Главная » 2014»Август»20 » Скачать Развитие теории и совершенствование технологии производства листового проката на литейно-прокатных комплексах. Мазур, Игорь бесплатно
04:17
Скачать Развитие теории и совершенствование технологии производства листового проката на литейно-прокатных комплексах. Мазур, Игорь бесплатно
Развитие теории и совершенствование технологии производства листового проката на литейно-прокатных комплексах
Диссертация
Автор: Мазур, Игорь Петрович
Название: Развитие теории и совершенствование технологии производства листового проката на литейно-прокатных комплексах
Справка: Мазур, Игорь Петрович. Развитие теории и совершенствование технологии производства листового проката на литейно-прокатных комплексах : диссертация доктора технических наук : 05.16.05 Липецк, 2003 399 c. : 71 03-5/328-5
Объем: 399 стр.
Информация: Липецк, 2003
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ПРОИЗВОДСТВО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА
11 Производства горячекатаного листа
111 Классификация технологий и оборудования производства горячекатаного проката на ЛПА
112 Обзор математических моделей технологических процессов переделов «сталь-прокат»
12 Многослойные металлические материалы
121 Виды слоистых материалов и области их применения
122 Способы производства слоистых металлических композиций
123 Особенности соединения металлов при совместной пластической деформации
124 Теплофизические особенности нагрева материалов электронным пучком
13 Постановка задач исследования
ГЛАВА 2 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕРЕДЕЛАХ КОМПЛЕКСА «СТАЛЬ-ПРОКАТ»
21 Математическая модель теплового состояния непрерывного слитка
22 Тепловое состояние толстых слябов в условиях традиционного ЛПК (МНЛЗ-ШСГП)
221 Исследование теплового состояния слитка на криволинейной МНЛЗ
222 Исследование теплового состояния слябов в процессе разливки на вертикальной МНЛЗ
223 Комплексные исследования теплового состояния слябов при транспортировке на склад слябов ЛПЦ-3 и складирование в стопы
224 Исследования эффективности нагрева слябов в методических печах стана 2000 при горячем посаде и низкотемпературной прокатке
225 Индукционный нагрев полосы перед чистовой группой
23 Тонкослябововый литейно-прокатный агрегат
231 Формирование непрерывного слитка
232 Выравнивание температуры сляба в проходной печи
24 Электронно-лучевой нагрев полосы
25 Выводы
ГЛАВА 3 НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА
31 Деформирование тонких непрерывных слитков с жидкой сердцевиной
311 Математическая модель упруго-пластического деформирования непрерывного слитка
312 Упруго-пластический изгиб сляба с жидкой сердцевиной в деформирующей роликовой секции
32 Исследование напряженно-деформированного состояния роликов МНЛЗ
321 Исследование температурного режима работы и поля напряжений роликов МНЛЗ
322 Анализ усталостного разрушения роликов МНЛЗ
323 Совершенствование технологии получения роликов МНЛЗ из слитков ЭШП методом свободной ковки
33 Упругое проскальзывание в задачах обработки металлов давлением
331 Вариационное решение для контактной задачи Герца
332 Взаимодействие упругих полуплоскостей при скоростной асимметрии
34 Выводы
ГЛАВА 4 СНИЖЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА
41 Исследование режимов обжатия слябов в роликовой секции МНЛЗ ЛПА
42 Исследование энергосиловых параметров прокатки с учетом технологии обжатия слябов с жидкой сердцевиной
43 Исследование энергопотребления при производстве горячего проката на литейно-прокатных комплексах
431 Расход тепловой энергии на нагрев тонких непрерывнолитых слябов в проходной печи
432 Расход электроэнергии на горячую прокатку тонких полос в непрерывной группе клетей
433 Влияние обжатия тонких слябов с жидкой сердцевиной на энергопотребление литейно-прокатных агрегатов
434 Влияние совмещения непрерывной разливки и прокатки на энергопотребление производства горячего проката
44 Материально-энергетический баланс металлургического предприятия
441 Методика определения материальных и энергетических затрат на выполнение позиций портфеля заказов
442 Компьютерная реализация материально-энергетического баланса металлургического предприятия
443 Расчет и сравнительный анализ МЭБ
45 Выводы
ГЛАВА 5 ОХЛАЖДЕНИЕ ПОЛОСЫ НА ОТВОДЯЩЕМ
РОЛЬГАНГЕ ШСГП
51 Тепловая модель прогноза температуры смотки полосы на ШСГП
52 Разработка вариантов реконструкции системы ускоренного охлаждения
