Совершенствование технологии прокатки сортовых заготовок прямоугольного сечения на основе выбора рациональных систем калибров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Кандауров, Евгений Леонидович

• Кандауров, Евгений Леонидович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кандауров, Евгений Леонидович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОКАТКИ ЗАГОТОВОК НА, СОРТОВЫХ СТАНАХ.

1.1. Особенности, прокатки заготовок в ящичных калибрах.

1.2. Прокатка сортовых заготовок в гладких валках.

1.3. Виды и причины потери устойчивости высоких полос при прокатке.

1.41 Модели устойчивости высоких полос при прокатке.

1.5. Оценка^ устойчивости прокатываемых полос на основе теории устойчивости пластин.

1.6. Выводы.1.

1.7. Цель и задачи исследования.

2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ УСТОЙЧИВОСТИ ВЫСОКИХ ПОЛОС НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАСТИН.

2.1. Определение критических усилий при прокатке высоких полос.

2.2. Определение максимальной стрелы прогиба сечения полосы при несоосном приложении нагрузки (прокатка в гладких валках).

2.3. Определение максимальной стрелы прогиба сечения полосы при несоосном приложении нагрузки (прокатка в ящичном калибре)

2.4. Определение максимальной стрелы прогиба.сечения полосы при несоосном приложении нагрузки (прокатка в ящичном калибре с защемлением).

2.5. Анализ полученных1 результатов.

2.6. Разработка новой конструкции ящичного калибра.

2.7. Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКИХ УСИЛИЙ ПРИ ПРОКАТКЕ ВЫСОКИХ ПОЛОС.

3.1. Исследование зависимости перекоса сечений образцов от технологических факторов при различных способах прокатки.

3.1.1. Образцы и оборудование для исследования.

3.1.2. Методика проведения эксперимента.

3.1.3. Обработка результатов исследования.

3.1.4.'Анализ результатов исследования.

3.2. Определение коэффициентов, характеризующих схему прокатки.

3.3. Выводы.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ

СХЕМ ПРОКАТКИ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК.

4.1. Определение касательного и секущего модулей пластичности.

4.2. Разработка алгоритма выбора рациональных схем сортовой прокатки заготовок.

4.3. Пример использования алгоритма для выбора рационального способа прокатки заготовок.

4.4. Выводы.

5. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Промышленное опробование ящичного калибра с защемлением.

5.2. Разработка рациональных режимов прокатки заготовок для станов 370 и 170 ОАО «ММК».

5.2.1. Назначение и характеристика стана

5.2.2. Калибровка и режимы бескалибровой прокатки заготовок для стана

5.2.3. Назначение и характеристика стана 170.

5.2.4. Калибровка и рациональные режимы прокатки заготовок для стана 170.

5.3. Оценка экономической эффективности разработанных калибровок.

5.4. Выводы.:.Ill

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии прокатки сортовых заготовок прямоугольного сечения на основе выбора рациональных систем калибров»

Повышение эффективности производства является стратегической задачей черной металлургии. Такая задача требует непрерывного совершенствования технологических процессов для повышения качества готовой продукции и снижения затрат на основе создания новых технических и технологических решений.

Обычно прокатка заготовок осуществляется в ящичных калибрах, традиционно применяемых в черновых клетях сортовых станов. Эти калибры обладают известными достоинствами и обеспечивают достаточно высокое качество металла. В то же время, ящичные калибры обладают и рядом существенных недостатков, наличие которых вызывает необходимость совершенствования их конструкций, а также поиска новых, альтернативных способов прокатки сортовых заготовок, позволяющих повысить не только качество производимого металла, но и эффективность производства проката в целом.

Одним из перспективных способов повышения эффективности производства сортового проката является применение технологии бескалибровой прокатки (БКП) в чёрновых и промежуточных клетях сортовых станов. В Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И.Носова разработаны теоретические основы способа бескалибровой прокатки, различные конструкции специальной валковой арматуры. В то же время применение способа БКП не всегда оправдано и даже невозможно как из-за особенностей конструкции сортового стана, так и из-за повышенного износа сменных деталей валковой арматуры.

