CC BY
136
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.771.06: 621.892
Платов С.И., Румянцев М.И., Дема P.P., Харченко М.В.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ С ПОДАЧЕЙ СМАЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА МЕЖДУ ОПОРНЫМ И РАБОЧИМ ВАЛКАМИ НА НЕПРЕРЫВНОМ ШИРОКОПОЛОСНОМ СТАНЕ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ 2000 ОАО «ММК»
Как фактор улучшения качества проката и интенсификации производства технологические смазки нашли широкое применение не только при холодной, но и при горячей прокатке [1-6]. В [5] указывается, что эффект горячей прокатки со смазкой заключается в снижении усилия и мощности прокатки, а также в повышении стойкости рабочих валков за счет уменьшения абразивного износа и сокращения случаев образования трещин разгара. До недавнего времени, как и при холодной прокатке, смазку подавали на рабочие валки. Сегодня, в силу ряда преимуществ, все большее распространение получают установки дозированной подачи смазки в виде дисперсии масла в воде на опорные валки стана горячей прокатки. В [7] приводятся следующие показатели эффективности применения подобных установок на широкополосных станах горячей прокатки (ШСГП): износостойкость валков увеличивается на 5-14%, потребление энергии снижается на 10-35%, отсортировка по дефекту «вкатанная (разгарная) окалина» сокращается примерно в 2 раза, создаются предпосылки для расширения сортамента за счет прокатки более тонких полос и проведения прокатки в ферритной области.
В настоящее время один из вариантов установки для приготовления и дозированной подачи водно-масляной смеси на опорные валки (далее - СТС), разработанный и изготовленный MID AS, применяется в первых трех клетях чистовой группы ШСГП 2000 ОАО «ММК» (в соответствии с принятыми на стане правилами обозначения - в клетях 7, 8 и 9). В процессе опытной эксплуатации специалистами были определены следующие рациональные объемы подачи смеси: 0,08 л/мин - на верхние опорные валки и 0,10 л/мин -на нижние [8]. Указанные расходы смазки поддерживаются неизменными, т. е. не изменяются ни в связи с размерами полос, ни в связи с технологическими особенностями их прокатки. Для количественной оценки эффективности работы системы СТС и разработки в дальнейшем рекомендаций по оптимизации режимов ее работы была создана база данных параметров прокатки в чистовой группе ШСГП 2000 более чем 400 полос различных размеров и групп прочности как при
действующей, так и при выключенной СТС.
Влияние смазки опорных валков на энергосиловые параметры оценили сравнением средних значений усилия прокатки Р, тока I и момента на валу двигателя Мдв. Усилие прокатки и ток двигателя замеряли с помощью датчиков АСУ ТП стана [9], а момент на валу двигателя рассчитывали с применением известных зависимостей:
N
= —, (1)
a
где со - угловая скорость (рад/с); Nrb - мощность прокатки (Вт).
NaB =((UI)-(l2 RM )-{UIxx )-(4A )) in, (2)
где U - напряжение сети главного привода (В); i -передаточное число; г/ - КПД привода; I^ - ток холостого хода (A); Rn - сопротивление в якорной цепи (Ом).
Сравнение средних значений выполняли с применением инструмента «Двухвыборочный t-тест с различными дисперсиями» в среде MS Excel. Результаты анализа приведены в таблице. Для усилия прокатки рассчитанные t -статистики меньше табличного значения ta, определяемого при доверительной вероятности 95%. Следовательно, различия усилий прокатки с применением смазки опорных валков и без нее не существенны, т.е. смазка на усилие прокатки не влияет. Для тока и момента двигателя различие средних наблюдается (выполняется условие |t |> ta), что свидетельствует о влиянии
смазки на загрузку двигателя главного привода. Как и следовало ожидать, при использовании смазки характеристики загрузки двигателя меньше, чем при прокатке без смазки.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВДАВЛЕНИЕМ
Результаты сравнения средних значений энергосиловых параметров прокатки при подаче (числитель) и без подачи (знаменатель) смазки на опорные валки
Оценка
г.
а/2
(петь 7
Р, МН
15,34
15,45
3,16
3,18
0,179
1,660
I, кА
7,10
7,28
0,90
0,95
1,003
1,660
Мдв,
кНм
165
18,59
19,32
0,618
1,660
<летьі
Р, МН
17,02
17,16
2,95
3,32
0,227
1,660
I, кА
7,15
7,18
0,72
0,80
0,180
1,660
1,984 1,984 1,984 1,984 1,984 0,000 1,984 1,985 1,984
Мдв,
кНм
7,24
7,32
!Л2
1,30
0,482
1,660
<леть9
Р, МН
14,82
15,44
2,07
1,92
1,582
1,660
I, кА М,Г кНм
7,34 3,83 7,42 3,89
0,38
0,33
6,81
6,82
1,252 0,426
1,661 1,660
Примечание. х и я - среднее значение и выборочное стандартное отклонение; | / | и - рассчитанное и табличное (при доверительной вероятности 95%) числа Стьюдента.
