автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Роль высокочастотной составляющей при формировании продольной разнотолщинности полос при прокатке на 20-валковых станах и мероприятия по ее снижению

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ •8 ОД ИМ. И.П. БАРДИНА

Я П АВГ ¡393

На правах рукописи

БАРЫШЕВА Вероника Юрьевна

РОЛЬ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПРИ РМИРОВАНИИ ПРОДОЛЬНОЙ РАЗНОТОлщинности полос ПРИ ПРОКАТКЕ НА 20-ВАЛКОВЫХ СТАНАХ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЕЕ СНИЖЕНИЮ

05.16.05 - Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1 993 г.

Работа выполнена в Центральном ордена Трудового Красного знамени научно-исследовательском институте черной металлургии имени и. П. Бардина .

Научный руководитель

Научный консультант -

Официальные оппоненты

кандидат технических наук, Дейнеко А. Д.

кандидат технических наук, Ашихмин Г. В.

доктор технических наук,

профессор

Денисов П. И.

кандидат технических наук, доцент

Теплышев П. П.

- ЪО * селсг^^я

___часов

Зашита состоится года в

на заседании специализированного совета К141. 04-. 02 Центрального ордена Трудового Красного знамени научно-исследовательском института черной металлургии имени И. П. Бардина по адресу :107005, г. Москва, г-я Бауманская ул., 9/23

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ПНИИЧермет.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета

/1. Д. Помелова

- з -

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Научно-технический прогресс в отраслях электронной промышленности привел к созданию качественно новых технологий и изделий. Это потребовало, в свою очередь, от производителей металлопроката кардинального улучшения механических и геометрических свойств своей продукции. В настоящее время накоплен достаточный нучно-технический потенциал, позволяющий производить тонкий холоднокатаный лист и полосы из низкоуглеродистой стали, содержащий необходимый набор Физико-химических и механических свойств. Такой металлопрокат по сложившейся технологии производится в основном на го-валковых станах, которые считаются наиболее подходящими для прокатки прецизионных холодно^Раных полос, однако, открытой остается проблема получения холоднокатаных листов и полос с минимальным изменением толщины, что является необходимым условием для обеспечения требуемых характеристик изделий.

Цель работы. Повышение геометрической точности холоднокатаных полос за счет уменьшения влияния основных Факторов, влияющих на Формирование высокочастотной составляющей продольной разнотолшин-ности.

В работе решались следующие задачи:

-определить основные Факторы, влияющие на Формирование высокочастотной составляющей продольной разнотолшинности полос при прокатке на 20-валковых станах.

-экспериментально исследовать и обосновать степень влияния каждого фактора на Формирование высокочастотной продольной разнотолшинности при прокатке полос.

-определить возможности прогнозирования продольнрой разно-

толшинности исправления Факторами, влияющими на ее Формирование при прокатке.

- передать к внедрению разработанные технологические мероприятия по уменьшению высокочастотной составляющей продольной раз-нотолшинности полос.

Научная новизна. Впервые установлены наиболее значимые Факторы, влияющие на формирование высокочастотной составляющей продольной разнотолшинности полос при прокатке на 20-валковых станах. Определены возмущения, спектр частот которых оказывает наибольшее влияние на формирование высокочастотного изменения толщины полосы.

Экспериментально определено и теоретически подтверждено влияние Еибраций узлов оборудования главной линии ЕО-валкового стана на возникновение резонанс! ых явлений в очаге деформации и влияние их на формирование высокочастотной составляющей продольной разнотолшинности полос при прокатке.

Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено влияние Формы поперечного профиля прокатных валков вкомплекте валковой пирамиды 20-валкового стана на Формирование продольной разнотолшинности тонких холоднокатаных полос.

Экспериментальным и расчетным путями установлено влияние высокочастотных колебаний удельных натяжений при прокатке на Формирование высокочастотной продольной разнотолшинности полос.

Разработан метод прогнозирования продольной разнотолшинности полос, учитывающий влияние колебаний удельных натяжений, некруг-лости поперечного профиля валков и разнотолшинности подката на ее формирование в провессе прокатки , на основе которого сформулированы условия пригодности валков для получения прецизионных полос на 20-валковых станах и оперативного корректирования режимов прокатки.

