facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ КАЛИБРОВ ВАЛКОВ СОРТОВЫХ СТАНОВ

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ КАЛИБРОВ ВАЛКОВ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Алексей Виноградов, заведующий кафедрой, кандидат технических наук, доцент

Марина Анатольевна Тимофеева, кандидат технических наук, доцент

Череповецкий государственный университет, Россия

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Россия";

Предложена новая методика анализа систем калибровок валков сортовых станов. В качестве критериев предложено использовать коэффициенты неравномерности и эффективности, определяющие степень проработки структуры при прокатке сортовых профилей. На примере систем калибровки для производства круглого профиля диаметром 28 мм проанализированы возможные схемы деформации, а также преимущества и слабые места каждой из них.

Ключевые слова: системы калибров, сортовая прокатка, критерий эффективности.

A new technique for the systems analysis ofsection mill roll’s calibrations was proposed. Following criteria for analysis were proposed to use: the coefficients of uniformity and coefficient of efficiency, they determine the maturity structure at the profile rolling. Example of calibration systems for the production of round profile 28 mm was analyzed for possible scheme of deformation, as well as strengths and weaknesses of each scheme.

Keywords: system calibration, rolling of sections, the efficiency criterion.

 

Постановка задачи. Построение рациональной калибровки валков сортопрокатного стана – сложная задача. И ее сложность определяется приоритетом того или иного ожидаемого результата. Известно, что одни калибровки «заточены» на максимально быстрое формоизменение, другие на лучшую проработку структуры. Существуют калибровки, обеспечивающие более точные размеры поперечного сечения или позволяющие осуществлять энергоэффективные режимы деформации.

Известные из литературных источников системы калибровки имеют множество разновидностей, подсхем и подчас, решая одну задачу, существенно ухудшают условия другой. Поэтому разработка методики анализа системы калибровки на основе обоснованных критериев является актуальной научной задачей.

Методика проведения работы. Для анализа систем калибровок выбраны пары последовательных калибров, позволяющие с одной стороны рассмотреть все возможные схемы сочетаний калибров, а с другой обеспечить исследования предела членения сложной системы, такой как калибровка валков непрерывного сортового стана.

В качестве критериев эффективности системы выбраны коэффициенты неравномерности Кинф и эффективности Кэдэ, определяющие степень проработки структуры металла[1]:

                         (1)

                             (2)

где  ?i=bi/ai– компонента матрицы формоизменения;

ai, bi– длины радиус-векторов в i-ой точке поперечного сечения заготовки и выходящей полосы соответственно;

n– количество радиус-векторов.

Коэффициенты неравномерности и эффективности формоизменения, определяющие степень проработки структуры металла, в значительной степени зависят от форм чередующихся калибров, соотношения длин осей неравноосных калибров. Неправильный выбор отношения осей приводит к появлению трещин и разрывов в полосе при прокатке профилей особенно из труднодеформируемых сталей.

В процессе прокатки любого сортового профиля можно выделить два основных этапа: прокатка квадратной непрерывно-литой заготовки в черновых и промежуточных клетях стана с целью получения подката требуемой формы и размеров для чистовой группы клетей и прокатка в чистовых клетях. При построении рациональной калибровки валков прокатного стана необходимо стремиться к использованию одних и тех же калибров в черновых и промежуточных клетях при получении проката широкого профильного сортамента.

Так, при прокатке круглой стали диаметром 25-105 мм и шестигранной стали №№ 28-48 на среднесортном стане «350»ЧерМК ОАО «Северсталь» используемые системы калибровки [2] отличаются только в чистовых и некоторых промежуточных клетях.

Попробуем на основе критериев эффективности формоизменения провести анализ проработки структуры при различных системах калибровок. В качестве примера рассмотрим прокатку круглой стали диаметром 28 мм.

При моделировании в качестве граничных приняты следующие условия: обеспечение захвата полосы валками, т.е. ?i≤ [?]i, обеспечение устойчивости раската в калибре и обеспечение требуемой ширины раската.

