Разработка рациональных скоростных режимов прокатки на непрерывных крупносортных и среднесортных станах при производстве фасонных профилей

Актуальность работы:

Эффективность производства и качество готовых профилей прокатываемых на непрерывных станах зависит от правильно разработанной калибровки, выбранного скоростного режима прокатки, состояния оборудования и многих других факторов. На уровень точности готовых профилей большое влияние оказывает натяжение в прокатываемой полосе, непосредственно зависящее от скоростного режима прокатки. При расчете скоростных режимов прокатки для непрерывных станов сталкиваются с определенными трудностями в выборе соотношений скоростей на выходе из предыдущей клети и входе в последующую клети. Усложнение сортамента проката, отсутствие достаточно разработанной теории непрерывной прокатки для случаев прокатки сложных фасонных профилей затрудняют решение этой задачи. При прокатке крупных сортовых и фасонных профилей измерение межклетевого натяжения и его регулирование встречает значительные технические трудности. Методы регулирования межклетевого натяжения применяемые на мелкосортных станах далеко не всегда применимы при производстве сортовых и фасонных профилей крупносортного и среднесортного сортамента. В настоящее время отсутствуют достаточно определенные методы регламентации скоростных режимов прокатки, особенно для станов прокатывающих сложные фасонные профили, каким например является стан 450 ЗСМК. Поэтому режим прокатки по натяжению не контролируется и не регламентируется. Это приводит к тому, что поле размеров на прокат занимает 70 — 80% и даже более от поля допуска, что не обеспечивает достаточного уровня точности готовых профилей.

Развитие теоретических вопросов для других направлений прокатного производства нашло отражение в трудах многих ученых как отечественных, так и зарубежных. Однако вопросы, связанные с теорией и технологией непрерывной сортовой прокатки, особенно сложных фасонных профилей, остаются сравнительно малоизученными. Для разработки научно обоснованных скоростных режимов прокатки, особенно при прокатке сортовых и сложных фасонных профилей, необходим системный подход включающий изучение условий работы станов, состояния достигнутого уровня точности прокатки, изучение управляемости процесса прокатки с помощью измерительной техники, воздействия рассогласования оборотов валков отдельных межклетевых промежутков чистовой непрерывной группы на точность геометрических размеров готового проката и разработка способов оптимизации скоростных режимов. Наличие в литературе лишь незначительного количества работ по данной тематике подтверждает актуальность поиска принципов расчета оптимальных скоростных режимов для непрерывных прокатных станов.

Цель работы:

Разработка скоростных режимов непрерывных средне и крупносортных прокатных станов при прокатке фасонных профилей, обеспечивающих достижение и поддержание высокой точности размеров фасонных профилей.

Основные задачи: ;

1. Разработать математическую модель непрерывного прокатного стана, описывающую влияние скоростного режима прокатки на размеры готового профиля. Реализовать математическую модель на ЭВМ. Разработать модель расчета уширения при прокатке полосы с натяжением.

Провести экспериментальную проверку адекватности построенной модели непрерывного стана;

2. При помощи вычислительного эксперимента на построенной математической модели исследовать влияние кинематического рассогласования скоростей прокатки между клетями непрерывного средне или крупносортного прокатного стана на размеры готового профиля;

3. На основании выявленных закономерностей найти оптимальные скоростные режимы непрерывной прокатки для крупно и среднесортных фасонных профилей на примере непрерывного среднесортного стана 450 ЗСМК;

4. Провести экспериментальную проверку эффективности применения найденных оптимальных скоростных режимов при непрерывной прокатке фасонных профилей на сортаменте фасонных профилей среднесортного стана 450 ЗСМК.

Научная новизна:

1. Разработана и реализована на ЭВМ модель непрерывной прокатки сложных фасонных профилей учитывающая кинематическое рассогласование скоростей прокатки между клетями стана. Модель позволяет рассчитать размеры полосы на выходе из чистовой клети непрерывного стана в зависимости от заданной величины кинематического рассогласования скоростей прокатки между клетями.

