Розвиток наукових основ підвищення якості сортового прокату з безперервнолитої сталі і вдосконалення технології виробництва

Для управління якістю арматурного прокату з вуглецевих сталей під час термодеформаційної обробки в потоці стану запропоновано перед його прискореним охолодженням використовувати механізм деформаційного регулювання процесу структуроутворення вздовж перерізу розкату (рівень технологічних зв'язків “Металопродукція”). Це досягається за рахунок сумісного варіювання сукупністю факторів: форма передчистового овалу, температура деформації, а також відношення максимального обтиснення до максимального розширення.

Результати виконаних досліджень стали за основу для створення нового способу виробництва прокату з безперервнолитого металу (патент України №75832), який дозволив, у сукупності з ідеями способу прокатки сортових заготовок (авторське свідоцтво № 1674996, СРСР), удосконалити технологічні процеси прокатки середньосортних профілів за умов діючих станів 330 ВАТ “КМЗ ім. В.Куйбишева” і 500/370 ВАТ “Донецький металопрокатний завод”.

У шостому розділі “Удосконалення і застосування комбінованого Ейлерово-Лагранжевого (КЕЛ-методу) для розрахунку параметрів пластичної деформації безперервнолитих блюмів на стадії неповної кристалізації ” показано розвиток методу визначення характеристик НДС металу у вертикально-поздовжній площині симетрії фактичного осередку деформації. Відомо, що для зазначеної площини недокатів із деформованою координатною сіткою переміщення у напрямку розширення відсутні. В цьому випадку для нестисливого середовища в умовах плоскої деформації, яка реалізується у названій вище площині, компонента вектора швидкості течії металу Vz=0, а компоненти Vx , Vy обчислюються через визначувані з експерименту частинні похідні початкової (Лагранжевої) координати У в напрямках прокатки х й обтиснення валків y відповідно Уу=1/fУ і Ух= - fх/fУ. Подальший розвиток даного підходу виконано шляхом уточнення методу розрахунку кінематичних і статичних параметрів пластичної формозміни металу, що деформується, за двома варіантами. За першим варіантом урахували, що частинна похідна fх функціональної залежності у = f (х, У) являє собою тангенс кута нахилу б лінії течії Уi=const., i = 1, 2, 3, …, n (n - кількість горизонтальних фіксованих ліній течії у вертикально-поздовжній площині симетрії недокату). Вимір кутів нахилу б ліній течії Уi і подача їх у вигляді б = (х, У) або tg б = (х, У) дозволяє безпосередньо з експерименту отримувати значення частинної похідної fх , тобто fх (х, У) = = tg б (х, У) = (х, У). Це створює передумови для підвищення точності розрахунку названих вище параметрів, оскільки виключено процес диференціювання, а вимірювання кута похилу б лінії течії Уi =const., i = 1, 2, 3, …, n замість їх лінійних координат х та у, відрізняється більшою точністю.

За другим варіантом розвитку, диференціювання записаних у комбінованому Ейлерово-Лагранжевому поданні компонент Vx та Vy здійснювалося за правилом складних функцій за двома схемами:

Vx=F ( х, У) і Vу=Ф ( х, У), (4)

та

Vx=Р ( Х, у) і Vу=G ( Х, у). (5)

Такий підхід дозволив визначити компоненти тензора швидкостей деформації То як середньозважені величини з урахуванням вагових коефіцієнтів, які призначаються відповідно до величин, накопичуваних у результаті обчислювальних операцій похибок.

Із використанням описаних вище варіантів удосконалення методу виконана математична обробка первинних результатів експериментального дослідження на фізичних моделях із свинцю. Мета дослідження полягала у визначенні закономірностей механізму впливу сукупності керуючих факторів АF, е і технологічної підсистеми “Контрольоване вторинне охолодження” на сформований у вертикально-поздовжній площині симетрії НДС металу.

Показано, що під час редукування фізичних моделей спостерігається локалізація деформаційних процесів у трьох шарах: поверхневих - hi/(0,5Hбл) = 0,119, підповерхневих - hi/(0,5Hбл) = 0,239 і проміжних - hi/(0,5Hбл) = 0,358 (рис.10). За межами вказаного діапазону шарів фізичних моделей деформаційні процеси відсутні або мають надто малу величину.

Встановлено, що варіювання величиною фактора AF дозволяє управляти, враховуючи інші рівнозначні умови, НДС фізичних моделей в осередку деформації через зміну інтенсивності поздовжньої деформації ехх у різних шарах за перерізом.

Вперше виявлено, що причиною виникнення порушень суцільності у закристалізованій складовій зливка під час раннього прикладення зовнішнього впливу (мінімальне значення і максимальне значення AF) є додаткові розтягувальні напруження, які виникають у зоні відставання фактичного осередку деформації внаслідок інтенсифікації поздовжніх деформацій ехх підповерхневих шарів металу при hi/(0,5Hбл)=0,239.

