Разработка, исследование и промышленное внедрение рабочих клетей новой конструкции в составе мелкосортного прокатного стана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Родинков, Сергей Васильевич

• Родинков, Сергей Васильевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Родинков, Сергей Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МЕЛКОСОРТНЫХ СТАНОВ И'АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЁТА ИХ ПАРАМЕТРОВ.

1.1. Современные направления развития мелкосортных прокатных станов.

1.2. Основные типы рабочих клетей мелкосортных станов.

1.3. Анализ современных методов расчёта параметров прокатных клетей.

1.3.1. Анализ известных методов расчёта валков на прочность и жёсткость.

1.3.1.1. Расчет валкое на прочность.

1.3.1.2. Определение жесткости валкое.^.

1.3.2. Анализ современных методов расчёта параметров сортопрокатного стана, определяющих точность проката.

1.4.'Выводы и постановка задач исследований.

2: РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ КЛЕТЕЙ МЕЛКОСОРТНЫХ СТАНОВ.

2.1. Специфика процесса сортовой прокатки и её влияние на конструктивные параметры рабочих клетей.

2.2. Разработка методики регламентирования упругих перемещений ручьёв калибра валков и определение рационального соотношения радиальной и осевой жесткости сортопрокатной клети.

2.3. Создание новой методики определения параметров рабочих клетей в функции геометрической точности сортовых профилей и реализация её в виде компьютерной подпрограммы.

2.4. Применение методики расчета рабочих валков на прочность при ограниченной долговечности [20] в условиях мелкосортного прокатного стана.

2.4.1. Особенности расчета валков сортопрокатного стана на усталостную прочность при ограниченной долговечности.

2.4.2. Метод расчета валков на прочность на основе экспериментальных данных стойкости ручьев калибров в условиях мелкосортного стана.

2.5. Выводы.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ, РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ РАБОЧИХ КЛЕТЕЙ СТАНА 280.

3.1. Алгоритм проектирования и расчёта параметров рабочих клетей мелкосортного прокатного стана.:.:.

3.2. Исходные данные для разработки рабочих клетей.

3.2.1. Сортамент и производительность стана 280.

3.2.2. Существующие ограничения при создании прокатного оборудования стана 280.

3.2.3. Технологические и конструктивные аспекты.

3.3. Расчёт параметров рабочих клетей, определяющих точность сортового проката.

3.4. Разработка конструкции бесстанйнных рабочих клетей мелкосортного стана 280.

3.4.1. Исходные данные и последовательность проектирования рабочих клетей.

3.4.2. Конструкция разработанных бесстанинных клетей и их техническая характеристика.

3.5. Определение основных характеристик жесткости рабочих клетей и степени соответствия их заданным параметрам.

3.5.1. Радиальная жесткость клетей.

3.5.2. Осевая жесткость клетей.

3.5.3. Сводные данные по жесткости клетей стана 280.

3.6. Расчеты на прочность элементов рабочих клетей.

3.6.1. Расчет на прочность валков наиболее нагруженных клетей стана 280.

3.6.2. Расчет наиболее нагруженных элементов рабочей клети стана 280.

3.7. Выводы.

4. ПРИМЕНЕНИЕ БЕССТАНИННЫХ РАБОЧИХ КЛЕТЕЙ НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ В СОСТАВЕ МЕЛКОСОРТНОГО СТАНА 280.

4.1. Состав и компоновка оборудования мелкосортного прокатного стана 280.

4.2. Основные технологические характеристики стана 280.

4.3. Выводы.

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ПРОКАТНОМ СТАНЕ 280 ГУЛ «ЛПЗ».

5.1. Исследование загрузки главных приводов клетей стана 280.

5.2. Стойкость калибров стана 280.

5.3. Исследование фактической жесткости клетей 380 и 280 бесстанинной конструкции.

5.3. Выводы.

6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ КОНСТРУКЦИИ РАБОЧИХ КЛЕТЕЙ МЕЛКОСОРТНОГО СТАНА 280.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка, исследование и промышленное внедрение рабочих клетей новой конструкции в составе мелкосортного прокатного стана»

Актуальность темы.

