- увеличено частное относительное обжатие до предела, установленного с учетом ограничений по усилию, мощности прокатки и критериям, связанным с качеством продукции;
- уменьшено заднее удельное натяжение до нижней границы нормативного диапазона;
- увеличено переднее удельное натяжение до верхней границы нормативного диапазона;
- максимально ограничены колебания натяжений и усилий прокатки, с учетом возможностей систем автоматического регулирования, которыми оснащен стан;
- увеличено ускорение разгона стана с учетом возможностей и особенностей линий главного привода.
Согласно этой методике были разработаны и внедрены в производство усовершенствованные режимы прокатки в 4й клети 5-клетевого стана «1700», наиболее склонной к вибрациям.
Это мероприятие позволило увеличить скорость прокатки полос проблемного сортамента с 10-12 м/с до 17-20 м/с и за счет этого увеличить часовую производительность стана на 23%. Экономический эффект составил более 8 млн.руб./год.
На способ прокатки, исключающий возникновение резонансных колебаний в рабочих клетях стана холодной прокатки, получен патент Российской Федерации № 2259896.
Совершенствование настройки скоростного режима непрерывных станов холодной прокатки
Настройка скоростного режима - одна из основных функций АСУ ТП непрерывного стана. Ее задача - по заданной скорости полосы на выходе из последней клети, исходя из режима обжатий и закона постоянства секундных объемов, рассчитать скорости полосы в каждой клети, а затем - с учетом опережений - определить и задать скорости вращения валков.
Опыт настройки непрерывных станов холодной прокатки показал, что алгоритмы АСУ ТП, как правило, не обеспечивают точного определения скоростей вращения валков. Погрешности их расчета в отдельных клетях приводят к нарушениям закона постоянства секундных объемов и - как следствие - к нестабильности межклетевых натяжений полосы. Колебания натяжений приводят к изменениям усилий прокатки и упругих деформаций валков, в результате увеличивается продольная и поперечная разнотолщинность, а также нарушается плоскостность полос.
Для устранения этих погрешностей операторы корректируют скорости вручную, в процессе указанных корректировок часть длины полос прокатывают с увеличенными отклонениями от заданных размеров и плоскостности.
Как отмечалось в главе 3, скорость вращения валков может быть определена через скорость прокатки в i-й клети с учетом коэффициента опережения, следовательно, точность определения скорости валков зависит от точности расчета этого коэффициента.
В главе 3 представлены новые формулы для расчета коэффициента опережения, которые позволили достоверно рассчитать скоростной режим прокатки полосы из стали марки 08пс шириной b = 1242 мм с исходной толщины h0 = 2,00 мм на конечную толщину h5 = 0,51 мм.
Для определения эффективности усовершенствованного (опытного) скоростного режима были проведены промышленные эксперименты.
Анализ экспериментальных данных показал, что при опытном скоростном режиме диапазоны колебаний натяжений в межклетевых промежутках уменьшились, по сравнению с рабочим режимом, на 5,7-60,9% (в среднем на 35,8%). Несмотря на то, что при опытном режиме колебания толщины подката составляли 0,075 мм, а при рабочем режиме 0,065 мм, колебания толщины полосы при прокатке по опытному скоростному режиму уменьшились, по сравнению с рабочим, в клетях №№ 1, 2, 3 на 2,3-14,4%, а в клетях №№ 4 и 5 - на 45,4 и 56% (в среднем на 35,3%).
В абсолютных значениях колебания толщины готовой полосы при рабочем режиме составили 0,022-0,056 мм, а при опытном режиме 0,015- 0,03 мм, то есть в 1,5-1,9 раза меньше.
Разработка и промышленные испытания эффективных режимов горячей прокатки особо тонких полос в чистовой группе клетей полунепрерывного комбинированного стана «2800/1700» ЧерМК ОАО «Северсталь»
При освоении производства особо тонкого горячекатаного проката в чистовой группе клетей полунепрерывного комбинированного стана «2800/1700» ЧерМК ОАО «Северсталь» технологи столкнулись с рядом проблем, связанных с ростом затрат энергии на процесс прокатки, ухудшением качества поверхности готового проката и снижением стойкости рабочих валков последних клетей.
Устранение этих негативных явлений осуществлялось учеными Череповецкого государственного университета путем усовершенствования режимов обжатий, межклетевых натяжений, а также температурного режима прокатываемых полос.