Показано, що зростання значення керуючого фактора суттєво не впливає на виявлений характер зміни поздовжньої деформації ехх в зоні відставання. Разом з тим, у зоні випередження спостерігається зниження інтенсивності поздовжньої ехх течії металу: для поверхневих шарів hi/(0,5Hбл)=0,119 - в 1,4…1,5 раза, для підповерхневих шарів hi/(0,5Hбл)=0,239 - в 2 рази, а для проміжних шарів hi/(0,5Hбл)=0,358 - до 3-х разів. Таке суттєве зниження інтенсивності поздовжньої деформації ехх сприяє мінімізації вірогідності виникнення порушень суцільності у закристалізованій складовій зливка у вказаних зонах фактичного осередку деформації. Виявлено, що у міру зростання конструктивної міцності фізичних моделей (зменшення значень керуючого фактора АF або зростання фактора ), спостерігається зниження значущості зсувних деформацій еху з точки зору їх участі в процесі руйнування осьових закристалізованих перемичок, які виникають. Даний факт обумовлений, з одного боку, тенденцією зміщення (у міру зменшення значень фактора АF) найбільш інтенсивних зсувних деформацій еху в шари металу, максимально віддалені від фронту кристалізації, а з іншого - зростанням їх величини у поверхневих шарах не менше, ніж в 1,25 раза при максимальних значеннях керуючого фактора (моделі із заповненою сплавом Вуда осьовою зоною) порівняно з мінімальними значеннями фактора (порожнисті фізичні моделі). Крім того, зростання величини AF при мінімальних значеннях супроводжується створенням схеми додаткових напружень, яка сприяє зниженню вірогідності виникнення порушень суцільності у поверхневих шарах на початку осередку деформації, а при максимальних значеннях фактора и - зниженню вірогідності внутрішніх проривів закристалізованої складової блюма.

Виявлені закономірності стали основою для створення нового способу (патент України №75537) обтиснення безперервнолитих блюмів і заготовок у рідко-твердому стані, під час реалізації якого досягається підвищення однорідності деформації та ефективності опрацювання осьової пористості і ліквації шляхом послідовного двостадійного обтиснення металу профільованими валками.

У сьомому розділі “Промислова реалізація інтегрованої технологічної схеми виробництва великосортного прокату з безперервнолитої сталі“ виконане узагальнення результатів практичного використання науково-обґрунтованої у роботі інтегрованої технології виробництва великосортного прокату для вугледобувної ґалузі, вугільного машинобудування, суднобудування і вагонобудування з безперервнолитої сталі. Номенклатура профілів і досягнутий технічний результат від реалізації на ВАТ “ДМКД”, ВАТ “КМЗ ім. В. Куйбишева” і ВАТ “Енергомашспецсталь” (підприємства - учасники інтегрованої технології) елементів технологічного забезпечення управління якістю металопродукції, розроблених на основі виконаних у роботі теоретичних й експериментальних досліджень, наведені в табл. 3.

Таблиця 3

Види металопрокату, які виробляються за інтегрованою технологічною схемою

Наведені також матеріали з розробки технології прокатки несиметричного штабобульбового профілю 180х25 мм за європейськими нормами EN10067:96.

У цьому ж розділі, на прикладі несиметричних штабобульбових профілів, систематизовані результати сертифікації інтегрованої схеми провідними Класифікаційними товариствами, яка фактично підтвердила досягнення металургійної якості та експлуатаційних властивостей у вітчизняному сортовому прокаті на рівні кращих закордонних аналогів.

Втілення результатів роботи в умовах промисловості дозволило виробити у 2000-2006 роках 41740 тонн прокату та отримати фактичний економічний ефект у обсязі 3394313 гривень. Частка автора роботи склала 1480496,6 гривень.

Висновки

У дисертації вирішена важлива науково-технічна проблема вдосконалення технології виробництва і підвищення якості сортового прокату з безперервнолитої сталі для вугледобувної ґалузі, вугільного машинобудування, суднобудування і вагонобудування до рівня кращих закордонних аналогів на основі розвитку і практичної реалізації елементів багаторівневого технологічного забезпечення управління якістю металовиробів у системі „Сталь - Прокат - Металопродукція”.

1. Огляд літературних джерел показав, що в умовах сучасних металургійних холдингів виникає можливість інтегрування окремих інноваційних технологічних елементів у межах знову створюваних систем „Сталь - Прокат - Металопродукція”. Практична реалізація такого підходу дозволяє, з одного боку, створити передумови для підвищення якості металовиробів на всіх рівнях нової технологічної системи „Сталь - Прокат - Металопродукція” через розширення спектра використовуваних технологічних механізмів управління, що базуються, у тому числі, і на принципах обробки металів тиском, а з іншого боку - вимагає вирішення актуальної проблеми вдосконалення технології виробництва на основі комплексних досліджень і розробок, починаючи з виплавки сталі і закінчуючи виробництвом переробної заготовки і металопрокату із заданим високим рівнем споживчих та експлуатаційних властивостей.

2. На основі подальшого розвитку методологічного підходу інноваційного проектування інтегрованих технологій виробництва сортового прокату з безперервнолитої сталі, який базується на сучасному погляді на якість як на процес, розроблені: модель операційного подання процесу в системі „Сталь - Прокат - Металопродукція”, що має вигляд розділеної на секції спіралі перемінного перерізу, кожний виток якої відповідає одному з елементів рівня технологічних зв'язків, а секція - окремій операції; модель технологічного забезпечення управління якістю, у вигляді ієрархічної багаторівневої системи; інформаційна система аналізу інтегрованих технологій. Показано, що такий підхід є основою еволюційного розвитку металургійних підприємств на сучасному етапі.