Бурное развитие в конце XX и в начале XXI веков строительной индустрии во всем мире, и-в России в частности, привело к росту производства' и повышению требований^ к качеству арматурной?,стали, используемой в.железобетонных конструкциях. Именно в этот период отмечается интенсивное создание новых мелкосортных* станов: в составе литейно-прокатных комплексов, предназначенных для« производства арматурной стали. Одновременно с созданием новых- производств .мелкосортного; проката строительного* назначения ; происходит реконструкция существующего: прокатного- оборудования; или замена' его; современным. На данном этапе, развития^ становится более: значимым эффективность: прокатного производства;, которая: предполагает минимизацию затрат на создание сортопрокатного производства, применение более совершенных энерго- и ресурсосберегающих технологий; менее: металлоемких и; более надежных конструкций прокатных клетей;.повышение качества и выхода годного проката. Это достигается'; за счет использования новых; конструктивных решений, материалов; и технологий изготовления оборудования; а также за- счет реализации современных систем: привода и автоматизации;.

В связи с этим, проблема создания высокоэффективного прокатного оборудования; и, в первую очередь, рабочих клетей для производства мелкосортного проката строительного назначения является весьма актуальной.

Цель работы.

Целью настоящей- работы является; создание и внедрение в промышленную: эксплуатацию рабочих клетей бесстанинной конструкции для; производства высококачественного мелкосортного проката.

Для достижения'поставленной цели решены следующие задачи:

- определены исходные данные для проектирования^ рабочих клетей мелкосортного стана с учетом специфики сортовой",прокатки и требований к точности проката; ;

- изучены взаимосвязи упругих, деформаций ручьёв калибра и жестко-стей рабочих клетей и на их основе разработан способ; регламентирования, упругих перемещений ручьев- калибра; с целью улучшения; геометрической точности сортовых профилей;

- создана* методика определения характеристик прокатного оборудования - радиальной и осевой жёсткости рабочих клетей; а также биения валковых систем, определяющих точность проката, с учётом особенностей сортовой прокатки: развитого уширения;. значительных осевыхусилий; периодического: изменения на 90° направления деформации;

- разработан алгоритм расчета ^проектирования .рабочих.клетей;

- проведены исследования фактической осевой жесткости клетей;

- исследована стойкость валков: мелкосортного стана и: разработаны рекомендации по её повышению; ' • . .

- проведены исследования фактических? энергосиловых; параметров,, прокатки стана 280.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

1-. Методика^ регламентирования упругих перемещений ручьев калибра при прокатке сортовых профилей путем; обеспечения рационального соотношения радиальной; и осевой жесткости; рабочешклетщ. гарантйрующе-^. го; производство круглого проката повышенного качеству по: геометрическими размерам! ' • . ;

2. Методика определения-характеристик рабочих клетей - радиальной и. осевой жёсткости, а также биения; валков, определяющих точность проката с учётом специфики сортовой прокатки. :

3. Новая конструкция, бесстанинных клетей рабочих 560Г, 560В, 450Г, 450В, 380Г и 280Г для мелкосортных станов.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. , Внедрены в практику проектирования новые методы определения параметров прокатного оборудования; обеспечивающие производство проката высокого качества по геометрическим размерам.

2. Разработаны и внедрены; наг стане «280» ГУП «ЛИЗ» * в промышленную эксплуатацию клети - 560Г, 560В, 450Г, 450В, 380Г и 280Г новой конструкции/(патенты нашзобретение №2387504, №2403999-и №2408444), обеспечивающие высокие эксплуатационные показатели производства, в том числе высокое качество проката при- низкой металлоемкости конструкции;

- Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций; сформулированных- в» диссертации, подтверждены- исследованиями^ созданного прокатного оборудования: стана «280» и результатами? его успешной промышленной эксплуатации.

Апробация.

Основные положения диссертации были доложены и, обсуждены на Международной выставке: «Металл-Экспо 2008» в; г. Москве; на научнот технической конференции 11 - 14 ноября 2008: г.,, проводимой под; эгидой Министерствашромышленностт и; торговли Российской'Федерации: в?, г. Москве; на Конгрессе шрокатчиковдаг.,Магнитогорске Г1. 15.10.2010 г. и научно-технической; конференции «Проблехмы и перспективы развития металлургии^ машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований-иДШОКР»'в г. Екатеринбурге; 16. . '.17.06:2011г.

