Исследование и совершенствование технологических режимов прокатки двутавровых профилей на универсальном балочном стане тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.05, кандидат технических наук Митрофанов, Андрей Анатольевич

• Митрофанов, Андрей Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Митрофанов, Андрей Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 ПРОКАТКА ДВУТАВРОВ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ ГРАНЯМИ ПОЛОК И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ (литературный обзор).

1.1 Технология производства двутавровых балок на современных зарубежных станах.

1.2. Технология производства двутавровых балок и основное оборудование универсального балочного стана ОАО «НТМК».

1.3 Методы расчета технологических параметров при прокатке двутавров в универсальных клетях.

1.4 Выводы.

1.5 Цели и задачи диссертационной работы.

2 ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ПРОКАТКЕ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК.

2.1 Режимы деформации при прокатке двутавровых балок.

2.2 Статистический анализ формоизменения металла при прокатке двутавровых балок.

2.3 Методика расчета формоизменения металла при прокатке двутавровых балок.

2.4 Выводы.

3 СКОРОСТНОЙ РЕЖИМ ПРОКАТКИ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК.

3.1 Скоростной режим совместной работы универсальной и вспомогательной клетей.

3.2 Особенности скоростного режима прокатки двутавровых балок на универсальном балочном стане ОАО «НТМК».

3.3 Алгоритм расчета скоростного режима прокатки двутавровых балок на универсальном балочном стане ОАО «НТМК».

3.4 Выводы.

4 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПРОКАТКИ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК.

4.1 Расчет температурного режима прокатки двутавровых балок.

4.2 Экспериментальное определение изменения температуры при прокатке двутавровых балок.!.

4.3 Выводы.

5 ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ ПРОКАТКЕ ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК.

5.1 Алгоритм расчета энергосиловых параметров при прокатке двутавровых балок.

5.2 Экспериментальное определение усилий на вертикальные валки универсальной клети при прокатке двутавровых балок.

5.3 Анализ энергосиловых параметров при прокатке двутавровых балок на универсальном балочном стане ОАО «НТМК».

5.4 Выводы.

6 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПЛАНИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДВУТАВРОВЫХ БАЛОК.

6.1 Автоматизация планирования производственной программы.

6.2 Методы расчета количества исходной заготовки.

6.3 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и совершенствование технологических режимов прокатки двутавровых профилей на универсальном балочном стане»

В условиях открытой рыночной экономики нормальная работа каждого предприятия возможна лишь при выполнении ряда условий. Продукция должна пользоваться спросом у потребителя, быть конкурентоспособной не только по качеству, но и по стоимости, то есть производиться с минимальными затратами и обеспечивать необходимый уровень рентабельности и прибыли. Реализуемые процессы должны обеспечивать минимальное воздействие на окружающую среду и выполнение экологических норм.

Производить столь необходимую потребителям металлопродукцию необходимо так, чтобы цена проката была доступна и не превышала уровень мировых цен. Добиться этого можно не только на основе коренной реконструкции наиболее важных переделов и отказа от малоэффективных процессов - таких, как мартеновский, разливка стали в изложницы, прокат слитков на обжимных станах, многоступенчатых технологий нагрева заготовок для проката и др., но и выбором такой технологии производства, при которой минимальными будут энергозатраты на производство, а максимальными -производительность, выход годного, срок эксплуатации оборудования, а также правильным планированием производственных кампаний.

Ликвидация блюминга 1500 на ОАО «НТМК» привела к потере части заготовок, в связи с чем исключена возможность производства крупных двутавров (60Ш, 70Б и более). Использование катаной заготовки с блюминга 1150 изменило сортамент заготовок (пять типов с прямоугольным сечением и два с фасонным) и привело к повышенному расходу металла, получению большого количества двутавров длиной, не соответствующей заказам.

Преимущества производства двутавров из непрерывнолитых заготовок очевидны, однако, высокая стоимость кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) не позволяет расширить сортамент исходной заготовки. Применение одного типа заготовки для производства различных групп балочных профилей приводит к неравномерной загрузке оборудования, и прокатка части профилей осуществляется с повышенными нагрузками.

С увеличением объемов производства двутавров, участились случаи заклинивания подшипников вертикальных валов универсальных клетей. Ущерб, причиняемый комбинату, оценивается не только стоимостью оборудования, но и потерей производства при аварийных простоях. Каждая разборная перевалка приводит к простоям стана не менее двух часов.