Практическая ценность. На стане 700-Э Магнитогорского металлургического комбината в соответствии с результатами исследований проведена замена системы силоизмерительных роликов на систему стрессометров, что снизило амплитуды вибраций полосы и оборудования главной линии стана и уменьшило высокочастотную составляющую продольной разнотолшинности кинескопной полосы с 2,8... 5.О мкм до 2.0...2, 8 мкм. Разработанная программа прогнозирования продольной разнотолшинности при прокатке холоднокатаных тонких полос позволяет осуществлять оперативное управление режимом прокатки с целью получения минимальной продольной разнотолшинности полосы.

Разработан способ прокатки тонких и тончайших полос, позволяющий подавлять резонансные явления в очаге деформации и уменьшить продольную разнотолшинность полос при прокатке на 20-валко-вых станах до о, 5... О, 8 мкм.

Разработано устройство диагностирования состояния оборудования прокатного стана, учитывающее колебания натяжения и исходную продольную рразнотолшшость при прокатке на го-валковых станах, сигнализирующее о возможности появлений недопустимой разнотолшинности получаемой полосы и нежелательности дальнейшей работы в данном режиме или при данном состоянии оборудования.

Внедрение остальных предложенных технологических рекомендаций по снижению резонансных явлений в системе "стан-полоса" позволит в дальнейшем получить продольную разнотолшинность полос в высокочастотном диапазоне не более 0,8...1,0 мкм.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 2 статьи, тезисы доклада на научно-технической конференции МГНИ и получено 2 решения на выдачу патента.

- б -

Структура и объем работы. Диссертация состоит из б разделов, списка использованных источников, приложений. Она содержит 127 страниц машинописного текста. 24 рисунка, 3 таблицы, 4 приложения. список литературы включает 73 наименований.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Известно, что на Формирование продольной разнотолшинности холоднокатаных полос оказывает влияние ряд факторов, действующих в линии прокатного стана: динамическая нестабильность работы приводов. погрешности зубчатых зацеплений, биения рабочих и опорных валков стана при прокатке, биения моталок из-за их эксцентриситета и телескопичности рулона, колебания механических свойств и геометрии подката и технологически Факторов прокатки (■ колебания натяжений, неравномерность слоя смазки в очаге деформаций и так далее). Каждый из перечисленных Факторов в определенной степени влияет на стабильность Формирования толщины полосы при прокатке.

Обзор работ, посвященных Формированию продольной разнотолшинности полосы, показал, что среди их авторов нет единого мнения относительно определения доминирующих возмущающих Факторов. Известно. что биения валков при прокатке вносят определенную дол» в Формирование высокочастотной продольной разнотолшинности, однако количественно это влияние никем не определено.

Нет единого мнения о влиянии наследственной разнотолшинности подката на Формирование конечной продольной разнотолшинности холоднокатаных полос.

Несмотря на достаточно большой теоретический и экспериментальный материал, характер возмущающего воздействия.колебаний натяжений полосы при прокатке и доля его при Формировании высоко-

частотной продольной разнотолшинности требуют дальнейшего уточнения.

Достаточно хорошо изучено влияние динамической нестабильности работы приводов прокатных станов, • а также погрешностей в зубчатых зацеплениях при Формировании продольной разнотолшинности холоднокатаных полос. Но до сих пор неясен характер и степень влияния на нее вибраций оборудования главной линии прокатного стана, особенно при прокатке тонких прецизионных полос на 20-вал-коеых станах.

Таким образом, до сих пор не получены критерии качества валков перед завалкой, в данном случае отклонения Формы профиля поперечного сечения, и не разработана система мероприятий, позволяющие прогнозировать и устранять высокочастотную продольную разно-толпшнность полос при прокатке.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОФИЛОГРАИМ ПРОДОЛЬНОЙ РАЗНОТОЛШИННОСТИ ТОНКИХ ХОЛОДНОКАТАНЫХ ПОЛОС

Изучение причин Формирования продольной разнотолшинности полос, в частности, ее высокочастотной составляющей, проводился на примере тонкой холоднокатаной полосы из малоуглеродистой стали для электронной промышленности , окончательная прокатка которой производится на 20-валковых станах 700-э Нагнитогорского металлургического комбината (ММК), 720 Ашинского металлургического завода (АНЗ) и 1200 Новолипецкого металлургического комбината (Н/ИЮ. Такой полосе предъявляются особенно жесткие требования по точности размеров и особенно по продольной разнотолшинности, которая по техническим условиям не должна превышать ±0,OOS мм. фактически же для получения качественных изделий необходимо прокаты-

- в -

вать полосу с еше меньшей продольной разнотолшинностью.

