автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства белой жести в условиях ОАО "ММК"

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА,

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ существующих технологий производства тонкого листа с покрытиями.

1.2. Требования к качеству жести.

1.3. Обзор исследований проблем производства жести.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. На 7-й Международной конференции по белой жести, прошедшей в Амстердаме в 2000 г., был представлен прогноз экспертов, по которому белая жесть по-прежнему остается основным материалом, предназначенным для хранения пищевых продуктов. Ожидается также увеличение спроса на белую жесть как в Европе, так и на других континентах. На рисунке [1] представлено потребление изделий из белой жести.

1940

1950

1960

1970

1980

1990

2000 год

Потребление изделий из белой жести [1]

Во всем мире прослеживается тенденция использования жести шириной до 1000-1200 мм и толщиной менее 0,20 мм, а также жесть двойной прокатки для производства консервной тары - упаковки пищевых продуктов, напитков, аэрозольных баллончиков.

Производство жести в России сосредоточено на двух металлургических предприятиях: ОАО «ММК» и ЗАО «Полистал», выпускающих электролуженую, горячелуженую и хромированную жесть. С 1991 по 1994 годы на Магнитогорском металлургическом комбинате наблюдался спад производства черной и белой жести, связанный со снижением платежеспособного спроса потребителей. Тем не менее, с 1995 года производство тонколистового проката на ОАО «ММК» непрерывно возрастает.

С 1997 года наблюдается устойчивое снижение средневзвешенной толщины прокатываемой жести на 50-ти клетевом стане ОАО «ММК». Средневзвешенная толщина жести по годам, мм: 1997 1998 1999 2000 2001 2002 0,236 0,235 0,230 0,229 0,224 0,223 Более 40 % белой и черной жести отправляется на экспорт. В связи с этим проблемы качества выпускаемой продукции и совершенствование технологии производства являются одними из самых неотложных задач и приобретают особое значение. Для обеспечения выпуска продукции, соответствующей мировому уровню, необходимо улучшение существующей технологии и внедрение прогрессивных технических решений. До 1993 года белую и хромированную жесть в России изготавливали из малоуглеродистой кипящей стали. На ОАО «ММК» технология состояла из следующих операций: выплавка в мартеновских печах - прокатка слитков на блюминге - прокатка слябов на стане горячей прокатки 1450 - травление в непрерывно-травильных агрегатах - холодная прокатка на стане холодной прокатки 1200 - отжиг в колпаковых печах или в проходной (AHO) - дрессировка - электролитическое или горячее лужение. После введения в эксплуатацию кислородно-конвертерного цеха и стана 2000 горячей прокатки разработана и внедрена технология производства жести из непрерывнолитых слябов. В связи с вышеизложенным, задача научного обоснования и реализации сквозной технологии жести, повышение ее качества и расширение сортамента, увеличение производительности прокатных станов и агрегатов, подготовка к реконструкции всего производства жести выдвинули данную работу в ряд актуальных.

Цель работы заключается в создании усовершенствованной комплексной технологии производства жести из непрерывнолитой стали и внедрении технических решений, обеспечивающих качество подката для производства жести. Реализация поставленных задач связана с основными проблемами изготовления жести, такими как: выбор режимов горячей и холодной прокатки, применение эффективных технологических смазок, усовершенствование системы приготовления технологических смазок, улучшение условий дрессировки, улучшение качества оловянного покрытия.

Научная новизна. Разработанные математические модели позволили определить:

- пластические свойства металла для последующей прокатки на 5-ти клетевом стане;

- влияние температуры металла на механические свойства во время травления на непрерывно-травильных агрегатах ЛПЦ-3;

- влияние температуры металла и обжатий при дрессировке на механические свойства и твердость. Полученные уравнения множественной регрессии адекватно описывают исследуемый процесс при надежности а = 0,95.

