Сборник трудов конференции Павловские чтения 2010

Подождите немного. Документ загружается.

Секция 2. Листопрокатное производство

230

в) г)

д)

Рисунок 4 – Максимальный прогиб и упругое сплющивание рабочего валка при прокатке в

первой (а), второй (б), третьей (в), четвертой (г), пятой (д) клети

Рассмотрим более подробно основные результаты расчета прогиба и упругого сплющивание

возникающих при прокатке в валках клетей усовершенствованного стана.

При прокатке в клетях усовершенствованного стана благодаря уменьшению длины дуги

захвата, т.е. длины очага деформации, процесс прокатки имеет преимущества перед обычным

процессом прокатки. Преимущества процесса прокатки на новом стане заключаются в

следующем.

Значительное (от 2 до 10 раз) снижение давления металла на валки (рисунок 2). Это

позволяет значительно снизить металлоемкость прокатного оборудования при проектировании и

запуске в работу прокатного стана с усовершенствованной конструкцией.

При прокатке в усовершенствованном стане в результате снижения давления прокатки

уменьшается упругий прогиб валков и, как следствие, снижается поперечная разнотолщинность и

улучшается планшетность прокатываемых полос (рисунок 4).

Однако максимальный прогиб и упругое сплющивание рабочего валка при прокатке в

усовершенствованном стане, в клетях которого отсутствуют опорные валки, до десяти раз больше

по сравнению с клетями, где имеются опорные валки (рисунок 4).

При увеличении скорости прокатки на стане усовершенствованной конструкции происходит

сравнительно небольшой рост динамических нагрузок в основных узлах клетей и линии привода.

Секция 2. Листопрокатное производство

231

Механические колебания узлов клетей и линий приводов при этом становиться причиной

небольшой по величине вибраций. Исследования показала, что небольшое по величине вибрации

проявляются в последних клетях усовершенствованного стана (рисунки 4).

Независимость давления прокатки при прокатке в усовершенствованном стане от величины

коэффициента трения. Это позволяет упростить конструкцию валковой системы прокатного стана,

облегчить систему охлаждения и смазки.

Чем тоньше прокатываемая полоса, тем процесс прокатки на усовершенствованном стане

эффективнее по сравнению с обычной прокаткой с точки зрения повышения точности

геометрических параметров – продольной разнотолщинности и планшетности.

Процесс прокатки в усовершенствованном стане эффективен при прокатке сильно

упрочняющихся и труднодеформируемых сталей и сплавов, так как усилие прокатки уменьшается

в процессе прокатки.

Использование усовершенствованного стана при прокатке тонких полос позволяет упростить

систему автоматического регулирования толщины полосы (САРТ), а в ряде случаев — отказаться

от их применения.

Литература

1. Рудской А.И., Лунев В.А. Теория и технология прокатного производства: Учебное пособие.

– СПб.: Наука, 2005. – 540 с. 377 ил.

2. Патент 20969. Непрерывный стан для прокатки полос из сталей и сплавов/ С.А. Машеков,

Е.З. Нугман, А.С. Машекова, и др. //Опубл. 16.03.2009, Бюл. №3.

Секция 2. Листопрокатное производство

232

ПРОБЛЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ПОЛОС ИЗ СЛЯБОВ БОЛЬШОЙ МАССЫ

Ю.А. Мухин

, С.И. Мазур

, В.Н. Соловьёв

, Е.В. Макаров

, А.В. Шунин

Россия, Липецкий государственный технический университет, E-mail:prokatka@stu.lipetsk.ru

Россия, ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат»,

3, 4, 5

Россия, Липецкий государственный технический университет

Стратегия развития непрерывных широкополосных станов горячей прокатки (НШСГП) в

20-ом веке была направлена на увеличение годовой производительности станов в связи с быстрым

развитием промышленности. НШСГП первого поколения характеризовались низкой

производительностью и отсутствием автоматизации. Прокатка в чистовой группе клетей велась с

постоянной скоростью, что в свою очередь приводило к возникновению температурного «клина»

(уменьшению температуры конца прокатки) по длине прокатываемых полос. Этот фактор

оказывал сдерживающее влияние на увеличение массы исходных заготовок. Масса рулонов на

станах первого поколения не превышала 10 т.

Развитие автоматизации позволило вести прокатку полос в чистовой группе клетей

НШСГП с ускорением. Применение ускорения на станах второго поколения позволило увеличить

массу прокатываемых слябов до 36 т. С последующим развитием НШСГП масса слябов

увеличилась до 45 т. Однако, с увеличением массы рулонов возникла проблема стабилизации

механических свойств по длине полос.

