Brief description of the project: In this project, the technology of asymmetrical rolling, changing the shape of roll profiling and on the basis of this application of effective methods of the mathematical model of the thermal regime of rolls is developed with the aim of improving the quality of finished products and reducing energy costs. Modeling of asymmetric rolling technology with change of roll profiling is made. Implementation Status: Workshop / department: Rolling shop-1 Division: Arcelor Mittal Temirtau Project: Investigation of the thermal regime of rolls and introduction of asymmetric rolling Head of the dissertation : PhD, assistant professor Yrchenko V.V. Руководитель подразделения: Начальник ЛПЦ-1 Войтеховский Д.А. Full name: Magzhanov Medet Kairkenovich Position / profession : doctoral student of the group MBD-17-1

Описание проекта Объект исследования – НШПСГП Практическая значимость проекта 1. Определены и исследованы эффективные диапазоны параметров системы охлаждения валков ШПСГП при прокатке полос толщиной 1,5-1,8 мм. 2. Определены и исследованы наиболее существенные факторы, обеспечивающие улучшение поперечного профиля полос за счет стабилизации теплового профиля валков ШПСГП: - уменьшение температуры в середине бочки, поддержание давления охладителя в диапазоне ати, плотности облива поверхности бочки м 3/(ч-м 2); - уменьшение температуры охладителя, перераспределение его расхода между клетями и рациональное его распределение между входной и выходной сторонами рабочей клети; - уменьшение углов установки в рабочей клети проводок-водоотсекателей; - уменьшение сроков межперевалочной кампании рабочих валков; 3. Разработана технология ассиметричной прокатки 4. За счет данной технологии доказано улучшение качества поверхности металла; 5. В результате исследования процесса формирования активной образующей и закономерностей износа рабочих валков разработана и успешно смоделирована новая усовершенствованная шлифовочная профилировка валков.

Цель проекта 2 Повышение точности формирования нормируемых показателей поперечного профиля горячекатаных полос, путём воздействия на тепловой и шлифовочный профиль валков ШПСГП. Улучшение качества готовой продукции путем совершенствования системы охлаждения и внедрения технологии ассиметричной прокатки. Экономия коэффициента обрези и экономия энергетических затрат за счет внедрения новой технологии и создания эффективной математической модели теплового режима валков Увеличение производительности процесса и улучшение качества микроструктуры готового проката.

3 Основные задачи проекта - исследование и моделирование процесса формирования поперечного профиля горячекатаных полос в функции теплового режима валков и других факторов технологии; - усовершенствование метода шлифовочного профилирования рабочих валков ШПСГП путём учета несоответствия формы кривых упругих деформаций и теплового профиля. - моделирование процесса прокатки с применением новой профилировки валков, моделирование напряженно-деформируемого состояния в очаге деформации. - разработка и реализация алгоритма адаптации математической модели теплового режима и охлаждения валков к условиям действующего ШПСГП;

Общая информация по проекту 4 Тепловой профиль валков зависит от степени равномерности тепловыделений по ширине полосы и от эффективности их охлаждения, регулируемого по длине бочки. На многих широкополосных станах горячей прокатки (ШПСГП) система охлаждения валков стала узким местом: чем тоньше прокатываемая полоса, тем меньше доля пауз в ритме прокатки, что приводит к поступлению от полосы большего количества теплоты в валки, повышению их температуры и росту колебаний теплового профиля. Система охлаждения, не рассчитанная на прокатку тонких горячекатаных полос толщиной 0,8- 1,5 мм, не в состоянии отводить от валков дополнительно поступившую теплоту, валки перегреваются и чаще выходят из строя.

Техническое решение 5 Эффективное решение этой задачи возможно на основе математической модели теплового режима валков, который, как объект управления, является сложной системой, связывающей технологические параметры (температуру полосы, обжатия, скорости, натяжения, сопротивление металла деформации, условия трения между полосой и валками, неравномерное распределение контактных напряжений по длине бочки валков) и построение модели ассиметричного проката, также ее влияние на тепловой режим валков. Смещение в вертикальном направлении Смещение в горизонтальном направлении

Моделирование напряженно-деформируемого состояния 6 Были разработаны: - Модель профилировки валков в виде конуса - Асимметричная прокатка, то есть разность скоростей этих валков

Распределение интенсивности напряжения 7 Шаг 109 Поле напряжений в очаге деформации

Общая стоимость проекта – 92000$ Стоимость моделирования процесса, создание математической модели системы охлаждения 8 Разработка конструкции валков – 10000$

История проекта 9 В последние десятилетия в мировом производстве горячекатаных полос допуски на характеристики поперечного профиля уменьшились, что вызвано общей тенденцией повышения требований к качеству листового проката. Это актуально как для наиболее тонких горячекатаных полос толщиной 0,8-1,5 мм, непосредственно используемых в машиностроении и строительстве, так и для полос толщиной 1,8-3,0 мм, направляемых в качестве подката на станы холодной прокатки для производства из них автомобильных листов или другого сортамента с жёсткими требованиями к плоскостности и состоянию поверхности. Наиболее значимые из этих факторов - тепловой профиль рабочих валков (неравномерность распределения тепловых деформаций по длине бочки) и форма их исходной (шлифовочной) профилировки, скоростные режимы валков. И поэтому комбинату необходимо применение ряд технологии как усовершенствованная система охлаждения валков путем изменения профилировки валков и внедрение ассиметричного проката, что позволит обеспечить конкурентоспособность нашего листопрокатного производства.

