УДК 621.771.01
ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ НА МЕЛКОСОРТНОМ СТАНЕ 250-2
© Уманский Александр Александрович, канд. техн. наук, e-mail: umanskii@bk.ru ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет». Россия, г. Новокузнецк Мартьянов Юрий Анатольевич, канд. техн. наук, начальник отдела механических и технологических испытаний металлопродукции Центральной заводской лаборатории, e-mail: valok@list.ru ОАО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат». Россия, г. Новокузнецк Статья поступила 25.11.2013 г.
В условиях непрерывного мелкосортного стана 250-2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» проведены исследования влияния режимов деформации на выкатываемость поверхностных дефектов заготовок. Экспериментально подтверждено, что увеличение подобия формы поперечного сечения исходной заготовки и калибра приводит к повышению выкатываемости поверхностных дефектов заготовок. Разработана новая калибровка валков черновой группы клетей непрерывного мелкосортного стана 250-2, внедрение которой позволило увеличить выход годного при производстве проката на 3% в результате снижения отбраковки по дефектам поверхности.
Ключевые слова: деформация; прокатка; калибровка валков; поверхностные дефекты; экспериментальные исследования.
=ЕВРАЗ ЕВРАЗ ЗСМК
50 лет
Опыт работы большинства сортовых прокатных станов показывает, что наибольшую долю в структуре дефектов металлопроката составляют поверхностные дефекты, наследованные от исходных заготовок. В частности на непрерывном мелкосортном стане 250-2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» доля таких дефектов составляет 53% в общей структуре отбраковки (рис. 1).
По данным многочисленных исследований [1—5], применение оптимальной калибровки валков позволяет не только избежать появления дефектов в процессе деформации на сортовых станах, но и интенсифицировать процесс выработки дефектов, уже имеющихся на исходных заготовках. При этом практические рекомендации исследователей по предпочтительности использования той или иной последовательности калибров существенно различаются. Так, Ю.В.Зильберг с соавторами в работе [1] дает рекомендации об исполь- 11% зовании калибровок с чередованием кантовок на 45° и на 90°, а по результатам исследования [2] этот же автор рекомендует использовать пару калибров «ромб - квадрат» (где осуществляются кантовки только на 90°). Г.С.Уткин в работе [3] приводит данные об увеличении выработки поверхностных дефектов при переходе от прокатки в ящичных калибрах на прокатку в четырехвалковых калибрах по схеме «квадрат - восьмиг-
ранник - квадрат». В.Н.Асановым [4] показано, что при переводе непрерывного стана 340/160 на прокатку по системе «круг - гладкая бочка» с ранее использовавшейся системы «овал - круг» достигнуто улучшение качества поверхности готового проката.
В целом можно констатировать, что на сегодня отсутствует единый научно-обоснованный подход к совершенствованию калибровок валков с целью получения бездефектной поверхности металлопроката, и исследования выкатываемости поверхностных дефектов при различных условиях деформации продолжают оставаться актуальными.
В условиях непрерывного мелкосортного стана 250-2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» проведены промышленные эксперименты по исследованию
53%
19%
□ Поверхностные дефекты с исходных заготовок ■ Несоответствие механических свойств
□ Поверхностные дефекты, полученные на стане □ Невыполнение профиля ■ Несоответствие химического состава стали □ Прочие
Рис. 1. Структура причин отбраковки проката на мелкосортном стане 250-2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»
Рис. 2. Схема расположения оборудования мелкосортного стана 250-2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»: 1 - загрузочные решетки; 2 - посты управления; 3 - карманы механизма отбраковки; 4 - тензометрические весы; 5 - нагревательная печь № 2; 6 - нагревательная печь № 1а; 7 - механизм выдачи заготовок печи № 2; 8 - карман возвратов печи № 1а; 9 - рольганг возвратов печи № 1а; 10 - машина безударной выдачи печи № 1а; 11 - трайб-аппарат № 31; 12 - трайб-аппараты № 39, № 40; 13 - распределительное устройство; 14 - черновая группа клетей; 15 - аварийные ножницы; 16 - промежуточная группа клетей; 17 - летучие ножницы; 18,19 - левая и правая чистовые группы клетей; 20 - ножницы «старт-стоп»; 21 - установки термоупрочнения; 22 - реечный холодильник; 23 - ножницы холодной резки; 24 - приемочные карманы-весы; 25 - передвижной упор; 26 - трайб-аппарат; 27 - распределительное устройство; 28 - секции охлаждения; 29 - моталки; 30 - шагающий транспортер; 31 - бунтовязальные машины; 32 - бунтонавешиватель; 33 - бунтосъемные машины; 34 - пакетирующие машины;
35 - крюковой транспортер
влияния калибровки валков на выкатываемость поверхностных дефектов заготовок. Прокатный стан имеет в своем составе 24 прокатных клети, объединенных в четыре группы: черновую, промежуточную и две чистовых (рис. 2).
Прокатка в черновой и промежуточной группах клетей производится в две нитки, в чистовых - в одну нитку. Стан специализирован на производстве арматурного проката № 12-28 и проката круглого сечения диам. 14-30 мм. При этом арматурный прокат производится в виде прутков мерной длины, а круглый - в виде прутков или бунтов.
