автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Влияние параметров технологического процесса на точность круглого проката из легированных сталей

На правах рукописи

БЛОХИН АЛЕКСЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

Влияние парамеции технологического процесса на точность круглого проката из легированных сталей

Специальность 05 16 05 - «Обработка металлов давлением»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2008

003445647

Работа выполнена в Государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов» на кафедре «Пластическая деформация специальных сплавов» (ПДСС)

Научные руководители

кандидат технических наук, профессор Чередников В А доктор - инженер, профессор Кавалла Р

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Тулупов С А кандидат технических наук Дрозд В Г

Ведущая организация ОАО «Московский металлургический завод «Серп и Молот»

Зашита состоится 15 сентября 2008 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212 132 09 при Государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов» по адресу

119049, Москва, Ленинский проспект, д 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного технологического университета «Московский институт стали и сплавов»

Автореферат разослан «,¿3 » августа 2008 г

Справки по телефону (495)955 01 27

Ученый секретарь диссертационного совета

Ионов С М

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Важной научно-технической проблемой является повышение эффективности сортопрокатного производства, в частности, по точности геометрических размеров и формы поперечного сечения проката из легированных сталей и сплавов Отличительной особенностью данного вида прокатного производства является малотоннажность партий проката, необходимость частых настроек станов на прокатку в каждом случае требуемой марки стали, специфический состав оборудования прокатных станов Учитывая особенности данного производства, для получения сортового проката из легированных сталей и сплавов используются прокатные станы сравнительно невысокой производительности полунепрерывного или линейного типов, которые достаточно эффективно работают при сравнительно небольших партиях проката, но по составу и техническим характеристикам оборудования имеют проблемы с обеспечением необходимого качества, в частности, по точности проката В связи с этим представляются актуальными задачи изучения фактической точности проката на станах данного типа, анализ факторов, оказывающих на нее влияние, и разработки мер по повышению точности геометрических размеров проката Для решения данных задач представляется целесообразным использовать существующие методики исследования - как экспериментальные, так и расчетные В частности, представляет интерес использование ранее полученной теоретической модели влияния колебаний параметров технологического процесса прокатки на отклонения геометрических размеров проката с внесением в модель необходимых коррективов, учитывающих прогресс в теории и технологии сортопрокатного производства

Связь работы с научными программами, темами и грантами

На основании и в связи с проведением в данной работе комплексных исследований точности горячекатаной круглой стали и факторов, ее определяющих, были выполнены исследования на темы 1) «Разработка универсальной технологии производства прецизионного мелкосортного проката на основе использования новой методики прогнозирования геометрических и физико-механических характеристик проката» в рамках гранта Министерства науки и образования РФ для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов и молодых ученых 2) «Исследование точности мелкосортного проката на стане 340» в рамках совместного гранта от Министерства образования и науки РФ и Немецкой службы академических обменов «Михаил Ломоносов» для проведения стажировки автора во Фрайбергской горной академии (Германия) 3) «Комплексное исследование технологического процесса прокатки на стане 350/250 ОАО «Металлургический завод «Электросталь» с целью повышения качества проката» - в рамках хоздоговорной темы

Цель работы и задачи исследования

Целью данной работы является повышение качества горячекатаной круглой стали по точности геометрических размеров и форме поперечного сечения производимого проката из легированных сталей и сплавов

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи

1 Выбор направления теоретических исследований влияния параметров технологического процесса прокатки горячекатаной круглой стали на точность геометрических размеров поперечного сечения металла из легированных сталей и сплавов с необходимой его корректировкой на основе развития теории и технологии прокатного производства

2 Экспериментальное исследование изменения геометрических размеров круглого проката из легированных сталей и сплавов под воздействием параметров технологического процесса в условиях промышленных мелкосортных и проволочных станов

3 Экспериментальное исследование изменения геометрических размеров круглого проката из легированных сталей при варьировании температурных параметров прокатки в условиях опытно-промышленного стана 340 Технического университета Фрайбергской горной академии (Германия)

4 Экспериментальное и теоретическое исследование температурных параметров прокатки круглой стали и факторов, их определяющих, в условиях мелкосортных и проволочных станов

5 Теоретическое исследование влияния параметров технологического процесса на отклонения размеров круглого проката из легированных сталей и сплавов по высоте и ширине поперечного сечения на основе скорректированной модели

6 Разработка рекомендаций по совершенствованию технологического процесса прокатки круглой горячекатаной стали с целью повышения точности проката

Научная новизна

1 Выбран и модернизирован теоретический метод определения отклонений геометрических размеров проката из легированных сталей и сплавов под воздействием колебаний технологических параметров

2 Данный теоретический метод адаптирован к ряду мелкосортных и проволочных станов, на основании чего с единых позиций определены возможности по достижению прогнозируемой точности проката и исследовано влияние колебаний параметров технологического процесса на изменение размеров поперечного сечения горячекатаной круглой стали

3 Получены экспериментальные данные по точности размеров круглой стали на ряде мелкосортных и проволочных станов и в сопоставительном аспекте осуществлен их анализ

4 Изучено влияние параметров температурного режима, а также марочного сортамента на отклонения геометрических размеров получаемого круглого проката из легированных сталей

Практическая ценность работы

1 На основании модернизированного теоретического метода анализа точности сортового проката получена возможность прогнозирования изменения высоты и ширины поперечного сечения профиля при фактических или задаваемых параметрах оборудования и технологического процесса различных сортопрокатных станов С использованием коэффициента выравнивания представляется возможным анализ эффективности калибровок валков с точки зрения точности проката

2 Полученные экспериментальные результаты по точности прокатки круглых профилей из различных легированных марок стали на некоторых мелкосортных и проволочных станах позволяют выявить закономерности влияния различных факторов технологического процесса на геометрию проката, которые могут быть использованы при проектировании или совершенствовании оборудования и технологических процессов аналогичных прокатных станов

3 На основании проведенных исследований усовершенствована и внедрена калибровка валков для производства горячекатаной круглой стали диам 6,5 мм в условиях мелкосортно-проволочного стана 350/250 ОАО «Металлургический завод «Электросталь», что позволило получить определенный экономический и технический эффект

4 Модернизированный теоретический метода анализа точности сортового проката и полученные в работе экспериментальные результаты представляют интерес для использования в учебном процессе высших учебных заведений по направлению 150100 «Металлургия» бакалавриата и магистратуры и специальностям 150106 «Обработка металлов давлением» и 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением»

Основные положения, выносимые на защиту

1 Модернизированный теоретический метод определения отклонений геометрических размеров сортового проката, вызванных колебаниями параметров технологического процесса

2 Результаты экспериментального исследования точности горячекатаного круглого проката из легированных сталей в условиях мелкосортно-проволочного стана 320/250 и проволочного стана 260

3 Результаты экспериментального исследования температурного режима прокатки круглых профилей из легированных сталей в условиях мелкосортно-проволочного стана 320/250

4 Результаты комплексного экспериментального исследования влияния температурного режима и особенностей марочного сортамента на точность круглого проката в условиях стана 340 Технического университета Фрайбергской горной академии

5 Адаптация модернизированного теоретического метода анализа точности сортового проката к условиям ЗАО «ВМЗ «Красный Октябрь», ОАО «ММЗ «Серп и Молот», ОАО «Металлургический завод «Электросталь», Технического университета Фрайбергской горной академии и исследование на его основе влияния различных факторов технологического процесса на колебания размеров поперечного сечения круглого проката из легированных сталей

6 Рекомендации по совершенствованию технологического процесса прокатки с целью повышения точности круглых профилей из легированных сталей и сплавов

