Розвиток теорії, розробка і реалізація автоматизованих металозберігаючих технологій гарячої прокатки штаб і листів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК: 621. 771. 23-415

РОЗВИТОК ТЕОРІЇ, РОЗРОБКА І РЕАЛІЗАЦІЯ АВТОМАТИЗОВАНИХ МЕТАЛОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ ГАРЯЧОЇ ПРОКАТКИ ШТАБ І ЛИСТІВ

Спеціальність 05.03.05 “Процеси і машини обробки тиском”

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

РУДЕНКО Євген Олексійович

Донецьк 2002

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Донецькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України і в Донецькому державному науково-дослідному інституті чорної металургії

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Коновалов Юрій В'ячеславович, Донецький національний технічний університет, кафедра обробки металів тиском, професор.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Ніколаєв Віктор Олександрович, Запорізька державна інженерна академія, м. Запоріжжя, професор кафедри “Механічне устаткування металургійних заводів”;

доктор технічних наук, Тилик Василь Трохимович, відкрите акціонерне товариство”Запорізький металургійний комбінат “Запоріжсталь”, м. Запоріжжя, начальник прокатної лабораторії;

доктор технічних наук, професор Капланов Василь Ілліч, Приазовський державний технічний університет, проректор по науковій праці.

Провідна установа -Національна металургійна академія України, кафедра обробки металів тиском, Міністерство освіти і науки України, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться 12 вересня 2002 року в 12 часів на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.01 Донецького національного технічного університету за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, в аудиторії 353 п'ятого навчального корпуса.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донецького національного технічного університету, м. Донецьк, вул. Артема, 58, другий навчальний корпус.

Автореферат розісланий “26 ” 07 2002 р.

Учений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 11.052.01, д.т.н., проф. Алімов В.І.

Загальна характеристика роботи

Велика частка ціни металу й енергії в структурі собівартості прокату висуває на перший план задачу зменшення витрати цих ресурсів, рішення якого дозволяє підвищити рентабельність виробництва і конкурентоспроможність прокатної продукції.

Актуальність теми. Чорна металургія України характеризується підвищеною витратою енергетичних і матеріальних ресурсів, зокрема, металу на тонну готового прокату. Так, при виробництві товстих листів на товстолистових реверсивних станах (ТЛС) витрата металу складає при прокатуванні зі слябів 1180…1250, а при прокатуванні зі зливків 1400…1550 кг/т. Середня витрата металу на ТЛС у країнах із передовою технологією складає 1175, а в Японії - 1087 кг/т. Основну частку (до 90%) відходів при прокатці товстих листів складають бічна і торцева обрізь. Тому наближення форми листових розкатів у плані до прямокутної є основним шляхом економії металу при прокатці.

На широкоштабових станах гарячої прокатки (ШСГП) досягнутий достатньо високий вихід придатного металу. При цьому залишаються втрати металу в обрізь (45…65 кг/т), обумовлені різноширинністю гарячекатаних штаб (допуск по ширині складає 20…30 мм). Точна, у діапазоні 2…3 мм, стабілізація ширини на 97…98 % довжини штаб дозволить внаслідок зменшення ширини кромок, що відрізаються, з 15…30 мм до 8…12 мм, у 1,8…2 разу знизити витрату металу в обрізь до 25…30 кг/т.

Негативно на вихід придатного на ШСГП впливає і редукування слябів у чорновій групі клітей. При редукуванні слябів на 300мм перекручування форми кінців у виді “риб'ячого хвоста” досягає довжини до 1м, а кінцева обрізь при масі сляба 26т складає 1,5 %.

У науково-технічній літературі освітлено лише загальні підходи і методи керування шириною і формою розкатів у плані, надано відомості про окремі технологічні і технічні заходи щодо ефективності їхньої реалізації на листових станах. Дані про динаміку виникнення перекручувань усіх видів форми розкатів, їхнього взаємного впливу по всій технологічній лінії ТЛС і ШСГП або відсутні, або фрагментарні. Більшість технічних і технологічних рішень реалізовані без застосування засобів автоматизації й оптимізації режимів впливу, які потребують розробку математичних моделей і алгоритмів керування формою розкатів у плані.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано відповідно до тематичних планів Донецького науково-дослідного інституту чорної металургії (Донндічормет) 1977-1991 р.р. у рамках щорічних координаційних планів Міністерства чорної металургії СРСР згідно з науково-технічних напрямках “Виробництво товстолистової сталі” (ГР 01910036053, 01830009207, 01821009744, 01840030663), “Виробництво гарячекатаної і холоднокатаної тонколистової сталі” (ГР 74027399, 01821009708, 01880051052, 01880051066), а також відповідно до плану-графіка розробки нових технологічних режимів і устаткування стана 2500 НЛМК, затвердженого ГКНТ у 1987 р. (ГР 01830070940, 01860019800, 01870031314, 01880017113, 01900027655, 01850023342, 01880033660). У рамках господарських договорів між Донецьким національним технічним університетом (ДонНТУ) і металургійними і машинобудівними підприємствами (ГР 0194U022745, 0191U0049066), у рамках “Державної програми розвитку виробництва тари і пакувальних матеріалів на період до 2000 року” у частині створення комплексу по виробництву жерсті (1995-2000 р.р.)” (ГР 0297U000864, 0198U002738), а також у рамках бюджетної тематики відповідно до наукового напрямку кафедри обробки металів тиском ДонНТУ “Розробка і освоєння ресурсозберігаючих технологій виробництва листового і сортового прокату” (ГР 0194U022744, 0199U001142).