Результаты работы.Результаты математического моделирования по возможным сочетаниям калибров представлены в виде графических зависимостей на рисунках 1-4.

Коэффициент Кинф (рис. 1) характеризует неравномерность деформации металла по поперечному сечению профиля. Большее значение коэффициента говорит о большей неравномерности такой деформации при получении одного и того же профиля и, как следствие, лучшей прорабатываемости структуры металла. Для сравниваемых схем калибровки использовались известные из литературных источников неравноосные калибры (например, овальные, ромбические), с различным соотношением осей.

Рис. 1. Коэффициент интегральной неравномерности формоизменения Кинф:

1- овал-круг; 2 – плоский овал-круг; 3 – овал-квадрат; 4 – овал-ребровой овал;

 5 – ребровой овал-овал;   6 – ромб-квадрат.

При прокатке круглого профиля в чистовой паре калибров возможно применение систем овал-круг и плоский овал-круг. Как показано на рисунке 1 (линии 1,2) величина максимального значения коэффициента Кинф в 1,4-1,5 раза больше при использовании в качестве предчистового плоского овального калибра.

Таким образом, с точки зрения лучшей проработки структуры, наиболее предпочтительной является система плоский овал-круг. При этом  необходимо учитывать, что данная система при производстве круглой стали малых размеров требует высокой точности настройки стана для исключения дефектов круглого профиля «ус» или «лампас», а также «плоские грани», возникающих из-за переполнения или незаполнения калибров.

При производстве круглой и шестигранной стали в промежуточных и предчистовых клетях часто используют системы калибров с ребровым овалом, такие как овал-ребровой овал и ребровой овал-овал. В данных системах, как показали исследования, величина коэффициента неравномерности формоизмененияКинф в значительной степени зависит не только от отношения осей однорадиусного овального калибра (рис.1, линии 4 и 5), но и от отношения осей ребрового овала. Как показали результаты моделирования, наилучшие условия деформации обеспечивает калибр «ребровой овал», форма которого близка к кругу, т.е. отношения осей ребрового овала в промежуточных и предчистовых клетях равны 0,94-0,96. При таком отношении осей ребрового овала площадь высотной деформации становится соизмерима с площадью поперечной деформации, что приводит к увеличению значения коэффициента Кинф. Изменяя отношение осей ребрового овала с 0,75 до 0,95, коэффициент формоизменения меняется от 0,038 до 0,138. При задаче раската овальной формы с отношением осей от 1,5 до 2,65 в ребровой овальный калибр, отношение осей которого равно 0,95, коэффициент Кинф изменялся от 0,06 до 0,31.Таким образом, интенсивность роста неравномерности деформации в системе ребровой овал-овал больше чем в системе овал-ребровой овал.

В промежуточных клетях сортового стана при производстве круглого профиля возможно применение системы калибров овал-квадрат, в которой, как показало моделирование, отношение осей овального раската может быть в 1,5 раза больше чем в системе овал-круг при одних и тех же коэффициентах вытяжки. Это приводит к увеличению более чем в два раза коэффициента Кинф (линии 1, 3 рис. 1), что обеспечивает лучшую проработку структуры металла.

В системе калибров ромб-квадрат, которую также можно использовать в промежуточных клетях, коэффициент интегральной неравномерности формоизменения примерно в 3 раза меньше чем в системе овал-квадрат, так как отношение осей ромбического калибра может быть 1,2-1,8, а овального калибра 2-2,7. Такое соотношение осей ромбического калибра обусловлено ограничением по условию захвата. Поэтому при производстве круглой стали целесообразнее в качестве вытяжной использовать систему калибров овал-квадрат.

Анализ данных по коэффициенту эффективности деформации в элементах калибра Кэдэ  (рис. 2), который позволяет оценить, насколько рациональна данная система калибров по вытяжной способности, показывает, что максимальные коэффициенты имеют место в системе овал-квадрат (рис. 2, кривая – 3), величина которых всреднем в 2 раза превышает значения коэффициентов Кэдэ для других систем.

