CC BY
64М.И. Румянцев
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
РАЗВИТИЕ МЕТОДИКИ СИНТЕЗА РЕЖИМА ОБЖАТИЙ ПРИ ПРОКАТКЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЛИСТОВ НА ТОЛСТОЛИСТОВЫХ СТАНАХ
Показаны преимущества синтеза режимов деформации при листовой прокатке с применением коэффициента обжатия. Получены зависимости, которые позволяют формализовать процедуры выбора толщины промежуточного раската, число проходов на черновой и чистовой стадиях, а также распределение частных обжатий по проходам при прокатке крупногабаритных листов на толстолистовых станах.
Ключевые слова: крупногабаритные листы, толстолистовой стан, черновая прокатка, чистовая прокатка, коэффициент обжатия, деформационный режим.
Как известно, прокатка крупногабаритных листов на толстолистовых станах (ТЛС), независимо от числа клетей подразделяется на черновую и чистовую стадии, на каждой из которых осуществляется Nк и Nр проходов соответственно. При известных толщинах сляба Нсл и конечного раската Нк для синтеза режима обжатий необходимо выбрать толщину промежуточного раската (после черновой стадии) , определить число черновых и чистовых проходов, а также распределить по проходам частные обжатия.
Опыт разработки режимов горячей прокатки листовой стали разнообразного назначения на станах различных типов [1-3] показал преимущества синтеза режимов деформации при листовой прокатке с применением коэффициента обжатия, который использовал в своих работах Н.В.Литовченко [4]. Коэффици-
ент обжатия р представляет собой отношение толщин до (Н0) и после (Ц) деформации (р = Ь0/\). В отличие от коэффициента высотной деформации (г = V Ц)), который применяется при анализе сортовой прокатки, коэффициент обжатия больше единицы и с увеличением степени деформации возрастает. Традиционные для листовой прокатки характеристики деформации (относительное £ и абсолютное АН обжатия) связаны с коэффициентом обжатия следующими соотношениями: £ = 1 — 1/р и АН = Н) (1 — 1/р). Важным преимуществом коэффициента р является возможность его применения для выбора числа проходов при реверсивной прокатке. Для черновой стадии NR = ПРях/ , для чистовой Nр = 1прр%1 1пр р . Коэффициенты суммарного обжатия для соответствующих стадий: рК1 = Нсл1 Нр и
рЕ2 = Нр/Нк .
При производстве крупногабаритных листов с применением контролируемой прокатки толщина промежуточного раската совпадает с толщиной после прокатки в области рекристаллизующегося аустенита и в соответствии с известными рекомендациями должна быть в 2,5-4,0 раза больше толщины готового листа, т.е. ррх = 2,5...4,0 [5]. Для выбора первого приближения толщины раската при обычной и нормализующей прокатке с учетом накопленного опыта разработки технологических режимов и результатов работы [6] множественным регрессионным анализом нами получена зависимость:
^-1 1 о /го17 —0,657 /7 —1,188 /а \
рГ1= 13,691НК’ рь’ , (1)
(Я2 = 0,924; рр = 200,6053; Р95 = 3,2674),
где = Ьк/Ьр - коэффициент использования бочки рабочего валка
длиной Ьр.
Аппроксимация (1) является статистически надежным отображением исследуемой взаимосвязи с доверительной вероятностью 95% (рассчитанное чис-
ло Фишера р больше табличного р5). При этом доля дисперсии отклика
ррх, объясняемая совместным влиянием факторов Нк и Рь , составляет 92,4%
2
(Я = 0,924). Выводы подтверждаются так же диаграммой соответствия прогнозируемых и фактических значений (рис. 1,б).
а б
Рис. 1. Зависимость коэффициента суммарного обжатия на чистовой стадии прокатки крупногабаритных листов от толщины готового листа (а) и диаграмма соответствия прогнозируемых (р рх ) и фактических значений (б)
Для расчета среднего коэффициента обжатия ранее [2] применяли зависимость
р = 4,450Н “,0' 061р— ■ 049а—0 ■ 256,
где у - стадия прокатки (черновая или чистовая); Нд - толщина раската после
стадии у; ст0 - предел текучести прокатываемого металла при стандартных
условиях пластометрического испытания.
Однако накопленный опыт разработки технологических режимов показал, что величина р зависит также от коэффициента суммарного обжатия. Множественным регрессионным анализом получили следующие зависимости:
— с\££——'0,232 п—0,053 0,05. /оч
р = 2,966^0 , рь’ рх ; (2)
(Я1 = 0,647; ^ = 69,6487; ^95 = 2,6821);
= 1,Ъ841а-о0’051^11^-966-,
(3)
(Я2 = 0,986; Ер = 2676,2857; ^95 = 2,6821).