Впервые в технических расчетах был использован дискриминантный анализ и определена функция вида, иу = 0,248 Тш - 7,515С + 38,12181, позволяющая автоматически дифференцировать металл по двум технологическим потокам жести непосредственно после завершения горячей прокатки. В результате спектрофотометрических, дифференциально-термографических, электронно-микроскопических методов исследований, а также промышленных экспериментов изучено состояние поверхности жести по переделам: от холодной прокатки, электролитической очистки, отжига и далее до готового продукта. Определены критерии качества пальмового масла, идущего на приготовление технологической смазки и смазочно-охлаждающей жидкости

Практическая ценность. По результатам выполненных исследований усовершенствована и внедрена сквозная технология производства жести и подготовлен проект нового государственного стандарта на жесть, а также класси7 фикатор дефектов жести. Проведена подготовка к полной реконструкции производства жести на ОАО «ММК». Разработана и внедрена технология электролитического лужения жести из нового экологически безопасного электролита лужения. Результаты работы защищены 8 патентами на увеличение производительности и улучшение качества жести.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЫВОДЫ

1. Разработаны математические модели, определяющие влияние температуры смотки и химического состава на временное сопротивление разрыву, предел текучести и твердость подката для жести из непрерывнолитой стали. Полученные модели позволили определить пластические свойства металла для последующей холодной прокатки на 5-ти клетевом стане.

2. Определена дискриминантная функция и,.= 0,248ТСМ - 7,515С + 38,12181, позволяющая автоматически дифференцировать металл по двум технологическим потокам жести непосредственно после завершения горячей прокатки.

3. Установлено, что при сернокислотном травлении подката для жести из непрерывнолитой стали марки 08пс с температурой металла в интервале 20130 °С превышение прочностных свойств горячекатаного протравленного металла незначительно и обусловлено ускорением деформационного старения. Разработанные математические модели позволили определить влияние температуры металла на механические свойства во время травления на непрерывно-травильных агрегатах ЛПЦ-3. Определена продолжительность охлаждения подката из непрерывнолитой стали для жести непрерывного и колпакового отжига в зимних (/ < 0 °С) и летних (/ > 0 °С) условиях. По результатам исследований внесены изменения в действующие технологические инструкции.

4. В результате спектрофотометрических, дифференциально-термографических, электронно-микроскопических анализов исследований, а также промышленных экспериментов изучено состояние поверхности жести по переделам: от холодной прокатки, электролитической очистки, отжига и далее до готового продукта. По результатам исследований установлен механизм образования поверхностных дефектов и определены технологические причины, вызывающие их образование. Разработаны и внедрены изменения в технологию горячей прокатки и травления, направленные на улучшение качества поверхности готовой жести.

5. Определены критерии качества пальмового масла, идущего на приготовление технологической смазки и смазочно-охлаждающей жидкости.

6. По результатам исследований проведена предварительная реконструкция системы приготовления и подачи технологической смазки 5-ти клетевого стана и подготовлено техническое задание на полную реконструкцию данной системы.

7. Определены механизмы образования дефектов жести, такие как «локальная неплоскостность», «трещины» по кромке, «елочка», «ребра», а также допускаемые отклонения по толщине, продольной разнотолщинности, клиновидности, утонению подката для жести, химическому составу и механических свойств, позволяющие избежать их при производстве жести. Для обеспечения указанных выше требований по поперечной разнотолщинности и колебаниям твёрдости по ширине полосы подката жести внедрены технические решения в листопрокатном цехе № 10. Полученные технические требования внесены в комплексную технологическую инструкцию по производству жести.

8. Определено влияние температуры дрессируемой жести и обжатий на величину ее твердости. Полученные математические модели показали, что с увеличением температуры дрессируемого металла величины предела текучести и твердости возрастают, при этом кривые смещаются в область меньших степеней деформации. Данный способ позволяет увеличить производительность дрессировочных станов с сохранением требуемых механических свойств.

9. Разработан и внедрен новый, экологически безопасный электролит лужения, использование которого позволили повысить качество покрытия за счет высокой его равномерности с одновременным уменьшением краевого эффекта. Внедрение осуществлено по специальной технологии без остановки линии, потери электролита лужения и прекращения выпуска качественной электролуженой жести. Для корректировки электролита разработан способ восстановления его химического состава в процессе эксплуатации.

10. Для удовлетворения потребностей потребителей в 2000 году разрабо

109 тан Технический протокол (ТП-14-101-416-2000), предназначенный для отгрузки черной и белой жести однократной и двойной прокатки в листах и рулонах. Технический протокол позволяет отгружать жесть по 7-ми группам твердости жести однократной и 5-ти группам - двойной прокатки. Разработаны 1-я и 2-я редакции проекта на ГОСТ Р на жесть, в которых определены основные показатели по точности геометрических размеров, группам твердости, классам покрытий.

