Елементи теорії і розробка технології стабільного процесу прокатування високих смуг з однозонним плином металу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна металургійна академія України

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.03.05 "Процеси та машини обробки тиском"

Елементи теорії і розробка технології стабільного процесу прокатування високих смуг з однозонним плином металу

Землянова Світлана Станіславівна

Дніпропетровськ 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Дніпродзержинському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Максименко Олег Павлович,

Дніпродзержинський державний технічний університет, м. Дніпродзержинськ, професор кафедри обробки металів тиском

Офіційні опоненти:

· доктор технічних наук, професор ЧИГИРИНСЬКИЙ Валерій Вікторович, Національна металургійна Академія України, м. Дніпропетровськ

· кандидат технічних наук, ГОРБАНЬОВ Аркадій Олексійович, Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної Академії наук України

Провідна установа

Державний науково-дослідний і конструкторсько-технологічний інститут трубної промисловості ім. Я.Ю Осади, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться "19" лютого 2002 р. о 12-30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.02 Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 4.

Автореферат розісланий " 17 " січня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Должанський А.М.

1. Загальна характеристика роботи

деформація прокатування метал стійкість

Нові умови ринкової економіки, подорожчання сировини, матеріалів та основних фондів у металургійній промисловості висувають на перший план задачу підвищення продуктивності технологічного процесу при безаварійній експлуатації устаткування. Інтенсифікація процесу прокатування є найбільше ефективним засобом підвищення продуктивності прокатних станів. Можливість збільшення обтиснень при деформації високих смуг істотно обмежується умовами захвату в сталому режимі. Порушення стабільності процесу прокатування, що виражається буксуванням смуги у валках, приводить до поломок устаткування і зниженню продуктивності технологічного процесу.

Актуальність теми. Робота, спрямована на вивчення стійкості процесу деформації при підвищених обтисненнях і розробку технології прокатування високих смуг із максимальними кутами захвату, є актуальною.

Крім того, питання, що стосуються граничних умов деформації в сталому режимі на обтискних станах, цікаві з наукової точки зору і потребують додаткового уточнення і розвитку.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконання дисертаційної роботи пов'язано з тематичними планами наукових досліджень Дніпродзержинського державного технічного університету. Дослідження виконані в рамках координаційного плану № 17 на 1997-1999 р.р. "Нові конструкційні матеріали і високоефективні технології їхнього виробництва" Міністерства освіти України (ДР 0100U001165). Ряд досліджень виконано згідно з наказом Міністерства освіти і науки України № 507 від 30.10.2000 р. у відповідності зі спеціальним напрямком фундаментальних досліджень 3.2 "Технологія видобутку і переробки корисних копалин" (ДР 0101U001777). Автор є виконавцем перерахованих робіт.

Мета й задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розширення діапазону умов стійкого процесу деформації, визначення граничних кутів захвату в сталому режимі, розробка технології прокатування високих смуг із максимальними кутами захвату . Для її досягнення поставлені і вирішені такі задачі:

- експериментальне дослідження випередження й поширення металу в різноманітних умовах тертя на контакті;

- теоретичне дослідження напруженого стану металу в осередку деформації та в задній зовнішній зоні при прокатуванні значних злитків, розробка методу, алгоритму і програми розрахунку на ПЕОМ;

- теоретичне дослідження напруженого стану смуги при деформації з різноманітними кінематичними умовами на контакті;

- пояснення причин стійкості процесу з негативним випередженням на основі аналізу поля внутрішніх і епюр контактних напружень;

- оцінка резерву сил тертя й уточнення граничних умов захвату в сталому режимі;

- розробка, дослідження й освоєння режимів обтиснень з негативним випередженням в осередку деформації, що забезпечують поліпшення якості готової продукції;

- експериментальне і теоретичне дослідження максимальних кутів захвату при деформації високих смуг у сталому режимі прокатування.

Об'єкт дослідження. Технологія прокатування значних злитків на обтискних станах.

Предмет дослідження. Умови стійкості процесу з однозонним плином металу на контакті, граничні умови захвату в сталому режимі при прокатуванні високих смуг.

Методи дослідження. Для теоретичного визначення механізму стійкості прокатування з негативним випередженням і максимально припустимих кутів захвату використаний метод розрахунку напруженого стану металу, заснований на вирішенні плоскої задачі пластичності за допомогою сплайнів. При проведенні фізичних експериментів застосовані методи статистичної обробки отриманих даних. При тестуванні результатів розрахунків використані відомі експериментальні дані, отримані методами фізичного моделювання (крапкових месдоз, муаровим і поляризаційно - оптичним).