7 Усовершенствованная калибровка валков для производства круглого профиля диам 6,5 мм в условиях стана 350/250

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах

1 1-ая международная конференция молодых специалистов «Металлургия XXI века» - Москва ВНИИМЕТМАШ, 2005

2 Международная научно-техническая конференция «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов» - Санкт-Петербург, 2005

3 2-ая международная конференция молодых специалистов «Металлургия XXI века» - Москва ВНИИМЕТМАШ, 2006

4 3-я международная конференция молодых специалистов «Металлургия XXI века» - Москва ВНИИМЕТМАШ, 2007

5 Международная научно-техническая конференция «Теория и технология процессов пластической деформации - 2007» - Москва МИСиС, 2007

6 Научный семинар кафедры ПДСС МИСиС «Исследование влияния параметров технологического процесса и характеристик оборудования на качество мелкосортного проката и катанки из легированных сталей» - Москва МИСиС, 2007

7 Научная конференция стипендиатов программы «Михаил Ломоносов 2007/2008» - Бонн,

2007

8 Научный семинар кафедры ПДСС МИСиС «Исследование точности мелкосортного проката на стане 340» - Москва МИСиС, 2008

9 Научный семинар кафедры ПДСС МИСиС «Влияние параметров технологического процесса на точность круглого проката из легированных сталей» - Москва МИСиС, 2008

Публикации

Основное содержание работы опубликовано в 7 статьях

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, изложена на 171 странице машинописного текста, 55 рисунков, 32 таблицы, 5 приложений, библиографический список из 72 наименований источников отечественных и зарубежных изданий

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Во введении дано обоснование актуальности темы, отражена цель и научная новизна диссертационной работы

В первой главе рассматривается оценка точности сортового проката по геометрическим размерам поперечного сечения на соответствие фактических размеров получаемых профилей требованиям стандартов Так, для горячекатаной круглой стали по ГОСТ 2590-88 установлены высокая, повышенная и обычная точность Разница в массе профиля, прокатанного на верхнем и нижнем пределах поля допусков, для катанки днам 6,5 мм составляет 28% для обычной точности, 20% - для повышенной н 9% - для высокой

Вместе с тем, точность проката может быть оценена по соответствию фактических размеров номинальному значению чем меньше отклонения от номинального значения, тем выше шч-ность(рис 1)

Для характеристики точности геометрических размеров проката ряд авторов применяет так называемый «коэффициент использования допусков» (Кд), показывающий отношение величины отклонения размеров проката к полю допуска обычной точности По опубликованным данным, Кд для различных проволочных станов составляет от 0,4 до 1,26, причем его значения по ширине профиля существенно выше, чем по высоте

Непосредственные измерения вертикального и горизонтального размеров катанки по длине бунта по данным различных авторов свидетельствуют о существенном их изменении как для одной полосы, так и в пределах партии проката, причем вертикальный размер во всех случаях более стабилен, чем горизонтальный На изменения размеров оказывают влияние межклетевое натяжение, число одновременно прокатываемых полос (ниток), неравномерность температуры прокатки, износ валков и др В то же время в литературных источниках практически отсутствуют данные по влиянию марочного сортамента легированных сталей на точность сортового проката

Вместе с тем представляет значительный интерес аналитическое определение колебаний размеров сортовых профилей под воздействием различных факторов технологического процесса прокатки, а также характеристик оборудования По литературным данным, имеются разработки, ставящие колебания размеров сортового проката по высоте (6h|) и ширине (6bi) в зависимость от колебаний параметров технологического процесса (5х,)

Рисунок 1 - К оценке точности геометрических размеров проката (А - высокая точность, Б - повышенная, В - обычная, Вномш-номинальный диаметр)

где х, - параметры технологического процесса, б - знак конечных разностей, характеризующий колебание соответствующего параметра

Подобный подход позволяет, с одной стороны, определять изменение геометрических размеров профиля по высоте и ширине под воздействием колебаний параметров технологического процесса, а с другой стороны, прогнозировать точность прокатки при проектировании оборудования и технологических процессов сортопрокатного производства

Подобная теоретическая модель была разработана на кафедре ПДСС МИСиС и по ряду параметров нуждается в модернизации

Во второй главе аргументирована и представлена теоретическая модель влияния колебаний параметров технологического процесса на точность получаемых профилей с учетом используемых в настоящее время более совершенных зависимостей ряда параметров процесса сортовой прокатки

Существо модели основывается на уравнении Головина-Симса, адаптированного к параметрам сортовой прокатки (2), и ширины прокатываемой полосы (3)

где И/ и й/ - высота и ширина полосы на выходе из очага деформации, Ик - высота калибра, Р - усилие прокатки, Мо - модуль жесткости клети, т - количество одновременно прокатываемых полос, х - коэффициент, учитывающий положение катающего калибра по длине бочки валка, Ьо -ширина полосы на входе в очаг деформации, АЬ - уширение

Входящие в данные выражения усилие прокатки Р и уширение ДЬ представляют собой многофункциональные зависимости, в общем виде выглядящие следующим образом

где ко - высота полосы на входе в очаг деформации, Д - радиус валков, </0 и 17; - заднее и переднее натяжение, <т, - сопротивление металла пластической деформации, Т - температура полосы,/- коэффициент трения, и - частота вращения валков

Далее находятся полные дифференциалы уравнений (2) и (3) с учетом выражений (4) и (5) В полученные таким образом зависимости входят, в том числе, полные дифференциалы функций (4) и (5) в частных производных Но поскольку дифференциалы представляют собой бесконечно малые величины, а в реальных технологических процессах прокатного производства имеют место конечные значения параметров, то используем в полученных выражениях известный переход от знака дифференциала ¿1 к знаку конечных разностей б Осуществляя последующие преобразования полученных выражений уже относительно <5Л; и 6Ь/ и вводя для упрощения вида зависимостей некоторые обозначения, получаем основные уравнения изменения размеров прокатываемой полосы по высоте и ширине поперечного сечения в зависимости от колебаний технологических параметров

(2)

(3)

Р = Р(ка, /г,, Ь0, /?, <?„, <7,, ст,, /, Т, п), АЬ = 6(/г0, /г,, Ь„, Я, д0, д{, о;,/, 7\ п)

(4)

(5)

8Ъ, = Вк 8Ьк + В„8Ьа + Вь8Ъа + ВК8К + В^ 8д0 + Въ 8д, + ВГ8Т + В„8п (7)

Здесь Нь Нн, Ны Нц, Я,;, Ну, Я„ - технологические передаточные коэффициенты, характеризующие влияние колебаний параметров технологического процесса на изменение высоты прокатываемой полосы, Вь, 5/„ Вы Вн, Вч„ ВЧ1, В7, В„ - то же, на изменение ширины

Технологические передаточные коэффициенты в конечном итоге представляют собой алгебраические выражения, конкретный вид которых зависит от выбранных формул для определения параметров технологического процесса После подстановки в выражения для технологических передаточных коэффициентов соответствующих значений технологических параметров они принимают численные значения

В рамках данной работы исследовалось влияние температурных условий прокатки, в т ч колебаний температуры, на изменение размеров поперечного сечения как по дчине прокатываемой полосы, так и в пределах партии проката Если принять допущение, что изменения размеров исходной полосы отсутствуют, т е б1ь> = 6Ь0 = 0, тогда основные уравнения будут иметь следующий вид

8Н[ = Н,8Т, (8)

8Ь, = Вт8Т (9)

Но при наличии перепада температуры по длине полосы 5Т уже в следующем после первого проходе появятся отличные от нуля значения дко и ЗЬо, определенные как соответственно <56; и <5й/ в предыдущем проходе с учетом кантовки на 90° Тогда в основные уравнения добавятся соответствующие составляющие на основе 5И0 и 5Ьо

8И, = Н„8И0 + Н„8Ь0 + Нт8Т, (10)

= Вк8Ь0 + Вь8Ьа + Вт8Т (11)

В рамках данной задачи выражения для технологических передаточных коэффициентов имеют вид

ДдЬ, ЬК Эк.] ЛдЬ А

дрд(&ь)д/ ар эсг.