2. Предложена зависимость для расчета уширения полосы прокатываемой с натяжением.

3. Исследованы закономерности влияния кинематического рассогласования скоростей при непрерывной прокатке на геометрические размеры готового профиля. Установлена зависимость размеров готового профиля от кинематического рассогласования скоростей прокатки между клетями стана в виде линейного сепарабельного уравнения.

4. Предложен способ экспериментального определения технологических коэффициентов входящих в уравнение зависимости размеров готового профиля от кинематического рассогласования скоростей прокатки в клетях.

5. Предложен метод оптимизации скоростных режимов прокатки, учитывающий кинематические рассогласования скоростей прокатки между всеми клетями стана, основанный на двух уравнениях определяющих математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение размеров по длине полосы.

6. Разработана методика определения влияния схем кинематического рассогласования скоростей прокатки между клетями стана на величину размеров готового профиля.

7. Разработаны и внедрены оптимальные скоростные режимы прокатки фасонных профилей на непрерывном стане.

Практическая значимость: Методика использована при разработке скоростных режимов непрерывной прокатки, обеспечивающих стабильность геометрических размеров при прокатке сортовых и фасонных профилей на непрерывных станах.

Реализация результатов: Разработаны и внедрены оптимальные скоростные режимы прокатки фасонных профилей, прокатываемых на непрерывном среднесортном стане 450 ЗСМК: двутавров № 12-К6, швеллера № 12, углового профиля № 7.5.

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей непрерывной прокатки с кинематическим рассогласованием скоростей прокатки между клетями стана.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей уширения полосы прокатываемой с натяжением.

3. Метод оптимизации скоростных режимов непрерывной прокатки фасонных профилей выбором схемы кинематических рассогласований скоростей прокатки между клетями стана.

Автору принадлежит: постановка задачи исследованийпостроение математической модели непрерывного прокатного стана и математической модели уширения с учетом натяженияэкспериментальная проверка адекватности предложенных моделей непрерывного прокатного стана и уширенияразработка схем влияния кинематического рассогласования по промежуткам стана на размеры готового профиляразработка метода оптимизации скоростных режимов прокаткивнедрение оптимальных скоростных режимов прокатки для ряда фасонных профилей стана 450 ЗСМК,.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы предложены и обсуждены на следующих конференциях: 8-й Всероссийской научной конференции.

Краевые задачи и математическое моделирование" (КемГУ, Новокузнецк, 2006 г.) — 5-й Всероссийской научной конференции. «Краевые задачи и математическое моделирование» (КемГУ, Новокузнецк, 2002 г.) — Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: реорганизация, управление, инновации, качество» (СибГИУ, Новокузнецк, 2003 г.) — Всероссийской научно-практической конференции «Металургия на пороге 21 века: достижения и прогнозы» (СибГИУ, Новокузнецк, 2000 г.).

Публикации: Результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах в журналах, из них 5 статьи в журналах рекомендованных ВАК для опубликования кандидатских диссертаций, 1 авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов и приложений. Изложена на 155 страницах, содержит 39 рисунков, 15 таблиц, список использованных источников из 85 наименований.

Выводы.

1. Существующее в настоящее время широкое поле допусков на фасонный прокат при прокатке на непрерывных станах во многом определяется скоростными режимами прокатки и силовыми условиям на входе и выходе из очагов деформации по линии стана.

2. От кинематического рассогласования до 6%, в любом из межклетевых промежутках чистовой группы клетей стана 450 изменяются следующие размеры профиля: на двутаврах — высота полки и высота верхней части полкина швеллерах — ширина полкина угловой стали — ширина полки.

3. Математическое ожидание, дисперсия и среднеквадратичное отклонение размеров поперечного сечения профиля хорошо подходят для интегральной характеристики полосы прокатанной в непрерывном режиме.

