автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Управление качеством заготовок углеродистых конструкционных кипящих сталей по ГОСТ 10702-78 методами математического моделирования

На правах рукописи УМАНСКИЙ Александр Александрович

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ЗАГОТОВОК УГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ КИПЯЩИХ СТАЛЕЙ ПО ГОСТ 10702-78 МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05 16 05 - Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк - 2007

003069476

Работа выполнена на кафедре «Обработки металлов давлением» ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Научный руководитель

Официальные оппоненты

кандидат технических наук, доцент

КАДЫКОВ В.Н

доктор технических наук,

профессор

БАЗАЙКИН В.И

кандидат технических наук,

доцент

РОГОВ Ю Е

Ведущее предприятие - Алтайский государственный технический университет им. И И. Ползунова

Защита состоится «¿2.» ^o^pj^ 2007г в аудитории на заседании диссертационного совета Д 212 252 01 при ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу 654007 г Новокузнецк, Кемеровской области, ул Кирова, 42, ГОУ ВПО «СибГИУ»

Факс: (3843) 465792; e-mail rector@sibgiu ru

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный

индустриальный университет»

Автореферат разослан «20» cu^p jsQ.007г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.252 01 д.т.н., профессор ' А Г Никитин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Прокат конструкционных кипящих сталей по ГОСТ 10702-78 марок Юкп, 15кп, 20кп на ОАО «ЗСМК» относится к ответственному сортаменту и на сегодняшний день является одним из наиболее рентабельных видов продукции Проблема улучшения качества проката ответственного сортамента является особенно актуальной в современных условиях в связи с возрастающими требованиями к качеству продукции и угрозой потери рынка при несоблюдении условий заказчика Наряду с проблемой улучшения качества проката не менее остро стоит проблема снижения потерь при производстве данного вида продукции, поскольку повышенные требования к качеству продукции обуславливают и повышенные потери Таким образом, исследования, направленные на улучшение качества заготовок из конструкционных кипящих сталей по ГОСТ 10702-78 и снижения потерь при его производстве являются на сегодняшний день актуальными

Цель работы: Теоретическое обоснование для разработки мероприятий по улучшению качества заготовок конструкционных кипящих марок сталей по ГОСТ 10702-78 и снижения потерь при их производстве

Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи

1) Исследование зависимостей качества поверхности заготовок от условий выплавки и разливки стали, нагрева и прокатки слитков

2) Проведение экспериментального исследования влияния технологии нагрева уширенных книзу слитков кипящей стали с «жидкой» сердцевиной на макроструктуру заготовок, ликвацию химических элементов по высоте слитка, механические свойства проката

3) Разработка математической модели формирования и развития торцевой утяжки в зависимости от геометрических факторов при реверсивной прокатке

Научная новизна. Определены зависимости качества поверхности заготовок конструкционных кипящих марок сталей от технологических факторов сталеплавильного и прокатного переделов Разработана математическая модель формирования и развития торцевой утяжки донной части уширенного книзу слитка в зависимости от геометрических факторов при реверсивной прокатке

з

Практическая значимость. На основе выполненных исследований внедрена технология использования слитков конструкционных кипящих сталей с «жидкой» сердцевиной для производства заготовок по ГОСТ 10702-78

Внедрение технологии позволило увеличить выход годной заготовки на 4 % за счет снижения отсортировки по дефектам поверхности (рванинам), уменьшить расход топлива на нагрев слитков на 6 кг у т /т Экономический эффект от внедрения результатов работы в ценах 2003 г года составил 219,3 тыс руб

Апробация работы. Основные положения, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на III Международной конференции молодых специалистов и ученых «Металл 2003» (г Жлобин, Беларусь, 2003 г), 4-й совместной научно-технической конференции молодых специалистов УК «Евразхолдинг (г Новокузнецк, 2005 г)

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 3 статьях

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка использованных источников, приложения Диссертация изложена на 156 листах, содержит 35 рисунков, 30 таблиц Список использованных источников включает 84 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

