Совершенствование методов охлаждения и профилирования валков широкополосных станов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.04, кандидат технических наук Петров, Сергей Витальевич

• Петров, Сергей Витальевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петров, Сергей Витальевич

Глава 1. Литературный и патентный обзор методов охлаждения и профилирования валков широкополосных станов.

1.1. Актуальность проблемы.

1.2. Тепловой режим, его роль при горячей и холодной листовой прокатке

1.3. Конструкция систем охлаждения листовых станов горячей и холодной прокатки, их недостатки, нерешенные задачи.

1.4. Проблемы профилирования валков листовых станов, связь теплового режима с профилировкой валков.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Математическая модель теплового режима и охлаждения валков широкополосного стана горячей прокатки.

2.1. Уравнения теплового баланса - основа математической модели теплового режима и охлаждения валков широкополосных станов горячей прокатки.

2.2. Модель поверхностной температуры валков.

2.3. Разработка адаптивной модели теплового режима и охлаждения валков.

2.4. Исследование теплового режима и системы охлаждения валков с использованием математической модели.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Математическая модель профилировки валков стана холодной прокатки

3.1. Моделирование станочных профилировок валков на основе закона прокатки плоской полосы.

3.2. Уточнение моделей, используемых в расчете профилировок.

3.2.1. Уточнение модели коэффициента трения.

3.2.2. Уточнение математической модели упругого прогиба валков.

3.3. Модель универсальной профилировки валков непрерывного стана холодной прокатки.

3.4. Апробация модели универсальной профилировки на примере

5-ти клетевого стана 1700.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Совершенствование систем охлаждения и профилировок валков листовых станов.

4.1. Обоснование вариантов реконструкции системы охлаждения широкополосного стана горячей прокатки 1700, их реализация и результаты

4.2. Поэтапная разработка и внедрение универсальной профилировки валков на непрерывном 5-ти клетевом стане холодной прокатки 1700, результаты.

4.3. Патентная проработка новых технических решений.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов охлаждения и профилирования валков широкополосных станов»

1.1. Актуальность проблемы

Начиная с середины 80-х годов, в развитии технологии производства на действующих широкополосных станах проявляются следующие характерные тенденции:

- расширение их сортамента в направлении освоения прокатки особо тонких полос;

- уменьшение доли пауз, увеличение ритма прокатки.

На ряде современных станов горячей прокатки, где минимальная толщина горячекатаных полос составляла 1,8-2,0 мм, освоено производство полос толщиной до 0,7-1,0 мм, которые ранее получали только на станах холодной прокатки, что позволяет экономить за счет сокращения числа переделов при применении таких полос вместо холоднокатаных 40-90 долл./тн [1,2]. В свою очередь, на станах холодной прокатки, где минимальная толщина в соответствии с технологическими инструкциями составляла 0,5 мм, идет освоение прокатки полос толщиной 0,25-0,35 мм.

Кроме того, с целью повышения производительности все большее число непрерывных широкополосных станов, в том числе и чистовые группы станов горячей прокатки, переводят на работу в режим бесконечной прокатки [2,3].

В связи с существующими тенденциями, узким местом на пути развития технологии современной тонколистовой прокатки оказывается система охлаждения стана: чем тоньше прокатываемая полоса и меньше доля пауз в ритме прокатки, тем больше выделяется тепла, валки перегреваются, а система их охлаждения, не рассчитанная на новые условия прокатки, не справ5 ляется с оводом дополнительно выделившейся теплоты. В результате этого снижается стойкость валков: ухудшаются их механические свойства, увеличивается толщина оксидной пленки на поверхности валков, повышается вероятность появления трещин пережога и выкрашиваний, а также термического разрушения; нарушается стабильность их теплового профиля. В конечном итоге это приводит к дополнительным простоям стана при внеплановых перевалках, увеличению расхода валков и ухудшению качества полос.

В то же время потребители предъявляют все более высокие требования к качественным показателям полос, а именно, точности по толщине и плоскостности, регламентируемые отечественными и зарубежными стандартами (ГОСТ 19903-90, ГОСТ 19904-90, ЕЙ 10131-1991, АБТМ А568/А568М-95, ЛЭ О 3141).

