CC BY
1
https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-1-55-59 Поступила 23.01.2024
УДК 621.771.06-114 Received 23.01.2024
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ ГОРЯЧЕКАТАНОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА В СРЕДЕ QFORM VX С ТЕХНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ЛПК АО «УЗМЕТКОМБИНАТ»
Ж. О. ОЛИМЖОНОВ, АО «Узметкомбинат», г. Бекабад, Узбекистан, ул. Сирдарё, 1
Н. И. ШЕРБУТАЕВ, ООО «Ташкентский металлургический завод», г. Ташкент, Узбекистан, ул. ТКАД, 1
А. С. ТАТАРУ, НИТУ «МИСиС», г. Москва, Россия, Ленинский пр., 4. E-mail: j.olimjonov@uzbeksteel.uz
Проведен анализ методики расчета параметров горячекатаной полосы из низкоуглеродистой стали на широкополосном стане 1600, по результатам которого разработана компьютерная программа для быстрого расчета параметров прокатки. Построена твердотельная модель и выполнено моделирование процесса прокатки в среде QForm. Проведен сравнительный анализ полученных данных с паспортными данными агрегата «Danieli». Установлено, что результаты моделирования не превышают предельно допустимых значений отклонений по усилию прокатки и геометрическим параметрам горячекатаной полосы.
Ключевые слова. Листовая прокатка, продольная прокатка, рабочие валки, опорные валки, реверсивный стан, непрерывный стан, горячая прокатка, холодная прокатка. Для цитирования. Олимжонов, Ж. О. Сравнительный анализ результатов моделирования процесса прокатки горячекатаного листового проката в среде QForm VX с техническими характеристиками ЛПК АО «Узметкомбинат» /Ж. О. Олимжонов, Н. И. Шербутаев, А. С. Татару // Литье и металлургия. 2024. № 1. С. 55-59. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-1-55-59.
COMPARATIVE ANALYSIS OF HOT-ROLLED SHEET ROLLING PROCESS MODELING RESULTS IN QFORM VX ENVIRONMENT WITH TECHNICAL CHARACTERISTICS OF THE HOT STRIP MILL OF JSC "UZMETKOMBINAT"
J. O. OLIMZHONOV, JSC "Uzmetkombinat", Bekabad, Uzbekistan, 1, Sirdaryo str. N.I. SHERBUTAYEV, JVLLC "ToshkentMetallurgiya Zavodi", Tashkent, Uzbekistan, 1, TKAD str. A. S. TATARU, National University of Science and Technology "MISiS", Moscow, Russia, 4, Leninskiy ave. E-mail: j. olimjonov@uzbeksteel. uz
The paper presents an analysis of the methodology for calculating the parameters of hot-rolled low-carbon steel strip on a 1600 wide strip mill. Based on the analysis, a computer program for quick calculation of rolling parameters has been developed. A solid-state model was constructed and the rolling process was simulated in the QForm environment. A comparative analysis was carried out with the passport data of the "Danieli" unit based on the modeling results. The obtained modeling results do not exceed the maximum allowable deviations for rolling force and geometric parameters of the hot-rolled strip.
Keywords. Sheet rolling, longitudinal rolling, work rolls, backup rolls, reversing mill, continuous mill, hot rolling, cold rolling. For citation. Olimzhonov J. O., Sherbutayev N. I., Tataru A. S. Comparative analysis of hot-rolled sheet rolling process modeling results in QForm VX environment with technical characteristics of the hot strip mill ofJSC "Uzmetkombinat". Foundry production and metallurgy, 2024, no. 1, pp. 55-59. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-1-55-59.
Введение
В настоящее время в АО «Узметкомбинат» идет строительство литейно-прокатного комплекса (ЛПК) [1]. Изготовителем оборудования является концерн <^ашеП» (г. Буттрио, Италия) - один из крупнейших мировых производителей. В соответствии с проектом, в состав основного оборудования ЛПК будет входить непрерывный широкополосный стан с длиной бочки рабочих валков 1600 мм.
