Совершенствование процесса формирования поперечного профиля проката на широкополосных станах

О.В.Синицкий, С.А.Левандовский

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ ПРОКАТА НА ШИРОКОПОЛОСНЫХ СТАНАХ

В статье представлен развивающийся и активно применяющийся на кафедре ОМД МГТУ им. Г.И. Носова математический подход к моделированию нагрузок и деформаций валковых систем кварто. С использованием разработанного математического аппарата были определены нагрузки и деформации валковых систем, а также разработаны соответствующие поправки к базовым профилировкам валков для условий производства подката двойной ширины для жести и широких полос в условиях преимущественного производства узких.

Ключевые слова: кварто, листовая прокатка, профилирование валков, поперечная разнотолщинность, плоскостность, деформация валковых систем.

Математическое моделирование физических процессов и объектов является одним из наиболее оперативных и эффективных способов решения ряда научных и производственных задач.

Математическое моделирование валковых систем подразумевает определение в них величины и распределения упругих деформаций по длине бочки во взаимосвязи вызвавших эти деформации сплошных нагрузок (межвалковых давлений и давлений обжимаемой полосы). В самом общем виде решение такой задачи требует описания трехмерного упругого деформирования валков и пластического формоизменения полосы. Такое решение при современном уровне развития теории упругости, пластичности и компьютерной техники возможно, однако с точки зрения решения производственных задач рассмотрение лишь

контактных взаимодействий на основании теории упругости является достаточным.

Учитывая сказанное, на кафедре ОМД МГТУ им. Г.И. Носова уже на протяжении более сорока лет успешно развивается и применяется математическое моделирование валковых систем кварто [1, 2]. Данная методика базируется на гипотезе о симметричности нагрузок и деформаций валковых систем относительно вертикальной оси клети. Асимметрия расчетной схемы относительно горизонтальной оси обусловлена возможностью различной начальной профилировки и разных длин контакта верхних и нижних валков (рис. 1). При этом рассматриваются вертикальные упругие перемещения осей и контактных образующих валков как балок с использованием теории сопротивления материалов, элементов теории упругости и пластичности. Неизвестные погонные нагрузки аппроксимированы кусочно-линейно. В качестве математического аппарата использована алгебра матриц, что позволяет исходные и расчетные величины, распределенные по длине бочки, описывать с помощью многомерных матриц-столбцов (векторов).

Рис. 1. Расчетная схема нагружения валковой системы кварто

Математическая модель представлена системой уравнений [1]: уР1 — уР 1 У МЛ1(дР1 У д01 У уР1 У у0 1) У МВ (уР1 У уР2 _ ДР1 ~ ДР2 ~ )»'

уР2 — уР2 У М Л2 (дР2 У д02 У уР2 У у02 ) + МВ (уР1 У уР2 ~ ДР1 ~ ДР2 ~ $Н);

у01 = у01 + М1 (дР1 + д01 + уР1 + у01);

Уо 2 - у0 2 У М2 (дР 2 У д0 2 У уР 2 + у0 2 );

р - ~Т 1 ~ В(уР1 + уР2 ~ ДР1 ~ ДР2 ~ );

Ь

41 = “у-1 + Л1 (дР1 + д01 + уР1 + у01);'

42 - ~ 1 + Л2 (дР 2 + д0 2 + уР 2 + у0 2 );

Sh -

E - — Ae

—с E

(ypi + Ур 2 zPi zp 2 )+ — aeSH;

Kc

f - + -_ — _ Л где У—1,2 - Г- 1 - -1 - Fv;

V l b )

MA1 - ГPA1; MA2 - ГPA2 ; MB - Грв ;

P + F-

yO 1,2 - Г J 1 + yOR; M1 - Г A1; M2 - Г A2 .

Представленная математическая модель была использована для решения двух актуальных производственных задач.

