Анализ математической модели технологического процесса прокатки на стане 3600 ОАО «МК «Азовсталь»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

2005 р. Вип. № 15

УДК 621.771.001.57

Капланов В.И.1, Володарский В.В.2, Курпе А.Г.3, Сагиров Р.И.4

АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ

НА СТАНЕ 3600 ОАО «МК «АЗОВСТАЛЬ»

Проверена точность математической модели горячей прокатки толстых листов на стане 3600 ОАО «МК «Азовсталъ». Приведена сравнительная оценка опытной и расчетной силы прокатки для исследуемых листов. Обоснованы высокие значения среднего отклонения опытной и расчетной силы прокатки, полученные для некоторых листов.

При постоянном расширении рынков сбыта появляется необходимость в освоении нового сортамента толстолистовыми станами. При освоении нового сортамента, внедрении новых марок стали - разрабатываются новые технологии, использование которых позволяет получить ряд необходимых механических свойств в готовом прокате.

Как известно, большое значение на конечные свойства проката оказывают степень деформации по пропускам и температура металла при деформации. Однако не все прокатные станы технически рассчитаны на получение в процессе прокатки продукции с повышенными прочностными и пластическими характеристиками.

Важным моментом при проектировании таких технологий являются следующие вопросы: способен ли существующий прокатный стан производить такую продукцию; как распределить деформацию и температурные режимы, чтоб в конечном итоге были получены требуемые механические свойства? Ответы на эти вопросы может дать математическая модель технологического процесса прокатки.

Целью работы является проверка точности разработанной математической модели горячей прокатки толстых листов базирующейся на более точном учете основных факторов влияющих на контактное трение, а именно температуре металла; угле захвата; среднеарифметическом отклонении профиля прокатных валков; скорости прокатки; химическом составе прокатываемой стали; виде технологических смазок; толщине смазочной пленки [5].

По инициативе двух сторон ОАО «МК «Азовсталь» и Приазовского государственного технического университета (ПГТУ) проведены опыты по проверке математической модели разработанной кафедрой обработки металлов давлением ПГТУ, на толстолистовом стане 3600. По ходу проведения работы были исследованы параметры прокатки в чистовой и черновой клетях на следующих профилях, табл. 1.

В ходе исследования фиксировались следующие параметры: размеры слябов, схема прокатки (наличие кантовок), показания стрелки циферблатов, сила прокатки (максимальная пиковая от более холодных участков раската и средняя по длине раската), температура раската с учетом требований технологии, работа гидросбива, время охлаждения на промежуточном рольганге, размеры готового листа, количество кратов в раскате, химический состав прокатываемой стали.

По результатам замеров показаний стрелки циферблата и с учетом средней силы прокатки получены фактические значения толщины раската с учетом пружины клети по следующим формулам:

ПГТУ. д-р техн. наук, проф.

2ОАО «МК «Азовсталь», инж.

3ПГТУ, аспирант

4ОАО «МК «Азовсталь», инж.

Таблица

- Сортамент профилей исследованных на толстолистовом стане 3600

Размеры листов, мм Марка стали

толщина ширина

7,14 2190 Х60

17,5 3268 Х70

16,59 2370 Х70

20,5 1875 Х80

20,6 3290 А841

30 1800 16ХГМФТР

18 3130 13Г1СУ

9 3200 А

8 3200 А

для черновой клети:

hö =N-0,0008£»2+ 0,22520+0,0208)

где С - показания циферблата, мм; 3 - «забой» валков клети, по данным настройки клети на момент прокатки профиля, мм; Р - средняя сила прокатки, МН.

Формула (1) получена на основании опытных данных научно-исследовательского института машиностроения и металлургии Острава 6 (Чехия), для черновой клети стана 3600.

для чистовой клети:

кф=С-3 +

где 0,60 - жесткость клети, МН/мм, по механическим характеристикам клети.

Полученные по формулам (1) и (2) значения фактической толщины раската по пропускам были применены для расчета давления металла на валки для указанных профилей в математической модели горячей прокатки на стане 3600.

