CC BY
18
2. Живов Л.И., Щербина В.В., Павлов В.А. и др. - «Крупногабаритные титановые фильтры» / Информационный листок Запорожского филиала. УкрНИИНТИ. - 1972. -№ 12. - 7 с.
3. В.А. Павлов, А.П. Ляшенко, В.А. Богуслаев и др. Влияние степени деформации и температуры штамповки на структуру и свойства изделий из порошкового титана / Порошковая металлургия, 1984. - № 12. - 9 с.
4. Павлов В.О., Носенко М.1., Ляшенко О.П. Можливост
використання метсдав порошково! металургй для виготов-лення деталей тдйомно-транспортних машин / Новi ма-терiали i технологи в металургй та машинобудуванш. -ЗНТУ - 1988. - № 1. - С. 36-37.
5. Носенко М.И., Павлов В.А., Ляшенко А.П.. Экспериментально-аналитический расчет силового режима и анализ энергозатрат горячей штамповки порошковых заготовок / Новi матерiали i технологи в металургй та машинобудуванш. - ЗНТУ - 1999. - № 2. - С. 69-72.
Одержано 13.12.2007
Наведено результати до^джень холодного i гарячого компактування шихт на ocHoei порошкового титану. Вивчено вплив тиску холодного пресування, гарячого штампування та термiчноi обробки на щiльнiсть та фiзико-механiчнi властивостi матерiалу Розроблет рекомендацИ до проектування конструкци порошкових заготовок для гарячого штампування.
Research results of cold and hot blending of mixture based on titanium powder are given. The influence ofpressure while cold moulding, hot stamping and thermal treatment on density and physico-mechanical properties of the material has been studied. Recommendations on the designs ofpowered blanks for hot stamping have been developed.
УДК 621.771.25:669.14.018.291.3:621.31.004.18
Д. Г. Паламарь, канд. техн. наук В. Г. Раздобреев Институт черной металлургии НАН Украины, г. Днепропетровск
УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТКИ АРМАТУРНОГО ПРОКАТА №12 В ПОТОКЕ НЕПРЕРЫВНОГО МЕЛКОСОРТНОГО СТАНА 250
Показано, что реализация технологии прокатки с пониженными температурами исходных заготовок на типовом непрерывном мелкосортном стане возможна, однако приводит к снижению его производительности.
В современных условиях вопрос об экономном использовании энергоресурсов при производстве сортового проката стоит особенно остро. Наверное, поэтому при разработке новых технологий производства продукции сортопрокатных станов или новых видов сортового проката особое внимание уделяется именно возможности наиболее рационального, т.е. с минимальными потерями, использования энергетических ресурсов.
На величину расхода энергии при производстве сортопрокатной продукции оказывает влияние достаточно большое количество факторов. Это и температура исходной заготовки, скорость прокатки и сечение готового проката, режим обжатий раската в потоке стана, а также много других.
Данные зарубежных производителей сортового проката и катанки показывают [1], что для нагрева заготовок перед прокаткой требуется тепловая энергия в количестве 1,3-1,65 ГДж/т, а на собственно прокатку
с учетом неизбежных потерь - 0,15-0,40 ГДж/т электроэнергии. Эти цифры убедительно подтверждают, что в прокатном переделе основные затраты энергии связаны с нагревом заготовок. Экспертные оценки разных исследователей показывают, что снижение температуры нагрева заготовки на 100 °С приводит к экономии общей энергии на 0,14 ГДж/т или на 9,7 % [2], а по другим [3] составит не менее 15 %.
Технология прокатки арматурного профиля № 12 на непрерывном мелкосортном стане 250-1 металлургического комбината «АрселорМиттал Кривой Рог» предполагает нагрев исходных заготовок из стали марки 3ТРпс до температур, обеспечивающих температуру раската на выходе из первой клети в диапазоне от 1140 до 1160 °С. Согласно экспериментальным данным, среднестатистическая скорость прокатки (на выходе из последней клети стана) составляет 15 м/с.