Все вышесказанное говорит о том, что существует объективная необходимость отыскания критериев, позволяющих на основе количественных оценок осуществлять научно-обоснованный выбор того или иного способа прокатки, обеспечивающего максимальную эффективность производства проката. Решение такой задачи позволит проектировать рациональные схемы прокатки заготовок и является актуальным как для новых сортовых станов, так и для действующих станов. Такие критерии могут быть созданы, если за основу сравнительной оценки различных способов прокатки принять устойчивость высоких полос при их деформировании в ребровых проходах. Именно устойчивость высоких полос является одним из ограничивающих факторов при разработке режимов прокатки заготовок.

Решение указанной проблемы может быть реализовано, если за основу количественной оценки устойчивости высоких полос принять величину критического усилия прокатки, вызывающего искажение их формы поперечного сечения. Однако использование такого подхода к оценке устойчивости высоких полос при различных способах сортовой прокатки, требует учета и теоретического описания особенностей силового нагружения полос в каждом из них. Кроме того, требуют тщательной проработки-и вопросы методологии использования разработанных критериев для выбора наиболее эффективного способа прокатки.

Комплексному решению указанных вопросов посвящена данная работа, целью которой является повышение эффективности производства сортовых

V* заготовок прямоугольного сечения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. На основе теории упругопластической устойчивости пластин разработать модели устойчивости высоких полос и методику определения критических усилий, ведущих к искажению формы их поперечных сечений при различных способах деформирования.

2. Провести экспериментальные исследования устойчивости высоких полос при различных способах прокатки для оценки результатов теоретических исследований и уточнения значений коэффициентов, характеризующих способ прокатки.

3. Разработать методику выбора наиболее эффективного способа прокатки высоких полос.

4. На основе комплекса теоретических и экспериментальных исследований разработать промышленные калибровки для прокатки заготовок на современных сортовых станах, обеспечивающие максимальную эффективность производства готовой продукции.

Краткое содержание глав диссертации.

В первой главе выполнен анализ достоинств и недостатков прокатки заготовок в ящичных калибрах. Показаны преимущества бескалибровой прокатки заготовок. Рассмотрены различные подходы к оценке устойчивости высоких полос. Проанализированы методики оценки устойчивости полос на основе теории упругопластической устойчивости пластин. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе на основе решения дифференциального уравнения продольного изгиба пластины за пределом упругости (с учетом касательного и секущего модулей пластичности) получено выражение для определения критического усилия вызывающего прогиб сечения полосы, прокатываемой в гладких валках, ящичных калибрах традиционной и разработанной автором конструкции. Величина критического усилия зависит не только от технологических факторов, но и значения коэффициента , характеризующего схему прокатки. Таким образом, зная величину критического усилия можно выбрать наиболее рациональную по устойчивости схему прокатки.

Теоретический анализ зависимостей относительных прогибов сечений от эксцентриситета приложения нагрузки и коэффициента трения на контакте полосы с валками позволил определить значения допустимых соотношений критического усилия и усилия прокатки для каждой из рассмотренных схем деформирования.

В третьей главе выполнено экспериментальное исследование в лабораторных условиях зависимости перекосов сечений свинцовых образцов от технологических факторов при различных способах прокатки. Уточнены значения коэффициентов, характеризующих схему прокатки.

В четвертой главе на основе полученных ранее формул для расчета критических усилий, прогибов сечений полос при различных способах прокатки, касательного и секущего модулей пластичности разработан алгоритм выбора рациональных схем сортовой прокатки. Алгоритм позволяет осуществлять выбор рациональных схем прокатки на основе количественных данных о соотношениях полного усилия прокатки и критического усилия, вызывающего потерю устойчивости полосы. Проведенная апробация алгоритма при анализе калибровок обжимной группы клетей стана 150 ОАО «БМК» подтвердила возможность его использования для выбора рациональных схем прокатки и повышения эффективности производства заготовок на сортовых станах.

