4. Разработан и внедрен комплекс мероприятий, направленных на •меньшение дефектнссти поверхности металла по трещинам:

- получена зависимость между коэффициентом вытяжки и отноше-:ием Мп/о, позволявшая только за счет правильной фабрикации метал-:а снизить дефектность поверхности заготовок на 123;

- предложен способ дифференцированной зачистки по длине заго-'овки из конструкционных сталей на МОЗ, с экономией металла 4 кг/т;

- разработана и внедрена сквозная калибровка валков НЗС |30/530, позволяющая за счет.использования специальных выкатных алиСроЕ уменьшить потерн металла при зачистке в 2 раза;

- определена зависимость рационального времени транспортов™ слитков от колодцев к стану от температуры посада и графика ыдачи, обеспечивающая снижение отбраковки на 5-62;

- предложен и внедрен новнй режим нагрева слитков в регене-

ративных колодцах, позволяющий снизить нетранзит в 2 раза;

- выявлено влияние продолжительности нагрева слитков на загрузку двигателей главных приводов блюминга и на этой основе разработан и внедрен комплекс мероприятий по совершенствованию режима нагрева кипящих слитков конструкционных сталей, повышающий производительность блюминга ка 5-6Z без увеличения удельного расхода электроэнергии и снижения качества продукции.

5. Для стабилизации геометрических размеров катанки на стане 250-2 ММК предложена технологическая схема с использованием промере/точного горячего калибрования в блоке с многовалковыми калибрами.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Технология производства качественной заготовки/Крупский Е.А. Масленников В.А..Рашников В.Ф..Морозов А.А.-М.:Металлургия,1993.-190с

2. Рашников В.Ф. Совершенствование сквозной технологии производства проката из конструкционной стали. - Челябинск: УДЭНТП, 1990. - 32 с.

3. Опыт использования адаптивной САПР калибровки валков / Тулупов С.А., Логинов В.Г., Тулупов О.Н., Рашников В.'ф. // Сталь. -• 1992. - N.2 - с. 56-57.

4. Тулупов С.А., Радокевич К.Л., Рашников В.Ф. Проблема повышения точности геометрических размеров сортового проката // Сталь. - 1989. -И. 10 - с. 50-52.

5. Тулупов С.А., Рашников В.Ф., Шемшурова Н.Г. Разработка рациональных режимов прокатки сдябоз // Бюллетень научно-технической информации "Черная металлургия*' - 1990 - N.4 с. 52.

6. Тулупов С.А., Рашников В.Ф. Разработка рациональной технологии нагрева слитков в регенеративных колодцах // Бюллетень научно* технической информации "Черная металлургия". -1990.- N.4 -с.63.

7. Тулупов С.А., Рашников В.Ф. Влияние продолжительности нагрева слитков на нагрузку двигателей главных приводов блюминга // Бюллетень научно-технической информации "Черная металлургия".

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

. 31 _ библиотека

-1990,- N.6 - с. 58-69.

8. Тулупов O.A., Рашников В.Ф., Шубин И.Г. Повышение качества поверхности сортовых заготовок путем совершенствования калибровки валкЬв непрерывного заготовочного стана // Бюллетень научно-технической информации "Черная металлургия". -1991.- N.2 - с. 50-51.

9. Рашников В.Ф., Тулупов С.А., Газеев П.Н. Уменьшение количества поверхностных дефектов при прокатке на блюминге // Бюллетень научно-технической информации "Черная металлургия". - 1990.-N.2 - с. 52-53.

10. Рашников В.Ф. Разработка рациональных режимов прокатки слябов из слитков УН-9.0 / Магнитогорский горно-металлургический институт. - Магнитогорск, 1989. - 28 с. - Деп. в ин-те "Черметин-формация" 10.08.89, N 5215.

11. Рашников В.Ф. Анализ путей повышения качества сортовой продукции из конструкционных марок сталей / Магнитогорский горнометаллургический институт. - Магнитогорск, 1989. - 18 с. - Деп. в ин-те "Черметинформация" 10.02.90, N 5363.

12. Рашников В.Ф. Исследование внеконтактной деформации при прокатке высоких полос / Магнитогорский горно-металлургический институт. - Магнитогорск, 1989. - 37 с. - Деп. в ин-те "Черметинформация" 30.08.91, N 5790.

13. Тулупол С.А., Рашников В.Ф., Шемшурова Н.Г. Разработка сквозной технолопи производства катанки для тонкого волочения // Проблемы повышения качества металлопродукции по основным переделам черной металлургии: Тез. докл. Днепропетровск: ИЧМ, 1989 - с. 81.

14. Система ящичных калибров / Шубин И.Г., Рашников В.Ф., Ах-метзянов Ф.М., Тулупов С.А. и др. // A.C. 1726076 (СССР). Опубл. в Б.И. N 14, 1992.

15. Способ прокатки на блюмингах уширенных слитков/Ахметзянов Ф.М..Стариков А.И., Рашников В.Ф. и др. // A.C. N 1713694 (ссср).

16. Способ прокатки на блюмингах уширенных книзу слитков / Ахметзянов Ф.М., Рашников В.Ф., Ромаэан И.Х. и др. // A.C. N 1784288 (СССР). Опубл. в П.И. N 48, 1992.