Разработка рациональных режимов прокатки на универсальном балочном стане является актуальной задачей, решению которой посвящена настоящая работа.

В первой главе выполнен анализ современного развития универсальных крупносортно-балочных, рельсобалочных и среднесортно-балочных станов. Показано, что наиболее эффективным в настоящее время является использование на станах непрерывно-реверсивной группы, состоящей из двух универсальных клетей и одной двухвалковой клети, расположенной между ними. Рассмотрены экспериментальные и теоретические исследования, посвященные созданию современной теории прокатки и разработке калибровки валков для производства двутавров в универсальных клетях. На основе такого анализа сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе выполнено статистическое исследование параметров деформации при прокатке двутавровых профилей на универсальном балочном стане. В результате получены формулы для определения суммарных коэффициентов деформации на УБС в зависимости от размеров балки, формулы для распределения коэффициентов деформации по проходам, формулы для определения ширины горизонтальных валков универсальных клетей и радиуса сопряжения в зависимости от номера группы. На основе полученных формул разработан алгоритм расчета калибровок двутавровых профилей на универсальном балочном стане в зависимости от типа двутавров -нормальных, широкополочных и колонных.

В третьей главе проведен анализ скоростного режима прокатки двутавровых профилей на УБС. В результате получены значения частоты вращения валков в момент захвата и выброса полосы валками главных универсальных клетей (ГУК) в каждом проходе, получена формула для определения частоты вращения валков ГУК при прокатке с постоянной скоростью в зависимости от размеров балки, номера группы и номера прохода. Уточнен алгоритм расчета скоростного режима прокатки двутавровых профилей на УБС для всех типов двутавров.

В четвертой главе изложены результаты экспериментального исследования изменения температуры полки и стенки при прокатке двутавровых профилей на УБС. На основании фактических замеров температуры стенки и полки двутавров по проходам получена формула для определения коэффициента, учитывающего тепловое взаимодействие полки и стенки и понижение температуры металла вследствие отдачи теплоты в окружающее пространство излучением и конвекцией. Рассчитано изменение температуры во всех проходах для 47 профилеразмеров двутавров действующего сортамента по СТО АСЧМ 20-93.

В пятой главе описан алгоритм расчета энергосиловых параметров прокатки двутавровых балок в универсальной клети, по которому рассчитаны в электронных таблицах пакета MS Excel усилия, действующие на горизонтальные и вертикальные валки, и полный статический момент прокатки для 47 типоразмеров двутавров. Предложены мероприятия по снижению усилий при прокатке отдельных двутавров. На примере двутавровой балки 40К2 рассчитан режим обжатий на УБС с добавлением двух проходов в ГУК-1, позволяющий снизить усилия на вертикальные валки ГУК-1 на 15 - 30 %.

В шестой главе разработан ряд мероприятий, направленных на рациональное использование производственного процесса, не только цеха прокатки широкополочных балок, но и всего металлургического передела, увеличение выхода годного заказного металла. Разработана программа «ПЛАНИРОВАНИЕ», которая позволяет оперативно в автоматизированном режиме распределять по суткам очередность производства отдельных профилей, при этом учитываются особенности технологии производства каждого профиля. Разработан новый метод расчета количества заготовок для производства готового проката, основанный на определении необходимого количества мерных штанг для закрытия требуемого заказа. Разработаны наглядные пособия в виде расчетов, таблиц, выдаваемые на участки универсального балочного стана, отделки и отгрузки металла, позволяющие достигать расчетных показателей производственного процесса.

Результаты проведенных исследований могут быть использованы при проектировании и освоении универсально-балочных станов.

Диссертационная работа выполнена на Нижнетагильском металлургическом комбинате и на кафедре «Обработка металлов давлением» ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ».

Заключение диссертации по теме «Обработка металлов давлением», Митрофанов, Андрей Анатольевич

6.3 Выводы

6.3.1 Разработана программа «ПЛАНИРОВАНИЕ», которая позволяет оперативно в автоматизированном режиме распределять по суткам очередность производства отдельных профилей, при этом учитываются особенности технологии производства каждого профиля.