Эй, 3/ дт + дсг, ЭГ

А

%т Э/г, J Э/?и 'д\ ЭЛ0

В

* А{хт д\

(12)

в,=-

' М„ ЭЯ^Э(ДА) эг Э(А6) ЭР Эсг, Хт ЭЛ,) Э/ 3Г + ЗА, Зет, дГ

Здесь А = ЭМ

%т д 1ц Э6) Э \

Модернизация рассматриваемой модели касается следующих частных производных, входящих в выражения для технологических передаточных коэффициентов д(Л6), Э(Д6)л Э(Лд),

ЭЛ, Э/

дк

^к, , ЭсГ', Эсг', в алгебраических выражениях

ЭА0 Эй, Э/г0 Эй, Эй,, Эй, 96, ЭЬ, Э Г ЭГ

которых использованы приводимые ниже более совершенные зависимости отдельных параметров, предложенные различными авторами

п„ =7,072-8,444 // + 2,808 /Г+0,22 р , (13)

Л\111 /, N-»044 / 'Л

"Ч) (*) й (I) (Й '

^■л011/; v01"/' л"гал V"13

'-Ч) Ш й (I) ш •

/ \-О 529 /- ч-0О<

'--О и ■

-"•"'('^Ш' <|7)

Здесь - коэффициент напряженного состояния, - коэффициент вытяжки, /? - коэффициент уширения (выражение (14) приведено для станов, прокатывающих рядовые марки стали, (15) -для станов, прокатывающих легированные стали и сплавы, в том числе высоколегированные, хро-моникелевые, коррозионно-стойкие и подшипниковые), - площадь контактной поверхности, Ьср - средняя ширина полосы в очаге деформации, /„,,- длина очага деформации, V» и - коэффициенты формы полосы на входе в очаг деформации и на выходе из него, сто - базовое сопротивление деформации, и - скорость деформации, е - степень деформации, а, Ь, с - термомеханические коэффициенты

Одним из приложений данной модели является выражение для коэффициента выравнивания К„, который определяется как отношение относительного изменения площади поперечного сечения полосы на входе в клеть /-о к относительному изменению площади поперечного сечения на выходе из клети ^

¿у

К'=Ж? (18)

Д

На основе положений данной модели выражение для коэффициента выравнивания имеет

вид

к 1 у\хт АКА

IX Эр" К э^1 др

\Хт А, А

Здесь, помимо описанных выше параметров, Лц^Ио/Ьи и Л/=й//^ - соотношение осевых размеров полосы на входе в очаг деформации и выходе из него соответственно

Коэффициент выравнивания может быть использован и используется в данной работе как

инструмент анализа калибровок валков с точки зрения точности прокатки: чем выше значения К„ при обязательном К„> 1, тем в большей мере сглаживаются колебания размеров в данном проходе (калибре, клети). Очевидно, что при проектировании калибровок валков следует стремиться к увеличению значений Кв в последних проходах, где происходит окончательное формирование размеров и геометрии профиля. При этом варьируемыми параметрами, как следует из выражения (19), являются /(, Р. vо/у/, Ло, Л/.

В третьей главе приведены методика и результаты экспериментальных исследований точности круглого проката из легированных сталей в условиях мелкосортно-проволочного стана 320/250 Завода «Серп и Молот» и проволочного стана 260 завода «Красный Октябрь». Для сравнения даны результаты измерения размеров проката из стали Ст 3. Кроме того, осуществлён анализ показателей работы стана 350/250 завода «Электросталь», в т.ч. по качеству проката. Все станы полунепрерывные, имеющие в своём составе отдельно расположенные обжимные клети различной конструкции и проходные подогревательные печи. Станы 320/250 и 350/250 - однониточ-ные, стан 260 - двухниточный. Схемы расположения оборудования станов приведены на рис. 2.

КЛОП.

1 РСП

II121X1

К

:8вх :::: хх

ни

1X11

121X1* IXIXIX 1Х1Х1Х

IX IX IX

Рисунок 2 - Схемы расположения оборудования полунепрерывных прокатных станов (1350/250, 2- 260, 3- 320/250)

Фактические размеры по высоте и ширине профиля измерялись с определённым шагом по длине готового проката, смотанного в бунты. Результаты измерений свидетельствуют о том, что во всех случаях вертикальный размер существенно более стабилен, чем горизонтальный. Так, значения вертикального размера катанки диам. 6,5 мм из стали Х18Н10Т, прокатанной на стане 260, колеблются в пределах 6,5-6,7 мм, горизонтального - в пределах 6,3-6,6 мм без учета концов (рисунок 3).

Общая тенденция изменения размеров по длине полосы сводится к следующему: 1) Монотонное увеличение от начала к концу проката; данное обстоятельство обусловлено перепадом температуры в сторону снижения, причём по вертикальному и горизонтальному размерам равно-направленно, поскольку с понижением температуры увеличиваются как усилие прокатки, так и уширение. 2) Увеличение размеров по концам полосы, как правило, превышает плюсовое значение поля допусков; по обоим размерам это наблюдается также равнонаправленно и обусловлено прокаткой концов без натяжения.

Номер щчереиия

Рисунок 3 - Изменение размеров по длине проката стали Х18Н10Т диам 6,5 мм, прокатанного на стане 260

3) Скачкообразное изменение размеров в области средней части полосы при прокатке на стане 260, причиной чего является изменение числа одновременно прокатываемых полос в клети при прокатке в две нитки 4) Увеличение вертикального и уменьшение горизонтального размеров от полосы к полосе в пределах партии проката, что является следствием выработки калибров, при несвоевременной подстройке рабочих клетей размеры в ряде случаев выходят за пределы поля допусков 5) Различное по величине изменение размеров по перечисленным выше показателям для разных марок стали Чем выше сопротивление деформации и коэффициент трения прокатываемой стали, тем в большей степени проявляются изменения размеров Основные показатели точности прокатки по станам приведены в табл 1

Таблица 1 - Точность круглого проката из сталей различных марок, прокатанных в условиях ста-

нов 260 и 320/250

Стан 260 Стан 320/250

Вертикальный Горизонтальный Вертикальный Горизонтальный

размер размер размер размер

Марка ста-ш, размер Отклоне- Отклоне- Марка стали, раз- Отклоне- Отклоне-

профиля ния, мм Кд ния, мм Кд мер профиля ния, мм Кд ния, мм Кд

Ст 3,6,5 мм ±0,14 0,175 ±0,24 0,3 Ст Зсп, 8мм ±0 1 0,13 ±0,1 0 13

50ХФА 6,5 мм ±0 17 0,21 ±0,26 0,32 А12 7 мм ±0,2 0,25 ±02 0 25

X18HI0T, 6,5 мм ±0,25 0,31 ±0,38 0,48 ШХ15,14 мм ±0,2 0,25 ±0,25 0,31

В работе осуществлен анализ качества катанки диам 6,5 мм из сталей 12Х18Н10Т, 07X25HI3, Р6М5, Р18, производимой на стане 350/250 Анализу была подвергнута структура бракованного проката по таким показателям, как ус, закат, недокат, овальность Помимо отклонений геометрических размеров, имеется проблема переполнения калибра, несоответствия формы поперечного сечения проката В таблице 2 приведены данные по браку проката высоколегированных сталей диам 6,5 мм за 2005 г

Таблица 2 - Данные о количестве брака проката высоколегированных сталей диам. 6,5 мм на стане

350/250 в 2005 г.