Исследования процесса непрерывной прокатки арматурного профиля № 12 проводились непосред-
© Д. Г. Паламарь, В. Г. Раздобреев, 2008
ISSN 1607-6885 Hoei Mamepia.nu i технологи в металургй та машинобудуванш №1, 2008
33
ственно в условиях производства, а также путем моделирования процесса с помощью разработанной в Институте черной металлургии НАН Украины математической модели непрерывной сортовой прокатки, которая учитывает все основные особенности производства на станах такого типа [4].
Используя адаптированную к условиям данного стана модель непрерывной прокатки [5] этого арматурного профиля, рассчитывали температуру раската на выходе из последней чистовой клети (температура конца прокатки) в диапазоне значений температур нагрева исходной заготовки 1000-1200 °С (с шагом 40 °С) и (расчетных величин) скоростей прокатки 10-16 м/с (с шагом 1 м/с).
Учитывая то, что прокатка при пониженных температурах может стать невозможной из-за превышения допустимых нагрузок на основное оборудование стана, провели исследования влияния температуры нагрева исходных заготовок и скорости прокатки на энергосиловые параметры прокатки в каждой рабочей клети стана.
Применив прием оценки относительных токовых нагрузок к оценке изменений момента прокатки, получили данные о температуре нагрева заготовок и скоростях прокатки, которые обеспечивают момент прокатки на уровне существующей технологии.
Результаты выполненных аналитических исследований показали, что для понижения в условиях МС 250-1 температуры конца прокатки до 950-960 °С потребуется понижение нагрева исходных заготовок до 1000 °С и скорости прокатки до 10 м/с. При этом в отдельных рабочих клетях стана момент прокатки увеличивается в 1,3-1,4 раза против уровня по существующей технологии.
Расчетные значения удельного расхода энергии на деформацию металла в потоке стана в исследуемом диапазоне температур исходных заготовок и скоростей прокатки по отношению к условно принятым «базовым» параметрам (температура исходной заготовки -1160 °С; скорость прокатки - 15 м/с; расчетный удель -ный расход энергии на прокатку - 61,4 кВт-ч/т) представлены в табл. 1.
На основании данных табл. 1 были получены номограммы, позволяющие определить влияние скорости прокатки арматурного профиля №2 12 и температуры исходных заготовок на изменение относительного расхода энергии на деформацию металла при его прокатке по различной технологии (рис. 1).
Обозначенные «1,0» характеристические кривые на номограмме соответствуют значениям скорости прокатки и температуры исходных заготовок, при которых удельные расходы энергии на деформацию металла при прокатке сохраняются на уровне действующей на комбинате технологии. Эти кривые делят область возможных скоростей прокатки и температур нагрева заготовок на две зоны:
- верхнюю, значения скоростей прокатки и температур исходных заготовок, в которой обеспечивают снижение удельного расхода энергии против уровня по действующей технологии на 5 % (кривая с отметкой 0,95) и более;
- нижнюю, значения скоростей прокатки и температур нагрева в которой соответствуют увеличенному удельному расходу энергии против уровня по действующей технологии на 5 % (кривая с отметкой 1,05), на 10 % (кривая с отметкой 1,10) и т.д.
По данным табл. 1, было получено регрессионное квадратичное уравнение, характеризующее влияние температуры исходных заготовок и скорости прокатки на величину относительного удельного расхода энергии на прокатку при производстве арматурного профиля № 12. Это регрессионное уравнение имеет вид:
Аотн,№12 = 2,8783 - 0,00132% -
- 0,04013* ипр + 0,00114* ипр2, (1)
' пр ' пр ' у >
где Аотн №!2 - относительный удельный расход энергии на прокатку арматурного профиля №12;
ипр - скорость прокатки в последней чистовой клети, м/с;
Т0 - температура исходных заготовок, °С.