При производстве заготовок качественных кипящих марок сталей из слитков основными составляющими в структуре потерь являются' отсортировка заготовок по дефектам поверхности (рванины, плены) и технологическая обрезь концевых участков раската после блюминга В частности в условиях обжимного цеха ОАО «ЗСМК» при производстве заготовок конструкционных кипящих сталей по ГОСТ 10702-78 относительная доля вышеуказанных составляющих равна 68 % и 18 % соответственно

По мнению большинства исследователей на качество поверхности заготовок оказывают влияние, как качество исходных слитков, определяемое в свою очередь условиями выплавки и разливки стали,

так и технологические факторы прокатного передела К металлургическим факторам, оказывающим значительное влияние на степень пораженности заготовок поверхностными дефектами, относят химический состав готовой стали, скорость и температуру разливки слитков, раскисленность стали Среди технологических параметров прокатного передела чаще всего выделяют температурно-временные условия нагрева и прокатки слитков, режимы обжатий на блюминге При этом в настоящее время существуют противоречивые мнения о характере и степени влияния конкретных технологических факторов на качество поверхности заготовок.

Технология нагрева слитков с «жидкой» сердцевиной позволяет улучшить технико-экономические показатели при производстве заготовок, в частности снизить отбраковку заготовок по дефектам поверхности, снизить расход топлива на нагрев слитков В то же время применение такой технологии нагрева может ухудшить макроструктуру заготовок, повысить химическую неоднородность по высоте слитка, ухудшить механические свойства проката, что недопустимо для качественных марок сталей Кроме того, выдача в прокатку непрогретых слитков или слитков с «жидкой» фазой может привести к дополнительному образованию дефектов из-за неравномерной деформации при прокатке Поэтому разработке технологии нагрева слитков с «жидкой сердцевиной для качественных конструкционных марок сталей должны предшествовать исследования теплового состояния слитка в процессе транспортировки и нагрева, а также исследования влияния технологии нагрева слитков на макроструктуру заготовок, ликвацию химических элементов по высоте слитка, механические свойства проката

Величина технологической обрези концевых участков раската после прокатки на блюминге определяется двумя факторами

- неудовлетворительная структура металла, вследствие усадочных процессов после разливки стали (пористость, скопления неметаллических включений, нарушение сплошности и т д ),

- несовершенство геометрической формы концевых участков раската (торцевая утяжка)

При этом первый фактор (структура металла) оказывает решающее влияние на величину обрези с головной части раската, а величина торцевой утяжки является определяющей для обрези с донной части Для уширенных книзу слитков кипящих сталей концевая обрезь с донной части раската выше, чем с головной части слитка (до 3,5% от

длины раската с донной части против 1,5-2,0% с головной части). Кроме того, с донной части раската в обрезь уходит металл с плотной структурой и в случае изменения геометрической формы концевого участка возможно снижение обрези без риска получения брака по макроструктуре в заготовках. Поэтому более перспективным направлением представляется снижение обрези с донной части раската за счёт уменьшения величины торцевой утяжки.

В условиях действующего стана при постоянном сечении исходного слитка и готового профиля форма и размеры торцевой утяжки раската определяются принятыми режимами прокатки. Факторами, характеризующими влияние режимов прокатки, являются, форма очага деформации в каждом конкретном проходе и направление прокатки. В настоящее время отсутствует единое мнение о качественном и количественном влиянии формы очага деформации на величину торцевой утяжки при реверсивной прокатке, поэтому требуются дополнительные исследования механизмов образования и формоизменения торцевой утяжки при реверсивной прокатке

2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Методика статистического исследования влияния технологических факторов на качество поверхности заготовок

Исследование провели в два этапа На первом этапе с помощью дисперсионного анализа определяли значимость влияния дискретных факторов, на втором этапе производился анализ влияния непрерывных факторов с помощью множественного регрессионного анализа При этом в случае выявления значимого влияния дискретного фактора в дальнейшем формирование выборок плавок для исследования влияния непрерывных факторов производилось отдельно для каждого значения дискретного фактора.