Технология прокатки исследуемых профилей приведена в табл. 2.

В результате расчета энергосиловых параметров прокатки с помощью математической модели получена сила прокатки по пропускам, отклонения которой от опытных данных приведены в табл. 3, а также приведен аналог марки стали, принятой для расчета истинного сопротивления деформации по методу J1.B. Андреюка и Г.Г. Тюленева.

Метод J1.B. Андреюка и Г.Г. Тюленева наиболее подходит для определения истинного сопротивления деформации ои, исследуемых марок стали, так как этот метод имеет более широкий ряд испытанных марок среди которых подобраны аналогичные исследуемым по химическому составу [1].

Метод определения ои по В.И. Зюзину и A.B. Третьякову связан с определением термомеханических коэффициентов и базисного сопротивления по опытным графикам для небольшого количества марок стали. Исследуемых марок стали и их аналогов у данного метода нет. Сопротивление деформации <Ju определяется при температурах 900-1200 °С, что также ограничивает

использование этого метода в поле более низких температур прокатки [2]. Метод В.И. Зюзина аналогичен по диапазону температур и также применим для небольшого сортамента сталей [3].

Сопротивление деформации определяемое по графоаналитическому методу A.A. Динника для стали при более широком диапазоне температур 700-1200 °С чем по методу В.И. Зюзина и A.B. Третьякова. Однако применение этого метода также ограничено малым сортаментом исследованных автором марок стали и отсутствием аналогов сталей исследуемых нами [1].

Метод J1.B. Андреюка для определения истинного сопротивления деформации ои по

химическому составу прокатываемых сталей, удобен для применения на ЭВМ, однако метод применим в диапазоне температур 800-1300 °С, при температурах менее 800 °С метод дает большую погрешность [1].

В результате анализа опытной и расчетной силы прокатки и в соответствии с табл. 3, наибольшее среднее отклонение получено при прокатке в чистовой клети следующих листов: толщиной 7,14 мм из стали Х60; толщиной 8 мм из стали А; толщиной 9 мм прокатанных по технологиям (1) и (2) из стали марки А.

Марка стали Размеры листа, мм Черновая клеть Чистовая клеть

толщина ширина длина Количество пропусков Т А Н1Ъ °С Т 1 К[[- °С Средняя сила прокатки, МН Количество пропусков Т А Н1Ъ °с Т 1 К[[- °с Средняя сила прокатки, МН

1 2 3 4 5 6 7 8 11 12 13 14

Х60 7,14 2190 12200 11 1127 1014 26,32 6 984 693 26,42

А 8 3200 12000 9 1147 1038 30,40 6 1011 760 36,68

А 9(1) 3200 12000 11 1150 1024 26,52 7 999 790 31,76

А 9(2) 3200 12000 11 1147 1020 28,58 6 1004 752 34,18

Х70 16,59 2370 12319 12 1130 1003 25,46 12 752 674 30,07

Х70 17,5 3268 12200 17 1151 996 28,49 14 743 689 34,46

Х80 20,5(1) 1875 11900 10 1095 905 23,70 10 768 668 29,62

Х80 20,5(2) 1875 11900 10 1095 905 23,95 8 763 669 35,08

Х80 20,5(3) 1875 11900 8 1095 905 25,81 8 745 669 36,15

А841 20,6(1) 3290 12192 15 1095 1043 25,37 18 786 617 35,21

А841 20,6(2) 3290 12192 12 1095 1043 28,10 17 767 661 36,15

13Г1СУ 18 3130 11600 14 1130 961 32,31 14 809 683 38,13

16ХГМФТР 30 1800 6800 9 1131 1007 24,41 6 1018 942 18,97

Таблица 3 - Средние отклонения опытной и расчетной силы прокатки для исследуемых профилей

на стане 3600

Размеры листов, мм Марка стали Отклонение от опытных значений давления металла на валки, % Аналог марки стали по методу Андреюка и Тюленева

