CC BY
7
Petrov Pavel Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Burlakov Igor Andreevich, doctor of technical sciences, professor, chief specialist of the UGT production complex «Salyut» JSC «UEC», [email protected], Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
УДК 621.771.23
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-7-467-468
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОЦЕССА ДОКАТКИ КОНЦЕВЫХ УЧАСТКОВ ПОЛОС ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПНОЙ СТАЛИ ПРИ ПЕРВОЙ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ
А.А. Сафронов, С.М. Бельский, И.И. Шопин
Расход металла в значительной мере определяет экономическую эффективность процессов холодной прокатки полос и листов, в том числе электротехнической анизотропной стали. При порулонном производстве холоднокатаной электротехнической стали прокатка осуществляется в два этапа: сначала на промежуточную толщину, равную 0,6-0,7 мм, а затем на конечную толщину, равную 0,23-0,3 мм с промежуточным отжигом. Для уменьшения длины утолщенных передних и задних концевых участков холоднокатаных полос применяется технология докатки, которая, тем не менее, не обеспечивает стабильности величины утолщенных концевых участков холоднокатаных полос. В статье представлены результаты статистического анализа возможностей процесса до-катки при уменьшении и стабилизации длин утолщенных концевых участков холоднокатаных полос электротехнической анизотропной стали при первой холодной прокатке по данным одного из анализируемых периодов. Показано, что среднеквадратическое отклонение для длины утолщенных задних концевых участков можно снизить с 21,2 м до 10,2 м, а для длины утолщенных передних концевых участков снизить с 17,1 м до 11,8 м. Выбросы длины более 30 м и 75 м для задних и передних концевых участков соответственно возможно снизить на 70%.
Ключевые слова: холодная прокатка, электротехническая анизотропная сталь, докатка, концевой участок полосы, программное обеспечение MiniTAB.
Холодная прокатка стальных полос сопровождается не только уменьшением их толщины, но и такими эффектами формоизменения, как потеря полосой плоской формы [1-7], появление утолщенных концевых участков [8-10], проседание рулона после снятия с моталки и другими [11-14]. Для предупреждения и устранения дефектов формы и геометрических размеров используются различные методы: правка полосы в правильных машинах различного типа [15-20], изменение настройки стана в процессе прокатки [1,21-22], применение асимметричной прокатки [23-25]. При оценке экономической эффективности производства холоднокатаной тонколистовой продукции существенную роль играет расходный коэффициент металла. На станах порулонной холодной прокатки стальных полос электротехнической анизотропной стали (ЭАС) расход металла во многом определяется длиной утолщенных концевых участков.
Производство электротехнической анизотропной стали включает два этапа холодной прокатки: прокатка на промежуточную толщину 0,6 - 0,7 мм и прокатка на конечную толщину 0,23-0,3 мм с промежуточным отжигом. С целью экономии металла при первой холодной прокатке используется технология докатки концевых участков. Эта технология позволяет получить полосу с толщиной, пригодной для дальнейшей обработки в агрегатах непрерывного отжига и при этом получить экономию до тонны металла на каждом рулоне. На рис.1 представлен пример диаграммы толщины переднего концевого участка полосы ЭАС, но которой можно отметить два характерных участка. Первый - участок, толщиной более 1 мм (некондиция), который препятствует последующей обработке на агрегатах непрерывного отжига и вырубается в агрегатах подготовки холоднокатаных рулонов; за один из анализируемых периодов в 2020 г. доля полос с некондиционными участками составила 8,6%. Второй - участок уменьшения толщины с 1 мм до номинальной. Этот участок не препятствуют дальнейшей обработке полос и может быть выкатан в конечную толщину при второй холодной прокатке. Доля таких полос за тот же период составила 91,4%.
