ДонНТУ   Портал магистров

Семенова Виктория Юрьевна

Физико-металлургический факультет

Кафедра "Обработка металлов давлением"

Специальность Обработка металлов давлением

Определение рациональной стратегии реализации низкотемпературной прокатки конструкционных сталей в условиях типового непрерывного сортового стана

Научный руководитель: д.т.н., проф. Смирнов Евгений Николаевич

Соруководитель: д.т.н., доцент Скляр Виталий Александрович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Цель работы
• 2. Обзор исследований и разработок
• 3. Исследование температурных условий прокатки металла в промежуточных клетях
• 3.1 Анализ температурных режимов прокатки
• 3.2 Разработка математической модели расчета температурного состояния металла в среде ANSYS
• Выводы
• Список источников

Введение

Анализ мировых тенденций производства проката из конструкционных марок стали, разливаемых непрерывным способом, показал, что для получения качественного конечного проката необходимо выполнение целого ряда требований к качеству заготовки и жесткой регламентации температурно- деформационных параметров прокатки.

Несколько лет прошло с тех пор, как на прокатном стане для производства специальных сталей завода ABS (Acciaierie Bertoli Safau) в Италии состоялись первые промышленные испытания, и были определены оптимальные параметры процесса низкотемпературной прокатки специальных сталей, выпускаемых в прутках и бунтах. Начали действовать многочисленные аналогичные агрегаты, что позволило оптимизировать процесс низкотемпературной прокатки в соответствии с требованиями и спецификациями заказчиков.

Выполненный анализ современных непрерывных станов для прокатки специальных сталей показал, что для производства высококачественного проката необходим низкотемпературный режим прокатки.

В данной работе рассмотрены возможные варианты осуществления низкотемпературного процесса прокатки непрерывнолитой заготовки из конструкционных марок стали в условиях сортового непрерывного стана 390 ЗАО «ММЗ» и приведены первичные расчеты, связанные с температурными условиями прокатки и были осуществлены на основе математической модели.

Работа является особенно актуальной в условиях действующего стана.

1. Цель работы

Целью работы является разработка оптимальных решений температурно-деформационных параметров процесса, которые обеспечивают производство проката из рессорно-пружинных марок стали.

2. Обзор исследований и разработок

На сортопрокатном стане завода Hangzhou Zijin (рис.1) [2] для контроля температуры конца прокатки после промежуточной группы клетей установлены две секции водяного охлаждения. После которых расположены три предварительно напряженные клети (PSG stands) типа CGA 180/100, которые представляют собой редукционные калибровочные клети последнего поколения, установленные для получения геометрических размеров высокой точности.

На стане завода Tianjin Iron & Steel установлены две камеры водяного охлаждения между 14-й и 15-й клетями на соответствующем расстоянии для выравнивания температуры поверхности металла (рис. 2). Благодаря такой компоновке можно достичь общее снижение температуры на 260°С без изменения качества поверхности, т.е. без локального переохлаждения и фазовых изменений [3]. Указано, что понижение температуры поверхности проката в секции подстуживания должно быть не ниже 400°С что обеспечит отсутствие локального переохлаждения и фазовых превращений, а неконтролируемая разница температур между поверхностью и центром подката (после самоотпуска) перед прокаткой в чистовой группе клетей должна находиться на уровне 30°С (не более 50°С).

Аналогичное решение по составу и расположению оборудования принято и в литейно-прокатном комплексе №5 компании Baosteel Shanghai [4].

Следует также отметить, что данная компоновка оборудования имеет существенный недостаток: наличие длинного участка самоотпуска противопоказано для марок стали, которые должны прокатываться при высокой температуре.

Однако в последнее время, все большее распространение получает технология Multiline-LOOP предложенная фирмой «MannesmannDemag» (SMSMeer), которая позволяет существенно экономить место в цеху для стана за счет самоотпуска раската в петле температурной стабилизации (рис. 3). Такая технология лишена вышеописанного недостатка. Данная технология, например, реализована на станах заводов «GerdauAcominas» (Бразилия) и «Voest-Alpine» (Австрия) [5]. По этой технологии раскат может напрямую поступать в чистовую группу или проходить через секции охлаждения и петлю температурной стабилизации.

В соответствии с анализом литературных данных, выявлено две концепции обустройства линии подстуживания для обеспечения требуемой температуры самоотпуска раската:

1. увеличение расстояния от блока междеформационного подстуживания до чистовой группы клетей (калибрующего блока), влекущее за собой увеличение длины стана;
2. создание петлевого стабилизатора (технология Multiline-LOOP) без увеличения длины стана.

Следует отметить, что первый вариант получил достаточно широкое распространение. Расстояние между группами клетей в этом случае составляет обычно 50...65 метров. Так на типовом стане с термомеханической обработкой проката секция ускоренного охлаждения расположена перед калибровочным блоком, а также после него [1].

