CC BY
116
нецк: ДонГТУ, 2001. - С. 31-34. - Режим доступа: http://www.uran.donetsk.ua/ ~masters/2001/mech/rogkov/publ/art2/index.htm (дата обращения: 26.04.2013).
12. Калинин Е.П. Анализ схемы расположения абразивных зёрен в объёме шлифовального круга / Е.П. Калинин, М.А. Шашков // Известия вузов. Машиностроение. - 1986. - № 6. - С. 136-140.
СОРТАМЕНТ ПРОДУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТОВ НА ТОЛСТОЛИСТОВЫХ СТАНАХ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
© Воронин С.С.*, Усатый Д.Ю.*
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск
В данной статье рассмотрены основные виды продукции, выпускаемой толстолистовыми станами, а также способы прокатки заготовок на реверсивных клетях. Кратко описаны технологические операции производства листов, обжатие слябов в вертикальных и горизонтальных валках. Представлены основные способы формирования листов: продольная прокатка, поперечная прокатка, прокатка «на угол». В каждом из способов выделены основные преимущества и недостатки.
Ключевые слова стан, металлопродукция, прокатка.
За последние несколько десятков лет продолжает увеличиваться потребность в толстолистовом прокате. Листы больших размеров чаще всего используются в машино- и судостроении, транспортной, энергетической (атомной) промышленности. Растет спрос на производство электросварных труб большого диаметра. В связи с этим увеличивается и доля производства толстых листов, которая в некоторых странах уже достигает половины всего прокатного производства. В развитых странах строятся новые толстолистовые станы (ТЛС) с большой мощностью и высокой точностью размеров выпускаемой продукции. Параллельно улучшается качество поверхности и механические свойства прокатываемой стали. С 1995 года в мире введено в эксплуатацию около 30 новых ТЛС.
По мере внедрения в цикл металлургического производства кислородных конверторов и машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), в качестве исходной заготовки для ТЛС используются непрерывнолитые слябы. Большое преимущество такого способа производства заготовок - увеличенный, по сравнению с разливкой стали в изложницы, выход годного. Прокатка
* Аспирант кафедры «Электроники и микроэлектроники».
* Доцент кафедры «Электроники и микроэлектроники», кандидат технических наук.
100
ДОСТИЖЕНИЯ вузовской науки
толстых листов из отлитых слитков сохранилась только на старых, не модернизированных станах.
Возможности современного ТЛС позволяют прокатывать листы толщиной до 500 мм и более, шириной до 5350 мм, при этом масса одного листа может достигать 90-100 т. В каждой стране существуют свои стандарты относительно размеров толстого листа. Например, в Великобритании [1] толстым считается лист от 3 мм, в США - более 4,8 мм.
В России, согласно действующим государственным стандартам, к горя-чекатанной толстолистовой стали относят листы толщиной от 4 до 160 мм, шириной от 600 до 4900 мм, причем листы с толщиной более 60 мм относятся к классу плит. По ГОСТ 1577-93 прокат изготавливают широкополосный (6-60 мм), листовой (4-160 мм) и рулонный (4-12 мм). Кроме размеров, листовой прокат разделяют по точности прокатываемой стали (повышенной и нормальной точности), по характеру кромки листа (с обрезной и с необрезной кромкой), а также по плоскостности.
Листы толщиной менее 4 мм называются тонкими. Однако последнее время деление листов на толстые и тонкие перестает иметь четкую границу. Это связано с возможностью прокатывать на одном и том же стане сортамент, в который входит производство как толстого, так и тонкого листа, а также с развитием непрерывной прокатки.
Автором [2] приведена одна из классификаций наименования листовой стали в зависимости от толщины и ширины проката (рис. 1). Универсальной считается горячекатанная сталь от 4 до 60 мм толщиной, от 160 до 1050 мм шириной. Однако в последнее время границы размеров универсальной стали обретают все большую условность.
Рис. 1. Классификация размеров и наименования профилей листовой стали: I - лента, II - полоса, III - универсальная, IV - рулонная холоднокатанная, V - рулонная горячекатанная, VI - лист, VII - плита
80
Г
И
Ш0 1200 2000 2800 Ширина, мм
5200
Современные станы позволяют выпускать плиты толщиной более 160 мм. Оборудование стана 5000 ОАО «Северсталь» позволяет получать плиту толщиной 300 мм и более, широко развито производство особо толстого листа в Японии, где большое количество продукции перевозится морским путем. В связи с этим, возникает потребность в судостроении и, как следствие, в толстолистовом металле. В настоящее время Япония является лидером по производству качественного толстого листа. Широко развито производство и в США, Германии, Китае, России. Последняя использует листы для строительства новых нефте- и газопроводов. Основными производителями толстолистового проката в России являются станы 5000 на ОАО «Северсталь», ОАО «ММК» и ОАО «ВМЗ», причем два последних были запущены в эксплуатацию в 2009 и 2011 году соответственно. Успешно справляются с выпуском толстых листов станы 2800 на ОАО «Северсталь» и ОАО «Уральская Сталь», стан 2300 ОАО «Мечел», а также ряд широкополосных станов.