Обе аппроксимации статистически надежные с доверительной вероятностью 95%. Но если в зависимости (2) откликом является собственно средний коэффициент деформации р и доля объясненной дисперсии составляет 64,7%, то в зависимости (3) отклик представляет собой отношение среднего коэффициента к суммарному (р /р %) и доля объясненной дисперсии возрастает до 98,6%. Диаграммы соответствия прогнозируемых и фактических значений отклика для обеих зависимостей приведены на рис. 2.
П
1.35
1.30
1.25
1.20
1,15
1.10
1.05 1.05
** *• **
•с а гіг, Г*
Ш * %<*• - * *.*
4* * * 4 4 * * *рг“ У г
* * * * * * / # * • * •
1.10 1.15 1.20 1.25 1.30
а
б
Рис 2. Диаграммы соответствия прогнозируемых и фактических значений: а - по уравнению (2); б - по уравнению (3)
Из сравнения показателей Я2 и диаграмм соответствия следует, что предпочтительно использовать зависимость (3). Преобразуя указанную зависимость, получили
р = 1,3841^о0’051^0,017^0’034-
(4)
Выполненный нами ранее [1-2] анализ закономерностей режима обжатий при прокатке крупногабаритных листов на толстолистовых станах показал, что во всех случаях относительные обжатия сначала возрастают от величины £ в первом проходе до некоторого значения £Кк в последнем черновом, а затем снижаются до £Рк в последнем чистовом (рис. 3). При протяжке и разбивке ширины интенсивность нарастания обжатия меньше, чем после окончания этих операций и даже может наблюдаться постоянство обжатий в данных проходах.
■о-----------------------------------------------о---------------------------------------о—
1-1 1 =А[г. г=А£
Проходы
Рис. 3. Типовое распределение обжатий при прокатке крупногабаритных листов
Для выбора первого приближения обжатий ранее была выполнена формализация метода Н.В.Литовченко [7]. Из предположения линейного распределения частных коэффициентов обжатия ^ по черновым проходам
получили
N
NR - 1
где Т]К1 - коэффициент обжатия в первом черновом проходе, значение кото-
Из предположения линейного распределения частных коэффициентов обжатия по Ыр чистовым проходам получили (при относительном обжатии в последнем чистовом проходе £р к = 5%)
Выполненный впоследствии анализ прокатки крупногабаритных листов [9-10] показал, что реальные распределения обжатий наиболее точно отображаются показателем рхг /Тх , где Тхг = Н/Нц - коэффициент накопленного
обжатия от начальной толщины до толщины Н1г. Для чистовой стадии г = 1,...,Ыр и Н = Нр. Для черновой стадии необходимо учитывать схему прокатки. Например, если применяются схемы с разбивкой ширины, то Н = Нсл (1 - Всл/Ьк ), где всл и Ьк - ширина сляба и конечного раската. Если прокатка выполняется по схемам простая продольная и поперечная без разбивки ширины, то Н = Нсл. В первом случае г = Ыдь + 1,...,ЫК (здесь ЫАь -
число проходов при разбивке ширины), а во втором - г =
Поскольку и Ыр могут принимать различные значения в зависимости от условий прокатки, рассмотрели показатель Тхг /Тх в связи с отношением номера прохода I к числу проходов N. Предварительный анализ показал, что и на черновой (рис. 4,а), и на чистовой стадиях зависимости Тхг/ Т = Ф Щи) возрастающие, а их наилучшим отображением является
экспоненциальная аппроксимация.
Анализ 110 режимов деформации при прокатке листов толщиной 11-53 мм и шириной 1970-3890 мм из различных марок стали (а0 =78-102 МПа) при совместном рассмотрении черновой и чистовой стадий подтвердил сделан-
рого может быть выбрано, например, из условия захвата.
(6)
ные ранее выводы: зависимость Ли/Лі = <р(і/Ы) возрастающая и является экспоненциальной (рис. 4,а). Уравнение линии:
Лі і/ Лі = 0,312 єхр(і,622i/N);
(Я2 = 0,6652; ^ = 2280,9128; ^95 = 3,8496).
Однако парная аппроксимация (7) объясняет лишь 66,5% изменчивости показателя ліі /Лі (Я = 0,6652; рис. 4,б). Существенно лучший результат был получен при использовании множественной аппроксимации:
Ли!Лі = (0,688- 0,0006^ -0\И^Л)єхр(і,442і/N);
(Я2 = 0,9095; ^ = 3838,9945; ^95 = 2,6126).