На конечную структуру и механические свойства горячекатаных полос и их распределение

по длине оказывают влияние [1, 3-5]:

1) деформационный и температурно-скоростной режимы прокатки;

2) условия охлаждения на отводящем рольганге;

3) уровень температуры конца прокатки и температуры смотки;

4) распределение температуры смотки по длине рулона.

В настоящее время при прокатке на НШСГП с целью стабилизации структуры полос

общепринята стратегия поддержания температур конца прокатки и смотки по длине полосы на

постоянном уровне. В тоже время применение ускорения в интервале

0,03 0,10

м с

приводит к

изменению температуры смотки в пределах

40 80

при постоянной температуре конца

прокатки [1]. Такое изменение температуры смотки наблюдается при включении постоянного

числа секций душирующей установки. Более эффективное регулирование температуры смотки

горячекатаных полос может быть достигнуто при использовании дифференцированного

охлаждения полос на отводящем рольганге. При увеличении скорости полосы в процессе

ускорения включаются поочередно дополнительные секции душирующей установки через

определенный интервал приращения скорости полосы

∆

. Величина приращения секций

душирования выбирается с учетом типоразмера и марки стали полосы. Пример изменения

температур конца прокатки и смотки по длине полосы 2x1400 мм представлен на рис. 1.

С увеличением скорости выхода металла из последней клети стана при прокатке с ускорением

уменьшается последеформационная выдержка на отводящем рольганге перед ускоренным

охлаждением, т.к. положение первой включенной секции душирующей установки не изменяется.

Это также сказывается на неравномерном распределении механических свойств по длине полосы.

Для стабилизации последеформационной выдержки по длине полосы следует изменять длину

зоны воздушного охлаждения пропорционально изменению скорости прокатки посредством

включения или выключения соответствующего количества первых секций зоны душирования,

Секция 2. Листопрокатное производство

233

используя при этом необходимую длину зоны душирования, обеспечивающей заданную

температуру смотки [1]. Реализация данного способа представлена на рис. 2. Повышение времени

выдержки перед ускоренным охлаждением водой способствует прохождению

рекристаллизационных процессов в большей степени и увеличивает размеры ферритного зерна в

конечной структуре металла.

Рисунок 1 – Изменение температур конца прокатки и смотки по длине полосы

1 – без дифференцированного охлаждения; 2 – с дифференцированным охлаждением.

Температурный режим прокатки определяется термокинетической диаграммой распада аустенита

в зависимости от прокатываемой марки стали. Характер структуры горячекатаной полосы в

значительной степени определяется соотношением температур конца прокатки (

кп

), смотки (

см

) и

температур начала (

), окончания (

) полиморфного превращения [2]. С целью получения

однородного зерна в структуре готового металла прокатку необходимо заканчивать в однофазной

γ-области, т.е. при

кп r

t A

> [1]. Уровень

см

не должен превышать

660 680

−

, т.к. при высоких

значениях температуры смотки и последующем охлаждении металла в рулоне, происходит

изотермическое превращение аустенита, при этом образуются зерна феррита большого размера и

вокруг них выделяются крупные включения структурно-свободного цементита [1, 3-5].

Рисунок 2 – Способ охлаждения полос при прокатке с ускорением

см

кп

2 1

при V V

Секция 2. Листопрокатное производство

234

Уровень

см

также выбирается в зависимости от массы рулона. С увеличением массы рулона

температуру смотки необходимо снижать, из-за протекания вышеописанных процессов. Величина

температуры смотки также влияет на неравномерность зерна феррита по толщине полосы

вследствие влияния процессов обезуглероживания на поверхности металла (рис. 3). При смотке

полосы передний и задний концы не душируются для более равномерного остывания по сечению

рулона (рис. 4). Наглядно влияние уровня и распределения

см

по длине полосы и условий

охлаждения плотно смотанного рулона проявляется при производстве холоднокатаных полос и

последующей термообработкой в агрегате непрерывного отжига. При использовании режима

отжига ОСВ (температура выдержки

840 10

) концевые участки полос не соответствуют

требованиям по механическим свойствам, т.к. исходная структура горячекатаного рулона на этих

участках имеет феррито-перлитную структуру [1].

Рисунок 3 – Влияние температуры смотки на неравномерность зерна феррита по толщине полосы

Рисунок 4 – Распределение температуры смотки по длине полосы

Неравномерность остывания горячекатаного рулона также можно снизить применением

термостатирования, заключающееся в замедленном охлаждении рулона в теплоизолирующем

кожухе [6]. Применение термостатирования позволяет получить более равномерное распределение

механических свойств по длине полосы.