Для получения предварительной информации о причинах Формирования и частотном спектре продольной разнотолшинности тонких полос из малоуглеродистой стали при п*экатке на различных го-валковых станах был проведен анализ профилограмм продольной разнотолшинности подката и готовых полос.

Как показал анализ состояния метрологического обеспечения на заводах, толщиномеры, установленные в линиях 20-валковых прокатных станов, давая интегральную оценку разнотолшинности на сравнительно большой площадке измерения (50x50 мм), не улавливают ее высокочастотную составляющую. Кроме того, их быстродействие недостаточно для отработки сигнала отклонения толщины от номинала всистемах автоматического регулирования толщины и натяжения. Поэтому для получения профилограмм без. потери высокочастотной составляющей продольной разнотолшинности при прокатке полосы были отобраны при последнем проходе образцы полос толщиной О, 15 мм, а также холоднокатаного отожженного подката. На части отобранных образцов снимали проФилограммы контактным толщиномером "Vollmer" с непрерывной записью и погрешностью ±1 мкм, а с части - проФило-метром-профилографом. с шагом 3 мм по длине полосы и погрешностью ±5 мкм.

ПроФилограммы обрабатывали методом спектрального анализа случайных процессов, так как предварительный анализ профилограмм позволил заключить. что продольная разнотолшинность полос представляет собой цолигарионический стационарный процесс.

Анализ графиков функций спектральной плотности профилограмм показал, что наибольшая энергия спектральной плотности продольной разнотолшинности готовой полосы приходится на диапазоны частот 7... 10 Гц. 30... 35 Гц, и 65... 70 Гц (что в пересчете на скорость прокатки г... 3 м/с составляет соответственно период продольной

разнотолшинности 285... гоо им. 66... 56 мм и 31... 26, 5 мм), независимо от стана, на котором проводилась прокатка.

Анализ Функпий спектральной плотности профилограмм отожжено-го холоднокатаного подката дает спектр частот в диапазонах 5... 7 ГЦ, 25. . . 30 ГЦ. 65. . . 70 ГЦ.

Совпадение максимумов Функций спектральной плотности для проФилограмм подката перед последним пропуском и готовой полосы толщиной 0.15 мм свидетельствует о том, что продольная разнотол-шинность подката не устраняется при последней прокатке и переходит на готовую полосу, усиливаясь дополнительными возмущениями, причины появления которых можно выяснить, выявляя те технологические Факторы, которые действуют в процессе Формирования профиля с частотой, равной или близкой частоте, соответствующей шагу неровностей поверхности.

Таким образом, спектральным анализом профилограмм продольной разнотолшинности тонких полос из малоуглеродистой стали для электронной промышленности установлена необходимость поиска технологических и других Факторов, оказывающих влияние на Формирование продольного профиля полосы в процессе прокатки, действие которых приходится на частотный диапазон основных гармоник от 5 до 80 Гц (что в пересчете на период продольной разнотолшинности полосы составляет от 400 до 15 мм).

ИЗМЕРЕНИЕ И АНАЛИЗ ВИБРАЦИИ ПОЛОСЫ И УЗЛОВ ОБОРУДОВАНИЯ ГЛАВНЫХ ЛИНИИ 2О-ВАЛКОВЫХ СТАНОВ ПРИ ПРОКАТКЕ

Для измерения и анализа вибраций в систене "стан-полоса" разработано специальное измерительное устройство,в основу которого положен метод анализа спектра с помощью перестраиваемого селективного Фильтра, который позволяет спроектировать и изготовить

портативный прибор, адаптированный к работе в условиях прокатного цеха.

Прибор состоит из выносного измерительного преобразователя, закрепляемого на объекте и колеблющегося с ним как единое целое, блока обработки сигнала и блока питания. В измерительном преобразователе механические колебания объекта преобразуются в адекватное напряжение переменного тока, поступающее после предварительного усиления и фильтрации от низкочастотных помех на перестриа-ваемый селективный фильтр. После усиления и детектирования напряжение поступает на измерительный прибор, шкала которого отградуирована в единицах амплитуды механических колебаний преобразователя. Диапазон измерения вибраций составляет 20... 1000 Гц.

С помошыо данного прибора при рабочих режимах прокатки были проведены измерения резонансных частот вибраций элементов оборудования главных линий 20-валковых прокатных станов 700-Э ИНК, 720 АМЗ и 1200 ШШ во всех, доступных для закрепления измерительного преобразователя, узлах станов. Таким образом были-определены основные узлы, вибрации которых находятся в диапазоне 20... 300Гц, включая гармоники высоких порядков, и могут оказывать влияние на Формирование высокочастотной составляющей продольной разнотолшинности малоуглеродистой тонкой холоднокатаной полосы.