Марка стали Объем проката, т Количество брака, % Виды брака

12Х18Н10Т 154,7 0,77 недокаты, овальность, превышение поля допусков по размерам, ус, закат

07Х25Н13 115.4 0.96 ус, брак по недокатам

Р6М5 51,9 0,8 брак по недокатам, овальность, превышение поля допусков по размерам

Р18 20,5 0,7 брак по недокатам, овальность, превышение поля допусков по размерам

Приведенные данные свидетельствуют о том, что основной объём бракованной продукции по видам брака связан с существенными отклонениями размеров поперечного сечения проката. Очевидно предположить, что стабилизация размеров полосы па всех этапах процесса прокатки должна положительно сказаться на выходе годного проката.

Одним из факторов, в значительной мере влияющих на точность размеров, является температурный режим прокатки. Для всех трёх рассматриваемых прокатных станов характерным является наличие в их конструкции проходных подогревательных печей перед непрерывными группами клетей, способствующих снижению перепада температуры по длине прокатываемой полосы и соответственно - снижению колебаний размеров по длине проката. Тем не менее, полностью исключить перепад температуры по длине раската перед задачей в непрерывные группы клетей не удаётся. Исследованиями установлено, что перепад температуры по длине раската перед первой клетью непрерывной группы на стане 260 в среднем составляет 40-70 "С, причем для стали Ст 3 по среднестатистическим данным он равен 47 "С, а для стали 12Х18Н10Т - 57°С. Такой перепад температуры, как было показано выше, сказывается на соответствующем изменении размеров проката по длине полосы.

Поскольку температура металла оказывает непосредственное влияние на усилие прокатки и уширение и соответственно через них - на изменения размеров полосы, то в рамках данной работы осуществлено экспериментальное исследование распределения температуры по проходам при прокатке в непрерывных группах клетей. На рис. 4 показано изменение температуры по проходам при прокатке катанки диам. 8 мм из сталей Ст 3 и 12Х18Н10Т на стане 260. Общий характер изменения температуры сводится к тому, что в черновой группе наблюдается снижение температуры по проходам преимущественно за счёт потерь тепла излучением и конвекцией, последующая её стабилизация в промежуточных клетях и достаточно интенсивный рост к концу

2 3 4 5 6 7

8 9 ЗОН 1213 242536 17

Номера клетей

Рисунок 4 - Экспериментальные значения температуры катанки диам. 6,5 мм в условиях стана 260

прокатки вследствие преобладания температурного разогрева за счет работы пластической деформации

В четвертой главе приведены материалы экспериментального исследования точности прокатки горячекатаного круглого профиля из различных марок сталей в условиях опытно-промышленного стана 340 Технического университета Фрайбергской горной академии

Прокатка осуществлялась в двухвалковой реверсивной клети за 10 проходов в 8-ми калибрах по 3 образца каждой марки стали при одной настройке клети Маршрутная схема прокатки приведена на рисунке 5 Исходные заготовки кв 45 мм из стали С45 (российский аналог Сталь 45), кв 50 мм из стали 16МпСгБ5 (18ХГ), круг 45 мм из стали 1 4301 (12Х18Н9) длиной 200 250 мм нагревались до температуры 1100°С и прокатывались до конечного сечения диам 12 мм Затем осуществлялось измерение вертикального и горизонтального размеров по длине готового проката Результаты измерений сведены в табл 3

050 V ' \

\ 60 6x27,7 50,6x16 35 9x13,9 32,6x9,0 20 2x9,0 --1 / 36x37,7 25 6x25 2 19,6x19,6 14 3x14 7 12,4x12,4

Рисунок 5 - Маршрутная схема прокатки на стане 340 Таблица 3 - Экспериментальные значения размеров прокатанных полос

Марка стали Размеры заготовки, мм Высота, мм Ширина, мм Отклонение высоты,% Отклонение ширины, %

С45 Кв 45 11,7-11,97 11 96-12 02 2,2 0,5

16MnCrS5 Кв 50 12,09-12,2 12,35-12,62 1 2,3

1 4301 Кр 45 12 36-12,52 12 66-13 05 1,3 3,3

Значения базового сопротивления деформации составили для стали С45 - 129,6 МПа, для стали 16MnCrS5 -157,2 МПа, для стали 1 4301 -210,4 МПа

Из приведенных данных видно, что с увеличением сопротивления деформации и коэффициента трения прокатываемых сталей при одинаковых условиях деформации конечные размеры профиля увеличиваются, что свидетельствует о существенном влиянии вида стали на формирование конечных размеров проката

На следующем этапе исследований было проведено три серии экспериментов для каждой из рассматриваемых сталей Прокатка осуществлялась по приведенной маршрутной схеме (см рисунок 5)

В первой серии эксперимента образцы нагревались до температуры 1100°С для каждого прохода, во второй серии - до температуры 1000°С, в третьей серии - до температуры 900°С По окончании прокатки осуществлялись измерения размеров по высоте и ширине профиля

Полученные результаты свидетельствуют, что с уменьшением температуры высота сечения увеличивается, причем общее увеличение высоты составляет для стали С45 - 0,37 мм, для стали

16МпСгё5 0,13 мм; для стали 1.4301 - 0,1 мм. Ширина полосы при этом уменьшается для стали С45 - на 0,32 мм для стали 16МпСгУ5 на 0,17 мм; для стали 1.4301 - 0,13 мм (рисунок 6). В данных закономерностях проявляются физико-механические свойства прокатываемых сталей. В частности, при более высоком значении сопротивления деформации стали (сталь 1.4301) её размеры менее подвержены колебаниям, чем у сталей с меньшими значениями сопротивления деформации.

Температура, °С

Рисунок 6 - Изменение ширины (а) и высоты (б) образца в зависимости от температуры прокатки (показаны доверительные интервалы)

Для анализа вклада различных факторов на изменение размеров использовали приведенную выше теоретическую модель влияния колебаний параметров технологического процесса на точность получаемых профилей. Результаты анализа свидетельствуют, что отклонения ширины и высоты задаваемой полосы в каждом проходе, обусловленные изменением температуры, вызывают примерно по 10% отклонений ширины полосы после прохода; на отклонения высоты получаемой полосы они влияют в меньшей степени (по 1 и 7 % соответственно). Наибольшее влияние (до 90%) на колебание конечных размеров оказывает отклонение температуры полосы.

Поданной методике были рассчитаны отклонения геометрических размеров проката в каждом проходе, обусловленные отклонением температуры прокатки, а также марочным сортаментом исследуемых марок (рисунок 7).