Ціль і задачі дослідження. Ціллю роботи є виявлення основних закономірностей послідовної формозміни розкатів у вертикальних (ВВ) і горизонтальних (ГВ) валках, розробка на цій основі засобів керування формою розкатів у плані і технологій гарячої прокатки товстих листів і штаб, які забезпечують мінімальну витрату металу на тонну придатного.

Для досягнення поставленої цілі сформульовані такі задачі:

1. Досліджувати основні складові балансу ширини і закономірності зміни параметрів форми поперечного перерізу розкатів в універсальних клітях чорнової групи ШСГП, зокрема, при реверсивній багатопрохідній прокатки у вертикальній і універсальній клітях.

2. Встановити основні закономірності зміни параметрів форми кінців розкатів у плані на всіх стадіях чорнової прокатки товстих листів і штаб, включаючи прокатку у ВВ і ГВ універсальній кліті, реверсивний режим прокатки розкату в каліброваних ВВ і прокатку з нерівномірним обтиском по ширині в ГВ. розкат широкоштабовий прокатка переріз

3. Розробити, що відповідають вимогам АСУ ТП, математичні моделі складових балансу ширини, параметрів форми поперечного перерізу і форми кінців розкатів у плані, і алгоритми їхнього розрахунку на всіх послідовних стадіях чорнової прокатки товстих листів і штаб, включаючи режим редукування слябів і кантування листового розкату при розбивці ширини.

4. Розробити і дослідити низку нових автоматизованих технологій прокатки товстих листів і штаб, включаючи технологію редукування і сполучену технологію “редукування - прокатка” із профілюванням кінців слябів у плані.

5. Розробити технологічні заходи і технічні пристрої для забезпечення стійкої прокатки розкатів у ВВ.

6. На базі отриманих математичних моделей розробити нові засоби й пристрої автоматичного регулювання ширини штаб у чорновій і чистовій групах ШСГП.

Об'єкт дослідження. Процес прокатки товстих листів і штаб, включаючи несталі стадії.

Предмет дослідження. Основні закономірності і методи розрахунку параметрів поперечного перерізу розкату і форми його кінців у плані по стадіям чорнової прокатки товстих листів і штаб, методи автоматизованого керування шириною і параметрами форми розкатів у плані.

Методи досліджень. У основу аналітичних досліджень були покладені базові закони теорії обробки металів тиском, положення теорій розмірностей і подоби процесу прокатки, теорії математичної статистики, а також теорії дослідження операцій. У основу експериментальних досліджень покладені методи теорії інженерного експерименту, фізичного моделювання, тензометрії, вимірів параметрів процесів прокатки.

Наукова новизна

1. Вперше отримано експериментальні дані по:

- співвідношенню змушених (додаткових) розширень, які обумовлені обтиском у ВВ розкатів із високолегованих сталей і сплавів та вуглецевих сталей для умов прокатки в чорнових клітях ТЛС і ШСГП з різними відношеннями ширини до товщини штаб;

- внескам окремих обтисків у ВВ у сумарне змушене розширення і зміну параметрів форми кінців сляба для умов прокатки за два і три послідовних проходи. Показано, що ступінь впливу однакових обтисків у наступних за першим проходом на змушене розширення, утяжку ширини кінців, увігнутість торців розкату зменшується. Розміри загальної зміни приведених вище параметрів після декількох обтисків завжди більше, ніж за один прохід із сумарним обтиском;

- характеру залежності показника поперечної деформації в ГВ при нерівномірному обтиску по ширині розкату від заднього натягу. Показано, що збільшення заднього питомого натягу практично не впливає на площу зони розширення осередку деформації, а в основному впливає на інтенсивність деформації в зонах утяжки, збільшуючи загальну утяжку ширини штаби;

- передатним коефіцієнтам впливу відносної неузгодженості частот обертання валків суміжних клітей у всіх міжклітьових проміжках чистовій групи широкоштабового стана на зміну міжклітьових натягів і впливу міжклітьових натягів на ширину готової штаби. Визначено, що вплив міжклітьових натягів на зміну ширини готової штаби збільшується від останнього до першого міжклітьового проміжку, а вплив неузгодженості частот обертання суміжних клітей на ширину штаби практично однаково у всіх проміжках;

- впливу дробіння прогладжування розкату при редукуванні сляба за декілька послідовних проходів у ВВ в однім напрямку на ширину і параметри форми кінців розкату. Визначено, що при відповідному редукуванні сляба з прогладжуванням розкату після кожного обтиску у ВВ і при редукуванні сляба з одним прогладжуванням після останнього обтиску у ВВ значення ширини, утяжки ширини кінців, довжини потягнутих по ширині кінців і увігнутості торців розкату відрізняються мало (на 5…15%).

