Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Полецков Павел Петрович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ВОЗДЕЙСТВИЙ В ЛИСТОПРОКАТНЫХ КОМПЛЕКСАХ НА ПОПЕРЕЧНЫЙ ПРОФИЛЬ И ПЛОСКОСТНОСТЬ ТОНКИХ СТАЛЬНЫХ ПОЛОС
Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Магнитогорск - 2011
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова.
Научный консультант доктор технических наук, профессор Салганик Виктор Матвеевич.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зиновьев Александр Васильевич;
доктор технических наук, профессор Выдрин Александр Владимирович;
доктор технических наук, профессор Бельский Сергей Михайлович.
Ведущая организация ФГБОУ ВПО Сибирский государственный индустриальный университет (г.Новокузнецк).
Защита состоится 17 января 2012 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.01 при ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр.
енина, 38, МГТУ, малый актовый зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова.
Автореферат разослан л___ ___________ 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Селиванов В.Н.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Поперечный профиль и плоскостность занимают важное место среди геометрических характеристик качества тонколистового проката. Прокат с отклонениями по этим показателям затрудняет, а иногда и делает невозможным его дальнейшую глубокую переработку на автоматизированных линиях: нанесения покрытия, штамповки, перекатывания на другие размеры, оценки сплошности на установках ультразвукового контроля и др.
Рост конкуренции на мировом рынке стальных полос и соответственно требований к их качеству стимулирует появление новых и усовершенствование известных подходов к вопросу улучшения геометрии тонколистовой стали.
Вместе с тем, следует отметить, что, несмотря на качественное улучшение оснащенности металлургических предприятий России прокатным оборудованием нового поколения с современными способами и устройствами воздействия на профиль и плоскостность, в данном направлении сохраняются традиционные подходы. Как правило, сводятся они к воздействию на профиль и плоскостность на основе накопленного опыта технологического персонала. Достаточно изучить технологические инструкции листопрокатных цехов различных предприятий, чтобы отметить, что практически везде такая характеристика как профилировка валков задается диапазоном выпуклости или вогнутости, при этом отсутствует полноценная информация о точных значениях этой характеристики в различные периоды работы и, самое главное, для различного сортамента.
Отсутствие формализации процесса формирования профиля и плоскостности является, в частности, следствием недостаточного использования научных подходов, и прежде всего, математического прогнозирования важнейших характеристик геометрии проката. Это в свою очередь обусловлено недостаточной эффективностью существующих моделей. Попытка их совершенствования часто приводит к весьма громоздкому математическому аппарату с трудно просматриваемой адекватностью. В плане указанной проблемы большие теоретические возможности открывает использование матричного аппарата описания основных функций - деформаций валков и распределенных нагрузок (удельного усилия прокатки по ширине полосы и удельного межвалкового давления). Матричный подход позволяет в конструктивной форме получать математическое описание, на базе которого могут быть созданы разнообразные модели и алгоритмы, решающие сформулированную проблему.
Возможность положительного развития вопроса в целом относительно достигнутого уровня открывает применение системного подхода к формированию профиля и плоскостности тонколистовой стали не в отдельно взятом агрегате, а в рамках листопрокатного комплекса.
Актуальность проблемы подтверждается получением несоответствующей продукции в листопрокатных цехах по плоскостности и профилю, а также замечаниями потребителей, достигающих до 0,5% от общего объема производства.
Целью настоящей работы является улучшение качества листовой стали по профилю поперечного сечения и плоскостности на основе дальнейшего развития системного моделирования в рамках листопрокатных комплексов.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Разработка математической модели деформаций валков и распределенных нагрузок в системе кварто при воздействиях в общем случае - симметричных, а также вертикально и горизонтально асимметричных - с учетом и описанием процессов износа основного инструмента.
2. Моделирование процессов, участвующих в формировании профиля и плоскостности тонколистовой стали.
3. Создание системного алгоритма процесса формирования профиля и плоскостности тонколистовой стали в листопрокатном комплексе.
4. Системное моделирование процесса формирования профиля и плоскостности и создание методики его использования для разработки мероприятий по достижению требуемых показателей качества тонколистового проката по геометрии.
5. Разработка, опробование и внедрение комплекса мероприятий по повышению качества товарной горячекатаной листовой стали по профилю и плоскостности при широкополосной прокатке.
6. Формирование и внедрение комплекса мероприятий по повышению качества холоднокатаной листовой стали, включая случаи использования асимметричной валковой системы.
Основные научные положения, выносимые на защиту 1. Методика постановки и решения разнообразных задач (анализа и синтеза) изучения деформаций валков и распределенных нагрузок системы кварто.
2. Концепция управления показателями профиля и плоскостности тонколистового проката на основании рассмотрения процесса формирования этих показателей в рамках листопрокатного комплекса.
3. Алгоритмизация процесса управления показателями профиля и плоскостности тонколистового проката и системное моделирование этих параметров.
Научная новизна работы. Данные разработки касаются развития представлений о распределенных нагрузках и деформациях валков в системах кварто и, тем самым, расширяют область знаний о закономерностях деформации металла и точности при продольной прокатке.
1. Создано математическое описание самого общего случая деформаций валков и распределенных нагрузок системы кварто, отличающееся учетом комплекса факторов асимметрии процесса: несимметричного профиля полосы на входе и на выходе из клети, асимметричных профилировок валков, перекоса положения нажимных винтов, учитываемых как автономно, так и в сочетаниях.
2. Получены новые знания о деформациях валков и погонных нагрузках в системах кварто тонколистовых станов, заключающиеся в реализации их описания с учетом высокой степени сложности. Эта информация отличается большей точностью, за счет применения и использования разработанного математического описания.
3. Достигнуты существенно новые возможности исследования валковых систем кварто за счет применения в математическом описании произвольного числа разбиений непрерывных функций по длине бочки, что фактически приближает возможности дискретного представления к непрерывному.
4. Предложено математическое описание деформаций валков и распределенных нагрузок системы кварто при горизонтальной асимметрии, отличающееся учетом поворота валков и, соответственно, использованием условия равновесия моментов от действующих сил.
5. Сформирован критерий, характеризующий достижение горячекатаным прокатом плоской формы, отличающийся использованием дискретного описания профиля поперечного сечения полосы, что существенно для случаев неплавного вида этого профиля.
Практическая значимость работы. В процессе исследования был разработан ряд математических моделей: анализа профиля прокатываемой полосы, деформаций валков и распределенных нагрузок клети кварто; синтеза (проектирования) выходного профиля полосы, текущих и начальных профилировок валков клети кварто; прогнозирования величины износа опорных валков в клетях кварто; системная модель процесса формирования профиля и плоскостности тонколистового проката. Использование и комбинирование этих математических моделей позволило получить следующие практические результаты.
1. Создан ряд алгоритмов управления профилем и плоскостностью тонколистового проката:
- разработки универсальной профилировки валков для обеспечения требований по плоскостности профилю поперечного сечения, - создания групп профилировок и определения совместимости производственных процессов различных видов продукции, - моделирования профилировки рабочих валков с учетом износа опорных валков.
2. С использованием системного моделирования процесса формирования профиля и плоскостности тонколистовой стали разработаны технические и технологические решения, направленные на повышение качественных показателей продукции ОАО Магнитогорский металлургический комбинат (ОАО ММК). Эти решения заключаются в следующем:
- в использовании новой системы профилирования валков станов 20и 2500 горячей прокатки, представленной в виде 4 групп в зависимости от прокатываемого сортамента: одна из этих групп базовая, 3 других характеризуются соответствующими поправками, - в применении созданной методики устранения клиновидности и односторонней волнистости горячекатаного проката, а также корректировки профилировок рабочих валков на основании прогнозирования износа опорных, - в использовании новой системы профилирования валков стана 25холодной прокатки, разработанной с учетом прокатываемого сортамента и степени износа опорных валков, - в применении специально спроектированной профилировки CVC валков двухклетевого реверсивного стана, направленной на повышение стойкости опорных валков и улучшение качества холоднокатаного подката под оцинкование по плоскостности.
Эти решения, направленные на улучшение качественных показателей тонколистовой стали, позволили:
- на двухклетевом реверсивном стане снизить количество бракованной продукции с 1587т до 10т;
- на стане 2000 горячей прокатки увеличить соответствие профиля требованиям потребителей электротехнических сталей с 84% до 95%;
- на стане 2500 горячей прокатки снизить получение несоответствующей продукции по дефектам неплоскостности с 0,26% до 0,15%;
- на стане 2500 холодной прокатки снизить получение несоответствующей продукции по дефекту лизлом с 0,23% до 0,02%;
- на станах 2000 и 2500 горячей прокатки осуществлять производство подката для жести двойной ширины со снижением потерь металла с кромочной обрезью в 2 раза.
Предложенные мероприятия повысили результативность и эффективность действующего листопрокатного комплекса ОАО ММК, что нашло отражение в пяти технологических письмах и пяти технологических инструкциях.