Анализ влияния непрерывных факторов проводили в следующей последовательности

1) Расчет статистических характеристик технологических факторов и параметра оптимизации (среднее квадратическое отклонение, среднее значение)

2) Проверка гипотезы о распределении переменных и параметра

оптимизации по нормальному закону с помощью Л2 -критерия согласия

3) Расчет парных коэффициентов корреляции между переменными и параметром оптимизации, а также парных коэффициентов корреляции между переменными

4) Расчет уравнений регрессии

5) Проверка надежности коэффициентов уравнения регрессии с использованием критерия Стьюдента

6) Расчет совокупных коэффициентов корреляции и детерминации

7) Проверка значимости совокупного коэффициента корреляции

8) Расчет коэффициентов эластичности и степени влияния отдельных факторов на параметр оптимизации

2.2 Методика исследования влияния геометрических факторов при реверсивной прокатке на формоизменение торцевой утяжки раскатов

Исследование проводили с использованием метода координатной сетки В качестве объекта исследования выбрали уширенные книзу лабораторные свинцовые слитки размерами нижнее сечение - 55x62 мм, верхнее сечение - 49x55 мм, высота - 163 мм Размеры свинцовых слитков в масштабе 1 15 моделируют промышленные слитки массой 11,5 т, прокатываемые на блюминге «1250» ОАО «ЗСМК» Прокатка лабораторных слитков производилась на стане «80», размеры калибров и катающие диаметры которого в масштабе 1 15 моделируют размеры блюминга «1250» ОАО «ЗСМК». Таким образом, соблюдалось условие геометрического подобия

Для исследования коэффициентов вытяжки по длине раската на поверхность образцов наносили координатную сетку с шагом 10 мм и с шагом 2 мм По изменению размеров ячеек координатной сетки рассчитывали коэффициенты вытяжек участков по длине и ширине раската

Для исследования вытяжек осевых слоев раската образцы перед прокаткой разрезались на равные доли в продольном направлении, на которые также наносилась координатная сетка Полученные части разрезанных образцов спаивались при помощи сплава Вуда После прокатки спаянные части образцов рассоединялись и фиксировалось изменение размеров ячеек

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВОК

3.1 Исследование влияния металлургических факторов на качество поверхности заготовок

В качестве объекта исследования выбрали 128 случайных плавок стали 20кп

Анализировали влияние следующих дискретных факторов-Xх - цех выплавки и разливки слитков, Х2 - бригада выплавки и разливки слитков, Х3 - состояние сталеразливочного ковша (чистый, скрапина)

Выбор в качестве анализируемого параметра цеха выплавки и разливки обусловлен особенностями разливки слитков в кислородно-конвертерных цехах разливка слитков в кислородно-конвертерном цехе №2 (ККЦ-2) производится одновременно через два шиберных затвора, а в кислородно-конвертерном цехе №1 (ККЦ-1) - через один шиберный затвор Бригада выплавки и разливки характеризуют влияние человеческого фактора Состояние сталеразливочного ковша косвенно характеризует температуру разливки слитков

Установлено, что значимое влияние на качество поверхности заготовок оказывает цех выплавки и разливки слитков Остальные факторы существенного влияния на параметр оптимизации не оказывают

На плавках ККЦ-1 отсортировка в заготовке по дефектам поверхности ниже, чем на плавках ККЦ-2 Это обусловлено тем, что в ККЦ-2 из-за разливки одновременно через два шиберных затвора центрирование струи металла относительно изложницы затруднено по сравнению с разливкой в ККЦ-1 Разливка нецентрированной струей увеличивает риск образования плен на поверхности слитка и снижает качество поверхности заготовок Относительная степень влияния условий разливки стали составила 25%

В связи с тем, что цех выплавки и разливки слитков оказывает значимое влияние на качество поверхности заготовок, анализ влияния непрерывных факторов произвели отдельно для плавок ККЦ-1

В качестве объекта исследования выбрали 60 случайных плавок стали 20кп

Анализировали влияние следующих непрерывных факторов Рч - расход чугуна на 1т стали,

