Исследование и совершенствование технологии и оборудования подготовки катанки к волочению в поточных лининях производства стальной проволоки тема диссертации и автореферата по ВАК 05.04.04, кандидат технических наук Виноградов, Алексей Иванович

Диссертация и автореферат на тему «Исследование и совершенствование технологии и оборудования подготовки катанки к волочению в поточных лининях производства стальной проволоки». disserCat — научная электронная библиотека.
Автореферат
Диссертация
Артикул: 63961
Год: 
1999
Автор научной работы: 
Виноградов, Алексей Иванович
Ученая cтепень: 
кандидат технических наук
Место защиты диссертации: 
Череповец
Код cпециальности ВАК: 
05.04.04
Специальность: 
Машины и агрегаты металлургического производства
Количество cтраниц: 
149

Оглавление диссертации кандидат технических наук Виноградов, Алексей Иванович

Введение.

1. Современное состояние теории и технологии подготовки катанки к волочению.

1.1. Анализ существующих методов очистки катанки от окалины.

1.2. Традиционные подсмазочные покрытия и способы их нанесения.

1.3. Современное состояние совмещенной технологии очистки и волочения проволоки.

1.4. Обзор известных математических моделей процесса абразивно-порошковой очистки.

1.5. Анализ математических моделей состояния сыпучей среды в камерах АПО первого поколения.

Выводы по главе 1.

2. Теоретический анализ процесса АПО цилиндрического проката и его технические приложения.

2.1. Решение задач о состоянии сыпучей среды на основе методов теории пластичности.

2.1.1. Решение плоской задачи о движении сыпучего материала в клиновой камере.

2.1.2. Решение задачи о движении сыпучего материала в конической камере.

2.2. Расчет напряжений и скоростей при движении цилиндрического проката через коническую камеру, заполненную сыпучим абразивным материалом.

2.2.1. Постановка и решение задачи-аналога в теории пластичности.

2.2.2. Решение задачи о течении сыпучего материала, увлекаемого движением прутка через коническую камеру АПО.

2.3. Исследование процесса АПО с помощью разработанной математической модели.

2.4. Постановка задачи объемного трения сыпучей среды в камере с осевой симметрией.

2.5. Экспериментальная проверка математической модели процесса абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката от окалины.

2.6. Прикладные результаты анализа математической модели.

2.6.1.Разработка камеры с переменной конусностью.

2.6.2.Уточнение требований к абразивным порошкам.

2.6.3.Разработка конструкции дозатора свежего абразивного порошка.

2.6.4.Разработка конструкции дозатора порошка-пластификатора.

Выводы по главе 2.

3. Разработка технологии и устройства для нанесения подсмазочного покрытия в едином технологическом потоке с механической очисткой и волочением проволоки.

3.1. Роль подсмазочного слоя на поверхности металла.

3.2. Теоретические основы новой технологии создания подсмазочного слоя.

3.2.1.Адсорбционная теория адгезии.

3.2.2.Механическая теория адгезии.

3.2.3.Электронная теория адгезии.

3.2.4.Химическая теория адгезии.

3.2.5.Подготовка поверхности субстрата.

3.3.Выбор способа нанесения и вещества для подсмазочного покрытия

3.4.Расчет удельных затрат материала подсмазочного покрытия.

3.5.Устройства для нанесения подсмазочного покрытия в потоке с механической очисткой и волочением.

Выводы по главе 3.

4. Исследования параметров совмещенной технологии.

4.1.Исследования коэффициентов внешнего и внутреннего трения абразивного порошка.

4.2.Исследования количества канифоли на поверхности заготовки в лабораторных условиях.

4.3.Определение количества канифоли на поверхности катанки в промышленных условиях.

Выводы по главе 4.

5.Реализация и исследование эффективности новых технических решений.

5.1. Исследование влияния новой конструкции установки АПО на показатели шероховатости катанки и проволоки.

5.2. Исследование эффективности оборудования и технологии для нанесения подсмазочного покрытия.

5.2.1.Исследования эффективности подсмазочного покрытия по обрывности проволоки.

5.2.2.Сравнительные исследования микрогеометрии образцов проволоки с нанесением подсмазочного слоя.

5.3. Реализация новых технических решений и перспективы дальнейшего развития совмещенной линии.

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) На тему "Исследование и совершенствование технологии и оборудования подготовки катанки к волочению в поточных лининях производства стальной проволоки"

Повышение экологической безопасности производства и совмещение нескольких процессов в единый технологический поток - фундаментальные проблемы современной металлургии, в том числе - волочильно-калибровочного производства.