3. Ряд результатов исследования используется при разработке предпроектной, конструкторской, проектно-изыскательской документации для реконструкции, модернизации и технического перевооружения прокатного производства в ОАО МАГНИТОГОРСКИЙ ГИПРОМЕЗ:
- математическое описание деформаций валков и распределенных нагрузок системы кварто, учитывающее различия прогибов осей валков и контактных образующих, а также возможность различной длины межвалкового контакта верхней и нижней пар валков, - методология постановки и решения задач изучения деформаций валков и распределенных нагрузок системы кварто, - математическая модель прогнозирования величины износа опорных валков в клетях кварто станов горячей и холодной прокатки.
4. В условиях ОАО Челябинский металлургический комбинат приняты к использованию следующие результаты:
- модель анализа профиля прокатываемой полосы, деформаций валков и распределенных нагрузок клети кварто и модель синтеза (проектирования) выходного профиля полосы, текущих и начальных профилировок валков клети кварто - при подборе профилировок валков стана горячей прокатки 2300/1700 и станов холодной прокатки 1700 ОАО ЧМК, - модель прогнозирования величины износа опорных валков в клетях кварто - при оценке износа опорных валков стана 2300/1700 горячей прокатки ОАО ЧМК, - алгоритм разработки универсальной профилировки валков для обеспечения требований по плоскостности и профилю поперечного сечения - применительно к стану 2300/1700 ОАО ЧМК, - методика моделирования конкретной профилировки с учетом состояния опорных валков.
5. Результаты диссертации используются в учебном процессе при чтении лекций по курсам Новые технологические решения в процессах ОМД для студентов специальности Обработка металлов давлением Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова.
Апробация работы. Представленная диссертационная работа выполнялась более 12 лет. Соответственно ее основные положения и результаты доложены и обсуждены на многочисленных научно-технических конференциях, конгрессах и семинарах различного уровня. Наиболее значимые из них следующие: ежегодные научно-технические конференции Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова (г. Магнитогорск), конгрессы прокатчиков в 1999 (г. Липецк), 2001 (г. Магнитогорск), 2003 (г. Череповец), 2005 (г. Липецк), межзаводская школа по обмену производственным опытом в 2004 году (Магнитогорск, Череповец, Липецк), международная конференция Создание и внедрение корпоративных информационных систем (КИС) на промышленных предприятиях РФ, секция Математическое моделирование технологических процессов и систем управления в металлургии, (г. Магнитогорск, 2007г.), школа-семинар Фазовые и структурные превращения в сталях в 2002, 2004, 2006, 2008гг. в г. Магнитогорске, научные семинары в НИТУ МИСиС (г. Москва) и ФГБОУ ВПО ЮУрГУ (г. Челябинск) в 2011 году.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в печатных работах, среди которых 1 монография, 33 статьи (из них 15 в рецензируемых изданиях по перечню ВАК), 4 патента, 2 свидетельства на полезную модель, 3 свидетельства о регистрации программной системы, 2 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Текст диссертации изложен на 266 страницах машинописного текста, иллюстрирован 51 рисунками, содержит 60 таблиц, библиографический список включает 200 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, изложены цель и задачи исследований.
В первой главе представлен обзор способов и устройств регулирования и воздействия на профиль поперечного сечения и плоскостность тонколистового проката. Показано, что в настоящее время развитие этих способов и устройств на профиль поперечного сечения и плоскостность происходит преимущественно по известным направлениям. Новые приемы в рамках этих направлений расширяют диапазон регулирования, увеличивают быстродействие и точность, позволяют снижать затраты на эксплуатацию и обслуживание.
Однако, использования только прокатного оборудования с современными технологическими возможностями (осевая сдвижка, многозонное охлаждение, перекрещивание валков) недостаточно для кардинального улучшения качества тонколистового проката. Важны также новые подходы к управлению профилем и плоскостностью, к организационным и системным принципам его формирования. В связи с этим был проведен анализ существующих технологических решений по улучшению качества тонколистового (горяче- и холоднокатаного) проката по профилю поперечного сечения и плоскостности. На основе этого анализа показана необходимость подхода к процессу формирования указанных геометрических характеристик в рамках листопрокатного комплекса, а не отдельных агрегатов. При этом должны быть определены значимость и характеристики следующего:
- набора оборудования - основного и вспомогательного: прокатных станов, клетей, листоправильных машин;
- устройств, осуществляющих связи между отдельными агрегатами;
- режимов работы листопрокатного комплекса, которые включают, в том числе, значения технологических параметров;
- способов регулирования и управления процессом формирования профиля и плоскостности (осевая сдвижка валков, изгиб валков, многозонное охлаждение и др.);
- математических моделей и программного обеспечения.
Подход к формированию профиля поперечного сечения и плоскостности в рамках листопрокатного комплекса предприятия предполагает необходимость создания алгоритма такого процесса. Наиболее важными моделями этого алгоритма являются математические модели клетей кварто.
Проведен анализ теоретических аспектов и подходов к моделированию процесса формирования профиля и плоскостности в клети кварто, а также описанию износа основного инструмента прокатки. Выяснено, что требуется комплексный подход к моделированию деформаций валков, распределенных нагрузок, профиля полосы в совокупности с изменением начальных профилировок валков (износом), учитывающий максимальное количество факторов горизонтальной и вертикальной асимметрии валковой системы кварто.
На основании проведенного анализа была сформулирована цель работы и поставлены конкретные задачи для ее достижения.
Во второй главе представлено математическое описание самого общего случая деформаций валков и распределенных нагрузок клети кварто станов горячей и холодной прокатки. При этом применен известный математический принцип, заключающийся в разложении произвольной функции на две составляющие - симметричную и кососимметричную. Суперпозиция результатов от действия этих составляющих является результатом описания для общего случая.
Исходными параметрами математического описания деформаций валков и распределенных нагрузок системы кварто (наряду с характеристиками валковой системы и прокатываемой полосы) являются экспериментальные данные об усилии прокатки либо адаптированная модель расчета усилия прокатки. Кроме того, вводятся специальные коэффициенты податливости: совместной упругой податливости рабочего и опорного валков К, упругой податливости рабочих валков КС и эффективный коэффициент КЭ. Использование предлагаемых коэффициентов податливости позволяет линейно аппроксимировать решение фактически комплексной упругопластической задачи - упругих деформаций валков и упругопластических деформаций полосы - с использованием в качестве математического инструментария дифференциальных уравнений сопротивления маРис. 1. Расчетная схема решения териалов. Такой подход при достасимметричного случая точной адекватности компактен в отличие от пространственной теории упругости с анализом НДС, и кроме того, может быть легко реализован в относительно простой компьютерной программе (например, в среде Excel).
Физический смысл вводимых коэффициентов податливости следующий. Эффективный коэффициент КЭ линейно связывает совместные деформации - пластическую прокатываемой полосы и контактную упругую двух рабочих валков - с вызвавшей их нагрузкой. Этот коэффициент характеризует совместную упругопластическую податливость рабочих валков и прокатываемой полосы. Коэффициент совместной упругой податливости рабочего и опорного Рис. 2. Расчетная схема решения валков К представляет собой силу, кососимметричного случая отнесенную к единице длины их контакта и вызывающую суммарное сплющивание, равное единице. Физический смысл коэффициента упругой податливости рабочих валков КС аналогичен коэффициенту совместной упругой податливости рабочего и опорного валков. Коэффициенты упругой податливости валков рассчитываются на основании теории Герца для упругого контакта двух цилиндров, эффективный коэффициент - по специальной формуле.
При описании деформаций валков и распределенных нагрузок системы кварто использован ряд положений:
- дискретное представление всех геометрических и силовых величин:
прогибов рабочих y, y (верхнего и нижнего) и опорных yо1, yо2 (верхнер1 рго и нижнего) валков, профилировок рабочих zр1, zp2 (верхнего и нижнего) и опорных zо1, zо2 (верхнего и нижнего) валков, входящего H и выходящего h профилей полосы, распределенных межвалковых давлений верхней qи нижней q2 пар и распределенного давления полосы p ;
- кусочно-линейная аппроксимация распределенных нагрузок: межвалковых давлений и давления полосы;
- реализация линейной связи между геометрическими величинами и распределенными нагрузками с применением гипотезы ЦиммерманаВинклера;
- использование условия равновесия сил при описании симметричного случая, равновесия моментов - при описании кососимметричного.
В результате было получено математическое описание в виде системы уравнений для вертикально асимметричного случая, но в условиях горизонтальной симметрии клети кварто (рис. 1). В этом случае перемещения точек осей валков рассматриваются как суперпозиция вертикального перемещения всего валка в целом как жесткого тела и упругих прогибов в каждой точке. В конечном счете, неизвестные жесткие вертикальные перемещения валков в общем виде выражены через силовые условия. Причем эти вертикальные перемещения остаются неопределимыми. Они используются в общем виде для выражения условия равновесия сил в выбранной расчетной схеме. Дополнительно данное математическое описание уточнено для случая применения составных валков с переменной по длине бочки жесткостью.
