авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Совершенствование оборудования и разработка ресурсосберегающих технологий листовой прокатки стали и сплавов с заданными свойствами и структурой

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АЛДУНИН Анатолий Васильевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ЛИСТОВОЙ ПРОКАТКИ СТАЛИ И СПЛАВОВ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ И СТРУКТУРОЙ

Специальность 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы

(металлургия)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в Московском государственном открытом университете и Московском государственном вечернем металлургическом институте.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кривонос Георгий Александрович

доктор технических наук, профессор Никитин Георгий Семенович

доктор технических наук, профессор Галкин Александр Михайлович

Ведущая организация: ОАО «Институт Цветметобработка».

Защита диссертации состоится «18» февраля 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.127.01 при Московском государственном вечернем металлургическом институте по адресу: 111250, г. Москва, Лефортовский вал, д. 26.

Телефон (495) 361-14-80, факс (495) 361-16-19, e-mail: mgvmi-mail@mtu-net.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Лефортовский вал, д. 26, МГВМИ, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государствен- ного вечернего металлургического института.

Автореферат разослан «____» ______________ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Башкирова Т.И.

Актуальность проблемы. Расширение номенклатуры изготавливаемых машин и конструкций, эксплуатируемых в сложных условиях нагружения, предъявляет все более жесткие требования к комплексу физико-механических свойств и точности геометрических размеров плоского проката из стали и цветных металлов.

Качество проката зависит от степени совершенства оборудования и технологий его производства. В настоящее время при проектировании прокатного оборудования еще недостаточно внимания уделяется вопросам обеспечения качества продукции по структуре и пластичности металла, стабилизации нагрузок на оборудование, повышению продольной устойчивости прокатываемых полос, а также температурному режиму и стойкости валков.

В связи с дальнейшим освоением быстродействующей управляющей и вычислительной техники большую актуальность имеют вопросы математического описания технологических процессов, включая физические явления в обрабатываемом металле, и разработки критериев оптимальности управления этими процессами.

Таким образом, совершенствование оборудования, исследование основных закономерностей формирования структуры и свойств металла при прокатке полос и лент, технологических и силовых ограничений, разработка математических моделей и алгоритмов имеют важное научное и практическое значение. Разработка на этой базе новых технологических и технических решений является актуальной задачей.



Работа выполнена в соответствии с координационными планами НИР Министерств и ведомств МИСиС, ЛГТУ, ОАО «Институт Цветметобработка» и МГОУ. Результаты разработки и внедрения технологии производства лент из бериллиевых бронз ответственного назначения отмечены Серебряной медалью Международной выставки «Металл-Экспо» в 2005 году.

Цель работы. Совершенствование оборудования и разработка эффективных технологических процессов производства плоского проката на основе ресурсосбережения, закономерностей формирования структуры для получения заданных физико-механических свойств металла при снижении энергосиловой нагрузки на станы.

Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы следующие задачи:

1) усовершенствование методов технологического проектирования листопрокатного оборудования на основе анализа состава действующих промышленных компоновок, учитывающее структурные преобразования и более полное использование ресурса пластичности при достижении заданного качества проката;

2) исследование температурных полей, термических и остаточных напряжений для повышения стойкости, долговечности и надежности рабочих валков;

3) теоретическое и экспериментальное исследование влияния натяжения прокатываемых полос на силовые и деформационные параметры для снижения нагрузки на оборудование;

4) анализ напряженно-деформированного состояния прокатываемых полосы с целью выравнивания распределения деформации по всей толщине и соответствующего уменьшения числа проходов и клетей;

5) исследование условий деформирования раската в горизонтальных и вертикальных валках для обеспечения его продольной устойчивости, стабилизации уширения и влияния на них режима натяжения с целью снижения энергосиловых параметров и повышения выхода годного;

6) разработка методики физического моделирования условий завершения процесса формирования структуры низкоуглеродистой стали и сплавов цветных металлов к началу последующего обжатия полос на станах для снижения нагрузок на рабочие валки и гарантированного получения заданных физико-механических свойств;

7) разработка основных принципов оптимизации процессов горячей прокатки полос для создания на их основе усовершенствованных технологий производства, повышения производительности, надежности оборудования и улучшения качества продукции.