При сравнении систем овал-круг и плоский овал-круг (рис. 2, линии 1 и 2) видно, что деформация более эффективна в системе овал-круг, где величина коэффициента Кэдэ при одних и тех же отношениях осей овальных калибров в 1,5-1,8 раза больше.

Рис. 2.Коэффициент формоизменения Кэдэ:1- овал-круг; 2 – плоский овал-круг;

3 – овал-квадрат; 4 – овал-ребровой овал; 5 – ребровой овал-овал; 6 – ромб-квадрат.

При использовании ребрового овального калибра коэффициент эффективности деформации в элементах калибра больше при прокатке в системе овал-ребровой овал, чем в системе ребровой овал-овал последней (рис. 2, линии 4 и 5). Так, изменяя в системе ребровой овал-овал отношение осей ребрового овала с 0,75 до 0,95, коэффициент формоизменения Кэдэ меняется от 0,06 до 0,11. При задаче раската овальной формы с отношением осей от 1,5 до 2,65 в ребровой овальный калибр, отношение осей которого равно 0,95, коэффициент Кэдэ изменялся от 0,017 до 0,154.

Таким образом, интенсивность роста эффективности деформации в системе овал-ребровой овал больше чем в системе ребровой овал-овал.

С учетом отмеченных закономерностей распределения коэффициентов формоизменения в различных системах калибров предложены четыре варианта схем калибровки промежуточных, предчистовых и чистовых клетей среднесортного стана «350» при прокатке круглой стали диаметром 28 мм (см. табл. 1). Предложенные варианты отличаются системами калибров в промежуточных и предчистовых клетях. Во всех вариантах получены максимально возможные коэффициенты эффективности формоизменения Кинф и Кэдэ по клетям стана «350» при выполнении граничных условий.

Распределение коэффициентов эффективности по клетям стана представлены на рис. 3, 4. Для сопоставления предложенных вариантов были рассчитаны средние значения коэффициентов формоизменения Кинф, Кэдэ и коэффициента вытяжки по шести клетям стана №№ 7-12. Результаты расчетов представлены в таблице 2.

Из табл. 2 видно, что максимальное среднее значение коэффициента Кинф имеет место в 4 варианте при использовании системы калибров овал-ребровой овал в промежуточных клетях, максимальное среднее значение коэффициента Кэдэ и коэффициента вытяжки  во 2 варианте, при использовании системы овал-квадрат и овал-круг.

Таким образом, прокатка с использованием схемы калибровки 4 варианта обеспечит максимальную по сравнению с другими вариантами прорабатываемость структуры металла, а значит минимальную бальность зерна структуры металла готового профиля.

Третий вариант характеризуется минимальными средними значениями Кинф и Кэдэ, что обеспечивает минимальные затраты энергии и может быть рекомендован для сортамента, подверженного последующей термообработке, нивелирующей разницу в получаемых структурах.

Рис.3. Распределение коэффициента формоизменения Кинф при прокатке круглого профиля диаметром 28 мм на стане «350».

Рис. 4. Распределение коэффициента формоизменения Кэдэ при прокатке круглого профиля диаметром 28 мм на стане «350»

Таблица 1 – Варианты калибровки валков среднесортного стана «350» при производстве круглого профиля диаметром 28 мм.

форма калибра

клеть

6

7

8

9

10

11

12

1 вариант

ящичный (1,2)

овал

(2,25)

квадрат

плоский овал (2,25)

круг

овал (1,83)

круг

2 вариант

ящичный (1,6)

овал (2,7)

квадрат

овал (2)

круг

овал (1,83)

круг

3 вариант

ящичный (1,5)

овал (2,65)

ребровой овал (0,96)

овал (2)

круг

овал (1,83)

круг

4 вариант

ящичный (1,2)

овал (2,5)

ребровой овал (0,96)

овал (2,6)

ребровой овал (0,96)

овал (1,83)

круг

Примечание:  () – отношение осей неравноосного калибра

Таблица 2 – Средние значения показателей деформации  и коэффициентов формоизменения при прокатке круглого профиля по различным схемам калибровки