Таблица 1 - Относительный расход энергии на деформацию металла при прокатке арматурного профиля № 12 в потоке стана при разных скоростях прокатки и разных температурах исходных заготовок
Скорость Температура исходных заготовок, °С
прокатки, 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200
м/с Относительный расход энергии на прокатку
9 1,235 1,207 1,181 1,155 1,130 1,106 1,083 1,061
10 1,210 1,182 1,155 1,129 1,104 1,080 1,056 1,033
11 1,191 1,163 1,136 1,109 1,084 1,059 1,035 1,012
12 1,176 1,148 1,120 1,093 1,067 1,042 1,018 0,994
13 1,164 1,135 1,107 1,080 1,054 1,028 1,004 0,980
14 1,154 1,125 1,097 1,069 1,043 1,017 0,992 0,968
15 1,146 1,117 1,088 1,061 1,034 1,008 0,983 0,958
16 1,140 1,110 1,081 1,053 1,026 1,000 0,975 0,950
Рис. 1. Номограмма для оценки влияния температуры исходных заготовок и скорости прокатки арматурного профиля № 12 на изменение расхода энергии на деформацию металла при прокатке (цифрами на линиях обозначен уровень относительных энергозатрат)
Кроме того, следует отметить, что удельный расход энергии на деформацию металла в линии стана в целом на определенный объем производства существенно зависит от соотношений объемов производства отдельных профилей. Это обстоятельство следует учитывать при оценке изменения уровня энергозатрат в связи с изменениями температурно-скоростного режима прокатки каждого профилеразмера сортамента стана.
Опытно-промышленные прокатки проводили на плавках текущего производства из арматурной стали марки Ст 3 ТРпс. Термомеханическое упрочнение стержневой арматуры диметром 12 мм осуществляли согласно действующим режимам упрочнения на класс прочности А 500С. При проведении опытов фиксировали фактические токовые нагрузки в черновой группе рабочих клетей; температуру раскатов за 1-й и перед 23-й клетями стана; скорость прокатки.
В первой части опытных прокаток производили понижение температуры конца деформационной обработки путем последовательного снижения скорости прокатки от 14 м/с (по действующей технологии) до 12 и 10 м/с. Данные температурно-скоростных режимов прокатки и механических испытаний (среднее значение из 6-ти испытаний) термоупрочненной арматуры № 12 первой серии опытов представлены в табл. 2.
Анализ данных табл. 2 показывает закономерный рост прочностных характеристик при снижении скорости прокатки от 14 до 10 м/с (снижение абсолютной величины скорости прокатки составило порядка 30 %). При этом пластические свойства термоупроч-ненной арматурной стали диаметром 12 мм, полученные при скорости прокатки 12 и 10 м/с, остались на том же уровне, что и при прокатке со скоростью 14 м/с, т.е. по действующей технологии производства.
Во второй части опытно-промышленных прокаток понижение температуры конца деформационной обработки достигали путем снижения температуры нагрева исходной заготовки в методической печи стана 250-1. Выдача заготовок происходила со скоростями 10, 12 и 14 м/с. Данные замеров температурно-скоро-стных режимов прокатки, фактических токовых нагрузок черновой группы клетей и механических испытаний второй серии опытов представлены в табл. 3.
Анализ данных табл. 3 показывает, что понижение температуры нагрева исходной заготовки и одновременное понижение скорости прокатки дает повышение прочностных свойств с некоторым понижением пластических характеристик. Однако пластические свойства находятся в пределах норм ДСТУ 3760-98 (55 не менее 14 %). При этом токовые нагрузки 1-й черновой клети (при скорости прокатки 14 м/с), 6-й и 7-й черновых клетей (при всех скоростях прокатки) превышают номинальные. Совместный анализ табл. 2 и 3 показывает, что одновременное снижение температуры нагрева заготовок и скорости прокатки по сравнению со снижением только скорости прокатки приводит к повышению прочностных характеристик в среднем на 90-100 Н/мм2.