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
Я вй
8 ■ е § § ш 3°
о О 8° 06 ! о ^ о
0 о0 8о Д! 0°
о о 8 8 о [ 8 ° 1 Ь° я 1
0 о< № =§ Е <е|
л г
оО о 0 я е_§
--_а,э
й
— о.а
£ 0,7 І 0,5 I 0,5 А 3 2
X
(О о ОН
о,;
о,
а й ■
я О 8 в ■Лі' 0
о Й п § 3Й о
і. 5 1 ^ с й5 <г ■§ Ц?Й &
\ [ 9о ї 1 д-§£=! г
^ і я : =
°о§о сйЙ ут ■? —
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
І/М
а
Рис. 4. Зависимость относительного накопленного коэффициента деформации от отношения номера прохода к числу проходов без дифференциации по стадиям прокатки (а) и диаграммы соответствия между фактическими данными и результатами расчета: б - по формуле (7); в - по формуле (8)
0,3 0,4 0.6
0,8 07 0,а 0,9 1,0
Предсказанные Пь/Пг
б
1.0
0.9
О.в
4> 0.7
и 0,6 4)
| 0.5 I 0.4
0.3
0.2
0 >°Ь 0
■О
' 1
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 . 1,0
Предсказанные Піі/Пз
в
За счет учета в зависимости (8) влияния прочности металла (переменная <т0) и величины коэффициента суммарного обжатия объясненная доля дисперсии возросла практически до 91% (Я =0,9095; рис. 4,в). Таким образом, если известны коэффициент суммарного обжатия Тц и количество проходов N, за которое это обжатие осуществлено, за , проходов (, = \,...,N) коэффициент накопленного обжатия достигнет величины
Ти = Т^(о,688-0,0006^0 -0,l7lлfтz)exp(lA42i/N), (8)
а толщина после i -го прохода
Ь = Н/Тц,.
(9)
На рис. 5 приведена блок-схема алгоритма синтеза режима обжатий при чистовой прокатке на ТЛС.
Рис. 5. Алгоритм синтеза режима обжатий при чистовой прокатке
крупногабаритных листов
Исходными данными являются толщина сляба Нсл и конечного раската Ьк, предел текучести стали при стандартных условиях пластометрических испытаний <т0 и коэффициент использования бочки рабочих валков Зр = Ьк/Ьр .
Сначала по формуле (1) определяют коэффициент суммарного обжатия Тц, с использованием которого вычисляют толщину промежуточного раската Нр. Далее по формуле (4) рассчитывают средний коэффициент обжатия
при чистовой прокатке Тг и определяют количество чистовых проходов Nр. Перед началом расчетов характеристик деформации по проходам определяется постоянная для заданных условий часть зависимости (8)
Ти, = (0>688 — 0,0006^0 — 0,171^/Тги). Расчет характеристик деформа-
ции выполняют в цикле от , = 1 до , = NF, а итогом расчетов являются значения толщин полосы Ьг1, коэффициентов обжатия т , абсолютных АЦ и относительных £г- обжатий, которые затем представляются в виде таблицы обжатий.
Библиографический список
1. Прогнозирование результативности процесса прокатки на толстолистовом стане 5000 в условиях ОАО «ММК» / М.И.Румянцев, В.М.Салганик, Д.Е.Малаховский и др. // Труды 7 конгресса прокатчиков. Том 1. М.: ОАО Чер-метинформация, 2007. С. 556-560.
2. Моделирование процесса прокатки и охлаждения на толстолистовом стане для оценивания концептуальных проектных технических и технологических решений в условиях неопределенности основных параметров оборудования / М.И.Румянцев, Д.Е.Малаховский, В.С.Митасов и др. // Производство проката. 2009. № 7. С. 24-32.
3. Автоматизированное проектирование технологии горячей прокатки высокопрочной стали для автомобилестроения на широкополосных станах различных типов / М.И.Румянцев, И.Г.Шубин, А.О.Попов и др. // Черные металлы. 2012. № 7. С. 17-21.
4. Литовченко Н.В. Станы и технология листовой прокатки. М.: Металлургия, 1979. 272 с.
5. Контролируемая прокатка / В.И.Погоржельский, Д.А.Литвиненко, Ю.И.Матросов, А.В.Иваницкий. М.: Металлургия, 1979. 184 с.
6. Рациональные режимы прокатки толстых листов / Ю.В.Коновалов, К.Н.Савранский, А.П.Парамошин, В.Я.Тишков. Киев: Техника, 1988. 172 с.
7. Румянцев М.И. Методика разработки режимов листовой прокатки и ее применение // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова. 2003. № 3. С. 16-18.
8. Обоснованный выбор режима обжатий в чистовой группе широкополосного стана горячей прокатки / В.М.Салганик, М.И.Румянцев, А.Г.Соловьев, Д.С.Цыбров // Производство проката. 2010. №5. С. 16-20.
9. Анализ параметров и результативности прокатки в условиях ОАО «ММК» листов из стали марки D32 для судостроения / М.И.Румянцев, С.В.Денисов, П.А.Стеканов, А.А.Кузьмин // Совершенствование технологии в ОАО «ММК»: сб. науч. тр. Вып. 16. Магнитогорск: ОАО «Полиграфия», 2011. С. 111-120.
10. Анализ параметров и результативности прокатки крупногабаритных листов для судостроения в условиях ОАО «ММК» / М.И.Румянцев, С.В.Денисов, А.А.Кузьмин и др. // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 70-й научно-технической конференции. Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2011. С. 238-241.