Наукова новизна. Новими виступають такі найбільше вагомі результати роботи:

1. Вперше на основі експериментальних досліджень встановлено вплив задньої зовнішньої зони на випередження.

Вперше показано, що при наявності задньої зони позаконтактної деформації випередження вище, ніж без неї. Тому задня зовнішня зона може сприяти стабільності процесу прокатування.

2. Вперше, на основі аналізу контактного тиску, запропоновано теоретичне пояснення стійкості процесу прокатування високих смуг із негативним випередженням.

Вперше при вивченні механізму стабільності процесу прокатування з негативним випередженням враховано той факт, що зі збільшенням кута захвату нормальний тиск на вході металу у валки знижується. Встановлено, що виштовхуючі сили при цьому не збільшуються, і для їхньої компенсації не потрібно інтенсивного зростання втягуючих сил. У результаті такого перерозподілу радіального тиску рівновага в осередку деформації не порушується, хоча процес протікає з негативним випередженням на контакті.

3. У дисертації встановлені і науково обґрунтовані граничні умови деформації високих смуг, а також розроблені теоретичні основи визначення максимальних кутів контакту в сталому режимі.

На основі розрахунку напруженого стану в осередку деформації й у задній зовнішній зоні, і припущення, що в граничний момент прокатування питомі сили тертя досягають свого максимального значення на всій довжині зони контакту, визначені граничні умови захвату. У результаті теоретично отримані розміри максимальних кутів контакту на обтискних станах.

4. На основі теоретичного аналізу внутрішнього напруженого стану металу отримала подальший розвиток методика визначення довжини задньої зони позаконтактної деформації.

Отримано аналітичну залежність, що враховує вплив основних чинників прокатування на довжину зовнішньої зони. Крім того, запропоноване вираження може бути застосоване в якості граничної умови при розрахунку внутрішнього напруженого стану при прокатуванні високих смуг.

5. Теоретично підтверджено, що силові умови на контакті не змінюють напруженого стану в осередку деформації та у задній зовнішній зоні.

Крім того, показано, що при зміні кінематичних умов на контакті, епюри внутрішніх напружень якісно не змінюються.

Практична цінність отриманих результатів. Робота має теоретичне і практичне значення.

Результати теоретичних досліджень реалізовані у виді методу розрахунку. Запропонований метод можна використовувати для визначення напруженого стану металу в осередку деформації й у задній зовнішній зоні в умовах прокатування, близьких до граничних, і визначення максимальних кутів захвату. Отримані рішення дозволяють швидко і достатньо просто виявити області розтягуючих напружень в осередку деформації, що дає можливість коректувати існуючі режими обтиснень і розробляти нові.

У якості практичного застосування дисертації рекомендована і впроваджена технологія одержання трубної заготовки діаметром 230-270 мм на блюмінгу 1150 комбінату ім. Ф.Е. Дзержинського. Деформація металу по цій технології характеризується застосуванням підвищених обтиснень. Результати дисертаційної роботи показали, що при прокатуванні з максимальними кутами захвату процес протікає стійко. Крім того, такі умови деформації сприяють зменшенню розтягуючи напружень у приконтактних прошарках розкату.

Результати теоретичного дослідження були також використані при розробці технології прокатування листа товщиною 4-6 мм на товстолистовому стані 1200. Інтенсифікація режиму обтиснень дозволяє скоротити число проходів і збільшити температуру кінця прокатування в перший кліті. Запропонований захід дає можливість поліпшити умови деформації металу в другій, додатково встановленої кліті, і одержати більш тонкий лист.

Особистий внесок здобувача. Усі принципові наукові теоретичні та експериментальні результати, отримані в дисертації, засновані на розробках і дослідженнях, проведених автором. У процесі виконання роботи здобувач здійснював теоретичні та експериментальні дослідження, аналіз і узагальнення їхніх результатів, розробку інженерної методики розрахунку, реалізацію теоретичної моделі на ПЕОМ у виді програмного продукту. Публікації відбивають результати досліджень, виконаних при особистій участі автора.

Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи повідомлені й обговорені на: - Всеукраїнській науково - технічній конференції "Перспективні технології й устаткування обробки тиском у металургії і машинобудуванні" (Краматорськ, 20.04.1999, 20.04.2000, 18.10.2000 і 23.04.2001 р.); - V Міжнародній науково - технічній конференції "Теоретичні проблеми прокатного виробництва" (Дніпропетровськ, 16.05.2000 р.); - Міждержавній науково - методичній конференції "Комп'ютерне моделювання" (Дніпродзержинськ, 30.06.1999, 29. 062000 і 25.04.2001 р.); - трьох наукових семінарах кафедри ОМТ НМетАУ (Дніпропетровськ, 31.05.1999, 26.06.2000, 26.10.2000 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано в 6 статтях у спеціалізованих наукових виданнях, рекомендованих ВАК України для публікації результатів дисертаційних робіт.