Такими узлами оказались: моталки и разматыватели, опорные и измерительные ролики систем стрессометров (или тензоролики), а также протирочные устройства.

Анализ полученных спектров , а также расчеты собственных частот колебаний роликов стрессометров и полосы на участках "моталка-ролик" и "ролик-клеть",проведенные методом Ритца, показали следующее.

На стане 700-Э ИНК, оборудованном системой силоизмерительных роликов, при прокатке полосы со скоростью 2 м/с Формируется про-

дольная разнотолшинность с периодом 15...37 мм. то есть частотой 54... 133 Гц. Основной причиной ее Формирования является возникающий в очаге деформации резонанс от совпадения собственных частот колебаний силоизмерительных роликов до и после клети с собственными частотами колебаний полосы на участках "тензоролики-клеть". После замены системы силоизмерительных роликов на более "жесткую" систему стрессометров резонансные частоты колебаний при тех же режимах прокатки увеличились, а их амплитуды уменьшились, что привело к уменьшению величины высокочастотной составляющей продольной разнотолшинности готовой полосы.

В системе стана 720 АМЗ из-за особенностей его компоновки и хорошего качества соединений в линии привода резонансные частоты с большими амплитудами практически отсутствуют. При прокатке полоса на входе в очаг деформации зажимается протирочным устройством, играющим роль дополнительных опор и предотвращающим резонансные явления в клети. Поэтому можно отметить, что при Формировании продольной разнотолшинности тонких полос из малоуглеродистой стали на стане 720 АМЗ вибрации элементов оборудования не оказывают значительного влияния.

На стане 1200 Н/1МК наиболее велики биения подшипников дорна моталки и разматывателя. что влияет ка появление низкочастотной составляющей продольной разнотолшинности, а также биения опорных и измерительных роликов стрессометров. собственные частоты колебаний которых совпадают с собственными частотами колебаний полосы на участках между роликами стрессометров, из-за чего резко увеличивается амплитуда колебаний полосы, что приводит к ее локальному удлинению от поперечных резонансных вибросмешений.

- 12 -

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ

ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ ВАЛКОВ 20-ВАЛК0В0Г0 СТАНА НА ФОРМИРОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПРОДОЛЬНОЙ РАЗНОТОЛПШННОСТИ ПОЛОС

Для изучения степени влияния Формы поперечного профиля прокатных валков на формирование продольной разнотолшинности проведено комплексное исследование поперечного профиля валков валковой пирамиды стана 700-э ИНК.

Анализ Формообразования профиля поперечного . сечения валков другими исследователями показал его зависимость от точности токарных операций при обработке заготовок валков и их последующего шлифования. Поэтому исследование проводилось в два этапа.

На первом этапе для определения обшей картины состояния поперечного профиля валков стана 700-Э индикатором некруглости конструкции НПО "Черметавтоматика" измеряли в трех сечениях (с краев и в центре валка) поперечный профиль рабочих и промежуточных валков (за исключением роликоопор), анализируя при этом профиль образующей валка, измерения показывают, что у твердосплавных рабочих валков максимальные амплитуды отклонений Формы профиля по всей длине образующей составляют 0, 1..0, 4 мкм. Первые опорные валки имеют отклонения Формы профиля от идеальной Формы от овала до пятигранника. Профиль валков различен вдоль образующей, а максимальная амплитуда некруглости профиля находится в пределах

о, 6...4. о мкм.

Повторные измерения профиля поперечного сечения рабочих и первых опорных валков после одно-, двух- и трехкратного шлифования показали, что шлифование практически не изменяет Форму профиля валков.

В процессе прокатки с использованием таких валков возникают

естественные вибрации с определенными частотами, вызывающие колебания расстояния между центрами шеек рабочих валков и приводящие к формированию продольной разнотолшинности прокатываемой полосы.

Анализ возможных частот колебаний валков в пирамиде стана ТОО-Э при скоростях прокатки от 1.5 до 3 м/с в зависимости от Формы профиля валков, сделанный на основании расчетов, показал, что при некоторых комбинациях чисел граней на различных валках частоты колебаний могут быть достаточно близкими для возникновения резонансных явлений в очаге деформации, приводящих к колебанию расстояния между центрами шеек рабочих валков.