висимости от размеров полосы показал следующее. Наибольшие значения момента наблюдаются на валу двигателя первой клети чистовой группы (клеть 7). Чем меньше толщина (рис. 2) и больше ширина (рис. 3) готовой полосы, тем больше величина момента. При подаче смазочного материала момент двигателя снижается, причем величина снижения тем больше, чем больше момент при прокатке без смазки. Наибольшее значение в снижении этого показателя происходит на первой группе по толщине для 7 клети (4,79%, см. рис. 2), а также на третьей группе по ширине для той же клети (4,32%, см. рис. 3).
Для дальнейшего анализа показателем эффективности применения и режимов работы системы СТС выбрали момент на валу двигателя главного привода и оценили его значения для случаев прокатки различных профилеразмеров из стали с различными прочностными характеристиками. Рассматривали четыре группы толщины (1,2-2,0; 2,14,0; 4,1-8,0 и 8,1-20 мм) и три группы ширины (700-1000, 1001-1500 и 1501-1830 мм), а в качестве разбиения на группы по сопротивлению деформации стали приняли используемую на ШСГП 2000 классификацию на шесть групп выкатываемо-сти. Для каждой марки стали, входящей в ту или иную группу выкатываемости, по методике Ан-дреюка-Тюленева [10] рассчитали предел текучести при стандартных условиях испытания (а01). Как и следовало ожидать, от первой группы к шестой о01 возрастает (рис. 1). Подчеркнем, что описанное разбиение прокатываемого сортамента носит условный характер и представляет собой вариант разграничения сходных по данным критериям марок стали для выявления тех определенных групп размерного и марочного сортамента, для которых достигался наибольший эффект от подачи дисперсной смеси при постоянных её объемах.
Рис. 1. Усредненныезначения пределатекучести при стандартных условиях испытания стали различных групп выкатываемости
Анализ эффективности применения смазки в за-
Рис. 2. Усредненное значение Мпр в зависимости от толщины прокатываемого металла для 7-9 клетей чистовой группы
Рис. 3. Усредненное значение Мпр 7-9 клетей чистовой группы стана 2000 г.п. при различной ширине
Проведя комплексную оценку эффективности системы СТС, следует отметить, что применение данной системы оказывает положительное влияние на изменение энергосиловых параметров при прокатке:
1) среднее значение эффекта от применения системы СТС для момента на валу двигателя (Мдв) в соответствии с предложенной классификацией по тол -щине составляет от 2 до 3,44%, при этом наибольший
г
г
эффект наблюдается при прокатке металла, соответствующего толщине 3-й группы (4,1-8 мм), что приводит к уменьшению значения Мдв на 3,44%;
2) эффект, связанный с применением системы СТС для момента на валу двигателя (Мдв), в соответствии с классификацией по ширине составляет от 1,5 до 4,3%, достигая наибольшего значения по группе в целом (3,07%) и в частности по 7 клети (4,32%), соответствуя 3-й группе разбиения по ширинам (1501-1830 мм).
Список литературы
1. Грудев А.П. Внешнее трение при прокатке. М.: Металлургия, 1973. 288 с.
2. Эмульсия и смазки при холодной прокатке / Белосевич В.П., Нете-сов Н.П., Мелешко В.И., Адамский С.Д. М.: Металлургия, 1976. 416 с.
3. Вейлер С.Я., Лихтман В.И. Действие смазок при обработке металлов давлением. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 232 с.
4. Чертавских А.К., Белосевич В.К. Трение и технологическая смазка при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1968. 361 с.
5. Горячая прокатка листовой стали с технологическими смазками / Тубольцев Л.Г., Килиевич А.Ф., Адамский С.Д., Нетесов Н.П. М.: Металлургия, 1982. 160 с.
6. Совершенствование непрерывного производства горячекатаной широкополосной стали (обзор зарубежных источников) // Производство проката, 2002. №4.
7. Опыт эксплуатации систем смазывания типа «масло-воздух» на прокатных станах ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» / Железное О С., Жиркин Ю.В., Терентьев Д.В., Юрченко Г.Н., Мироненков Е.И. // Сб. трудов междунар. науч.-техн. конф. 4.2. Липецк: ЛГТУ, 2006. С.106-108.