Структура дисертації. Робота складається з вступу, п'ятьох розділів і висновків. Вона викладена на 194 сторінках, включає: таблиць - 16; малюнків - 61; список літературних джерел із 94 найменувань, додатків - 5 .

2. Основний зміст роботи

У вступі приведена загальна характеристика роботи, обгрунтована її актуальність, сформульовані мета і задачі досліджень, освітлені наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі розглянутий вплив основних чинників процесу прокатування на умови захвату металу валками в сталому режимі. Проведено аналіз схем деформації значних злитків на сучасних обтискних станах.

Основною тенденцією останніх років розвитку прокатного виробництва є інтенсифікація процесу прокатування з метою підвищення якості готової продукції. Сформовані в даний час умови ринкової економіки показують, що удосконалення конструкції і технологічного процесу на обтискних станах так само необхідно, як і розвиток МБЛЗ. Крім того, основну кількість сортового прокату в найближчому майбутньому усе ще очікується одержувати із заготовок на блюмінгах.

Стабільний захват металу валками - одна з найважливіших умов створення раціонального технологічного процесу на блюмінгу. Тому при деформації високих смуг особливе значення одержують граничні умови захвату в сталому процесі прокатування. Рівновага металу у валках визначаться співвідношенням між втягуючими і виштовхуючими силами в зоні контакту, тобто залежить від розміру нормального тиску і питомих сил тертя. У теорії прийнято, що резерв сил тертя при прокатуванні оцінюється відносною протяжністю зони випередження. Граничні умови захвату в сталому режимі наступають при зникненні цієї зони в осередку деформації, тобто в момент, коли випередження на виході металу з валків приймає нульове значення.

Проте в нечисленних лабораторних дослідженнях, проведених А.Н. Левановим, М.І. Бояршиновим, В.В. Мельцером, встановлено, що при прокатуванні високих смуг процес протікав стійко при негативному випередженні 25%. Чим забезпечується силовий баланс при відсутності зони випередження в осередку деформації, у чому полягає механізм стійкого протікання процесу прокатування високих смуг із негативним випередженням? Відомі на сьогоднішній день дослідження повної відповіді на це питання не дають.

З проведеного аналізу випливає, що граничні умови захвату високих смуг у сталому режимі вивчені недостатньо і потребують додаткового уточнення. Відповідно до цього визначені мета і задачі дослідження, подані в загальній характеристиці роботи.

В другому розділі приведене експериментальне дослідження випередження в різноманітних умовах деформації.

Клиноподібні зразки зі свинцю прокатували на лабораторному стані 180 у валках із гладкою бочкою. Випередження (S) визначали керновим методом, відстань між відбитками вимірювали мікроскопом "Мир - 25". Досвідами встановлено, що при деформації тонких смуг у валках із гладкою поверхнею граничні умови в сталому режимі наступають при випередженні, рівному нулю, що відповідає теорії. При деформації високих смуг процес протікав стійко з наявністю значного негативного випередження на контакті, і перші ознаки буксування спостерігалися при випередженні, рівному -14%. Таким чином, умова S=0 не є граничною умовою захвату при прокатуванні високих смуг.

При деформації високих смуг у більш грубих валках процес прокатування протікав стійко, не спостерігалося навіть початкових ознак гальмування металу у валках. Виміри випередження на поверхні прокатуванних смуг показали, що на значній ділянці довжини зразків випередження було негативним. З збільшенням висоти смуги і кута захвату випередження зменшувалося до мінімального негативного значення, із моменту, коли в осередок деформації ввійшла задня грань зразка і кут захвату почав зменшуватися, випередження збільшилося до нуля і стало позитивним. Експеримент дозволив встановити, що при прокатуванні високих смуг у валках із загрубленною поверхнею можливо стійке протікання процесу з негативним випередженням.

Відповідно до досліджень М.І. Бояршинова, В.В. Мельцера, А.Н. Леванова, прокатування з негативним випередженням можливе лише в тому випадку, якщо поперечний плин металу буде слабшати. При цьому, за рахунок збільшення подовжнього ковзання, відбудеться поворот вектора повної сили тертя в напрямку прокатування і зросте резерв втягуючих сил.

Для того, щоб досліджувати взаємовплив випередження й уширення, провели досвід, у якому прокатували товсті прямокутні зразки однакової початкової висоти і різної початкової ширини з обтисненням . Одержали такі результати: при прокатуванні вузької смуги уширення , а випередження ; при деформації порівняно широкої смуги уширення , а випередження . Встановили, що більшому уширенню відповідає більш значне негативне випередження. Підрахунок співвідношення між втягуючими і виштовхуючими силами на ділянках уширення показав, що зі збільшенням поперечного плину металу в цих областях переважають втягуючі сили, що може бути причиною стійкості прокатування з негативним випередженням.