Далее было получено математическое описание горизонтально асимметричного случая, позволяющего учитывать асимметрию профилировок валков, поперечного профиля подката и выходящей из клети полосы, противоизгиба, положения нажимных винтов. В этом случае перемещение точек осей валков также рассматривается как суперпозиция двух составляющих. Но теперь первая составляющая - это жесткий поворот валков вокруг середины под действием приложенных к ним вращающих моментов (рис. 2). Вторая составляющая, как и в предыдущем случае, - это упругие прогибы валков.
При этом неизвестный жесткий поворот валков выразили в общем виде с использованием условия равновесия моментов, а сами величины жестких поворотов валков остаются неопределимыми.
Объединение математических описаний для двух случаев (симметричного и кососимметричного) дает полное математическое описание деформаций валков и распределенных нагрузок системы кварто:
1. Решение симметричной задачи:
/ y y M z z y yо1 M y y z z H;
р1 о1 р1 рр1 р1 A1 р1 B р1 р/ y y M z z y yо2 M y y z z H;
р2 о2 р1 рр2 р2 A2 р2 B р1 р/ yо1 yо1 M1z z y yо1;
р1 ор/ yо2 yо2 M2z z y yо2;
р2 ор KЭ KЭ h AE y y z z AE H ;
р1 рE KС р1 р2 KС P p 1 By y z z H;
р1 рр1 рb P F q1 1 A1z z y yо1;
р1 орl P F q2 1 A2z z y yо2.
р2 орl 2. Решение кососимметричной задачи:
// // // // // y1k ГАpk y1k y2k z z Г1Аq1k y1k yо1k z z ;
1k 2k 1k о1k // // // // // y2k ГАpk y1k y2k z z Г2 Аq2k y2k yо2k z z ;
1k 2k 2k о2k // // // yо1k Го1Аq1k y1k yо1k z z ;
1k о1k // // // yо2k Го2 Аq2k y2k yо2k z z ;
2k о2k 1 1 // // Aрk E y1k y2k z1k z2k KЭ AE H k h ;
k KС KЭ KС // // pk Aрk y1k y2k z z ;
1k 2k // // q1k Аq1k y1k yо1k z z ;
1k о1k // // q2k Аq2k y2k yо2k z z, 2k о2k / / где y, yо - постоянные векторы, составляющие векторов прогиба рабочего и р опорного валков;
MA1, MA2, M1, M2, МВ, B, A1, A2, Г, ГО1, ГО2, Аpk, Aq1k, Aq2k - квадратные матрицы n+1-го порядка, полученные в результате вычислений из матриц податливости, влияния поперечных сил, влияния моментов, упругих грузов;
Е - единичная матрица;
АЕ - диагональная матрица с элементами, соответствующими ширине полосы, равными 1, и 0 за пределами полосы;
КЭ - эффективный коэффициент податливости полосы;
КС - коэффициент упругой податливости рабочих валков.
В третьей главе описывается процесс создания и изучения частных математических моделей: Анализ, Синтез, Износ, Плоскостность, Правка с их последующей интеграцией в единый алгоритм процесса формирования профиля поперечного сечения и плоскостности тонколистового проката.
В модели Анализ по известным начальным профилировкам валков определяют прогибы валков, выходящий профиль полосы и распределенные нагрузки. Задача решается отдельно для симметричного случая и, при необходимости, для кососимметричного.
Решение для симметричного случая:
- прогибы рабочих валков:
/ / y y D D 2M z z H 1 2 р1 рр1 р2 B y WA E 2M M C2 ;
р1 B A M C21 y/ / E y D D 1 A2 р1 р / / 1 y E M C2 E M C1y y y D D.
1 р2 A2 A1 р1 р1 р где E 2M M C1 B AWA ; C1 E E M1 M1 ;
E 2M M C2E M C21E M C1 B A2 A2 A1 / C C2 E E M 1M ; D M z z E M1 yо1 ;
2 2 A1 1 р1 о / C р2 о2 D M z z E M yо2 ;
A2 2 - профиль полосы на выходе из клети:
KЭ KЭ h AE y y z z AE H ;
р1 рE KС р1 р2 KС - прогибы опорных валков:
/ 1 yо1 E M1 yо1 M1z z y ;
р1 ор / 1 yо2 E M yо2 M z z y .
р2 о2 2 р Решение для кососимметричного случая:
- кососимметричные составляющие прогибов рабочих валков:
ГApk M k z1k z2k H k V z1k z2k H k ГApk // y1k WAk ;
Г1Aq1k Го1Aq1k 1 E Го1Aq1kz z z z 1k о1k 1k о1k // // y2k Mk ГApk y2k z z H V ;
1k 2k k - кососимметричные составляющие прогибов опорных валков:
// // 1 yо1k E Го1Aq1k Го1Aq1k y1k z z ;
1k о1k // // 1 yо2k E Го2Aq2k Го2 Aq2k y2k z z, 2k о2k где WAk E ГApk Г2 Aq2k Г2Aq2kE Го2Aq2k Го2Aq2k ;
V Г2 Aq2kE Го2Aq2k Го2 Aq2kz z z z .
2k о2k 2k о2k Суперпозиция двух частных решений дает распределения погонных нагрузок и профиля поперечного сечения полосы клети кварто в самом общем случае.
Модель Синтез состоит в проектировании таких начальных профилировок валков, которые должны обеспечить требуемый по плоскостности выходной профиль полосы при заданном входном. Задача также как и предыдущая решается отдельно для симметричного и кососимметричного случаев.
Решение для симметричного случая.
С точки зрения получения плоского проката выходной профиль должен быть таким, чтобы выполнялось условие:
H h, где - коэффициент вытяжки в данной клети.
Задавая профиль опорного валка и решая систему при заданных величинах h, H, z, z, получаем:
о1 о KЭ KЭ U1 Ez U2 Ez E AE h AE H R R, р1 р2 1 КС КС где U1 E M M11 M ; U2 E M M 1M ;
A1 A1 A2 2 A/ / / R E M M11M z yо1 M1 y N y N ;
1 о A1 A1 р1 р / / / R E M M 1M z yо2 M y N y N ;
2 о A2 2 A2 2 р2 р KЭ 1 KЭ N M E AE h AE H H.
B КС КС В результате решения этой задачи найдена суммарная профилировка двух рабочих валков, которую можно распределить между валками. При использовании коэффициента распределения профилей рабочих валков zрKZ , можно выразить z KZ z.
р2 рzрТогда:
KЭ 1 KЭ E AE h AE H z U1 E KZ U2 E КС КС .
р R1 R2 Прогибы рабочих валков:
y U1 z R ;
р1 рy U2 z R.
р2 рПрогибы опорных валков:
/ 1 yо1 E M1 yо1 M1y z z ;
р1 ор / 1 yо2 E M yо2 M y z z .
р2 о2 2 р Определим кососимметричную составляющую:
Э U1k Ez U2k Ez Apk 1 h H KK KС R R, 1k 2k k k 1k 2k KЭ С где U1k E Г1Aq1k Го1Aq1k Г1Aq1k ;
U2k E Г2 Aq2k Го2 Aq2k Г2Aq2k ;
R E Г1Aq1k Го1Aq1k Г1Aq1k z Го1Aq1k N N ;
1k о1k k k R E Г2 Aq2k Го2Aq2k Г2Aq2k z Го2Aq2k N N ;
2k о2k k k KЭKС N ГApk Apk 1 h H H.
k k k k KС KЭ При наложении двух решений получаем значения профилировок рабочих и опорных валков клети кварто.
Полноценное описание формирования профиля поперечного сечения и плоскостности тонколистового проката не исчерпывается приведенными выше моделями. Данные модели не учитывают и не характеризуют все системные процессы, происходящие в листопрокатном комплексе при формировании указанных параметров.
Модель Износ - модель прогнозирования величины износа опорных валков. Эта модель дает возможность учитывать с высокой степенью достоверности влияние текущего износа опорных валков на формирование профиля и плоскостности полосы. Она носит статистический характер. Для ее построения необходим массив данных замеров износа валков.
Модель обобщена в формуле:
1 12 x 1 Z Q KИ 1 KН , i b2 Kld 2 ..
bn где Q - количество прокатанного металла, км; l xi ln ;
n l - половина длины бочки опорного валка, мм;
n - число разбиений на l;
..
b - половина ширины полосы, мм.
На базе критерия, характеризующего достижение горячекатаным прокатом плоской формы, разработана модель Плоскостность. Этот критерий отличается использованием дискретного описания профиля поперечного сечения полосы, что особенно важно для случаев неплавного вида этого профиля. В данной модели производится оценка каждого элемента вектора удельного изменения профиля :
1,53 1, h h 80 40 , 2b 2b H h где - удельное изменение профиля, мм/мм;
H h b - половина ширины полосы, мм;
H; h - вектор профиля поперечного сечения на входе и выходе из клети, мм;
H; h - толщина полосы на входе и выходе из клети, мм.