Первая задача связана с изменением схемы производства жести на ОАО «ММК»: взамен прокатки на стане 2000 узкого подката шириной 760-910 мм было принято решение о производстве на этом стане подката двойной ширины (1495-1790 мм) с последующим его роспуском после травления на агрегате резки в ЛПЦ-3. При этом необходимо было обеспечить получение минимальной поперечной разнотолщинности подката (0,00-0,02 мм) с сохранением плоскостности и устойчивости полос при прокатке на стане 2000.

Вторая задача связана с необходимостью производства широких (18002300 мм) полос в условиях преимущественного производства узких (до 1250

мм) на стане 2500 горячей прокатки ОАО «ММК». При этом упор делался именно на получение удовлетворительной плоскостности проката.

Методика решения задач сводилась к двум основным этапам:

- анализ профиля - отыскание профиля выходящей из клети полосы по известным профилям валков и входному профилю - использовался для адаптации математической модели к условиям действующего стана и проверки ее адекватности;

- проектирование профилей валков - отыскание таких текущих и начальных профилей валков, которые обеспечили бы получение требуемого выходного профиля полосы при заданном входном.

Общеизвестно, что при проектировании новой системы профилирования валков необходимо учитывать ряд факторов, оказывающих значимое влияние на формирование поперечного профиля и плоскостности полос. С этой целью на соответствующих участках листопрокатных цехов был осуществлен ряд замеров.

В таблицах 1 и 2 представлены результаты замеров тепловой выпуклости валков чистовой группы станов 2000 и 2500 горячей прокатки ОАО «ММК» [3, 4].

Таблица 1

Тепловая выпуклость рабочих валков стана 2000 горячей прокатки, мм

Номер клети

7 8 9 10 11 12 13

+0,32 +0,29 +0,21 +0,23 +0,16 +0,13 +0,10

Таблица 2

Тепловая выпуклость рабочих валков стана 2500 горячей прокатки, мм

Номер клети

5 6 7 8 9 10 11

+0,24 +0,24 +0,22 +0,20 +0,20 +0,18 +0,16

Замеры температур поверхности бочки опорных валков не выявили значимого градиента, соответственно можно говорить об отсутствии тепловой выпуклости на опорных валках.

В то же время значительным является влияние износа опорных валков из-за его сильного воздействия на работу (деформации, прогибы) всей валковой системы, а, следовательно, на профиль и плоскостность. Характерные профили износа опорных валков чистовых групп станов представлены на рис. 2 и 3.

Из рисунков видно, что профили износа опорных валков последних клетей качественно повторяют друг друга. Износ же валков в первых клетях стана 2000 имеет максимум на краях бочки, в то время как на стане 2500 максимум наблюдается в центральной части. Это связано в первую очередь с различием жесткости валковых систем.

С использованием представленных данных осуществлялась адаптация модели к каждому из станов с последующей проверкой ее адекватности.

Рис. 2. Первоначальные и подвергшиеся износу профили опорных валков клетей №7 и №13 стана 2000 горячей прокатки

Рис. 3. Первоначальные и подвергшиеся износу профили опорных валков клетей №5 и №11 стана 2500 горячей прокатки

Численные эксперименты с использованием адаптированной модели полностью подтвердили наблюдаемую картину распределения величин поперечной разнотолщинности на соответствующих листопрокатных станах. Данное распределение в качестве примера приведено для условий стана 2000 горячей прокатки (рис. 4).

%

25

20

15

10

5

0

h = 2,0-2,5 мм

Рис. 4. Гистограмма величины поперечной разнотолщинности горячекатаных полос шириной 1400-1798 мм по данным ЦЛК ОАО «ММК»

0 05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 5Н, мм

Следующим этапом выполненных работ являлось проектирование новых рациональных профилировок рабочих валков при средних значениях уставок систем гидромеханического регулирования профиля. Пример распределения основных расчетных и искомых величин представлен на рис. 5.