8. Разработка технологии эксплуатации рабочих и опорных валков чистовой группы стана 2000 с применением технологической смазки // Совершенствование технологии в ОАО «ММК»: сб. трудов ЦЛК ОАО «ММК» / И.В. Боровков, В.В. Клименко, И.В. Казаков и др. Магнитогорск, 2011. №15. С. 243-252.
9. Технологическая инструкция: ТИ - 374 - 2010 (НШСГП 2000).
10. Андреюк А.В., Тюленев Г.Г., Прицкер Б.С. // Стапь. 1972. №6. С. 522-523.
Bibliography
1. Grudev A.P. Friction of rolling. M. «Metallurgia», 1973. 288p.
2. Belosevich V.P., Netesov N.P., Meleshko V.I., Adamsky S.D., Lubricant for cold rolling. M. «Metallergia» 1976, 416p.
3. Veyler S.Y., Lichtman V.I., Lubricant in metal forming process. M., AOS USSR, 1960, 232p.
4. Chertavskich A.K., Belosevich V.P., Friction and lubricant in process of metal forming. M., «Metallurgy» 1968, 361 p.
5. Tubolcev L.G., Kilievich A.P., Adamsky S.D., Netesov N.P., Hot rolling of plate sheets with lubricant. M., «Metallurgy» 1982. 160p.
6. Improvement of production continuous hot rolled strip. «Proisvodstvo prokata» №4, 2002
7. Experience to use system type «oil-air» on rolling mills. OJSC «MMK» / Gelezkov O.S. Jirkin Y.V., Terentev D.V., Yrchenko G.N., Mironenkov E.I. P.2., Lipetck, LSTU, 2006. - p. 106 - 108
8. Borovkov I.V., Development technology use work and backup rolls finishing train on hot rolling mill 2000 with use lubricants. Proceeding CLK OJSK «MMK» num. 15 Development of technology on «MMK» / I.V. Borovkov, V.V. Klimenko, I.V. Kazakov and itc. - Magnitogorsk 2011, p. 243 - 245.
9. Instruction of technology hot rolling mill 2000 TI - 374 - 2010
10. Andreyk A.V., Tylenev G.G., Priscker B.S., Steel 1972 № 6 p.522-523.
УДК 621.771
Кинзин Д.И., Калугина О.Б.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФОРМЫ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ НА УШИРЕНИЕ ПРИ СОРТОВОЙ ПРОКАТКЕ
Одним из основных факторов для моделирования сортовой прокатки является способ описания геометрических параметров очага деформации и процесса формоизменения металла. С середины 1990-х годов на кафедре обработки металлов давлением Магнитогорского государственного технического университета сформировалась научная школа, успешно развивающая структурно-матричное описание прокатки в калибрах.
Структурно-матричная модель постоянно совершенствуется и дополняется важными физическими принципами, которые делают ее более приближенной к реальному процессу прокатки. Одним из таких принципов стал принцип наименьшего сопротивления, который был сформулирован в виде уравнения связи смещенных объемов металла и напряжений в очаге деформации [1, 2]. На основе предложенной формулировки принципа наименьшего сопротивления получены формулы для расчета показателей формоизменения и энергосиловых параметров при прокатке в простых двух- и трехвалковых калибрах. Разработанная методика была интегрирована в структурно-матричную модель, что в большей части и определяет сферу ее применения. Данная интеграция позволила в полной мере использовать достоинства структурно-матричной модели, а это дает возможность применять ее не только как дополнение к уже су-
ществующим методикам и для совершенствования существующих технологических процессов, но и как самостоятельную методику для разработки технологии сортовой прокатки.
На базе данной методики разработана САПР калибровок простых сортовых профилей, отличающаяся большой универсальностью и гибкостью.
Основой методики является формула расчета уширения:
где S0 - площадь входящего сечения; S1 - площадь выходящего сечения; Sa - площадь фигуры ADEL (рис. 1); Sb - площадь фигуры BCFK (см. рис. 1); К2 = 2 f sin(circtg (Bcp/Lcp)); K3 = 2 f cos(circtg (Bcp/Lcp)); f - коэффициент трения; Bcp - средняя ширина контактной поверхности; Lcp - средняя длина контактной поверхности.
7 Sq
ln—- =
S
K2 -1-
1 - K3 -
і((1 -K2)2 +(K2 -K3)2 +(1 -K3)2) * ((1 -K2)2 +(K2 -K3)2 +(1 -K3)2)
SLlnS (1)
S„ S’