Если хотя бы один из элементов вектора не будет удовлетворять представленному условию, то делается вывод о соответствующем нарушении плоскостности горячекатаного проката.
Выбрана известная аналитическая модель Правка по определению величины натяжения, необходимого для деформации полосы до заданной степени растяжения в изгибо-растяжной машине (ИРМ), с учетом перекрытия роликов.
Далее выполнен процесс интеграции описанных выше частных математических моделей в единый алгоритм процесса формирования профиля поперечного сечения и плоскостности тонколистового проката, учитывающий и описывающий взаимосвязи между различными влияющими факторами. Данный алгоритм состоит из 5 основных блоков (рис. 3).
Блок 1. Определение требований к профилю поперечного сечения и плоскостности различных видов готовой продукции с учетом размерного сортамента по толщине и ширине. Профиль поперечного сечения обычно определяют чечевицей - разностью толщин посередине и у боковой кромки, и клиновидностью - разностью толщин правой и левой кромок. Плоскостность - амплитудой и длиной волны.
Блок 2. Определение требований к профилю поперечного сечения и плоскостности продукции каждого агрегата, участвующего в производстве данного вида продукции. При этом создается таблица требований (табл. 1). В ней отображаются все операции и агрегаты, начиная с последних, участвуюНачало 1. Определение требований к профилю поперечного сечения и плоскостности различных видов готовой продукции 2. Определение требований к профилю и плоскостности продукции каждого агрегата 3. Математическое моделирование мероприятий по выполнению требований к профилю и плоскостности 4. Создание групп профилировок и определение совместимости производственных процессов 5. Моделирование профилировки агрегатов с учетом состояния опорных валков - определение ограничений Конец Рис. 3. Алгоритм процесса формирования профиля поперечного сечения и плоскостности тонколистового проката щие в производстве, а также особенности оборудования этих агрегатов, сказывающиеся на профиле и плоскостности. Далее расставляются приоритеты - места с требованиями к профилю поперечного сечения и плоскостности для полупродукта и продукта данной операции. В конечном итоге определяется выполнимость данных требований.
Таблица Таблица требований к профилю поперечного сечения h и плоскостности V Особен- Требования к профилю Требования к Наименость поперечного сечения плоскостности № нование обору- Выпол- Выполоперации V v H h дования * нимость h нимость v k-я опе- противо1 - ** - - + + - рация изгиб 2 Е - - - + + - Е Е + - - + + *** 2-я опе- осевая k-1 - + - - + рация сдвижка 1-я опеk правка - - - + рация * - наличие изгиба рабочих валков, осевой сдвижки, ИРМ и др.;
**- заполняется знаком л+ или л- в зависимости от наличия требований;
*** - выделяются те операции, при осуществлении которых будет происходить разработка мероприятий по выполнению данных требований.
Блок 3. Математическое моделирование мероприятий по выполнению требований к профилю и плоскостности при выполнении операций, отмеченных знаком л в блоке 2. К ним относятся:
3.1 Разработка универсальной профилировки валков клети кварто (набора профилировок) с учетом размерного сортамента.
3.1.1 Алгоритм разработки универсальной профилировки валков для обеспечения требований по плоскостности (рис. 4). Этот алгоритм предусматривает использование моделей Анализ, Синтез, Плоскостность.
Первая попытка - объединение всего размерного сортамента конкретного вида продукции единой профилировкой. Для этого задаются средней шириной и толщиной, а также средними значениями регулирующих воздействий (например, осевая сдвижка S или изгиб F валков). При помощи модели Синтез проводится расчет профилировок валков клети кварто, а далее анализ найденной профилировки для 4 вариантов по размерному сортаменту.
Последнее выполняется при помощи модели Анализ, посредством которой происходит поиск удельного изменения профиля . Применяя модель Плоскостность, проводят проверку нахождения в зоне, свободной от образования неплоскостности, а также нахождения подобранных регулирующих параметров в рабочем диапазоне. В случае невыполнения отдельных условий - следующий шаг - отказ от универсальной профилировки и попытка объединения всего размерного сортамента данного двумя профилировками.
3.1.2 Алгоритм разработки универсальной профилировки валков для обеспечения требований по профилю поперечного сечения. Эта процедура аналогична предыдущей с дополнением, что перед проверкой нахождения в зоне, свободной от образования неплоскостности (модель Плоскостность), проводят проверку условия соответствия полученного профиля поперечного сечения заданному (рис. 5).
3.2 Моделирование положения нажимных винтов при горизонтально асимметричных процессах. Данный блок актуален в случае прокатки полос с клиновидным сечением или описания процессов выравнивания односторонней волнистости. Выполняется при помощи модели Анализ.
3.3 Определение режимов работы ИРМ по модели Правка.
Блок 4. Создание групп профилировок валков каждого агрегата с учетом размерного сортамента и определение совместимости производственных процессов различных видов продукции. Алгоритм данного этапа представлен на рис. 6. Важным в данном случае является группирование по принципу одинакового набора универсальных профилировок валков для различных видов продукции с последующим их усреднением. Далее с применением модели Анализ и модели Плоскостность оценивается возможность образования дефектов полосы. В конечном итоге при нахождении регулирующих параметров (осевая сдвижка S, изгиб F) в рабочем диапазоне принимают решение об адекватности профилировки валков.
Блок 5. Моделирование профилировки агрегатов с учетом состояния опорных валков - определение ограничений. Алгоритм этого шага аналогичен алгоритму создания групп профилировок и определения совместимости производственных процессов (рис. 7). При этом добавляется моделирование степени износа опорных валков (модель Износ).
Количество Начало профилировок n:=n:=n+i:=1 Порядковый номер профилировки bi,hi, F, S Или экспериментальные Расчет усилия данные об усилии пропрокатки катки Модель Синтез z zoi pi, j bi hi 1 min min j:=2 max min 3 min max 4 max max Модель Анализ h j Нет 1,53 1,h h 80 40 2b 2b (Модель Плоскостность) Да Fmin F Fmax Да Нет Smin S Smax j:=j+Нет Да i:=i+j>Да z, zoi, n pi Конец Нет i>n Рис. 4. Алгоритм разработки универсальной профилировки для обеспечения требований по плоскостности Количество профилировок n:=Начало n:=n+i:=Порядковый номер bi,hi, F, S профилировки Или эксперименРасчет усилия тальные данные об прокатки усилии прокатки Модель Синтез z zoi pi, j bi hi 1 min min 2 max min j:=3 min max 4 max max Модель Анализ Нет h j h h j j заданное Да 1,53 1,53 Нет h h 80 40 2b 2b (Модель Плоскостность) Да Да j:=j+Fmin F Fmax Нет Smin S Smax Нет Да j>i:=i+Конец z zoi Нет pi,, n i>n Да Рис. 5. Алгоритм разработки универсальной профилировки для обеспечения требований по профилю поперечного сечения n - количество проНачало n, z, i:=1Еn pi филировок n:= n-zi zi1 ... zn zp n Профилировка для данного i:=1 вида продукции выделяется в отдельную Расчет усилия прокатки Порядковый номер профилировки Модель Анализ Или экспериментальные hi данные об усилии прокатки 1,53 1,h h Да Нет 80 40 2b 2b (Модель Плоскостность) Модель Правка Да Нет Наличие ИРМ hi hi заданное Да Нет Да Fmin F Fmax Нет Smin S Smax i:=i+Нет Да z, z Конец, n i>n p рi Рис. 6. Алгоритм создания групп профилировок и определения совместимости производственных процессов различных видов продукции Перевалка опорных валков (ограничение) Начало Модель Износ zи zо zи zо Расчет усилия прокатки Модель Синтез Или экспериментальные данные об усилии прокатки zp Модель Анализ h 1,53 1,h h Да Нет 80 40 2b 2b (Модель Плоскостность) Да Нет Наличие ИРМ Модель Правка Да Нет h hзаданное Да Fmin F Fmax Нет Smin S Smax Конец z p Рис. 7. Алгоритм создания профилировки с учетом состояния опорных валков для каждого вида продукции - определение ограничений В четвертой главе предлагается подход к повышению эффективности системы воздействий на поперечный профиль и плоскостность полос в листопрокатных комплексах. Этот подход основан на последовательном анализе особенностей этих комплексов, системном моделировании процесса формирования геометрии проката, улучшении и опробовании разработанных в процессе моделирования мероприятий.