Полученные численные значения профилей были представлены в зависимости от соответствующей профилировки валков для основного сортамента стана. Такой подход позволяет учесть состояние опорных валков чистовой группы на стане на момент прокатки полос, так как подобранная профилировка на определенный момент кампании позволяет наиболее полно учесть степень их изношенности. Таким образом, предложено по фактической профилировке рабочих валков, успешно используемой при прокатке основного сортамента полос, косвенно судить об износе опорных валков.

Поправки относительно базовой системы профилирования представлены для условий производства подката двойной ширины для жести (стан 2000 горячей прокатки)(табл. 3) и широких полос (стан 2500 горячей прокатки) (табл. 4).

Таблица 3

Предлагаемые поправки к профилировкам рабочих валков для производства подката двойной ширины для жести, мм

Клеть

7 8 9 10 11 12 13

+0,45 +0,40 +0,35 +0,35 +0,35 +0,25 +0,20

Кроме того, в результате проведенных исследований были предложены дополнительные рекомендации:

- при производстве подката двойной ширины для жести в условиях стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» - это прокатка подката при наработке на рабочих валках клети №6 - не более 10000 т металла, наработке на опорных валках клетей №12-13 не более 50000 т;

Рис. 5. Распределение основных характеристик при прокатке полосы 2,5^1515 мм из стали 08ПС в 13-й клети на неизношенных опорных валках

Таблица 4

Поправки к профилировкам рабочих валков

при прокатке полос шириной 1800-2300 мм, мм

При Клеть

прокатке 5 6 7 8 9 10 11

трубной заготовки 0 0 +0,10 +0,10 0 -0,20 - на опорные валки при наработке до 30 тыс. т; -0,10 - то же до 50 тыс. т; 0 - то же до 85 тыс. т

подката для автолиста 0 +0,10 0 +0,10 0 +0,10 0 - при новых опорных валках; +0,20 - при наработке до 30 тыс. т; +0,40 - то же до 50 тыс. т

- для производства широких (1800-2300 мм) полос в условиях стана 2500 горячей прокатки ОАО «ММК» - это прокатка при наработке на рабочие валки клетей №2 (реверсивной) - не более 10 тыс. тонн, №3 - не более 4 тыс. т рядового металла, а также при наработке на опорных валках клети № 11 - не более 50 тыс. т (для подката для автолиста).

Таким образом, с использованием оригинальной математической модели нагрузок и деформаций валковых систем кварто удалось решить актуальные задачи:

- снизить величину поперечной разнотолщинности подката двойной ширины для жести на стане 2000 горячей прокатки до уровня 0,00-0,02 мм с сохранением высокой плоскостности и стабильности процесса прокатки;

- обеспечить высокую плоскостность широких полос на стане 2500 горячей прокатки, прокатываемых в условиях преимущественного производства узких.

Библиографический список

1. Salganik V.. Mathematical modeling of roll load and deformation in a four-high strip mill // Metal Forming 2002. The University of Birmingham, UK, September 9-11, 2002.

2. Салганик В.М., Полецков П.П., Омельченко Б.Я. Моделирование и совершенствование четырехвалковых систем // Труды IV конгресса прокатчиков. г. Магнитогорск, 16-19 октября 2001 г. М.: Черметинформация, 2002. С. 152-154.

3. Анализ технологических возможностей ШСГП 2000 ОАО «ММК» по производству подката для жести двойной ширины с требуемым поперечным профилем / В.М. Салганик, П.П. Полецков, О.В. Синицкий и др. // Материалы 63-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2003-2004 гг.: C6. докл. Т.1. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 22-26.

4. Повышение плоскостности широких полос на стане 2500 горячей прокатки «ММК» в условиях преимущественного производства узких / В.М. Салганик, П.П. Полецков, А.Г. Соловьев и др. // Труды V конгресса прокатчиков. г. Череповец, 21-24 ноября 2003 г. М.: Черметинформация, 2004. С. 48-51