Данные качественные характеристики прокатываемых полос в основном зависят от формы межвалкового зазора, которая должна соответствовать профилю полосы. В условиях нестабильности технологических параметров -большого разнообразия профилеразмеров и марок прокатываемого на широкополосных станах металла происходят постоянные колебания упругих деформаций валков и их теплового профиля, которые отражаются на точности прокатки.

Получение полос требуемого качества в этих условиях обусловило широкое применение систем гидроизгиба валков [4,5], а также систем многозонного охлаждения валков с целью управления тепловым профилем валков на станах холодной прокатки, где влияние термических напряжений не столь велико и валки обладают большей прочностью [6].

Однако зачастую возможностей систем гидроизгиба валков многозонного охлаждения оказывается недостаточно. В связи с этим возникает необходимость использования комплектов рабочих валков с различной шлифовочной профилировкой, что накладывает ограничения на производительность и экономические показатели процесса: требуется содержание большого парка валков с различными профилировками, увеличиваются простои ста6 на за счет большего количества перевалок. Указанная тенденция наиболее характерна для широкополосных станов холодной прокатки в связи с более высокими требованиями к качеству холоднокатаных полос со стороны потребителей.

Описанные в источниках [7. 13] современные технологии профилирования, такие как система осевого перемещения валков (HVC), система S -образных бочек (CVC), UPS - система прокатки в валках сигарообразной формы, технология прокатки в скрещивающихся валках, технология динамического изгиба валков - DSR, в значительной мере позволяют расширить возможности регулирования профилем валков широкополосных станов, сократить набор используемых профилировок. Их существенным недостатком являются большие капитальные затраты при возможном применении на уже действующих станах. Это обстоятельство делает использование указанных технологий на металлургических предприятиях России весьма ограниченным.

В связи с изложенным, в настоящее время весьма важное значение приобретает задача совершенствования систем охлаждения широкополосных станов, решение которой позволит оптимизировать температуру и профиль прокатных валков, повысить их стойкость, увеличить производительность станов и повысить качество проката. Кроме того, в условиях повышения требований к качеству полос, тенденции увеличения производительности процесса и снижения затрат на него, актуальной становится задача совершенствования методов профилирования валков. В частности, на станах холодной прокатки это выражается в тенденции сведения к минимуму количества используемых профилировок - их унификации. Применение современных методов профилирования валков требует больших капитальных затрат на реконструкцию действующих станов и модернизацию подразделений подготовки валков, вследствие чего актуальной является унификация профилировок за счет их правильного выбора и определения необходимых для этого технологических режимов прокатки и охлаждения. 7

Заключение диссертации по теме «Машины и агрегаты металлургического производства», Петров, Сергей Витальевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработана новая адаптивная математическая модель теплового режима и охлаждения валков широкополосного стана горячей прокатки, которая, в отличие от известных моделей, позволяет рассчитать средние по сечению температуры рабочего и опорного валков в функции температуры полосы, режима и ритма прокатки, конструктивных параметров стана, углов установки проводок-водоотсекателей, расхода, давления и температуры охлаждающей жидкости, конструкции форсунок и расположения коллекторов относительно бочки валка.

2. Достоверность разработанной математической модели теплового режима и охлаждения валков подтверждена сравнением расчетных температур с фактическими, измеренными на действующем стане.

3. Использование разработанной модели для определения параметров реконструкции действующего широкополосного стана горячей прокатки 1700 позволило разработать перечень мероприятий для реконструкции системы охлаждения этого стана.

Внедрение первоочередных мероприятий обеспечило снижение температуры рабочих валков на 15-20°С, в результате чего сократилось среднее время пауз при прокатке, увеличился выпуск тонких полос, снизился расход валков и сократилось количество внеплановых перевалок.

4. Разработана уточненная математическая модель коэффициента трения при холодной прокатке, в которой, в отличие от известной модели А.П.Грудева, учитывающей шероховатость валков, дополнительно предусмотрен учет шероховатости подката. Это позволило уточнить модель энергосиловых параметров процесса холодной прокатки, используемую при оп

109 ределении параметров реконструкции действующих станов и совершенствовании технологии производства холоднокатаных полос.

5. Выполнена доработка модели упругих деформаций валковой системы 4-х валковых клетей широкополосных станов с учетом разности длин бочек опорных и рабочих валков. В результате точность указанной модели, особенно на первых клетях непрерывного стана, существенно возросла. Уточненный алгоритм расчета упругих деформаций включен в модель профилировки валков.