Кроме листов с прямоугольным сечением в последнее время наблюдается производство продукции с переменным профилем как по толщине, так и по ширине. Это связано с тем, что конструкции, которые изготавливаются из прокатываемой стали, испытывают при эксплуатации различные нагрузки по сечению. Чем толще участок листа, тем большие нагрузки он может выдержать. Некоторые профили толстого листа показаны на рис. 2.
К ^ С
Рис. 2. Примеры профилей толстого листа
Однако для того, чтобы получить листы не только сложного, но и стандартного (прямоугольного) сечения необходимо четко соблюдать технологию прокатки. Она же, в свою очередь, зависит от огромного количества параметров, каждый из которых по-своему отражается на форме и качестве готовой продукции.
К основным технологическим операциям производства толстых листов можно отнести нагрев заготовки, прокатку, правку и термообработку, охлаждение, резку и правку, а также защиту поверхности листов от коррозии. Причем последовательность этапов после прокатки может отличаться от приведенной. Также, в зависимости от оборудования и требований к конечной заготовке, могут присутствовать дополнительные технологии по отделке листов.
Кроме самой технологии прокатки качество листов зависит еще и от исходной заготовки, качества выплавки и разливки стали. Здесь главные параметры - минимальное содержание вредных примесей, таких как сера и фосфор, различные неметаллические включения и газовые поры, качество поверхности исходных слитков. Поэтому после разливки дефекты удаляют с помощью машин огневой зачистки (МОЗ).
Перед прокаткой слябы нагревают до необходимой температуры в методических печах толкательного типа или с шагающими балками с боковой или торцевой выдачей нагретых заготовок. Затем для удаления окалины применяют гидросбив с подачей воды под давлением в десятки МПа. После операции «взламывания» окалины слиток задается в клеть прокатного стана.
Большинство реверсивных клетей прокатного стана четырехвалковые с электромеханическими и гидравлическими нажимными устройствами, при этом модуль жесткости современных клетей достигает 12 МН/мм.
Для придания слябу необходимой ширины перед прокаткой в клети с горизонтально расположенными валками используется обжатие в вертикальной клети. Прокатка в вертикальных валках зачастую применяется для разрыхления окалины, которая затем удаляется струей воды на гидросбивах. Для разрыхления окалины, как правило, производят один пропуск в вертикальных валках, если не требуется дополнительное обжатие сляба для придания формы. Более качественного удаления окалины добиваются за счет установки вертикальных валков с калибрами.
Размеры и протяженность участков взламывания окалины зависит от интенсивности пластической деформации. Опытные данные показывают [3], что наиболее целесообразно применять взламывание окалины в вертикальных валках при ширине раската 1200-1500 мм с обжатием от 80 мм. Условия прокатки слябов в вертикальных валках достаточно точно отображает формула И.Я. Тарновского и В.П. Котельникова:
где Ит - глубина проникновения пластической деформации; ксл - начальная толщина сляба;
4 - длина очага деформации при обжатии сляба в вертикальной клети.
При прокатке сляба в вертикальных валках концы раската имеют суженную форму за счет неравномерности деформации (рис. 3а). Поперечные сечения раската также являются различными по мере раската (рис 3б).
Такое формирование геометрии листа происходит благодаря тому, что сначала металл течет в продольном направлении, а затем уже переходит на узкие грани, отчего и формируется выпуклость боковых граней. Ширина переднего конца раската становится меньше из-за большего обжатия по сравнению с последующими сечениями в средней части раската.
После разрыхления печной окалины и придания слябу необходимой формы раскат направляют в клеть с горизонтальными валками. Иногда по мере прокатки в горизонтальной клети заготовку возвращают в вертикальную клеть для придания требуемых размеров по ширине и выравнивания боковых кромок. Однако это увеличивает время прокатки заготовки на толстолистовом стане.
(1)
Рис. 3. Форма раската в плане и поперечные сечения раската после прокатки в вертикальных валках
В зависимости от выбранной схемы деформации после проработки сляба в вертикальных пропусках в реверсивной черновой клети могут производить протяжку (вытяжку) заготовки. Это позволяет придать необходимую форму листу в плане, а также улучшить зернистую структуру металла и устранить дефекты, полученные при разливке стали. Протяжка чаще всего осуществляется за несколько первых проходов, длина раската примерно соответствует длине бочки валков. Протяжку ведут в направлении, совпадающем с длиной сляба. Прокатка металла в протяжных пропусках ведется при условии максимального обжатия. Необходимо это для того, чтобы проработать не только верхние, но и центральные слои металла. В итоге, после протяжки выравнивается толщина сляба, что позволяет современным автоматизированным системам более точно рассчитывать дальнейшие режимы обжатия.