Основным способом удаления окалины с поверхности катанки на метизных предприятиях России и за рубежом является метод химического травления окалины в растворах различных кислот. Этот способ является экологически вредным, наносящим ущерб здоровью обслуживающего персонала и чистоте окружающей среды. Пары кислот, выделяющиеся с поверхности травильных ванн, приводят к коррозии оборудования и разрушению строительных конструкций зданий. Для нейтрализации и утилизации вредных отходов травильных отделений используются дорогостоящие улавливающие, нейтрализационные и регенерационные установки. Кроме того, кислотный способ не поддается совмещению с операциями волочения в едином технологическом потоке из-за дискретного характера операций окунания бунтов, а также из-за возможности попадания остатков растворов в зону деформирования.

Совмещению в единый технологический поток операций подготовки катанки к волочению и самого волочения препятствует также общепринятый метод нанесения на поверхность травленой катанки подсмазочного покрытия окунанием в ванны с известковым молоком или раствором буры.

Одной из перспективных отечественных технологий экологически чистого удаления окалины является процесс абразивно-порошковой очистки поверхности горячекатаного металла (АПО - процесс), разработанный на кафедре «Машин и агрегатов металлургических заводов» Череповецкого государственного университета в сотрудничестве со специалистами промышленных предприятий г. Череповца. В состав поточной линии, реализующей этот процесс, входит компактная установка бескислотного удаления окалины с поверхности катанки, включающая окалиноломатель и блок абразивно-порошковой очистки (АПО) катанки, а также волочильный стан.

В связи с тем, что в переходный период российской экономики временно снизились экологические требования к промышленным предприятиям, крупные специализированные метизные заводы пока не идут на полный отказ от технологии травления. В то же время, крупные европейские фирмы, например, металлургическая фирма «Азсоте1а1», еще в 80-х годах полностью перешли на бескислотную технологию подготовки металла к волочению, даже несколько поступившись при этом производительностью и показателями качества продукции [1].

Интерес, проявляемый вновь создаваемыми российскими предприятиями к приобретению совмещенной технологии, показал, что при необходимости производства проволоки в объеме, обеспечиваемом 2-мя - 3-мя волочильными станами, иной альтернативы, кроме использования подобных поточных линий, нет, так как в этих условиях ввод в действие и содержание оборудования для химического травления катанки не могут быть рентабельными. Малые предприятия, приобретя совмещенную технологию, смогут производить с меньшими затратами изделия из собственной проволоки, на которую крупными предприятиями-монополистами поддерживаются высокие цены, а в дальнейшем получат возможность освоить новые виды сталепроволочной и метизной продукции.

Изложенные в ряде работ [1,2,3] результаты исследований поточной технологии очистки катанки от окалины и волочения проволоки позволили решить в 1992-95 гг. ряд конструкторских задач и создать работоспособное оборудование, которое было поставлено нескольким предприятиям России и стран СНГ. Однако более широкое промышленное использование этой технологии сдерживалось тем, что качество поверхности катанки, очищаемой механическим способом в потоке, несколько уступало качеству травленой катанки, вызывая более интенсивный износ волочильного инструмента. Поэтому в данной работе была поставлена задача разработать оборудование нового поколения, обеспечив тем самым коренное улучшение качества поверхности очищенной катанки и повышение износостойкости волочильного инструмента.

Для решения этой задачи необходимо было усовершенствовать процесс абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката от окалины и решить проблему нанесения на поверхность катанки в потоке с волочением подсмазочного покрытия.

В диссертации изложены методики и результаты разработок и исследований по указанным проблемам, которые затрагивают два основных направления:

1) Теоретические исследования: развитие и усовершенствование математической модели процесса абразивно-порошковой очистки цилиндрического проката от окалины, разработка на этой основе новых технических решений и конструкций оборудования для абразивно-порошковой очистки катанки от окалины.

2) Разработка принципиально новой технологии и оборудования для нанесения на поверхность катанки подсмазочного покрытия в едином технологическом потоке абразивно-порошковой очистки от окалины и волочения проволоки.

В работе также приводятся результаты лабораторных и промышленных исследований новой технологии и оборудования.

Заключение диссертации по теме "Машины и агрегаты металлургического производства", Виноградов, Алексей Иванович

Выводы по главе 5

1. На основе результатов новой математической модели АПО-процесса создана новая установка, отличающаяся от ранее существовавшего аналога принципиальными новшествами, к которым относятся:

• камера с переменной конусностью, позволившая снизить параметры шероховатости поверхности очищаемой катанки и усилие трения при очистке, исключить внедрение абразивных частиц в поверхность катанки, и, тем самым, создать условия для более эффективного процесса волочения.