По мере повышения скорости движения полосы при прокатке с ускорением длительность

междеформационных пауз уменьшается, что приводит к изменению условий протекания

статической рекристаллизации в межклетевых промежутках. При прокатке тонких и тончайших

полос из низкоуглеродистой стали, когда температура металла в последних межклетевых

промежутках существенно снижается, а время пауз между деформациями составляет доли

секунды, процесс рекристаллизации не успевает пройти полностью (рис. 5). Это приводит к

разнозернистой структуре по длине полосы.

см

ºС

L, м

мкм

см

, ºС

середина

поверхность

Секция 2. Листопрокатное производство

235

Согласно рис. 5 при уменьшении времени междеформационной паузы необходимо

увеличивать температуру конца прокатки с целью стабилизации степени протекания статической

рекристаллизации металла в межклетевых промежутках, а следовательно и структуры металла на

выходе из стана. Повышения температуры полосы от переднего конца к заднему можно достичь

прокаткой с повышенным ускорением, обеспечивая тем самым «обратный температурный клин».

Величина ускорения зависит от марки стали, температуры конца прокатки, толщины полосы,

конструктивных особенностей промежуточного рольганга и чистовой группы стана.

Рисунок 5 – Диаграмма рекристаллизации [7]

I − область рекристаллизации обычной углеродистой стали;

II − область рекристаллизации стали, содержащей 0,02% Nb.

С целью исследования влияния режима прокатки с повышенным ускорением на

стабилизацию механических свойства проката была проведена промышленная горячая на НШСГП

2000 ОАО «НЛМК». В качестве объекта исследований был выбран подкат из стали 08Ю

предназначенный для производства холоднокатаного автомобильного проката.

Выбранная опытная партия проката прошла полный цикл производства в цехе холодной

прокатки, который включает в себя: травление, холодную прокатку, отжиг в колпаковых печах и

дрессировку. На каждой технологической операции имеется ряд факторов, которые могут

усиливать или ослаблять влияние неравномерности структуры по длине полосы. На отдельных

полосах сложно отследить участие всех факторов в формировании механических свойств.

Поэтому исследование проведено на большом объеме проката, позволяющем наряду с

отклонениями, получить статистически достоверную картину получения требуемых механических

свойств по длине полос при использовании режима горячей прокатки с «обратным температурным

клином».

В ходе исследований также прокатывался подкат по существующей технологии − с

постоянной температурой конца прокатки по длине полосы. Всего прокатано 15172 т металла (582

полосы) из стали марки 08Ю.

Горячая прокатка по опытному режиму проводилась с увеличением температуры конца

прокатки от переднего конца полосы к заднему − с

830 850

до

860 900

соответственно.

Партии экспериментального металла условно разделены на 2 группы по величине приращения

температуры по длине полосы: группа А (411 полос) –

кп

t C

∆ ≤ +

, группа Б (171 полоса) –

кп

t C

∆ > +

0,1 1 10 100 1000

900

1000

t C

Время, с

Секция 2. Листопрокатное производство

236

Изменение температуры конца прокатки полос группы А незначительно вследствие несоблюдения

скоростного режима горячей прокатки, а именно величины ускорения (

0,015 0,050

м с

). При

прокатке с повышенным ускорением (

0,05 0,09

м с

) полос группы Б приращение температуры

конца прокатки по длине полосы составило от 20

С до 60

С.

Контроль механических свойств исследуемого металла осуществлялся методом отбора

проб от готовой продукции в цехе холодной прокатки на агрегатах резки. Прямые механические

испытания металла проводились аттестованной лабораторией в соответствии с требованиями

стандартов. Под «прямыми» механическими испытаниями металла понимаются непосредственные

испытания с разрушением образца на разрывной машине. По результатам испытаний

определялись: условный предел текучести, временное сопротивление разрыву, относительное

удлинение, глубина лунки при испытании по методу Эриксена.

Место отбора и количество проб по длине полос случайно. На некоторых полосах пробы

отбирались только в одном месте. Это определяется не только требованиями заказчика, но и

наличием дефектов на металле, т.е. носит случайный характер. Для сравнения режимов прокатки

отобраны результаты прямых испытаний, которые выполнялись по всей длине рулона.

