CC BY
173
УДК 621.771
Кинзин Д.И., Рычков С.С.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА БЕГОЯМ-ЭБ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ СОРТОВОЙ ПРОКАТКИ
Калибровка прокатных валков - ключевой элемент технологии сортовой прокатки. Точность расчета калибровки влияет на технико-экономические показатели производства и качество продукции [1].
Отсутствие четких критериев расчета калибровки приводит к тому, что один и тот же профиль можно получать фактически бесконечным количеством спосо-бов (рис. 1), каждый из которых имеет свое влияние на качество выпускаемой продукции, на энерго- и ресур-соемкостъ производства. Таким образом, задача проектирования калибровки, позволяющей снизить потребление электроэнергии, затрачиваемой на прокатку, и уменьшить вероятность образования внутренних и поверхностных дефектов, является актуальной.
Данная работа направлена на решение этой задачи с помощью оценки суммарного коэффициента эффективности различных вариантов калибровки, обеспечивающих получение одного и того же профиля и вычисления работы деформации, затрачиваемой на прокатку. Кроме этого используется программный комплекс БЕРОРМ-3Б, что позволит выявить влияние изменившейся формы калибров на вероятность образования дефектов при прокатке.
Коэффициент эффективности калибровки определяется как отношение смещенных объемов метелла:
V
кэ = -^,
Э V,
где Vnp - объем, смещенный в продольном направлении; V, -объем, смещенный в направлении обжатия.
Таким образом, различные калибры обладают различной вытяжной способностью. Калибры, обеспечивающие больший коэффициент вытяжки, более эффективны.
РГроведенные ранее исследования показывают, что лучшая по критерию максимума коэффициента эффективности калибровка валков обеспечивает также меньшую работу деформации и степень использования запаса пластичности [2]. Ниже показано, как можно использовать данные результаты для совершенствования калибровки профилей на примере стана 370 ОАО «ММК».
(1)
Если проанализировать калибровки валков стана 370 ОАО «ММК», то видно, что все «семейство» калибров можно разделить на пары неравноосное сечение - равноосное сечение. При всем многообразии калибровок и получаемых на стане профилей первые десять калибров неизменны для всего сортамента [3], поэтому они были выбраны для исследования. Таким образом, изменяя всего 5 пар калибров, была произведена оценка большей части калибровки (рис. 2).
Изменениям подвергались только неравноосные калибры, при этом некоторые параметры оставались неизменными, чтобы ограничить число возможных вариантов форм калибров, а именно: ширина калибра по врезу Бе, катающий диаметр Ошт, межвалковый зазор /.
Первая пара калибров стана 370 ОАО «ММК» представляет собой ящичную систему. Учитывая, что определенные размеры калибра должны оставаться неизменными, было решено варьировать ширину калибра Б и радиусы притупления Я по дну для первого прохода. При этом необходимым условием подбора формы калибров является возможность получения на выходе из равноосного сечения профиля одной и той же формы (ширины). Поэтому изменению также подвергалась и глубина вреза Я калибра в валки, соответственно менялась и высота калибра И.
Изначально планировалось провести исследование 3-х вариантов Б: 155,5; 135,5 и 115,5 мм и 4-х вариантов Я: 12; 22; 32 и 42 мм. Таким образом, получалось 12 вариантов неравноосного калибра. Однако, проведя
V & 1
V л
■Т:.1..*.
4 1
ч.'
1, [„..А
А
Рис. 1. Различные варианты калибровки, позволяющиеполучить профиль
квадратного сечения
Рис. 2. Исходная калибровкавалков клетей № 1-10 стана 370 ОАО «ММК:
87,5°/
г 8о,о%
' 77,5°/
75,0%
■ЕКэ
□Iа Г
Ш
12 6
124 =Г
123 ;
122 ■
121
расчет уширения после прокатки в первой и во второй клетях, установили, что варианты с шириной 115,5 мм и радиусами 32 и 42 мм не позволяют получить необходимый профиль на выходе из второй клети, поэтому они были отброшены, и окончательные расчеты проводились для 4-х вариантов, предложенных первоначально, плюс R = 2 мм при B = 135,5 мм (калибры «155-12», «155-22», «135-02», «135-12», «135-22»).
Результаты расчетов представлены на рис. 3.
Для остальных пар калибров данные были получены аналогичным способом, а основные результаты представ -лены в табл. 1.
Далее рассматривали влияние формы калибра на распределение степени использования запаса пластичности по сечению раската.
Степень использования запаса пластичности является одним из факторов, определяющих количество поверхностных и внутренних дефектов при прокатке.
В программе DEFORM-3D это критерий Кокрофта-Лэтэма (Damage), который рассчитывается по формуле
D =
d s
(2)
155-12 155-22 135-02 135-12 135-22
На звание калибра
Рис. 3. Суммарный коэффициент эффективности и общая работадеформации для системы ящичных калибров в клетях № 1-2 стана 370 ОАО «ММК»
Таблица 1
Результаты расчета по всем группам калибров
где s - накопленная пластическая деформация; ds -приращение накопленной деформации; ст* - максимальное главное растягивающее напряжение; а - интенсивность напряжений.