Аналогичная диаграмма может быть построена для толщины заднего концевого участка полосы. Длины указанных участков могут быть различными - в нормативной документации регламентируется только верхний предел длины некондиционного участка, который должен быть не более 8 метров. Доля металла с участком «некондиция» связана с регулированием толщины при заправке и выводе концевых участков полосы, обрывами и заправкой полосы после перевалки (в холодные валки). Из всего объема металла, прокатанного за рассматриваемый период 2020 г., доля металла с участком «некондиция» составила около 9% от всего объема (рис. 2).
Для оценки возможностей процесса докатки концевых участков был выполнен статистический анализ с помощью программного обеспечения MiniTAB. С помощью теста Андерсона-Дарлинга было проверено распределение длин переднего и заднего утолщенных концевых участков на нормальность; на рис.3-4 представлены результаты проверки распределения длин переднего и заднего утолщенных концевых участков. В обоих случаях параметр p-value < 0,05, т.е. нулевая гипотеза (распределение данных является нормальным распределением), следовательно, принимается альтернативная гипотеза о том, что распределение данных отличается от нормального.
Так как распределение данных не соответствует нормальному, то при описании процесса были использованы медианные значения длин концевых участков. Медианы на задних и передних концевых участков равны соответственно 15 м и 30,5 м. Наблюдается большое количество выбросов за верхние границы процесса - для заднего и переднего концевых участков они равны соответственно 35 м и 61 м (рис. 5).
Согласно [11-14] увеличение длины переднего утолщенного концевого участка связана прежде всего с предупреждением возможности потери рулоном устойчивости при снятии с моталки. На диаграммах анализа возможностей процесса докатки (рис. 6-7) видно, что существует значительный потенциал стабилизации процесса докатки концевых участков. Среднеквадратическое отклонение длины утолщенного переднего концевого участка можно снизить с 17,1 м до 11,8 м, а среднеквадратическое отклонение длины утолщенного заднего концевого участка можно снизить с 21,2 м до 10,2 м.
Изменение толщины полосы переднего концевого участка
0,5 1 * ' • '
О 10 JO 30 40 М 60 70 ЕО 90 IDO _Длима, м_
Рис. 1. Изменение толщины переднего концевого участка полосы
Доля рулонов с участком "некондиция"
10* 7,3%
0.4% 0.9%
Регулирование толщины ПОРОСЫ Прокатив после перемлки рабочих в ал нов Обрма полосы
Рис. 2. Доли металла с концевым участком «некондиция»
Probability Plot of Дл.перед.по допуску Normal - 9S% СЗ
Дл.перед.по допуску
Рис. 3. Проверка гипотезы нормальности распределения длины переднего утолщенного концевого участка
по тесту Андерсона-Дарлинга
Probability PEot of Дл зад.по допуску
Дл мд.по допуску
Рис. 4. Проверка гипотезы нормальности распределения длины заднего утолщенного концевого участка
по тесту Андерсона-Дарлинга
Boxplot of Дл.перед.по допуску: Дл.зад.по допуску
Рис. 5. Медианы длин задних и передних утолщенных концевых участков полос ЭАС
468
Pr«tH Data
LSL *
Target *
USL 61
Sample Mtsn ЗЗ.ЙЗЗЙ
Sample S 1ÄS9
5 LD«V (Overall) 17. N59
SID*V(\VH1HI) U.SOO*
Pioc«s capability к г> - г : Гит дя.псргд.по допуску
VSL
- Overall
---Withm
Overall Capability
Pp
FPU 0,33
Pplc 0.53
Gpm •
Potential (WrthmJ Capability
Cp
CPL •
CPU 0.77
Cpfc 0.77
100 120 МО
Perfoimance
Observed Expected Overall Expected Within
• 9 »
J.S5 5.52 1.02
Total J. »5 5,52 1.02
Рис. 6. Диаграмма анализа возможностей процесса докатки переднего концевого участка
Pfûcew Capability Report fùr Дя.аад.Пй допуску USL
Process Data
LSL m
Target *
USL 35
Sample Mean 15.9053
Sample X 16S9
StOev( Overall) 21.2226
SlDii^W'ithm)
- Overall
— — — Withrn
Overall Capability
PP •
PPU 0Д5
Ppk 0,25
Cpm
Potential (Wittel) Capability
Cp *
CPL •
CPU 0,32
Cpk 0,32
Pcrfonnancfl
Observed Expected Overall Expected Within
%<LSL • * •
% > USL 5.27 22.41 3,90
% Total ЗД7 22.41 3.90
Рис. 7. Диаграмма анализа возможностей процесса докатки для заднего концевого участка
Выводы. Снижение длины переднего и заднего утолщенных концевых участков полос ЭАС может быть достигнуто как за счет усовершенствования алгоритмов регулирования толщины полос при использовании технологии докатки, так и за счет сокращения количества случаев выпадов длин. Среднеквадратическое отклонение для длины утолщенных задних концевых участков можно снизить с 21,2 м до 10,2 м, а для длины утолщенных передних концевых участков снизить с 17,1 м до 11,8 м. Разбросы длины более 30 м и 75 м для задних и передних концевых участков соответственно возможно снизить на 70%, что является основным путем сокращения расхода металла и длин концевых участков.