- впливу на форму розкатів у плані параметрів прокатки сляба в ГВ із задачею “на ріг”. Визначено, що найменше перекручування від прямокутної форми розкат має при прокатці за два суміжних реверсивних проходи на кожну діагональ, куті задачі 18…20 град. і відносному обтиску у кожному проході 0,05…0,10.

Вперше для визначення параметрів формозміни запропоновані:

- механізм зміни параметрів форми вихідних непрямокутних кінців розкату в плані після обтиску у ГВ і ВВ чорнових клітей, заснований на закономірностях плину металу зовнішньої частини й уписаної в зовнішній контур прямокутної внутрішньої частини кінців. Експериментально визначено, що після обтиску у ГВ або у ВВ зміна параметрів форми зовнішньої і внутрішньої частини кінця розкату ( утяжка ширини або розширення, опуклість або увігнутість торця, довжина поширеного або потягнутого по ширині кінця) підпорядковується принципу суперпозиції, а їхнє сумарне значення може бути визначено по рекурентному вираженню. Визначено критерії формозміни вихідних непрямокутних кінців розкату (чинники форми кінців): при обтиску у ГВ це відношення стріли опуклості або увігнутості торців вихідного розкату до довжині осередку деформації у ГВ; при обтиску у ВВ - відношення утяжки або розширення кінців вихідного розкату до розміру обтиску у ВВ. Визначені залежності зміни вихідних параметрів форми переднього і заднього кінців розкату і параметрів форми уписаних прямокутних кінців після обтиску у ГВ і у ВВ із розміром критерію форми кінців перед обтиском.

- комплексний параметр форми ящикового калібру - відношення добутку коефіцієнтів глибини і форми до випуску калібру, що враховує розміри калібру і поперечного перерізу сляба при визначенні параметрів форми кінців сляба і змушеного розширення;

- коефіцієнти зміни показників висоти напливів поперечного перерізу і змушеного розширення розкату після двох суміжних обтисків у ВВ у залежності від їхніх співвідношень і відношення діаметра ВВ до товщини розкату.

Практичне значення отриманих результатів. На підставі наукових результатів дослідження зміни параметрів форми поперечного перерізу і форми розкатів у плані на всіх стадіях чорнової прокатки товстих листів і штаб розроблено і передано для практичного використання математичні моделі, методи й алгоритми розрахунку параметрів формозміни; розроблено і впроваджено у виробництво нові способи прокатки, способи й пристрої регулювання, технічні і технологічні заходи, які забезпечують при прокатці товстих листів і штаб істотне зменшення витрати металу у обрізь. У їхньому числі:

- комплекс математичних моделей, що відповідають вимогам АСУ ТП чорнових груп ШСГП і середньоштабових станів, основних складових балансу ширини, параметрів форми поперечного перерізу, осьової витяжки і приведеної товщини після обтиску у ВВ, зміни ширини розкату в універсальних клітях і на виході з чорнової групи, параметрів формозміни кінців розкату у плані при обтиску прямокутного у плані сляба в гладких і каліброваних ВВ і ГВ чорнових клітей ШСГП (довідка Київського НВО “Промавтоматика” від 13.02. 1987 р. і НВО ВНИИМЕТМАШ від 30.12.1988 р. про використання моделей при розробці АСУ ТП ШСГП 2500 ММК і 2000 НЛМК);

- комплекс математичних моделей формозміни розкату в плані на всіх послідовних стадіях чорнової прокатки товстих листів і штаб (включаючи прокатку розкату в системі вертикальні-горизонтальні валки універсальної кліті, послідовний і реверсивний режими обтисків, кантівку розкату у горизонтальній площині, нерівномірний обтиск по ширині в ГВ) і заснований на них алгоритм розрахунку параметрів форми розкатів у плані при чорновій прокатці на ТЛС і ШСГП. Алгоритм реалізовано у програмі, розробленій в Донндічормет за замовленням АТ НКМЗ, і використовано при розробці технології й устаткування для редукування слябів після реконструкції чорнових груп ШСГП ( довідка АТ НКМЗ від 28.02.2002 р.);