В пятой главе приведены результаты промышленного опробования ящичного калибра новой конструкции. С использованием разработанного алгоритма разработаны новые калибровки черновых клетей современных сортовых станов 370 и 170 ОАО «ММК». Суммарный ожидаемый годовой экономический эффект составляет более 3 млн. рублей.

Работа выполнена на кафедре прикладной механики, графики, проектирования технических и технологических систем Магнитогорского технического университета им. Г.И. Носова.

Автор благодарен за помощь в организации и проведении исследований, оформлении рукописи: канд. техн. наук Н.Ш. Тютерякову, старшему преподавателю A.B. Коковихину, инженеру Т.Г. Демченко.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Кандауров, Евгений Леонидович

5.4. Выводы

1. Промышленное опробование на стане 500 ОАО «ММК» ящичного калибра новой конструкции по Патенту РФ на полезную модель №40227 подтвердило его высокую способность по предотвращению потери устойчивости прокатываемых высоких полос, что позволяет рекомендовать его использование в черновых клетях сортовых станов.

2. С использованием разработанного алгоритма для выбора рациональных схем прокатки, основанного на результатах теоретических и экспериментальных исследований, разработаны новые калибровки, современных сортовых станов 370 и 170 ОАО «ММК» с преимущественным использованием гладких валков. Проработаны вопросы использования различных типов валковой арматуры для реализации новых калибровок.

Новые калибровки практически полностью устраняют образование таких дефектов прокатного происхождения, как «лампас», «подрез» и др. Проектные калибровки приняты к перспективному освоению на станах 370 и 170 ОАО «ММК».

3. Суммарный ожидаемый экономический эффект от внедрения новых калибровок на указанных станах составляет более 3 млн. рублей.

112

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. С единых теоретических позиций на основе теории упруго-пластической устойчивости пластин разработаны модели устойчивости высоких полос при прокатке в гладких валках, ящичных калибрах традиционной конструкции и ящичных калибрах с повышенным защемлением при соосном и несоосном нагружении прокатываемых полос.

2. Проведены теоретические исследования, позволившие установить взаимосвязь несоосного нагружения полосы, искажения формы ее поперечного сечения, коэффициента трения и отношения усилия прокатки к критическому, вызывающему потерю устойчивости. Установлено, что величина отношения Р/Ркр может служить критерием осуществимости рассмотренных способов прокатки и составляет 0,6-0,8.

3. Экспериментально определены значения коэффициента к, входящего в уравнение для расчета критической силы при различных способах прокатки: для ящичного калибра с защемлением & = 3,0; для ящичного калибра к = 1,6; для гладких валков к = 0,3; для- прокатки в гладких валках с удерживающей арматурой к = 1,4.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан алгоритм выбора рациональных схем прокатки сортовых заготовок. Алгоритм апробирован при анализе калибровок обжимной группы клетей стана 150 ОАО «БМК». Подтверждена возможность использования отношения Р/Ркр для выбора рациональных схем прокатки.

5. На основе обобщения результатов исследования разработаны новые калибровки черновых групп клетей современных сортовых станов 370 и 170 ОАО «ММК» для прокатки заготовок. Разработанные калибровки приняты к перспективному освоению. Суммарный ожидаемый экономический эффект от внедрения калибровок составляет более 3 млн. рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кандауров, Евгений Леонидович, 2008 год

1. Бахтинов Б.П., Штернов М.М. Калибровка прокатных валков. — М.: ГНТИ, 1953.-784 с.

2. Литовченко Н.В., Диомидов Б.Б., Курдюмова В.А. Калибровка валков сортовых станов. -М.: Металлургиздат, 1964. 638 с.

3. Чекмарёв А.П., Мутьев М.С., Машковцев P.A. Калибровка прокатных валков. — М.: Металлургия, 1971. 509 с.