Выполненное системное моделирование позволило разработать соответствующие мероприятия для повышения качества по профилю и плоскостности горячекатаного проката стана 2500 ОАО ММК. Эти мероприятия включают:
1. Профилировку опорных валков и рабочих по группам проката, причем две из этих групп представлены для удобства использования в виде поправок относительно базовой (табл. 2):
Таблица Профилировка (мм на диаметр) валков стана 2500 горячей прокатки 1 группа - базовая профилиров- Поправки к профилировкам № ка валков рабочих валков клети Опорные Рабочие (верх / низ) 2 группа 3 группа 5 +2,0 -1,1 / - 1,1 + 0,50 + 0,6 +2,0 -0,8 / - 0,8 + 0,20 + 0,7 +2,0 -0,7 / - 0,7 - 0,30 + 0,8 +2,0 -0,6 / - 0,6 - 0,25 + 0,9 +2,0 -0,6 / - 0,6 - 0,25 + 0,10 +2,0 -0,7 / - 0,7 - 0,20 + 0,11 +2,0 -0,7 / - 0,7 - 0,10 + 0,1 группа - полосы шириной до 1500мм; 2 группа - полосы шириной более 1800мм при толщинах более 6мм; 3 группа - полосы шириной 1500 - 1800мм при толщине до 3мм для сталей 1-й и 2-й групп выкатываемости и при толщине до 4мм для сталей 3-й и 4-й групп выкатываемости.
2. Величину перекосов валков клетей 5 и 6 (первые чистовой группы) стана 2500 горячей прокатки для устранения клиновидности готового проката на 0,01мм (табл. 3):
Таблица Перекосы валков 5 и 6 клетей для коррекции клиновидности на 0,01мм Ширина полосы, мм Толщина 1000 1300 1500 2000 23готовой полосы, Клеть Клеть Клеть Клеть Клеть мм 5 6 5 6 5 6 5 6 5 1,8 0,317 0,238 0,244 0,183 0,211 0,158 0,158 0,119 0,135 0,10,285 0,214 0,219 0,164 0,190 0,143 0,143 0,107 0,121 0,02,0,228 0,171 0,175 0,132 0,152 0,114 0,114 0,086 0,097 0,02,0,190 0,143 0,146 0,110 0,127 0,095 0,095 0,071 0,081 0,03,0,143 0,107 0,110 0,082 0,095 0,071 0,071 0,053 0,061 0,04,0,114 0,086 0,088 0,066 0,076 0,057 0,057 0,043 0,049 0,05,0,095 0,071 0,073 0,055 0,063 0,048 0,048 0,036 0,040 0,06,3. Диапазон возможных перекосов клетей 5 и 6 (табл. 4):
Таблица Возможные перекосы валков клетей 5 и 6 без ущерба для плоскостности Ширина полосы, мм Клеть 1000 1300 1500 2000 235 1,50 1,00 0,70 0,40 0,6 0,60 0,40 0,30 0,15 0,4. Коррекцию общей вогнутости пары рабочих валков в течение кампании опорных валков по зависимости:
zП = k x + zгде zП - общая вогнутость пары рабочих валков, мм;
k - коэффициент по табл. 5;
x - наработка на опорных валках в данную кампанию, км;
z0 - начальная общая вогнутость пары рабочих валков, мм.
Таблица Значения коэффициента k в зависимости от твердости опорных валков Твердость опорных валков, ед. Шора Клеть 35/35 35/55 55/5 6 0,007 0,0002 0,0002 0,008 0,0003 0,0002 0,009 0,0010 0,0004 0,0003 0,0011 0,005. Межперевалочные сроки опорных валков, рассчитанные в соответствии с компьютерной программой, установленной на рабочих местах технологического персонала стана 2500.
Эти мероприятия позволили снизить на стане 2500 горячей прокатки отсортировку в несоответствующую продукцию по неплоскостности с 0,26% до 0,15%. Представленная формализация процесса формирования профиля и плоскостности была внедрена в виде технологических писем:
- ГИ-0908 от 18.07.2007 об улучшении профиля полос при прокатке штрипсов из сталей марок 17ГС, 17Г1С-У и 12ГСБ шириной 2000-2300мм;
- ГИ-1125 от 16.08.2007 с уточнением разделения прокатываемого сортамента по группам профилировок и изменений в технологические инструкции:
- ТИ 101-П-ГЛ4-71-2006 Горячая прокатка полос на стане 2500;
- ТИ 101-Я-378-2004 Производство проката из стали марок 17ГС, 17Г1С, 17Г1С-У на станах 2000, 2500 горячей прокатки.
Аналогичная работа была проведена на стане 2000 горячей прокатки ОАО ММК. В результате системного моделирования весь сортамент горячекатаных полос стана 2000 был также объединен в 3 группы. Профилировки для производства 2 и 3 групп представили в зависимости от соответствующей базовой профилировки (для 1 группы) рабочих валков клетей чистовой группы (табл. 6). Разработанная профилировка явилась основанием для соответствующего изменения в технологическую инструкцию ТИ 101-П-ГЛ10-3842004 Подготовка, эксплуатация и учет стойкости прокатных валков стана 2000 горячей прокатки ЛПЦ-10.
Таблица Профилировка (мм на диаметр) валков стана 201 группа - базовая профилировка Поправки к профилиров№ валков кам рабочих валков клети Опорные Рабочие (верх / низ) 2 группа 3 группа 7 +1,00 -0,60 / -0,55 +0,15 -0,8 +1,00 -0,45 / -0,40 +0,15 -0,9 +1,00 -0,40 / -0,30 +0,15 -0,10 +1,00 -0,35 / -0,25 +0,15 -0,11 +0,70 -0,30 / -0,20 +0,15 -0,12 +0,70 -0,25 / -0,15 +0,15 -0,13 +0,70 -0,30 / -0,15 +0,15 -0,1 группа - базовая; 2 группа - горячекатаные полосы из стали марки 07ГБЮ; 3 группа - подкат из электротехнических сталей.
Внедрение алгоритма процесса формирования профиля поперечного сечения и плоскостности тонколистового проката на стане 2000 дало положительные результаты, которые особенно выразились в части производства подката из электротехнических сталей. Так уровень соответствия этих полос по чечевице (норматив 0,03-0,07мм) возрос с 84% до 95% от общего объема производства, а по клиновидности (норматив 0,00-0,03мм) - с 83% до 90%.
В пятой главе в соответствии с системным моделированием осуществлено повышение эффективности системы воздействий на профиль и плоскостность в листопрокатных комплексах по производству холоднокатаного проката - автолиста и жести. В части производства автолиста системное моделирование позволило разработать следующие мероприятия (ранее управление качеством по профилю и плоскостности осуществлялось исключительно на основе визуальной оценки технологическим персоналом).
1. По станам горячей прокатки (табл. 7):
Таблица Профилировка валков (мм на диаметр) для производства горячекатаного подката для автолиста Стан 2000 Стан 25№ Рабочие № Рабочие Опорные Опорные клети (верх / низ) клети (верх / низ) 7 +1,00 -0,60 / -0,55 5 +2,0 -1,1 / - 1,8 +1,00 -0,45 / -0,40 6 +2,0 -0,8 / - 0,9 +1,00 -0,40 / -0,30 7 +2,0 -0,7 / - 0,10 +1,00 -0,35 / -0,25 8 +2,0 -0,6 / - 0,11 +0,70 -0,30 / -0,20 9 +2,0 -0,6 / - 0,12 +0,70 -0,25 / -0,15 10 +2,0 -0,7 / - 0,13 +0,70 -0,30 / -0,15 11 +2,0 -0,7 / - 0,2. По правке полосы в ИРМ перед травлением (табл. 8):
Таблица Величина перекрытия роликов ИРМ и удлинения полосы для каждого профилеразмера в НТА-Толщина полосы, мм Перекрытие роликов в ИРМ, мм Удлинение, % 1,5 32 3,1,8 30 2,2,0 29 2,2,2 28 2,2,5 23 1,2,8 21 1,3,0 17 1,3,4 15 0,4,0 12 0,3. По 4-клетевому стану 2500 холодной прокатки (табл. 9):
Таблица Профилировка валков (мм на диаметр) 4-х клетевого стана 2500 холодной прокатки в зависимости от сортамента и наработки на опорных валках Рабочие валки (суммарно на пару) Базовая Поправки к базовой профилировке (уменьшение № (для по- выпуклости / увеличение вогнутости на диаметр) Опорные кл.
ос ши- на износ на ширину прокатываемых полос риной до опорных 1451- 1551- 1701- более 1450мм) валков 1550 1700 1800 180,00 0,1 +0,8 - 0,2-0,3 0,4-0,5 0,5-0,со скосами на 30 тыс. т 2 +1,80 -0,5 - - 0,0-0,2 0,3-0,4 0,4-0,3 +1,80 -0,5 - - 0,0-0,2 0,3-0,4 0,4-0,0,4 +1,80 -0,5 0,2 0,2-0,3 0,4-0,5 0,5-0,на 35 тыс. т 4. По дрессировочному стану 2500 (табл. 10):
Таблица Новая профилировка валков дрессировочного стана 25Профилировка валков, мм на диаметр Тип дрессировки Рабочие Опорные С моющей жидкостью -0,4 +1,Без моющей жидкости -0,3 +1,Представленный формализованный подход к процессу формирования профиля и плоскостности автолиста был внедрен в производство с внесением соответствующих изменений в нормативную документацию:
- технологическую инструкцию ТИ 101-П-ГЛ4-71-2006 Горячая прокатка полос на стане 2500;
- технологическую инструкцию ТИ 101-П-ГЛ10-384-2004 Подготовка, эксплуатация и учет стойкости прокатных валков стана 2000 горячей прокатки ЛПЦ-10;
- технологическую инструкцию ТИ 101-II-ХЛ5-156-2008 Холодная прокатка полос на непрерывном четырехклетевом стане 2500 ОАО ММК.