- нові способи прокатки металу в ГВ і ВВ чорнової групи ШСГП і засновані на цьому алгоритми розрахунку початкової настройки зазорів ГВ і ВВ, які увійшли до складу спеціального технологічного математичного забезпечення АСУ ТП чорнової групи клітей стана 2000 НЛМК (акт комісії щодо приймання у промислову експлуатацію АСУ ТП стана 2000 НЛМК від 16.12.1988 р.) і використані при розробці технічних проектів АСУ ТП реконструйованих станів 2000 і 2500 НЛМК і 2500 ММК (довідка про використання Київського НВО “Промавтоматика” від 01.06.1990 р.);

- технологія редукування сляба в чорновій універсальної реверсивній кліті ШСГП (технічний проект стана 2000 меткомбінату “ОСТ” ( колишня НДР), лист підвідділу ліцензій Госкомизобретений № 42/82-29997 від 25.11.1988 р.);

- технологія редукування слябів при сполученому режимі редукуванні- прокатці з профілюванням кінців (довідка про використання НВО ВНИИМЕТМАШ від 30.12.1988 р.);

- комплекс заходів щодо удосконалювання зачищення дефектів і режиму нагріву заготівок, раціонального добору діаметрів ГВ і ВВ реверсивної чорнової кліті стану 800 ОХМК, які дозволили підвищити стійкість розкату у ВВ, знизити температурний перекіс по ширині заготівки з 70 до 10…30 град., виключити підпор і зменшити натяг розкату між ВВ і ГВ для всього сортаменту стана (акт впровадження № 41-84 від 15.01.1985 р.);

- спосіб прокатки штаб на реверсивному універсальному стані з обтиском у ВВ у напрямку прямування розкату від ГВ, який дорівнює 0,2…0,5 від розміру сумарного обтиску у ВВ за два суміжні реверсивних проходи, що дозволяє підвищити вихід придатного внаслідок зменшення кінцевої обрізі ( акт №3-85 про використання винаходу від 10.06.1984 р.);

- технології прокатки товстих листів на стані 2000 Волгоградського метзавода (ВолМЗ) “Красный Октябрь” із задачею сляба “на ріг” і з поетапним обтиском розкату у ВВ при розбивці ширини, яка забезпечує зниження різноширинності листів на 40 мм, припуск на бокову обрізь на 60 мм і витрати металу в обрізь на 20 кг/т (акт впровадження від 25.06.1992 р., зміна тимчасової технологічної інструкції прокатки листів із слябів шириною 500…650 мм);

- комплект вертикальних валків чорнового нереверсивного окалиновідламувача, який забезпечує стійкість вузьких слябів при великих обтисках слябів на стані 2000 ЧерМК (постанова №38 від 06.06.1985 р.);

- пристрій регулювання розмірів гарячекатаних штаб, який забезпечує при прокатці у чистовій групі клітей стана 1700 КарМК компенсацію відхилень ширини і товщини на кінцях штаби (наказ ВПКБ НВО “Черметавтоматика” №249 від 16.12.1985 р.).

Особистий внесок здобувача. Більшість основних результатів досліджень отримані й узагальнені автором самостійно. Усі оригінальні ідеї і методи досліджень належать автору. У проведенні промислових і частині лабораторних досліджень брали участь співробітники Донндічормету, ДонНТУ, робітники металургійних підприємств.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались та обговорювалися на: Всесоюзній науково-технічній конференції “Тула-78” (Тула, ТПІ, 1978); Всесоюзній науково-технічній нараді “Опыт разработки и внедрения АСУ прокатными станами” (Київ, КІА, 1979); Всесоюзних науково-технічних конференціях “Разработка и внедрение АСУ ТП в прокатном производстве” (Кривий Ріг, 1983р., 1987р.); Всесоюзній науково-технічній конференції “Задачи технического перевооружения листопрокатного производства” (Дніпропетровськ, 1987 р.); Всесоюзній науково-технічній конференції “Проблемы повышения технического уровня производства черных металлов и сплавов” (Донецьк, Донндічормет, 1987 р.); Всесоюзній конференції “Теория прокатки” (Дніпропетровськ, ДМЕТІ, 1988 р.); Всесоюзній науково-технічній конференції “Создание и освоение экологически чистых ресурсосберегающих технологий в черной металлургии” (Донецьк, Донндічормет, 1991 р.); науково-технічній конференції “Наука, виробництво, підприємництво - розвитку металургії” (Донецьк, ДонНТУ, 1998 р.); науково-технічних конференціях “Удосконалення процесів та обладнення обробки тиском у машинобудуванні та металургії” (Краматорськ, ДДМА,1999 - 2002 р.р.); об`єднаних наукових семінарах ДонНТУ-Донндічормет ( 1983-2002 р.р.).

Публікації. Основні наукові та прикладні результати дисертаційної роботи викладено в 50 публікаціях. Серед них: 2 монографії (у співавторстві), 9 одноосібних статей, 21 стаття у співавторстві та 18 авторських посвідчень, патентів України і Росії.

