Разработка первого приближения стратегии обжатий при прокатке крупногабаритных листов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

М.И.Румянцев

ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»

РАЗРАБОТКА ПЕРВОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ СТРАТЕГИИ ОБЖАТИЙ ПРИ ПРОКАТКЕ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ЛИСТОВ

Аннотация. Сформулировано представление о стратегии обжатий при прокатке крупногабаритных листов. Рассмотрены различные схемы прокатки. Получены формулы для выбора суммарного обжатия и числа проходов при выполнении каждой операции.

Ключевые слова: прокатка крупногабаритных листов, стратегия обжатий, схема прокатки, операция прокатки, суммарное обжатие, число проходов.

Введение

При прокатке крупногабаритных листов сляб размерами Исл х Всл х £сл за Ы^ проходов деформируется в раскат размерами Ил х Ъно х 1но, где йл - толщина готового листа, Ъно и /но -ширина и длина раската с учетом его кратности, а также припусков на отбор планок для проб, торцевую и боковую обрезь. Независимо от числа клетей стана процесс подразделяется на черновую и чистовую стадии, на каждой из которых осуществляется Ы и Ы проходов соответственно (Ыя + Ы^ = Ы )• На черновой стадии производят обжатие до некоторой рациональной толщины кр (коэффициент суммарного чернового обжатия = Нсл1 hp ) и обеспечивают ширину раската Ъно. На чистовой стадии металл обжимается до толщины hл (коэффициент суммарного чистового обжатия = ) и удлиняется до /но.

В зависимости от конструкции стана, размеров заготовки и готового листа, требований к качеству листов применяют различные схемы прокатки [1-3]. Для всех схем характерно, что на чистовой стадии прокатка производится только продольными проходами (вдоль длинной оси раската). На черновой стадии могут применяться операции «протяжка» и «разбивка ширины» с применением и продольных, и поперечных проходов. Под стратегией обжатий понимаем последовательность операций, составляющих схему прокатки, суммарные деформации и число проходов при выполнении каждой из них.

СХЕМЫ ПРОКАТКИ И СУММАРНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ПО ОПЕРАЦИЯМ

Продольная прокатка с протяжкой и разбивкой ширины

Сначала сляб прокатывают «вдоль» (рис. 1) для снижения разнотолщинности исходной заготовки, что способствует в дальнейшем снижению разноширинности конечного раската. Именно эту стадию процесса в отечественной литературе называют протяжкой. В зарубежных источниках используют термин «калибрующие проходы».

Рис. 1. Продольная прокатка с протяжкой и разбивкой ширины: I - протяжка; II - разбивка ширины; III - прокатка на заданную толщину

Исходная толщина перед протяжкой равна толщине сляба: К(/) = Нсл. Пренебрегая уширением ( « Всл ), из закона постоянства объема толщина после протяжки

\ I)

НЕ!

Н сл Всл Ьсл _ ц

I)

(1)

Всл%( I) Ьсл

Если пренебречь уширением, суммарный коэффициент обжатия при протяжке равен вытяжке, которая по данным работы [1] может находиться в пределах от 1,1 до 1,6. Анализ опыта работы ТЛС 2800 [4] и ТЛС 5000 [5-6] показал, что 1,10-1,43 и при этом зави-

сит от отношения ширины сляба к длине бочки рабочего валка ( Рь = Бсл!Ьр ). С увеличением Рь суммарный коэффициент обжатия при протяжке уменьшается (табл. 1).

Таблица 1

К выбору суммарного коэффициента обжатия при протяжке

Рь 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 > 0,6

л^( I) 1,34-1,43 1,13-1,15 1,11-1,13 1,11

Затем раскат кантуют в горизонтальной плоскости на 90° и осуществляют вытяжку, необходимую для того, чтобы он удлинился до величины Ьио, которая равна ширине готового листа с учетом припуска на боковую обрезь. Ширина раската после кантовки станет равна Л' ' и, если пренебречь уширением, то будет оставаться такой же на протяжении всей

стадии. Длина же раската после кантовки окажется равной ширине сляба. Обжатие осуществляется от толщины К0(//) =НН/ле(/) до толщины ^(77у при которой Ел увеличится до

Ьно. Из условия постоянства объема

ку( II)

Н

сл/Ле(I) Всл Ле(I)Ьсл _ Нс

эЛе( I)

Л!( I)

- Всл / Ьно .

(2)

Тогда коэффициент суммарного обжатия при разбивке ширины с кантовкой

Л!( II) = К0( II)/ \ II)

Н

Ч( I)

Н.

В^/Ь,.

сл/ Л!(I) Всл / Ьно

= Ьно1 Всл .