К основным схемам прокатке слябов на ТЛС можно отнести продольную и поперечную схему деформации, а также прокатку «на угол». В случае поперечной схемы сляб кантуют на 90° и прокатывают до установленной толщины без дальнейшего поворота сляба (рис. 4).
Рис. 4. Поперечная схема прокатки и геометрия готового листа в плане
Из рисунка видно, что ширина готового листа равна исходной длине сляба. Главное преимущество поперечной схемы - отсутствие кантовок заготовки в течение всего периода прокатки и, как следствие, большая производительность стана. Однако поперечная схема имеет свои недостатки: вследствие постоянных растягивающих напряжений, которые появляются в на-
правлении прокатки, возможны расслоения и даже разрывы в местах скопления дефектов. Также возможно образование дефектов на боковых кромках из-за неметаллических включений на торцевой грани сляба. Поэтому литые слябы по поперечной схеме не прокатывают.
Продольная схема включает в себя три основных этапа (рис. 5). На первом этапе осуществляют протяжные пропуска. На втором этапе производят кантовку сляба, затем несколько пропусков в поперечном направлении. Такие уширительные пропуски еще называют «разбивкой ширины». Прокатывают металл до образования ширины, равной ширине готового листа без учета уширения. На третьем этапе сляб снова кантуют на 90° и прокатывают в продольном направлении до получения требуемой толщины готового листа.
Рис. 5. Продольная схема прокатки с геометрией листа в плане
В продольных пропусках происходит основная деформация листа. Из-за того, что центральные дефекты раскатываются и сильно вытягиваются в направлении длины, возможно полное их устранение. Поэтому качество готового листа выше, чем при поперечной схеме прокатки. Часто для улучшения конечной геометрии листа увеличивают обжатие в первых проходах, иногда применяя обжатие боковых кромок вертикальными валками.
В целом продольная схема хорошо зарекомендовала себя и используется на многих станах. К недостаткам такой схемы можно отнести форму готового листа, которая сильно отличается от прямоугольной, а это влечет за собой большее количество обрези. Также дополнительная кантовка занимает определенное время, снижая производительность стана.
Наиболее качественное формирование листа в плане обеспечивает прокатка «на угол» (рис. 6) [4]. После протяжки сляб поворачивается рольгангами и задается в клеть под углом р. В обратном направлении прокатывают сляб под углом р2. Обычно углы р и р2 не превышают 20°.
От величины углов зависит степень роста ширины и длины раската. Вся сложность данной схемы заключается в точности поддержания рассчитанных углов в процессе прокатки. Современные системы АСУ ТП не позволяют обеспечить такую точность и вся ответственность ложится на оператора. В итоге даже небольшая ошибка приводит к значительным искажениям в геометрии листа.
Еще одним достоинством прокатки «на угол» является более плавный рост нагрузки главного привода при захвате металла валками. Снижаются удары в линии привода.
Рис. 6. Схема прокатки «на угол» (вид сверху относительно оси валков)
В заключении можно еще раз отметить, что выбор схемы прокатки зависит, главным образом, от оборудования, которое расположено на ТЛС. Растущие мощности приводов и гидронажимных устройств позволяет прокатывать листы по более сложным технологическим схемам, уменьшая тем самым количество обрези на выходе и увеличивая производительность стана.
Список литературы:
1. Коновалов Ю.В., Руденко Е.А. Настоящее и будущее агрегатов для производства горячекатанных листов и полос. Сообщение 1. Толстолистовые реверсивные станы // Производство проката. - 2008. - № 1. - С. 15-20.
2. Диомидов Б.Б., Литовченко Н.В. Технология прокатного производства. - М.: «Металлургия», 1979.
3. Зюзин В.И., Третьяков А.В. Технология прокатного производства. Справочник. Книга 2. - М.: «Металлургия», 1991.
4. Рудской А.И., Лунев В.А. Теория и технология прокатного производства: учебное пособие. - СПб.: «Наука», 2005.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПАРКОВКИ АВТОМОБИЛЯ-РОБОТА
© Гальченко Г.А.*, Логвинов В.И.*, Дроздова О.Н.*
Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону Лицей № 1 «Классический», г. Ростов-на-Дону
Рассматривается моделирование процесса парковки автомобиля-робота с помощью объектно-ориентированных языков программирования как одна из форм формирования профессиональной компетенции обучающихся.
Ключевые слова: моделирование, автомобиль-робот, профессиональная компетенция.
* Доцент кафедры Сервиса и технической эксплуатации автотранспортных средств ДонГТУ, кандидат физико-математических наук.
* Доцент кафедры Робототехники и мехатроники ДонГТУ, кандидат технических наук, доцент. " Учитель высшей категории МАОУ Лицей N° 1 «Классический».