Структура дисертації. Робота складається зі вступу, восьми розділів і висновків. Вона містить 374.. . сторінки, включає 27 таблиць і 83 малюнків, список літературних джерел із 301 найменування та три додатка.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність теми, ціль та задачі дослідження. Надано характеристику наукової новизни і практичного значення отриманих результатів. Приведено зв'язок дисертаційної роботи із науковими програмами, планами і темами. Наведено апробацію результатів дисертації і ступінь їх упровадження.

Формозміна розкатів, способи керування формозміною при гарячій прокатці штаб і товстих листів (стан питання)

У технічній літературі показано, що зменшення витрат металу при прокатці товстих листів може бути забезпечене внаслідок керування формою листових розкатів у плані. Широке застосування знайшли такі методи: прокатка з використанням чорнової кліті з ВВ для активного керування формою розкатів у плані шляхом обтиску торцевих і бокових граней слябів, змінного по довжині обтиску (профілювання) бокових граней слябів; профілювання широких граней слябів шляхом змінного по довжині обтиску в чорновий кліті з ГВ; прокатка з керуванням формою зазору між ГВ і ін.

Зменшення витрат металу при гарячій прокатці штаб досягають переважно внаслідок зменшення кінцевої і бокової обрізі при реалізації таких технологічних заходів: надання широким граням безперервнолитих слябів опуклої, а вузьким - увігнутої форми; надання фігурної форми кінцям слябів; обтиск кінців слябів перед прокаткою на горизонтальному пресі; перемінний обтиск кінців сляба у ВВ першій чорновій ( що редукує) кліті; оптимальний розподіл обтисків у ГВ і ВВ чорнових клітях; забезпечення стабільності ширини слябів, температури їхнього нагріву, температури по довжині штаб, оптимального рівня міжклітьових натягів. Технічні заходи полягають у розробці і впровадженні АСУ ТП ділянки чорнової групи ШСГП, до складу якої входять системи автоматичного регулювання ширини і форми кінців розкатів у плані й АСУ ТП ділянки чистової групи із системами автоматичного керування міжклітьовими натягами і шириною готових штаб.

У літературі практично відсутні відомості про теоретичні та експериментальні дослідження щодо динаміки параметрів формозміни поперечного перерізу розкатів і його кінців у плані по стадіях прокатки, починаючи від заготівки до готового прокату, зокрема при послідовній і реверсивній прокатці у системі ВВ-ГВ універсальних чорнових клітей і при кантівці розкату. Відсутні придатні для використання в технологічних алгоритмах АСУ ТП, математичні моделі параметрів форми кінців розкатів у плані при послідовній прокатці у ГВ і ВВ чорнових клітях штабових і листових станів, які ураховують різний характер нерівномірного обтиску товщини по ширині, повний набір параметрів калібрів ВВ, попередню історію деформації при багатократних послідовних обтисках у ВВ і ГВ, а також умови спільної, послідовної і реверсивної прокатки в системі ВВ-ГВ при редукуванні слябів і прокатці розкатів в універсальних чорнових клітях ШСГП.

Практично усі пристрої автоматичного регулювання ширини штаби у чистовій групі клітей ШСГП побудовані на використанні в якості керуючих впливів міжклітьові натяги, а отже, мають істотну хибу - не можуть стабілізувати ширину кінців штаб, прокатаних без натягу.

Статистичні дослідження розмірів слябів, розкатів і готового прокату на штабових і листових станах

По єдиній методиці, яка враховує одночасну прокатку партій листів і штаб і послідовність збору даних по стадіях їх прокатки, виконано статистичне дослідження точності і стабільності розмірів вихідних слябів (заготівок), проміжних розкатів (підкатів) і готового прокату на чотирьох широкоштабових (трьох поколінь), двох середньоштабових і двох товстолистових станах.

Визначено, що точність і стабільність товщини, ширини і довжини вихідних слябів (заготовок) на широкоштабових і товстолистових станах низька: 15…50% слябів має розміри, що виходять за межі допусків по стандартам і ТУ. Великі діапазони коливань розмірів слябів у партіях знижують стабільність і точність розмірів готових штаб і листів по ширині і довжині.

Статистичний аналіз стабільності ширини підкатів і основної частини довжини готових штаб показав, що різноширинність підкатів цілком переходить на основну частину довжини готових штаб. Крім того, додається частка різноширинності (5…8 %), яка виникає в чистовий групі клітей. Стабільність ширини по всій довжині готових штаб значно нижче (на 25 %) і визначається різноширинностю кінців, прокатаних без переднього і заднього натягу.