(3)

Затем раскат вновь кантуют на 90° в горизонтальной плоскости и обжимают его до толщины готового листа Ил . При этом несколько проходов производят для того, чтобы

произвести обжатие от толщины до толщины промежуточного раската Нр (т.е. на черновой стадии процесса), а последующие - для обжатия от Нр до Нл (т.е. на чистовой стадии). После кантовки шириной раската становится размер Ь , а длиной - размер ' Ьсл . Коэффициент обжатия от толщины после разбивки ширины до толщины раската

Нсл! Ле( I)' Всл1 Ьно

ЛЕ( III )Я

К

(4)

Заметим, что = уЛх(77^ , а Нсл1 кр = л^я есть коэффициент суммарного об-

жатия на черновой стадии. Тогда

ЛЕ(///)К )ЛЕ(И) • (5)

Суммарный коэффициент обжатия на чистовой стадии, учитывая, что коэффициент обжатия сляба на заданную толщину листа Ле = Нсл1 Кл ,

л^ = к/К = ^^ = Ле/ЛЕк • (6)

Кл

Продольная прокатка с разбивкой ширины

В этом случае сляб кантуется на 90° в горизонтальной плоскости и прокатывается до получения раската длиной, равной ширине готового листа с учетом припуска на боковую об-резь (рис. 2).

Рис. 2. Продольная прокатка с разбивкой ширины: II - разбивка ширины; III - прокатка на заданную толщину

После первой кантовки раскат имеет следующие исходные размеры: толщина Ко(и) = Нсл, ширина Ъ0(ц) = Ьсл, длина 10(п) = Всл . Раскат удлинится до ц) = Ъно, когда будет произведено обжатие до величины

н в т

\п )= I с сл = Нл Всл1Ъно • (7)

Ъно Тсл

Следовательно, коэффициент обжатия при разбивке ширины

н

Ле(II) = яс\ = Ъно/Всл • (8)

Нсл Всл / Ъно

Затем раскат вновь кантуется на 90° и прокатывается на заданную толщину. Коэффициент суммарного обжатия за черновые продольные проходы

ЛЕ( iii )я но =ЛЕ(^)/Ле(ii) • (9)

кр

Коэффициент обжатия за чистовые продольные проходы

Л^ = КрК = = Ле/ЛЕк • (10)

Кл

Поперечная прокатка с протяжкой

Протяжка в данном случае осуществляется для того, чтобы длина сляба возросла до ширины конечного раската и чаще всего выполняется за один проход. По функциональному назначению эта операция является аналогом разбивки ширины при продольной прокатке и поэтому вариант поперечной схемы, представленный на рис. 3, также называют «поперечная прокатка с разбивкой ширины».

Рис. 3. Поперечная прокатка с протяжкой: II - протяжка для разбивки ширины; III - прокатка на заданную толщину

Перед протяжкой раскат имеет следующие исходные размеры: толщина ^ = Н^, ширина Ь^п ^ = , длина ^ = Ь^. В таком случае толщина, при которой будет достигнуто

УII) = Ьно ,

НЕТ

V)= Цсл = Нсл Ьсл/Ьно . (11)

^ ' ЬноВсл

Соответствующий коэффициент обжатия

н

л-< " >=нлнсж:=(12)

Прокатка на конечный размер осуществляется после кантовки раската в горизонтальной плоскости на 90 градусов. При этом, как и при прокатке по вариантам продольной схемы, коэффициент суммарного обжатия за оставшиеся черновые проходы Л£(ш)я = Лцц)/Лцн ), а коэффициент суммарного обжатия за чистовые проходы

л^ = Л/Л ж .

Поперечная прокатка без протяжки

Поперечная прокатка без протяжки (рис. 4) включает кантовку сляба в горизонтальной плоскости и прокатку на готовый размер.

'\90

Рис. 4. Поперечная прокатка без протяжки: III - прокатка на заданную толщину

Такая схема прокатки применима только в том случае, если длина сляба примерно равна ширине необрезанного раската. Коэффициенты суммарного обжатия на черновой и

чистовой стадиях л^= Нл/кр и р)= Нр1К= л) •

ВЫБОР ЧИСЛА ПРОХОДОВ

Для любой у -й операции или стадии ^^ = 1п ЛХ(7)/1пЛ(7), где Л (у) - среднее значение коэффициента обжатия. Ранее [7] была получена обобщенная формула

Л( У)

Л = 1,3841а

-0,052г> -0,017„ -0,034

0

ь

Л

£( У)

(13)

где а - напряжение текучести прокатываемой стали при стандартных условиях испытания по методике Л.В.Андреюка [8]. Представим формулы, которые учитывают частные особенности отдельных операций.

При выполнении протяжки коэффициент суммарного обжатия принимаем на основании табл. 1. Коэффициент частного обжатия л = варьируется в пределах от 1,08 до 1,20

(рис. 5, а). При этом среднее значение Л^)=1,127 (табл. 2).