53 Выводы
ГЛАВА 6 ПРОКАТКА БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛОС С ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫМ НАГРЕВОМ
61 Соединение металлов при воздействии электронного пучка
62 Разработка технологических схем для реализации электроннолучевого нагрева при прокатке биметаллических полос
63 Расчет температурного поля компонентов биметаллической полосы при нагреве концентрированным пучком ускоренных электронов
64 Экспериментальные исследования получения биметаллических полос при электронно-лучевом нагреве
641 Характеристика оборудования
642 Отработка технологических режимов на стальной композиции
643 Композиция электротехническая медь - СтЗ
65 Выводы
Введение:
Ужесточение конкуренции на рынке листового проката требует от российских производителей проведения технического перевооружения путем коренной модернизации действующего оборудования и внедрения новых технологий. Учитывая, что для России и стран СНГ расход материальных и энергетических ресурсов превышает мировой уровень, основное внимание должно уделяться не только расширению номенклатуры и повышению качества металлопродукции, но и снижению затрат на ее производство.
Эффективное совмещение разливки и прокатки в литейно-прокатных агрегатах (ЛПА) составляет основу развития современных процессов по производству длинномерных изделий из металла. Это подтверждается устойчивой тенденцией по переходу части рынка холоднокатаного проката к горячекатаному, производимому на тонкослябовых ЛПА. Отсутствие в России действующих совмещенных ЛПА и, как следствие, невозможность проведения всесторонней оценки этих технологий требует проработки вариантов технических и технологических решений по перевооружению существующих литейно-прокатных комплексов (ЛПК). Для этого необходимо проведение детального моделирования на всех стадиях разработки и реализации принятых решений с применением современных представлений о механике сплошных сред, теории прокатки, прикладной математики и компьютерных технологий.
Целью настоящей работы является развитие теории теплового состояния и деформирования металлов в послойном состоянии, обусловленном распределением в нем температуры и физико-механических свойств, разработка, исследование и совершенствование технологий производства листового проката, направленных на снижение затрат материальных и энергоресурсов.
В работе получены и выносятся на защиту следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
• результаты комплексного математического моделирования теплового состояния непрерывного слитка, полученные на основе последовательного решения для технологических переделов «сталь-прокат» трехмерного уравнения теплопроводности с переменными коэффициентами методом Галеркина с использованием конечно-элементной схемы при выборе базисных функций, отличающиеся от известных набором допущений и более подробным учетом граничных условий, определенных по результатам экспериментальных исследований, выполненных в условиях действующего производства;
• решение задачи упруго-пластической деформации сляба с жидкой сердцевиной роликами деформирующей секции с учетом нарастания толщины твердой корочки, изменения предела текучести при затвердевании и охлаждении металла, а также воздействия на твердую оболочку непрерывного слитка ферростатического давления со стороны жидкого металла;
• аналитические решения для определения протяженности зон проскальзывания и сцепления, глубины проникновения деформации для упругого взаимодействия полуплоскостей при скоростной асимметрии в зависимости от свойств контактных поверхностей, а также силовых и кинематических условий взаимодействия, полученные в рамках принципа возможных перемещений;
• теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности получения биметаллических полос прокаткой с малыми обжатиями за счет применения экологически чистого источника нагрева - пучка ускоренных (релятивистских)электронов;
• методы совместного определения предельных режимов электроннолучевого нагрева и параметров процесса прокатки биметаллической полосы, исключающих «навары» компонентов на валки в очаге деформации;
• расчетные методы (от обратного) определения затрат материальных и энергетических ресурсов на выполнение позиций портфеля заказов проката, основанные на материально-энергетических балансах основных производств и цехов ТЭК металлургического предприятия полного цикла.