Для того, щоб досліджувати випередження при прокатуванні без уширення, у наступному досвіді прокатали зразки початковою шириною і встановили, що при прокатуванні в даних умовах процес може здійснюватися стійко з негативним випередженням на контакті .

Проведений експеримент дозволив зробити висновок, що такі параметри, як векторіальність сил тертя й уширення, не цілком пояснюють механізм стійкості процесу з однозонним плином в осередку деформації. Очевидно, питання пояснення стабільності прокатування з негативним випередженням потребує також аналізу силових параметрів на контакті металу з валками, тобто аналізу розподілу нормального тиску і питомих сил тертя по дузі захвату.

У роботі вперше проведене вивчення впливу задньої зовнішньої зони, характерної для прокатування високих смуг, на випередження. Для порівняння розміру випередження в різноманітних умовах прокатування за результатами експериментів були побудовані дві залежності. Перша характеризує зміну випередження при прокатуванні клиноподібних смуг із підвищенням обтиснення, тобто процес прокатування з наявністю задньої зовнішньої зони: у таких умовах випередження зменшується. Друга залежність описує зміну випередження, починаючи з моменту, коли задній кінець металу ввійшов в осередок деформації, і процес протікає з убуванням кута захвату: випередження при цьому зростає. На основі порівняння розміру випередження для однакових кутів контакту і різних умов деформації зроблений висновок, що при наявності задньої зовнішньої зони випередження вище, чим без її. Таким чином, задня зовнішня зона також може виступати регулятором стійкості процесу прокатування з негативним випередженням.

У третьому розділі подана математична модель для розрахунку напруженого стану металу при прокатуванні високих смуг.

В основу методики покладена плоска задача пластичності, вирішена за допомогою лінійного сплайна й отримані в результаті цього рішення формули для визначення нормальних подовжніх і вертикальних, а так само дотичних напружень. У якості граничних умов визначили довжину задньої зони позаконтактної деформації і використовували вираження, що зв'язують контактні і внутрішні напруження.

Теоретичним шляхом визначена довжина задньої зовнішньої зони:

(1)

де - відносне обтиснення;

- параметр форми осередку деформації в подовжньому напрямку;

- постійні коефіцієнти, період тригонометричної функції. При вираження (1) дає результати, близькі до експериментальних даних.

де - постійний коефіцієнт кусочно-лінійної функції в 1-му інтервалі;

- коефіцієнт, визначаємий з умови, що в приконтактному прошарку металу, що відповідає нейтральному куту, дотичні напруження в першому наближенні рівні нулю;

- початкова висота смуги; - довжина осередку деформації;

- поперечний перетин осередку деформації.

У роботі прийнята епюра розподілу питомих сил тертя при прокатуванні високих смуг в умовах, близьких до граничних. Виходячи з того, що при деформації високих смуг на обтискних станах із великими кутами захвату поверхню робочих валків загрубляють, припустили, що сили тертя великі і на частині зони контакту досягають свого максимального значення. Їхній розмір не залежить від нормального тиску і визначається тільки внутрішнім ковзанням приконтактних прошарків металу.

Розрахунок поля напружень в осередку деформації й у задній зовнішній зоні, отриманий із застосуванням розробленої методики, дає результати, що якісно відповідають досвідам. Отримана картина поля напружень дозволяє виявити області дії розтягуючих напружень, і розробити такі режими обтиснень, при яких очікується гарна якість металу. Область застосування запропонованої методики - прокатування злитків у сляби на обтискних станах. Розроблений метод дослідження напруженого стану металу реалізований на ПЕОМ і застосований надалі при розрахунку поля напружень в умовах прокатування високих смуг, близьких до граничних.

У четвертому розділі розроблений механізм стійкості прокатування з негативним випередженням.

Проведено аналіз епюр контактних напружень при деформації високих смуг в умовах, близьких до граничних. Встановлено, що зі збільшенням кута захвату при переході до негативного випередження тиск на метал у входу у валки падає, а на виході - зростає. За рахунок такого перерозподілу тиску виштовхуючі сили підвищуються незначно, і для зберігання рівноваги смуги в осередку деформації не потрібно інтенсивного росту втягуючих сил.