• устройство для дозировки свежего абразивного порошка, позволившее стабилизировать состав и свойства абразивной среды в установке АПО.

• устройство для дозировки добавляемого в абразивный порошок пластификатора, позволившее уменьшить коэффициенты внутреннего и внешнего трения абразивной среды при сохранении абразивных свойств этой среды.

В совокупности эти устройства позволяют добиться более качественной очистки цилиндрического проката, при существенном снижении параметров шероховатости, которые отрицательно воздействуют на работоспособность и стойкость волок.

2. Реализована в поточной линии новая технология нанесения под смазочного покрытия методом возгонки и седиментации смолистых веществ, позволившая существенно повысить эффективность волочения.

3. Использовавшаяся в качестве подсмазочного покрытия канифоль проявила себя с наилучшей стороны как по влиянию на эффективность волочения, так и по физическим свойствам поверхностно-активного вещества.

4. Новое покрытие и технология его нанесения решают задачу совмещения в потоке операций механической очистки и волочения катанки, при этом канифоль относится к экологически безопасным природным веществам, и её применение при волочении, как минимум, не ухудшает атмосферу рабочего места.

5. Совокупность новых устройств, технических и технологических решений позволяют создать качественно новую совмещенную линию для очистки и волочения проволоки в потоке.

Заключение

1. Выполненный в работе анализ проблемы создания экологически чистого оборудования и технологии поточных линий очистки стальной катанки от окалины и волочения из неё высококачественной проволоки показал, что основные факторы, сдерживающие её решение - невозможность оптимизировать процесс абразивно-порошковой очистки катанки на базе существующих методов его математического моделирования и отсутствие поточной технологии нанесения на поверхность катанки перед волочением подсмазочного покрытия.

2. Для создания новой математической модели напряжений и скоростей абразивного порошка в рабочей камере АПО-процесса цилиндрического проката предложено использовать аналогию между дифференциальными уравнениями равновесия пластически деформируемого тела и сыпучей среды, а также между уравнениями их предельного состояния.

Это предложение, реализованное в диссертации, позволило использовать для описания поведения абразивного порошка в рабочей камере ряд классических решений теории пластичности, модифицировав их к особенностям АПО-процесса.

3. Созданная и реализованная на основе нового подхода, указанного в п.2, математическая модель АПО-процесса, дала возможность, в отличие от ранее опубликованных моделей, рассчитывать поля напряжений и скоростей абразивного порошка при переменной конфигурации рабочей камеры, при варьировании коэффициентов внутреннего и внешнего трения сыпучей среды и ряда других конструктивных технологических параметров, в результате был создан теоретический инструмент для оптимизации АПО-процесса.

4. Сопоставление результатов измерения интегральных характеристик АПО-процесса - усилия протягивания катанки через камеру АПО и расхода абразивного порошка - с результатами их расчета по старой и новой моделям, показало, что погрешность расчета по новой модели находится в диапазоне 3,7 - 14%, что по расходам соответствует диапазону погрешностей расчета по старой модели, а по усилию обеспечивает повышение точности расчета в 1,2 -2,5 раза.

5. С использованием новой модели АПО-процесса разработан и проверен экспериментально ряд новых патентоспособных технических решений по конструкции камер АПО и технологии очистки катанки от окалины, позволивших существенно улучшить качество её поверхности и создать условия для эффективного её волочения в поточной линии.

6. На основе теоретической проработки альтернативных методов нанесения подсмазочного покрытия на поверхности катанки перед волочением, предложен новый способ нанесения подсмазочного покрытия путем возгонки и седиментации смолистого вещества - канифоли. Новый способ запатентован в виде ряда устройств, реализация которых в действующей поточной линии позволила существенно повысить эффективность волочения и улучшить качество поверхности проволоки, решив тем самым проблему нанесения подсмазочного покрытия в потоке перед волочением.

7. Совокупность представленных в диссертации технических решений достаточно полно охватывает предмет разработки и защищена патентами Российской Федерации. По материалам диссертации получено 4 патента РФ и опубликовано 8 статей. Результаты работы реализованы в промышленной линии абразивно-порошковой очистки катанки и волочения проволоки на базе волочильного стана ВСМ - 1/650 АЗТМ, действующего в лаборатории Череповецкого государственного университета.