Список литературы
1. Ginzburg V.B. Metallurgical design of flat rolled steels. New York: Marcel Dekker, 2005. 726 p.
2. Belskii S.M., Mukhin Yu.A., Mazur S.I., Goncharov A.I. Influence of the cross section of hot-rolled steel on the flatness of cold-rolled strip // Steel in Translation. 2013. Vol. 43, No. 5. P. 313-316.
3. Пименов В.А., Бельский С.М., Кузнецова Е.В., Шкарин А.Н. Математическая модель идентификации формы профиля поперечного сечения горячекатаных полос и распределения вытяжек по ширине холоднокатаных полос. Сообщение 1 // Производство проката. 2018. № 1. С. 11-15.
4. Shinkin V.N., Kolikov A.P. Simulation of the shaping of blanks for large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41, No. 1. P. 61-66.
5. Skorokhodov V.N., Chernov P.P., Mukhin Yu.A., Bel'skij S.M. Mathematical model of process of free spreading during strip rolling // Stal. 2001. No. 3. P. 38-40.
6. Пименов В.А., Ковалев Д.А., Дагман М.А., Мазур И.П. Развитие математических моделей формирования поперечного профиля полос при горячей прокатке с учетом износа валков // Черные металлы. 2021. № 10. С. 13-19.
7. Шинкин В.Н. Прямая и обратная нелинейная аппроксимация зоны упрочнения стали // Черные металлы. 2019. № 3. С. 32-37.
8. Song C., Cao J., Wang L., Xiao J. Zhao Q. Transverse thickness profile control of electrical steel in 6-high cold rolling mills based on the GA-PSO hybrid algorithm // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022. Vol. 121. P. 295-308.
9. Yao C.H., He A.R., Shao J., Zhang Y.J., Zhao H.S. Edge drop and high spot control of hot-rolled non-oriented electrical steel strip by taper roll shifting strategy // Ironmaking and Steelmaking. 2020. Vol. 47, No. 2. P. 138-144.
10. Wang L., Lin J.G., Jiang Z.Y. et al. BAOSTEEL edge drop control system used on 1420 mm cold tandem mill // Advanced Materials Research. 2012. Vol. 572. P. 78-81.
11. Причины образования дефекта "птичка" на стане холодной прокатки 1400 ЦДС ПАО "НЛМК" / Сафронов А.А., Бельский С.М.// В книге: Тенденции развития современной науки. Сборник тезисов докладов научной конференции студентов и аспирантов Липецкого государственного технического университета: Часть I. 2017. c. 205-208.
12. И.И. Шопин, С.М. Бельский. Слоистая модель напряженно-деформированного состояния рулона на моталке // Производство проката. 2016. № 8. с. 3-7.
13. Шопин И.И., Бельский С.М. Влияние шероховатости полосы на напряженно-деформированное состояние рулона // Производство проката. 2016. № 10. c. 3-7.