Лс/Ло - соотношение скрапного лома и лома из прокатной обрези в конвертерной плавке (% лома из прокатной обрези), ТВып - температура выпуска металла из конвертера; С - содержание углерода в готовой стали; 8 - содержание серы в готовой стали; Мп/8 - отношение Мп/Б в готовой стали, Р - содержание фосфора в готовой стали, Си - содержание меди в готовой стали, Ы2 - содержание азота в готовой стали, Осн - основность шлака; РеО - содержание РеО в шлаке, Тразл - температура разливки слитков

Полученное уравнение регрессии со значащими коэффициентами в натуральном виде приняло вид

У = 96,8 - ОД 5Рч + 263,6Си + \192,2И2 + 4,5Осн,

где У - отсортировка заготовок по дефектам поверхности, % При увеличении расхода чугуна отсортировка заготовок по дефектам поверхности снижается При выплавке стали в конвертерах используется чугун и металлический лом При этом основное количество примесей, оказывающих отрицательное влияние на пластичность стали (цветные металлы), содержится в ломе Поэтому при увеличении расхода чугуна и соответственно при снижении расхода лома качество поверхности заготовок улучшается.

Увеличение содержания меди в стали приводит повышению отсортировки заготовок по поверхностным дефектам Это объясняется тем, что температура плавления меди составляет 1094°С и ниже температуры нагрева слитков в нагревательных колодцах (1300°С) Поэтому, находясь в стали в жидком состоянии («выпотевание»), медь нарушает сплошное состояние поверхности слитков и приводит к образованию рванин

При увеличении содержания азота в готовой стали происходит увеличение отсортировки заготовок по дефектам поверхности Отрицательное влияние азота связано с образованием по границам зерен нитридов, которые снижают пластические свойства стали

Повышение основности шлака приводит к увеличению отсортировки заготовок по поверхностным дефектам Это обусловлено тем, что при увеличении основности шлака происходит увеличение количества нерастворившейся извести, снижается ассимилирующая способность шлака и, как следствие, увеличивается количество неметаллических включений в стали Это в свою очередь способствует снижению пластичности стали и увеличению количества рванин на заготовках

Относительная степень влияния непрерывных факторов, характеризующих выплавку стали (расход чугуна, содержание меди и азота в стали, основность шлака), составила 30 %

3.2 Исследование влияния температурно-временных условий нагрева и прокатки слитков на качество поверхности заготовок

Объектом исследования явилась выборка из 60 случайных плавок стали 20кп

Анализировали влияние следующих непрерывных факторов-

*пос - температура посада слитков в нагревательные колодцы,

Тнагр- фактическое время нагрева слитков,

Тпер ~ время «пересиживания» слитков в нагревательных колодцах,

*пр -температура конца прокатки слитков на блюминге,

Гр - номер группы нагревательных колодцев

Полученное уравнение регрессии со значащими коэффициентами в натуральном виде приняло вид

У = -4>0 + 0,069ТНЛГР + ОД 11ТПЕР,

где У - отсортировка заготовок по дефектам поверхности, %

При увеличении фактического времени нагрева слитков отсортировка заготовок по дефектам поверхности повышается Это объясняется тем, что с увеличением длительности нахождения слитков при высокой температуре повышается угар поверхностных слоев металла, что увеличивает риск вскрытия близко расположенных к поверхности газовых пузырей, которые при прокатке трансформируются в рванины

Влияния времени «пересиживания» слитков относительно графика выдачи аналогично влиянию фактического времени нагрева слитков и

объясняется аналогичным образом При этом следует отметить, что при выдаче слитков раньше графика тенденция к снижению отсортировки заготовок сохраняется, что говорит о возможности снижения времени нагрева слитков.

