CC BY
37М.И. Румянцев, Д.Н. Чикишев, И.А. Разгулин
ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
ОПЫТ КОНСТРУИРОВАНИЯ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗА ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА ПРИ ПРОКАТКЕ НА ТОЛСТОЛИСТОВОМ СТАНЕ
Выполнен анализ точности расчета температуры металла при прокатке на толстолистовом стане при использовании различных сочетаний 38 формул, отображающих деформационный разогрев, охлаждение теплопередачей валкам и охлаждение излучением. На основании результата анализа сконструирована аккомодационная модель для прогноза температуры раската перед каждым проходом при стандартной ошибке оценивания 9°С.
Ключевые слова: толстолистовой стан, температура металла, деформационный разогрев, охлаждение теплопередачей валкам, охлаждение излучением, аккомодационная модель.
При совершенствовании технологических систем производства горячекатаной листовой стали большое значение имеет задача прогноза температуры раската. При прокатке толстых листов наиболее существенными составляющими изменения температуры являются: разогрев металла в результате деформации (Д^), теплоотдача рабочим валкам (Дtcwr), теплоотдача излучением (Дtr). Известно много формул для расчета каждой из указанных составляющих, однако эти формулы были получены при различных условиях прокатки и применение каждой из них в иных условиях может приводить к заметным погрешностям. Поэтому в работе была поставлена задача выбора формул, которые дают наименьшую погрешность в конкретных условиях прокатки.
В качестве экспериментальных данных использовали результаты наблюдений при прокатке на стане 5000 раскатов толщиной 12,0-25,4 мм и шириной 2620-4500 мм из сталей марок СтЗсп, 15ХСНДА, категорий прочности К65 (2 паспорта) и Х65, которые также анализировались в предыдущей работе [1]. Температура начала прокатки ( ^ф ) изменялась в диапазоне 770^1070°С (рис. 1), усилие прокатки Р = 20 ■ 97МН, степень деформации
£ = 7,14 ■ 21,3%, отношение времени паузы к толщине раската — = 0,04 ■ 0,35 с/ мм, от-
Н
ношение длины к средней высоте очага деформации —— = 0,64 ■ 2,88, среднее давление
Н
рср = 89,17 ■ 446,22 МПа . При выполнении исследования рассматривались только те проходы, в которых не применялись гидросбив окалины и кантовка раската.
Для расчета Дt^ известны формулы: А.И.Целикова [2, (П.86)]; Л.Г.Стукача [2, (11.87)];
В.А.Тягунова [2, (11.88)]; Н.И.Крендлина [2, (П.90)]; Ю.Д.Железнова, Б.А.Шифриновича [2, (П.91)]; М.А.Зайкова [2, (11.93)]; Х.Венцеля [2, (П.94)]; С.Л.Коцаря, Б.А.Полякова, М.И.Псела [2, (П.95)]; О.Павельски [2, (11.96)]; В.И.Зюзина, М.Я.Бровмана, А.Ф.Мельникова [2, (11.97)]; В.М.Логовского [2, (11.99)]; Ю.В.Коновалова, А.Л.Остапенко, В.И.Пономарева [2, (11.100)].
Расчет Дtcwr может быть выполнен по формулам: В.Тринкса [2, (П.46)]; В.А.Тягунова
[2, (11.47)]; Ш.Гелеи [2, (П.49)]; Х.Венцеля [2, (11.52)]; Ю.Д.Железнова, Б.А.Шифриновича [2, (П.54)]; О.Павельски [2, (П.55)]; Ф.Серединского [2, (П.56)]; В.М.Луговского [2, (11.57)]; Ю.В.Коновалова, А.Л.Остапенко [2, (П.58)]; С.Л.Коцаря, Б.А.Полякова, М.И.Псела [2, (11.60)]; И.М.Мееровича, И.Ф.Франценюка, Ю.Д.Железнова и др. [2, (11.61)]; И.Шварцера [2, (н.62)]; В.И.Зюзина, М.Д.Залесова, Л.Д.Ломтева [2, (11.64)].
Рис. 1. Температура начала прокатки листов из различных марок стали
Чтобы определить Atr можно применить формулы: В.Тринкса [2, (II.6)]; В.А.Тягунова [2, (II.7), (11.8)]; Г.П.Иванцова [2, (II.9)]; Ш.Гелеи [2, (11.11)]; М.А.Зайкова, В.В.Пудинова [2, (П.1з)]; П.В. Ли, Р.Б.Симса, Х.Райта [2, (II.14)]; Н.Н.Крейндлина [2, (II.15)]; Х.Венцеля [2, (lI.17)]; А.Ловайя, Г.Кройлича [2, (II.18)]; И.И.Васина, А.Ш.Гиндина [2, (II.19)]; М.М.Сафьяна [2, (П.21)]; И.Шварцера [2, (II.24)]; В.М.Луговского, А.Л.Остапенко [2, (II.26)]. Как и в работах [3-5], для каждого прохода рассматривали различные сочетания { At^ ;
Atcwr; Atr } составляя их по принципу перебора всех упомянутых формул. Наилучшим сочетанием для прохода считали такое, при котором различие рассчитанной температуры начала прокатки tg и фактической ^ф было минимальным. Всего было выявлено 27 различных сочетаний, удовлетворяющих требованию |tg — tg^ ^ min. Анализ значимости факторов прокатки, которые были выявлены в работах [3-5] показал, что для прокатки на толстолистовом стане наиболее информативным фактором является характеристика высоты очага деформации lxjhCp .