При подальшому збільшенні кута захвату тиск металу на валки підвищується (мал.2,б). Необхідна за умовами рівноваги сила тертя зростає за рахунок росту довжини дуги контакту і ковзання на виході смуги з валків і ще спроможна скомпенсувати ріст виштовхуючих сил. Прокатування ведеться з негативним випередженням, але не в граничних умовах. Рівновага смуги у валках зберігається доти, поки сила тертя не досягне по всій контактній поверхні свого максимального значення

Подальше підвищення обтиснення приведе до гальмування металу у валках, тому що резерви для росту сил тертя вичерпані.

Таким чином, поряд із векторіальністю сил тертя й уширенням, ще одним поясненням стійкості процесу прокатування з негативним випередженням є особливості розподілу контактних напружень, тобто падіння тиску на вході в осередок деформації зі збільшенням кута захвату, що і дозволяє зберегти рівновагу металу у валках у даних умовах.

На підставі припущення про те, що в граничних умовах прокатування по всій довжині осередку деформації , розроблена методика визначення максимального кута захвату при прокатуванні високих смуг. Теоретично отримані якісно і кількісно узгодяться з експериментальними даними. Метод розрахунку граничних і оптимальних кутів контакту може бути застосований при проектуванні і коригуванні режимів деформації на обтискних станах.

У п'ятому розділі приведена технологія прокатування високих смуг в умовах, близьких до граничних.

Результати, отримані в дисертації, використані при розробці технології прокатування більш тонких листів на товстолистовому стані 1200. Спочатку до складу цього стана входила дуореверсивна універсальна кліть, що має пару горизонтальних валків діаметром із довжиною бочки 2100 мм і дві пари вертикальних валків діаметром і довжиною бочки 450 мм. Найменша товщина смуги, яку можна одержати на даному стані, дорівнює 7 мм. З метою одержання листа товщиною 4 мм устаткування стана доповнили другою кліттю, у якій передбачалося робити чистовий прохід. Нова кліть має пару горизонтальних валків діаметром 840 мм із довжиною бочки 1250 мм.

Для того, щоб зберегти температуру металу при прокатуванні в чистової кліті достатньо високою, було запропоновано скоротити число пропусків у чорновій кліті шляхом інтенсифікації режиму обтиснень металу, що в ній деформується. У результаті такого заходу стара схема прокатування, що складається з 13 пропусків і спроектувала для одержання металу товщиною 7 мм, була замінена на нову, що дозволяє одержати лист товщиною 5,5 мм за 9 проходів. Готовий лист товщиною 4 мм передбачається одержувати в другій кліті після 10-го пропуска.

Розрахунок контактних напружень у всіх проходах показав, що при більш інтенсивному обтисненні процес протікає стабільно, без буксування (мал.3, прохід №1), хоча умови захвату близькі до граничних. Енергосилові параметри при інтенсивній схемі прокатування не перевищують припустимих розмірів. Запропонований режим обтиснень є здійсненим за умовами захвату і енергосиловими параметрами процесу.

Інтенсифікація режиму обтиснень у чорновій кліти стана 1200 дозволила зберегти температуру металу, що приходить у чистову кліть, більш високою (якщо порівняти температуру кінця прокатування листа товщиною 7 мм за 13 і 7 проходів, то в останньому випадку температура металу на 94,5о більше). З застосуванням нової схеми деформації поліпшилася пластичність металу в чистовій кліті і з'явилася можливість одержати лист товщиною 4 мм на товстолистовому стані.

Результати роботи так само були використані при розробці технології одержання круглої сталі діаметром 230-270 мм на блюмінгу 1150 Дніпровського металургійного комбінату. Перенесення прокатування круглої заготовки на блюмінг дозволило розвантажити обтискну кліть 900 ТЗС і виключити підігрів металу в методичних печах. Виходячи з аналізу граничних умов захвату й стійкості процесу прокатування було запропоновано інтенсифікувати режим обтиснень при одержанні круглої заготовки на блюмінгу. По новій технології абсолютні обтиснення були збільшені на 10-20 мм і склали 90-95 мм. У результаті цього схема прокатування скоротилася на два пропуски, параметр форми збільшився з 0,3 до 0,65, кути захвату зросли з 0,39 до 0,43 рад, що поліпшило умови для проробки внутрішніх прошарків злитка.

Теоретичний розрахунок контактних напружень для умов прокатування в проходах № 1,2,5-10, показав, що зі збільшенням обтиснень рівновага між втягуючими і виштовхуючими силами в осередку деформації не порушується, процес прокатування буде проходити стійко, хоча і з негативним випередженням на контакті. Теоретичний аналіз внутрішнього напруженого стану металу показує, що після інтенсифікації режиму обтиснень розтягуючі напруження у приконтактному прошарку на виході з осередку деформації знижуються майже вдвічі, що характерно для всіх проходів. Таким чином, при прокатуванні круглої заготовки з підвищеними обтисненнями варто очікувати поліпшення якості металу.