3. Стосовно до умов українських металургійних холдингів, які розвиваються, здійснений вибір підприємств і подане наукове обґрунтування інтегрування їх інноваційних переробок у нову технологічну систему „Сталь - Прокат - Металопродукція” виробництва довгомірного великосортного прокату для вугледобувної ґалузі, вугільного машинобудування, суднобудування і вагонобудування. Рівень технологічних зв'язків “Сталь”: виплавка у великовантажних кисневих конвертерах; позапічна обробка і розкиснення комплексними феросплавами; розливання безперервним способом; виробництво переробної заготовки з безперервнолитої сталі - ВАТ “Дніпровський металургійний комбінат ім. Ф.Дзержинського”. Рівень технологічних зв'язків “Прокат”: контрольована прокатка великосортних профілів ґалузевого призначення - ВАТ “Краматорський металургійний завод ім. В. Куйбишева”. Рівень технологічних зв'язків “Металопродукція”: термічна обробка металовиробів з окремого нагрівання - ВАТ “Енергомашспецсталь”.

4. У межах реалізованої нової інтегрованої технологічної системи “Сталь - Прокат - Металопродукція” на прикладі виробництва переробної заготовки з низьколегованої сталі для суднобудування А32 і Д32 виконаний комплекс промислових досліджень, який дозволив обґрунтувати основний варіант технологічної схеми, заснований на процесі переробки безперервнолитих блюмів із розмірами 335х400мм у менші перерізи. Показано, що економія матеріальних ресурсів при цьому складає не менше, ніж 15%. Підтверджено досягнення рівня якості кращих закордонних аналогів через сертифікацію технологічної схеми виробництва провідними Класифікаційними товариствами.

5. Запропонований метод прогнозування фізико-геометричного і напружено-деформованого станів безперервнолитих блюмів на стадії „Контрольоване вторинне охолодження”. Для його реалізації розроблені математичні моделі, які реалізовано в програмному комплексі ANSYS. Виконані розрахункові дослідження стосовно до умов процесу безперервного розливання блюма перерізом 335х400 мм на ВАТ “ДМКД” щодо уточнення впливу хімічного складу сталі, параметрів процесу лиття і зовнішнього деформаційного впливу на його результуючий фізико-геометричний і напружено-деформований стан під час пружно-пластичного де-формування на стадії неповної кристалізації. Встановлено, що на внутрішній границі закристалізованої складової безперервнолитого блюма з низьколегованих сталей величина разового обтиснення i не повинна перевищувати 0,5%.

Обґрунтований варіант конструктивного оформлення блока клітей для редукування і його позиціювання у технологічній лінії МБЛЗ. Показано, що він дозволив охопити не менше, ніж 95% марочного сортаменту сталей, що розливаються, і забезпечив широкий діапазон можливостей управління якістю безперервнолитих блюмів через реалізацію режимів деформування за 3-5 проходів при вмісті твердої фази в осьовій рідко-твердій складовій у межах: 30…70% - у сталі із вмістом С < 0,35%; 38…68% - у сталі із вмістом вуглецю в межах 0,35% ? С < 0,50%; 43…70% - у сталі із вмістом С ? 0,50%.

6. Розроблено новий спосіб (патент України № 77283) фізичного моделювання процесу пророблення структури у безперервнолитих зливках під час пластичної деформації. Його переваги полягають в урахуванні впливу стану початкової осьової пористості металу, яка визначається кількістю, формою і розмірами окремих складових. Спосіб передбачає реєстрацію динаміки поведінки осьової пористості в процесі прокатки залежно від змін питомого опору деформованої частини фізичної моделі. Вперше експериментально встановлено взаємооднозначну відповідність між залежностями осьової пористості безперервнолитих зливків і питомого електроопору металу від величини сумарної витяжки, які носять експоненційний характер із вираженою границею насичення, для досягнення якої необхідна все більша сумарна витяжка при більшій її початковій розвинутості.

7. Вперше в лабораторних умовах із використанням нового способу (патент України № 77236) фізичного моделювання процесу деформування безперервнолитих зливків у рідко-твердому стані встановлено вплив керуючих факторів АF, і на закономірності підсумкової формозміни та ефективність процесу К еф., а також вивчена динаміка формування напружено-деформованого стану металу на різних ділянках їх бічних граней. Уточнене відтворення у моделі теплового стану натурного блюма, що кристалізується, дозволило підтвердити, що збільшення температурного градієнта у закристалізованій складовій обумовлює характер течії металу в осередку деформації, властивий процесу прокатки особливо високих штаб, а також розширити уявлення про механізм підживлення осьових пустот рідким металом під дією пластичної деформації. Показано, що найвища ефективність процесу Кеф.=10,5% досягається під час деформування фізичних моделей, які мають рівень значень факторів АF 0,1 і 0,3, а порушення суцільності на зовнішній границі закристалізованої складової можливі у кутових шарах лише на пізніх стадіях реалізації процесу (АF=0,082) при =0,08 і =0,254, а у проміжних шарах - у всьому інтервалі значень фактора АF і при =0,025…0,055. Ці результати дозволяють сформувати технологу сукупність науково-обґрунтованих вимог до параметрів процесу деформування безперервнолитих блюмів, який проектується, на стадії неповної кристалізації.

8. Розроблені рекомендації щодо вибору схеми деформування і форми прямокутних калібрів для забезпечення бездефектної прокатки сортових безперервнолитих заготовок у перших обтискних клітях сортового стана з урахуванням комплексу технологічних факторів, які дозволяють управляти характером розподілу і знаком напружень на вільній від взаємодії зі стінками прямокутного калібру поверхні заготовки через зміни схеми силової взаємодії в системі „валок - штаба”. Результати виконаних досліджень стали основою для створення нового способу виробництва прокату з безперервнолитого металу (патент України №75832), реалізованого у промисловому масштабі на середньосортному стані 330 ВАТ “КМЗ ім. В. Куйбишева.