6. Разработана новая адаптивная модель универсальной профилировки широкополосного многоклетевого стана холодной прокатки, позволяющая при большом количестве факторов, влияющих на профиль рабочих валков, производить его унификацию для разных групп сортамента в комплексе с расчетом необходимых режимов прокатки. По указанной модели была разработана универсальная профилировка валков непрерывного 5-ти клетевого широкополосного стана холодной прокатки1700 ОАО «Северсталь».

7. В результате внедрения универсальной профилировки на стане 1700 произошло сокращение количества плановых перевалок валков на 18-19%.

8. Теоретические разработки в области профилирования и охлаждения валков, успешно апробированные в промышленных условиях, послужили основой для создания трех изобретений.

110

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Петров, Сергей Витальевич, 2000 год

1. Kuebler G. Hot mills pushing to make ultra thin. // 33 Metalproducing. 1999. (37). №7. P. 26-30.

2. Тарасевич Ю. Ф. Бесконечная прокатка при производстве горячекатаного листа в Японии. // Производство проката. 1999. №8. с. 48.

3. Continuous finish rolling // Nippon Steel News. 1998. №270. P. 5.

4. Nishida S., Okumura Т., Uemura T. Development of steel plates manufacturing technologies at Kawasaki Steel. // Kawasaki Steel Techn. Rept. 1999. №40. P. 42-48.

5. Патент РФ 2122907 МКИ B21 B37/30. Система регулирования профиля полосы. / Бодров В. В., Рашников В. Ф., Носов С. К., Батурин А. А., Багаутдинов Р. М., Смышляев С. И., Славнов В. М. Опубл. 10.12.98.

6. Гарбер Э. А., Гончарский А. А., Шаравин М. П. Технический прогресс систем охлаждения прокатных станов. // М.: Металлургия. 1991. 256 с.

7. Lenze F. J. 6-Walzen-Kaltbandwalzanlage mit horizontaler und vertikaler Walzspaltbeeinflussing. // Stahl und Eisen. 1984. 2. S. 41 48.

8. Bald W., Beiseman G., Feldmann H. and Schuttes T. Continuously variable crown (CVC) rolling. // Iron and Steel Engineer. 1987. 3. P. 32 41.

9. Патент РФ 2129927 МКИ B21 B27/02. Узел валков прокатной клети полосового стана. / Гарбер Э. А., Дилигенский Е. В. Опубл. 10.05.99.

10. Adler J., Brand J., Lichtendahl Т., Teichert H. Modernization of a four-high stand stainless and head-resistant wide strip using UPS tehnology. // MPT (Metallurgical Plant and Tehnology). 1991. 4. P. 100 115.

11. Плахтин В. Д. Новая технология прокатки полосы в скрещивающихся валках для производства высококачественного листового проката. // Бюл. Нов. технол. 1998. №3. С. 75 78.111

12. Патент США 5657655 МКИ В21 В1/22. Непрерывный стан с перекрещивающимися осями рабочих валков. Опубл. 19.08.97.

13. Гарбер Э. А. Системный подход к анализу теплового режима прокатного стана как объект автоматизации // Повышение эффективности металлургического производства. Межвузовский сборник. JI.: СЗПИ. 1983. С.48 54.

14. Мартини Ф. Основные аспекты оптимизации условий прокатки в станах горячей листовой прокатки при использовании валков из быстрорежущей (HSS) стали. // Издание ф-мы Гонтерманн-Пайперс, Сиеген. Германия. 16 с.

15. Савранский К. Н., Гарбер Э. А. Методика расчета режимов горячей прокатки на листовых станах. // JL: Изд-во СЗПИ. 1978. 89 с.

16. Беняковский М. А., Богоявленский К. Н., Виткин А. И. и др. Технология прокатного производства. Т. 2. // М.: Металлургия. 1991. 423 с.

17. Шичков А. Н. Тепловой режим листопрокатных валков. // Изд-во Ленинградского университета. 1974. 144 с.

18. Третьяков А. В., Гарбер Э. А., Шичков А. Н., Грачев А. В. Совершенствование теплового процесса листовой прокатки. // М.: Металлургия. 1973. 304 с.

