Технология изготовления медных гильз кристаллизаторов

• Автор: Абрамова, Наталья Борисовна
• Шифр специальности: 05.03.05, 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 152 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1. СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИЛЬЗ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1.1. Требования предъявляемые к качеству гильз кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок.

1.2. Анализ технологий изготовления гильз кристаллизаторов.

1.3. Тенденции развития конструкций и технологий изготовления кристаллизаторов МНЛЗ

1.4. Выводы по главе 1.

1.5. Цель и задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА КЛАССИФИКАЦИИ МЕТОДОВ ОБЪЕМНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ТРУБ И ВЫБОР СПОСОБА ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ТРУБЗАГОТОВОК ГИЛЬЗ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ.

2.1. Классификация методов объемного формообразования труб.

2.2. Выбор метода объемного формообразования трубзаготовок

для гильз кристаллизаторов.
2.3. Выводы по главе 2.
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕЙ ВЫТЯЖКИ КОВКОЙ НА ОПРАВКЕ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ГИЛЬЗ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ.
3.1. Выбор модели процесса вытяжки трубы ковкой на оправке
и принятые допущения.
3.2. Определяющая система уравнений
3.3. Граничные условия и результаты вычислений.
3.4. Определение усилия пресса при вытяжке трубы ковкой на оправке. .
3.5. Выводы по главе 3.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГОРЯЧЕЙ ВЫТЯЖКИ НА ОПРАВКЕ ТРУБЗАГОТОВОК МЕДНЫХ ГИЛЬЗ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ И ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ КОВАНОЙ ТРУБЫ ПРОТЯЖКОЙ, ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ.
4.1. Адекватность моделей напряженного и деформированного состояний материала кованых трубзаготовок для гильз кристаллизаторов.
4.2. Физикомеханические свойства кованых медных
трубзаготовок гильз кристаллизаторов.
4.3. Химический состав медных материалов, применяемых
в экспериментах.
4.4. Металлографические исследования медных трубзаготовок
гильз кристаллизаторов
4.5. Определение режима нагрева медных трубзаготовок
для процесса ковки
4.6. Исследование температурного поля в теле заготовки
4.7. Исследование режимов финишной операции протягивания и качества поверхности изготовленных медных
гильз кристаллизаторов
4.8. Исследование стойкости медных гильз кристаллизаторов
4.9. Выводы по главе 4.
5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДНЫХ ГИЛЬЗ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ. .
5.1. Методика проектирования технологии изготовления медных
гильз для кристаллизаторов.
5.2. Маркетинг и изучение рынка
5.3. Экономическая оценка эффективности технологии изготовления
гильз для кристаллизаторов.
5.4. Выводы по главе
6. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.
7. ЛИТЕРАТУРА.
8. ПРИЛОЖЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ
Для решения важнейших задач экономического развития страны, еобходимо прежде всего повышение эффективности производственных роцессов, у которых низкая производительность труда, высокая себестоимость зделия, велики затраты материалов и невысокое качество продукции. К таким роцессам относится технология изготовления гильз для кристаллизаторов ашин непрерывного литья заготовок МНЛЗ.
Эффективность непрерывного литья заготовок на протяжении последних есятилетий является критерием оценки технического уровня черной сталлургии 1, 8. Кристаллизатор самый ответственный узел машин епрерывного литья. В кристаллизаторе формируется слиток. Он служит ппаратом для отвода теплоты при кристаллизации затвердевающего металла.
От качества кристаллизатора зависит качество продукции и роизводительность МНЛЗ. Кристаллизаторы МНЛЗ работают в условиях сиклических интенсивных тепловых потоков плотность тепловых потоков остигает МВтм2, интенсивного износа, циклических термодинамических апряжсний, разных типов коррозии, диапазоне температур 3.3 К. Срок лужбы кристаллизаторов значительно меньше срока службы других сменных еталей. Отказы приводят к простоям, авариям на производстве, влияют на кологическую безопасность и безопасност ь труда.
Наибольшее распространение получили гильзовые кристаллизаторы. абочим элементом гильзового кристаллизатора является гильза. Основные феимущества применения гильзовых кристаллизаторов следующие
отсутствие стыков в рабочем элементе, которые часто бывают причиной зависания корочки слитка
высокая интенсивность теплоотвода, что позволяет разливать стали с более высокими скоростями
менее трудоемкая технология замены рабочего элемента , .
Производство гильз для кристаллизаторов является сложной
гехнологической задачей.
Материал гильзы кристаллизатора ГК должен обладать уникальным эчетанием химических, теплофизических, физикомеханических и других зойств. Использование медных сплавов повышает износостойкость гильз.
Процесс изготовления отечественных ГК характеризуется низким хнологическим уровнем производства, значительным износом оборудования, ольшой трудоемкостью процесса, нерентабельностью, низким уровнем ачества продукции и, как следствие, неконкурентоспособностью на рынках ромышленноразвитых стран.
Особенно актуальной становится задача изготовления отечественных ГК в ыночных условиях, для заводов тяжелого машиностроения Российской Федерации с их уникальным оборудованием и большими интеллектуальными ресурсами. Разработка технологии изготовления гильз кристаллизаторов, по ачеству не уступающих лучшим мировым образцам, является наиболее национальным путем выхода на рынки промышленноразвитых стран и нбеспечения экономического благосостояния страны. Решение этой задачи юзможно только на основе разработки новых высоких технологий и пользования новых материалов.
В структуре затрат базового технологического процесса производства пльз кристаллизаторов наибольшие расходы связаны со стоимостью медной грубызаготовки и большими отходами. Коэффициент использования металла при применении существующих технологий не достигает .
Для большинства типоразмеров гильз кристаллизаторов, отечественная промышленность не выпускает тонкостенные трубы, обеспечивающие возможность получения гильз с необходимыми потребительскими свойствами, минимальными издержками производства и высоким коэффициентом использования металла. Более того, трубы из некоторых материалов, необходимых для ГК, нашей промышленностью не производятся. Например, трубы из медных серебросодержащих сплавов, гильзы из которых пользуются широким спросом, особенно за рубежом.
Анализ возможных альтернатив производства гильз кристаллизаторов ИЛЗ, показал, что для решения этих задач наиболее перспективны хнологии изготовления ГК из литых заготовок объемным ормообразованием с последующей финишной обработкой протягиванием, олучение данными методами гильз кристаллизаторов значительно повышает ффективность изготовления за счет увеличения производительности процесса, кономии металла и улучшения качества изделия.
Однако, известные методы объемного формообразования заготовок ГК и х финишной обработки протягиванием мало изучены. Имеющиеся екомендации не являются достаточными для разработки расчетных моделей роцессов и проектирования промышленных технологий. Отсутствуют еоретические анализы и систематические экспериментальные исследования тих технологий. На пути их практического освоения сделаны лишь первые иаги. Известные технологии изготовления гильз кристаллизаторов имеют ряд достатков и нуждаются в совершенствовании.
Учитывая изложенное, актуальной является цель работы разработка аучно обоснованных методик расчета параметров и основ проектирования процессов изготовления медных гильз кристаллизаторов, разработка и внедрение на этой основе технологий получения гильз кристаллизаторов, эбеспечивающих высокий технологический уровень, рентабельность производства, требуемое качество продукции, уменьшение трудоемкости и материалоемкости, конкурентоспособность на мировом рынке изделий металлургического машиностроения.
Актуальность