Внедрение алгоритма процесса формирования профиля поперечного сечения и плоскостности автолиста дало положительные результаты в виде снижения отсортировки по дефекту лизлом с 0,23% до 0,02%.
Жесть. Существовавшая на станах 2000 и 2500 горячей прокатки ОАО ММК практика получения подката для жести шириной 700-900мм была неэффективной в связи с недоиспользованием станов и потерями металла с кромочной обрезью. Поэтому было принято решение (2005 год) реализовать прокатку двойной ширины с последующим продольным роспуском после травления на агрегате резки на две полосы. Очевидны достигаемые в этом случае преимущества - увеличение производительности горячей прокатки почти в 2 раза и уменьшение расхода металла также в 2 раза. Однако, сложность выполнения данной новой схемы была связана с необходимостью получения минимальной выпуклости поперечного профиля горячекатаного подката - не более 0,04мм (для обеспечения минимальной клиновидности после роспуска) - с условием сохранения плоскостности и устойчивости при прокатке.
С использованием математических моделей получили поправки к базовым профилировкам рабочих валков для производства подката для жести двойной ширины на станах горячей прокатки (табл. 11):
Таблица Поправки к профилировкам рабочих валков для прокатки горячекатаного подката для жести двойной ширины Стан 2000 Стан 25№ клети Поправка на пару, мм № клети Поправка на пару, мм 7 +0,40 5 +0,8 +0,35 6 +0,9 +0,30 7 +0,10 +0,25 8 +0,11 +0,25 9 +0,12 +0,20 10 +0,13 +0,15 11 +0,Данная профилировка валков для производства подката для жести двойной ширины была внедрена с разработкой технологических писем:
- ТД-0267 от 31.03.2005 об обеспечении требуемой формы поперечного сечения полос подката для жести двойной ширины;
- ГИ-1795 от 13.12.2007 о производстве жести по потоку ККЦ-ЛПЦ4ЛПЦ5-ЛПЦ3-ЦП (через стан 2500 горячей прокатки);
- ГИ-1150 от 06.07.2009 об исключении производства некоторых видов проката в одном монтаже с жестью.
В последующем была изменена нормативная документация:
- технологическая инструкция ТИ 101-П-ГЛ10-384-2004 Подготовка, эксплуатация и учет стойкости прокатных валков стана 2000 горячей прокатки ЛПЦ-10;
- технологическая инструкция ТИ 101-П-ГЛ4-71-2006 Горячая прокатка полос на стане 2500.
Стабильность освоенного процесса горячей прокатки определила дальнейшее развитие описываемого подхода - разделение при роспуске подката для жести на две полосы неодинаковой ширины, т.е. асимметричным образом. Это дало возможность дополнительно увеличить текущую загрузку производственных агрегатов в соответствии с портфелем заказов на жесть различной ширины. Указанная разработка - технология асимметричного роспуска - была оформлена для осуществления ее внедрения технологическим письмом ТД-1198 от 23.12.2005.
В шестой главе в соответствии с алгоритмом процесса формирования профиля поперечного сечения и плоскостности тонколистового проката осуществлено развитие листопрокатного комплекса, выпускающего оцинкованный прокат. Основным элементом этого комплекса является двухклетевой реверсивный стан ОАО ММК, обладающий асимметрией валковой системы - выпукло-вогнутой профилировкой рабочих валков, описываемой полиномом третьей степени:
zр = а3 x3 + а2 x2 + а1 x, где а3 = 0,350647 х 10-9, а2 = -0,120973 х 10-5, а1 = 0,123261 х 10-2, x - координата вдоль длины бочки рабочего валка, мм; x = 0.. 1950мм.
В связи с несовпадением образующих бочки рабочего валка и цилиндрического опорного очевидно неравномерное распределение межвалкового давления, сказывающееся на стойкости последних. Эта неравномерность составляет от 30% до 90% по длине бочки от максимума.
Второй проблемой является периодически возникающее снижение качества холоднокатаного проката, предназначенного для оцинкования, по плоскостности. Данная проблема связана с двумя причинами. Одна из них - ограниченность регулирующего воздействия комбинации лосевая сдвижкаизгиб при существующей профилировке. Вторая - лестественная клиновидность горячекатаного подката. Несмотря на то, что величина этой клиновидности находится в допустимом технологическом диапазоне - не более 0,04мм (в среднем 0,02-0,03мм), она в силу больших суммарных обжатий при холодной прокатке (до 80%) сказывается неблагоприятным образом на плоскостности полос. Такая минимальная асимметрия профиля подката практически не поддается корректировке на станах горячей прокатки, однако может быть компенсирована соответствующим перекосом положения нажимных винтов двухклетевого реверсивного стана.
Анализ показал возможность решения первой проблемы - снижения неравномерности межвалковых давлений - за счет применения специального профилирования, при котором образующая опорного валка качественно зеркально отображает контур рабочего. Вторая проблема решается аналогично применением специального профилирования, направленного на расширение резерва регулирования профиля полос, а также путем определения параметров точной настройки положения нажимных винтов двухклетевого реверсивного стана. Эти задачи были решены с использованием разработанных математических моделей, учитывающих комплексную асимметрию - валкового узла и профиля поперечного сечения полосы. На основании обширных вычислительных экспериментов с использованием моделей Анализ и Синтез предложили новую профилировку опорных валков двухклетевого реверсивного стана, выполненную по зависимости:
, zо a5 x5 a4 x4 a3 x3 a2 x2 a1 x где а1 = -0,000247988; а2 = -1,12591х10-7; а3 = 1,06069х10-9;
а4 = -0,867845х10-12; а5 = 1,9698х10-16, x - координата вдоль длины бочки валка, мм, x = 0.. 1950мм, и соответствующую ей новую профилировку рабочих валков:
, z a3 x3 a2 x2 a1 x р где а3 = 3,50647 х 10-10; а2 = -1,20973 х 10-6; а1 = 0,00112573.
Профилировку опорных валков дополнили краевыми технологическими скосами 100мм (рис. 8).
Положительным итогом поиска явилось существенное снижение неравномерности межвалковых давлений q (рис. 9) для широких (1600мм) полос на 25% (с 52% относительно среднего до 27%), полос шириной 1300мм на 21% (с 56% до 35%), узких полос (1000мм) на 8% (с 34% до 26%). Выравнивание межвалковых давлений для узких полос проявляется в меньшей степени. Это связано с тем, что длина контакта рабочих и опорных валков при прокатке узких полос меньше максимальной.
Замеры профиля износа отработанных опорных валков (рис. 10) качественно подтверждают снижение неравномерности межвалковых давлений.
Вид кривой износа приобрел более равномерный вид, максимум износа уменьшился на 0,08 мм (29,6%). Промышленные испытания новой профилировки валков показали (табл. 12):
- прокатываемый сортамент охватывается по регулированию профиля в 2 раза меньшим диапазоном осевой сдвижки валков (ОСВ) в клети 2 (предлагаемая профилировка), чем в клети 1 (существующая профилировка);
- диапазон регулируемого изгиба рабочих валков (РИРВ) в клети 2 составляет от -14 до+60%, диапазон изгиба в клети 1 составляет от -21 до +52%.
Таблица Параметры регулирования (%) профиля при прокатке полос с применением новой профилировки валков в клети Первый проход Второй проход Размер полосы, 1 клеть 2 клеть 2 клеть 1 клеть мм ОСВ РИРВ ОСВ РИРВ ОСВ РИРВ ОСВ РИРВ 2,5-0,78х1276 -39 -3 -20 9 -20 -5 -39 -2,0-0,53х1026 20 -6 20 14 21 1 20 -2,0-0,48х1276 -40 3 -17 9 -17 -14 -40 2,8-0,98х1252 -20 37 2 54 2 7 -20 -2,0-0,48х1276 -40 32 -20 45 -19 7 -40 -2,8-1,35х1252 -40 2 -19 55 -18 10 -40 -2,0-0,48х1276 -40 8 -19 15 -19 -15 -40 -2,0-0,48х1032 40 11 21 18 21 7 40 -Таким образом, резерв осевой сдвижки при новой профилировке составил от -80 до +80 % вместо существующего от -60 до +60 %, а диапазоны регулируемых усилий изгиба при новом и существующем варианте остались близкими друг к другу. В результате общий рабочий диапазон регулирования профиля полос осевой сдвижкой расширился на больший сортамент.