В статье рассмотрена и проанализирована технология производства горячекатаного широкополосного проката, состав, технические характеристики и расположение основного оборудования прокатного
комплекса. Выполнен анализ существующих методик расчета параметров прокатки: деформационного, температурного, скоростного режимов, энергосиловых параметров и т.п. Построена твердотельная модель валков чистовых клетей прокатного стана и проведено моделирование процесса прокатки горячекатаного листа в среде QForm УХ. Выполнено сравнение результатов моделирования с техническими характеристиками ЛПК <^ашеП».
Характеристика ЛПК АО «Узметкомбинат»
Мощность ЛПК - 1,04 млн т в год горячекатаного листового проката в рулонах. Прокатный стан состоит из 5 прокатных клетей кварто: 3 клети - черновая группа, 2 клети - чистовая. Клети кварто оборудованы парой рабочих валков гладкого профиля и парой опорных валков для придания дополнительной жесткости по всей поверхности валка. Прокатка происходит непрерывно, т.е. раскатанная полоса находится одновременно во всех клетях стана. Основные технические характеристики клетей представлены в табл. 1.
Таблица 1. Технические характеристики клетей
Характеристика Значение
Клеть К1 К2 К3 К4 К5
Максимальная скорость прокатки, м/с 3,50 5,44 10,20 14,32 18,23
Максимальное усилие прокатки, кН 38000 38000 38000 32000 32000
Максимальный крутящий момент на рабочем валке, кНм 980,1 646,8 372,4 169,9 130,72
Модуль жесткости клети, кН/мм 6000 6000 6000 6000 5400
Опо шые валки
Длина бочки, мм 1400 1400 1400 1400 1400
Максимальный диаметр, мм 1350 1350 1350 1350 1350
Минимальный диаметр, мм 1230 1230 1230 1230 1230
Рабочие валки
Минимальный диаметр, мм 730 730 730 560 560
Максимальный диаметр, мм 810 810 810 630 630
Длина бочки, мм 1600 1600 1600 1600 1600
Программа расчета параметров прокатки горячекатаной полосы
На основе методики расчета параметров прокатки [2] на агрегате производства горячекатаной полосы разработана компьютерная программа с использованием Microsoft Office Excel. Интерфейс программы показан на рис. 1.
Моделирование и расчет процесса горячей прокатки в среде QForm VX
Анализ производства горячекатаной полосы проводили путем моделирования процесса прокатки в среде QForm VX [3, 4].
Использовали следующие параметры входной заготовки: толщина сляба 40-60 мм, ширина 8001300 мм, максимальная длина 59 м, максимальный вес 30 т.
Параметры выходного продукта: толщина горячекатаного проката 1,4-12,0 мм, ширина 800-1300 мм, максимальный вес 30 т.
Моделирование проводили для профиля 2,80^1260. В табл. 2 и 3 представлены основные рассчитанные параметры технологического режима прокатки, на рис. 2 показано относительное обжатие заготовки по клетям на стане горячей прокатки.
На рис. 3 дан общий вид рабочих валков чистовых клетей № 1-5.
Исходные условия, по которым проводилось моделирование в среде QForm VX, указаны в табл. 4. Энергосиловые параметры (ЭСП), полученные в результате моделирования и расчета, отражены на рис. 4 и в табл. 5.
По результатам моделирования и расчета минимальный запас прочности составил 18,5 %.
Помимо ЭСП и технологических режимов прокатки, с помощью моделирования в среде QForm VX получены геометрические параметры - толщина полос (табл. 6, рис. 5). Согласно сравнительному анализу, отклонение по толщине не превышает 1,5 %.