Как показывают расчеты, отклонения ширины полосы в несколько раз превосходят отклонения высоты; наименьшие отклонения размеров наблюдаются у стали С45, наибольшие - у стали 1.4301. Сталь 16МпСг55 занимает промежуточное значение. Таким образом, исследование показало, что отклонения ширины полосы превосходят отклонения высоты в 3-5 раз; наибольшие отклонения размеров показывает сталь 1.4301 (0,2 мм по высоте и 0,55 мм по ширине для с>Т=160"С), наименьшие - С45 (0,06 мм по высоте и 0,3 мм по ширине для £Т=140"С);

Начальная температ\ра, °С

Рисунок 7 - Влияние температуры и марочного сортамента на отклонения размеров полосы

наибольшее влияние на отклонения размеров получаемого проката оказывают отклонения температурного режима (80%), существенно ниже - колебания ширины (7-12%) и высоты (1-9%) заготовки

В пятой главе приводится методика и результаты теоретического исследования точности горячекатаного круглого проката из легированных сталей Учитывая существенный вклад параметров температурного режима прокатки легированных сталей на точность геометрических размеров сортового проката, в настоящей работе на основании модернизированной теоретической модели, представленной выше, осуществлено исследование влияния данного фактора на изменение геометрии поперечного сечения горячекатаного круглого проката из легированных сталей

Основываясь на положениях теоретической модели, в ходе исследования использовались уравнения (8), (9) для первого прохода, в котором колебания размеров поперечного сечения исходной полосы ЗЬо и 5Ьо принимались равными нулю, и уравнения (10), (11), которыми учитывался наследственный фактор изменения размеров после каждого прохода в результате перепада температуры

Был смоделирован процесс формирования колебаний размеров проката на всех этапах процесса деформации вплоть до конечных размеров под воздействием различных модификаций температурных условий прокатки

Для полунепрерывных станов 350/250, 320/250 и 260 при прокатке сталей Ст 3, Р6М5, 12Х18Н10Т диаметром 6,5 мм перепад температуры по длине раската перед первыми клетями непрерывных групп принимался равным 50 °С, температура начала прокатки для сталей Р6М5 и 12Х18Н10Т принималась равной 1140 °С, для стали Ст 3 - 1100 °С Результаты расчетов приведены в таблице 4

Таблица 4 - Расчетные значения отклонений геометрических размеров катанки диам 6,5 мм различных марок стали для рассматриваемых станов

Марка стали Стан 350/250 Стан 320/250 Стан 260

Sh, мм Sb, мм Sh, мм Sb, мм Sh, мм Sb, мм

Ст 3 0,003 0,058 0,001 0,029 0,004 0,158

Р6М5 0 005 0,070 0,002 0,044 0,008 0,206

12XI8H10T 0,007 0,106 0,002 0,048 0,010 0,291

Приведенные данные свидетельствуют, что колебания вертикального размера более чем на порядок уступают колебаниям горизонтального Наибольшая их величина как по вертикальному, так и по горизонтальному размерам приходится на сталь 12X18Н ЮТ, наименьшая - на сталь Ст 3 Данное обстоятельство объясняется физико-механическими свойствами данных сталей

На основании уравнений (10) и (11) проанализирован вклад отдельных составляющих (Sha, Sbu, ST) в формирование величин <5Л(, 5b¡ Установлено, что наибольшее влияние оказывает температурная составляющая ó Г (75-85 %)

Используемая теоретическая модель позволяет определять колебания размеров готового проката в зависимости от перепада температуры на входе в первую клеть непрерывных групп Так, при прокатке катанки диам 6,5 мм из сталей Р6М5 и 12Х18Н10Т на стане 350/250 отклонения

размеров в зависимости от перепада температуры в соответствии с уравнениями (10) и (11) имеют линейный характер (рисунок 8), поскольку представляют собой суперпозицию линейных же уравнений (10) и (11), применяемых для каждой клети стана Таким образом, представляется во шовным однозначно прогнозировать изменение вертикального и горизонтального размеров круглого проката в зависимости от перепада температуры по длине полосы на входе в непрерывные группы клетей

При прокатке в непрерывных группах клетей оказывается возможным при заданных параметрах технологического процесса определять перепад температуры по длине полосы и, соответственно, изменение размеров готового проката в зависимости от температуры начала прокатки в первой клети непрерывных групп (рисунок 9)

Отклонение температуры. "С

Рисунок 8 - Влияние колебания температурного режима на величину отклонений геометрических размеров катанки дн-ам 6,5 мм, получаемой в условиях стана 350/250

0 18 016 014 О 12 0 1 0 08 0 06

1000 10S0 1100 пьо Температура началэпрокатки °С

Рисунок 9 - Влияние температуры начала прокатки на величину отклонений геометрических размеров катанки диам 6,5 мм, получаемой в условиях стана 350/250

Исследование влияния числа одновременно прокатываемых полос на величину отклонении размеров катанки в условиях стана 260 показало, что изменение горизонтального рамера при прокатке круглого профиля диам 6,5 мм из стали 12Х18Н10Т составляет 0,31 мм (Кд=0,38 для обычной точности), для стали Ст 3 - 0,15 мм (Кд=0,2 для обычной точности), изменение вертикального - соответственно 0,008 и 0,004 мм

Осуществлено исследование влияния температуры начала прокатки, использования промежуточной подогревательной печи, скоростного режима на температурный режим прокатки в условиях стана 320/250 Варьировалась температура начала прокатки (Тн) от 1000 до 1150 °С, таким образом, диапазон температур составлял 150 °С В процессе прокатки за счет явления саморегулирования температуры ее диапазон изменяется в каждом проходе в сторону уменьшения При высоких температурах начала прокатки (1150 °С) к концу процесса наблюдается снижение температуры конца прокатки (1090 °С), тогда как при низких температурах начала прокатки (1000 °С) температура конца прокатки возрастает (1050 °С) Таким образом, имеется возможность изменением температуры начала прокатки обеспечивать необходимую температуру конца прокатки (рисунок 10)

Рисунок 10 - Распределение температуры по проходам при прокатке круга диам 8 мм стали ШХ15 при различных температурах начала прокатки

\ СпроходномП ечью Тн^ИЭСС

} Без проходной^ ^

л * проходной печью Тнв1050°С

\Безпроходной печи Тн= 10«РС

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

Номерпрохода

Рисунок 11 - Влияние проходной подогревательной печи на температурный режим при прокатке круга диам 8 мм из стали ШХ15

Использование проходной подогревательной печи позволяет уменьшить перепад температуры по длине полосы в процессе прокатки в непрерывных группах, а также обеспечивает более равномерное распределение температуры с меньшим диапазоном ее изменения по клетям (рисунок И) Использование печи позволяет уложиться в более узкий температурный диапазон и тем самым получить более качественный прокат

В связи с необходимостью получения температуры конца прокатки в заданном температурном диапазоне от 1000 до 1050 °С наряду с температурой начала прокатки варьировалась скорость прокатки в первой клети непрерывных групп При увеличении значения скорости прокатки во второй клети стана наблюдается более интенсивный рост температуры к концу прокатки Следовательно, регулируя скорость прокатки в первой клети черновой группы, можно добиться оптимального значения температуры конца прокатки На рисунке 12 представлены результаты исследования влияния скорости прокатки на распределение температуры по проходам при прокатке круга диам 11 мм из стали ШХ15

Номер прохода

Рисунок 12 - Влияние скорости прокатки на распределение температуры по проходам при прокатке круглого профиля диам 11 мм из стали ШХ15