Розроблена в даному дослідженні методика визначення напруженого стану металу і максимальних кутів захвату дозволила спроектувати режим обтиснень для прокатування трубної заготовки на блюмінгу 1150, при якому забезпечується стійке протікання процесу прокатування і гарна якість металу.

Висновки

У дисертації наведені елементи теорії обробки металів тиском і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в розширенні діапазону умов стійкого процесу деформації, визначенні граничних кутів захвату в сталому режимі, розробці технології прокатування високих смуг із максимальними кутами захвату . Основні висновки такі:

1. У результаті експериментального вивчення випередження й уширення в різноманітних умовах тертя на контакті підтверджено, що при прокатуванні високих смуг процес може протікати стійко при наявності значного негативного випередження на виході металу з валків. Досвід показав, що з ростом поперечного плину металу втягуючі сили у зонах уширення починають переважати над виштовхуючими, тому уширення металу може забезпечити стійке протікання процесу з негативним випередженням. Крім того, експериментом установлено, що при прокатуванні високих смуг без уширення процес також може протікати стабільно при негативному випередженні на контакті смуги з валками.

2. У роботі вперше проведений аналіз впливу задньої зовнішньої зони, характерної для прокатування високих смуг, на випередження. На основі порівняння розміру випередження для однакових кутів контакту і різних умов деформації зроблений висновок, що при наявності задньої зовнішньої зони випередження вище, чим без її. Таким чином, задня зовнішня зона також може виступати регулятором стійкості процесу прокатування з негативним випередженням.

3. Розроблено метод розрахунку напруженого стану при прокатуванні високих смуг в осередку деформації й у задній зовнішній зоні, що дозволяє виявити області дії розтягуючих напружень. Методика може застосовуватися для проектування і коригування режимів обтиснень при одержанні слябів на обтискних станах і при прокатуванні товстих смуг у перших проходах на товстолистових станах.

4. Виходячи з аналізу внутрішнього напруженого стану металу, отримала подальший розвиток методика визначення довжини задньої зони позаконтактної деформації. Запропоновано аналітичне вираження для її розрахунку. Довжина задньої зони залежить від параметра форми і відносного обтиснення : із ростом довжина задньої зони зменшується, а зі збільшенням обтиснення - зростає. Теоретично розрахована довжина задньої зони позаконтактнїй деформації якісно узгодиться з експериментальними даними.

5. У роботі проведений теоретичний аналіз поля внутрішніх напружень при прокатуванні високих смуг в умовах, близьких до граничних. Підтверджено, що при зміні кінематичних і силових умов на контакті валків і смуги, тобто при наявності зони випередження, при нульовому випередженні і при повному відставанні в осередку деформації, картина внутрішніх напружень якісно не змінюється. Варіювання видом епюри розподілу питомих сил тертя не відбивається на характері напруженого стану в осередку деформації й у задній зовнішній зоні.

6. В результаті теоретичного дослідження контактних напружень при деформації високих смуг в умовах, близьких до граничних вперше встановлено ще одну причину стабільності процесу з негативним випередженням. Показано, що зі збільшенням кута захвату нормальний тиск на вході в осередок деформації знижується, а на виході з нього - зростає. При цьому виштовхуючі сили збільшуються незначно і не потребують інтенсивного росту втягуючих сил. Такий перерозподіл тиску при підвищенні обтиснення сприяє зберіганню рівноваги в осередку деформації і є причиною стійкості процесу прокатування з негативним випередженням. При подальшому збільшенні кута захвату тиск металу на валки на вході в осередок деформації підвищується, зростають виштовхуючі сили. Втягуючі сили ще спроможні зрости до розміру, необхідного за умовами рівноваги. Процес прокатування протікає стійко, хоча випередження на виході з зони контакту продовжує зменшуватися. Коли сили тертя досягають свого максимального значення на всій довжині осередку деформації, резерв втягуючих сил вичерпується, і виштовхуючи сили починають переважати. Рівновага металу у валках порушується, і подальше протікання процесу прокатування стає неможливим.

7. Розроблено методику визначення максимального кута захвату при прокатуванні на обтискних станах з урахуванням негативного випередження в осередку деформації. В основу цієї методики закладено припущення, що в граничний момент прокатування сили тертя досягають свого максимального значення, рівного опорові деформації чистого зсуву по всієї довжині зони контакту. Теоретично розраховані максимально припустимі кути захвату кількісно узгодяться з експериментальними даними і можуть застосовуватися при інтенсифікації схем прокатування на обтискних станах.