Постоянные параметры Постоянные параметры
8 м/с скорость в последней У 1,10 коэффициент Ладе £1,0-1.15)
Те 1323 К температура металла перед прокаткой 5 0,?3й
1 11 " расстояние до а» 87,6 МПа предел текучести
Уел 1 м/с скорость а 0,125 коэффициент
т 11 С время охлаждения Ь 0,266 коэффициент
- 10, МО - время охлаждения транспортировке ее ■ -2,46 коэффициент
¿(г 11,000 !С потери температуры в зонегидросбива В 1300 проката
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА
Клеть Толщина полосы. Обжатие, % Скорость прокатки, м/с Радиус Температура Длина очага деформации, Температура входе, "С Температура поел» контакта, Увеличение температуры за деформации, °С Температура на выходе, "С Расстояние между клетьми, металла между Потери темперутры между
и Е V Ра и 1и ¿1кох1 1сы( 1 т ¿1мл
Р1 60,00 30,00 50.00К 0,81 405,00 80,00 110,23 1028,86 21,86 15,83 1022,83 5,50 3,60 6,14
30,00 15,90 47,00% 1,53 405,00 80,00 75,57 1016,70 25,26 17,96 1009,40 5,50 2,05 6,33
РЗ 15,90 9,06 43,02% 2,68 405,00 80,00 52,63 1003,07 28,47 19,52 994,13 5,50 1,23 6,34
9,06 5,43 40,07% 4.48 315,00 80,00 33,81 987,78 29,65 19,95 978,09 5,50 0,69 5,64
Р5 5,43 3,04 44,01% 8,00 315,00 80,00 27,44 972,46 34,03 30,06 968,49
РАСЧЕТ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ
К петь Толщина полосы. Обжатие, % Скорость прокатки, м/с Радиус прокатки, 1/с Длина очага деформации, Температура металла на входе, "С деформации, Отношение длина деформации к средней толщине Среднегеометрическая Коаффициент Коэффициенты Среднее контактке, МПа Усилие прокатки, МН
Ьц ь Е V ¡?Е Чпеф 1и д1о (Га Ь/Ьсц Кн »ТР £ по" по" РФ Р
Р1 60,00 30,00 50,00% 0,81 405,00 3,68 110,23 1028,86 137.74 2,45 42,43 0,498 3,66 2,717 1 0,726 411,71 59,00
п 30,00 15,90 47,00% 1,53 405,00 9,51 75,57 1016,70 157,12 3,29 21,84 0,504 5,40 3,205 1 0,779 553,88 54,41
РЗ 15,90 9,06 43,02% 2,68 405,00 21,94 52,63 1003,07 176.11 4,22 12,00 0,510 7,85 2,054 1 0,669 397,97 27,23
Р4 9,06 5,43 40,07% 4,48 315,00 53,07 33,81 987,78 200.41 4,67 7,01 0,517 9,64 2,167 1 0,699 477,69 21,00
Р5 5,43 3,04 44,01% 8,00 315,00 128,33 27,44 972,46 238,47 6,48 4,06 0,524 12,04 2,620 1 0,763 687,19 24,51
Рис. 1. Интерфейс программы расчета параметров горячей прокатки
Таблица 2. Технологические режимы прокатки Таблица 3. Динамические параметры прокатки
Номер клети Диаметр рабочих валков, мм Толщина на входе, мм Толщина на выходе, мм Обжатие, % Угол захвата, градус Ширина проката, мм
К1 810 50,00 21,90 56,20 15,14 1256,36
К2 810 21,90 10,00 54,34 9,83 1259,05
К3 810 10,00 5,70 43,00 5,91 1260,02
К4 630 5,70 3,65 35,96 4,62 1260,48
К5 630 3,65 2,80 23,29 2,98 1260,67
Номер клети Частота вращения валков, об./мин Усилие на валки Момент прокатки Температура металла, ос Расстояние между клетями, м
т МН т/м МН/м
К1 13,3 2978 29,20 279,03 2,736 996 5,5
К2 28,2 3200 31,38 172,95 1,696 971
К3 50,1 2630 25,79 83,91 0,823 943
К4 102,1 1788 17,53 34,42 0,337 915
К5 136,6 1266 12,415 15,44 0,151 882
Рис. 2. Относительное обжатие по клетям на стане горячей прокатки, %
и
а б
Рис. 3. Рабочие валки стана горячей прокатки: а - клети № 1-3: ширина 1600 мм, диаметр 810 мм; б - клети № 4, 5: ширина 1600 мм, диаметр 630 мм
Таблица 4. Условия моделирования в среде QForm VX