На втором этапе исследований моделировали продольную разно-толшинность прокатываемой полосы в зависимости от погрешностей Формы поперечного профиля валков валковой пирамиды 20-валкового стана и исходной продольной разнотолшинности подката. »).

При разработке алгоритма расчета использовано положение теории гармонических колебаний, в соответствии с которым, с учетом кинематической взаимозвязи скорости прокатки и диаметров валков в валковой пирамиде 20-валкового стана, зависимость толщины полосы от некруглости профиля поперечного сечения валков имеет вид:

у* - текущее смешение точки образующей поперечного сечения валка, А-^ - амплитуда гармонического колебания 1-го валка, К1- число граней на профиле поперечного сечения 1-го валка, Упр- скорость прокатки, диаметр 1-го валка, г - время. 4*01- начальный сдвиг Фаз.

По разработанному алгоритму составлена программа расчета

, где

*) работа проводилась под руководством доц. каф. ПДСС НИСИС, к. т. н. Ашихмина Г. В.

колебаний расстояния между центрами шеек рабочих валков вследствие некруглости профиля валков валковой пирамиды 20-валко-вого стана.

Для проверки степени достоверности прогнозирования было проведено измерение поперечного профиля комплекта валков валковой пирамиды стана 700-Э. Измерения проводили кругломером Фирмы "ТаЮг-НоЬзоп" Липецкого станкостроительного завода с погрешностью измерений 0,1мкм.

В программу ввели в качестве исходных данные об измеренных поперечных профилях валков ("огранка" валка и максимальная амплитуда отклоненния Формы поперечного профиля валка) и получили теоретическую развертку колебания расстояния между центрами шеек рабочих валков по длине полосы.

На измеренных валках провели г. рокатку кинескопной. полосы на готовый размер из холоднокатаного отохженого подката толщиной 0.22мм , сняв предварительно проФилограмму его продольной разно-толщинности. По окончании прокатки с готовой полосы также сняли профилограммы продольной разнотолшинности.

Эти профилограммы имеют профиль, аналогичный полученной расчетным путем развертке . Проведенный спектральный анализ показывает, что частотный спектр проФилограмм кинескопной полосы полностью включает в себя частотный спектр теоретической развертки колебаний расстояний между центрами шеек рабочих валков. Максимальная энергия спектральной плотности спектра теоретической развертки в этом случае выше максимальной энергии спектральной плотности спектра профилограммы разнотолшинности готовой полосы тол-шиной 0,15 мм. Это объясняется тем, что реально при прокатке в очаге деформации происходит сплющивание валков в местах контакта, часть энергии возмущений гасится за счет упруго-пластических свойств полосы и валков. Эти Факторы не учитывались в программе

расчета биений межцентрового расстояния между рабочими валками, но даже приблизительные расчеты показывают, что влияние некруглости валков валкобой пирамиды £0-валковых станов при формировании высокочастотной продольной разнотолшинности полосы при последней прокатке велико.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ й ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КОЛЕБАНИИ УРОВНЕН НАТЯЖЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ НА 20-ВАЛК0ВЫХ СТАНАХ НА ФОРМИРОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПРОДОЛЬНОЙ РАЗНОТОЛЩИННОСТИ ПОЛОС

Для изучения влияния уровней натяжения на формирование высокочастотной продольной разнотолшинности полосы проведен промыш-иенный эксперимент на стане 700-э по варьированию уровня натяже-1ия. Опытные рулоны прокатывали с различным уровнем натяжения, зарьируя его от рабочего в сторону повышения и понижения. При этом измеряли вибрации полосы и поддерживающих роликов в системе 'измерительный ролик-полоса".

ПроФилограммы продольной разнотолшинности готовой полосы 1нализировали методами спектрального анализа. Результаты анализа [оказали, что пик спектральной плотности смешается в сторону уве-ичения при увеличении уровня переднего натяжения и достигает :аксимума на частоте 155-160 Гц ( резонансная частота колебаний •оликов стрессометров и полосы в системе "измерительный ролик-по-оса"). что соответствует уровню натяжения на 15* выше рабоче-о.что приводит к увеличению величины продольной разнотолшинности олосы до 5 мкм. Таким образом, колебание натяжений при прокатке ожет оказывать значительное влияние на Формирование продольной азнотолшинности полос.

для определения размаха колебаний полных рабочих натяжений

проведено осциллограФирование тока якоря привода барабана разма-тывателя стана 700-Э при прокатке в рабочем режиме полосы на тол-шину О,15мм. Результаты осииллограФирования показали, что колебание величины полного натяжения поддерживаются АСУ ТП постоянным (девиация натяжения от ошибки вычисления диаметра рулона не превышают 4. £Х и носит гармонический характер). Мгновенное изменение полного натяжения отсутствуют из-за инерционности механической системы "барабан разматывателя (с рулоном)-редуктор-электродвигатель".

