ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ КАТАНКИ НА НОВОМ МЕЛКОСОРТНО-ПРОВОЛОЧНОМ СТАНЕ 150
|
Актуальность работы. Строительство и освоение новых прокатных станов взамен устаревших агрегатов всегда было основным направлением развития прокатного производства. Несмотря на мировой экономический кризис в 2007 - 2010 г. в России был построен ряд новых прокатных станов ), в том числе двухниточный мелкосортно-проволочный стан 150 в ОАО «Нижнесергинский метизно-металлургический завод» (НСММЗ, г. Березовский), который заменил менее производительный однониточный проволочный стан.
Новый стан 150, спроектированный и изготовленный компанией «Оате-Б», предназначен для производства в бунтах мелкосортной стали и катанки широкого марочного сортамента и различного промышленного назначения (низкоуглеродистая для прямого волочения, арматурная, канатная, сварочная, кордовая и др.). Соответственно этому стан снабжен техническими средствами для широкого регулирования скоростных, температурных и деформационных условий прокатки, что позволяет создавать гибкие технологии производства проката различного назначения с требуемыми механическими свойствами.
Как показывает производственный опыт, освоение любого прокатного стана связано с теоретическими и экспериментальными исследованиями, направленными на доработку (совершенствование) пусковых проектных технологических режимов с целью получения наиболее высоких показателей качества продукции и ускоренного достижения проектной производительности. Проведение такого исследования в условиях стана 150 НСММЗ является актуальной задачей.
Диссертационная работа выполнена в рамках Федеральной научно-технической целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», по государственному контракту № 02.740.11.0152 «Разработка комплексной металлургической технологии производства высоко-качественных стальных изделий массового назначения» (шифр «2009-1.1233¬032-007»), а также по гранту УрФУ на проведение научных исследований № 1.2.3/28.
Цель работы. Целью диссертации является исследование пусковых режимов прокатки на новом непрерывном мелкосортно-проволочном стане 150 и разработка научно обоснованных оптимальных режимов термомеханической обработки катанки различного назначения и мелкосортной стали в бунтах, обеспечивающих улучшение механических свойств проката и достижение проектной производительности стана.
Научную новизну диссертации составляют следующие разработки:
- математическая модель температурных режимов прокатки и охлаждения металла при производстве мелкосортной стали и катанки на современном мелкосортно-проволочном стане;
- закономерности изменения температурных полей в сечении раската при высокоскоростной прокатке в чистовом проволочном блоке клетей по системе калибров овал - круг;
- математическая модель механических свойств готового проката, получаемого на мелкосортно-проволочном стане, устанавливающая зависимость прочностных и пластических характеристик от химсостава стали и параметров термомеханической обработки раскатов;
- модель оптимизации технологических режимов производства мелкосортной стали и катанки по критериям улучшения механических свойств с применением метода возможных направлений.
Практическую ценность представляют следующие результаты диссертации:
- алгоритм расчета температуры раската в процессе термомеханической обработки на современном мелкосортно-проволочном стане 150;
- алгоритм и программа конечно-разностных расчетов воздушного охлаждения витков катанки на роликовом транспортере при различных условиях его работы (программа «Воздушное охлаждение»);
- алгоритмы оптимизации режимов термомеханической обработки катанки различного назначения с применением экспертной системы «Технология сортовой прокатки» и программы «Воздушное охлаждение»;
- определение степени энергосиловой загрузки оборудования стана 150 и факторов, ограничивающих интенсификацию технологических режимов.
Реализация результатов работы. Указанные разработки были использованы при проектировании и освоении технологических режимов производства термоупрочненной арматуры диаметром 6 мм из стали Ст3, сварочной катанки диаметром 5,5 мм из низколегированной стали Св-08Г2С, кордовой катанки диаметром 5,5 мм из высокоуглеродистой стали 70 и других видов продукции на новом мелкосортно-проволочном стане 150 ОАО «Нижнесергинский метизно-металлургический завод».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
XII отчётная конференция молодых учёных ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: - Екатеринбург, 2007. Второй международный научно-практический семинар «Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением им. А.Ф. Головина»: - Екатеринбург, 2007. XIV отчётная конференция молодых учёных ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: - Екатеринбург, 2008. Международный научно-практический семинар «Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением им. А.Ф. Головина»: - Екатеринбург, 2009. XVII международная конференция молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники: - Екатеринбург, 2010. Восьмой международный конгресс прокатчиков: - Магнитогорск, 2010. XVIII международная конференция молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники : - Екатеринбург, 2010. Международная конференция «Форсирование индустриально-инновационного развития металлургии»: - Алматы, 2010. Международный научно-практический семинар «Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением им. А.Ф. Головина»: - Екатеринбург, 2011. Между-народная научно-техническая конференция «Современные металлические материалы и технологии (СММТ’2011)»: - Санкт-Петербург, 2011.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в восьми печатных статьях, в том числе три в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и изложена на 152 страницах машинописного текста, включая 27 рисунков, 13 таблиц, 4 приложения и библиографический список из 91 наименования.