Научная новизна. 1. Разработана новая научно-обоснованная методология технологического проектирования и компоновки оборудования для производства качественных полос и лент, учитывающая завершенность процесса формирования структуры к началу последующего обжатия, ресурс пластичности деформируемого металла и обеспечивающая повышение долговечности оборудования.

2. Впервые разработаны основы теории расчета новых конструкций нереверсивных клетей с обводным устройством для параллельной горячей прокатки полос, позволяющие уменьшить число клетей, повысить производительность и улучшить качество проката.

3. Разработана теория расчета температурных полей, термических и остаточных напряжений рабочих валков полосовых станов горячей прокатки с системой интенсивного охлаждения, позволяющая существенно повышать их стойкость и стабилизировать температурный режим прокатываемых полос.

4. Разработана теория продольной устойчивости прокатываемых полос в горизонтальных и вертикальных валках полосового стана, стабилизации процессов уширения, более полного использования ресурса пластичности и величины проникновения деформации, а также совершенствования методики выбора режима межклетевого натяжения раската для снижения нагрузок на оборудование, существенного сокращения числа клетей и минимизации числа проходов.

5. Разработана теория формирования заданной структуры при непрерывной горячей прокатке полос и созданы научные основы методологии проектирования новых компоновок оборудования НШСГП с повышенной производительностью и гарантированным качеством проката; впервые созданы качественные трехмерные диаграммы рекристаллизации аустенита стали Ст3сп и сплава «цинк-титан» в координатах «обратная температура 1/Т – логарифм относительного обжатия lg – логарифм времени lg», позволяющие оптимизировать режим горячей прокатки полос по их структуре, гарантировать получение заданных свойств и минимизировать силовые параметры.

6. Научно обоснована и разработана методология построения алгоритма расчета настройки чистовой группы клетей НШСГП на производство проката с заданными структурой и механическими свойствами, позволяющая снижать расход энергии на производство полос.

7. Разработаны научно-обоснованные зависимости физико-механических свойств бериллиевой бронзы и цинк-титанового сплава от основных технологических параметров, позволяющие производить прокат требуемого качества с широкой гаммой свойств в соответствии с международными стандартами и уточнять усилия при последующей обработке давлением.

8. Впервые разработана обобщенная зависимость величины предельного относительного обжатия раската от отношения размеров и модуля упругости E в широком диапазоне их изменения при прокатке черных и цветных металлов в вертикальных валках полосовых станов для получения качественной продукции и создания систем настройки валков.

Практическая значимость и реализация результатов работы. 1. Предложен новый состав технологического оборудования для производства лент бериллиевой бронзы из укрупненной заготовки. Внедрен новый режим прокатки полосовой заготовки толщиной 6 мм за восемь проходов вместо девяти на двухвалковом стане 7001300 (технологическая инструкции ТИ СМК-23/27-6-2003); уменьшено с четырех до трех число прокатных переделов; освоен выпуск проката с более широкой гаммой механических свойств и точностью по толщине, соответствующей требованиям международных стандартов; выход годного увеличен на 8,8 % за счет стабилизации механических свойств и структуры, а также сокращения расслоений, краевых трещин и обрывов при прокатке (Московский завод по обработке цветных металлов).

2. Повышена эксплуатационная надежность двухвалкового полосового стана 7001300 за счет совершенствования режимов охлаждения и соответственно снижения температурного градиента, термических и остаточных напряжений рабочих валков. В результате время между перевалками увеличено на 8-10 % (Московский завод по обработке цветных металлов).