3. Исследование температурных условий прокатки металла в промежуточных клетях

3.1 Анализ температурных режимов прокатки

В настоящее время на большинстве современных станов реализуется режим "контролируемой" (низкотемпературной) прокатки с разной температурой нагрева металла:

• стан 350 «ОЭМК» (Россия) - 900 до 950°С;
• ЛПК №5 компании «Baosteel Shanghai» (Китай) - 1120 до 1150°С;
• стан №1 завода «TianjinIron&Steel» (Китай) - 1120 до 1150°С;
• ЛПК «ABS» Luna (Италия) - 1080 до 1150°С.

Общим является то, что ни на одном из станов температура начала прокатки не превышает 1150°С. При этом, печь должна обеспечить нагрев заготовки с перепадом температуры между центром и серединой не более 30°С. При этом экономится не только топливо и электроэнергия, необходимые на нагрев металла, но и улучшается структура металла, меньше окалины, меньше металл валков устает из-за термических напряжений и т.д.

Таким образом, для пружинной стали, такой как 60С2, температура на входе в 7 клеть должна составлять 950-970 °С, а на входе в холодильник - 780-820 °С. При этом температура нагрева металла - 1120 до 1150 °С.

Но в нашем случае, при температуре нагрева металла 1200°С, температура на входе в последнюю группу клетей находится в пределах 1150-1160°С, а температура конца прокатки достигает почти 1170 °С. Такой температурный режим не подходит для производства проката из качественных марок стали.

На рисунке 4 приведены схемы прокатки круглых профилей в последних клетях стана 390. Рассмотрев эти схемы, можно сделать вывод, что расстояния между последними группами клетей достаточно большие, и в этом промежутке могут быть установлены охлаждающие устройства.

3.2 Разработка математической модели расчета температурного состояния металла в среде ANSYS

Для изучения температурного состояния подката и, в первую очередь, полей распределения температур на участке подстуживания была разработана конечно-элементная модель в программном комплексе ANSYS.

В ходе исследований принимали следующие исходные данные:

• охлаждаемый профиль – подкат из последней клети промежуточной группы;
• температура подката – 970°С;
• характер распределения температуры по сечению – равномерный;
• число секций подстуживания в линии стана – 2;
• схема охлаждения – секция 1 (вода) – воздух – секция 2 (вода) – воздух – деформация в клетях чистовой группы;
• протяженность секции водяного охлаждения – 2,5 м.

По полученным результатам строились графики зависимости температуры в различных точках сечения подката от времени нахождения в секции водяного охлаждения и на участке воздушной стабилизации (рис. 5).

Из приведенных данных видно, что температура поверхности в первой секции падает с 970°С до 340°С, затем происходит разогрев до 630°С и снова охлаждение до 280°С. Далее происходит разогрев поверхности проката до 780°С. В дальнейшем начинается температурная стабилизация раската, которая достигает необходимой величины перепада температуры (Δt ≤ 50°С) между поверхностью и центром только через 15 с, однако это требует наличия участка длиной не менее 75 м. Увеличение сечения подката (для других круглых профилей) требует еще большей длины участка температурной стабилизации. В этом случае требуется коренная реконструкция стана.

Выводы

1. Анализ температурных режимов показал, что для производства качественных марок стали необходимо внедрение низкотемпературного режима прокатки.
2. Было обнаружено, что существует две схемы реализации низкотемпературной прокатки:
   • осуществлять подстуживание раската до необходимой температуры в промежутке между промежуточной и чистовой группой клетей;
   • реализовать прокатку по технологии Loop.
3. Разработана математическая модель расчета температурных полей раската после подстуживания. Сформирован массив первичных данных и приняты расчетные схемы.
4. Выполненные первичные расчеты и анализ конструкционных особенностей стана 390 показали, что реализация низкотемпературного процесса прокатки без конструкционных изменений не возможна. Существующих мощностей стана для этого недостаточно.
5. Для реализации процесса нужно внедрить технологию Loop. Расчетами установлено, что при этом длина петли самоотпуска для таких сечений как 20, 22 и 30, будет колебаться в пределах от 67 до 72 м, для больших, таких как 40 и 50 - 90-96 м.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

1. Masini, R. Latest bar mill technology / R.Masini, A.Lainati // Millenium Steel. – 2005. – C.216-221.
2. Тоски, Ф. Низкотемпературная прокатка на сортовом стане для производства спец сталей на заводе Tianjin Iron & Steel / Ф.Тоски, В.Бинсиа // Danieli News / - 2006. – Volume III. - 8c.
3. Masini, R. Технология калибровки сортового проката в многокалиберных двухвалковых клетях в комбинации с термомеханической обработкой / R.Masini // Steel Times International. – 2005. - №14. – С.18-22.
4. Тоски, Ф. Литейно-прокатный комплекс №5 компании Baosteel Shanghai (КНР) для производства катанки и сортового проката нержавеющих и специальных сталей – пусконаладка и результаты эксплуатационных испытаний / Ф.Тоски // Danieli News / - 2004. – Volume II. – 15c.
5. Мелкосортно-проволочные станы / SMS MEER – Germany: SMS group - 40с.