Новый стан 150, спроектированный и изготовленный компанией «Оате-Б», предназначен для производства в бунтах мелкосортной стали и катанки широкого марочного сортамента и различного промышленного назначения (низкоуглеродистая для прямого волочения, арматурная, канатная, сварочная, кордовая и др.). Соответственно этому стан снабжен техническими средствами для широкого регулирования скоростных, температурных и деформационных условий прокатки, что позволяет создавать гибкие технологии производства проката различного назначения с требуемыми механическими свойствами.
Как показывает производственный опыт, освоение любого прокатного стана связано с теоретическими и экспериментальными исследованиями, направленными на доработку (совершенствование) пусковых проектных технологических режимов с целью получения наиболее высоких показателей качества продукции и ускоренного достижения проектной производительности. Проведение такого исследования в условиях стана 150 НСММЗ является актуальной задачей.
Диссертационная работа выполнена в рамках Федеральной научно-технической целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», по государственному контракту № 02.740.11.0152 «Разработка комплексной металлургической технологии производства высоко-качественных стальных изделий массового назначения» (шифр «2009-1.1233¬032-007»), а также по гранту УрФУ на проведение научных исследований № 1.2.3/28.
Цель работы. Целью диссертации является исследование пусковых режимов прокатки на новом непрерывном мелкосортно-проволочном стане 150 и разработка научно обоснованных оптимальных режимов термомеханической обработки катанки различного назначения и мелкосортной стали в бунтах, обеспечивающих улучшение механических свойств проката и достижение проектной производительности стана.
Научную новизну диссертации составляют следующие разработки:
- математическая модель температурных режимов прокатки и охлаждения металла при производстве мелкосортной стали и катанки на современном мелкосортно-проволочном стане;
- закономерности изменения температурных полей в сечении раската при высокоскоростной прокатке в чистовом проволочном блоке клетей по системе калибров овал - круг;
- математическая модель механических свойств готового проката, получаемого на мелкосортно-проволочном стане, устанавливающая зависимость прочностных и пластических характеристик от химсостава стали и параметров термомеханической обработки раскатов;
- модель оптимизации технологических режимов производства мелкосортной стали и катанки по критериям улучшения механических свойств с применением метода возможных направлений.
Практическую ценность представляют следующие результаты диссертации:
- алгоритм расчета температуры раската в процессе термомеханической обработки на современном мелкосортно-проволочном стане 150;
- алгоритм и программа конечно-разностных расчетов воздушного охлаждения витков катанки на роликовом транспортере при различных условиях его работы (программа «Воздушное охлаждение»);
- алгоритмы оптимизации режимов термомеханической обработки катанки различного назначения с применением экспертной системы «Технология сортовой прокатки» и программы «Воздушное охлаждение»;
- определение степени энергосиловой загрузки оборудования стана 150 и факторов, ограничивающих интенсификацию технологических режимов.
Реализация результатов работы. Указанные разработки были использованы при проектировании и освоении технологических режимов производства термоупрочненной арматуры диаметром 6 мм из стали Ст3, сварочной катанки диаметром 5,5 мм из низколегированной стали Св-08Г2С, кордовой катанки диаметром 5,5 мм из высокоуглеродистой стали 70 и других видов продукции на новом мелкосортно-проволочном стане 150 ОАО «Нижнесергинский метизно-металлургический завод».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
XII отчётная конференция молодых учёных ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: - Екатеринбург, 2007. Второй международный научно-практический семинар «Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением им. А.Ф. Головина»: - Екатеринбург, 2007. XIV отчётная конференция молодых учёных ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: - Екатеринбург, 2008. Международный научно-практический семинар «Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением им. А.Ф. Головина»: - Екатеринбург, 2009. XVII международная конференция молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники: - Екатеринбург, 2010. Восьмой международный конгресс прокатчиков: - Магнитогорск, 2010. XVIII международная конференция молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники : - Екатеринбург, 2010. Международная конференция «Форсирование индустриально-инновационного развития металлургии»: - Алматы, 2010. Международный научно-практический семинар «Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением им. А.Ф. Головина»: - Екатеринбург, 2011. Между-народная научно-техническая конференция «Современные металлические материалы и технологии (СММТ’2011)»: - Санкт-Петербург, 2011.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в восьми печатных статьях, в том числе три в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и изложена на 152 страницах машинописного текста, включая 27 рисунков, 13 таблиц, 4 приложения и библиографический список из 91 наименования.