             вариант параметр*

1

2

3

4

?ср7-12

1,34

1,36

1,29

1,32

??7-12

7,67

8,25

6,04

6,92

Кинфcр

0,265

0,254

0,228

0,272

Кэдэ ср

0,201

0,204

0,164

0,195

*- ?ср 7-12 – средняя вытяжка по клетям №№ 7-12; ?? – суммарная вытяжка по клетям №№ 7-12

Вариант 2 является компромиссным и может быть использован для получения профилей с невысокими требованиями к структуре, но позволяющий снизить затраты энергии для прокатки профилей.

Заключение.Таким образом, проведенный анализ и моделирование калибровки валков сортового стана «350» при варьировании таких параметров как отношение сторон неравноосных калибров (овал, ребровой овал) и коэффициентов вытяжки в предчистовых и чистовых клетях показали возможность разработки рациональных схем калибровки по критериям «лучшая прорабатываемость структуры» или «максимальная энергоэффективность».

 

Литература:

1. А.И. Виноградов, С.О.Король К вопросу создания калибровок сортовых валков, повышающих эффективность производства профилей из труднодеформируемых материалов/ Вестник Череповецкого государственного университета. – 2010.- №3(26).- с.116-120

2. Б.М. Илюкович, Н.Е. Нехаев, С.Е. Меркурьев Прокатка и калибровка. Справочник в 6 томах, том 1, Днепропетровск, Днепро-ВАЛ.-2002

0
Ваша оценка: Нет Средняя: 6.2 (5 голосов)
Комментарии: 3

Титова Евгения Сергеевна

Уважаемые Алексей Иванович и Марина Анатольевна! Сразу же оговоримся. Для того, чтобы дать грамотный комментарий к настоящему докладу, следует быть, по крайней мере, специалистом в области прокатного производства. А поскольку мы не являемся таковыми, то, вынуждены комментировать доклад с позиции просто металлургов. На наш взгляд, в связи с постоянно растущими требованиями к повышению эффективности работы сортопрокатных станов, выбор рациональной системы (схемы) калибровки валков является важной для производственников проблемой. Чем проще и доступнее ее решение, в данном случае посредством использования математического моделирования, тем больше ее привлекательность для заводчан. Авторы выбрали один из важнейших параметров эффективности – степень проработки структуры металла, характеризующихся двумя коэффициентами: неравномерности и эффективности (непонятны индексы у коэффициентов – «инф». и «эдэ» ). Конечно, можно было в качестве критерия оптимальности выбрать сразу несколько параметров, например, относящихся к минимизации издержек: минимальный расход энергии на деформацию, минимальное число пропусков и кантовок, минимальный износ калибров и пр. Но, очевидно, это усложнило бы решение поставленной задачи, хотя и более оптимизировало бы его. Ничего не зная о других имеющихся методиках расчета систем калибровки валков сортопрокатных станов, затруднительно оценить степень ее новизны и преимущества. Однако важно, что разработанная авторами методика позволила определить рациональные схемы калибровки для конкретного стана конкретного предприятия. В развитие работы и для подтверждения эффективности определенных в результате моделирования и выполненного расчета схем можно порекомендовать авторам осуществить реальную прокатку с отбором проб металла для определения микроструктуры (величины зерна и пр.), последовательно на различных этапах продвижения металла в процессе прокатки (после черной, промежуточной и чистовой группы клетей). Кроме того, на наш взгляд, для повышения качества выпускаемой металлопродукции и совершенствования режимов прокатки целесообразно контактировать в этом направлении со сталеплавильщиками-разливщиками, поскольку последние владеют большим арсеналом средств, обеспечивающих оптимизацию структуры и уровня физико-механических свойств литой НЛЗ. Очевидно, важно совместно с ними осуществить выбор оптимального профиля (к примеру, квадрат со скругленными углами и пр.) с точки зрения сокращения циклов и «облегчения» последующих операций прокатки. Но это так – размышления, на которые навел нас ваш доклад. Приятно было оказаться в разделе не одинокими. Успеха вам на пути совершенствования технологических параметров и режимов прокатки. Титова Т.М., Титова Е.С.

