Анотація до роботи:

Мохаммад Захур. «Удосконалення і реалізація методів розробки калібровок валків і технології виробництва трубних заготовок великих діаметрів на обтискно-заготовочному стані». - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - «Процеси і машини обробки тиском». – Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», Донецьк, 2006.

Дисертація присвячена рішенню актуальної і важливої наукової і прикладної задачі - розробці і реалізації наскрізної промислової технології виробництва катаної (у тому числі і трубної) заготовки діаметром більш 275 мм. Обґрунтовано доцільність виробництва такої заготовки на обтискно-заготовочних станах.

На основі удосконалення технології виплавки і позапічної обробки сталі, регламентованого транспортування і нагрівання зливків у нагрівальних колодязях, розробки технології прокатки і калібровок валків, а також режимів обробки і контролю якості заготовок створена і реалізована наскрізна промислова технологія виробництва катаної заготовки діаметром до 330 мм.

Основним елементом технології прокатки заготовок великих діаметрів в обтискній прокатній кліті, яка не оснащена привалковою арматурою, що забезпечує стійкість розкатів, стала калібровка валків, оригінальність якої полягає в запропонованому овальному калібрі нової форми, що використовується як підготовчий і передчистовий і враховує уперше розроблений у дисертації критерій стійкості розкату.

Дослідно-промисловими і промисловими прокатками заготовок по розробленій наскрізній технології підтверджена можливість виробництва заготовок діаметром більш 275 мм на обтискно-заготовочному стані відповідно до вимог ГСТУ 3-009-2000, ГОСТ 1050 і закордонних стандартів як за точністю розмірів, так і за механічними властивостями, структурою металу і забрудненню його неметалевими включеннями. Результати роботи впроваджені в обтискному цеху ЗАТ «ММЗ «ІСТІЛ (Україна)», отриманий фактичний річний економічний ефект у розмірі 68 569 гривень, очікуваний економічний ефект складає 2 627 310 гривень.

В результаті виконання дисертаційної роботи вирішено актуальне і важливе наукове і прикладне завдання - розроблена і реалізована наскрізна промислова технологія виробництва катаних (у тому числі і трубних) заготовок діаметром до 330 мм з показниками якості, відповідними вимогам ГСТУ 3-009-2000, ГОСТ 1050 і зарубіжних стандартів.

Основні наукові положення і практичні результати полягають у наступному

1. На основі аналізу можливих технологій використання трубних заготовок вперше запропонована класифікація схем застосування безперервнолитих заготовок для виробництва безшовних труб з урахуванням особливостей вживаних при цьому способів обробки металів тиском.

2. Обґрунтована доцільність виробництва катаних заготовок великих діаметрів, у тому числі трубних заготовок, обумовлена такими чинниками:

відсутністю на даний час в Україні металургійного устаткування, що забезпечує уков безперервнолитого металу не менше 2,3 при діаметрі заготовок більше 275 мм для труб відповідального призначення;

мінімальною кількістю розмірів перерізів заготовок, що отримуються методом безперервного розливання металу (одного - двох перерізів) з необхідністю подальшого отримання широкого спектру розмірів перетинів трубної заготовки (десяти - двадцяти перерізів) для ТПА на обтискно-заготовочному стані;

невисоким рівнем технології і устаткування для виплавки, позапічної обробки і розливання сталі, що існує в даний час в Україні в порівнянні із зарубіжним, при украй малій частці безперервно литої сталі в загальному обсязі її виробництва.

1. Як об'єкт для розробки і реалізації технології виробництва катаних (у тому числі і трубних) заготовок діаметром більше 275 мм прийнятий двоклітьовий реверсивний стан 950/900 «ЗАТ «ММЗ «ІСТІЛ (Україна)», на якому до моменту початку роботи був багатий досвід виробництва заготовок діаметром до 275 мм.

2. На підставі результатів дослідження технології виробництва заготовок діаметром до 275 мм і аналізу показників якості прокату відповідно до вимог вітчизняних і зарубіжних стандартів встановлено, що необхідний рівень механічних властивостей прокату гарантовано забезпечується при дотриманні норм хімічного складу, макро- і мікроструктури металу сталі. Забрудненість металу пластинчатими силікатами і точковими оксидами відповідають нормам ГСТУ 3-009-2000, а за оксидами строчок, крихкими і недеформованими силікатами середні значення балів перевищують норми стандарту. Встановлена залежність максимального балу і морфології неметалевих включень від вмісту хімічних елементів сталі, головним чином сірки. Дослідження також показали, що при виробництві заготовок діаметром 200-275 мм експортного призначення мало місце значне відбраковування їх за внутрішніми дефектами (до 12%), при цьому приблизно половина браку припала на заготовку діаметром 275 мм. Отримані результати підказали необхідність розробки наскрізної технології виробництва заготовок великих діаметрів.