14. И.И. Шопин, С.М. Бельский. Упрощенная модель напряженно-деформированного состояния рулона на моталке // Производство проката 2016. № 5. с. 13-17.
15. Шинкин В.Н. Предварительная правка стальной полосы // Черные металлы. 2018. № 5. С. 34-40.
16. Shinkin V.N. Simple analytical dependence of elastic modulus on high temperatures for some steels and alloys // CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 15. P. 32-38.
17. Shinkin V.N. Springback coefficient of round steel beam under elastoplastic torsion // CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 15. P. 23-27.
18. Cao J.G., Chai X.T., Li Y.L. et al. Integrated design of roll contours for strip edge drop and crown control in tandem cold rolling mills // Journal of Materials Processing Technology. 2018. Vol. 252. P. 432-439.
19. Shinkin V.N. Elastoplastic flexure of round steel beams. 1. Springback coefficient // Steel in Translation. 2018. Vol.48, No. 3. P. 149-153.
20. Shinkin V.N. Elastoplastic flexure of round steel beams. 2. Residual stress // Steel in Translation. 2018. Vol.48, No. 11. P. 718-723.
21. Roberts W.L. Cold rolling of steel. New York: Marcel Dekker, 1978. 799 p.
22. Muhin U., Belskij S., Koynov T. Study of the influence between the strength of antibending of working rolls on the widening during hot rolling of thin sheet metal // Frattura ed Integrita Strutturale. 2016. Vol. 10, No. 37. P. 318-324.
23. Maksimov E.A., Shatalov R.L. Asymmetric deformation of metal and front flexure of thick sheet in rolling. Part 1 // Steel in Translation. 2012. Vol. 42, No. 5. P. 442-446.
24. Maksimov E.A., Shatalov R.L. Asymmetric deformation of metal and front flexure of thick sheet in rolling. Part 2 // Steel in Translation. 2012. Vol. 42, No. 6. P. 521-525.
25. Shatalov R.L., Maksimov E.A. Analysis of asymmetric rolling efficiency for improving rolled strip accuracy // Metallurgist. 2016. Vol. 60, No. 7-8. P. 730-735.
Сафронов Андрей Александрович, аспирант, [email protected]. Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,
Бельский Сергей Михайлович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,
Шопин Иван Иванович, канд. техн. наук, доцент, [email protected]. Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет
ANALYSIS OF THE POSSIBILITIES OF THE ELECTROTECHNICAL ANISOTROPIC STEEL STRIPS' END SECTIONS FINISHING PROCESS DURING THE FIRST COLD ROLLING
A.A. Safronov, S.M. Belskiy, I.I. Shopin
Metal consumption largely determines the economic efficiency of cold rolling processes of strips and sheets, including electrical anisotropic steel. In the "coil by coil" production of cold-rolled electrical steel, rolling is carried out in two stages: first to an intermediate thickness equal to 0,6-0,7 mm, and then to a final thickness equal to 0,23-0,3 mm with intermediate annealing. To reduce the length of the thickened front and back sections of cold rolled strips, the complete ends' rolling technology (finishing) is used, which, however, does not ensure the stability of the length of the thickened end sections of cold rolled strips. The article presents the results of a statistical analysis of the possibilities of the complete ends' rolling process when reducing and stabilizing the lengths of thickened end sections of cold-rolled strips of electrotechnical anisotropic steel during the first cold rolling according to one of the analyzed periods. It is shown that the standard deviation for the length of the thickened back end sections can be reduced from 21,2 m to 10,2 m, and for the length of the thickenedfront end sections can be reduced from 17,1 m to 11,8 m. Outliers of lengths over 30 m and 75 m for the back and front end sections, respectively, can be reduced by 70%.
Key words: cold rolling, electrotechnical anisotropic steel, finishing, strip end section, MiniTAB software.
Safronov Andrey Alexandrovich, postgraduate, [email protected], Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Belskiy Sergey Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Shopin Ivan Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University