Таблица 2

Средние значения коэффициента обжатия при выполнении различных операций прокатки крупногабаритных листов

] I II (Ш)Я

Л( у) 1,127 1,150 1,187 1,179

Тогда число проходов

N(7)= 1п[ЛЕ(7)]/1п[1,127]« 8,34• 1п[Л^)] • (14)

По опыту работы станов 2800 и 5000 [2-3] при разбивке ширины прокатка производится с коэффициентом частного обжатия Л(п) = 1,08-1,25 (рис. 5, б), Л(//)= 1,11-1,18 и тем

больше, чем больше разница Ъно -Всл (т.е. чем меньше отношение Ъно/ Всл ). Указанная тенденция отображается линейной аппроксимацией

Л(ц)« 1,25-0,185• Ъно/Всл • (15)

Если принять Л^ц) =1,150 (табл. 2), с учетом формулы (3) получим

К{11)= 1п [Ле(//)У1п [1,150]« 17,16 • 1п (Ко/Вл ) • (16)

Коэффициент частного обжатия после разбивки ширины Л(ш)Я = 1,12-1,26 (рис. 5, в). При среднем значении Л(ш)я = 1,187 (табл. 2), с учетом формул (5) и (3) находим

N ш )я =1п

Л!( III )К

[1,187]« 5,83 • 1п

( 1 Н. • В„,л

Л!( I)

кр •Ъно ,

(17)

Рис. 5. Распределение коэффициентов частного обжатия при выполнении различных операций прокатки крупногабаритных листов: а - протяжка; б - разбивка ширины; в - черновая прокатка после разбивки ширины; г - чистовая прокатка

Коэффициент частного обжатия при чистовой прокатке ^ = 1,05-1,35 (рис. 5, в), причем его среднее значение колеблется в пределах 1,19-1,22 и уменьшается с увеличением Рь . Указанная тенденция отображается аппроксимацией

Л^ -1,21 + 0,06'рЬ -0,09'РЬ . Если принять среднее значение ^=1,179 (табл. 2), то

^ = 1п [■Л^ ]/ 1п [1,179] - 6,06' 1п (кр!кл ).

(18)

(19)

Результаты расчетов по формулам (14), (16), (17) и (19) могут быть скорректированы с учетом особенностей компоновки стана.

в

г

Заключение

Стратегия обжатий при прокатке крупногабаритных листов представляет собой последовательность операций, составляющих схему прокатки, суммарные деформации и число проходов при выполнении каждой из них. Независимо от схемы прокатки суммарные деформации для одинаковых по назначению операций могут выбираться и рассчитываться одинаковым образом. В развитие ранее выполненных исследований получены зависимости, которые позволяют выбрать число проходов для каждой операции с учетом частных особенностей их осуществления.

Библиографический список

1. Прокатка толстых листов / П.И.Полухин, В.М.Клименко, В.П.Полухин и др. М.: Металлургия, 1984. 288 с.

2. Рациональные режимы прокатки толстых листов / Ю.В.Коновалов, К.Н.Савранский, А.П.Парамошин, В.Я.Тишков. Киев: Техника, 1988. 172 с.

3. Интенсификация производства толстолистовой стали / Ф.Е.Долженков, В.Г.Носов, Ю.В.Фурман и др. Киев: Техника, 1990. 136 с.

4. Оценка возможности совершенствования режима прокатки листов для сварных труб на толстолистовом стане 2800 с целью увеличения выхода годной продукции / М.И.Румянцев, Е.Л.Светличный, Н.Г.Куницина, В.Н.Дорош // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: междунар. сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. 2014. Вып. 20. С. 193-200.

5. Анализ параметров и результативности прокатки крупногабаритных листов для судостроения в условиях ОАО «ММК» / М.И.Румянцев, С.В.Денисов. А.А.Кузьмин и др. // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 70-й научно-технической конференции / под ред. В.М.Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. С. 238-241.

6. Румянцев М.И., Чикишев Д.Н., Разгулин И.А.. Опыт конструирования модели для расчета момента прокатки на толстолистовом стане // Калибровочное бюро. 2016. №7. С. 32-35. URL:http://passdesign.ru/numbers (дата обращения: 01.12.2017).

7. Румянцев М.И. Развитие методики синтеза режима обжатий при прокатке крупногабаритных листов на толстолистовых станах // Калибровочное бюро. 2013. №2. С. 91-100. URL:http://passdesign.ru/numbers (дата обращения: 01.12.2017).

8. Румянцев М.И., Белов В.И, Разгулин И.А Опыт совершенствования методики Л.В.Андреюка для расчета напряжения текучести при горячей листовой прокатке // Калибровочное бюро. 2015. №5. С. 73-85. URL:http://passdesign.ru/numbers (дата обращения: 01.12.2017).

•- INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH -•

M.I.Rumyantsev

Nosov Magnitogorsk State Technical University

DEVELOPMENT OF THE FIRST APPROXIMATION OF THE REDUCTION STRATEGY FOR HEAVY PLATES ROLLING

Abstract. The concept of the reduction strategy for heavy plates rolling are formulated. Considered various schemes of rolling. The equations for choosing total reduction and number of passes when you perform each operation has been composed.

Keywords: heavy plates rolling, scheme of rolling, operation of rolling, total reduction, number of passes.