4. Оптимизация скоростного режима прокатки базируется на двух уравнениях:

Врезср = Воср — 2 аА П! — уравнение, показывающее насколько происходит сдвиг среднего размера под действием кинематического рассогласования;

Стрез =а!2а12 +а22СГ2 2 +—- + аП2аП2 — показывающее как зависит от кинематического рассогласования по промежуткам среднеквадратическое отклонение размеров полосы, прокатываемой в непрерывном режиме.

5. Используя линейные модели изменения размеров фасонных профилей в виде сепарабельных функций кинематического рассогласования в межклетевых промежутках проведена оптимизация скоростных режимов прокатки в непрерывной чистовой группе стана 450 двутавров № 14, № 16, швеллера № 12, углового равнополочного профиля № 7.5.

6. Экспериментальная проверка предложенных оптимальных скоростных режимов прокатки показала, что их применение позволило стабилизировать ширину полки при прокатке двутавров, швеллеров и углового профиля.

Заключение

.

1. Предложена математическая модель непрерывного прокатного стана, учитывающая кинематическое рассогласование скоростей прокатки в клетях стана. Модель основана на системе уравнений включающей уравнения для расчета удельных натяжений в межклетевых промежутках, уравнения для расчета уши-рения при прокатке в клетях стана, учитывающие влияние заднего натяжения на уширение и уравнений для расчета ширины профиля на выходе из чистовой клети. Модель позволяет рассчитать размеры полосы на выходе из чистовой клети непрерывного стана в зависимости от заданной величины кинематического рассогласования скоростей прокатки в клетях стана.

Предложен алгоритм решения составленной системы уравнений, который включает последовательное итерационное приближение к размерам профиля и удельным натяжениям, соответствующим состоянию процесса прокатки с введением кинематического рассогласования скоростей прокатки в клетях стана.

2. Математическая модель реализована на ЭВМ, что дало возможность моделировать состояние прокатного стана и размеры полосы на выходе из чистовой клети стана при введении различного кинематического рассогласования скоростей прокатки в клетях стана. Экспериментальная проверка математической модели показала удовлетворительную сходимость расчетных и опытных результатов.

3. Предложена математическая модель очага деформации при прокатке, позволяющая рассчитать уширение с учетом межклетевого натяжения возникающего при непрерывной прокатке. Данная математическая модель учитывает влияние различных технологических факторов и предназначена для компьютерного моделирования процессов непрерывной прокатки. Значения уширения при прокатке с натяжением полученные в результате расчета по предложенной зависимости хорошо совпадают с экспериментальными данными.

4. На основании вычислительного эксперимента на математической модели прокатного стана показано, что зависимость размеров готового профиля от кинематического рассогласования скоростей прокатки в клетях стана можно описать линейным сепарабельным уравнением.

5. Используя линейные модели изменения размеров фасонных профилей в виде сепарабельных функций кинематического рассогласования скоростей прокатки в клетях стана проведена оптимизация скоростных режимов прокатки в непрерывной чистовой группе стана 450 двутавров № 14, № 16, швеллера № 12, углового равнополочного профиля № 7.5. До оптимизации исследования размеров показали, что угловой прокат использует все поле допусков по ширине полки, а в ряде случаев выходит за его пределы. На швеллерах и двутаврах использование поля допусков достигает 70% его размера.

В результате оптимизации снижен размах размеров между серединой и концами полосы на угловых профилях по ширине полки с 2.2 мм до 0.7 мм — в 3 раза, на швеллерах по ширине фланца 5.4 до 0.9 мм — в 6 раз, на двутаврах по ширине полки с 3.7 до 2.2 мм — в 1.7 раза. Экспериментальная проверка оптимальных скоростных режимов прокатки показала, что их применение позволило стабилизировать ширину полки по раската при прокатке двутавров, швеллеров и углового профиля.

6. Разработан и внедрен способ настройки непрерывного стана в процессе прокатки отличающийся тем, что с целью упрощения процесса настройки на минимальном количестве полос, при сокращении отходов металла и экономии времени, моделируются параметры прокатки второй полосы на основании данных о предыдущем режиме прокатки данного профиля по результатам измерения первой прокатанной полосы.