3. Разработанные математические модели структурообразования низкоуглеродистой стали Ст3сп используются в алгоритмах расчета сопротивления деформации прокатываемых полос в системе начальной настройки клетей чистовой группы стана 2000; применение данных моделей повысило точность настройки стана, улучшило структуру и увеличило стабильность механические свойства производимых горячекатаных полос в 1,2-1,8 раза (Ново-Липецкий металлургический комбинат).

Алгоритм расчета настройки НШСГП и входящие в него в виде констант результаты экспериментов необходимы при разработке конструкций станов нового поколения и систем автоматического управления качеством горячекатаных стальных полос.

4. Разработаны температурно-деформационные и скоростные режимы горячей и неполной горячей прокатки полос из сплава «цинк-титан» на реверсивном четырехвалковом стане 400/10001000, при которых ресурс пластичности обрабатываемого материала используется более полно, чем по действующей технологии. Внедренный режим неполной горячей прокатки цинк-титанового сплава обеспечил улучшение и стабилизацию комплекса механических свойств готового проката с уменьшением диапазона их разброса в 1,4-1,6 раза и соответственно условий работы рабочих валков (Московский завод по обработке цветных металлов).

5. Разработаны и внедрены рациональные режимы обжатий по ширине полос при горячей прокатке медных сплавов на реверсивном двухвалковом стане 8501000, обеспечивающие уменьшение разноширинности на выходе из стана в среднем на 4 мм без потери продольной устойчивости полосы и перегрузки валков (Кольчугинский завод по обработке цветных металлов).

6. Разработана и промышленно апробирована новая конструкция двухвалковой клети, позволяющая уменьшить число рабочих клетей стана на 8-10 %, защищенная авторским свидетельством на изобретение.

7. Разработанная методика расчета проникновения пластической деформации по всему сечению прокатываемой полосы для уточнения числа проходов и соответственно усилий используется при проведении практических занятий по дисциплинам «Конструирование машин и оборудования металлургического производства» и «Теория обработки металлов давлением» (Московский государственный открытый университет).

8. Использование и внедрение результатов работы в промышленности позволило получить экономический эффект около 15,2 млн. руб. и освоить производство новых видов прокатной продукции.

Обоснованность и достоверность основных положений и результатов диссертации определяется применением аналитических методов исследования, использованием фундаментальных основ теории прокатки, методов математической статистики, современных методов физического моделирования и пластометрических испытаний, применением компьютерных технологий и практической реализацией в условиях реального производства.





Личный вклад соискателя. При проведении исследований, результаты которых опубликованы в соавторстве, диссертантом предложены основные идеи и выполнены теоретические, технические и технологические разработки, а также сделан обобщающий анализ результатов.

Положения, выносимые на защиту. 1. Новая методология технологического проектирования и компоновки оборудования для производства качественных полос и лент, учитывающая основные закономерности формирования структуры и ресурс пластичности деформируемого металла.

2. Усовершенствованная теория расчета температурных полей и напряжений рабочих валков полосовых станов горячей прокатки, позволяющая повышать эксплуатационную надежность стана.

3. Теория продольной устойчивости полосы при ее боковом обжатии вертикальными валками полосового стана и методика выбора режима натяжения для снижения нагрузок на рабочие валки.

4. Теория минимизации числа проходов при прокатке полос за счет более полного использования ресурса пластичности на основе созданной диаграммы предельной пластичности, позволяющая уменьшить суммарный расход энергии.

5. Методика физического моделирования условий формирования структуры низкоуглеродистой стали при прокатке полос на НШСГП для минимизации энергосиловых параметров.

6. Основные закономерности формирования структуры низкоуглеродистой стали Ст3сп при непрерывной горячей прокатке и алгоритм расчета настройки чистовой группы клетей НШСГП на производство проката с заданными структурой и механическими свойствами, оптимизацией нагрузки по клетям и увеличением производительности стана.