Э., Бересневым Б. И., Богоявленским I, Головиным В. А., Дмитриевым А. М., Евстратовым В. А., Евстифеевым , Ивановым , Ланским Е. Н., Лясниковым , Мишуниным В. А., 1авроцким Г. А., Овчинниковым А. Г., ОленинымД. Д., Паршиным В. В., Стспанским Л. Г., Фаворским В. Е., Филимоновым Ю. Ф., . V . Значительное развитие технологии и конструкции гильз ристаллизаторов машин непрерывного литья получили в работах, ыполненных во ВНИИметмаше, под руководством Сивака В. Б., Целикова V, Шифрина И. Н. и др. Большие успехи в данной области достигнуты арубежными учеными i . Благодаря выполненным работам выявлены основные условия формообразования заготовок ГК в зависимости от характера напряженнореформированного состояния, качества поверхности и других факторов. Зредложено несколько гипотез, объясняющих механизм течения металла. ГК получены зависимости для определения шовых параметров процессов и прочностных характеристик изготавливаемых талей. Однако, возникают новые задачи, связанные, в частности, с расширением эменклатуры металлов и сплавов, деформируемых малоотходными методами эъемной штамповки, поиском экономичных и эффективных технологий. Не айдено оптимальное соотношение между критериями ценакачество. В диссертации на основании выполненных автором исследований и азработок осуществлено решение задачи, в которой содержатся эхнологические разработки, имеющие существенное значение для экономики, аключающиеся в разработке комплексной технологии изготовления гильз ристаллизаторов, включающей процессы ковки медных труб с последующей ротяжной операцией. Разработанные теоретические положения, методы расчета и новые ехнологические решения опираются на труды по теории упругости, частичности, разрушения, обработке металлов давлением, системному анализу г математической статистике. При реализации экспериментов использовались методы твердости и микроанализа. Достоверность полученных результатов обеспечена применением математической статистики при обработке экспериментальных данных, ценной адекватности разработанных расчетных моделей реальным процессам. Тодтверждена внедрением результатов исследований в производство. Практическая ценность и реализация работы. АО Электроннолучевая печь г. Орск новые технологии получения гильз жсталлизаторов методами горячей объемной штамповки с последующей ютяжной калибровочной операцией. Внедрение новых технологий Зеспечило повышение коэффициента использования металла на . Новая технология имеет широкое прикладное значение и может рименяться при производстве тиглей печей, дивеаторных пластин 5рмоядерных реакторов, элементов системы охлаждения АЭС, деталей осмических аппаратов и т. АО Оскольский электроеталлургический завод, АО Новолипецкий металлургический комбинат, АО Северсталь, АО ОрскоХалиловский металлургический комбинат и др. Публикации и апробация работы. Материалы исследования опубликованы печатных трудах. Результаты работы доложены и обсуждены на еждународных и республиканских научнотехнических конференциях в 1овгороде г. Орске г. Пензе г. Орске г. Уфе 0 г. Оренбурге г, Оренбурге г. Орске г. Оренбурге 2 г. Пензе г. Работа в полном объеме обсуждена и одобрена на афедре Машины и технология обработки металлов давлением Санкт1етербургского государственного политехнического университета в г. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 азделов, основных выводов, списка литературы из 6 наименований и филожения. Содержит страниц машинописного текста, рисунков и аблиц. Качество машин непрерывного литья заготовок рис. Срок службы кристаллизатора предопределяет себестоимость конечного продукта. Одним из факторов, влияющих на срок службы кристаллизатора, является материал. В общей структуре издержек производства кристаллизаторов затраты на материал составляют около шестидесяти процентов. Наибольшее распространение получили гильзовые кристаллизаторы. Рабочим элементом гильзовых кристаллизаторов являются гильзы рис. Потребительские свойства гильз кристаллизаторов ГК непосредственно связаны с условиями их работы. Рис.