Діапазони коливань товщини і ширини готових смуг на досліджуваних станах більше, ніж на закордонних станах у два і більш рази. Товщина і ширина у 10…80% готових штаб на ділянках задніх кінців (1…3% довжини) вище межі допусків Держстандарту. Нестабільні розміри слябів і відсутність керування формою розкатів у плані при прокатці товстих листів обумовлює великі припуски по ширині і довжині і відповідну витрату металу у бокову (до 11 %) і торцеву (до 12 %) обрізь.

Дослідження закономірностей формування ширини і товщини розкатів при прокатці у системах ВВ-ГВ чорнових клітей ШСГП

Ширина розкату (підкату) Вп на виході з останньої (n-й) чорнової кліті ШСГП визначається шириною вихідного сляба Вс і алгебраїчною сумою складових її зміни в i-тих клітях

; (1)

; (2)

, (3)

де - обтиски у ВВ; - вільне (природне) розширення в ГВ;

- змушене розширення внаслідок повернення металу з білякрайкових напливів після обтиску у ВВ, нерівномірного обтиску по ширині розкату (більшого на крайках, чим посередині ширини) і заднього питомого підпору відповідно; - змушена утяжка ширини в осередку деформації ГВ унаслідок нерівномірного обтиску по ширині розкату (більшого посередині ширини, чим у крайок) і дії заднього питомого натягу відповідно; - температурна усадка ширини; - утяжка ширини між клітями від натягу штаби; i, j - індекси окремих чорнових клітей і клітей безперервної чорнової підгрупи; n, z -число окремих чорнових клітей групи і підгрупи.

У результаті лабораторних, промислових досліджень і математичного моделювання розроблено універсальну математичну модель, що дозволяє прогнозувати формування ширини і різноширинності розкату при будь-яких компоновках клітей чорнової групи ШСГП з урахуванням основних критеріїв процесу прокатки і збурюючих впливів.

Для умов прокатки в чорнових клітях ШСГП 2500 і 2000 НЛМК, 2000 ЧерМК, 1700 КарМК, 800 ОХМК, 560 ММЗ “Серп і Молот” для розрахунку основних складових зміни ширини отримані критеріальні залежності у вигляді добутку степенних функцій або багаточлена другого ступеня факторів-перемінних. У загальному виді:

=f( , ); (4)

=f(,,, ,,,); (5)

, =f (, ), (6)

де Н_i, В_i, , - товщина, ширина розкату на вході в кліть, обтиски в ГВ і у ВВ відповідно; = ; R_в - радіус ВВ; =(h_пi -h_дi)/2b_рi -випуск ящикового калібру; =2b_рi /h_дi -коефіцієнт форми калібру; =2b_рi /B_i -коефіцієнт глибини калібру; h_р, h_д, b_р -ширина калібру у рознімання і дна, глибина калібру; = - різниця відносних профілів розкату на вході і виході ГВ; , - поперечна різнотовщинність розкату на вході і виході ГВ.

При розрахунку вільного і змушеного розширення для урахування хімічного складу високолегованих сталей і сплавів запропоновано ввести в праві частини залежностей загальні співмножники - коефіцієнти і , що показують у скільки разів розширення розкату з аналізованої сталі за інших рівних умов прокатки більше, ніж у розкату зі сталі Ст3. Отримано вираження для визначення для жароміцних, корозійностійких і швидкорізальних сталей.

Для умов прокатки у безперервній чорновій підгрупі клітей стана 2000 ЧерМК установлені залежності утяжки ширини розкату від неузгодженості швидкостей ГВ суміжних клітей і міжклітьових питомих натягів. Ступінь впливу міжклітьових натягів на утяжку ширини в першому і в другому проміжку приблизно рівна і зменшується до 7…10 разом при збільшенні ширини смуги з 1000 до 1750мм.

Виконані лабораторні експериментальні дослідження формування поперечного перерізу розкату після обтиску у ВВ показали, що показник висоти білякрайкових напливів металу в основному залежить від двох критеріїв: і B/H. Отримано вираження для визначення висоти напливів для умов обтисків у ВВ широко - і середньоштабових станів гарячої прокатки, показника ширини напливів ( у залежності від В/Н) і ширини напливів.

Обробка експериментальних даних дозволила виявити, що осьова витяжка розкату після обтиску в гладких ВВ, яка необхідна для визначення приведеної товщини після ВВ і наступного точного визначення деформаційних і енергосилових параметрів прокатки в ГВ залежить від і В_в/H_в (В_в, H_в- ширина і товщина розкату перед ВВ), а в ящикових калібрах ВВ - від , В_в/H_в, , , . Отримано адекватні вираження для розрахунку осьових витяжок. Розроблено силовий метод визначення приведеної товщини розкату після обтиску у ВВ, сутність якого полягає в прирівняні сили прогладжування розкатів попередньо обтиснутих у ВВ і прокатки плоских розкатів тієї ж товщини, але із шириною меншої на розмір обтиску у ВВ. Розмір обтиску в ГВ із силою прокатки, яка дорівнює силі прогладжування і приймається за приведене стовщення розкату після ВВ.