Рис. 8. Общий вид существующей (слева) и предлагаемой (справа) профилировки валков двухклетевого реверсивного стана dDq, % 1000 1100 1200 1300 1400 1500 16Ширина, мм Рис. 9. Снижение неравномерности межвалковых давлений с применением новой профилировки валков двухклетевого реверсивного стана z, мм -0.-0.-0.0 350 700 1050 1400 17Координата по длине бочки, мм Рис. 10. Кривые износа опорного валка с существующей () и новой (- - -) профилировкой Дополнительно при помощи модели Анализ были разработаны параметры настройки клетей двухклетевого реверсивного стана, учитывающие асимметрию профиля подката (табл. 13).
Таблица Величина перекосов валков клетей двухклетевого реверсивного стана для компенсации клиновидности горячекатаного подката в 0,01мм № Ширина полосы, мм клети 1000 1100 1200 1300 1400 1500 161 0,0305 0,0285 0,0245 0,0219 0,0210 0,0209 0,012 0,0200 0,0180 0,0171 0,0146 0,0143 0,0132 0,012 0,0152 0,0146 0,0123 0,0114 0,0112 0,0104 0,001 0,0134 0,0112 0,0112 0,0103 0,0087 0,0081 0,00Результаты промышленных испытаний явились основанием для внедрения предложенных мероприятий (новая профилировка и параметры настройки клетей) на двухклетевом реверсивном стане в виде изменения в технологическую инструкцию ВТИ 101-П-ХЛ 5-505-2002 Производство холоднокатаных полос на двухклетевом реверсивном стане ЛПЦ-5. Это позволило снизить количество брака по неплоскостности на подкате под оцинкование с 1587т до 10т.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ Выполнено развитие и обобщение теоретических положений формирования профиля и плоскостности тонколистового проката с привлечением компьютерного моделирования и экспериментальных исследований.
В процессе выполнения диссертационной работы получены следующие новые научные и практические результаты:
1. В части теоретического описания формирования профиля поперечного сечения и плоскостности тонколистового проката в клети кварто предложена методика постановки и решения задач анализа и синтеза, с использованием которой:
- создано математическое описание деформаций валков и распределенных нагрузок системы кварто, отличающееся учетом влияния всевозможных факторов асимметрии процесса: несимметричного профиля полосы на входе и на выходе из клети, асимметричных профилировок валков, перекоса положения нажимных винтов;
- разработана модель анализа профиля прокатываемой полосы, деформаций валков и распределенных нагрузок клети кварто, отличающаяся учетом неплавного вида этих распределений по длине бочки валков. В этой модели по известным начальным профилировкам валков определяют прогибы валков, выходящий профиль полосы и распределенные нагрузки. При этом сформированы решения отдельно для симметричного и кососимметричного случаев;
- создана модель синтеза выходного профиля полосы, текущих и начальных профилировок валков клети кварто, отличающаяся возможностью проектирования различного набора влияющих факторов. В этой модели определяются начальные профилировки валков, обеспечивающие требуемый по плоскостности выходной профиль полосы при заданном входном, с отдельным решением для симметричного и кососимметричного случаев.
2. В части разработки научно-прикладных основ описания процессов формирования профиля и плоскостности сформирована концепция управления этими показателями в рамках листопрокатного комплекса, при этом дополнительно:
- сконструирована математическая модель прогнозирования величины износа опорных валков, отличающаяся определением характера распределения износа по длине бочки с учетом фактически прокатанных полос. Эта модель дает возможность учитывать с высокой степенью достоверности влияние текущего износа опорных валков на формирование профиля и плоскостности;
- создана критериальная модель предельных условий сохранения горячекатаным прокатом плоской формы; выбранный критерий отличается использованием дискретного описания профиля поперечного сечения полосы;
- разработан алгоритм процесса формирования профиля поперечного сечения и плоскостности тонколистового проката, состоящий из пяти основных блоков:
а) определения требований по профилю поперечного сечения и плоскостности различных видов готовой продукции;
б) определения требований по профилю и плоскостности к продукции каждого агрегата;
в) математического моделирования мероприятий по выполнению требований по профилю и плоскостности;
г) создания групп профилировок и определения совместимости производственных процессов;
д) моделирования профилировки агрегатов с учетом состояния опорных валков.
3. В части прикладного описания процесса поиска профилировок валков создан ряд алгоритмов:
- разработки универсальной профилировки валков для обеспечения требований по плоскостности, - разработки универсальной профилировки валков для обеспечения требований по профилю поперечного сечения, - создания групп профилировок и определения совместимости производственных процессов различных видов продукции, - моделирования профилировки с учетом состояния опорных валков.
Предложенная алгоритмизация позволяет осуществлять целевое управление показателями профиля и плоскостности тонколистового проката.
4. В части практического применения алгоритма процесса формирования профиля поперечного сечения и плоскостности тонколистового проката и на основании проведения системного моделирования увеличена эффективность системы воздействий на эти параметры в листопрокатном комплексе ОАО Магнитогорский металлургический комбинат при производстве высококачественного горячекатаного проката, автолиста, жести, оцинкованного проката (долевое участие результатов диссертационной работы составляет 30%), а именно:
- на стане 2500 горячей прокатки уменьшено получение несоответствующей продукции по дефектам неплоскостности до 0,15% с 0,26%;
- на стане 2000 горячей прокатки увеличено соответствие профиля поперечного сечения требованиям потребителя до 95% с 84%;
- на стане 2500 холодной прокатки снижено получение несоответствующей продукции по дефекту лизлом до 0,02% с 0,23%;
- на двухклетевом реверсивном стане снижено получение брака, связанного с неплоскостностью до 10т с 1587т;
- на станах 2000 и 2500 горячей прокатки уменьшены потери металла с кромочной обрезью в 2 раза за счет осуществления производства подката для жести двойной ширины.
Основное содержание работы
и ее результаты отражены в следующих публикациях:
1. Полецков П.П. Систематизация процесса формирования профиля и плоскостности тонколистовой стали в ОАО ММК // Черные металлы.
2011. №6. Специальный выпуск. С. 43-46. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
2. Полецков П.П. Разработка профилировок валков широкополосных станов горячей прокатки // Металлург. 2011. №8. С. 57-61 (рецензируемое издание из перечня ВАК).
3. Полецков П.П. Алгоритм разработки универсальной профилировки валков клети кварто тонколистовых станов // Естественные и технические науки. 2011. №4 (54). С. 509-511. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
4. Полецков П.П. Об изменении показателей профиля и плоскостности тонколистового проката в процессе правки растяжением с изгибом // Вестник МГТУ им. Г.И.Носова. 2011. №3. С. 60-63. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
5. Разработка профилировки валков двухклетевого реверсивного стана ОАО ММК с учетом размерного, марочного сортамента и стойкости валков / В.М.Салганик, П.П.Полецков, И.В.Виер и др. // Вестник МГТУ им.
Г.И.Носова. 2003. №3. С. 19-22. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
6. Прогнозирование профиля износа опорных валков клетей чистовой группы стана горячей прокатки / В.М.Салганик, П.П.Полецков, Е.Ю.Кожушков и др. // Производство проката. 2008. №11. С.36-39. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
7. Применение программы Профиль 2500 для улучшения профиля и плоскостности горячекатаных полос / В.М.Салганик, П.П.Полецков, Ю.Б.Кухта и др. // Сталь. 2008. №7. С. 63-65. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
8. Алгоритмы и программный продукт Профиль 2500 для прогнозирования и оценки профиля, плоскостности горячекатаных полос и состояния опорных валков стана 2500 горячей прокатки / В.М.Салганик, П.П.Полецков, Ю.Б.Кухта // Известия вузов. Черная металлургия. 2008.
№7. С. 50-54. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
9. Технология прокатки холоднокатаного металла с регламентированной шероховатостью на текстурированных валках / Т.М.Кочнева, Т.В.Коляда, П.П.Полецков и др. // Сталь. 2011. №8. С. 39-42. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
10. Оптимизация параметров настройки машины правки для эффективного разрушения окалины / В.А.Дьяконов, А.П.Буданов, П.П.Полецков и др. // Сталь. 2009. №10. С. 77-79. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
11. Фиркович А.Ю., Салганик В.М., Полецков П.П. Расчет кратности использования оси составного валка // Производство проката. 2000. №3. С.
34-36. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
12. Опыт производства жести из подката двойной ширины в условиях ОАО ММК / В.Л.Носов, В.М.Салганик, П.П.Полецков и др. // Производство проката. 2006. №7. С. 13-18. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
13. Управление качеством горячекатаного проката по профилю и плоскостности на базе использования автоматизированной системы / В.М.Салганик, П.П.Полецков, Ю.Б.Кухта и др. // Вестник МГТУ им.
Г.И.Носова. 2010. №1. С. 59-62. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
14. Математическое описание износа опорных валков и его реализация в программном продукте / В.В.Галкин, В.М.Салганик, П.П.Полецков и др. // Сталь. 2011. №1. С. 48-49. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
15. Производство автолиста с регламентированной шероховатостью поверхности в условиях ОАО ММК / С.Г.Андреев, Ю.П.Демидченко, П.П.Полецков и др. // Сталь. 2011. №8. С. 56-58. (рецензируемое издание из перечня ВАК).