Относительная степень влияния параметров, характеризующих нагрев слитков, составила 15%

4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАГРЕВА СЛИТКОВ С «ЖИДКОЙ» СЕРДЦЕВИНОЙ ДЛЯ КАЧЕСТВЕННЫХ КИПЯЩИХ МАРОК СТАЛЕЙ ПО ГОСТ 10702-78

На основании расчетов температуры различных зон слитка, выполненных с использованием математической модели процессов охлаждения и нагрева слитков Днепропетровского металлургического института, разработали технологию нагрева слитков с «жидкой» сердцевиной для конструкционных кипящих сталей по ГОСТ 1070278 Выбранный режим нагрева слитков включает в себя выдержку без подачи топлива, период интенсивного повышения температуры и томление

Для определения влияния разработанной технологии нагрева слитков на качество поверхности и макроструктуру заготовок, на ликвацию химических элементов по высоте слитка, механические свойства проката и расход топлива на нагрев слитков проведено промышленное исследование

Установлено следующее

1) При нагреве по разработанной технологии для слитков с «жидкой» сердцевиной отсортировка заготовок по дефектам поверхности снижается на 4абс % относительно традиционной технологии нагрева слитков

2) Технология нагрева слитков с «жидкой» сердцевиной не ухудшает макроструктуру заготовок относительно традиционной технологии нагрева и позволяет получать заготовки с макроструктурой, соответствующей требованиям нормативно-технической документации

3) Характер ликвации основных химических элементов (углерод, сера, фосфор) по высоте слитков, нагретых по различным технологиям, практически одинаков в верхних 2/3 высоты слитка наблюдается положительная ликвация (превышение содержания химических элементов относительно среднего уровня), для всех

химических элементов положительная ликвация переходит в отрицательную начиная с уровня 63,2-71,8 % от головной части слитка При этом для слитков, нагретых по технологии с «жидкой» сердцевиной, ликвация химических элементов не увеличивается относительно традиционной технологии нагрева

4) Нагрев слитков по разработанной технологии не ухудшает механические свойства проката

5) При нагреве слитков с «жидкой» сердцевиной по разработанной технологии расход топлива снижается на 6 кг у т /т по сравнению с нагревом по традиционному графику для слитков горячего посада

5 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРИ ПРОКАТКЕ НА ВЕЛИЧИНУ ТОРЦЕВОЙ УТЯЖКИ

На лабораторном стане «80» (модель блюминга «1250» ОАО «ЗСМК» в масштабе 1 15) проведено исследование влияние геометрических факторов при реверсивной прокатке на величину торцевой утяжки

Всего прокатано 3 серии по 15 слитков в каждой 1 серия на слябы и 1 серия на блюмы В каждой серии 5 слитков подвергали односторонней прокатке с задачей слитка в валки головной частью вперед, 5 слитков - односторонней прокатке с задачей в валки донной частью вперед, 5 слитков - реверсивной прокатке

Сравнительному анализу подвергали вогнутость торца донной части раската при прокатке уширенных книзу слитков

По полученным данным в зависимости от характера формоизменения торцевой утяжки прокатку можно условно разделить на три периода

В первом периоде, характерном для пластовых проходов при Ьд/Нср=0,20-0,65 (прокатка головной частью вперед) и Ьд/Нср=0,20-0,60 (прокатка донной частью вперед) происходит образование и интенсивное развитие вогнутости торцов Увеличение размеров торцевой утяжки в этот период происходит интенсивнее, чем общая вытяжка полосы (левая часть графиков на рисунках 1, 2), что вызвано большей вытяжкой поверхностных слоев раската по отношению к осевому слою Меньшая вытяжка осевого слоя раската по отношению к приконтактным слоям вызвана неполным проникновением пластической деформации вглубь слитка

0,8 -.-.-.-.---.-1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

1_д/Нср

Рисунок 1 - Изменение величины торцевой утяжки донной части уширенного книзу слитка в зависимости от формы очага деформации при прокатке головной частью вперед

Во втором периоде, характерном для пластовых проходов при Ьд/Нср>0,65 (прокатка головной частью вперед) и Ьд/Нср>0,65 (прокатка донной частью вперед) картина меняется на обратную В этом случае торцевая утяжка растет медленнее общей вытяжки полосы (правая часть графиков на рисунках 1, 2) Следует отметить, что отставание роста торца утяжки от общей вытяжки полосы незначительно, поэтому изменение формы и размеров торцевой утяжки происходит в основном за счет общей вытяжки полосы В этом периоде прокатки деформация уже полностью проникает на всю толщину раската, что вызывает большую вытяжку осевого слоя по отношению к поверхностным слоям

В третьем периоде, характерном для прокатки в ребровых проходах при Ьд/Нср=0,14-0,50 характер продольной деформации аналогичен первому периоду При этом, поскольку в отличие от первого периода на исходной заготовке уже наличествует торец отличной от прямоугольной формы, то форма торцевой утяжки после прокатки в калибре отличается от формы торцевой утяжки после прокатки на гладкой бочке В этот период существенного изменения величины торцевой утяжки не происходит, так как образующаяся

выпуклость центральной части поверхностного слоя незначительна и компенсируется увеличением исходной вогнутости за счет общей вытяжки полосы

1,4

3 1,3 -

и

о

§ 1.2-с

^ 1,1 ~

5

*

8

^ 0,9 -

«

0,8

0

0,2 0,4 0,6 0,8

ид/Нср

1

Рисунок 2 - Изменение величины торцевой утяжки донной части уширенного книзу слитка в зависимости от формы очага деформации при прокатке донной частью вперед

Установлено, что накопление разности вытяжек осевого и поверхностного слоев раската в первом периоде происходит только на уровне до 14% от донной части раската (рисунок 3)

Причины такого распределения коэффициентов вытяжек по длине раската объясняются следующим образом:

Теоретически большей вытяжке в продольном направлении должны подвергаться концевые участки поверхности, прилегающие, как к донной, так и к головной частям слитка, что вызвано отсутствием внешних зон при прокатке При этом коэффициент вытяжки участка, прилегающего к входному концу (в данном случае, прилегающему к головной части раската), должен быть ниже коэффициента вытяжки противоположного по направлению прокатки участка (в данном случае, прилегающему к донной части раската) из-за различной скорости течения металла в зонах отставания и опережения Однако по опытным данным при Ьд/Нср=0,20-0,45 вытяжка участков поверхности, прилегающих к головной части раската, отсутствует Это вызвано тем, что в первых проходах происходит заваривание

внутренних несплошностей (усадочных пустот) в головной части слитка, поэтому металл на вытяжку не идет Вытяжка срединных слоев поверхностного слоя раската не происходит из-за наличия внешних зон, называемых иначе «жесткими концами», которые сдерживают стремление металла к вытяжке в продольном направлении

1,9

5 1,8

¡4

* 1 7

к 1

| 1.6

х 1.5

0)

§ 1.4

£ 1.3

£ 1.2

о

^ 1,1 1

— Поверхностные слои раската (центральный по ширине участок) ........ ■■ Осевой слой слитка

—ч—Поверхностные слои раската (вблизи боковых кромок)

Рисунок 3 - Суммарные коэффициенты вытяжек участков по длине раската после проходов на гладкой бочке, соответствующих первому периоду прокатки

Установлено, что на участке, прилегающем к донной части раската (до 14 % от донной части), большей вытяжке подвергаются центральные участки поверхностного слоя по отношению к участкам вблизи кромок (рисунок 3)

Для более полного изучения деформации приконтактных слоев дополнительно был проведен опыт, сущность которого заключается в следующем в середине прохода двигатель стана затормаживали и выбрасывали полученный недокат - таким образом, на поверхности раската фиксировался очаг деформации По изменению размеров

Расстояние замера от донной части слитка по высоте, %

ячеек, предварительно нанесенной на слитки координатной сетки, рассчитывали продольные деформации

Установлено, что продольная деформация центральной части поверхностных слоев и участков вблизи боковых кромок качественно различаются Наличие на кривой, характеризующей продольные деформации центральных участков поверхности, горизонтального участка свидетельствует о наличии зоны прилипания (рисунок 4)

— Ьд/Нср=0,20 —а—Ьд/Нср=0,б0 -*-Ьд/Нср=1,05

Рисунок 4 - Продольные деформации центральных участков поверхности по длине очага деформации