При резонансных явлениях в системе "измерительный ролик- полоса" резко увеличивается амплитуда колебаний полосы, что приводит к мгновенному уменьшению площади поперечного сечения полосы в области пластической деформации. При мгновенном уменьшении плошади поперечного сечения (и. следовательно, удлинении полосы) изменяется мгновенное значение удельного натяжения .

Это подтверждается лабораторным экспериментом по определению относительного удлинения полосы из малоуглеродистой стали толщиной 0. 15 мм в зависимости от амплитуды поперечных вынужденных колебаний. В результате эксперимента получили, что при амплитуде вынужденных колебаний 1 мм относительное удлинение полосы, измеряемое тензодатчиками. наклеенными на нее в продольном и поперечном направлениях, увеличилось на 1.88» Е-6 относительных единиц. Это привело к уменьшению мгновенного значения типичного удельного натяжения, равного 18 кг/ммЕ(полное натяжение Т=1525кг) на 4,138 кг/мм2, что составляет 23*.

Как известно, колебания натяжения, особенно заднего, оказывают большое влияние на величину формирующейся продольной разнотол-шинности при прокатке. Поэтому их необходимо учитывать при прогнозировании высокочастотной составляющей продольной разнотолшин-ности полос.

- 17 -

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ РАЗНОТОЛЖИННОСТИ ТОНКИХ ХОЛОДНОКАТАНЫХ ПОЛОС ПРИ ПРОКАТКЕ НА 20-ВАЛКОВОМ СТАНЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОЛЕБАНИИ УДЕЛЬНЫХ НАТЯЖЕНИИ И ФОРШ ПРОФИЛЯ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ВАЛКОВ

Для прогнозирования продольной разнотолшинности полосы и определения количественной оценки влияния каждого из возмущающих Факторов на ее Формирование составлен алгоритм расчета и по нему реализована программа.

При реализации алгоритма принимали следующие допущения:

-предел текучести материала полосы в каждом проходе определялся по Формуле бу = +а£а и изменялся равномерно в очаге деформации от входа к выходу;

- касательные напряжения в очаге деформации изменялись по закону V ;

- переднее и заднее полные натяжения при прокатке принимались постоянными. Расчет удельного натяжения в точке расчета проводился в зависимости от изменения толщины полосы в данной точке;

Известно, что толщина полосы на Еыходе из клети Швых), а также ее продольная разнотолшинность ( д 1гвых), возникающая при различных возмущениях на входе в клеть, определяется точкой пересечения кривой упруго-пластической деформации полосы, то есть функции

Р= ( Ъвх + а1шх, 11вых+ дЬвых, <оз+ д^з, бп* дбп),

и упругой линии клети.

Значение конечной толщины полосы на выходе из клети с учетом упругой деформации клети от усилия прокатки определяется по Формуле

Ьвых =5о+Р/М кл.

• - 18 -

При этом модуль жесткости клети Нкл определялся по эмпирической зависимости, полученной ранее в результате экспериментов и расчетов.

Решение итерационной задачи при совместном решении этих уравнений осуществлялось методом Монте-Карло, поскольку он позволяет производить расчнты с большой точностью. При этом учитывалось, что Э (зазор между центрами шеек рабочих валков) определяется как исходным установочным зазором Би. так и его изменением из-за биения валков Бб:

Бо = Би + Бб

Расчет усилия прокатки и длины дуги контакта выполнялся по методике А. И. Деликова

Коэффициент трения в очаге деформации рассчитывался по методике Грудева, поскольку результаты его исследований хорошо согласуются с реальными режимами работы 20-валковых станов.

Расчет проводился для К Фиксированных точек по длине полосы. Для каждой точки определялся результирующий зазор между центрами шеек рабочих валков с учетом биения валков от их некруг-лости(так называемая начальная настройка), и проводилось численное решение системы уравнений для определения толшины получаемой полосы и усилия прокатки & каждой точке.

При расчетах были учтены колебания удельных натяжений при прокатке при постоянстве полного натяжения полосы на разматывате-ле и моталке.

Проверка степени достоверности прогнозирования была проведена на примере прокатки кинескопной полосы на стане 700-Э с использованием комплекта валков с предварительно измеренным профилем поперечного сечения. Сравнение полученной расчетной продольной разнотолшинности готовой полосы с измеренной после прокатки показало, что погрешность прогнозирования не превышает 15/..