16. Салганик В.М., Полецков П.П. Моделирование деформаций и нагрузок валковой системы кварто и повышение качества листового проката по профилю: Монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2009. 133 с.
17. Салганик В.М., Полецков П.П. Способы и устройства регулирования профиля и формы листового проката // Новости черной металлургии России и зарубежных стран: Бюл. науч.-техн. и экон. информации. Часть I. Черная металлургия. 2000. Выпуск 11-12. С. 15-30.
18. Повышение плоскостности широких полос на стане 2500 горячей прокатки ММК в условиях преимущественного производства узких / В.М.Салганик, П.П.Полецков, А.Г.Соловьев и др. // Труды V конгресса прокатчиков. г. Череповец, 21-24 ноября, 2003 г. М.: Черметинформация, 2004.
С. 48-51.
19. Виер И.В., Салганик В.М., Полецков П.П. Математическое моделирование деформаций и нагрузок валковой системы кварто с учетом асимметричных случаев процесса прокатки // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межрегиональный сборник научных трудов.
Магнитогорск: МГТУ, 2002.
20. Моделирование деформаций и нагрузок валковых систем CVC / В.М.Салганик, П.П.Полецков, И.В.Виер, В.А.Антипенко // Материалы 62-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2002-2003 гг.: Сб. докл. Т. 1. Под ред. Г.С.Гуна. Магнитогорск: МГТУ, 2003. С. 49-51.
21. Салганик В.М., Виер И.В., Полецков П.П. Разработка математической модели нагрузок и деформаций валковой системы кварто с S-образной профилировкой рабочих валков // Математика. Приложение математики в экономических, технических и педагогических исследованиях: Сб. науч. тр. / Под ред. М.В.Бушмановой. Магнитогорск: МГТУ, 2003. С. 190-202.
22. Полецков П.П. Совершенствование составных опорных валков листовых станов // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межвуз. сб. науч. тр. аспирантов и соискателей. Магнитогорск:
МГТУ, 2000. С. 11-19.
23. Совершенствование профилировок рабочих валков стана 2500 горячей прокатки на основе использование программного продукта Профиль 2500 / П.П.Полецков, Е.Ю.Кожушков, В.М.Салганик и др. // Совершенствование технологии в ОАО ММК. Вып. 12. Магнитогорск, 2007. С. 240-244.
24. Улучшение плоскостности широких полос на стане 2500 горячей прокатки ОАО ММК / В.М.Салганик, П.П.Полецков, В.В.Галкин и др. // Материалы межзаводской школы по обмену производственным опытом. Выпуск № 6, май-июнь 2004 г.
25. Улучшение поперечного профиля полос, получаемых на широкополосном стане горячей прокатки, в условиях большого сортамента по ширине / В.М.Салганик, П.П.Полецков, Ю.Б.Литяйкина и др. // Моделирование и развитие технологических процессов: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск:
МГТУ, 2004. С. 10-18.
26. Совершенствование технологии широкополосной горячей прокатки для улучшения поперечного профиля проката / В.М.Салганик, П.П.Полецков, В.В.Жлудов и др. // Труды VI конгресса прокатчиков. г. Липецк, 2005.
27. Исследование и разработка эффективной профилировки рабочих валков клетей стана 2500 горячей прокатки ОАО ММК для условий производства широких полос / П.П.Полецков, А.Г.Соловьев, Ю.Б.Литяйкина и др.
// Материалы 62-й научно-технической конференции по итогам научноисследовательской работы за 2002-2003 гг.: Cб. докл. Т.1. Магнитогорск:
МГТУ, 2003. С. 52-55.
28. Анализ технологических возможностей ШСГП 2000 ОАО ММК по производству подката для жести двойной ширины с требуемым поперечным профилем / В.М.Салганик, П.П.Полецков, О.В.Казаков и др. // Материалы 63-й научно-технической конференции по итогам научноисследовательских работ за 2003-2004 гг. Сб.: докл. Т.1. Магнитогорск:
МГТУ, 2004. С. 22-26.
29. К прогнозированию профиля износа опорных валков клетей чистовой группы стана горячей прокатки / В.М.Салганик, П.П.Полецков, Ю.Б.Кухта и др. // Создание и внедрение корпоративных информационных систем (КИС) на промышленных предприятиях России: Тр. международ. науч.-техн. конф. Магнитогорск: ИПЦ ООО Проф-принт, 2007. Вып. 2. С. 238240.
30. Полецков П.П., Стецуренко А.П., Севастьянов А.Г. Оптимизация технологии производства электротехнических сталей на стане 2000 ОАО ММК для получения проката с требуемым профилем // Совершенствование технологии в ОАО ММК. Магнитогорск. Вып. 12. 2008. С. 303-305.
31. Новые профилировки рабочих валков, проверенные на двухклетевом реверсивном стане ОАО ММК с целью улучшения плоскостности полос / П.П.Полецков, Р.И.Абдулбаров, Р.Г.Селиванов и др. // Совершенствование технологии в ОАО ММК. Магнитогорск. Вып. 12. 2008. С. 245-248.
32. Совершенствование профилировок валков на основе применения самоустанавливающейся валковой системы / П.П.Полецков, В.Е.Злов, Е.Ю.Кожушков и др. // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвузовский сб. науч. тр. / Под ред. Гуна Г.С. Вып. 34. Магнитогорск: МГТУ, 2006. С. 52-58.
33. Салганик В.М., Полецков П.П., Омельченко Б.Я. Моделирование и совершенствование четырехвалковых систем // Труды четвертого конгресса прокатчиков. Магнитогорск, 16-19 октября, 2001 г. М., 2002. С. 152-155.
34. Исследование особенностей регулирования поперечного профиля полосы противоизгибом рабочих валков стана 2000 г.п. ОАО ММК при производстве подката для жести / Е.Ю.Попович, П.П.Полецков, В.М.Салганик и др. // Совершенствование технологии на ОАО ММК: Темат. сб. трудов ЦЛК. Вып. 5. С. 132-144.
35. Программное обеспечение Прогнозирование износа опорных валков широкополосного стана горячей прокатки (ИзВал-ШСГП2500) / В.М.
Салганик, П.П. Полецков, Ю.Б. Кухта. Регистрационный номер 50200901089.
М.: ВНТИЦ, 2009.
36. Программное обеспечение Определение и прогнозирование теплового и температурного профиля бочки рабочих валков листовых станов горячей прокатки " HotPro2500" / В.М.Салганик, П.П.Полецков, Ю.Б.Кухта.
Регистрационный номер 50200901090. М.: ВНТИЦ, 2009.
37. Программное обеспечение Прогнозирование профиля, плоскостности горячекатаных полос и теплового состояния рабочих валков стана 25горячей прокатки (Профиль2500) / В.М.Салганик, П.П.Полецков, Ю.Б.Кухта. Регистрационный номер 50200800121. М.: ВНТИЦ, 2008.
38. Свидетельство на полезную модель № 40225 РФ, МКИ В 21 В 27/Опубл. Б.И. 2004 №25 / Листопрокатная клеть кварто // И.В.Виер, В.М.Салганик, П.П.Полецков и др.
39. Свидетельство на полезную модель № 48285 РФ, МКИ В 21 В 27/02. Опубл. Б.И. 2005 №28 / Листопрокатная клеть кварто // И.В.Виер, В.М.Салганик, П.П.Полецков и др.
40. Пат. № 2371263 РФ, МКИ В 21В 1/28. Способ производства подката для жести / К.А.Лисичкина, П.П.Полецков, Т.М.Кочнева, В.Г.Антипанов, О.Н.Молева // Б.И. 2010. №30.
41. Пат. № 2379140 РФ, МКИ В 21В 1/28. Способ производства холоднокатаной стали для оцинкования / К.А.Лисичкина, П.П.Полецков, Т.М.Кочнева, В.Г.Антипанов, С.А.Ласьков // Б.И. 2010. №2.
42. Пат. № 2377086 РФ, МКИ В 21В 28/02. Способ эксплуатации рабочих валков станов холодной прокатки / К.А.Лисичкина, П.П.Полецков, Т.М.Кочнева, В.Г.Антипанов, Н.И. Жумагалеев // Б.И. 2009. №36.
43. Пат. № 2397034РФ, МКИ В 21В27/02. Инструмент непрерывного широкополосного стана горячей прокатки / К.А.Лисичкина, И.В.Казаков, О.В.Казаков, Т.М.Кочнева, П.П.Полецков, В.М.Салганик, В.Г.Антипанов // Б.И. 2010. №23.
44. Салганик В.М., Полецков П.П., Кухта Ю.Б. Модель прогнозирования теплового профиля бочки рабочих валков станов горячей прокатки. Свидетельство №2011611800 о государственной регистрации программы для ЭВМ, 28.02.2011.
45. Салганик В.М., Полецков П.П., Кухта Ю.Б. Имитационная модель производства горячекатаного листа. Свидетельство №2011612134 о государственной регистрации программы для ЭВМ, 11.03.2011.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям