CC BY
54
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
2005 р.
Вип. № 15
УДК 621.771.23/24:621.983.7
Карнаушенко H.A.1, Васекин A.B.2, Омельяненко H.H.3, Радушев A.A.
СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ МЕТАЛЛА В ОБЖИМНОМ И ЛИСТОПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВАХ В УСЛОВИЯХ ОАО «ММК ИМ. ИЛЬИЧА»
Представлен обзор научно-технических разработок, выполненных в рамках сотрудничества кафедры обработки металлов давлением ПГТУ и листопрокатного комплекса ОАО «ММК им. Ильича», продолжающегося более 40 лет. Одним из основных направлений его является снижение потерь металла при прокатке и повышение качества продукции на слябинге 1150 и непрерывном широкополосном стане 1700.
Заготовкой для производства листовой продукции в условиях ОАО «ММК им. Ильича» является сляб, получаемый методами прокатки на слябинге 1150 и непрерывного литья на МНЛЗ конвертерного цеха.
Целью исследований являлось повышение технико-экономических показателей производства слябинга 1150, как отдельного технологического объекта, а также в комплексе его с непрерывным широкополосным станом 1700 (НТТТС 1700) за счет снижения потерь металла с боковой и, особенно, с концевой обрезью.
Существующая на комбинате практика использования т.н. «ремонтных» изложниц позволила повысить период их эксплуатации от 70-75 до 110-120 наливов.
Вместе с тем, получаемые из «ремонтных» изложниц слитки, имеют сложную форму с двумя участками конусности и увеличенную площадь поперечного сечения в донной части. Это приводит к тому, что при обычных режимах прокатки на слябинге большая часть металла смещается на заднюю часть слитка. В связи с этим, закат на донном торце сляба превышает по протяженности искажение переднего торца.
Ранее было подтверждено предположение о превышении искажения заднего торца раската над передним при однократной нереверсивной прокатке. Определен также диапазон величин фактора формы очага деформации, в котором практически не наблюдается искажения торцов (диапазон перехода от относительно толстых к относительно тонким полосам) [3]. Пришли к выводу, что головная обрезь проката формируется металлургическими причинами и величина заката в этой части не превышает длину обрези, Поэтому целесообразно строить режим деформации на слябинге так, чтобы максимальные обжатия приходились на те проходы, в которых донная часть раската является передним по ходу прокатки концом.
При проведении комплексных исследований на лабораторном слябинге ПГТУ и в промышленных условиях на слябинге 1150, были получены математические зависимости величины искажения переднего и заднего торцов раската (разности между длинами по оси и по приконтактной поверхности) от фактора формы очага деформации и абсолютного обжатия:
где а - эмпирический коэффициент;
п - коэффициент, показывающий превышение величины заднего наката по отношению к переднему;
1 ПГТУ, канд. техн. наук, проф.
2 ПГТУ, ст. препод.
3 ОАО «ММК им. Ильича», главный прокатчик
4 ОАО «ММК им. Ильича, инженер-технолог.
(1)
Ф0 - величина фактора формы очага деформации, при которой вертикальный торец
раската практически не искажается;
Фо.дл - величина фактора формы в текущем проходе;
1нп.1-1, ¿нзл-1 - величины соответственно переднего и заднего наката в предыдущем
проходе;
ЛИ - абсолютное обжатие в горизонтальных валках в текущем проходе;
/ - номер текущего прохода.
Разработаны, запатентованы [7] и внедрены в производство режимы обжатий для всего диапазона размеров слябов при задаче слитка в первом проходе, как головной, так и донной частью, позволяющие существенно снизить потери металла с обрезью (до 10 кг/ т).
Высококачественный холоднокатаный лист с соответствующей структурой, механическими свойствами и состоянием поверхности (в частности - автолист), можно получить лишь из стали непрерывной разливки.
На MHJ13 комбината производят литые слябы с минимальным сечением 250 х 1550 мм. Для получения холоднокатаных листов сечением 1,5 х 1400 мм возникла необходимость получать горячекатаную полосу сечением 3,8 х 1460 мм на НТТТС 1700 из слябов 130 х 1470 мм [5]. Такие слябы не могут непосредственно прокатываться на НТТТС поэтому есть необходимость в уменьшении (редуцировании) площади их поперечного сечения.
На слябинге 1150 из непрерывно-литых заготовок освоено получение катаных слябов сечением от 160 х 1050 до 125 х 1550 мм.
При разработке технологии редуцирования [7] были установлены пределы допустимых суммарных обжатий вертикальными валками и частных обжатий по проходам в горизонтальных и вертикальных валках, определены расходные коэффициенты при редуцировании и пропускная способность основного оборудования.
Изучено влияние частных обжатий вертикальными и горизонтальными валками на качество поверхности узких и широких граней редуцированных слябов. Исследованы внеконтактное обжатие и утяжка металла при прокатке в горизонтальных валках слябов с наплывами на широких гранях.
Точность разрабатываемых режимов прокатки в немалой степени зависит от достоверности расчета уширения в универсальной клети. Как известно, в таких условиях прокатки, уширение в горизонтальных валках, в проходе следующем за двумя проходами в вертикальных, складывается из естественного и дополнительного уширений [2]
где АЬе - приведенное по высоте раската естественное уширение металла в горизонтальных валках, мм;
ЛЬд - дополнительное уширение в горизонтальных валках после двух проходов в вертикальных валках, мм.
В свою очередь, естественное уширение определяется, как
где ЛИг - обжатие горизонтальными валками, мм;
Кпр - коэффициент приведенного по толщине естественного уширения.
В ходе работ было выяснено, что найденная зависимость коэффициента естественного уширения несколько занижает расчетные значения по сравнению с экспериментальными (расчетные уширения получились меньше экспериментальных на величину от 2 до 5 мм). Вид зависимости для расчета коэффициента естественного уширения несколько раз уточнялся [1]. Она окончательно приняла вид
АЪ^=АЪе+АЪд.
АЪе=Кп-АИг.
К .' = 990В0'14 -1,22 • В1'12 - Ф л + 8,94 • B°'s ■ Ф
npi > О.О > (
3
х1(Г4,
(2)
зд
где Ф0.д= lc/hcp ~ фактор формы очага деформации; 1д - длина очага деформации, мм; НСр - средняя толщина полосы до и после прохода, мм; В - ширина полосы, мм.
В рамках сотрудничества при работе над прокатным комплексом «слябинг 1150 - НШС 1700» были решены следующие основные задачи: стабилизация ширины полос и снижение концевой обрези на НШС.
Ширина горячекатаных полос на НШС 1700 ОАО «ММК им. Ильича» часто бывает нестабильной. Главными факторами, вызывающими разноширинность, являются [4]:
- разноширинность слябов после прокатки на слябинге;
- форма поперечного сечения сляба в зависимости от выработки валков;
- температурный клин по длине раската.
Влияние профиля поперечного сечения сляба было проверено экспериментально.
При прокатке слябов со строго прямоугольным поперечным сечением, соответствующим валкам без выработки, происходит умеренное веерообразное расширение концов, на всей остальной длине полосы ширина остается постоянной.
При прокатке сляба с выпуклым сечением, моделирующим сляб, полученный на валках с выработкой, происходит более интенсивное расширение концов, особенно заднего. На средней части длины в черновом окалиноломателе и первой клети НШС возникает утяжка ширины, в некоторых случаях вызывающая получение узких полос. Такая разноширинность может быть снижена в том случае, если компенсировать выпуклую форму широких граней сляба наплывами у кромок, создаваемыми повышенным обжатием вертикальными валками слябинга в последнем проходе.
Для получения такого сечения сляба в последних пяти проходах сначала уменьшается обжатие вертикальными валками для создания своего рода запаса ширины. В последнем проходе производится увеличенное обжатие Ahe = 35—40 мм. При этом ширина сляба получается меньше нормальной на 15—20 мм, а у боковых граней образуются наплывы размерами 6—8 мм на сторону.
При прокатке сляба с такой геометрией в черновом окалиноломателе и первой клети НШС 1700 возникает как естественное АЪе, так и дополнительное АЬд уширение. Раскаты получаются с меньшей разноширинностью и несколько меньшей шириной.
При использовании транзитной прокатки, разноширинность, обусловленная особенностями деформации слябов, осложняется влиянием разностей температур и ширины слябов. Последнее явление может быть объяснено наследственной разноширинностью слябов.
Эта разноширинность не может быть заметно снижена при обжатии вертикальными валками клетей №№ 2 и 3 НШС 1700, так как эффективность их работы значительно меньше, чем у вертикальной клети слябинга.
При прокатке слябов с наплывами разноширинность уменьшается, и ширина полос, как из головных, так и из донных слябов, в основном укладывается в пределы 20—30 мм, а ширина холодных полос укладывается в допуск +20 мм. Это показывает, что регулирование ширины полосы на НШС 1700 можно весьма эффективно осуществлять с помощью изменения режима обжатий на слябинге.
При прокатке слябов в черновой группе НШС 1700 происходит веерообразное расширение переднего и заднего концов, а торцы раскатов в плане принимают выпуклую форму. Эта выпуклость возрастает при прокатке слябов, полученных на выработанных валках, тем самым увеличивая долю концевой обрези на НШС.
Описанные выше режимы обжатий для получения слябов с наплывами на широких гранях должны способствовать снижению выпуклости торцов.
Для проверки влияния формы поперечного сечения сляба на величину донной и головной обрези была проведена прокатка слябов, как с наплывами, так и без них. На ножницах перед чистовой группой клетей НШС 1700 отбирали обрезь из подкатов сечением 25 х 1060 мм. Концы раскатов были отобраны в отдельные короба и после остывания обмерены. Затем была вычислена площадь и масса каждого листа обрези.
Обрезь от подкатов, полученных из слябов с наплывами, особенно передняя, во всех случаях была меньше, что позволяет получить экономию металла не менее 30—40 кг на каждом рулоне или до 3,5-5 кг/т.
В ходе перечисленных исследований активно использовали вычислительную технику. Была разработана математическая модель прокатки на слябинге, позволяющая рассчитывать основные геометрические и энергосиловые параметры прокатки. При этом были рассмотрены и
решены основные задачи получения оптимальных режимов прокатки на слябинге [6]. Модель реализована в среде Visual Basic 6.0 и Excel.
Перспективным направлением дальнейших исследований является изучение прокатки слитков с повышенным теплосодержанием и разработка соответствующих режимов обжатий.
Выводы
1. Математическая зависимость величины искажения торцов сляба от основных параметров очага деформации при прокатке (абсолютного обжатия, фактора формы, толщины полосы) позволяет разрабатывать режимы деформации на обжимном стане (слябинге), направленные на снижение потерь металла с донной обрезью на величину до 10 кг/т, особенно при прокатке слитков, отлитых в выработанные изложницы.
2. Разработанная технология редуцирования литых слябов позволяет получать листы наиболее ответственных назначений при меньшем сквозном расходном коэффициенте металла, по сравнению с традиционной схемой производства «слиток - сляб - лист».
3. Математическая зависимость естественного уширения от основных параметров очага деформации при прокатке широких полос позволяет с достаточной степенью точности описывать поперечную деформацию металла, что особенно важно при прокатке в универсальных клетях.
4. Подтверждено экспериментально преимущество использования слябов с наплывами на широких гранях по сравнению со слябами обычного поперечного сечения для увеличения точности полос, получаемых на НТТТС по ширине.
5. Деформация на НТТТС слябов, полученных с повышенным обжатием вертикальными валками в последнем проходе (с наплывами на широких гранях) позволяет существенно снизить обрезь при прокатке как широких, так и узких полос.
6. Разработанная модель прокатки на слябинге при реализации ее на ЭВМ с возможностью оптимизации режима деформации по некоторым критериям позволяет существенно упростить разработку новых режимов деформации на слябинге без использования дорогостоящих промышленных экспериментов.
Перечень ссылок
1. Васекин A.B. Дополнительные исследования приведенного уширения при прокатке на слябинге / А.В.Васекин II Металл и литье Украины.-2000.-№ 7-8. - С.2-3.
2. Карнаушенко H.A. Исследование деформации при прокатке слитков на универсальном слябинге: Автореферат диссертации I Н.А.Карнаушенко. - Донецк:ДЛИ, 1972. - 22 с.
3. Карнаушенко H.A. Деформация торцов толстых полос /Н.А.Карнаушенко, А.В.Васекин II Металл и литье Украины. - 2000. -№ 3-4 - С.41-43.
4. Стабилизация ширины полос и снижение концевой обрези на непрерывном широкополосном стане 1700 /Н.А.Карнаушенко, A.B.Васекин, Э.Н.Шебаниц, В.А. Клименко., H.A. Пасъко //Удосконалення процсав та обладнання обробки тиском в машинобудуванш та металургн: Межвуз1вський тематичний зб1рник наукових праць,-Краматорськ,-1999,- С. 214-217.
5. Карнаушенко H.A.. Оптимизация режима деформации слябов при их редуцировании на слябинге 1150/ Н.А.Карнаушенко, A.B. Васекин, В.А. Клименко II Тезисы докладов IV региональной научно-технической конференции. - Мариуполь. - 1997. - Т. V -«ЭКОНОМИКА». - С.4.
6. Карнаушенко H.A. Проблемы оптимизации режима деформации на слябинге /Н.А.Карнаушенко, A.B. Васекин II Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: 36. наук. пр. -Mapiymwib. - 2000. - Вип.,10. - С. 121-123.
7. Патент 32743 Украша, (13)С2 (51)7 В21В1/02. Cnoci6 прокатки сляб1в.
8. Патент 37413 Украша, (13)С2 (51)7 В21В1/38. Cnoci6 редукування литих заготовок.
Статья поступила 21.03.2005