Распределение механических свойств по длине нескольких рулонов представлено в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Предел текучести исследуемых полос

№

, МПа

Средни

МПа

Среднее

∆

Группа А

1 175 175 190 190 185 185 190 − − − 184,3 5,3

2 185 190 185 180 180 180 180 − − − 182,9 3,3

3 195 205 205 205 210 210 195 195 195 195 201,0 6,0

4 180 180 180 180 175 180 185 − − − 180,0 1,4

5 190 200 195 200 195 195 190 190 185 185 192,5 4,5

6 195 180 175 195 180 175 − − − − 183,3 7,8

Среднее значение:

187,3 4,7

Группа Б

7 180 180 180 180 185 − − − − − 181,0 1,6

8 205 205 205 205 205 200 − − − − 204,2 1,4

9 185 175 185 180 180 180 − − − − 180,8 2,8

10 185 185 185 185 180 180 − − − − 183,3 2,2

11 185 185 185 180 185 180 − − − − 183,3 2,2

12 180 180 180 180 185 180 − − − − 180,8 1,4

Среднее значение:

185,6 1,9

Секция 2. Листопрокатное производство

237

Таблица 2. Относительное удлинение исследуемых полос

№

, %

Среднее

, %

Среднее

∆

Группа А

1 41 40 43 43 43 43 42 − − − 42,2 0,98

2 43 43 41 44 46 44 44 − − − 43,6 1,06

3 39 40 42 41 37 42 45 44 43 42 41,5 1,80

4 42 42 44 42 41 42 44 − − − 42,4 0,90

5 45 39 37 38 39 39 42 42 39 39 39,9 1,86

6 33 38 37 33 36 36 − − − − 35,5 1,67

Среднее значение:

40,8 1,38

Группа Б

7 45 43 45 42 44 − − − − − 43,8 1,04

8 39 40 40 38 37 40 − − − − 39,0 1,00

9 38 44 44 43 42 45 − − − − 42,7 1,78

10 40 41 40 39 38 45 − − − − 40,5 1,67

11 43 42 45 44 43 44 − − − − 43,5 0,83

12 41 39 42 41 39 39 − − − − 40,2 1,17

Среднее значение:

41,6 1,25

Согласно таблице 1 величина предела текучести по длине полос более стабильна для

проката группы Б. Среднее абсолютное отклонение предела текучести по длине полос для проката

группы А составляет 4,7 МПа, против 1,9 МПа у группы Б. Средний предел текучести по 6

полосам у группы Б ниже на 1,7 МПа. Согласно таблице 2 отклонение относительного удлинения

по длине от среднего значения по 6 полосам практически равно для обеих групп. Средняя

величина относительного удлинения по 6 полосам для группы Б выше на 0,8 %, чем у группы А.

Толщина холоднокатаных полос обеих групп равна 0,75 мм. Стоит отметить, что прокат группы Б,

который был назначен на категорию вытяжки СВ, получен с более качественными механическими

свойствами чем прокат группы А, который был назначен на категории вытяжки СВ и ОСВ.

Таким образом, повышение температуры конца прокатки по длине полосы не только не

ухудшает свойств проката, но и позволяет получать их более стабильными по длине полосы.

Выводы

В связи с увеличивающейся конкуренцией среди производителей прокатной продукции

улучшение и стабилизация механических свойств горячекатаных полос является актуальной

задачей. Существующие режимы горячей прокатки на НШСГП с поддержанием постоянного

уровня температуры конца прокатки не обеспечивают в полной мере стабильность структуры и

механических свойств по длине полос.

В ходе проведенных исследований и промышленных испытаний режима горячей прокатки

полос с «обратным температурным клином» получены следующие положительные результаты:

- повышение равномерности механических свойств полос прокатанных по режиму с

«обратным температурным клином», по сравнению с прокатанными по обычной технологии;

- уменьшение до 10% машинного времени прокатки полос в чистовой группе клетей

НШСГП.

Применение системы coil-box позволяет стабилизировать температурно-скоростные

условия прокатки в чистовой группе клетей при прокатке без ускорения. Система coil-box также

Секция 2. Листопрокатное производство

238

обеспечивает уменьшение неравномерности распределения температуры по длине раската,

возникающей из-за глиссажных меток.

Добиться устойчивой стабилизации структуры на выходе чистовой группы клетей стана

горячей прокатки можно только в результате отказа от прокатки с ускорением. Неравномерность

температуры по ширине раската можно снизить подогревом кромок в индукционной печи (по 200

мм от края раската) мощностью 4 МВт [8].

Библиографический список

Коцарь С.Л. Технология листопрокатного производства / С.Л. Коцарь, А.Д. Белянский,

Ю.А. Мухин. – М.: Металлургия, 1997. – 272 с.