В шестой главе приводятся практические рекомендации по повышению точности гтрокаткп легированных сталей на мелкосортных и проволочных станах и ре!ультаты внедрения деформационного режима на стане 350/250 Проведенные исследования свидетельствуют, что на основании уравнений (1), (6) и (7) теоретической модели сведение к нулевым значениям колебании параметров технологического процесса Sxt обеспечивает отклонения размеров готового проката по высоте и ширине профиля 5hj, Sb] также равными нулю Если обратиться к рисунку 1, то таким образом достигается попадание в математическое ожидание размеров профиля и тем самым получаются заданные размеры Однако в реальной практике прокатного производства стабилизировать параметры технологического процесса весьма проблематично, поскольку одновременно и непрерывно происходит котебание всех параметров, оказывающих влияние на изменение размеров профиля В связи с этим можно определить направления достижения искомых результатов, которые при прокатке широкого марочного сортамента легированных и алей сводятся к следующему 1) стабилизация высоты калибра д1ц — достигается увеличением модуля жесткости рабочих клетей, уменьшением длины бочки прокатных валков, снижением числа одновременно прокатываемых полос в клети (числа ниток), 2) стабилизация размеров исходной заготовки или раската на входе в очаг деформации Sh/j, 5Ьц — формируются на предшествующих этапах пластической деформации и будут иметь минимальные значения также при минимизации ко 1ебаннй параметров технологического процесса дх, в предыдущих проходах, 3) сведение к минимуму изменения радиуса прокатных валков dR, которое происходит в основном за счет износа калибров (хотя эксцентриситетом валков при их изготовлении или нарезании калибров пренебрегав неправомерно), данное обстоятельство может быть сведено к минимуму за счет использования износостойких валковых материалов - таких, например, как твердые сплавы на основе карбида вольфрама с добавлением кобальтового порошка, 4) исключение влияния на геометрию проката отрицательного воздействия межклетевого натяжения qf) и (Ji - может быть достигнуто петлерегулированием проката в межклетевых промежутках или внедрением процесса бесконечной прокатки, 5) стабилизация температурного режима прокатки - достигается совершенствованием конструкции методических нагревательных печей, установкой проходных подогревательных устройств для полунепрерывных прокатных станов, внедрением устройств регулируемого охлаждения проката в технологическом потоке деформации, управлением скоростным режимом процесса прокатки, 6) исключением неуправляемых колебаний параметров скоростного режима прокатки - достигается автоматическим регулированием частоты вращения главных двигателей рабочих клетей, 7) внедрением систем автоматического регулирования размерами проката

Основываясь на положениях теоретической модели и, в частности, на выражении для коэффициента выравнивания (19), осуществлен анализ калибровки валков стана 350/250 с целью ее усовершенствования для повышения качества проката Проведенный анализ показал, что по характеристикам оборудования стана имеется резерв интенсификации режима деформации при производстве легированных сталей, исходя из чего возможно сокращения числа проходов с перераспределением коэффициента вытяжки между ними Учитывая выражения для коэффициента вы-

равнивания, наибольшие значения коэффициента вытяжки ¡л были предложены для клетей промежуточных групп с понижением их величин к последним проходам Кроме того, в соответствии с выражением (19) варьировались параметры уцм, Ли, Л/ В результате разработана и внедрена усовершенствованная калибровка валков стана 350/250 для производства катанки диам 6,5 мм (таблица 5) За счет перераспределения вытяжек в клетях непрерывных групп удалось достигнуть лучшего заполнения калибров, а также снизить себестоимость за счет исключения из технологического процесса операций прокатки в клетях № 25 и 26

Таблица 5 - Усовершенствованный режим деформации для производства катанки диам 6,5 мм на

стане 350/250

Существующий режим деформации Усовершенствованный режим деформации

Номер Форма сече- Ширина, Коэф Вы- Коэф Вы-

Группа клетей клети ния Высота мм мм тяжки Высота, мм Ширина, мм тяжки

2 овап 43 0 83 1,36 45 3 100,7 1 278

3 р оват 59 0 45 1,32 68 4 57,0 1 220

4 оват 30 0 68 8 1 32 31,9 91,1 1 290

Клети 510 р овал 50 0 36 1,21 54 3 44 1 1,264

черновая 6 овач 25 0 50 1 33 26 0 65 0 1 357

группа 7 круг 32,0 30 1,25 37,9' 31,6' 1,312

11 овал 14,0 42 1,41 18,0 51,5 1,387

12 р овал 27,9 22 1 33 30 5 24,0 1,323

13 овал 12,2 38 1,28 13,4 37,2 1,411

14 р овал 20,8 16,5 1,21 21,5 17,9 1,351

15 овал 9,1 27 1,25 10,0 26,9 1,377

Клети 420, 16 р овал 170 12,8 1,15 166 13,3 1,272

средиесортная 17 овал 7,3 22 2 1,35 7,3 21 4 1,346

группа 18 р овал 13,3 10 1,21 13,0 10,0 1,253

19 овал 63 18 1,32 5,7 16,3 1,344

Клети 120, 20 р овал 114 8 5 1 12 9,7 78 1,283

среднесортиая 21 овал 5,0 14 1,27 4,8 13,4 1,121

группа 22 р овал 94 7 1,18 73 7,3 1,122

23 овал 3,6 10 1,22 4,2 12,4 1,12

Клети 260, 24 круг 6,8 6,8 1,16 6,5 6,5 1,11

мелкосортная 25 овал 4,0 9,5 1,12 - - -

группа 26 круг 65 6,5 1,11 - - -

Внедрение усовершенствованной калибровки валков за 6 месяцев 2006 г в сравнении с базовым периодом 2005 г (см таблицу 2) позволило повысить следующие показатели работы стана по качеству проката 1) Увеличение доли проката, производимого по повышенной точности (ГОСТ 2590-88), с 0 до 18,72% 2) Уменьшение брака готового проката на наиболее трудоемком марочном сортаменте (таблица 6) 3) Сокращение простоев стана за счет уменьшения времени, затрачиваемого на его настройку и обслуживание, на 23,3 часа 4) Уменьшение парка чугунных вал-

1 Форма качибра - ребровой овал

ков (СШХН-50) диам 260 мм для горизонтальных клетей на 4 шт и для вертикальных клетей на 6 шт 5) Снижение расхода электроэнергии на 164000 квтхчас

Общий экономический эффект от внедрения усовершенствованной калибровки составил 2,087 млн руб (подтверждено актом внедрения)

Таблица 6 - Данные о количестве брака при производстве проката легированных сталей диам мм после внедрения усовершенствованного режима деформации

Марка стали Объем проката т Количество брака % Виды брака

12Х18Н10Т 480 0 07 брак по недокатам

07Х25Н13 450 0 07 расслоение

Р6М5 170 0,08 брак по недокатам

Р18 80 0 08 брак по недокатам, размер

Выводы

1 Осуществлен выбор направления теоретических исследований влияния параметров технологического процесса прокатки горячекатаной круглой стали на точность геометрических размеров поперечного сечения металла из легированных статей и сплавов, заключающийся в установлении зависимостей изменения геометрических размеров проката по высоте и ширине профиля ог колебаний параметров технологического процесса, осуществлена модернизация принятой теоретической модели на основе современных достижений теории и технологии прокатного производства

2 На основании экспериментальных исследовании изменения геометрических размеров круглого проката из легированных сталей и сплавов под воздействием параметров технологического процесса в условиях промышленных мелкосортных и проволочных станов 350/250, 320/250, 260 установлен характер изменения размеров по длине готового проката 1) Монотонное их увеличение от начала к концу проката, обусловленное перепадом температуры 2) Значительное увеличение размеров по концам полосы вследствие межклетевого натяжения 3) Скачкообразное изменение размеров в области средней части полосы в результате изменения числа одновременно прокатываемых полос в клети при прокатке в две нитки 4) Увеличение вертикального и уменьшение горизонтального размеров от полосы к полосе в пределах партии проката вследствие выработки калибров 5) Различное по величине изменение размеров для разных марок стали чем выше сопротивление деформации и коэффициент трения прокатываемой стали, тем в большей степени проявляются изменения размеров 6) В целом вертикальный размер изменяется в меньшей степени, чем горизонтальный

3 Осуществлено экспериментальное исследование распределения температуры по проходам в непрерывных группах клетей Показано, что в черновой группе наблюдается снижение температуры, последующая ее стабилизация в промежуточных клетях и достаточно интенсивный рост к концу прокатки, что обусловлено перераспределением вклада составляющих теплового баланса в процессе деформации