6.3.2 Разработаны мероприятия, направленные на рациональное использование прокатываемого металла. Новый метод расчета количества заготовок для производства готового проката, основанный на определении необходимого количества мерных штанг для закрытия требуемого заказа позволил сократить на складе готовой продукции ЦПШБ количество металла, не обеспеченного заказами, так в 2001 году объем такого металла достигал до 2500 т, к концу 2002 г удалось сократить данный показатель до 300-500 т, ас начала 2003 г объем незаказного металла не превышает 100 т.

6.3.3 Разработаны наглядные пособия в виде расчетов, таблиц, выдаваемые на участки универсального балочного стана и отделки и отгрузки металла, позволяющие достигать расчетных показателей производственного процесса и направленные на рациональное использование прокатываемого металла.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Выполнено статистическое исследование параметров деформации при • прокатке двутавровых профилей на универсальном балочном стане. В результате получены формулы для определения общих коэффициентов деформации в зависимости от размеров балки, формулы для распределения коэффициентов деформации по стенке и по полке по проходам, формулы для определения ширины горизонтальных валков универсальных клетей и радиуса сопряжения стенки и полки в зависимости от номера группы клетей. На основе полученных формул разработан алгоритм расчета калибровок двутавровых профилей на универсальном балочном стане в зависимости от типа двутавров -нормальных, широкополочных и колонных, позволяющий автоматизировать процесс калибровки.

2 В результате анализа скоростного режима прокатки двутавровых профилей на УБС определены значения частоты вращения валков в момент захвата и выброса полосы валками ГУК в каждом проходе, получена формула для определения частоты вращения валков ГУК при прокатке с постоянной скоростью в зависимости от размеров балки, номера группы клетей и номера прохода. С применением полученных формул разработан алгоритм расчета скоростного режима прокатки двутавровых балок на УБС для всех типов двутавров.

3 Выполнено экспериментальное исследование изменения температуры полки и стенки балки при прокатке двутавровых профилей на УБС. Предложена формула для определения изменения температуры металла за проход, учитывающая все основные составляющие теплового баланса. На основании фактических замеров температуры стенки и полки получена формула для определения коэффициента, учитывающего тепловое взаимодействие полки и стенки и понижение температуры металла вследствие отдачи теплоты в окружающую среду конвекцией.

4 Приведен алгоритм расчета энергосиловых параметров прокатки двутавровых балок в универсальной клети, на основании которого рассчитаны усилия, действующие на горизонтальные и вертикальные валки, и полный статический момент прокатки для 47 типоразмеров двутавров в электронных таблицах пакета MS Excel®. Результаты расчетов усилий, действующих на вертикальные валки подтверждены экспериментальными замерами. В результате анализа расчетов энергосиловых параметров прокатки двутавров на УБС предложены мероприятия по снижению нагрузок на оборудование при прокатке отдельных профилеразмеров. На примере двутавровой балки 40К2, рассчитана схема прокатки на УБС с добавлением двух проходов в ГУК-1 по методике расчета параметров формоизменения, полученной в настоящей работе, при этом удалось снизить нагрузки на вертикальные валки ГУК-1 на 15 -30%.

5 Разработана программа «ПЛАНИРОВАНИЕ», которая позволяет оперативно в автоматизированном режиме распределять по суткам очередность производства отдельных профилей, при этом учитываются особенности технологии производства каждого профиля. Разработаны мероприятия, направленные на рациональное использование прокатываемого металла. Новый метод расчета количества заготовок для производства готового проката, основанный на определении необходимого количества мерных штанг для закрытия требуемого заказа позволил сократить на складе готовой продукции ЦПШБ количество металла, не обеспеченного заказами с 2500 т до 100 т. Разработаны наглядные пособия в виде расчетов, таблиц, выдаваемые на участки универсального балочного стана и отделки и отгрузки металла, позволяющие достигать расчетных показателей производственного процесса и направленные на рациональное использование прокатываемого металла.

6 Результаты проведенных исследований могут быть использованы при проектировании и освоении универсальных балочных станов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Митрофанов, Андрей Анатольевич, 2007 год

1. Айхгольц Э., Шульце Д. Автоматизация универсальных рельсобалочных станов//МРТ.1991. С.72-85.

2. Пастрняк 3. Прокатка тяжелых двутавровых балок на станах с универсальными клетями: Обзор по системе «Информсталь» / Ин-т «Черметинформация». М., 1981. Вып. 6. С.23,24.