3. При розробці наскрізної технології виробництва заготовок великих діаметрів (у тому числі і трубних) з показниками якості, що забезпечують вимоги вітчизняних і зарубіжних стандартів, у цій роботі проведений комплекс досліджень, спрямованих на попередження виникнення дефектів сталеплавильного виробництва. В результаті проведених досліджень розроблена і реалізована низка заходів щодо підвищення якості металу. Зокрема, покращена підготовка і дозування завантажуваного в піч металобрухту; застосовані спеціальні шлакові режими в електродуговій печі (ЕДП); за рахунок обробки металу в установці «піч-ківш» понижено вміст в ньому сірки до 0,01%; для зменшення кількості і поліпшення морфології неметалевих включень в металі використали процес вакуумування сталі.

4. Встановлено, що основний вплив на утворення внутрішніх і зовнішніх дефектів заготовок роблять часові умови транспортування зливків і нагріву їх в нагрівальних колодязях. У зв'язку з цим збільшений час від кінця розливання до початку стриперування зливків; понижена температура гарячого посаду зливків при виробництві заготовок великих діаметрів до 600-650; передбачена видача зливків з колодязів для прокатки заготовок відповідального призначення строго за графіком. Реалізація цих заходів дозволила знизити відсортовування заготовок за внутрішніми дефектами і незадовільною якістю поверхні в 1,2-2,7 разу.

5. Результати досліджень, спрямованих на попередження виникнення дефектів сталеплавильного виробництва, створили базу для отримання на обтискно-заготовочному стані заготовок великих діаметрів з показниками якості, що задовольняють вимогам вітчизняних і зарубіжних стандартів.

6. На підставі аналізу технічних можливостей стана 950/900 встановлено, що без істотних капітальних витрат прокатку заготовок діаметром до 330 мм можна здійснити при використанні однієї кліті 950. Враховуючи, що ця кліть не обладнана утримуючою привалковою арматурою, вирішення завдання забезпечення поперечної стійкості розкату при захваті його валками запропоновано робити її оцінку за критерієм стійкості розкату, в основу якого покладено ступінь відповідності контуру смуги контуру валків. Вперше запропонований новий критерій поперечної стійкості розкату при захваті визначається як відношення статичного моменту, що дорівнює добутку проекції площі початкового контакту на плече сили зминання, до статичного моменту максимально можливої проекції площі початкового зминання. Для оцінки стійкості розкату при n проходах, загальний критерій стійкості визначається як:

7. Одержав подальший розвиток метод аналізу формозміни металу при прокатці в калібрах, заснований на використанні геометричної моделі розкату, що деформується, що є тілом з поверхнею, яка визначається початковим і кінцевим перетином розкату, контактною і неконтактною поверхнею осередку деформації. На підставі результатів аналізу формозміни металу при прокатці в овальному калібрі з використанням геометричної моделі розкату, що деформується, розроблена методика розрахунку калібровки валків для прокатки заготовок круглого перерізу, що враховує критерій стійкості розкату для умов кліті обтискного стана, не обладнаною утримуючою привалковою арматурою.

8. Розроблено овальний калібр спеціальної форми, призначений для використання як підготовчий і передчистовий. Нова форма калібру характеризується опуклим дном, сполученим з ділянками кіл двох різних діаметрів, з прямими стінками, розташованими під кутом до горизонтальної осі калібру. Розроблено алгоритм, реалізований у вигляді програмного засобу для ПЕОМ, для розрахунку параметрів овального калібру спеціальної форми. З використанням цього програмного засобу визначені чисельні значення геометричних параметрів овального калібру.

9. З використанням розробленого методу аналізу формозміни металу при прокатці, реалізованого у вигляді програмного засобу для ПЕОМ, змодельовані умови деформації металу в калібрі нової форми. На підставі результатів моделювання одержало подальший розвиток уявлення про механізм течії металу в подовжньому і поперечному напрямах в цьому калібрі.