Виноградов Алексей иванович

Уважаемые Титова Т.М., Титова Е.С. Благодарим за внимательное прочтение нашего доклада и доброжелательный, аргументированный отзыв не него. Виноградов А.И., Тимофеева М.А.

Vykhodets Alexander Mihailovich

Это не первая попытка использовать коэффициента эффективности и неравномерности при калиброке валков прокатных станов. Но в дланном случае имеет место глубокий системный анализ в сочетании с математическим обоснованием. Можно только приветствовать усилия автора в наше время когда ослабевает интерес к техниченским науком. А.Выходец
Комментарии: 3

Титова Евгения Сергеевна

Уважаемые Алексей Иванович и Марина Анатольевна! Сразу же оговоримся. Для того, чтобы дать грамотный комментарий к настоящему докладу, следует быть, по крайней мере, специалистом в области прокатного производства. А поскольку мы не являемся таковыми, то, вынуждены комментировать доклад с позиции просто металлургов. На наш взгляд, в связи с постоянно растущими требованиями к повышению эффективности работы сортопрокатных станов, выбор рациональной системы (схемы) калибровки валков является важной для производственников проблемой. Чем проще и доступнее ее решение, в данном случае посредством использования математического моделирования, тем больше ее привлекательность для заводчан. Авторы выбрали один из важнейших параметров эффективности – степень проработки структуры металла, характеризующихся двумя коэффициентами: неравномерности и эффективности (непонятны индексы у коэффициентов – «инф». и «эдэ» ). Конечно, можно было в качестве критерия оптимальности выбрать сразу несколько параметров, например, относящихся к минимизации издержек: минимальный расход энергии на деформацию, минимальное число пропусков и кантовок, минимальный износ калибров и пр. Но, очевидно, это усложнило бы решение поставленной задачи, хотя и более оптимизировало бы его. Ничего не зная о других имеющихся методиках расчета систем калибровки валков сортопрокатных станов, затруднительно оценить степень ее новизны и преимущества. Однако важно, что разработанная авторами методика позволила определить рациональные схемы калибровки для конкретного стана конкретного предприятия. В развитие работы и для подтверждения эффективности определенных в результате моделирования и выполненного расчета схем можно порекомендовать авторам осуществить реальную прокатку с отбором проб металла для определения микроструктуры (величины зерна и пр.), последовательно на различных этапах продвижения металла в процессе прокатки (после черной, промежуточной и чистовой группы клетей). Кроме того, на наш взгляд, для повышения качества выпускаемой металлопродукции и совершенствования режимов прокатки целесообразно контактировать в этом направлении со сталеплавильщиками-разливщиками, поскольку последние владеют большим арсеналом средств, обеспечивающих оптимизацию структуры и уровня физико-механических свойств литой НЛЗ. Очевидно, важно совместно с ними осуществить выбор оптимального профиля (к примеру, квадрат со скругленными углами и пр.) с точки зрения сокращения циклов и «облегчения» последующих операций прокатки. Но это так – размышления, на которые навел нас ваш доклад. Приятно было оказаться в разделе не одинокими. Успеха вам на пути совершенствования технологических параметров и режимов прокатки. Титова Т.М., Титова Е.С.

Виноградов Алексей иванович

Уважаемые Титова Т.М., Титова Е.С. Благодарим за внимательное прочтение нашего доклада и доброжелательный, аргументированный отзыв не него. Виноградов А.И., Тимофеева М.А.

Vykhodets Alexander Mihailovich

Это не первая попытка использовать коэффициента эффективности и неравномерности при калиброке валков прокатных станов. Но в дланном случае имеет место глубокий системный анализ в сочетании с математическим обоснованием. Можно только приветствовать усилия автора в наше время когда ослабевает интерес к техниченским науком. А.Выходец
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.