Результаты работы экспонировались и получили золотые медали международных выставок «Металл-Экспо» 2008, 2009 и 2010 гг. и 9-го Московского международного салона инноваций и инвестиций 2009 г.

Публикации.

Основное содержание работы отражено в 8 статьях, из них 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертационных работ, и в 3 патентах на изобретение.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов и основных результатов работы, списка литературы и приложений, она содержит 147 страниц, включая 66 рисунков, 26 таблиц, список литературы из 56 наименований и два приложения.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Родинков, Сергей Васильевич

7. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе исследований формоизменения металла при прокатке сортовых профилей: разработана: новая методика регламентирования упругих перемещений ручьев, калибра в радиальном и осевом направлениях. Предложенная методика позволяет установить рациональное соотношение: радиальной и осевой'жесткости рабочих клетей, что улучшает геометрические параметры. проката и повышает выход годного-сортовой металлопродукции (патент РФ №2408444).

2. Создана новая-методика определения характеристик рабочих клетей: - радиальной и осевой: жёсткости; а также биения- валковых, систем; определяющих точность проката, учитывающая специфику сортовой прокатки: ' • г

- развитое уширение металла, приводящее к большим- колебаниям:раз--меровшроката по :ширине, .чемшо высоте;:

- наличие переменных; осевых; сил: на рабочих валках от неточностей изготовлениями настройки валков.и привалковой арматуры;:

- периодические изменения на 90° направлений, деформации.

3> Впервые в; качестве; проверочнойшрименена методика, расчета рабочих валков из чугуна с учетом усталостной прочности материала валков в условиях ограниченной долговечностшшспецификшработьг валковшри^ мелкосортной; прокатке,:.с: использованием; фактических данных: о стойкости ручьев- калибров. Данная- методика; может служить, проверочным расчетом при конструировании валков. 1

4. Впервые в отечественной- практике прокатного производства разработаны, исследованы и внедрены; в промышленную эксплуатацию бесстанинные ненапряженные рабочие клети 560Г, 560В, 450Г, 450В, 380Г и 280Г новой: конструкции в составе мелкосортного прокатного стана «280» литей-но-прокатнош комплекса ЛПК-200 ГУЩ «ЛИЗ» по производству строительной; металлопродукции в объеме 200 тыс. т. проката в год (патенты РФ №2408444, №2403999 и №2387504).

5. Опыт эксплуатации разработанных бесстанинных клетей ненапряженной конструкции подтвердил правильность принятых технических решений. Созданные клети характеризуются высокой надежностью и удобством в работе, рациональной осевой и радиальной жесткостью, что позволяет производить высококачественный мелкосортный прокат.

6. Заложенные технические параметры стана и конструкция рабочих клетей позволяют увеличить объём производства проката на стане «280» при использовании слиттинг-процесса, как минимум, на 50% без существенной реконструкции прокатного оборудования стана и достичь годовой производительности до 300 тысяч тонн.

7. Прокатный стан «280», оснащенный рабочими клетями новой конструкции, сдан в промышленную эксплуатацию в начале 2009 года. К этому времени был освоен практически весь сортамент (арматура №12.32) строительного назначения, освоено производство термоупрочненной арматуI ры класса Ат 500 и стан вышел на проектную производительность.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Родинков, Сергей Васильевич, 2011 год

1. Тахаутдинов P.C., Федонин О.В., Пугачев В.Г. и др. Мировой рынок проката и перспективы развития сортопрокатного производства в России. Производство проката: №5. 2008. С. 23.27.

2. Мельников Ш.И., Кандауров Е.Л., Даниленко Д.Н. и др. Российская черная металлургия и мировой финанасовый кризис. Что нас ожидает? Производство проката. №4. 2009. С. 42. .47.

3. Грицук Н.Ф., Сапрыгин Х.М., Гунин И.В. и др. Производство сортового проката в широком сортаменте. М. Металлургия. 1973. С. 152.