2. Полухин П.И. Качество листа и режимы непрерывной прокатки / П.И. Полухин, Д.Н.

Заугольников, М.А. Тылкин, В.П. Полухин и др. – Алма-Ата.: “Наука”, 1974. – 398 с.

3. Франценюк И.В. Ускоренное охлаждение листа / И.В. Франценюк, А.Е. Захаров. – М.:

Металлургия, 1992. – 186 с.

Мазур В.Л. Повышение качества листового проката / В.Л. Мазур, А.П. Качайлов, В.Г.

Иванченко, А.И. Доброправов. − К.: Техника, 1979. − 143 с.

5. Бобров М.А. Стабилизация механических свойств по длине полос при прокатке на

НШС с ускорением / М.А. Бобров, Э.Д. Данилец, В.И. Панарин, Н.П. Полякова // Тонколистовая

прокатка: Сб. науч. тр. – Воронеж: ВПИ, 1981. с. 50-54.

Пат. 2384631. Россия. Способ охлаждения рулонов горячекатаной полосы с

одновременной термообработкой внешних витков и устройство для его реализации / В.В. Чащин,

С.С. Торопов, Е.С. Попов. 2010.

7. Погоржельский В.И. Контролируемая прокатка / В.И. Погоржельский, Д.А.

Литвиненко, Ю.И. Матросов, А.В. Иваницкий. – М.: Металлургия, 1979. – 184 с.

8. Басуров А.В. Исследование неравномерности теплового и напряженно-

деформированного состояния полосы и рабочих валков с целью совершенствования

технологического процесса горячей прокатки. Диссертация … канд. техн. наук. – Липецк: ЛГТУ,

2003.

Секция 2. Листопрокатное производство

239

МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕТИ ИНТЕРНЕТ

Осадчий В.А.

Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Эффективным путём совершенствования и оптимизации параметров технологических

процессов, в том числе и обработки металлов давлением является численный эксперимент,

проводимый на компьютере с применением разработанных математических моделей. Процессы

обработки металлов давлением с точки зрения их математического моделирования являются

весьма сложными из-за очень большого числа определяющих параметров, неоднозначным

характером их влияния. Корректная постановка задачи даже для простых случаев приводит к

системе интегрально-дифференциальных уравнений, решить которую аналитически в настоящее

время не представляется возможным. Кроме того, она включает зависимости, функциональные

выражения для которых, зачастую, не определены. Аналитические решения, полученные в

результате существенных упрощений исходной системы уравнений, применимы только в

некоторых идеализированных простых ситуациях. Численные решения очень трудоемки, далеко

не всегда обеспечивают сходимость итерационных процессов и, ввиду большого объема

вычислений, приводят к накоплению погрешности, во многих случаях не обеспечивают

достаточной точности.

В то же время в литературе можно найти большое число расчетных инженерных

зависимостей для определения основных технологических параметров, выведенных при

различных упрощениях, а также эмпирических формул, полученных для определенных условий

протекания процесса. Эти методы широко применяются при расчётах технологических процессов,

однако в каждом конкретном случае требуется анализ ситуации и обоснование правомерности

использования тех или иных формул. Выбор наиболее подходящей методики при решении

практических задач зачастую является довольно сложной проблемой, правильность решения

которой определяет успех всего проекта.

Создано Web-приложение для моделирования и технологического проектирования

процессов прокатного производства, включающее следующие компоненты:

- информационно-обучающую систему по металлургическому производству;

- базу данных по металлическим материалам и их свойствам;

информационно-расчётную систему по процессам прокатки;

- программы для конструирования агрегатов и технологического инструмента.

Информационно-обучающая система по металлургическому производству. До

недавнего времени вычислительная техника представлялась в нашем сознании в основном как

средство решения расчетных задач. Теперь компьютер перестал быть просто большим

калькулятором, а превратился, прежде всего, в источник информации, способный не только

выполнять расчеты по заданному жесткому, пусть даже очень сложному, алгоритму, но и хранить,

поддерживать, искать и отбирать требуемые данные, использовать их в расчетах. Персональный

компьютер предоставляет возможность быстрого обращения к различным электронным

источникам информации и её эффективного использования при решении различных задач, в том

числе, при разработке новых и совершенствовании существующих процессов.

С целью облегчения поиска требуемой информации описательного характера в области

обработки металлов давлением и смежных разделов науки создана информационно-обучающая

компьютерная система, которая представляет собой значительный объём информации,