10. Для практичної реалізації результатів аналітичних досліджень розроблено калібровку валків для прокатки заготовок діаметром 310 і 330 мм на стані 950/900. Оригінальність калібровки полягає в тому, що в ній передбачено розроблений овальний калібр спеціальної форми, що використовується як підготовчий і передчистовий калібр. Показано, що застосування цієї калібровки підвищує поперечну стійкість розкату в порівнянні з відомими калібрами при захваті і прокатці як в самому калібрі, так і в подальшому круглому калібрі, а також забезпечує мінімальну величину неконтактних зон при прокатці, що сприяє підвищенню точності прокату.

11. На підставі результатів досліджень, розрахунку припустимих навантажень на механічне й електричне устаткування кліті 950 і розробленої калібровки валків, а також урахування досвіду роботи стана 950/900, розроблено режими обтискувань при прокатці зливків масою 5,7; 6,5 і 8,7 т в заготовки діаметром 310 і 330 мм.

12. Відпрацювання режимів функціонування системи контролю технології прокатки й управління швидкісними режимами головного приводу кліті 950 знизило число пробуксовок валків з 30-40 до 3-4 за зміну, сприяло поліпшенню якості продукції і забезпечило умови для сертифікації продукції за стандартом ISO 9000.

13. Основним результатом виконаного комплексу робіт стала наскрізна промислова технологія виробництва заготовок великих діаметрів відповідно до вимог вітчизняних і зарубіжних стандартів. Технологія складається з комплексу технологічних, наукових і організаційних рішень, спрямованих на удосконалення процесів виплавки і позапічної обробки сталі, прокатки, правки, контролю якості, упаковки і маркування заготовок круглого перетину з рядових, конструкційних, низьколегованих і легованих марок сталі.

14. Достовірність розроблених методів розрахунку калібровок валків і режимів прокатки, а також раціональність реалізації удосконалень параметрів наскрізної технології виробництва заготовок діаметром 310 і 330 мм підтверджена результатами дослідно-промислових прокаток заготовок вказаних розмірів на стані 950/900. Отримана продукція відповідає всім вимогам ГСТУ 3-009-2000, ГОСТ 1050 і зарубіжних стандартів. Це стало підставою для початку промислового виробництва заготовок вказаних розмірів.

15. Доведено можливість і ефективність застосування цих заготовок при виготовленні безшовних труб (розширює їх розмірний сортамент), кілець (досягається економія металу до 18% в порівнянні з використанням кованої заготовки), трамвайних бандажів (дозволяє відмовитися від імпорту аналогічної заготовки з Росії), роликів рольгангів прокатних станів, що працюють в умовах високих температур і великих навантажень.

16. Ці результати, матеріали, отримані при проведенні дослідно-промислових та промислових прокаток заготовок діаметром 310 і 330 мм, а також прогноз динаміки світового ринку сталі послужили обґрунтуванням для розробки “Програми розвитку виробництва, розширення сортаменту і поліпшення якості трубної заготовки великих діаметрів”. Програма виконується.

17. Потенційний економічний ефект від повномасштабної реалізації розробок, створених при виконанні досліджень в рамках дисертаційної роботи, при річному об'ємі виробництва заготовок великих діаметрів 7000 т, складе більше 2,6 млн. грн (частка автора - понад 260 тис. грн). Отримано фактичний економічний ефект близько 70 тис. грн. (частка автора - 20 тис. грн) від реалізації заготовок, виготовлених при дослідно-промислових прокатках.

Публікації автора:

1. Мохаммад Зaxyp, Шум В.Б., Игнатьев С.Н. Разработка и реализация калибровок валков для прокатки круглых заготовок на обжимно-заготовительном стане широкого сортамента // Металл и литьё Украины.-2001.- №5-6.-С.35-37.

2. Захур М., Светличный А.В. Анализ технологического процесса прокатки металла на обжимном стане по параметрам работы главного привода // Металлургическая и горнорудная промышленность.-2001.-№5.-С.52-54.

3. Мохаммад Захур. Мини-металлургический завод «ИСТИЛ (Украина)» -флагман ISTIL GROUP // Металлургическая и горнорудная промышленность.-2001.-№6.-С.48-50.

4. Захур М., Светличный А.В. Система контроля технологии прокатки и управления скоростными режимами главного привода обжимного стана // Сталь.-2002.-№8.-С.64-66.

5. Мохаммад Захур, Солод B.C., Бенецкий А.Г. Освоение производства трубной заготовки больших диаметров на стане 950/900 обжимного цеха ЗАО «ММЗ «ИСТИЛ (Украина)» // Металл и литьё Украины.-2002.-№12.-С.16-18.

6. Мохаммад Захур, Рыженков А., Сиддики Ф. Стратегия управления и технология производства группы ИСТИЛ // Металлургическая и горнорудная промышленность.-2002.-№10.-С.10-15.