9. Отримали подальший розвиток положення експериментальних методів механіки твердих тіл, які деформуються, шляхом удосконалення підходу до визначення характеристик кінематичних і статичних параметрів процесу, а також напружено-деформованого стану у вертикально-поздовжній площині симетрії під час пружнопластичного деформування, які дозволяють підвищити точність і вірогідність підсумкових результатів, а також не менше, ніж у 2 рази, скоротити обсяг вимірів, що проводяться. Поставлення завдання і його реалізація спростились, зменшився обсяг і час обчислювальних операцій при одночасному зниженні рівня похибки.

10. Вперше шляхом прямих експериментів отримані кількісні значення кінематичних і статичних параметрів процесу деформування безперервнолитих блюмів на стадії неповної кристалізації. Здійснена якісна оцінка напруженого стану, який формується, на комбінованих фізичних моделях (свинець + сплав Вуда) у термінах експериментальних методів механіки твердих деформованих тіл. Установлено, що спостерігається локалізація деформаційних процесів у шарах, розташованих від поверхні на відстані не більш, ніж hi/(0,5Hбл)=0,358 і , як наслідок, знижується вплив зсувних деформацій еху на процес руйнування осьових закристалізованих перемичок. Виявлено причину виникнення порушень суцільності у твердому каркасі блюма при ранньому прикладанні зовнішнього деформаційного впливу, яка полягає в інтенсифікації поздовжніх деформацій ехх підповерхневих шарів hi/(0,5Hбл)=0,239. Винайдені закономірності стали основою для створення нового способу (патент України №75537) обтиснення безперервнолитих блюмів і заготовок у рідко-твердому стані , під час реалізації якого досягається підвищення однорідності деформації та ефективності опрацювання осьової пористості і ліквації шляхом послідовного двостадійного обтиснення металу профільованими валками.

11. Реалізація у промислових умовах інноваційних технологічних елементів управління якістю металопрокату і виробів із нього, виконана в межах інтегрованих технологічних систем „Сталь - Прокат - Металопродукція”, дозволила підвищити конкурентоспроможність середньосортного прокату загального призначення і великосортного прокату для вугледобувної ґалузі, вугільного машинобудування, суднобудування і вагонобудування. Зазначений результат забезпечений сукупністю позитивних ефектів: зниженням матеріальних витрат виробництва, зменшенням кількості поверхневих дефектів на прокаті, покращенням макро- і мікроструктури металу і, як наслідок, підвищенням стабільності комплексу механічних властивостей прокату і виробів із нього.

Сумарний обсяг металопрокату, вироблений із використанням розроблених у дисертаційній роботі нових технічних рішень і технологій, у 2000-2006 роках склав 41740 тонн, а фактичний економічний ефект - 3394313 гривень. Внесок автора - 1480696,6 гривень.

безперервнолит

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Высокоэффективные технологические схемы и интеграция - основа повышения качества проката ответственного назначения / А. А. Минаев, А. Н. Лубенец, Е. Н. Смирнов, В. В. Щербачёв, А. Н. Смирнов, В. В. Несвет, М. В. Григорьев // Металл и литьё Украины. - 2002. - №7-8. - С. 35-37.

2. Система технологического проектирования метода “мягкого” обжатия непрерывнолитых блюмов и заготовок в конце затвердевания / А. А. Минаев, Е. Н. Смирнов, А. Н. Смирнов, Ю. Н. Белобров, М. В. Григорьев, А. В. Украинский // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: зб. наук. праць - Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2002. - С. 59-66.

3. Моделирование напряжённо-деформированного состояния при обжатии непрерывнолитого слитка в жидко-твёрдом состоянии / Е. Н. Смирнов, В. А. Скляр, А. П. Митьев, О. С. Киливник, И. А. Яценко, А. И. Горбенко, А. В. Оболянская // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць - Краматорськ: ДДМА, 2006. - С. 162-169.

4. Пилюшенко А. В. Математическая модель показателей напряжённого состояния на боковой грани при прокатке высоких полос / А. В. Пилюшенко, Е. Н. Смирнов, В. А. Белевитин // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць - Краматорськ: ДДМА, 2005. - С. 435 - 440.

5. Теоретический CAD/CAE анализ теплового состояния непрерывнолитого блюма в зоне “мягкого” обжатия / Е. Н. Смирнов, М. В. Григорьев, В. В.Передереев, В. А. Скляр // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць - Краматорськ: ДДМА, 2004. - С. 508-514.

6. Смирнов Е. Н. Физико-геометрическое моделирование упругопластического деформирования непрерывнолитых слитков в жидко-твёрдом состоянии / Е. Н. Смирнов, М. В. Григорьев / Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць - Краматорськ-Слов`янськ: ДДМА, 2003. - С. 156-164.

7. Минаев А. А. Моделирование теплового состояния непрерывнолитого блюма в процессе контролируемого вторичного охлаждения / А. А. Минаев, Е. Н. Смирнов, М. В. Григорьев // Металл и литьё Украины. - 2003. - №6. - С. 18-22.

8. Смирнов Е. Н. О новом подходе к экспериментальному исследованию процесса "мягкого" обжатия блюмов на физических моделях / Е. Н. Смирнов, В. А. Скляр, А. А. Слугин // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: зб. наук. праць - Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2005. - С. 42-48.