4 На основании исследования влияния температурных условий про катки на геометрические размеры круглого проката из различных марок стали в условиях опытно-промышленного стана 340 Технического университета Фрайбергской горной академии показано 1) С увеличением сопротивления деформации и коэффициента трения прокатываемых сталей при одинаковых условиях деформации конечные размеры профиля увеличиваются 2) С уменьшением температуры высота сечения увеличивается, а ширина - уменьшается, причем при более высоком значении сопротивления деформации стали ее размеры менее подвержены колебаниям, чем у сталей с меньшими значениями сопротивления деформации 3) При изменении температуры прокатываемой полосы колебания конечных рашеров проката на 90 % обусловлены данным фактором, тогда как наследственные изменения размеров на входе в очаг деформации вызывают 1 - 7 % изменения высоты проката и около 10 % изменения ширины на выходе из очага деформации

5 На основании теоретического исследования влияния параметров технологического процесса на отклонения размеров круглого проката из легированных сталей и сплавов показано 1) Колебания вертикального размера примерно на порядок меньше колебаний размеров по вертикального Для различных сталей наибольшие колебания как по вертикальному, так и по горизонтальному размерам приходятся на легированные стали с более высоким содержанием легирующих элементов 2) Зависимости колебания размеров готового проката от перепада температуры на входе в первую клеть непрерывных групп полунепрерывных станов имеют линейный характер, что позволяет однозначно прогнозировать изменение размеров круглого проката как функцию данного фактора 3) При прокатке в непрерывных группах клетей перепад температуры по длине полосы и, соответственно, изменение размеров готового проката однозначно зависят от температуры начала прокатки в первой клети непрерывных групп 4) Варьирование скорости начала прокатки в непрерывных группах клетей позволяет добиваться оптимального значения температуры конца прокатки для получения минимальных колебаний размеров по длине проката

6 В работе представлены рекомендации по совершенствованию технологического процесса прокатки круглой горячекатаной стали с целью повышения точности проката, которые, в частности, сводятся к следующему 1) Стабилизация параметров технологического процесса и характеристик оборудования в процессе прокатки 2) Внедрение систем автоматического регулирования размерами сортового проката 3) Разработана и внедрена усовершенствованная калибровка валков для производства катанки диам 6,5 мм, которая позволила повысить качество проката с определенным экономическим эффектом

7 Результаты работы рекомендованы к использованию в учебном процессе МИСиС по направлению 150100 «Металлургия» бакалавриата и магистратуры и специальностям 150106 «Обработка металлов давлением» и 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением»

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1 Блохин А А Влияние развеса слитка на степень карбидной неоднородности и глубину обезуглероженного слоя в прокате специальных сталей // Металлургия XXI века Труды 1-ой международной конференции молодых специалистов - М ВНИИМЕТМАШ - 2005

2 Чередников В А , Блохин А А Исследование влияния температурного режима процесса прокатки на размеры прокатываемой полосы на стане 350/250 // Современные достижения теории и технологии пластической обработки металлов Труды международной научно-технической конференции - С-Пб СПбГТУ - 2005

3 Чередников В А , Сидорина Т Н , Блохин А А Температурный режим прокатки легированных сталей на стане 350/250 и его влияние на структуру, механические свойства и геометрические размеры готового проката // Металлургия XXI века Труды 2-ой международной конференции молодых специалистов - М ВНИИМЕТМАШ - 2006

4 Чередников В А , Сидорина Т Н , Блохин А А Влияние температурного режима прокатки на стане 350/250 на свойства легированных сталей // Сталь - 2006 - №9

5 Чередников В А , Блохин А А Влияние колебаний параметров технологического процесса на отклонения геометрических размеров катанки в условиях мелкосортных и проволочных станов (350/250, 320/250, 260) // Металлургия XXI века Труды 3-ой международной конференции молодых специалистов - М ВНИИМЕТМАШ - 2007

6 Чередников В А , Блохин А А Влияние колебании параметров технологического процесса на отклонения геометрических размеров катанки в условиях мелкосортных и проволочных станов // Бюллетень научно-технической и экономической информации «Черная металлургия» -2007 -№11

7 Чередников В А , Кавапла Р , Блохин А А Исследование точности мелкосортного проката на стане 340//Известия Высших учебных заведении Черная Металлургия -2008 -№7

Заказ № 13/08/08 Подписано в печать 08 08 2008 Тираж 130 экз Уел пл 1,5

^ ООО "Цифровичок", тел (495) 797-75-76, (495) 778-22-20 \v\vw с/г т , е-тай т/о@с/г ги

Введение.

Глава 1 Обзор литературы.

1.1 Факторы, влияющие на точность сортовой прокатки.

1.2 Требования российских и международных стандартов к геометрическим показателям качества проката.

1.3 Влияние технологических параметров процесса прокатки на точность сортового проката.

1.3.1 Влияние температурного режима на точность сортового проката.

1.3.2. Влияние межклетевого натяжения на точность сортового проката.

1.3.3 Влияние количества одновременно прокатываемых полос и износа валков на точность сортового проката.

1.4 Пути повышения точности проката.

1.5 Аналитические методы определения отклонений размеров сортового проката.

1.6 Постановка цели и задач исследования.

Глава 2 Модернизация теоретической модели анализа влияния технологических параметров на точность сортового проката.

2.1 Постановка задачи и основная система уравнений.

2.2 Выбор аналитических зависимостей для определения технологических параметров процесса прокатки на мелкосортных и проволочных станах.

2.2.1 Усилие прокатки.

2.2.2 Температура прокатываемого металла.

2.3 Определение технологических передаточных коэффициентов.

2.4 Выводы по главе 2.

Глава 3 Экспериментальное исследование точности прокатки в промышленных условиях.

3.1 Полунепрерывный мелкосортно-проволочный стан 350/250. Краткая характеристика оборудования и технологического процесса.

3.2 Полунепрерывный мелкосортно-проволочный стан 320/250. Краткая характеристика оборудования и технологического процесса.

3.3 Полунепрерывный проволочный стан 260. Краткая характеристика оборудования и технологического процесса.

3.4 Применение методов математической статистики и организации эксперимента; обработка экспериментальных данных.

3.5 Измерение геометрических размеров круглого профиля.

3.5.1 Исследование точности катанки на стане 320/250.

3.5.2 Исследование точности катанки на стане 260.

3.6 Анализ качества выпускаемого проката на стане 350/

3.7 Экспериментальное исследование влияния температурного режима на качество получаемого проката на стане 350/250.

3.8 Исследование температурного режима прокатки на станах 320/250, 260.

3.9 Выводы по главе 3.

Глава 4 Исследование точности мелкосортного проката на прокатном стане 340 Технического университета Фрайбергской горной академии.

4.1 Оборудование для экспериментального исследования.

4.2 Экспериментальное исследование точности круглого проката.

4.2.1 Выбор исследуемый сталей.

4.2.2 Методика проведения экспериментального исследования.

4.2.3 Полученные экспериментальные данные.

4.3 Теоретическое исследование процесса прокатки круглого профиля.

4.3.1 Модернизация методики расчета усилий прокатки и сравнение с результатами экспериментального исследования.

4.3.2 Влияние особенностей марочного сортамента, отклонений температуры на величину отклонений геометрических размеров получаемого проката.

4.4 Выводы по главе 4:.

Глава 5 Теоретический анализ влияния технологических параметров на точность круглого проката.

5.1 Влияние колебаний размеров исходной полосы.

5.2 Влияние температуры прокатываемого металла.

5.3 Изменение числа одновременно прокатываемых полос.

5.4 Теоретическое исследование температурного режима прокатки на стане 320/250.