3. Энгель Г., Фельдман X. Новые концепции для тяжелых рельсобалочных и сортовых прокатных станов // материалы выставки «Металлургия 92». Москва. 1992. 7 с.

4. Горбасев Н.И., Оратовский Е.Л., Сафонова М.К. Достижения в области прокатки рельсов и балок на крупно- и среднесортных станах за рубежом. М., 1984 (Обзорная информация/ ин-т «Черметинформация» 1984. 40с.)

5. Митрофанов А.А., Смирнов В.К. Анализ применения катаной и непрерывно-литой заготовок при прокатке на универсальном балочном стане Вестник УГТУ-УПИ № 15 (45), 2004 С. 256-258/

6. Митрофанов А.А., Смирнов В.К. Анализ производства двутавровых профилей на универсальном балочном стане ОАО «НТМК» Сборник трудов 1-й международной конференции молодых специалистов. ВНИИМЕТМАШ, 2005 С. 157-163.

7. Митрофанов А.А., Смирнов В.К. Анализ производства двутавровых профилей на универсальном балочном стане Металлург, № 5-2005 С. 59-61.

8. Бахтинов Б.П., Штернов М.М. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургиздат, 1953. 784 с.

9. Диомидов Б.Б., Литовченко Н.В. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургия, 1970. 312 с.

10. Чекмарев А.П., Мутьев М.С., Машковцев Р.А. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургия, 1971. 512 с.

11. Мутьев М.С. Калибровка черновых валков. М.: Металлургия, 1964.156 с.

12. Тарновский И.Я., Скороходов А.Н., Илюкович Б.М. Элементы теории прокатки сложных профилей. М.: Металлургия, 1972. 351 с.

13. Смирнов В.К., Шилов В.А., Инатович Ю.В. Калибровка прокатных валков. М., 1987.368 с.

14. Прокопьев А.И., Челышев Н.А. Уширение и форма шейки в калибрах двутавровых балок. Изв. вузов. Черная металлургия, 1973, № 6. С. 75-80.

15. Прокопьев А.И., Челышев Н.А. Коэффициент боковой деформации открытых фланцев при прокатке двутавровых балок. Изв. вузов. Черная металлургия, 1971, № 10. С. 91-95.

16. Прокопьев А.И., Челышев Н.А. Коэффициент боковой деформации закрытых фланцев при прокатке двутавровых балок. Изв. вузов. Черная металлургия, 1972, № 8. С. 87-90.

17. Челышев Н.А., Прокопьев А.И. К вопросу определения коэффициента высотной деформации по шейке при прокатке фланцевых профилей. Изв. вузов. Черная металлургия, 1971, № 12. С. 96-100.

18. Челышев Н.А., Прокопьев А.И. Определение утяжки закрытых фланцев при прокатке двутавровых балок. Изв. вузов. Черная металлургия, 1972, №12. С. 103-107.

19. Долженков Ф.Е., Вавилов Н.Ю., Гунин М.В. Режимы обжатия и уширения фланцев при прокатке балочных профилей в универсальных калибрах. Металлургическая и горнорудная промышленность, 1968, № 4. С. 23-26.

20. Полухин П. И. Прокатка и калибровка двутавровых балок. Металлургиздат. 1956. 176 с.

21. Литовченко Н.В., Диомидов Б.Б., Курдюмова В.А. Калибровка валков сортовых станов. Металлургиздат. 1963. 638 с.

22. Матвейчук А.П. Некоторые вопросы теории и практики фланцевых профилей. Дис.канд. техн. наук. УПИ-Свердловск. 1969. 160 с.

23. Няшин Ю.И. Исследование формоизменения, энергосиловых параметров и теплопередачи при прокатке широкополочных балок на универсальном стане. Дис.канд. техн. наук. УПИ-Свердловск. 1969. 182 с.

24. Смирнов В.К. Об использовании вариационных уравнений принципов Журдена и минимума полной мощности для решения задач с заранее не известными границами пластического очага деформации. Вып. 4. Межвузовский сборник. Свердловск, изд. УПИ. 1977. 128 с.

25. Бажутин В.В. Исследование формоизменения и энергосиловых параметров при прокатке двутавров в открытых балочных и универсальных калибрах Дис. канд. техн. наук. Свердловск, 1972. 223 с.