Размер исходной заготовки листа, мм Температура заготовки, 0С Температура валков, 0 Материал заготовки Материал валков Коэффициент скольжения
50x1260 1200 80 Сталь 10 3Х3М3Ф 0,8
х 25
> oomncDCD^o^rc^cNc^noonoo^m _ Ю CN_ ГО Ю CN_ _ ^ ^ со О
CD CD CD ■—" ■—" ■—" ■—" м CN CN CN CN CN ГО СО
Время, с
б
а
X 20
1 15
S 10
Лч
^ о - CN
го ю
Ю
-о со со
CN ГО Ю О , CN ГО Ю
CN
со
Время, с
5
0
в
г
Время, с
д
Рис. 4. График зависимости усилия прокатки от времени: а - ЭСП клети № 1; б - № 2; в - № 3; г - № 4; д - ЭСП клети № 5 Таблица 5. Сравнительный анализ энергосиловых параметров
Номер клети Усилие прокатки в QFoгm, МН Допустимое усилие, МН Запас прочности, %
К1 20,06 29,20 31,2
К2 22,06 31,38 29,7
КЗ 19,53 25,79 24,3
К4 14,29 17,53 18,5
К5 6,74 12,42 45,7
Таблица 6. Сравнительный анализ геометрических параметров полосы
Номер клети Толщина на выходе по результатам QFoгm, мм Толщина, требуемая на выходе, мм Отклонение, %
К1 21,92 21,90 0,11
К2 10,11 10,00 1,15
К3 5,79 5,70 1,50
К4 3,68 3,65 0,82
К5 2,84 2,80 1,42
д
Рис. 5. Результат моделирования горячей прокатки в среде QForm VX - геометрические параметры получаемого проката: а - первый проход; б - второй; в - третий; г - четвертый; д - пятый проход
Выводы
1. Проведен анализ методики расчета параметров горячекатаной полосы, а также анализ и расчет основных технологических параметров прокатки: деформационного, температурного и скоростного режимов, ЭСП и т.п.
2. Разработана компьютерная программа для быстрого расчета параметров прокатки. Построена твердотельная модель и выполнено моделирование процесса прокатки в среде QForm. По результатам моделирования проведен сравнительный анализ с паспортными данными агрегата «Danieli».
3. Установлено, что отклонения по толщине проката не превышают 1,5 %, а минимальный запас усилия составил 18,5 %.
4. Проведен сравнительный анализ ЭСП горячей листовой прокатки. Результаты моделирования соответствуют паспортным данным и не превышают предельно допустимых значений по усилию прокатки, запасу прочности и геометрическим параметрам горячекатаной полосы.
ЛИТЕРАТУРА
1. О программе развития АО «Узметкомбинат» на 2021-2023 гг. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www. uzbeksteel.uz/about/328. - Дата доступа: 29.04.2019.
2. Обработка металлов давлением: учеб. / Б. А. Романцев [и др.]. - М.: МИСиС, 2008.
3. Компьютерное моделирование технологических процессов ОМД: лаб. практ. / С. М. Крискович [и др.]. - М.: Металлургия, 2019.
4. Власов, А. В. Метод конечных элементов в моделировании технологических процессов обработки металлов давлением / А. В. Власов. - М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018.
REFERENCES
1. Investment programms [Electronic resourse]. Accessed at: https://www.uzbeksteel.uz/about/475 (access date 29.04.2019).
2. Romantsev B.A., Goncharuk A. V., Vavilkin N. M., Samusev S. V. Obrabotka metallov davleniem [Metal forming]. Moscow, MISiS Publ., 2008.
3. Kriskovich S. M. Komp'juternoe modelirovanie tehnologicheskih processov OMD [Computer modeling of OMD technological processes]. Moscow, Metallurgija Publ., 2019.
4. Vlasov A. V. Metod konechnyh jelementov v modelirovanii tehnologicheskih processov obrabotki metallov davleniem [Finite element method in modeling technological processes of metal forming]. Moscow, MSTU named after N. E. Bauman Publ., 2018.