толщина ширина Черновая клеть Чистовая клеть

7,14 2190 Х60 2,71 69,40 15Г

8 3200 А -5,0 30,5 15Г

9(1) 3200 А -7,45 23,85 15Г

9(2) 3200 А -3,17 27,50 15Г

16,59 2370 Х70 6,80 2,21 15Г

17,5 3268 Х70 9,08 -5,45 15Г

18 3130 13Г1СУ 9Д 22,1 15Г

20,5(1) 1875 Х80 17,19 19,57 15Г

20,5(2) 1875 Х80 41,98 15,25 15Г

20,5(3) 1875 Х80 6,31 15,27 15Г

20,6(1) 3290 А841 47,15 13,5 15Г

20,6(2) 3290 А841 8,82 11,15 15Г

30 1800 16ХГМФТР -1,17 -3,06 15ХГНТА

(1, 2, 3) - вариант технологии прокатки для одинаковых профилей, с различной схемой прокатки и степенью деформации по пропускам

Большие отклонения расчетных данных от опытных объясняются увеличением влияния холодных торцов раската с уменьшением его толщины, по этому, опытные данные среднего давления завышены, хотя сталь-аналог 15Г по основным химическим элементам (С, Мп, 81) совпадает со сталью марки А, и отличается по химическому составу от стали Х60, которая легирована ниобием.

Большие средние отклонения на листах толщиной 20,5 мм прокатанных по технологии (2) из стали Х80 и толщиной 20,6 прокатанных по технологии (1) из стали А841, в соответствии с табл. 2, получены при прокатке в черновой клети, и связаны с наличием проглаживающих пропусков со степенью деформации порядка 0,24-0,43 %. При таких малых степенях деформации, в большей степени, на силу прокатки оказывают влияние изогнутые в процессе деформации головная и донная части раската, которые при проглаживании выравниваются. При исключении пропусков с малой степенью деформации из расчета среднего отклонения фактического давления металла на валки от расчетного, в черновой клети, получаем следующие значения, табл. 4.

На рис. приведены графики изменения силы прокатки по пропускам для профилей на которых в соответствии с табл. 3 получены завышенные значения среднего отклонения расчетной силы прокатки от опытной.

4000

3500

о 3000

^ с >

С)

о 2500

[_ X

03 2000

и 1500

1000

/у ч \1

У \ V 4 // у —- ......

✓ У у<* < у.' ! \\ -у;

— .

—•—Опытный  - Андреюк —— Андреюк-Тюленев

3 4 5 6 номер пропуска

1а

4500

4000

Н „3500 У

о °3000

О. X

с 12500 ГО С

о

"2000 1500 1000

/ N

//

___ // ¡[ \

,1"» "" N4 //

-•—Опытный  - Андреюк — Андреюк-Тюленев

1 2 3 4 5 6 7

номер пропуска 2а

4000

3500

3000

(П О

( °2500

О. X

С Х2000

я 5

и ^ 1500

и 1000

500

* .л у

\ -

—♦—Опытный  Андреюк —Андреюк-Тюленев

номе|э пропуска

3600

3100

О2600

О

о £2100

с X

га 31600

и

О 1100

600

100

,___,

---^

\ //.' к

// // ///

^__- ~ \ \ \ . 'ХЧ

ГНЫЙ еюк

\ -- Андр 'V Л'

( ( —-Андреюк-Тюленев

3 4 5 6 7 номер пропуска 4а

10 11 12 13 14 15

номер пропуска 5а

О

4000 -3800 -3600 -3400 -> 3200 -< 3000 -; 2800 -" 2600 -2400 -2200 -2000 -

_____—

"

.........»-Г.-т.™

—•—Опытный  - Андреюк — Андреюк-Тюленев

3 4

номер пропуска 16

3500

3300

3100

н 2900

&700

&500

та 5300

и 2100

и 1900

1700

1500

.Г--''

— Опытный Андреюк

- —Андреюк-Тюленев -

ер^лропуска

4000

3500

¡£ 3000 га о § °2500 О. X

с 12000 § 5

§ 1500 О

1000 500

—•—Опытный - Андреюк —» - Андреюк-Тюленев

/ V ----- __ —

номер пропуска 36

8500 7500 6500

. х 4500 X

2 3500 2500 1500 500

—»—Опытный  Андреюк —-Андреюк-Тюленев

__

----ч

— ^

~~ — — -----

номер пропуска 46

6500 -

- 5500 -

Й ¿500 -Й °

о. ^?5оо -

С I

га 5500 -О 1500-500 -

ч "  1

\

ч. у у \ N.