8. Результати роботи були використані для інтенсифікації режиму обтиснень і дослідження граничних умов захвату при прокатуванні металу на товстолистовому стані 1200. Інтенсифікація режиму обтиснень призвела до підвищення температури кінця прокатування в чорновій кліті, що поліпшило умови деформування смуги в чистовій кліті стана. Приведені в роботі дослідження застосували при освоєнні технології прокатування круглої заготовки на блюмінгу 1150. За результатами аналізу внутрішнього напруженого стану й стійкості процесу прокатування було запропоновано інтенсифікувати режим обтиснень.

Основні результати дисертації викладені у роботах

1. Максименко О. П., Подберезный Н. П., Землянова С. С. К вопросу о предельных условиях захвата при прокатке высоких полос // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у машинобудуванні та металургії: Зб. наук. пр. - Краматорск. - 1999. - С. 187-190.

2. Максименко О. П., Землянова С. С. Контактные напряжения при прокатке с отрицательным опережением // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у машинобудуванні та металургії: Зб. наук. пр. - Краматорск - Слав`янськ. - 2000. - С. 267-272.

3. Максименко О. П., Землянова С. С. Теоретическое исследование предельных углов захвата в установившемся режиме при прокатке высоких полос // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у машинобудуванні та металургії: Зб. наук. пр. - Краматорск. - 2000. - С. 54-57.

4. Максименко О. П., Землянова С. С. Исследование предельных условий захвата при прокатке высоких полос // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - №5. - С. 32-34.

5. Максименко О. П., Землянова С. С. Экспериментальное исследование уширения при однозонном течении металла // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском у машинобудуванні та металургії: Зб. наук. пр. - Краматорск. - 2001. - С. 590-594.

6. Максименко О. П., Подберезный Н.П., Землянова С. С. Опережение при нестационарном процессе прокатки // Известия вузов. Черная металлургия. - 2001. - №4. - С. 29-31.

Додаткові наукові результати відображені в роботах:

7. Максименко О. П., Землянова С. С. Прокатка высоких полос с отрицательным опережением // Труды науч.-метод. конф. "Компьютерное моделирование". - Днепродзержинск: ДГТУ. - 1999. - С. 67

8. Максименко О. П., Землянова С. С. Контактные напряжения при прокатке высоких полос в предельных условиях // Труды науч.-метод. конф. "Компьютерное моделирование". - Днепродзержинск: ДГТУ. - 2000. - С. 223-224.

9. Максименко О. П., Землянова С. С. Устойчивость процесса прокатки с отрицательным опережением // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - № 8-9. - С. 174-176. (Материалы доклада на конференции).

10. Максименко О. П., Землянова С. С. Опережение при прокатке высоких полос // Сборник научных трудов Днепрдзержинского государственного технического университета. В 2-х томах. - Днепродзержинск: ДГТУ. - 2000. - Т.2 - С. 103-104.

11. Максименко О. П., Землянова С. С. Исследование опережения и уширения при прокатке высоких полос // Труды науч.-метод. конф. "Компьютерное моделирование". - Днепродзержинск: ДГТУ. - 2001. - С. 22-23.

Аннотация

Землянова С.С. Элементы теории и разработка технологии стабильного процесса прокатки высоких полос с однозонным течением металла. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - "Процессы и машины обработки давлением". - Днепродзержинский государственный технический университет, Днепродзержинск, 2001.

Работа посвящена изучению актуальных вопросов устойчивости процесса деформации при интенсивных обжатиях и разработке технологии прокатки высоких полос с максимальными углами захвата.

Стабильный захват металла валками - одно из важнейших условий создания рационального технологического процесса на блюминге. Поэтому при деформации высоких полос особое значение приобретают предельные условия захвата в установившемся процесса прокатки, которые наступают при выклинивании зоны опережения в очаге деформации. На основе анализа немногочисленных лабораторных исследований, которые свидетельствуют о стабильном протекании процесса с отрицательным опережением на контакте металла с валками, следует, что предельные условия захвата при прокатке высоких полос в установившемся режиме изучены недостаточно и требуют дополнительного уточнения.

В работе проведено экспериментальное исследование опережения в различных условиях деформации. При прокатке в гладких валках торможение тонких полос наступало при нулевом опережении, при деформации высоких полос процесс обрывался при значительном отрицательном опережении на контакте. При прокатке высоких полос в валках с загрубленной поверхностью и высокими углами захвата процесс осуществлялся устойчиво с однозонным течением металла. Исследование взаимовлияния опережения и уширения показало, что при увеличении поперечного течения металла опережение становится более отрицательным. Также установлено, что устойчивый процесс прокатки высоких полос с отрицательным опережением может осуществляться и без уширения.

Для того, чтобы исследовать напряженное состояние металла при прокатке в условиях, близких к предельным, с помощью линейного сплайна была решена плоская задача пластичности. Получены уравнения для определения внутренних напряжений и длины задней внешней зоны.