8. Материалы диссертации обсуждены:

• на заседании метизной секции Второго Международного конгресса прокатчиков, октябрь 1997 г.

• на заседании секции прокатного производства Первой Международной научно-технической конференции «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства», март 1998 г.

• на расширенном заседании кафедры «Машины и агрегаты металлургических заводов» ЧГУ, март 1999 г.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Виноградов, Алексей Иванович, 1999 год

1. Гарбер Э.А. Кузнецов С.А. Поточная линия бескислотной очистки стальной проволоки от окалины и волочения проволоки // Технология -96: сб. тр. международ, конф. Новгород. 1996. с. 33-36.

2. Гарбер Э.А., Летавин М.И., Касаткин В.А. и др. Теория энергосилового расчёта процесса абразивно-порошковой очистки проката от окалины // Сталь. 1990. № 10. с. 56-60.

3. A.c. СССР № 419276, МКИ В21В 45/04, опубл. 03.04.1972.

4. A.c. СССР № 422494, МКИ В21С 43/04, В21В 45/04, опубл. 05.04.1974.

5. A.c. СССР № 428807, МКИ В32С 43/00, В21В 45/04, опубл. 25.05.1974.

6. A.c. СССР № 485800, МКИ В21С 43/04, опубл. 01.03.75.

7. A.c. СССР № 492329, МКИ В21С 43/04, В21В 45/04, опубл. 25.11.1975.

8. A.c. СССР № 564028, МКИ В21В 45/04, опубл. 05.07.1977.

9. A.c. СССР № 608576, МКИ В21С 43/04, опубл. 1977.1 l.A.c. СССР № 638393, МКИ В21В 45/04, опубл. 09.03.1977.

10. A.c. СССР № 787131, МКИ В21С 43/04, В21В 45/04, опубл. 15.12.1980.

11. A.c. СССР № 869898, МКИ В21В 45/04, В21С 43/04, опубл. 07.10.1981.

12. A.c. СССР № 1113196, МКИ В32С 43/04, опубл. 1984.

13. A.c. СССР № 1191136, МКИ В21С 43/04, опубл. 15.11.1985.

14. Заявка США № 4399677, МКИ В21С 43/04, опубл. 1983.

15. Заявка Великобритании № 15599221, МКИ В21С 43/04, опубл. 1980,

16. Заявка ФРГ № 2810319, МКИ В21С 43/04, опубл. 1980.

17. Заявка Франции № 2429051, МКИ В21С 43/04, опубл. 1980.

18. Заявка Японии № 53-4806, МКИ В21С 43/04, опубл. 21.02.1978.

19. Заявка Японии №53-13171, МКИ В21С 43/04, опубл. 08.05.1978.

20. Заявка Японии № 54-21304, МКИ В21С 43/04, 3/14, опубл. 30.07.1979.

21. Заявка Японии № 55- 3050, МКИ В21С 43/04, опубл. 1980.

22. Заявка Японии № 56- 7442, МКИ В21С 43/04, опубл. 1981.

23. Заявка Японии № 58-53163, МКИ В21С 43/04, опубл. 26.09.1983.

24. Заявка Японии № 59-18133, МКИ В21С 43/04, опубл.25.04.1984.

25. Барон Ю.М. Магнито-абразивная и магнитная обработка изделий и режущих инструментов JL: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986 125 с.

26. Использование нетканых абразивных кругов один из способов удаления окалины и окончательной отделки поверхности проволоки и прутков. М. ЛаМар Луз - ЗМ Ко., США - Проспект.

27. Коковихин Ю.И. Технология сталепроволочного производства Киев: Наукова думка, 1995. 608 с.

28. Шахпазов Х.С. и др. Производство метизов М.: Металлургия, 1977. 390 с.

29. Юхвиц И.А. Волочильное производство М.: Металлургиздат, 1960. 286 с.

30. Шефтель Н.И. Производство стальных калиброванных прутков М.: Металлургия, 1970. 432 с.

31. Гарбер Э.А., Летавин М.И., Субботин А.П. и др. Анализ взаимодействия абразивного порошка с окалиной на поверхности проката // Металлы: изд-во АН СССР, 1987, № 4, с. 67-70.

32. Гарбер Э.А., Касаткин В.А., Кузнецов С.А., Пименов А.Ф. Энергосиловые параметры осесимметричного процесса абразивно-порошковой очистки от окалины цилиндрического проката // Известия АН СССР. Металлы. 1991. №6. с. 67-71.

33. Ильюшин A.A. Механика сплошной среды М.: изд-во Московского университета, 1971, 247 с.