При этом протяженность зоны прилипания снижается с увеличением соотношения Ьд/Нср Так при Ьд/Нср=0,20 длина зоны прилипания составляет 51 % от длины очага деформации, при Ьд/Нср=0,65 - 34%, при Ьд/Нср=1,05 - 17%

На кривой, характеризующей вытяжку участков поверхности вблизи боковых кромок, такой участок отсутствует (рисунок 5). Это говорит о том, что вблизи боковых кромок имеет место скольжение металла по всей длине дуги захвата

-34 -17 0 17 34 51 68 85 102 119 136 153 Длина очага деформации, %

—Ьд/Нср=0,20

Ьд/Нср=0,60 Ьд/Нср= 1,05

Рисунок 5 - Продольные деформации боковых участков поверхности по длине очага деформации

Также установлено, что к моменту входа металла в валки уже наличествует продольная деформация поверхностных слоев, которая составляет до 33-38% от полной продольной деформации за проход Протяженность такой зоны внеконтактной деформации составляет 34% от длины дуги захвата Таким образом, физический очаг деформации значительно шире геометрического, что объясняется наличием внутриметаллической связи в раскате

Таким образом, для диапазона изменения формы очага деформации в пределах Ьд/Нср=0,20-1,05 продольная деформация центральной части поверхностных слоев имеет большую величину по отношению к участкам вблизи боковых кромок При этом в поверхностном слое раската продольная деформация центральной части поверхностных слоев и участков вблизи боковых кромок качественно различаются Вблизи боковых кромок имеет место

скольжение частиц металла по всей длине дуги захвата, в то время как в центральной части существует зона прилипания и протяженность зоны прилипания снижается при увеличении соотношения Ьд/Нср

На основании проведенных исследований разработана математическая модель развития торце вой утяжки при реверсивной прокатке

Регрессионные зависимости величины торцевой утяжки донной части раската от формы очага деформации в первом проходе При прокатке слитка головной частью вперед

О,93х(^)-018х(Л,-1)х1о / ___

у\ ~ ^ '

где /у - величина торцевой утяжки,

Л] - коэффициент вытяжки в первом проходе,

- начальная длина слитка,

7 - коэффициент, учитывающий, что неравномерность вытяжки осевого и поверхностных слоев раската, имеет место на уровне до 14 % от донной части

При прокатке слитка донной частью вперед

0,93 х Д-);013 х (Л "О* А,

ПГР

В последующих после первого проходах регрессионные зависимости примут вид

При прокатке головной частью вперёд

пСР

При прокатке донной частью вперед пср

Проверка в промышленных условиях на блюминге 1250 ОАО «ЗСМК» показала, что полученная в ходе лабораторных исследований математическая модель развития торцевой утяжки позволяет с достаточной степенью достоверности прогнозировать величину торцевой утяжки при реверсивной прокатке Отклонение расчетных значений от фактических не превысило 15%

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1) Проведено статистическое исследование влияния дискретных и непрерывных технологических факторов сталеплавильного и прокатного переделов на качество поверхности заготовок кипящего конструкционного металла по ГОСТ 10702-78 в условиях ОАО «ЗСМК». Получены регрессионные зависимости качества поверхности заготовок от условий выплавки и разливки стали, нагрева и прокатки слитков.

2) На основании расчетов температуры различных зон слитка, выполненных с использованием математической модели процессов охлаждения и нагрева слитков Днепропетровского металлургического института, разработана технология нагрева слитков с «жидкой» сердцевиной для конструкционных кипящих сталей по ГОСТ 1070278 Выбранный режим нагрева слитков включает в себя выдержку без подачи топлива, период интенсивного повышения температуры и томление Опытно-промышленные исследования показали, что использование разработанной технологии нагрева слитков с «жидкой» сердцевиной позволяет снизить отсортировку заготовок по дефектам поверхности относительно существующей технологии. При этом не происходит ухудшения макроструктуры заготовок, не увеличивается ликвация химических элементов по высоте слитка и не ухудшаются механические свойства проката