11. По результатам проведенных исследований предложены мероприятия по реконструкции производства жести на ОАО «ММК».

1. Филип Роджерс. Металлы для консервной тары // Материалы 7-й меж-дунар. конф. по белой жести. Великобритания; Амстердам; Нидерланды. 2000.

2. Жесть. Технические условия. ГОСТ 13345.

3. Саутворт Б., Гедж Д.Т. Влияние технологии горячей прокатки на качество листа для глубокой вытяжки // Стали для глубокой вытяжки. М.: Науч.-техн. изд-во. 1961. С. 36-45.

4. Айзенкольб Ф. Листовая сталь для глубокой вытяжки / Пер. с нем. М. : изд-во гос. науч.-техн. лит. по черной и цветной металлургии. 1958. 357 с.

5. Барзий В.К. Влияние технологии прокатки на структуру горячекатаных листов стали 08пс // Сталь. 1959. № 3. С. 18-25.

6. Медведев Г.А., Файнберг Л.Б., Мельцер В.В. Влияние технологии горячей прокатки на свойства листов для глубокой вытяжки // Сталь. 1962. № 8. С. 732-737.

7. Коцарь С.Л., Белянский А.Д., Мухин Ю.А. Технология листопрокатного производства. М.: Металлургия, 1997. 272 с.

8. Сосковец О.Н. Теоретическое обоснование, разработка и внедрение эффективной технологии производства высококачественных горячекатаных и холоднокатаных полос широкого сортамента на крупных листопрокатных комплексах. Дис. . докт. техн. наук. М. 1993.

9. Технология производства стали для глубокой вытяжки // Сталь для глубокой вытяжки: Сб. тр. / Под ред. Н.Ф. Болховитинова. М.: Металлургиздат, 1961. С. 7-48.

10. The annealing of low carbon stell. Proceedings of the Conference in Cleveland. 1957.11 .Обергоффер П. Техническое железо. М. Металлургиздат. 1940. 342 с.

11. Влияние механических свойств подката на процесс холодной прокатки жести / А.В.Кушнарев, Р.В. Файзулина, Л.П. Судакова и др. // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. Вып. 4. 2000. С. 173-178.

12. А. Мур. Изучение адсорбции смазочных пленок при помощи метода меченых атомов // Трение и граничная смазка: Сб. тр. / Под ред. И.В. Крагель-ского. 1953. С. 215-219.

13. Ментер И.В. Изучение граничных смазочных пленок при помощи метода электронной диффракции // Трение и граничная смазка: Сб. тр. / Под ред. И.В. Крагельского. 1953. С. 220-225.

14. Белосевич В.К., Ионов С.М. Пластическая деформация сталей и сплавов//Сб. науч. тр. М.: МИСиС. 1996. С. 231-238.

15. Файзулина Р.В., Кушнарев A.B., Зайсанова Н.Л. и др. Основные технологические факторы, влияющие на образование поверхности дефекта «матовость» при производстве жести // Производство проката. 1998. № 9. С. 12-13.

16. Биллигман. Исследование смазочного действия прокатных масел и особенно эмульсий // Проблемы металлургии. 1956. № 4. С. 55-60.

17. Контроль пальмового масла для станов холодной прокатки. Пер. с англ. / Iron & Steel End. № 8. 1954. С. 31-34.

18. Проблемы смазочных материалов. Пер. с японского 82/27336, 1982/ "Сосей то како", Хираи К. Т. 20, № 227. С. 1130-1134, 1979.

19. Изучение образования грязевых пятен и окисного слоя на стальной полосе при холодной прокатке, 42. Механизм образования грязевых пятен. Iketaka Satoshi, Sato Taizo, Komai Masao, Fukuyama Satoshi. "Trans / Iron and Stell Jap.", 1980, 20, № 11, p. 511.

20. Образование загрязнений и слоя оксида железа на поверхности полосы при холодной прокатке. Komai Masao, Fukuyama Satoshi, Sato Taizo, Iketaka Satoshi. "Тецу то хаганэ, Tetsu to hagane, J.Iron ahd Stell Inst. Jap.", 1981, 67, № 10, 1763-1769.

21. Днепренко JI.B., Порядченко H.E., Баскаков E.C. Исследование причин загрязнения металла на полосе при отжиге в защитных атмосферах // Сталь. 1974. № 11. С. 1031-1034.