Установили, что при выборе формул для расчета изменения температуры листа в результате излучения необходимо рассматривать следующие диапазоны ^jh^ : не более 1,87;
1,88^2,75; 2,76 и более. В указанных диапазонах предпочтительно применять формулы: М.А.Зайкова, В.В.Пудинова; И.Шварцера. Алгоритм расчета представлен на рис 2.
( НАЧАЛО"^)
91, Ю4 Atr = —- т f t0 + 273 ^ 4
CnPn h t 1ggg
Atr = tg
1 — exp
—1,269 -10
—3
((tg + 273)/100)4 — 74 т
tg — 20
h
( КОНЕЦ )
Рис. 2. Алгоритм расчета изменения температуры листа в результате излучения
При выборе формул для расчета изменения температуры листа в результате передачи тепла валкам необходимо рассматривать диапазоны до 1,17; 1,17-1,43; 1,44-1,48;
1,48-1,51; 1,52-1,53; 1,54-1,87; 1,88-2,75; 2,76 и более. В указанных диапазонах предпочтительно применять формулы: В.Тринкса; Х.Венцеля; Ю.Д.Железнова, Б.А.Шифриновича. Алгоритм расчета по данной методике представлен на рис 3.
Рис. 3. Алгоритм расчета изменения температуры листа в результате передачи тепла валкам
При выборе формул для расчета изменения температуры листа в результате деформационного разогрева необходимо рассматривать диапазоны до1,17; 1,17-1,43;
1,44-1,48; 1,48-1,51; 1,52-1,53; 1,54-1,87; 1,88-2,75; 2,76 и более. В указанных диапазонах предпочтительно применять формулы: Л.Г.Стукача; В.А.Тягунова; В.И.Зюзина, М.Я.Бровмана, А.Ф.Мельникова. Алгоритм расчета представлен на рис 4.
При использовании разработанных алгоритмов степень соответствия расчетных и фактических изменений температуры между двумя последовательными проходами составила 71% (рис. 5). А степень соответствия между расчетными и фактическими значениями температуры начала прокатки в двух последовательных проходах составила 99% (рис. 6).
1325 - и , 1 Г1 ? к
м - 0 1 + - -1 к
п 8,35 3 к
V СР УJ
^ КОНЕЦ^
Рис. 4. Алгоритм расчета изменения температуры листа в результате деформационного разогрева
Рис. 5. Диаграмма соответствия рассчитанных и фактических изменений температуры листа между проходами
Рис. 6. Диаграмма соответствия рассчитанных и фактических значений температуры начала прокатки в двух последовательных проходах
В применяемых формулах используются следующие параметры: Я - радиус валков, мм; 1М!Г - температура валков, °С; ко, ку - толщина полосы до и после прохода, мм; Уп - скорость полосы, м/с; £ - опережение;
Сп - теплоемкость полосы, кДж/(м3°С):
422,7 + 48,66 ехр(о,319 • 10"5 Т) Т < 700
( Т
C
П
657,0 + 0,0841
T > 700
^1000J
Рп = 7500 кг/м - плотность полосы;
<Jß - временное сопротивление, МПа. Рассчитывается в зависимости от химического состава стали. Для марок СтЗсп, 15ХСНДА, К65 и Х65, получили 450, 470, 470 и 500 МПа соответственно.
Библиографический список
1. Румянцев М.И., Белов В.И., Разгулин И.А. Опыт совершенствования методики Л.В.Андреюка для расчета напряжения текучести при горячей листовой прокатке. Электронный журнал «Калибровочное бюро» 5 выпуск, с.73-84, 2015г. URL: http://passdesign.ru/numbers/number_five_05_2015.zip (дата обращения: 10.02.2016).
2. Коновалов Ю.В., Остапенко А.Л., Пономарев В.И. Расчет параметров листовой прокатки. Справочник. М.: Металлургия, 1986. С. 114-162.
3. К вопросу построения модели для расчета составляющих температурного режима металла в линии широкополосного стана горячей прокатки / М.И.Румянцев, И.Г.Шубин, Д.Ю.Загузов, О.С.Носенко // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: междунар. сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. унта им. Г.И. Носова, 2006. С.26-34.
4. Синтез модели для расчета температуры тонких полос из малоуглеродистых сталей в линии широкополосного стана горячей прокатки / Р.А.Исмагилов, М.И.Румянцев, И.Г.Шубин, и д.р.// Производство проката. 2007. №5. - С.5-9.
5. Моделирование изменения температуры металла при горячей прокатке толстых полос из низколегированных сталей на широкополосных станах с целью повышения результативности процесса / М.И.Румянцев, И.Г.Шубин, О.Ю.Сергеева и др. // Производство проката. 2009. №9. С.7-11.