26. Вавилов Н.Ю., Долженков Ф.Е. Исследование процесса прокатки балочных профилей в универсальной клети. В кн.: Сортопрокатное производство. Тр. УкрНИИМета. М.: Металлургия, 1970, вып. 18. С. 5-14.

27. Вавилов Н.Ю., Долженков Ф.Е. Распределение удельного давления при прокатке балочных профилей. В кн.: Сортопрокатное производство. Тр. УкрНИИМета. М.: Металлургия, 1970, вып. 18. С. 14-19.

28. Грицук Н.Ф., Пудинов В.В., Толстопятый Н.А. Давление металла на валки при прокатке широкополочных балок в универсальных клетях. В кн.: Сортопрокатное производство. Тр. УкрНИИМета. М.: Металлургия, 1970, вып. 18. С. 20-27.

29. Грицук Н.Ф., Пудинов В.В., Толстопятый Н.А. Определение моментов при прокатке широкополочных балок в универсальных клетях. В кн.: Сортопрокатное производство. Тр. УкрНИИМета. М.: Металлургия, 1970, вып. 18. С. 27-33.

30. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. М.: Металлургия, 1980. 320 с.

31. Теория прокатки: Справочник / А.И. Целиков, А.Д. Томленов, В.И. зюзин и др. М.: Металлургия, 1982. 335 с.

32. Теория обработки металлов давлением / И.Я. Тарновский, А.А. Поздеев, О.А. Ганаго и др. М.: Металлургиздат, 1963. 672 с.

33. Киричков А.А. Совершенствование технологии производства горячекатаных двутавров на основе моделирования процессов волнообразования с целью повышения качества и снижения металлоемкости продукции. Дис. канд. техн. наук. Свердловск, 1982. 123 с.

34. Петренко Ю.П. Остаточные напряжения в двутавровых профилях и способы их снижения. Автореферат дис. канд. техн. наук. МИСИС, 1988.20 с.

35. Комратов Ю.С. Литейно-прокатный комплекс для производства широкополочных балок. Теория и расчет. Екатеринбург, 2005. 215 с.

36. Коновалов Ю.В., Остапенко А.Л., Пономарев В.И. Расчет параметров листовой прокатки. Справочник. М.: Металлургия, 1986. 430 с.

37. Грубов В.И. Математическое моделирование непрерывных технологических процессов. Киев: Изд-во Киевского университета, 1971. 172 с.

38. Пудинов В.В., Грицук Н.Ф., Толстопятый Н.А. Температурные перепады при прокатке широкополочных балок в универсальных клетях. В кн.: Сортопрокатное производство. Тр. УкрНИИМета. М.: Металлургия, 1970, вып. 18. С. 33-37.

39. Зайков М.А., Пудинов В.В. Изв. Вузов, Черная металлургия, 1962, №6, С. 81-90.

40. Стукач А.Г. Расчет охлаждения металла при горячей прокатке. Сталь, 1955, №7, С. 626-629.

41. Зюзин В.И., Бровман И.Я., Мельников А.Ф. Сопротивление деформации сталей при горячей прокатке. М.: Металлургия, 1964. 272 с.

42. Митрофанов А.А., Смирнов В.К. Использование программы «Planning» для планирования суточного графика прокатки и отгрузки металла в прокатном цехе. Вестник УГТУ-УПИ, 2004. Спец. вып. 4.1. С. 34.

43. Тягу нов В. А. Режимы прокатки на реверсивных станах. М.: Металлургиздат, 1954. 136 с.

44. Беспалов В.Н. Разработка с применением ЭВМ и освоение новых технологических процессов прокатки фасонных и круглых профилей на непрерывном среднесортном стане с целью повышения эффективности производства. Дис. канд. техн. наук. Свердловск, 1985. 260 с.

45. Жадан В.Т., Фейгин Г.Д., Герман И.М. Производство двутавровых балок. М.: Металлургия, 1972.192 с.

46. Бояршинов М.И. и Поляков М.Г. Калибровка профиля и валков универсального балочного стана для прокатки балок с параллельными и широкими полками. В сб. трудов МГМИ. вып. 20. Металлургиздат. Свердловск. 1960.

47. Бояршинов М.И. и Поляков М.Г. Калибровка блюминга универсального балочного стана. В с.б. трудов МГМИ, вып. 20. Металлургиздат. Свердловск. 1960.