Диссертация выполнена в рамках проектов ФЦП «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки» А-0032 «Создание научно-учебного центра «Металлургия» и Б-0101 «Разработка информационных систем проектирования металлических материалов и технологий их получения», конкурсов грантов Министерства образования в 1996-2002 гг. по фундаментальным исследованиям в области металлургии, научно-исследовательских работ по договорам с ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» и представляет собой научное обобщение результатов, полученных автором в 1989-2003 гг. во время работы на кафедрах прокатки и теоретической механики, в центре инжиниринга и компьютерных технологий Липецкого государственного технического университета. Результаты диссертации использовались при разработке проектов модернизации стана 2000 ОАО «НЛМК» и определении их технико-экономической эффективности.
Показаны пути и предложены новые технические и технологические решения повышения конкурентоспособности за счет рационального использования теплового состояния металла при производстве горячекатаного проката на ЛПА, применения обжатия слябов с жидкой сердцевиной, применения электронно-лучевого нагрева в производстве биметаллических полос.
Разработанные методики прогноза теплового состояния слябов в процессе разливки, транспортировки и складировании использованы в системе планирования управления нагревательными печами при организации горячего посада и низкотемпературной прокатки.
Разработана концепция поэтапной модернизации системы ускоренного охлаждения полосы на отводящем рольганге стана 2000 с целью повышения эффективности и точности температуры смотки полосы. Предложена и внедрена новая конструкция коллекторов охлаждения, обеспечивающая получение равномерного истечения охладителя по ширине полосы. Получены расходно-напорные характеристики основных элементов оборудования гидравлической системы, которые использованы при расчете охлаждения полосы на отводящем рольганге в информационной системе прогноза структуры и свойств проката.
Получены зависимости, связывающие номинальные параметры деформирующей секции со свойствами и режимами обработки, показано влияние технологической операции обжатия сляба в двухфазном состоянии на изменение удельного энергопотребления при производстве горячего проката на тонкосля-бовом ЛПА. Сформулированы требования к процессу перестройки сегментов деформирующей секции на меньшую толщину сляба, осуществляемому без остановки разливки и обеспечивающему получение участка сляба переменной толщины минимальной протяженности.
Разработанные решения по исследованию упругого НДС при скоростной асимметрии реализованы в методике определения S-образных профилировок рабочих валков клетей чистовой группы стана 2000 ОАО «HJIMK», оборудованных осевой сдвижкой валков для управления профилем и планшетностью полосы. Полученные результаты могут быть использованы при рассмотрении трибологических процессов (трения, изнашивания и др.), связанных с непосредственным физическим взаимодействием между поверхностями, совершающими перемещение относительно друг друга.
Разработаны научные и практические положения прокатки биметаллических полос с электронно-лучевым нагревом. Предложены технологические схемы и изготовлен опытно-лабораторный стан для реализации прокатки.
Применение разработанного в диссертации комплекса методик, алгоритмов, математических моделей и их программных реализаций позволит осуществлять поиск решений по техническому перевооружению отечественных металлургических предприятий при разработке технологий и оборудования для совмещенных металлургических процессов, производства биметаллических композиций с малыми суммарными обжатиями, при моделировании тепловых процессов обработки металлов давлением и воздействии на материалы концентрированных источников энергии (электронных пучков, индукционного воздействия и др.).
Результаты диссертации используются в учебном процессе. Для студентов специальности «Обработка металлов давлением» Липецкого государственного технического университета подготовлен и читается курс лекций «Совмещенные металлургические агрегаты» (послуживший основой одноименного учебного пособия), для магистров направления «Металлургия» - курс «Компьютерные технологии в науке и образовании».