3) Проведены лабораторные исследования влияния геометрических факторов при реверсивной прокатке на величину торцевой утяжки донной части уширенного книзу слитка

Установлено, что соотношение продольно-вертикальных размеров очага деформации при значениях Ьд/Нср=:0,20-1,05 и направление прокатки оказывают существенное влияние на величину торцевой утяжки донной части раската при прокатке в пластовых проходах При значениях Ьд/Нср=0,20-0,65 (прокатка головной частью вперед) и Ьд/Нср=0,20-0,60 (прокатка донной частью вперед) торцевая утяжка

растет быстрее общей вытяжки полосы, что объясняется неполным проникновением деформации вглубь слитка Картина меняется на обратную при значениях Ьд/Нср=0,65-1,05 (прокатка головной частью вперед) и Ьд/Нср=0,60-1,05 (прокатка донной частью вперёд), то есть в этот период рост торцевой утяжки происходит медленнее общей вытяжки полосы При прокатке в ребровых проходах в интервале Ьд/Нср=0,14-0,50 изменения величины торцевой утяжки практически не происходит, так как образующаяся выпуклость центральной части поверхностного слоя незначительна и компенсируется увеличением исходной вогнутости за счет общей вытяжки полосы

Для диапазона изменения фактора Ьд/Нср=0,20-1,05 продольная деформация центральной части поверхностных слоев имеет большую величину по отношению к участкам вблизи боковых кромок При этом в поверхностном слое раската продольная деформация центральной части поверхностных слоев и участков вблизи боковых кромок качественно различаются Вблизи боковых кромок имеет место скольжение частиц металла по всей длине дуги захвата, в то время как в центральной части существует зона прилипания и протяженность зоны прилипания снижается при увеличении соотношения Ьд/Нср

4) На основании лабораторных исследований разработана математическая модель развития торцевой утяжки донной части уширенного книзу слитка при реверсивной прокатке, которая позволяет наглядно представлять не только итоговую величину торцевой утяжки в готовом профиле, но и промежуточные значения после каждого прохода, что, в свою очередь, упрощает процесс разработки оптимальных режимов обжатий с точки зрения уменьшения величины технологической обрези. Проверка в промышленных условиях на блюминге 1250 ОАО «ЗСМК» показала, что полученная математическая модель позволяет с достаточной степенью достоверности прогнозировать величину торцевой утяжки при реверсивной прокатке уширенных книзу слитков Отклонение расчетных значений от фактических не превысило 15%

5) Внедрение технологии использования слитков кипящих конструкционных сталей с «жидкой» сердцевиной для производства заготовок по ГОСТ 10702-78 в производство позволило увеличить выход годной заготовки на 4 % за счёт снижения отсортировки по дефектам поверхности (рванинам), снизить расход топлива на нагрев слитков на 6 кг у т /т Экономический эффект в ценах 2003 г составил составил 219,3 тыс руб

Работы по теме диссертации:

1 Кадыков В Н Построение математической модели развития торцевой утяжки раската при реверсивной прокатке / В Н Кадыков, А А Уманский // Известия высших учебных заведений Черная металлургия 2006 - №6 - С 14-16

2 Кузнецов И С. Разработка оптимальной технологии нагрева слитков кипящих сталей / И С Кузнецов, А Е Прахов, В А Антонов, А А Уманский //Сталь. 2006. -№3.-С 46-47.

3 Уманский А А Совершенствование технологии производства проката из качественных конструкционных марок стали на ОАО «ЗСМК» / А А Уманский и [др ] // Наука и молодежь проблемы, поиски, решения Труды Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / Под общей ред С М Кулакова, СибГИУ - Новокузнецк, 2003 - Вып 7 - Ч. II Технические науки - С 84-85

Подписано в печать 490 V 2007г. Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага писчая Печать офсетная Уел печ ^ Ц Уч -изд л Тираж 4со экз Заказ ¿^ .

Сибирский государственный индустриальный университет 654007, г Новокузнецк, ул Кирова, 42 Типография СибГИУ