7. Мохаммад Захур. Обжимно-заготовочные станы. Ретроспектива. Перспектива / Металл и литьё Украины.-2004.-№11.-С.19-24.

8. Захур М., Бенецкий А.Г., Кулагин Р.Ю. Критерий устойчивости захвата полосы при прокатке в системах калибров, применяемых для производства трубной заготовки // Удосконалення процесів i обладнання обробки тиском в металургії i машинобудуванні: Тематичний збірник наукових праць.-Краматорськ, 2005.-С.426-430.

9. Захур М. Сквозная технология производства круглых заготовок на стане 950/900 // Производство проката.-2005.-№3.-С.19-23.

10. Минаев А.А., Захур М., Коновалов Ю.В. Специфика использования катаной и непрерывнолитой заготовки для производства труб // Производство проката.-2005.-№4.-С.29-37.

11. Коновалов Ю.В., Захур М. О применении обжимно-заготовочных станов для производства трубной заготовки // Труды шестого конгресса прокатчиков.-М.: Черметинформация, 2005.-С.352-358.

12. Мохаммад Захур, Солод B.C., Бенецкий А.Г. Принципы конструирования специального овального калибра с учетом критерия устойчивости для прокатки трубной заготовки большого диаметра // Металл и литьё Украины.-2005.- №9.-10.-С.37-39.

13. Захур М., Коновалов Ю.В. Переработка трубных заготовок большого диаметра на цельнокатаные трубы // Производство проката.-2005.-№11.-С.22,23.

14. Мохаммад Захур. Производство круглых заготовок больших диаметров и переработка их в кольцевые изделия // Металл и литьё Украины.-2005.-№6.-С.28-34.

15. Захур М., Коновалов Ю.В. Освоение технологии производства круглых катаных заготовок в ЗАО «Мини-металлургический завод «ИСТИЛ (Украина)» // Производство проката.-2006.-№2.-С.19-21.

16. Захур М. Разработка, исследование и освоение технологии прокатки трубной заготовки диаметром 310 и 330 мм // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії i машинобудуванні: Тематичний збірник наукових праць.-Краматорськ, 2006.-С.232-237.

Особистий внесок здобувача в публікаціях в співавторстві:

[1] - розроблена калібровка валків для прокатки кругів діаметром 240-275 мм; [2] - встановлені додаткові можливості системи контролю параметрів прокатки; [4] - розроблені режими обтиску зливку масою 5,7 т при роботі системи контролю технології прокатки й управління швидкісними режимами головного приводу обтискного стана; виконаний аналіз даних за контролем якості нагріву зливків, за рівнем енерговитрат на деформацію металу; [5] - опрацьована можливість прокатки заготовок діаметром більше 275 мм на існуючому устаткуванні стану 950/900; розробка спеціального овального калібру для прокатки заготовок діаметром 310 і 330 мм; виконано аналіз результатів дослідної прокатки; [6] - визначені етапи реконструкції і обсяги фінансування, початкові дані для замовлення устаткування для модернізації стану 950/900 і приладів для ультразвукового контролю; [8] - виконано аналіз калібровки валків, що діють на металургійних підприємствах, для прокатки круглих заготовок; запропоновано застосувати один овальний калібр як підготовчий і передчистовий; зроблена оцінка впливу на критерій стійкості параметрів калібрів; [10] - виконано аналіз можливих схем використання безперервнолитої заготовки при виробництві труб; оцінено можливість застосування безперервнолитої заготовки для виготовлення труб; зроблено висновок про альтернативність використання катаної і безперервнолитої заготовки; [11] - виконано аналіз виробництва трубної заготовки на прокатних станах різного типу; обґрунтована доцільність виробництва катаної заготовки великих діаметрів; оцінена можливість використання існуючого устаткування стана 950/900 для різання, ультразвукового контролю і обдирання заготовок діаметром більше 275 мм; [12] - обґрунтована доцільність застосування загального критерію стійкості розкату для аналізу калібровок валків; розроблено алгоритм розрахунку поверхні контакту розкату з валком; [13] - розроблена методика проведення досліджень при переробці заготовок, виготовлених на ЗАТ «ММЗ «ІСТІЛ (Україна)», у труби на ЗАТ «Нікопольська трубна компанія», виконано аналіз отриманих результатів; [15] - виконано аналіз причин великого відбраковування заготовок за внутрішніми дефектами, що поставляються за зарубіжними стандартами; коректування часу від кінця розливання сталі до початку стриперування, а також температури посаду зливків.