Постановка, выбор подходов и решение представленных проблем базируется на известных исследованиях, которые выполнили отечественные и зарубежные ученые, в том числе в области теоретических основ пластической деформации (А.А.Ильюшин, А.А.Поздеев, В.С.Смирнов, В.Л.Колмогоров, Г.Я.Гун, М.Я.Бровман), теории прокатки (А.И. Целиков, П.И.Полухин, А.П.Чекмарев, М.М.Сафьян, В.Н.Выдрин, Г.С.Никитин, А.В.Зиновьев), описания формообразования листового проката (В.П.Полухин, А.Н.Скороходов,
A.Ф.Пименов, В.М.Салганик), тепловых процессов при прокатке и непрерывном литье (Ю.В.Коновалов, Э.А.Гарбер, В.Н.Хлопонин, В.Г.Лабейш,
B.Т.Борисов, Ю.А.Самайлович) и др.
Достоверность полученных результатов основана на использовании классических подходов механики сплошных сред, деформируемого твердого тела, современной теории прокатки; обоснованности и строгости применяемых математических методов и компьютерных технологий CAD/CAE (NISA, MARC/AutoForge, MARC/Mentat); повторяемости, экспериментально подтвержденной в условиях действующего производства; совпадении полученных решений в частных случаях с уже известными результатами.
Предметом защиты является совокупность теоретических и экспериментальных методов, результатов исследования теплового состояния и деформирования непрерывного слитка с жидкой сердцевиной при производстве горячего проката на ЛПА, производстве биметаллических полос с электронно-лучевым нагревом и разработка на их основе новых решений по экономии ресурсов всех видов и повышению качества металлопродукции при проектировании, освоении технологии листовой прокатки и эксплуатации оборудования.
Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-техн. конф. «Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин» (г. Волгоград, 1992); научном совете РАН по проблеме «Обработка конструкционных материалов пучками заряженных частиц» (г. Липецк, 1992); научно-техн. конф. «Теория и технология производства чугуна и стали» (г. Липецк, 1995); Всероссийской научно-техн. конф. «Перспективные информационные технологии в высшей школе» (г. Тамбов, 1995); научно-техн. конф. «Теория и технология процессов пластической деформации» (г. Москва, 1996); втором (г. Череповец, 1997) и третьем (г. Липецк, 1999) Международных конгрессах прокатчиков; Международной научно-техн. конф. «Ресурсосберегающие технологии, оборудование и автоматизация штамповочного производства» (г. Тула, 1999); Международной научно-техн. конф. «Павловские чтения» (г. Москва, 2000); Международной научно-техн. конф. «Теория и практика производства проката» (г. Липецк, 2001); Международной научно-техн. конф. «Прикладные задачи механики и тепломассообмена в авиастроении» (г. Воронеж, 2001); Международной научной школе-семинаре «Современные проблемы механики и прикладной математики» (г. Воронеж, 2002); VI Международной научно-техн. конф. «Пластическая деформация металлов» (г. Днепропетровск, Украина, 2002); II Международной научно-техн. конф. «Авиакосмические технологии XXI века» (г. Воронеж, 2002); на научных семинарах специальных кафедр Липецкого, Магнитогорского государственных технических университетов и Тульского государственного университета.
По теме диссертации опубликована более 60 работ: монография [197], учебное пособие для вузов [3], статьи в центральных и отраслевых изданиях [210,212, 238,239,241,250,283,291,301,315], а также в сборниках высших учебных заведений [90,91,209,236,249,259,262,263,268,275,284,286,292,293,295298,230,305-307,312,316], трудах Международных и Всероссийских конференций и конгрессов [198,211,218,230,231,237,240,274,285,299] (3 в зарубежных), получено два патента на изобретения [313,314], в том числе 11 публикаций в периодических научных изданиях, рекомендуемых ВАК Министерства образования РФ для опубликования результатов докторских диссертаций [210,212, 238,239,241,250,283,284,291,301,315].