5.5 Выводы по главе 5.

Глава 6 Разработка мероприятий по улучшению качества легированной катанки и их внедрение.

6.1 Рекомендации по совершенствованию технологического процесса производства круглого проката из легированных сталей.

6.2 Разработка усовершенствованного режима деформации для производства катанки диам. 6,5 мм из легированных сталей в условиях стана 350/250 и его внедрение.

6.3 Расчет суммарного экономического эффекта от внедрения усовершенствованного режима деформации катанки диам. 6,5 в условиях стана 350/250.

6.4 Выводы по главе 6.

Важной научно-технической проблемой является повышение эффективности сортопрокатного производства, в частности, по точности геометрических размеров и формы поперечного сечения проката из легированных сталей и сплавов. Отличительной особенностью данного вида прокатного производства является малотоннажность партий проката, необходимость частых настроек станов на прокатку в каждом случае требуемой марки стали, специфический состав оборудования прокатных станов. Учитывая особенности данного производства, для получения сортового проката из легированных сталей и сплавов используются прокатные станы сравнительно невысокой производительности полунепрерывного или линейного типов, которые достаточно эффективно работают при сравнительно небольших партиях проката, но по составу и техническим характеристикам оборудования имеют проблемы с обеспечением необходимого качества, в частности, по точности проката. В связи с этим представляются актуальными задачи изучения фактической точности проката на станах данного типа, анализ факторов, оказывающих на неё влияние, и разработки мер по повышению точности геометрических размеров проката. Для решения данных задач представляется целесообразным использовать существующие методики исследования - как экспериментальные, так и расчётные. В частности, представляет интерес использование ранее полученной теоретической модели влияния колебаний параметров технологического процесса прокатки на отклонения геометрических размеров проката с внесением в модель необходимых коррективов, учитывающих прогресс в теории и технологии сортопрокатного производства.

Глава 1 Обзор литературы

Получение высококачественного проката является одной из важных задач современного металлургического производства, в особенности при прокатке широкого марочного сортамента сталей на мелкосортных и проволочных станах. Вопрос качества напрямую связан с понятием точности сортового профиля.

Изменение технологических параметров в процессе прокатки, в частности изменение температуры, размеров заготовки на входе в клеть, воздействует на размеры прокатываемой полосы, вызывая их отклонения от номинальных значений. В связи с этим актуальным является создание теоретических методов анализ точности прокатки сортовых профилей, изучение параметров технологического процесса прокатки, а также экспериментальное исследование точности получаемых профилей и факторов, на нее влияющих.

7) Результаты работы рекомендованы к использованию в учебном процессе МИСиС по направлению 150100 «Металлургия» бакалавриата и магистратуры и специальностям 150106 «Обработка металлов давлением» и 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением».

1. Выдрин В. Н., Дукмасов В. Г., Нагорнов В. С. Новое в точной прокатке сортового металла. Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство. 1970.

2. Глухов В. В. Организация прокатного производства. СПб.: Лань. — 2001.

3. Управление качеством тонколистового проката. / Мазур В. Л., Сафьян А. М., Приходько И. Ю. и др. Киев.:Техника. - 1997.

4. Бочков Н. Г. Производство качественного металла на современных сортовых станах. М.: Металлургия. 1988.

5. Иводитов А. Н., Тодер И. А. Реконструкция и модернизация сортовых прокатных станов. М.: Металлургия. 1993.

6. Перспективы развития технологии черной металлургии (научные предпосылки). / Голиков И. Н., Губин Г. В., Карклит А. К. и др. М.: Металлургия. - 1973.

7. Чекмарев А. П., Чернобривенко Ю. С., Биба В. И. Обработка металлов давлением. М.: Металлургия. 1971.

8. Рудской А. И., Лунев В. А. Теория и технология прокатного производства. С-Пб.: Наука.-2005.

9. Технический прогресс в прокатном производстве (Материалы 3-го международного симпозиума по металлургии). М: Металлургия. 1968.

10. Повышение точности прокатываемых профилей. М.: ВНИИМЕТМАШ. 1968.

11. Агарков П. В., Сергеев Б. Н. Прокатное производство, Металловедение и термическая обработка металлов. Донецк: ДонНИИЧМ. 1969. - вып 14.

12. Serajzadeh S. Prediction of microstructural changes during hot rod rolling. //International Journal of Machine Tools and Manufacture Volume 43, Issue 14. 2003. - № 11.

13. Serajzadeh S., Taheri A.K.a , Mucciardi F.b Prediction of temperature distribution in the hot rolling of slabs. // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering Volume 10, Issue 2. 2002. - №3.

14. Chen W.C., Samarasekera I.V., Kumar A., Hawbolt E.B. Mathematical modelling of heat flow and deformation during rough rolling. // Ironmaking and Steelmaking Volume 20, Issue 2,- 1993.

15. Braun-Angott Peter, Rohloff Hans Method for the calculation of temperature during hot rolling of bars and rod. // Steel Research Volume 64, Issue 7. 1993. - №7.

16. Fletcher J.D.a, Beynon J.H.b с Heat transfer conditions in roll gap in hot strip rolling. // Ironmaking and Steelmaking Volume 23, Issue 1. 1996.

17. Hlady С.О., Brimacombe J.К., Samarasekera I.V., Hawbolt E.B. Heat transfer in the hot rolling of metals. // Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metallurgy and Materials Processing Science Volume 26, Issue 5. 1995. - №10.

18. Тайц H. Ю., Губинский В. И., Гетманец В. В. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1964. - №7.

19. Станы для производства катанки. / Диомидов Б. Б., Литовченко Н. В., Филатов А. Д. и др. М.: Металлургия. - 1972.

20. Повышение точности прокатываемых профилей. М.: ВНИИМЕТМАШ. 1968.

21. Агарков П. В., Коваленко В. В., Трунова Т. С. Влияние натяжения на размеры готового профиля. // Сборник «Точность прокатки». Д.: Донбасс. - 1969.

22. Dyja. H., Lesik L., Szota P. Simulation of the deformation of strip between stands during the process of rolling with a loop. // Journal of Materials Processing Technology Volume 125-126.-2002. №9.

23. Выдрин В. H., Дукмасов В. Г. Точная прокатка сортового металла. Челябинск.: Южно-Уральское книжное издательство. 1965.

24. Чекмарев А. П. Точная прокатка. Киев: Гостехиздат УССР. 1952.

25. Нефедов А. А., Николаев В. А., Чернета А. Г. // Бюллетень ин-та «Черметинформация». 1964. - №8.

26. Влияние формы калибра на износ валков. Сборник «Точность прокатки». / Буйневич С. М., Гладков Г. А., Полторапавло Ю. В. и др. Д.: Донбасс. - 1969.

27. Повышение точности листового проката. / Меерович И. М., Герцев А. И., Горелик В. С. и др. М.: Металлургия. - 1969.

28. Жадан В. Т., Берковский В. С., Чередников В. А. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1977. - №1.

29. Жадан В. Т., Берковский В. С., Чередников В. А. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1977. - №3.

30. Чекмарев А. П., Побегайло Н. Г. Точная прокатка сортовых профилей. М.: Металлургия. 1968.

31. Приходько И. Ф. Новые конструкции жестких клетей прокатных станов. //Сталь. -1960. №9.

32. Кац Л. Я., Абакумова Н. В. Эффективность повышения точности прокатки. М.: Металлургия. 1968.

33. Монид В. А., Мировнов А. Д., Алексеев Ю. Н. // Металлургия. 1974.- №3.

34. Ткалич К. Н., Коновалов Ю. В. Точная прокатка тонких полос. М.: Металлургия. -1972.35