Для умов реверсивної прокатки в універсальній і вертикальній кліті, що характеризуються двох-трьох кратними послідовними обтисками у ВВ, виконано дослідження часткових обтисків і їхнього перерозподілу по проходах при постійному сумарному обтиску на розміри висоти напливів і змушених розширень. Виявлено, що при дворазовому обтиску частковий коефіцієнти висоти напливів залежить від коефіцієнта часткового обтиску (відношень часткового обтиску до сумарного) по параболічному закону, а частковий коефіцієнт змушеного розширення додатково залежить від відношення D_в/Н_в. Установлено, що максимальні значення часткові коефіцієнти змушеного розширення мають при однакових обтисках. Для випадку триразового обтиску в гладких і каліброваних ВВ при редукуванні слябів у вертикальній кліті виявили часткові внески кожного останнього обтиску з декількох послідовних проходів у сумарний розмір змушеного розширення. Встановлено, що змушені розширення в послідовних проходах з однаковими обтисками зменшуються від першого до останнього проходу, а отже, ефективність обтиску по зменшенню ширини збільшується від першого до останнього проходу. Ступінь зменшення змушеного розширення по проходах більше при прокатці в каліброваних ВВ, тому що ступінь їхнього заповнення і витяжка розкату збільшуються. Змушене розширення після однократного обтиску у ВВ завжди менше суми змушених розширень після багатократних обтисків сумарного розміру. При заданій сумі обтисків у ВВ для підвищення ефективності зменшення ширини максимальні обтиски варто робити в останніх проходах.

Розроблено методику розрахунку змушеного розширення після двох, трьох і більш послідовних обтисків, засновану на приведенні кожного такого обтиску, починаючи з другого до першого. Методика дозволяє врахувати вплив попередніх обтисків і використовувати для розрахунків одне вираження для разового обтиску. Отримано вираження для розрахунку коефіцієнтів приведення обтисків.

Розроблено лінійні математичні моделі різноширинності розкату при прокатці в системі вертикальні-горизонтальні валки чорнової універсальної кліті і різноширинності підкату після чорнової групи клітей. Досліджено зміну основних технологічних передатних коефіцієнтів (по впливу зміни температури і ширини слябів, розчинів ВВ чорнових клітей) в умовах прокатки в чорнових групах клітей ШСГП 2000 ЧерМК і 1700 КарМК.

Дослідження закономірностей формування ширини штаби при безперервній прокатці у чистових клітях ШСГП

Дослідження зміни ширини штаб у чистових групах клітей ШСГП 1700 МарМК і ЧелМК, 2000 НЛМК і ЧерМК, 1680 меткомбината “Запоріжсталь” показало, що ширина штаби в чистовий групі клітей зменшується на 5…25 мм у залежності від рівня міжклітьових натягів, навіть якщо вони менше статичної межі текучості металу. У цьому випадку зменшення ширини штаби відбувається в осередку деформації внаслідок дії заднього натягу й утяжки ширини штаби між клітями внаслідок пластичної деформації всього поперечного перерізу або локальних ділянок її ширини. Виділити ці складові практично неможливо, тому їх доцільно досліджувати в сумі.

Відзначені на практиці випадки, коли практично при прокатці без міжклітьових натягів ширина готової штаби дорівнює ширині підкату або навіть менше, експериментально досліджено в чистовий групі клітей ШСГП 1700 МарМК. Вперше виконано прямий вимір ширини розкату в перших двох міжклітьових проміжках за допомогою спеціально розроблених переносних контактних шириномірів, які були встановлені на столах петлеутримачів. Визначено, що утяжка ширини при мінімальних міжклітьових натягах виникає у випадку прокатки штаб на максимально зношених робочих валках останньої чорновий кліті і незношених робочих валків перших чистових клітей.

У результаті фізичного моделювання:

- для умов прокатки в перших двох-трьох чистових клітях визначено область стійкої від утрати площинності прокатки з нерівномірним обтиском по ширині. Отримано апроксимуюче вираження для визначення граничної нерівномірності деформації по ширині штаби, що запропоновано використовувати як обмеження в алгоритмах розрахунку початкової настройки чистових клітей, при розрахунку профіліровок валків і оптимізації процесу тонколистової прокатки.