34. Гарбер Э.А., Делюсто Л.Г., Пименов А.Ф., Жуков Ю.К. Энергосиловые параметры и тепловой режим процесса абразивно-порошковой очисткипроката от окалины // Повышение эффективности металлургического производства: Межвузовский сб., Л.: Изд-во СЗПИ, 1983.

35. А.С. СССР № 933250, В22¥ 3/02; С10М 3/16, Пластификатор для прессования порошков, опубл. 07.06.82, бюлл. №.21.

36. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды М.: Госфизматгиз, 1960. 243 с.

37. Хаар А., Карман Т. К теории напряженного состояния в пластических и сыпучих средах // Теория пластичности: сб. статей М.: Издательство иностранной литературы, 1948 с. 41-56.

38. Ивлев Д.Д. Теория идеальной пластичности М.: Наука, 1966, 231 с.

39. Прандтль Л. О твёрдости пластических материалов и сопротивление резанью // Теория пластичности: сб. статей М.: Издательство иностранной литературы, 1948. с. 70-79.

40. Бровман М.Я. О линиях тока при плоской пластической деформации // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1989. №2. с. 185-187.

41. Бровман М.Я. Применение теории пластичности в прокатке М.: Металлургия, 1991. 265 с.

42. Аркулис Г.Э., Дорогобид В.Г. Теория пластичности./Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия, 1987. 352 с.

43. А.С. СССР № 1640869. В21Ь 45/04 Порошок для удаления окалины с поверхности проката. Липухин Ю.В., Гарбер Э.А., Кузнецов С.А. и Касаткин В.А.

44. Патент РФ № 2108177 от 10.4.98. В21в 45/04, В21с 43/04. Устройство для очистки длинномерного цилиндрического проката от окалины / Кузнецов С.А., Гарбер Э.А., Виноградов А.И. и Семенов С.Ю.

45. Кокрофт М.Т. Смазка в процессах обработки металлов давлением М.: Металлургия, 1979. 101 с.

46. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением М.: Металлургия, 1986. 688 с.

47. Патент РФ № 2118212 от 10.04.98. В21в 45/04. Способ подготовки поверхности заготовки к волочению и устройства для его осуществления. Гарбер Э.А., Кузнецов С.А., Виноградов А.И., Семенов С.Ю.

48. Носков Е.П., Бахманов Ю.Ф., Полякова М.А., Курочкин Д.В. Исследования микрогеометрии катанки после удаления окалины // Обработка сплошных и слоистых материалов: сб. науч. тр. Магнитогорск: Издание МГМА, 1995. с. 73-77.

49. Недовизий И.Н., Петрухин С.И., Комаров А.Г. Совмещение процессов производства проволоки М.: Металлургия, 1979. 148 с.

50. Кинлок Э. Адгезия и адгезивы М.: Мир, 1991. 458 с.

51. Вакула В.Л. Притыкин Л.М. Физическая химия адгезии полимеров М.: Химия, 1984. 204 с.

52. Лебедев Е.В. Физикохимия многокомпонентных полимерных систем -Киев: Наукова думка, 1986. 157 с.

53. Веселовский Р.А. Регулирование адгезионной прочности полимеров -Киев: Наукова думка, 1988. 58 с.

54. Анищенко Л.М., Кузнецов С.Е., Лавренюк С.Ю. Прочность адгезионных соединений // Физика и химия обработки материалов 1985 №6 с. 124-126.

55. Еременко В.Н., Марценюк П.С. Капиллярные и адгезионные свойства расплавов Киев: Наукова думка, 1987. 40 с.

56. Емельянов Ю.В., Кармазин В.Б., Вакула В.П. Адгезионные соединения в машиностроении Рига: изд. Политехи, инст., 1989 с. 36-38.

57. Дерягин Б.В., Кротова Н.А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел М.: Наука, 1973 240 с.

58. Смирнов B.C. Теория обработки металлов давлением М.: Металлургия, 1973 496 с.

59. Кузнецов С.А. Разработка, исследование и промышленная реализация процесса и установок абразивно-порошковой очистки стальной катанки от окалины в потоке с волочением: дис. канд тех. наук. Череповец, 1994 166 с.

60. Виноградов А.И., Бровман М.Я., Кузнецов С.А. Моделирование закономерностей поведения сыпучей среды с использованием положений теории пластичности // деп. 18.12.98, № 3775-В98.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания.
В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

Автореферат
200 руб.
Диссертация
500 руб.
Артикул: 63961