9. Смирнов Е.Н. Исследование влияния деформационных параметров “мягкого” обжатия на сближение фронтов кристаллизации с использованием физических моделей / Е. Н. Смирнов, М. В. Григорьев // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: зб. наук. праць. - Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2004. - Ч.2. - С. 93-99.

10. Развитие методологии физического моделирования поведения осевой усадочной раковины и пористости в непрерывнолитых блюмах / Е. Н. Смирнов, А. П. Митьев, М. В. Григорьев,В. В. Зуб, В. А. Гамидов // Наук. пр. Донец. держ. техн. ун-ту. Сер., Металургія. - Донецьк: ДонНТУ, 2002. - Вип.40. - С. 133-140.

11. Минаев А. А. О моделировании пластического формоизменения раскатов с неравномерным распределением температуры по сечению на пластилиновых моделях / А. А. Минаев, Е. Н. Смирнов, В. А. Белевитин // Известия вузов. Черная металлургия. - 1992. - № 4. - С. 57-60.

12. Минаев А. А. Оптимизация системы технологического проектирования производства проката ответственного назначения из непрерывнолитого блюма / А. А. Минаев, Е. Н. Смирнов, А. Н. Лубенец //Металлургическая и горнорнорудная промышленность. - 2002. - №8-9. - С. 180-184.

13. Исследование непрерывнолитых блюмов большого сечения из низкоуглеродистой судостроительной стали / А. Н. Лубенец, Е. Н. Смирнов, В. В. Щербачёв, В. В. Несвет // Наук. пр. Донец. держ. техн. ун-ту. Сер., Металургія. - Донецьк: ДонДТУ, 2001. - Вип. № 31. - С. 106-115.

14. Смирнов Е. Н. Свойства и структура заготовок из непрерывнолитого металла для производства проката ответственного назначения / Е. Н. Смирнов // Металл и литьё Украины. - 2001. - №3-4. - С. 17-20.

15. Смирнов Е. Н. Исследование особенностей деформирования непрерывнолитой заготовки/ Е. Н. Смирнов, В. А. Скляр, И. Д. Струкова // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць - Краматорськ: 2006. - С. 170-174.

16. Смирнов Е. Н. Сопоставительная оценка качества крупносортных угловых профилей из непрерывнолитой и горячекатаной заготовок / Е. Н. Смирнов, Е. Р. Позняк, В. В. Щербачёв // Металл и литье Украины. - 2004. - №3-4. - С. 33-35.

17. Смирнов Е. Н. Металловедческие аспекты сопоставительного анализа качества полособульбовых профилей / Е. Н. Смирнов, С. В. Петрущак, М. В. Григорьев // Наук. пр. Донец. нац. техн. ун-ту. Сер., Металургія - Донецьк: ДонНТУ, 2004. - Вип.73. - С. 105-113.

18. Технологические аспекты дожатия торца полки полособульбовых профилей / Е. Н. Смирнов, А. П. Митьев, М. В. Григорьев, Д. В. Григорьев // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. праць - Краматорськ: 2003. - С. 135-140.

19. Разработка промышленной технологии производства профиля Н170У из непрерывнолитого металла / Е. Н. Смирнов, И. В. Лейрих, М. В. Григорьев, В. В. Щербачёв // Наук. пр. Донец. нац. техн. ун-ту. Сер., Металургія. -Донецьк: ДонНТУ, 2003. - Вип. 66. - С. 86-92.

20. Технологические предпосылки получения крупных профилей ответственного назначения из непрерывнолитого металла с качественной микроструктурой / Е. Н. Смирнов, В. В. Несвет, А. Н. Смирнов, М. В. Григорьев, В. В. Щербачёв, Л. К. Маняк // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематич. зб. наук. пр. - Краматорськ - Хмельницький: ДДМА, 2002. - С. 376-383.

21. Лубенец А. Н. Опыт производства судовых профилей из непрерывнолитой заготовки / А. Н. Лубенец, Е. Н. Смирнов, В. В. Щербачёв // Сталь. - 2002. - №8. - С. 102-106.

22. К вопросу производства деталей замка арочной крепи из непрерывнолитого металла / Е.Н.Смирнов, А. Н. Лубенец, И. В. Лейрих, В. В. Щербачёв, М. В. Григорьев, В.Ф. Компанец // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - № 10. - С.81-85.

23. К вопросу повышения качества полособульбовых профилей / А. А. Минаев, А. Н. Лубенец, Е. Н. Смирнов, В. В. Щербачёв // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - №8-9. - С. 208-210.

24. Исследование особенностей производства полособульбовых профилей из непреревнолитых заготовок / А. А. Минаев, А. Н. Лубенец, Е. Н. Смирнов, В. В. Щербачёв, В. В. Несвет, А. Н. Смирнов // Наук. пр. Донец. держ. техн. ун-ту. Сер., Металургія. - Донецьк: ДонДТУ, 2000. - Вип. 18. - С. 6-17.

25. Смирнов Е. Н. Исследование динамики структурообразования и свойства высококачественной сварочной проволоки из непрерывнолитой стали 07Г1НМА /Е. Н. Смирнов, И. В. Лейрих, В. В.Зуб // Металл и литьё Украины. - 2006. - № 3-4. - С. 43-47.

26. Неравномерность структурообразования при термодеформационной обработке сортовых профилей / А. А. Минаев, Е. Н. Смирнов, А. Л. Геллер, Е. Р. Позняк, В. В. Щербачёв // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: тематич. зб.наук.пр. - Краматорськ: ДДМА, 2000. - С. 254-261.