Таблица 2 - Результаты механических свойств готового арматурного проката № 12 в зависимости от различных значений скорости прокатки в условиях стана 250-1 (правая сторона)
Температура раската за 1-ой кл. То, °С Скорость прокатки Vnр., м/с Механические свойства
85, % Испытание на изгиб 90 град.
Н/мм2
1160 14 710 635 20,5 удов.
12 758 700 20,5 удов.
10 793 705 20,0 удов.
Требования ДСТУ 3760-98 по механическим свойствам >600 >500 >14 удов.
ISSN 1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2008
35
На основании требования ГОСТ 10884-94, где ограничивается превышение значений временного сопротивления разрыву не более 200 Н/мм2 для классов А 400С, А 500С и А 600С от нормированного значения (для класса А 500С ст оно не должно превышать 800 Н/мм2). Из анализа таблицы 3 следует, что ств для образцов арматурного проката № 12, прокатанного и охлажденного от температур 900-950 °С при скоростях прокатки 10 и 12 м/с превышает в среднем на 6090 Н/мм2 ограничение нормированного значения. Т.е. степень упрочнения при таких скоростях прокатки была весьма значительна. При скорости 14 м/с и пониженных температурах нагрева исходной заготовки ст находится на верхнем пределе ограничивающего значения. Таким образом, выявилась необходимость изменения режима охлаждения, т. е. уменьшением давления воды, подаваемой на секции охлаждения, либо выводом одной из секций охлаждения можно скорректировать получение временного сопротивления разрыву в необходимом диапазоне и в то же время предоставляется возможность значительного сокращения расхода закалочной воды.
Таким образом, на основании проведенных исследований можно заключить, что понижение температуры исходных заготовок экономически целесообразно не только с энергетической стороны, но и позволяет повысить уровень потребительских свойств.
Вместе с тем, следует отметить, что технологическая схема производства проката на непрерывном мел-
косортном стане 250-1 и состав его основного технологического оборудования позволяют применить технологию прокатки с пониженными температурами исходных заготовок, однако приводит к снижению его производительности. Для реализации этой технологии в условиях станов с аналогичной технологической схемой производства необходима модернизация их основного технологического оборудования с заменой линий привода рабочих клетей и установкой более мощных приводных двигателей.
Перечень ссылок
1. Kawall R., Lehnert W. Prozess-, Anlagen- und Produktentwicklungen Bein Walzen von Stabtahl und Draht // Metalurgija (Zagreb). - 2002. -Bd.41. - №3. - S. 171182.
2. Никитина Л.А., Матвеев Б.Н. // Чер. металлургия. Бюл. АО «Ин-та Черметинформация». - 2003. - №3. - С. 3644.
3. Глуховский Е.С. // Чер. металлургия. Бюл. АО «Ин-та Черметинформация». - 1999. - № 7-8. - С. 36-39.
4. Математическая модель процесса непрерывной прокатки арматурного профиля / А.В.Ноговицын, С.М.Жуч -ков, Л.В.Кулаков, К.Г.Макаров // Металлургическая и горнорудная промышленность (Теоретичш проблеми прокатного виробництва. Пращ Y МiжнародноI науко-во-техшчно! конференци. 16-18 травня 2000 р). - № 89. - 2000. - С. 77-80.
5. Ноговицын А.В., Жучков С.М., Кулаков Л.В. и др. // Теория и практика металлургии. - 2000. - № 1. - С. 33-36.
Одержано 17.12.2007
Показано, що pecrni3a^M технологи прокатки з пониженими температурами заготовок на типовому неперервному станi можлива, проте призводить до зниження його продуктивностi.
The realization of the rolling technology with a lowered temperatures of initial billets for the continuous small sections rolling mill is shown to be possible but that causes the decrease of its productivity.