Разработанная программа, в отличие от существующих, учитывает наличие возмущающих Факторов , влияющих на Формирование продольной разнотолшинности полос и является инструментом для разработки и корректирования режимов прокатки, позволяющих получать полосу с минимальной разнотолшинностью.

РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИИ ПО УМЕНЬШЕНИЮ ВЛИЯНИЯ ВОЗИУШАШЙХ ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОЙ РАЗНОТО/ЩИННОСТИ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ НА 20-ВАЛК0ВЫХ СТАНАХ

Поскольку определено влияние величины и колебаний удельных итяжений и разнотолшинности подката на Формирование продольной разнотолшинности полос при последней прокатке на 20-валковых ста-гах автором предложено устройство диагностирования состояния оборудования прокатного стана , учитывающее совместное влияние этих факторов. Данное устройство может быть использовано для. оператив-юго корректирования режима прокатки полосы с учетом высоко-састотных колебаний натяжений и толщины подката. На данное уст-юйство авторами получено положительное решение ( N 4926850/27 от :3. 04. 91)

Для предотвращения резонансных явлений в системе нстан-по-:оса", влияющих на изменение мгновенных значений толщины полосы и дельных натяжений автором предложен способ прокатки тонких и ончайших полос Ш 4950756/27 от 27.06.91)

Сущность способа заключается в том, что при прокатке изменяют оотношение расстояний от точек опор полосы { например, роликов трессометров) на входе и выходе из клети в зависимости от ре-ультатов измерений вибраций полосы на участках "опора-клеть", оотношение этих расстояний при этом находится в пределах П... 7/9, в отличие от обычного, симметричного относительно кле-

ти, расположения опор. Это позволяет смешать резонансные частоты колебаний соответствующих участков полосы в разных направлениях и предотвращать резонансные явления в очаге деформации, связанные с "захватом" частот колебаний обоих участков и колебаний на обшей частоте.

Таким образом, на основании проведенных исследований для получения высокоточной полосы из малоуглеродистой стали определена необходимость реконструкции стана 700-Э НИК. заключающаяся в следующем:

-уменьшение длины главной линии или разбиении ее на большее количество участков за счет установки дополнительных опор полосы, что приведет к снижению резонансных явлений при прокатке; -установка в системах метрологического обеспечения приборов контроля толщины и технологических режимов, быстрод^Ьтвие которых соизмеримо с реальным временем прокатки, что позволит оперативно изменять режимы прокатки в зависимости от колебаний продольной разнотолшинности подката и удельных натяжений полосы.

Анализ работы стана 1200 НЛМК показал, что прокатка тонких полос из малоуглеродистой стали, являюшаяяся вынужденной мерой при сложившейся схеме производства таких полос, является нежелательной, поскольку стан не в состоянии обеспечить необходимой степени точности прокатываемых полос.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Методами спектрального анализа и экспериментально на промышленных станах и в лабораторных условиях установлено, что основными возмущающими факторами, влияющими на Формирование высокочастотной составляющей продольной разнотолшинности тонких холоднокатаных полос являются:

- 21 -

- продольная разнотолшинность холоднокатаного подката.

-вибрации и колебания частей оборудования главной линии опорных и измерительных роликов силоизмерительных систем.

-колебания удельных натяжений при прокатке. . -отклонения Формы поперечного профиля валков в валковой пирамиде стана от идеальной Формы.

Показано, что основное влияние (до 35... 45 у.) на Формирование высокочастотной продольной разнотолшинности оказывает Форма профиля валков, доля влияния остальных Факторов составляет в среднем по 15.. . 25'/..

2. Для измерения вибраций элементов оборудования прокатных станов на основе принципа анализа спектра.сигнала с помошью перестраиваемого селективного Фильтра разработано устройство, состоящее из выносного измерительного преобразователя, закрепляемого на объекте и колеблющегося с ним как единое целое и блока обработки сигнала. Устройство позволяет оценить уровень вибраций в диапазоне частот 20... 1000 Гц.

3. На основании экспериментальных исследований уровней вибрации элементов оборудования станов 700-э МНК, 720 АНЗ и' 1200 Н/ШК с последующей обработкой результатов методами теории гармонических колебаний зафиксированы резонансные явления, возникающие от совпадения собственных частот колебаний полосы и колебаний элементов оборудования станов, что приводит к резкому увеличению амплитуды высокочастотной составляющей продольной разнотолшинности до величины 1 мкм.