27. Смирнов Е. Н. Неравномерность распределения скоростей течения металла при прокатке овальных заготовок с неравномерным распределением температуры по сечению / Е. Н. Смирнов // Наук. пр. Донец. держ. техн. ун-ту. Сер., Металургія. - Донецьк: ДонДТУ, 1999. - Вип. 8. - С. 121-126.

28. Смирнов Е. Н. Исследование напряжённого состояния металла при прокатке овальных заготовок с неравномерным распределением температуры по сечению / Е. Н. Смирнов // Наук. пр. Донец. держ. техн. ун-ту. Сер., Металургія. - Донецьк: ДонДТУ,1999. - Вип.14. - С.70-73.

29. Минаев А. А. Демонотонность пластического формоизменения при прокатке овальных заготовок с неравномерным распределением температуры по сечению / А. А. Минаев, Е. Н. Смирнов, В. А. Белевитин // Известия вузов. Черная металлургия. - 1993. - №6. - С. 34-37.

30. Минаев А. А. Скорость течения металла при прокатке овальных заготовок с неравномерным распределением температуры по сечению / А. А. Минаев, В. А. Белевитин, Е. Н. Смирнов // Известия вузов. Черная металлургия. - 1993. - №11-12. - С. 22-25.

31. Моделирование процесса деформирования непрерывнолитого блюма в жидко-твёрдом состоянии / А. А. Минаев, Е. Н. Смирнов, М. В. Григорьев, В. П. Овсянников // Теория и практика производства листового проката: сб. науч. тр. - Липецк: ЛГТУ, 2003. - Ч.2. - С. 58-70.

32. Смирнов А. Н. Сортировка. Опыт производства сортовых заготовок для длинномерного проката / А. Н. Смирнов, Е. И. Штепан, Е. Н. Смирнов // Металл. - 2005. - №1. - С. 44-50.

33. А.с. № 1674996 СССР, МКИ3 В 21 В 1/00. Способ прокатки сортовых заготовок / А. А. Минаев, В. А. Белевитин, Е. Н. Смирнов, А. Г. Носанёв, А. Н. Смирнов, В. В. Шишкевич, В. Б. Капустин, В. В. Щербачёв, А. Л. Геллер (СССР) - №4667722/02 ; заяв.06.02.89 ; опубл. 07.09.91, Бюл. №33.

34. Пат. 75832 UА, МПК В 21 В 1/46, С 21D 8/00. Спосіб виробництва прокату з безперервнолитого металу / Є. М. Смирнов, В. В. Щербачов, М. В. Григорєв, В. М. Мягков, В. В. Зуб, О. О. Слугін, І. А. Демидова: Заявник та патентовласник Донец. нац. техн. ун-т. - №20041209910 ; заяв. 03.12.04 ; опубл. 15.05.2006, Бюл. №5.

35. Пат. 75537 UA, МПК В 22 D 11/12. Спосіб обтиснення безперервнолитих блюмів і заготовок у рідко-твердому стані / Є. М. Смирнов, О. М. Смірнов, В. В. Несвіт, М. В. Григор'єв, Ю. М. Белобров, В. О. Скляр, В. В. Передерєєв: Заявник та патентовласник Донец. нац. техн. ун-т. - №20041008414 ; заяв. 18.10.04 ; опубл. 17.04.2006, Бюл. №4.

36. Пат. 77236 UА, МПК G 01 N 3/28. Спосіб фізичного моделювання процесів деформування безперервнолитих зливків у рідко-твердому стані / Є. М. Смирнов, М. В. Григорєв, В. В. Передерєєв, О. О. Воробйов, В. О. Скляр, В. В. Моцний, В. В. Зуб: Заявник та патентовласник Донец. нац. техн. ун-т. - №20040705491 ; заяв. 07.07.04 ; опубл. 15.11.2006, Бюл. №11.

37. Пат. 77283 UA, МКП G 01 N 3/28. Спосіб фізичного моделювання процесів пророблення структури в безперервнолитих зливках при пластичній деформації / О. А. Мінаєв, Є. М. Смирнов, А. П. Мітьєв, І. А. Демидова, О. О. Слугін, В. М. Мягков: Заявник та патентовласник Донец. нац. техн. ун-т.- №20041008620 ; заяв. 22.10.04 ; опубл. 15.11.2006, Бюл. №11.

38. Смирнов Е. Н. Численное моделирование напряжённо-деформиро-ванного состояния непрерывнолитых блюмов в зане “мягкого” обжатия / Е. Н. Смирнов, В. А. Скляр, М. В. Григорьев // Проблемы математического моделирования: междунар. науч.-метод. конф., 26-28 мая 2004. - Днепродзержинск: ДГТУ, 2004. - С. 139-140.

39. Белевитин В. А. К вопросу о расширении возможностей комбинированного Эйлерово-Лагранжевого метода исследования процессов пластической деформации / В. А. Белевитин, Е. Н. Смирнов, Э. Р. Логунова // Механика и процессы управления: тр. ХХХIII Урал. семинара, Екатеринбург, сентябрь 2003г. - Екатеринбург: Урал. отд. РАН, 2003. - С. 171-174.

40. Big sequence casting for 6-strands bloom and combine bloom-billet CCM in BOF-shop / A. N. Smirnov, E. N. Smirnov, V. V. Nesvet, V. V. Zub // Proceedings V International conference “Metallurgy, refractories and enviroment”, Stara Lesna, 13-16 may 2002, Slovakia. - Kosice: Harlequin s.r.o., 2002. - Р. 353-359.