Опытный Андреюк А н д ре ю к-Т юл е н ев ч N

—

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

номер пропуска 56

Рис. - Графики изменения силы прокатки по пропускам, расчитанной с учетом методики для определения истинного сопротивления деформации по Андреюку, Андреюку и Тюленеву и полученной опытным путем по пропускам при прокатке листов на стане 3600

1а, б - при прокатке листов толщиной 8 мм из стали А в черновой и чистовой клетях соответственно; 2а, б - при прокатке листов толщиной 9(1) мм из стали А; За, б - при прокатке листов толщиной 7,14 мм из стали Х60; 4а, б - при прокатке листов толщиной 20,5(2) мм из стали Х80; 5а, б - при прокатке листов толщиной 20,6(1) мм из стали А841.

Таблица 4 - Средние отклонения в черновой клети опытной от расчетной силы прокатки

Толщина, мм Марка стали Отклонение, %

20,5(2) Х80 11,14

20,6(1) А841 19,46

На графиках сравнивается сила прокатки рассчитанная по методу J1.B. Андреюка, по методу J1.B. Андреюка и Г.Г. Тюленева и полученная опытным путем в черновой и чистовой клетях стана 3600.

Общим недостатком при сравнении опытных данных и рассчитанных с помощью математической модели для листов стали Х80 и А841, является - высокие значения среднего отклонения теоретического давления металла на валки от фактического как в черновой так и в чистовой клетях, что объясняется применением для расчета - стали-аналога которая по химическому составу имеет большое отклонение с исследуемой сталью. Применение именно этой марки стали для стали-аналога объясняется отсутствием у авторов [1] более подходящей марки стали.

Выводы

Разработанная и проверенная опытным путем математическая модель технологического процесса прокати толстых листов применительно к стану 3600 дает возможность рассчитывать прокатываемые профили с высокой точностью.

На основании проведенного анализа, для сталей, к которым найден аналог, для расчета истинного сопротивления деформации, отклонение фактического давления металла на валки от расчетного составляет от 1 до 9 %, за исключением «холодных» участков относительно тонких раскатов (толщиной 9-7 мм), для оценки влияния которых необходимы дальнейшие исследования и больший объем данных по энергосиловым параметрам прокатки.

Для сталей типа Х80 и А841 с высокими прочностными характеристиками и структурными превращениями в процессе прокатки, необходимым является проведение эксперимента, для определения пластических свойств марок стали при прокатке как в черновой так и в чистовой клетях, то есть при температурах от 1100 до 650 °С.

Перечень ссылок

1. Коновалов Ю.В. Расчет параметров листовой прокатки: Справочник. / Ю.В. Коновалов, А.Л. Остапенко, В.И. Пономарев. - М.: Металлургия, 1986. - 430с.

2. Третьяков A.B. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением./ A.B. Третьяков, В.И. Зюзин - М.: Металлургия, 1973. - 224с.

3. Старченко Д.И. Динамика продольной прокатки: Учебное пособие. / Д.И. Старченко - К.: ИСИО, 1994. - 400с.

4. Полухин П.И. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. / П.И. Полухш, Г.Я. Гунн, A.M. Галкин - М.: Металлургия, 1983. - 352с.

5. Многофункциональная зависимость коэффициента трения при горячей прокатке стали / В.И. Капланов, А. Г. Kypne II Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении: Тематический сборник научных трудов / ДГМА. - Краматорск, 2003,- С.46-51.

Статья поступила 06.05.2005