22. V.Leroy, J.Richelmi, H.Groa. Surface Composition of Heat-Treated Stell Sheets, Philosophical Transactions, 1980, 295, p. 126-127.

23. Blast Furnace and Steel Plant. W.R.Jonson, I.P.Sheeman и др. № 4, 1953. p. 415,

24. Чертавских A.K. Трение и смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия. 1955. 176 с.

25. Павлов М.И., Галлай Я.С. Влияние смазки на вытяжку металла при прокатке // Металлург. 1935. № 7. С. 3-30.

26. Рудбах И, Северденко В.П. Влияние внешнего трения на вытяжку металла при прокатке // Металлург. 1950. № 3. С. 17-23.

27. Лейченко М.А. Влияние смазок на процесс холодной прокатки. Бюл. ЦНИИЧМ. 1950. № 3. С. 54-59.

28. Ребиндер П.А. Физико-химические исследования процессов деформации твердых тел. Изд. АН СССР, 1946. С. 98-1-2.

29. Коновалов Ю.В., Налча Г.И., Савранский К.Н. Справочник прокатчика. М.: Металлургия, 1977. 312 с.

30. Беняковский М.А., Сергеев Е.П. Дефекты автомобильного листа (альбом). 2-е изд. М.: Металлургия, 1974. 72 с.

31. Влияние условий горячей прокатки на образование продольных утолщений на подкате / С.А. Сорокин, А.П. Качайлов, A.M. Сафьян // Повышение качества тонколистовой стали: Тематич. сб. науч. тр. М.: Металлургия, 1986. С. 12-14.

32. Робертс В. Холодная прокатка стали / Пер. с англ. М.: Металлургия, 1982. 544 с.

33. Совершенствование производства холоднокатаной листовой стали / Ю.Д. Железнов, В.А. Черный, А.П. Кошка и др. М.: Металлургия, 1982. 232 с.

34. Рокотян С.Е. Теория прокатки и качество металла. М.: Металлургия, 1981. 244 с.

35. Ткалич К.Н., Коновалов Ю.В. Точная прокатка тонких полос. М.: Металлургия, 1972. 176 с.

36. Василев Я.Д., Сафьян М.М. Производство полосовой и листовой стали. Киев: Вища школа, 1976. 192 с.

37. Управление качеством тонколистового проката / B.JI. Мазур, A.M. Сафьян, И.Ю. Приходько, А.П. Яценко. Киев: Техника, 1997. 382 с.

38. Железнов Ю.Д. Кузнецов JI.A. и др. Математические основы и промышленная проверка автоматизированного расчета режимов холодной прокатки // Изв. вуз. Черная металлургия. 1981. № 4. С. 70-73.

39. Скороходов Н.Е., Заверюха В.Н., Нижник П.П. Условия коробления листов при холодной прокатке // Изв. вуз. Черная металлургия. 1985. № 7. С. 96-99.

40. Файзуллин В.Х., Радюкевич JI.B. Оптимальная форма поперечного сечения подката при производстве жести // Сталь. 1962. № 10. С. 934-946.

41. Механизм образования дефекта «местный короб» («пузырь») на белой жести / З.М. Шварцман, Р.В. Файзулина, H.H. Карагодин, A.B. Кушнарев и др. // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. Вып. 2. Магнитогорск. 1988. С. 370-376.

42. Шефтель Н.И. Холодная прокатка листовой стали. М.: Металлургия, 1966. 323 с.

43. Дедек Вл. Полосовая сталь для глубокой вытяжки. М.: Металлургия, 1970. 207 с.

44. Холодная прокатка жести / С.П. Антонов, М.И. Бояршинов, М.И. Куприн и др. М.: Металлургия, 1965. 266 с.

45. Третьяков A.B., Третьяков Е.М., Мигачева Г.Н. Дрессировка и качество тонкого листа. М: Металлургия, 1977. 232 с.

46. Повышение качества листового проката / B.JI. Мазур, А.П. Качайлов, В.Г. Иванченко и др. Киев: Техника, 1979. 143 с.

47. A.c. 471143 СССР. Способ обработки холоднокатаного листа для глубокой вытяжки / И.Е.Долженков, Ф.Е. Долженков, В.И. Мелешко и др. // Открытия. Изобретения. № 7. 1975. С. 64.