41. Смирнов Е. Н. Технологическое проектирование участка деформирования непрерывнолитых блюмов на стадии неполной кристаллизации / Е. Н. Смирнов // Донбас-2020: наука і техніка - виробництву: матеріали IV наук.-практ. конф., Донецьк, 27 - 28 трав. 2008 р. / Донец. нац. техн. ун-т. - Донецьк: Вид-во ДонНТУ, 2008. - С. 173-177.

42. К вопросу прокатки непрерывнолитых заготовок в обжимных клетях сортовых станов / А. А. Минаев, Е. Н. Смирнов, М. В. Григорьев, В. В. Зуб, В. М. Мягков // Машиностроение и техносфера ХХI века: сб. тр. междунар. науч.-техн. конф., Севастополь, 8-14 сент. 2003 г. - Донецк: ДонНТУ, 2003. - Т. 2. - С. 257-262.

43. Смирнов Е. Н. Перспективы снижения энергозатрат при производстве проката из непрерывнолитой заготовки / Е. Н. Смирнов, М. В. Григорьев // Энергоэффективность крупного промышленного региона: сб. науч. тр. междунар. конф. - Донецк: ООО "Друк - Инфо", 2004. - С. 287-294.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві

[1,2] - аналіз існуючих технологічних схем виробництва прокату ґалузевого призначення в країнах Європи та СНД, розробка способу технологічного проектування й управління процесом деформування для запобігання осьових дефектів у безперервнолитих блюмах;

[3-6, 31, 38] - розробка математичних моделей визначення фізико-геометричного і напружено-деформованого станів блюмів під час деформування на стадії неповної кристалізації, виконання чисельного експерименту, аналіз впливу керуючих факторів процесу;

[7-9, 11, 41] - теоретичний аналіз складових фізичного моделювання процесу пружнопластичного деформування безперервнолитих зливків на стадії неповної кристалізації, виконання експерименту на фізичних моделях, аналіз процесу проникнення деформації у внутрішні зони фактичного осередку деформації, розробка критерію оцінки ефективності процесу;

[10] - постановка експериментів, обробка експериментальних даних щодо взаємооднозначної відповідності між залежностями осьової пористості безперервнолитих зливків і питомого електроопору металу від величини сумарної витяжки, наявної в процесі деформування;

[12-15, 32, 40,42,43] - постановка методик промислових експериментальних досліджень і комплексна оцінка ефективності застосування елементів управління якістю безперервнолитих блюмів і переробної заготовки, вдосконалення технологічного регламенту їх прокатки, аналіз можливої економії ресурсів;

[16-24] - обґрунтування нової інтегрованої технологічної схеми виробництва великосортних профілів ґалузевого призначення із безперервнолитої сталі, постановка комплексних досліджень з оцінки досягнутого рівня якості;

[25] - обґрунтування застосування безперервнолитої заготовки для підвищення якості зварювального дроту, формулювання основних положень методики наскрізного дослідження якості;

[26] - експериментальні дослідження й аналіз впливу форми розкату, температури і ступеня деформації на параметри мікроструктури металу;

[27-30] - постановка та розвиток завдань дослідження, аналіз впливу нерівномірного температурного поля на кінематичні параметри процесу їх прокатки і НДС розкату;

[33] - розробка нової схеми накопичення деформації проходами лінійного сортового стана під час прокатки безперервнолитої заготовки;

[34]- розробка схеми прокатки розкату в стані й аналіз порядку накопичення деформації проходами;

[35] - обґрунтування двоступінчатої схеми обтиснення безперервнолитих блюмів на стадії неповної кристалізації;

[36] - розробка схеми динамічного формування температурного градієнта в перерізі фізичної моделі;

[37] - розробка способу вимірювання і конструкції комбінованих фізичних моделей;

[39] - аналіз можливих напрямків подальшого розвитку можливостей комбінованого Ейлерово-Лагранжевого методу дослідження процесів пластичної деформації.

АНОТАЦІЯ

Смирнов Є.М. “Розвиток наукових основ підвищення якості сортового прокату з безперервнолитої сталі і вдосконалення технології виробництва ”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - “Процеси та машини обробки тиском”. - Державний вищий навчальний заклад “Донецький національний технічний університет”, Донецьк, 2009.

Наведено рішення важливої науково-технічної проблеми удосконалення технології виробництва і підвищення якості сортового прокату з безперервнолитої сталі для вугледобувної ґалузі, вугільного машинобудування, суднобудування і вагонобудування до рівня кращих зарубіжних аналогів на базі розвитку і практичної реалізації елементів багаторівневого технологічного забезпечення управління якістю металовиробів у системі “Сталь - Прокат - Металопродукція”.

Отримали подальший розвиток методологічні основи інноваційного проектування технології виробництва і модель технологічного забезпечення якості металопрокату з безперервнолитої сталі, які дозволили обґрунтувати нову вертикально-інтегровану схему виробництва великосортного прокату ґалузевого призначення стосовно до умов сучасних металургійних холдингів.

Вперше розроблені методи моделювання і проведення експериментальних досліджень процесу деформування безперервнолитих блюмів на стадії неповної кристалізації, які завдяки використанню математичних і універсальних фізичних моделей підтверджують можливість управління процесом в напрямку досягнення максимальної ефективності з одночасним створенням сприятливого для якості металу НДС.