4. Головин А.Ф. Прокатка. Ч. III // ОНТИ. 1936. - 219 с.

5. Минкин A.B. Расчёт систем вытяжных калибров. М.: Металлургия, 1989.- 208 с.

6. Увеличение срока службы валков при бескалибровой прокатке / Л.Е.Кандауров, Б.А.Никифоров, А.А.Макарчук и др.// Сталь. 1991. — №■• ' 1.-С. 54-55.

7. Технологические и силовые резервы прокатных станов / В.М.Клименко, > В.И.Погоржельский, В.С.Горелых, Л.В.Коновалов. М.: Металлургия. 1976.-240 с.

8. Чекмарёв А.П., Николаев В.А. Условия захвата при прокатке в калибрах // Изв. Вузов. Чёрная металлургия. 1958. - № 11. - С. 77 - 85.

9. Павлов И.М. Теория прокатки и основы пластической деформации металлов. -М.: ГОНТИ, 1938. 514 с.

10. Виноградов А.П. Калибровка прокатных валков. М.; Л.: Металлургиздат, 1950.-344 с.

11. И. Чекмарёв А.П., Санько Н.М. Опережение при прокатке в калибрах. Вып. 39 // Обработка металлов давлением: Науч. тр. -Харьков: ГНТИ, i960: — С. 127-151.

12. Динник A.A. Влияние ширины полосы и формы калибра на давление металла на валки // Науч. тр. Ин-та чёрной металлургии АН УССР. -Днепропетровск, 1957. С. 275 - 285.

13. Клименко В.М. Давление и расход энергии при прокатке с защемлением // Современные достижения прокатного производства: Тр. межвуз. науч.-техн. конф. Л., 1958. - С. 95-102.

14. Клименко В.М. Давление и расход энергии при прокатке с защемлением // Науч. тр. Ин-та чёрной металлургии АН УССР. — Днепропетровск, 1957. — С. 84-88.

15. Шулаев И.П. Конструирование прямоугольных калибров // Металлург. — 1961.-№4.-С. 26-28.

16. Шулаев И.П. Выпуск в прямоугольном калибре // Металлург. 1961. - № 5.-С. 23-24.

17. Шулаев И.П. Калибровка валков непрерывно-заготовочного стана 700/500 // Сталь. 1959. -№ 11. - С. 1004- 1006.

18. Пат. 2165807 РФ, МПК7 В21В1/00. Вытяжной ящичный калибр / Н.С. Кузнецов, A.A. Сафронов, В.А. Сапрыкин и др. РФ. № 99103458/02; Заявл. 22.02.1999; Опубл. 12.04.2000. - Бюл. № 12. - С. 385.

19. Пат. 2152276 РФ, МПК7 В21В1/00. Ящичный калибр для прокатки заготовок / H.A. Шарапов, В.В. Дорофеев, B.C. Марамзин и др. (РФ). № 97122273/02; Заявл. 30.12.1997; Опубл. 10.07.2000.-Бюл. № 19.-С. 417.

20. Янадзава Т. Разработка метода бескалибровой прокатки // Кавасаки Сэйтецу Гихо. 1982: - Т. 14. - № 9. - С. 85 - 94.

21. Применение бескалибровой прокатки на заготовочных станах/ Т. Янадзава, Т. Танака, Т. Морита и др. // Transactions of the iron and steel institute of Japan. 1982. - V. 22. - № 3. - P. 55-59.

22. Применение бескалибровой прокатки на сортовых станах / Т. Янадзава, Т. Танака, Т. Хосидзима и др. // Transactions of the iron- and steel institute of Japan. 1982. - V. 22. - № 12. - P. 381-386:

23. Development of Grovelless Rolling / T. Janazawa, T. Tanaka, A. Nodà // Transactions of theironiandisteeKinstitute of Japan; 1983. - V. 23. - № 8. - P; 710-715. ;.,'. . '

24. Development' of Grovelless Rolling / T; Janazawa, T. Tanaka, N. Hirai, K. Aoyama// Iron and steel; Engineer. -1984. V. 61.-№ 8.-P. 25-30.