Апробация результатов диссертации. Основные материалы работы лично доложены и обсуждены на: семинаре V-ой Уральской школы металловедов-термистов «Вопросы металловедения и термической обработки стали и титановых сплавов», г. Киров, 1977 г.; Всес. научно-техн. семинаре «Автоматизация листовых станов горячей прокатки», г. Кривой Рог, 1977 г.; Всес. научно-техн. конференции «Современные проблемы повышения качества металла», г. Донецк, 1978 г.; Всес. научно-техн. семинаре «Прогрессивные технологические процессы в производстве холоднокатаного листа», г. Липецк, 1981 г.; Всес. научно-техн. семинаре «Прогрессивные технологические процессы в производстве холоднокатаного листа», г. Липецк, 1985 г.; VII-ой Всес. научно-техн. конференции «Теплофизика технологических процессов», г. Тольятти, 1988 г.; Республиканской научно-практ. конференции КамАЗ – КамПИ «Программно-целевое проектирование технологий», г. Набережные Челны, 1989 г.; Республиканской научно-техн. конференции «Наука – производству», г. Набережные Челны, 1990 г.; 7-ой Международной научно-техн. конференции «Моделирование и исследование сложных систем», г. Севастополь, 2000 г.; Всес. научно-техн. коференции «Ресурсоэнергосбережение – XXI век», г. С.-Петербург, 2000 г.; Международной научно-техн. конференции «Теория и практика производства проката», г. Липецк, 2001 г.; 4-ом Конгрессе прокатчиков, г. Магнитогорск, 2001 г.; VI-ом Международном Конгрессе «Кузнец-2002. Состояние, проблемы и перспективы развития КШП, КП машин и обработки металлов давлением», г. Москва, 2002 г.; научно-техн. коференции МГВМИ и Союза кузнецов «Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением» г. Москва, 2003 г.; II-ой Всероссийской межвуз. научно-практ. конференции «Проблемы повышения качества подготовки специалистов в области художественной обработки металлов», г. Москва, 2004 г.; Международной научно-техн. конференции «Теория и практика производства листового проката», г. Липецк, 2005 г.; Бернштейновских чтениях по термомеханической обработке металлических материалов, г. Москва, 2006 г.; Всероссийской научно-техн. конференции «Состояние, проблемы и перспективы развития металлургии и обработки металлов давлением», г. Москва, 2007 г.; Международной научно-техн. конференции «Теория и практика производства листового проката», г. Липецк, 2008 г.; Международной научно-техн. конференции «Нанотехнологии и наноматериалы», г. Москва, 2009 г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опублико-

вано в монографии, 50 научных статьях, в том числе 22 публикациях в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и одном изобретении.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, 7 приложений. Она изложена на 410 страницах машинописного текста, содержит 100 рисунков, 46 таблиц, список использованных источников содержит 446 наименований.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЛОСКОГО ПРОКАТА

В связи с интенсификацией процессов прокатки известных сплавов и освоением производства новых материалов необходимо создание усовершенствованных конструкций оборудования на основе новых знаний о сопротивлении пластической деформации, предельной пластичности, распределении пластической деформации по толщине полосы, температурном режиме работы и напряжениях валков, основных закономерностях формирования заданной структуры и физико-механических свойств. Эти данные необходимы еще для выбора и оптимизации состава и компоновки технологического оборудования, определения максимально допустимых значений силовых параметров, а также совершенствования конструкции систем охлаждения валков (рис. 1). Разработка режимов прокатки на основе выбора областей с повышенной пластичностью и однородной структурой металла способствует снижению нагрузок на рабочие узлы оборудования, уменьшению деформационной поврежденности металла и улучшению качества поверхности готового проката. Использование усовершенствованной теории расчета температурных полей, термических и остаточных напряжений валков позволяет отрабатывать основные параметры системы их охлаждения для повышения эксплуатационной надежности и долговечности прокатных станов.

Рис. 1. Совершенствование методов технологического проектирования оборудования листопрокатных станов


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.