- встановлено, що в діапазоні зміни В/Н = 35…70 показник поперечної деформації залежить від нерівномірності деформації по ширині осередку, відносного обтиску і відношення заднього питомого натягу до межі текучості металу. Інтенсивний ріст поперечної деформації відбувається при обтисках незначно перевищуючих вихідну опуклість штаби ( =0,05…0,1) і відносні нерівномірності обтиску по ширині (= 0,02 і більш);

- вперше встановлено характер впливу заднього натягу на поперечну деформацію в осередку деформації: показано, що зміна розміру заднього питомого натягу впливає на положення нейтральної точки по ширині в меншому ступені, ніж відносний обтиск і нерівномірність висотної деформації, практично не впливає на площу зони поширення, а в основному впливає на інтенсивність зміни поперечної деформації в зонах утяжки, збільшуючи утяжку абсолютної ширини;

- отримано адекватні математичні моделі зміни ширини в реальному осередку деформації й у системі міжклітьовий проміжок - осередок деформації із середньою помилкою 15%, а також лінійні математичні моделі різноширинності розкату по клітям і для готової штаби.

Для умов прокатки в чистових групах клітей ШСГП 1700 МарМК, КарМК і 1680 меткомбината “Запоріжсталь” експериментально визначено коефіцієнти передачі неузгодженості частот обертання робочих валків суміжних клітей на міжклітьові натяги і на утяжку ширини готової штаби, а також впливу міжклітьових натягів на утяжку ширини готової штаби. Ці коефіцієнти є груповими, тому що враховують вплив зміни міжклітьових натягів не тільки в аналізованому проміжку, але і у всіх інших, у першу чергу наступних. Встановлено, що в діапазоні неузгодженості частот обертання валків суміжних клітей 3…4% коефіцієнти передачі для кожного проміжку і перетину штаби постійні та збільшуються від останнього до першого проміжку і зменшуються зі збільшенням площі поперечного перерізу штаби.

На основі отриманих матеріалів запропоновано при відсутності САРН у чистовий групі клітей для підтримки оптимальних розмірів міжклітьових натягів використовувати неузгодженість частот обертання валків суміжних клітей і встановлено, що достатній діапазон неузгодженості складає 3…4%.

Виведено залежності для розрахунку клітьових і групових технологічних передатних коефіцієнтів і лінійні математичні моделі різноширинності розкату по клітям і готової штаби (середня помилка розрахунку 15 %).

Дослідження процесів формозміни розкатів у плані при прокатці у чорнових клітях штабових і товстолистових станів

Відповідно до положень теорії розмірностей параметри форми кінців вихідного прямокутного сляба після обтиску в ГВ є здобутком степенних функцій виду

/В = А_о (7)

де = , , - поширення, опуклість торця, довжина переднього (заднього) кінця розкату з перемінною шириною після обтиску вихідного прямокутного сляба (о) у ГВ (г); А_о, А₁, … - коефіцієнти.

У зв'язку з тим, що параметри форми спочатку прямокутних кінців сляба після обтиску у ВВ є проміжними і, як правило, не контролюються, доцільно досліджувати параметри форми кінців після двох послідовних операцій: обтиску у ВВ і наступного фіктивного прогладжування розкату в ГВ. Для умов прокатки вихідних слябів з вуглецевих і малолегованих сталей у ГВ і в системах гладкі ВВ-ГВ, калібровані ВВ-ГВ експериментально отримано критеріальні залежності для параметрів форми кінців розкату в плані виду

/В = В_{о ;} (8)

/В=С_{о ,} (9)

де =, , ; /В = , , - утяжка ширини, увігнутість торця, довжина переднього (заднього) кінця з перемінною шириною розкату після обтиску вихідного прямокутного сляба (о) у гладких (г) і каліброваних (к) ВВ і прогладжування в ГВ; К_к = /; В_о, В₁, …, С_о, С₁,…- коефіцієнти.

Для визначення впливу на параметри форми кінців умов прокатки сляба в ящикових калібрах ВВ запропоновано використовувати узагальнений параметр (критерій) форми калібру К_к з урахуванням розмірів рівчака і поперечного перерізу сляба. Зокрема встановлено, що відношення ширини до товщини сляба при прокатці в калібрах і на гладкій бочці впливає на утяжку ширини по різному: при прокатці в каліброваних ВВ утяжка переднього і заднього кінців збільшується з ростом В/Н, а в гладких ВВ - зменшується. Якщо утяжка ширини переднього кінця сляба при прокатці в гладких ВВ більше, ніж утяжка заднього кінця приблизно у 2 рази, то при прокатці в каліброваних ВВ це відношення досягає 4…6...

Запропоновано механізм зміни параметрів форми початкових непрямокутних кінців розкату після будь-якого проходу у ГВ і ВВ, а також у будь-якій їхній послідовності при прокатці, а також і при кантівці, заснований на використанні принципу суперпозиції: кожний параметр є сумою двох складових. Перша складова є результатом деформації зовнішніх частин непрямокутного кінця, друга - умовного прямокутного розкату, уписаного у зовнішній контур початкового розкату.

У результаті дослідження формозміни кінців розкатів при прокатці у гладких і каліброваних ВВ із багатократними послідовними обтисками визначено, що при однакових обтисках по проходах і тим більше при зменшенні обтисків у наступних проходах частки зміни параметрів у них незначні і ними можна зневажити.