Сущность экспериментов заключалась в следующем. Заготовки текущего производства с искусственно нанесенными на их поверхность дефектами прокатывались по двум различным калибровкам: существующей (базовой) и разработанной с учетом рекомендаций ранее проведенных лабораторных экспериментов [6] и данных математического моделирования с использованием программного комплекса DEFORM 3D [7]. Исследования [6, 7] с целью установления закономерностей выкатываемости поверхностных дефектов заготовок при различных условиях деформации позволили выработать общую рекомендацию по увеличению подобия формы поперечного сечения исходной заготовки (или подката) и калибра.
Отличительными особенностями новой калибровки относительно базовой явились (рис. 3): замена ящичного и шестигранного калибров клетей №№ 5 и 6 ребровым овальным и овальным калибрами соответственно, а также изменение
Клеть А а
Клеть № 1
Клеть № 2
Клеть № 3
Клеть № 5
Клеть № 6
Рис. 3. Калибровка валков клетей черновой группы мелкосортного стана 250-2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»:
а - базовая; б - усовершенствованная
Клеть № 4
Клеть № 7
Место отбора проб
Существующая калибровка
Усовершенствованная калибровка
После клети № 7
После клети № 9
В готовом прокате
Рис. 4. Вид дефектов после прокатки при использовании базовой и новой калибровок
формы и размеров ребрового овального калибра клети № 7. В процессе прокатки проводили отбор проб от недокатов после клети № 7 для определения размеров дефектов после деформации в черновой группе клетей. Кроме этого, производили отбор проб после черновой группы (после клети № 9) и в готовом прокате на расстоянии 8-10 м от заднего конца раската. Отбор проб на недока-тах после клети № 9 и в готовом сорте позволили обеспечить воспроизводимость результатов по выработке дефектов на недокатах после клети № 7. Для определения влияния расположения дефектов по длине заготовки на их выработку дополнительно проводили отбор проб от готового проката на расстоянии 0,5 м от заднего конца. Сравнительной базой для анализа в данном случае служили данные, полученные при отборе проб на расстоянии 8-10 м от заднего конца раската.
В качестве критерия, характеризующего изменение размеров дефектов, выбрали коэффициент выработки дефектов, определяемый по формуле:
К = И./ И., (1)
выр Д0 Д1 4 '
где ИД0, ИД1
глубина дефектов до и после прокатки соответственно.
Размеры дефектов на исходных заготовках, недокатах и в готовом прокате оценивались на нетравленых микрошлифах при 100-кратном увеличении (рис. 4).
Выбранная схема нанесения дефектов (рис. 5) позволила оценить выкаты-ваемость дефектов, имеющих различное расположение на поверхности заготовок (грань или ребро заготовок).
С учетом необходимости оценки одновременного влияния на коэффициент выработки дефектов двух дискретных факторов (калибровки валков и расположения дефектов на поверхности заготовок) и пятикратного повторения опытов по каждому варианту сочетания факторов использовали методику дисперсионного анализа двухфак-торного комплекса с несколькими значениями в каждой группе. Сущность указанной методики заключается в расчете и сравнении дисперсий по рассматриваемым факторам и внутри групп с остаточной дисперсией, характеризующей влияние не поддающихся наблюдению факторов.
Дисперсии для факторов рассчитывали по формулам
тг^{х...-х..^)2 тр^(х... -х...)2 1 ;=1
«г =
¿=1
р-1 - - г-1-, (2)
гдер и г - число групп для первого и второго факторов соответственно; т - число наблюдений в каждой группе; х.., х... - среднее арифметическое по группам первого и второго факторов соответственно; х... - среднее арифметическое для всех наблюдений.
Рис. 5. Схема нанесения искусственных дефектов на поверхность заготовок
Дисперсию внутри групп находили по формуле
р г
т
с2 _ _
ЕЕ^г- *<••- х)-+*-)2
1=1 ;=1
(Р-1).(г-1) ' (3)
где х... - среднее значение повторений комбинаций ¿-той строки и .-того столбца.
Остаточная дисперсия определялась из выражения
р г т
<?2 =
ост
¿=1 у=1 к=1
р-г-(т-1) .
На следующем этапе после расчета дисперсий определяли значения критерия Фишера для первого и второго факторов, а также для внутригруп-повой дисперсии:
Р =52/52 •
расч! 1 / ост;
расч2
: /^ост;
расч12
(5)
Значимость факторов определялась путем сравнения полученных (расчетных) значений критерия Фишера с критическими значениями по табличным данным.
По результатам проведенного анализа установлено значимое влияние на коэффициент выработки дефектов как используемой при прокатке калибровки валков черновой группы клетей, так и расположения дефектов на поверхности заготовок (табл. 1).
В численном выражении коэффициент выработки поверхностных дефектов при использовании новой калибровки выше соответствующего показателя при использовании базовой калибровки в 1,18-1,25 раз (рис. 6).
Положительное влияние разработанной калибровки на выработку дефектов является следствием снижения неравномерности деформаций по ширине раската
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.