Усовершенствование режима обжатий заключается в уменьшении в 4й, 5й и 6й клетях частных обжатий на 10-30% относительно значений, принятых по существующей технологии, что приводит к снижению в них максимальных контактных напряжений на 20-60%, то есть до менее опасного уровня 800-1200 МПа. Чтобы сохранить при этом толщину подката и суммарное обжатие, увеличили частные обжатия в трех первых клетях на 2-10%. Это не представляет опасности для валков, так как контактные напряжения в первых трех клетях в два-три раза меньше, чем в трех последних.
Температуру подката увеличили до максимально возможного значения 1080 С, не ухудшающего микроструктуру и механические свойства готового проката толщиной до 2,0 мм.
Межклетевые удельные натяжения увеличили до 10-15% от величины сопротивления деформации, это мероприятие за счет повышения устойчивости движения полосы, способствует лучшему ее удержанию на оси прокатки и оказывает дополнительное влияние на уменьшение разноширинности полос.
На основе изложенных рекомендаций, с помощью метода расчета технологических и энергосиловых параметров процесса горячей прокатки, представленного в главе 4, были разработаны, а затем испытаны усовершенствованные режимы прокатки. В результате испытаний установлено, что усовершенствованная технология горячей прокатки, по сравнению с базовой, обеспечила снижение уровня нормальных контактных напряжений в среднем на 16%; суммарной мощности двигателей главного привода стана на 3-8%; продольной разнотолщинности и разноширинности полос в 1,7-2 раза и колебаний усилий прокатки почти в 2 раза.
Планируемый экономический эффект от внедрения усовершенство-ванных режимов только на одном широкополосном стане составил более 200 млн.руб./год. По заявке на патент Российской Федерации «Способ горячей прокатки тонких полос в непрерывной чистовой группе клетей широкопо-лосного стана» получено положительное решение № 2009100429/02(000561) от 27.02.2009 г.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан ряд новых научных положений и практически значимых решений, которые в совокупности представляют собой теоретическое обоснование и решение проблемы разработки эффективной технологии прокатки особо тонких высокоточных широких горячекатаных и холоднокатаных полос на непрерывных станах, имеющей важное значение для российского листопрокатного производства. Разработанные технологические решения защищены патентами на изобретения РФ и Украины.
2. Выполнен литературно-аналитический обзор научных работ в области теории и технологии тонколистовой прокатки, в результате установлено, что технический прогресс листопрокатного производства, тенденции изменения сортамента, ужесточение требований к качеству, к точности размеров и плоскостности полос, потребовали корректировки ряда положений теории тонколистовой прокатки в части повышения точности расчета технологических и энергосиловых параметров широкополосных станов при производстве особо тонких полос.
3. Предложена упругопластическая модель напряженно-деформированного состояния полосы в очаге деформации при прокатке тонких полос на непрерывных широкополосных станах. На основе этой модели разработаны усовершенствованные методы расчета технологических и энергосиловых параметров процессов горячей и холодной прокатки.
4. Выполнена промышленная апробация усовершенствованных методов с целью оценки их точности и достоверности. Для этого созданы базы данных, содержащие информацию о более чем 260 фактических режимах прокатки на непрерывных станах. С использованием статистических методов доказано, что усовершенствованные методы обеспечивают точность вычисления усилий прокатки со средней погрешностью 4,8-5,7%, мощностей электродвигателей главного привода рабочих клетей - 5,7-7%, что в 4-20 раз меньше погрешностей расчета с применением известных методов, использующих условие пластичности на всей протяженности очага деформации.
5. С использованием разработанных упругопластических моделей напряженного состояния полосы и основанных на них методов расчета энергосиловых параметров установлены закономерности, уточняющие и корректирующие ряд представлений теории листовой прокатки о влиянии основных технологических параметров на усилие и мощность прокатки, на чистоту поверхности холоднокатаных полос.
6. Получены математические зависимости для соотношений между силами, действующими на узел рабочих валков, исключающих резонансные вибрации в рабочей клети. Разработанная методика позволяет моделировать режимы прокатки, полностью исключающие возможность возникновения вибраций.