Результати роботи знайшли використання на металургійних підприємствах при удосконаленні технології виробництва великосортних профілів для вищезазначених ґалузей промисловості, в роботі проектних установ України, а також у навчальному процесі вузів.

Ключові слова: деформування металу на стадії неповної кристалізації, математичне і фізичне моделювання, прокатка сортових профілів загального і спеціального призначення з безперервнолитої сталі, управління якістю металовиробів.

АННОТАЦИЯ

Разработан способ (патент Украины № 77283) физического моделирования процесса проработки структуры в непрерывнолитых слитках при пластическом деформировании металла. На его основе впервые экспериментально установлено взаимооднозначное соответствие между зависимостями осевой пористости непрерывнолитых слитков и удельным электросопротивлением металла от величины суммарной вытяжки. Указанные закономерности имеют экспоненциальный характер с выраженным пределом насыщения, для достижения которого требуется всё большая суммарная вытяжка по мере возрастания её начальной развитости.

Впервые в лабораторных условиях с использованием нового способа (патент Украины № 77236) физического моделирования процесса деформирования непрерывнолитых слитков в жидко-твёрдом состоянии установлено влияние управляющих факторов АF, и на закономерности результирующего формоизменения и эффективность моделируемого процесса Кэф.. Изучена динамика формирования НДС металла на различных участках боковой грани блюмов. Показано, что наивысшая эффективность процесса Кэф.=10,5% достигается при деформировании физических моделей, имеющих уровень значений факторов АF 0,1 и 0,3, а нарушения сплошности возможны в угловых участках (2yi /Hбл=0,82) боковой грани лишь на поздних стадиях реализации процесса (АF=0,082) при =0,08 и =0,254 и в промежуточных слоях (2yi /Hбл=0,52) - во всём интервале значений фактора АF и при =0,025…0,055.

Для условий прокатки непрерывнолитых заготовок в прямоугольных калибрах предложено в качестве управляющих элементов подсистемы “Прокатка в обжимных клетях” уровня технологических связей “Прокат” использовать усовершенствование схемы и режимов их деформирования, достигаемое за счёт изменения формы калибров и порядка накопления деформации по проходам соответственно. Это обеспечивает с одной стороны более качественную проработку литой структуры металла, а с другой - формирование на свободной поверхности схемы НДС, способствующей снижению вероятности возникновения нарушений сплошности.

Выполнено развитие подхода определения характеристик НДС металла в вертикально-продольной плоскости симметрии фактического очага деформации. Впервые установлено, что в процессе деформирования непрерывнолитых блюмов на стадии неполной кристаллизации наблюдается локализация деформационных процессов в слоях, расположенных от поверхности на расстоянии не более, чем hi/(0,5Hбл)=0,358 и, как следствие, снижается влияние сдвиговых деформаций еху в процессе разрушения осевых закристаллизовавшихся перемычек. Установлено, что первопричиной возникновения нарушений сплошности в твёрдом каркасе блюма при раннем приложении внешнего деформационного воздействия является интенсификация продольных деформаций ехх подповерхностных слоёв, расположенных от контактной поверхности на расстоянии hi/(0,5Hбл)=0,239. На основе полученных решений выполнено совершенствование технологии производства крупносортных профилей для угледобывающей промышленности, угольного машиностроения, судостроения и вагоностроения, позволившее получить экономию материальных ресурсов не менее 15%, а также подтвердить достижение уровня качества лучших зарубежных аналогов посредством сертификации технологической схемы производства ведущими Классификационными обществами. Результаты работы используются проектными организациями Украины, а также в учебном процессе вузов.

Ключевые слова: деформирование металла на стадии неполной кристаллизации, математическое и физическое моделирование, прокатка сортовых профилей общего и специального назначения из непрерывнолитой стали, уп-равление качеством металлоизделий.

ABSTRACT

Smirnov E.N. Developing scientific foundations of increasing quality of bar of continuous steel and improving the technology production. -Manuscript.

The Doctor of science thesis by speciality 05.03.05 - “Processes and machines of processing by pressure”. - The State higher educational institution “Donetsk National Technical University”, Donetsk, 2009

An important scientific and technical problem of improving the production and quality-raising technology of the profiled iron produced from continuously casted steel for coal-mining industry, coal-mining engineering, shipbuilding and car-building industries to the level of the best foreign analogues on the development basis and the practical implementation of the elements in the multilevel metalware quality management technological maintenance in the “Steel - Rolled metal - Metal production” system have been solved.

Methodological basis of the production engineering innovation designing as well as the model of the technological quality maintenance of the rolled metal from continuously casted steel have got further development. These achievements on their turn enabled to substantiate a new vertically integrated scheme of producing large size rolled metal of the branch usage in conformity with the conditions of the forming metallurgical holding companies.

Methods of modelling and holding experimental research of the deformation process of the continuously casted blooms on the incomplete crystallization stage have been first elaborated, that, on account of using mathematical and universal physical models confirm the possibility of managing the process in the direction of achieving the top efficiency with the simultaneous formation of the deflected mode shape favourable for the quality of the metal.

The results of the research found its application in the improvement of the production methods of the large size goods for the above-mentioned industries as well as in the educational process and the project practice of the Ukrainian organizations.

Key-words: deformation process of the metal on the incomplete crystallization stage; mathematical and physical modelling; rolling of section bars of general and special usage produced from continuously casted steel; metalware quality management.

Размещено на Allbest.ru