48. Патент RU № 2164179. 14.05.1999. Способ дрессировки жести / Кушнарев A.B., Файзулина Р.В., Желтоухов Ю.Б. и др.

49. Кацер И.М., Виноградов В.П. и др. Особенности контроля содержания поверхностно-активной добавки в электролите лужения // Современные способы получения проката с покрытиями: Сб. тр. М.: Металлургия. 1989. С. 18-22.

50. Патент RU № 2103418. 28.01.97. Способ электролитического лужения жести / Носов С.К., Кушнарев A.B., Карпов A.A. и др.

51. Патент RU № 2114218. 22.04.97. Способ восстановления химического состава электролита лужения в процессе эксплуатации / Носов С.К., Кушнарев A.B., Черняховская И.А. и др

52. Дубров A.M., Мхитарян B.C., Трошин Л.И. Многомерные статистические методы. М.: Изд-во «Финансы и статистика», 1998.

53. Добронравов А.И., Файзуллин В.Х. Зависимость механических свойств горячекатаных полос низкоуглеродистой стали от температурного режима прокатки и травления // Сталь. 1982. № 6. С. 15-20.

54. Кушнарев A.B., Черкасский Р.И., Файзулина Р.В. Влияние качества пальмового масла на образование поверхностных дефектов на белой жести электролитического лужения // Труды 3 конгресса прокатчиков. Липецк. М.: Черметинформация. 2000. С. 232-233.

55. Листовой прокат / Пер. с англ. Производство и обработка листа / Под ред. A.A. Королева и М.А. Штремеля. Гос. науч.-техн. изд-во литературы по черной и цветной металлургии. М. 1963. С. 37.

56. J.Paidassi. Acta Met., v.6, 1958, p. 184

57. Патент RU №2124955. 28.10.97. Способ холодной прокатки тонких стальных полос / Кушнарев A.B., Носов С.К., Файзулина Р.В. и др.

58. Патент RU 2123398. 19.01.98. Способ холодной прокатки полос. / Носов С.К., Антипенко А.И., Файзулина Р.В., Кушнарев A.B. и др

59. Конструктивные особенности обновления системы технологической смазки 5-ти клетевого стана / A.B. Кушнарев A.B., К.И. Санаев, Р.В. Файзулина и др. // Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. Вып. 4. Магнитогорск. 2000. С. 187-190.

60. Причины образования трещин при холодной прокатке жести / Р.В. Файзулина, A.B. Кушнарев, Р.Я. Кутуева и др. / Совершенствование технологии на ОАО «ММК»: Сб. тр. Вып. 1. Магнитогорск. 1997. С. 357-360.

61. Куприн М.И., Файзуллин В.Х. О некоторых причинах образования рваных кромок и обрыва лент при холодной прокатке // Теория и технология прокатки: Сб. науч. тр. № 162. Свердловск. 1967. С. 275-280.

62. Холодная прокатка жести / А.Ф. Пименов, О.Н. Сосковец, А.И. Трайно и др. М.: Металлургия, 1990. 206 с.

63. Бояршинов М.И., Пименов А.Ф. Влияние скорости на некоторые параметры дрессировки // Изв. вуз. Черная металлургия, № 1. 1961. С. 14-22.

64. Патент RU № 2016680. 27.05.93. Способ дрессировки полосы / А.Х. Белалов, Р.В. Файзулина. М.С. Бронников, A.B. Кушнарев и др.

65. Решение о выдаче патента на изобретение. Способ правки тонкой полосовой стали / И.В. Виер, В.Г. Антипанов, A.B. Кушнарев и др. № 2001 12 30 97 от 16.08.2001.

66. Современное состояние и перспективы развития производства жести на ОАО «ММК» / P.C. Тахаутдинов, A.B. Кушнарев, Р.В. Файзулина, Р.И. Черкасский // В кн.: Труды четвертого конгресса прокатчиков. Т. 1. М.: Металлургия. 2002. С. 242-244.

67. Особенности зарубежных и отечественных классификаторов дефектов поверхности листового проката / А.И. Добронравов, Е.В. Карпов, A.B. Кушнарев, К.А. Лисичкина // В кн.: Труды четвертого конгресса прокатчиков. Т. 1. М.: Металлургия. 2002. С. 205-208.

68. A.C. Вольмир. Устойчивость деформируемых систем. М.: Изд-во Наука. 1967. 984 с.