19. Каневский А. Д., Цзян Ш. Ц., Меденников А. А., Каракин Ю. М. Система охлаждения валков чистовых клетей непрерывного широкополосного стана. // Сталь. 1988. №4. С. 49 52.

20. Каневский А. Л., Цзян Ш. Ц. Исследование процесса теплообмена при плоскоструйном охлаждении валков и полосы. Сб.: Использование вторичных энергоресурсов и охлаждение агрегатов в черной металлургии. // М.: Металлургия. 1979. вып. 8. С. 89 92.112

21. Патент РФ 2131310 МКИ В21 В27/10. Способ охлаждения валков клети кварто. / Пименов А. Ф., Скороходов В. Н., Настич В. П., Чеглов А. Е., Угаров А. А., Трайно А. И., Коцарь С. Л. Опубл. 10.06.99.

22. Патент США 5517842 МКИ В21 В37/74. Rolling strip cooling system for rolling mills. / Ginzburg Vladimir B. 21.05.96.

23. Новак Ш. Л., Челенко В. Ф., Фиркович А. Ю., Денисов А. С., Тюленева А. И. Совершенствование профилировки валков чистовой группы клетей стана 2500. // Сталь. 1986. №10. С. 49 51.

24. Будакова А. А., Коновалов Ю. В., Ткалич К. Н. и др. Профилирование валков листовых станов. // Киев. Техника. 1986. 190 с.

25. Патент РФ 2133162 МКИ В21 В37/32. Способ управления профилем валков листопрокатного стана. / Гарбер Э. А., Гончарский А. А., Кузнецов В. В., Горелик П. Б., Абраменко В. И. Опубл. 10.06.99.

26. Савранский К. Н., Гарбер Э. А., Ламинцев В. Г. Пути экономии металла при производстве толстых листов. // М.: Металлургия. 1983. 120 с.

27. Гарбер Э. А., Шебаниц Э. Н., Шичков А. Н. и др. Математическая модель нестационарного теплового баланса и теплового профиля валков дрессировочного стана. // Материалы 3-й научно-технической конференции Череповецкого филиала СЗПИ. Л. 1971. 56 с.

28. Целиков А. И., Полухин П. И., Гребенник В. М. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. Т.З. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. // М.: Металлургия. 1981. 576 с.

29. Третьяков А. В., Гарбер Э. А., Давлетбаев Г. Г. Расчет и исследование прокатных валков. 2-е изд. // М.: Металлургия. 1976. 256с.

30. Третьяков А. В., Зюзин В. И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. Справочник. Изд. 2-е // М.: Металлургия. 1973. 224с.

31. Белосевич В. К. Трение, смазка и теплообмен при холодной прокатке листовой стали. // М.: Металлургия. 1989. 256с.113

32. Целиков А. И. Теория расчета усилий в прокатных станах. // М.: Металлургиздат. 1962. 494с.

33. Целиков А. И. Прокатные станы. // М.: Металлургиздат. 1946. 560с.

34. Целиков А. И., Смирнов В. В. Прокатные станы. // М.: Металлургиздат. 1958. 472 с.

35. Полухин В. П. Математическое моделирование и расчет на ЭВМ листовых прокатных станов. // М.: Металлургия. 1972. 512 с.

36. Грудев А. П. Внешнее трение полосы при прокатке. // М.: Металлургия. 1984. 167 с.

37. Гарбер Э. А., Горелик П. Б., Дилигенский Е. В., Кузнецов В. В., Петров С. В. Влияние режимов холодной прокатки и микрогеометрии валков на шероховатость холоднокатаных полос. // Производство проката. №6. 1999. с. 7-10.

38. Патент РФ 2134168 МКИ 6В07 В4/02. Пневмосепаратор сыпучего материала. / Абраменко В. И., Гарбер Э. А., Горелик П. Б., Дилигенский Е. В., Загреков В. П., Кузнецов С. А., Петров С. В. Опубл. 10.08.1999.

39. Способ управления профилем валков листопрокатного стана. / Гарбер Э. А., Гончарский А. А., Петров С. В., Абраменко В. И., Горелик П. Б., Кузнецов В.В., Антонов В. Ю. Заявка на патент РФ №2000103117/02 (003061). Приоритет от 08.02.2000.115