4. Пасечник Н.В., Родинков C.B., A.A. Горлова. Современные тенденции развития прокатного оборудования для производства строительной арматуры. Производство проката. №2. 2008'. С. 42.47.

5. Дукмасов В.Г., Агеев Л.М. Состояние и развитие технологии оборудования в. мировой металлургии. Справочник. Челябинск, ЮУрГУ. 2002. С. 112.136.

6. Новости черной металлургии за рубежом. Журнал. ОАО «Черметин-формация». № 4 (46). 2005. С. 53. .54.

7. Горлова A.A., Родинков C.B. Мелкосортный прокатный стан 280 конструкции ВНИИМЕТМАШ. Заготовительные производства в машиностроении. М. Машиностроение. №6. 2009. С. 31 .34.

8. DANIELI&C. Ottobre 1983/ Ufficio Pubblicita Danieli. С. 28.

9. H. Boubli and R. Oklitz. Advanced concepts and technologies for modem bar mills. SMS DEMAG. Technical Report Rolling Mills. 2001. C. 2.

10. Родинков C.B., Голубев A.K., Аксенов B.B. Клети предварительно напряженной конструкции для производства сортового проката. Заготовительные производства в машиностроении. М. Машиностроение. №6. 2005. С.45.52.

11. Родинков C.B., Голубев А.К., Мельников Б.Ф., Аксенов В.В. Клети предварительно-напряженной конструкции для прокатки сорта из легированных и высоколегированных сталей и сплавов. Производство проката. №8. 2004. С. 11. .15.

12. Пасечник Н.В., Родинков C.B. Конструкция клетей современного непрерывного прокатного стана для производства проката строительного сортамента. Тяжелое машиностроение. 2008. №5. С. 30.31.

13. Целиков А.И. Прокатные станы. Металлургиздат. Москва. 1946. С. 183.191.

14. Королев A.A. Конструкция и расчет машин, и механизмов прокатных станов. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1969. 464 с.

15. Ефимов A.C., Морозов Б.А., Расчет на усталость .ручьевых чугунных валков. Вестник машиностроения. 1970. № 11.

16. Коновалов-JT.B., Ефимов A.C. Расчет прокатных валков на усталость с учетом особенностей их нагружения и напряженного состояния.// Вестник машиностроения. 1979. № 3.

17. Ефимов A.C. Исследование прочности,и изыскание резервов повышения долговечности сортопрокатных чугунных валков: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. — М. 1975. 214 с.

18. Меерович И.М., Герцев А.И., Горелик B.C., Классен Э.Я. Повышение точности листового проката. М. Металлургия, 1969. 264 с.

19. Королев A.A. Методика определения параметров регулированияточности полосы при прокатке. Сборник научных трудов ВНИИМЕТМАШ.29.'1971. С. 306-327.

20. Пасечник Н.В., Родинков C.B., Кривенцов A.M. и др. Влияние конструктивных параметров оборудования и технологии прокатки на точность сортовых профилей. Тяжелое машиностроение. 2008. №5. С. 25.29.

21. Сапожников А.Я. Предварительно напряжённые клети повышенной нагрузочной способности для точной прокатки сортового металла. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. М. 1968. С. 167.

22. Бурлачков Ю.П. Создание, исследование и внедрение клетей новой конструкции для прокатки сортовых профилей повышенной точности. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. М. 1975. С. 44.

23. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М. «Наука». 1965 г. С. 194, 268.

24. Целиков А.И., Смирнов В.В. Прокатные станы. М. Металлургиздат. 19581г. С. 60.

25. Морозов Б.А., Ефимов A.C. О чувствительности валковых чугунов к конструктивным концентраторам1 напряжений.// Вестник машиностроения, 1969. № 11.

26. Ефимов A.C. Исследование напряженного состояния и усталостной прочности ручьевых чугунных валков. Труды ВНИИМЕТМАШ Нагрузки, напряжения и долговечность металлургических машин — М.: 1972. №31.

27. Коновалов Л.В., Ефимов A.C. Методика испытаний на усталость в области средних сжимающих напряжений. Заводская лаборатория. 1973. №7.