Текущая ситуация 10 Асимметричная прокатка - позволяет понизить усилие прокатки и энергозатраты на процесс деформации, уменьшить продольную и поперечную разнотолщинность, улучшить плоскостность и форму полосы, дает возможность оперативно управлять качеством поверхности, физико-механическими свойствами проката. Одним из наиболее экономичных способов повышения качества готового проката является асимметричная прокатка (АП). В клетях с общим приводом валков процесс АП осуществляют путем завалки валков с разностью диаметров в пределах диапазона их переточки. В клетях с индивидуальным приводом валков изменяют соотношение частот вращения их приводов с помощью специальной схемы управления. Наиболее управляемый и эффективный параметр АП – соотношение линейных скоростей ведущего (V1) и ведомого (V2) валков, характеризуемое коэффициентом асимметрии:

11 Асимметричная прокатка позволяет снизить брак по пределу текучести на 5% (рис. 1, а), а по относительному удлинению на 20…25% (рис.1, в). Повышение механических свойств листов позволило сдвинуть нижнюю границу рассеивания параметров по длине раскатов относительно браковочного уровня (рис.1) и, тем самым, повысить вероятность получения листов с требуемым уровнем механических свойств из раскатов повышенной кратности. Механические свойства листов, прокатанных в режиме АП при различных значениях коэффициента асимметрии av : а) – предел текучести; б) – временное сопротивление; в) – относительное удлинение; г) – ударная вязкость при 150 C (KCV-15); д) – ударная вязкость при 600 С (KCV-60); 1 – av =1,0; 2 – av = 1,05; 3 – av =1,10.

Недостатки ассиметричного проката и системы охлаждения валков 12 Изменение взаимодействия сил в очаге деформации приводит к горизонтальному сдвигу слоев металла по толщине Требует установки дополнительного устройства для исключения асимметрию зон трения на валках Создание новой математической модели системы охлаждения валков и изменение профилировки валков требует большого финансирования

Этапы проекта 13 п/п Наименование задач проекта и мероприятий по их реализации Длительнос ть (в месяцах) Начало выполнения работ (дд/мм/гг.) Годы реализации проекта 1-й год 2-й год Анализ технологического процесса асимметричного проката, моделирование напряженно- деформируемого состояния в очаге деформации при измении профилировки валков с применением нового алгоритма системы охлаждения валков г 2 Разработка конструкций валков, создание математической модели системы охлаждения валков,обеспечивающих технологию ассиметричной прокатки г

Проведение теоретических и экспериментальных исследовании. разработка, реализация и исследование усовершенствованной математической модели теплового режима и охлаждения валков ШПСГП, устраняющей недостатки известных моделей; г. 4 Исследование влияния системы охлаждения валков на технологию ассиметричного проката, настройка энергосиловых параметров, установка тензостанции, снятие характеристики г. 5 Анализ результатов исследования, опробование новой конструкций валков и нового способа проката с применением алгоритма адаптации математической модели теплового режима и охлаждения валков г.

15 Диаграмма Ганта для проекта со сроком реализации 21 месяц.

Технические альтернативы проекта 16 К альтернативным путям реализации Проекта относится изменение способа деформирования, применение дополнительных технологических операций, в частности операции термомеханической обработки. Применение асимметричного проката, включающий горизонтальное смещение валков с целью улучшения плоскостности проката.

Экономический эффект 17 График изменения энергосиловых параметров при обычном (а) и ассиметричном прокате (б)

Экономические эффекты Экономия коэффициента обрези на 50% 2. Увеличение себестоимости готовой продукции 3. Увеличение объема производства горячекатаного листа за счет снижения брака 4. Уменьшение энергозатрат Внедрение ассиметричного проката с использованием усовершенствованной охлаждения валков приводит сокращению материальных, энергетических и эксплуатационных затрат, что в конечном итоге снизит себестоимость продукции, и следовательно, повысить конкурентоспособность продукции на рынке металлов. При этом внедрение в производство новой технологии горячей прокатки не требует приобретения нового оборудования, а будет осуществляться на действующих прокатных станах с использованием новой системы охлаждения валков и откорректированных для конкретных условий завода режимов прокатки и изменения конструкции валков (конусные валки)

19