4. Анализ результатов измерений поперечного профиля валков 20-валкового стана 700-Э с использованием специальных кругломеров показал, что их Форма существенно различается по числу граней, амплитуде и распределению по длине бочки, что свидетельствует о целесообразности применения методов теории случаййых процессов

- гг -

при оценке их влияния на Формирование высокочастотной составляющей колебаний центров рабочих валков, и, соответственно, продольной разнотолшинности прокатываемой полосы.

5. Разработана математическая модель процесса холодной прокатки, позволяющая прогнозировать продольную разнотолшинность полос с учетом Формы поперечного профиля валков в пирамиде, колебаний удельных натяжений и исходной продольной разнотолшинности подката. Проведенные с использованием математической модели иссле дования показали, что рассчитанные применительно к технологическим режимам прокатки профилограммы продольной разнотолшинности и ее высокочастотной составляющей соответствуют реальным проФи-лограммам толщины полос в продольном направлении. Расхождение расчетных и экспериментальных результатов составляет 15-17и.

6. На основании полученных результатов предложен способ прокатки тонких и тончайших полос, позволяющий подавлять резонансные явления в очаге деформации, уменьшая при этом величину продольной разнотолшинности до 0. 8... 1.0 мкм за счет изменения соотношений расстояний от точек опор полосы на входе и выходе из клети.

7. Предложена система автоматики, позволявшая диагностировать состояние оборудования прокатного стана , оперативно корректировать режимы прокатки в этой зависимости и уменьшать конечную продольную разнотолшинность до уровня 0,5;.. О, 8 мкм в частотном диапазоне 20... 1000 Гц (что в пересчете на период продольной разнотолшинности полосы при скорости прокатки 2 м/с составляет 100...2 им).

в. На основании проведенных исследований для получения высокоточной полосы из малоуглеродистой стали показана необходимость реконструкции стана 700Э МНК, заключающаяся в :

- уменьшении длины главной линии или разбиении ее на большее количество участков за. счет установки дополнительных опор полосы.

что приведет к уменьшению вероятности возникновения резонансных явлений при прокатке;

-установке в линии стана и системах регулирования приборов контроля толщины полосы и технологических параметров прокатки, быстродействие которых соизмеримо с реальными временными показателями Формирования толщины полосы в очаге деформации, что позво^ лит оперативно корректировать режимы прокатки в зависимости от колебаний продольной разнотолщинности подката, удельных натяжений полосы и других технологических параметров.

9. Анализ работы стана 1200 НЛЖ показал, что прокатка тонких точных полос из малоуглеродистой стали, являющаяся вынужденной мерой при сложившейся схеме производства, нежелательна, поскольку состояние стана не позволяет обеспечить необходимую степень точности геометрических размеров прокатываемых полос.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. В. Ю. Барыше ва. Г. В. Ашихмин, А. Д. Дейнеко. Математическая модель биения рабочих валков 20-валкового стана// Изв. Вузов. ЧМ -1991-НЗ. -С. 55-57.

2. В. ю. Барышева. А. Д. Дейнеко, г. В. Ашихмин. Экспериментальное и теоретическое исследование причин Формирования высокочастотной продольной разнотолшинноссти при холодной прокатке кинескопной полосы. М., 1991. -10с.-Деп. в Черметцнформашга 30. 05. 91,

N 5740

3. Устройство для диагностирования состояния оборудования прокатного стана:Реш. о выдаче патента по заявке N 4926650/27/035054 от 26.11.91 / В. Ю. Барышева, Ю. С. Артамонов. А. Д. Дейнеко, Г. в. Ашихмин, В. н. Скороходов.

4. Способ непрерывной прокатки тонкой и тончайшей полосы :Реш. о выдачк патента по заявке N 4950756/27/055113 от 29.10.91 /

В. Ю. Барышева. П. П. Чернов. Ю. С. Артамонов, А. Д. Дейнеко. Р. я. Ку-туев. Г. В. Ашихмин

5. В. Ю. Барышева, С. Н. Скороходов, Ю.С.Артамонов Выявление резонансных частот в системе "стан-полоса" и их влияние на геометрические параметры кинескопной полосы// 53 научно-техническая конф. МГИИ:Тезисы докл. - Магнитогорск, 1990 г. С. 49.

Фирм* "Эвтектика" уч.и>д.ямст 1,0 мит. лист 1,5 **ш N 429. тир. 100