28. Петерсон P.E. Коэффициенты концентрации напряжений. — М.: Мир. 1977.

29. Кудрявцев И.В. Конструкционная прочность чугуна с шаровидным графитом. М.: Машгиз, 1957.

30. Приходько И.Ф. Предварительно напряженные клети для точной прокатки сортовых профилей (конструкция, расчет и экспериментальное исследование). Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М. 1963. С. 1.

31. Родинков C.B. Определение оптимального диаметра рабочих валков черновой группы мелкосортного прокатного стана. Тяжелое машиностроение. 2010. №5. С. 14.18.

32. Литейно-прокатный комплекс ЛПК-200 ГУЛ «ЛПЗ». Прокатный стан 280. Расчетная записка №1364500РР. ВНИИМЕТМАШ 2006 г. С. 23.44. (ответст. исполнитель Горлова A.A., руководитель проекта Родинков C.B.).

33. Патент №2387504 (РФ), В21В 31/04 Бесстанинная двухвалковая прокатная клеть/ Ç.B. Родинков, В.В. Павленко, Б.М. Дикарев, И.В. Дроздов, А.И. Арутюнов, Н.К. Характерова, Г.А. Разваляева, В.Е. Лукашевский,

34. A.A. Горлова, Е.В. Илючек // Б.И. 2010. № 12.

35. Назаров Д.В., Колясов Д.В., Сивак Б.А., Моллер А.Б., Тулупов О.Н. Разработка критерия оценки эффективности работы швеллерных калибров. Произодство проката. №9. 2008. С. 17.

36. Патент №2403999 (РФ), В21В 35/14 Шпиндельное устройство прокатной клети/ C.B. Родинков, В.В. Павленко, A.A. Горлова, Г.А. Разваляева,

37. B.Е. Лукашевский //БИ. 2010. № 32.

38. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М. Ме-таллургиздат. 1962 г. 494 с.

39. Целиков А.И. Основы теории прокатки. М. Металлургия. 1965 г.248'с.

40. Чекмарев А.П., Нефедов A.A., Николаев В.А. Теория продольной прокатки. Харьков. Государственный университет. 1965 г. 212 с.

41. Чекмарев А.П., Побегайло Г.Г. Точная прокатка сортовых профилей. М. Металлургия. 1968 г. 236 с.

42. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прогкатки. М. Металлургия. 1980 г. 320 с.

43. Целиков А.И., Полухин П.И., Гребеник В.М. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. Том 3. Металлургия. 1981 г. 576 с.

44. Полухин П.И., Федосов Н.М., Королев A.A., Матвеев Ю.М. Прокатное производство. Металлургия. 1968 г. 676 с.

45. Литовченко Н.В. Калибровка профилей и прокатных валков. М. Металлургия. 1990 г. 432 с.

46. Диомидов Б.Б., Литовченко Н.В. Калибровка прокатных валков. М. Металлургия. 1970 г. 312 с.

47. Литовченко Н.В., Диомидов Б.Б., Курдюмова В.А. Калибровка валков сортовых станов. М. Металлургиздат. 1963 г. 640 с.

48. Бахтинов Б.П., Штернов М.М. Калибровка прокатных валков. М. Металлургиздат. 1953 г. 784 с.

49. Виноградов А.П., Виноградов Г.А. Калибровка прокатных валков. М. Металлургиздат. 1950 г. 340 с.

50. Чижиков Ю.М. Прокатное производство. М. Металлургиздат. 1958 г. 612 с.

51. Кузьменко А.Г. Мелкосортные станы. М. Металлургия. 1996 г.368 с.

52. Кузьменко А.Г. Производство мелкосортного проката на непрерывных мелкосортных станах. М. Металлургия. 1997 г. 310 с.

53. Прокатное производство. Справочник. Под ред. Е.С. Рокотяна. Том 2. М. Металлургиздат. 1962 г. 685 с.

54. Дрозд В.Г. Сортовые станы. 60 лет научно-конструкторской и производственной деятельности ВНИИМЕТМАШ. Под общей ред. Н.В. Пасечника. М. Наука. 2009'г. С. 159. 165.