В результате проведения диссертационной работы достигнута поставленная цель и получены следующие результаты:
1. Разработана математическая модель температурных режимов прокатки и охлаждения раската на современном мелкосортно-проволочном стане, позволяющая определять изменение температуры металла в процессе деформации в рабочих клетях, при принудительном водяном охлаждении в трубчатых камерах, при воздушном охлаждении на виткоукладчике и роликовом транспортере с открытыми и закрытыми теплосохраняющими крышками, что создает широкие возможности для управления технологическими режимами производства проката с целью регулирования механических свойств.
2. Определены основные закономерности изменения температурных полей в сечении раската при высокоскоростной прокатке катанки в чистовом блоке клетей по системе калибров овал-круг, что позволяет оценивать изменение структуры и механических свойств по сечению готового проката.
3. Разработана математическая модель механических свойств мелкосортных круглых профилей и катанки, устанавливающая зависимость прочностных и пластических характеристик проката от химического состава стали и параметров термомеханической обработки раскатов.
4. На основе аппарата исследования операций с применением полученных в диссертации математических моделей разработана методика (модель) оптимизации технологических режимов производства проката по критериям механических свойств, усовершенствована известная модель оптимизации техно-логии по критериям быстродействия.
5. Разработан алгоритм и программа конечно-разностных расчетов процесса воздушного охлаждения витков катанки на роликовом транспортере при различных условиях его работы (программа «Воздушное охлаждение»).
6. Составлены алгоритмы расчета температуры раската и оптимизации режимов термомеханической обработки катанки различного назначения с использованием экспертной системы «Технология сортовой прокатки» и про-граммы «Воздушное охлаждение».
7. Определена степень энергосиловой загрузки оборудования стана 150. Установлены факторы, ограничивающие конечную скорость прокатки и производительность стана.
8. Предложена методика прогнозирования структуры и механических свойств готового профиля.
9. С использованием результатов диссертации разработаны и внедрены оптимальные технологические режимы производства термоупрочненной арматуры №6 класса А500 из стали СтЗсп, сварочной низколегированной катанки диаметром 5,5 мм из стали Св-08Г2С, кордовой катанки диаметром 5,5 мм из стали 70 и ряд других.
Полученные результаты являются научно-обоснованными технологическими разработками по совершенствованию процессов производства мелкосортной стали в бунтах и катанки на современных непрерывных станах с целью улучшения механических свойств и повышения производительности, что имеет существенное значение для экономики страны.
1. Разработана математическая модель температурных режимов прокатки и охлаждения раската на современном мелкосортно-проволочном стане, позволяющая определять изменение температуры металла в процессе деформации в рабочих клетях, при принудительном водяном охлаждении в трубчатых камерах, при воздушном охлаждении на виткоукладчике и роликовом транспортере с открытыми и закрытыми теплосохраняющими крышками, что создает широкие возможности для управления технологическими режимами производства проката с целью регулирования механических свойств.
2. Определены основные закономерности изменения температурных полей в сечении раската при высокоскоростной прокатке катанки в чистовом блоке клетей по системе калибров овал-круг, что позволяет оценивать изменение структуры и механических свойств по сечению готового проката.
3. Разработана математическая модель механических свойств мелкосортных круглых профилей и катанки, устанавливающая зависимость прочностных и пластических характеристик проката от химического состава стали и параметров термомеханической обработки раскатов.
4. На основе аппарата исследования операций с применением полученных в диссертации математических моделей разработана методика (модель) оптимизации технологических режимов производства проката по критериям механических свойств, усовершенствована известная модель оптимизации техно-логии по критериям быстродействия.
5. Разработан алгоритм и программа конечно-разностных расчетов процесса воздушного охлаждения витков катанки на роликовом транспортере при различных условиях его работы (программа «Воздушное охлаждение»).
6. Составлены алгоритмы расчета температуры раската и оптимизации режимов термомеханической обработки катанки различного назначения с использованием экспертной системы «Технология сортовой прокатки» и про-граммы «Воздушное охлаждение».
7. Определена степень энергосиловой загрузки оборудования стана 150. Установлены факторы, ограничивающие конечную скорость прокатки и производительность стана.
8. Предложена методика прогнозирования структуры и механических свойств готового профиля.
9. С использованием результатов диссертации разработаны и внедрены оптимальные технологические режимы производства термоупрочненной арматуры №6 класса А500 из стали СтЗсп, сварочной низколегированной катанки диаметром 5,5 мм из стали Св-08Г2С, кордовой катанки диаметром 5,5 мм из стали 70 и ряд других.
Полученные результаты являются научно-обоснованными технологическими разработками по совершенствованию процессов производства мелкосортной стали в бунтах и катанки на современных непрерывных станах с целью улучшения механических свойств и повышения производительности, что имеет существенное значение для экономики страны.
Подобные работы
- ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОКАТКИ НА МЕЛКОСОРТНО - ПРОВОЛОЧНОМ СТАНЕ 320/150 С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА
Авторефераты (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2013