Разработан механизм устойчивости прокатки с отрицательным опережением. Проведен анализ эпюр контактных напряжений при деформации высоких полос в условиях, близких к предельным. Установлено, что с увеличением угла захвата при переходе к отрицательному опережению давление на металл у входа в валки падает, а на выходе - возрастает. За счет такого перераспределения давления выталкивающие силы повышаются незначительно, и для сохранения равновесия полосы в очаге деформации не требуется интенсивного роста втягивающих сил. Разработан теоретический метод расчета максимальных углов захвата при прокатке высоких полос, который может применяться для проектирования режимов деформации на обжимных станах.

Результаты, полученные в диссертации, были использованы при разработке технологии прокатки более тонких листов на толстолистовом стане 1200. Исследование предельных условий прокатки и интенсификация режима обжатий в черновой клети позволила повысить температуру проката перед деформацией в чистовой клети, улучшить его пластичность и качество листового металла. Также результаты работы нашли применение при разработке технологии получения круглой стали диаметром 230-270 мм на блюминге 1150 Днепровского металлургического комбината. Перенесение прокатки круга на блюминг позволило разгрузить обжимную клеть 900 ТЗС и исключить нагрев металла в методических печах. Интенсификация режима обжатий при производстве круглой заготовки на блюминге 1150 привела к сокращению схемы деформации на два прохода, в результате чего параметр формы увеличился и улучшились условия для проработки сечения металла.

Ключевые слова: высокая полоса, отрицательное опережение, предельные условия захвата, давление, сила трения, очаг деформации, напряженное состояние, втягивающая и выталкивающая сила, обжатие, угол захвата.

Анотація

Землянова С.С. Элементи теорії і розробка технології стабільного процесу прокатування високих смуг з однозонним плином металу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.03.05 - "Процеси і машини обробки тиском". - Дніпродзержинський державний технічний університет, Дніпродзержинськ, 2001.

Робота присвячена вивченню актуальних питань стійкості процесу деформації при інтенсивних обтисненнях і розробці технології прокатування високих смуг із максимальними кутами захвату.

На основі аналізу нечисленних лабораторних досліджень, що свідчать про стабільне протікання процесу з негативним випередженням на контакті металу з валками, випливає, що граничні умови захвату при прокатуванні високих смуг у стійкому режимі вивчені недостатньо і потребують додаткового уточнення.

У роботі проведене експериментальне дослідження випередження в різноманітних умовах деформації.

Розроблено методику для визначення напруженого стана металу при прокатуванні високих смуг в умовах, близьких до граничних.

Вивчено механізм стійкості прокатування з негативним випередженням і теоретичний метод розрахунку максимальних кутів захвату при прокатуванні високих смуг, що може застосовуватися для проектування режимів деформації на обтискних станах.

Результати дисертації були використані при розробці технології прокатування листів товщиною 4 мм на товстолистовому стані 1200 і круглої сталі діаметром 230-270 мм на блюмінгу 1150.

Ключові слова: висока смуга, негативне випередження, граничні умови захвату, тиск, сила тертя, осередок деформації, напружений стан, втягуюча та виштовхуюча сила, обтиснення, кут захвату.

Summary

S.Zemlianova. Elements of the theory and development of technology stable process high bands rolling with one-zonal current of metal. - Manuscript.

Thesis on competition of scientific degree of the candidate of engineering science on speciality 05.03.05 - " Processes and machines of processing by pressure ". - Dnieprodzerhinsk State Technical University, Dnieprodzerhinsk, 2001.

The work deals with study of actual problems of stability strain process at intensive compressig and development of rolling technology of high bands with maximum angles of grab.

Because of analysis of not many laboratory researches, which testify to a stable course of process with a negative advancing on the contact of metal with rolls, it follows, that the extremal conditions of grab while of to rolling of high bands in installed mode has been investigated unsufficiently and require additional clarification.

Experimental research of an advancing in various conditions of a strain has been conducted in the work. The technique for determination of the intense state of metal while of to rolling of high bands in conditions close to limiting has been developed. The mechanism of stability of rolling with a negative advancing and theoretical method of account of maximum angles of grab during the rolling of high bands has been investigated which can be applied in designing modes of a strain on compresing mills. The results of a thesis were used during the development of technology of rolling sheets by thickness of 4 mm on thicrsheet mill 1200 and round steels by diameter of 230-270 mm on bluming mill 1150.

Key word: a high band, negative advancing, extremal conditions of grab, pressure, force of friction, center of a strain intense condition involving and which is pushing out a force, compression, angle of grab.

Размещено на Allbest.ru

...