Внедрение усовершенствованных режимов в производство холоднокатаного проката ЧерМК ОАО «Северсталь» позволило повысить скорость прокатки на 5-клетевом стане «1700» с 10-13 м/с до 17-20 м/с, увеличить производительность стана на 23 %.
7. С использованием усовершенствованной математической модели процесса холодной прокатки разработана, испытана и внедрена эффективная технология, обеспечивающая снижение обрывности холоднокатаных полос в 4 раза, поверхностной загрязненности на 15-20%, расхода энергии на процесс пластической деформации на 4-17%.
8. Разработаны и реализованы усовершенствованные режимы настройки скоростного режима непрерывных станов холодной прокатки, в которых скорости вращения валков рассчитаны с использованием предложенных зависимостей коэффициентов опережения, за счет стабилизации скоростного режима обеспечено, уменьшение колебаний толщины полосы в 1,5-2 раза.
9. На основе усовершенствованных теоретических положений и математической модели процесса горячей прокатки разработаны и успешно испытаны эффективные режимы, обеспечивающие снижение уровня контактных напряжений на 16 %, расхода энергии при прокатке на 3-8% и повышение точности размеров особо тонкого горячекатаного проката в 1,7-2 раза.
10. Суммарный экономический эффект от внедрения технических решений (за девять лет использования разработок на ЧерМК ОАО «Северсталь») составил более 90 млн.руб. Планируемый экономический эффект от внедрения испытанных разработок составляет 300 млн.руб./год.
Основное содержание диссертации опубликовано в работах
Публикации в научных журналах, рекомендованных ВАК
1. Кожевникова, И.А. К вопросу о контактном трении при прокатке / И.А. Кожевникова // Вестник ЧГУ. 2011. № 4. Т 3. С. 17-21.
2. Кожевникова, И.А. Проблемные вопросы развития методов энергосилового расчета процессов тонколистовой прокатки (в порядке обсуждения) / И.А. Кожевникова, Э.А. Гарбер // Производство проката. 2010. № 12.- С.23-34.
3. Гарбер, Э.А. Энергосиловые параметры процесса холодной прокатки стальных полос толщиной менее 0,5 мм / Э.А. Гарбер, И.А. Шадрунова С 23 июля 2004 г. Кожевникова И.А. // Производство проката. 2002. № 3. С. 13-18.
4. Гарбер, Э.А. Эффективность уменьшения диаметра рабочих валков и переноса главного привода на опорные валки станов холодной прокатки / Э.А. Гарбер, И.А. Шадрунова3 // Производство проката. 2003. № 4. С. 9-14.
5. Гарбер, Э.А. Сопоставительный анализ напряженно-деформированного состояния металла и энергосиловых параметров процессов горячей и холодной прокатки тонких широких полос / Э.А. Гарбер, И.А. Кожевникова // Производство проката. 2008. № 1. С. 10-15.
6. Гарбер, Э.А. Анализ очага деформации и уточненный расчет усилий холодной прокатки полос толщиной менее 0,5 мм на непрерывных станах / Э.А. Гарбер, И.А. Шадрунова3, А.И. Трайно, В.С. Юсупов // Металлы. 2002. № 4. С. 32-38.
7. Гарбер, Э.А. Улучшение качества поверхности холоднокатаных полос путем воздействия на положения нейтрального сечения в очаге деформации / Э.А. Гарбер, И.А. Шадрунова3, В.В. Кузнецов, Д.И. Никитин, Е.В. Дилигенский // Производство проката. 2003. № 2. С. 16-19.
8. Гарбер, Э.А. Расчет усилий горячей прокатки тонких полос с учетом напряженно-деформированного состояния в зоне прилипания очага деформации / Э.А. Гарбер, И.А. Кожевникова, П.А. Тарасов // Производство проката. 2007. № 4. С. 7-15.
9. Гарбер, Э.А. Уточненный расчет мощности двигателей главного привода широкополосных станов горячей прокатки / Э.А. Гарбер, И.А. Кожевникова, П.А. Тарасов // Производство проката. 2007. № 10. С. 5-12.
10. Гарбер, Э.А. Повышение качества поверхности листовой стали на основе новых решений в теории холодной прокатки / Э.А. Гарбер, С.И. Павлов, И.А. Кожевникова, М.А. Тимофеева, В.В. Кузнецов // Вестник ЧГУ. 2010. № 2. С. 76-86.