25. Hitenprax E. Прокатка заготовок на гладких валках. // Metallweiter verarb. — 1984. V. 22. - № 5. - P. 549-550.

26. Опыт прокатки заготовок на гладкой бочке / Ф. Флеминг, Р. Куне и. др. // Металлургическое производство и теория металлургических процессов. — 1993.-№2.- С. 98-102. ;

27. Пат. 1434454 Великобритания, МКИ В21В1/18. Прокатка- прутка. № 31315/74; Заявл. 15.07.74; Опубл. 5.05.76.

28. Пат. 333230 Австрия, МКИ В- 21В01/16. Способ прокатки пруткового металла.-№9332/74; Заявл-. 28.11.74; Опубл-. 10:1 Г.76.

29. Пат. 578381 Швейцария, МКИ В22В1/12. Способа изготовления! прутков с помощью прокатки. № 15793/74; Заявл. 28Л 1.74; Опубл. 13.03.76.

30. Бескалибровая прокатка сортовых профилей / JI.E. Кандауров, Б.А. Никифоров, А.А. Морозов, А.К. Белан, Е.А. Евтеев. Магнитогорск: Магнитогорский дом печати, 1998. - 128 с.

31. A.c. 1736647 СССР, МКИ4 В21В1/02. Способ прокатки на непрерывных станах / Г.Ф. Онушкевич, М.Д. Куцигин, В.И. Назаренко и др. (СССР). — № 4815625/27; Заявл. 22.01.90; Опубл. 30.05.1992. -Бюл. № 20. С.42.

32. Пат. 2074547 РФ, МПК5 В21В1/12. Способ горячей прокатки сортовых профилей прямоугольного сечения / Б.А. Никифоров, Л.Е. Кандауров, А.К. Белан и др. (РФ) № 94045330/02; Заявл. 27.12.94; Опубл. 27.02.97. - Бюл. №6.-С. 245.

33. A.c. 1424897 СССР, МКИ5 В21В39/16. Проводковая. арматура / К.Г. Шиколенко, Ф.С. Дубинский, A.C. Федосеенко (СССР). №4169288/31 -02; Заявл. 24.12.86; Опубл. 23.09.88. - Бюл. № 35. - С. 32.

34. A.c. 1435351 СССР, МКИ4 В21В39/16. Вводная проводковая арматура / Б.А. Никифоров, A.A. Макарчук, Л.Е. Кандауров и др. (СССР). № 4150200/31-02; Заявл. 24.11.86; Опубл. 07.11.88.-Бюл. №41.г-С. 39.

35. A.c. 1574305 СССР, МКИ? В21В39/16. Вводная проводковая арматура / Л.Е. Кандауров, A.A. Макарчук, В;А. Масленников и др. (СССР). № ■ 4470323/31 - 02; Заявл. 02.08.88; Опубл. 30.06.90. - Бюл. № 24. - С. 265 27.

36. Свидетельство РФ на полезную модель 11112, МКИ6 В21В39/14. Валковая1.арматура для бескалибровой прокатки сортовых профилей / Л.Е.

37. Кандауров, А.К. Белан, Л.Г. Утяганов и др. (РФ); № 99104957/20; Заявл.i , 09.03.99; Опубл. 16.09i99. Бюл. № 9. - С. 44.1

38. Анализ влияния технологических факторов на сваливающий момент прибескалибровой прокатке / Б.А.Никифоров, Л.Е.Кандауров, А.К.Белан и др.f

39. Проблемы развития металлургии* Урала на рубеже XXI. века: Сб. науч.тр. Магнитогорск, 1996. - С. 89 - 95.f 42. Анализ устойчивости полосы при бескалибровой прокатке / Б.А.