Моделирование формоизменения проводили методом конечных элементов с жтльзованием программного комплекса DEFORM-3D (операции подготовки данных для моделирования сортовой прокатки реализованы в препроцессоре - подпрограмме Shape Rolling). При этом были приняты следующие допущения: рассматриваемый процесс является симметричным (проводили прокатку четверти поперечюго сечения заготовки), изо-
Клети Коэффициент эффективности системы калибров, % Работа деформации, МДж
Исходныйварианг калибровки
№ 1-2 7B,3 B4,4 122,3 121,3
№ 3-4 74,6 B1,0 140,5 130,6
№ 5-6 75,9 77,B 140,4 135,0
№ 7-B 70,1 72,9 161,4 153,7
№ 9-10 6B,9 71,0 145,1 141,1
Итого 73,4 77,0 709,7 6B1,7
Предлагаемый ва риант калибровки
Таблица2
Параметры моделирования
Клети Число элементов Число узлов Размер элемента, мм
№ 1-2 160750 332B9 3,0
№ 3-4 16796B 35345 2,3
№ 5-6 152757 32529 1,7
№ 7-B 22702B 46749 1,2
№ 9-10 242060 5723B 1,0
Исходная калибровка
Предлагаемая калибровка
№ 1
№ 2
№ 3
№ 4
№ 5
Исходная калибровка
О * »
о # #
о
Предлагаемая калибровка
№ 6
№ 7
№ 8
№ 9
№ 10
Рис. 4. Распределение степени использования запаса пластичности по поперечномусечению раската в клетях № 1-10 стана 370 ОАО «ММК»
термическим (теплообмен рас -ката со средой отсутствовал); валки несжимаемые; материал полосы считается однородным, изотропным; деформируемая среда - вязкопластическая. Трение описывали по закону Зибеля. Показатель трения задавали постоянным и равным
0,7. Из стандартной библиотеки материалов была выбрана сталь ЛГ81-1015 (аналог стали 15). Температура заготовки - 1000°С.
Прокатку заготовки сечением 150*150 мм вели со скоростью вращения 10 рад/с в вертикальных валках с кантовкой после прокатки в неравноосном калибре, что моделировало чередование горизонтальных и вертикальных клетей стана 370. При прокатке в системах калибров овал-круг в клетях № 3-8 стана 370 конечно-элементная модель такая же, как при моделировании предыдущих проходов, кроме параметров, приведенных в табл. 2.
Рис. 5. Предлагаемая калибровка валков клетей № 1-10 стана 370 ОАО «ММК»
После прокатки во второй клети было произведено принудительное перестроение сетки при сохранении геометрии профиля, а после четвертого прохода и далее производилась замена раската на заготовку такого же сечения, но меньшей длины, для снижения времени расчета.
На рис. 4 представлено распределение степени использования запаса пластичности по поперечному сечению раската в первых восьми клетях стана 370, из которого видно, что предлагаемый вариант калибровки способствует меньшему образованию дефектов при прокатке.
По результатам расчетов можно говорить о том, что на всех этапах прокатки, предлагаемая калибровка демонстрирует лучшее распределение степени ис -пользования запаса пластичности по сечению раската по сравнению с исходной калибровкой. Можно утверждать, что разработанная калибровка меньше способствует образованию дефектов как на поверхности раската, так и в его объеме.
На основе проделанной работы была спроектирована новая калибровка (рис. 5), отличающася:
• меньшей работой деформации, затрачиваемой на прокатку (экономический эфффект - 805 тыс. руб. в год);
• повышенной стойкостью валков 1-й клети за счет увеличения выпуска калибра (экономиче-
ский эфффект - 470 тыс. руб. в год);
• меньшей вероятностью образования поверхностных и внутренних дефектов.
Список литературы
1. Совершенствование методики определения показателей формоизменения металла для управления качеством профилей при прокатке в калибрах/ Кинзин Д.И., ЛеваццовскийС А., Наливайко А.В., Завьялов К.А. // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2009. № 4. С. 54-56.
2. Кинзин Д.И., РычковС.С. Исследование эффективности калибровки сортовых профилей с помощью программы 0ЕРС^М-30 // Инженерные системы. 2010. С. 133-135.
3. ВТИ-101-П-СЦ-21-2007 (тех. инструкция стана 370). 2007. 148 с.
Bibliography
1. Perfection of the method of determination metal deformation indexes for shape quality control at the section rolling / Kinzin D.I., Levandovskiy S.A., Nalivaiko A.V., Zav'yalov K.A. // Vestnik MSTU named after G.I.Nosov. No. 4. P. 54-56.
2. Kinzin D.I., Rychkov S.S. Research of roll pass design effectiveness using DEFORM-3D // Inzhenernye sistemy. 2010. P. 133135.
3. VTI-101-P-SC-21 -2007 (mill 370'stech. instructon, OJSC «MMK»). 148 p.
