Совершенствование методов охлаждения и профилирования валков широкополосных станов

1.1. Актуальность проблемы.

Начиная с середины 80-х годов, в развитии технологии производства на действующих широкополосных станах проявляются следующие характерные тенденции:

— расширение их сортамента в направлении освоения прокатки особо тонких полос;

— уменьшение доли пауз, увеличение ритма прокатки.

На ряде современных станов горячей прокатки, где минимальная толщина горячекатаных полос составляла 1,8−2,0 мм, освоено производство полос толщиной до 0,7−1,0 мм, которые ранее получали только на станах холодной прокатки, что позволяет экономить за счет сокращения числа переделов при применении таких полос вместо холоднокатаных 40−90 долл./тн [1,2]. В свою очередь, на станах холодной прокатки, где минимальная толщина в соответствии с технологическими инструкциями составляла 0,5 мм, идет освоение прокатки полос толщиной 0,25−0,35 мм.

Кроме того, с целью повышения производительности все большее число непрерывных широкополосных станов, в том числе и чистовые группы станов горячей прокатки, переводят на работу в режим бесконечной прокатки [2,3].

В связи с существующими тенденциями, узким местом на пути развития технологии современной тонколистовой прокатки оказывается система охлаждения стана: чем тоньше прокатываемая полоса и меньше доля пауз в ритме прокатки, тем больше выделяется тепла, валки перегреваются, а система их охлаждения, не рассчитанная на новые условия прокатки, не справ5 ляется с оводом дополнительно выделившейся теплоты. В результате этого снижается стойкость валков: ухудшаются их механические свойства, увеличивается толщина оксидной пленки на поверхности валков, повышается вероятность появления трещин пережога и выкрашиваний, а также термического разрушениянарушается стабильность их теплового профиля. В конечном итоге это приводит к дополнительным простоям стана при внеплановых перевалках, увеличению расхода валков и ухудшению качества полос.

В то же время потребители предъявляют все более высокие требования к качественным показателям полос, а именно, точности по толщине и плоскостности, регламентируемые отечественными и зарубежными стандартами (ГОСТ 19 903−90, ГОСТ 19 904–90, ЕЙ 10 131−1991, АБТМ А568/А568М-95, ЛЭ О 3141).

Данные качественные характеристики прокатываемых полос в основном зависят от формы межвалкового зазора, которая должна соответствовать профилю полосы. В условиях нестабильности технологических параметровбольшого разнообразия профилеразмеров и марок прокатываемого на широкополосных станах металла происходят постоянные колебания упругих деформаций валков и их теплового профиля, которые отражаются на точности прокатки.

Получение полос требуемого качества в этих условиях обусловило широкое применение систем гидроизгиба валков [4,5], а также систем многозонного охлаждения валков с целью управления тепловым профилем валков на станах холодной прокатки, где влияние термических напряжений не столь велико и валки обладают большей прочностью [6].

Однако зачастую возможностей систем гидроизгиба валков многозонного охлаждения оказывается недостаточно. В связи с этим возникает необходимость использования комплектов рабочих валков с различной шлифовочной профилировкой, что накладывает ограничения на производительность и экономические показатели процесса: требуется содержание большого парка валков с различными профилировками, увеличиваются простои ста6 на за счет большего количества перевалок. Указанная тенденция наиболее характерна для широкополосных станов холодной прокатки в связи с более высокими требованиями к качеству холоднокатаных полос со стороны потребителей.

Описанные в источниках [7. 13] современные технологии профилирования, такие как система осевого перемещения валков (HVC), система Sобразных бочек (CVC), UPS — система прокатки в валках сигарообразной формы, технология прокатки в скрещивающихся валках, технология динамического изгиба валков — DSR, в значительной мере позволяют расширить возможности регулирования профилем валков широкополосных станов, сократить набор используемых профилировок. Их существенным недостатком являются большие капитальные затраты при возможном применении на уже действующих станах. Это обстоятельство делает использование указанных технологий на металлургических предприятиях России весьма ограниченным.

В связи с изложенным, в настоящее время весьма важное значение приобретает задача совершенствования систем охлаждения широкополосных станов, решение которой позволит оптимизировать температуру и профиль прокатных валков, повысить их стойкость, увеличить производительность станов и повысить качество проката. Кроме того, в условиях повышения требований к качеству полос, тенденции увеличения производительности процесса и снижения затрат на него, актуальной становится задача совершенствования методов профилирования валков. В частности, на станах холодной прокатки это выражается в тенденции сведения к минимуму количества используемых профилировок — их унификации. Применение современных методов профилирования валков требует больших капитальных затрат на реконструкцию действующих станов и модернизацию подразделений подготовки валков, вследствие чего актуальной является унификация профилировок за счет их правильного выбора и определения необходимых для этого технологических режимов прокатки и охлаждения. 7.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

1. Разработана новая адаптивная математическая модель теплового режима и охлаждения валков широкополосного стана горячей прокатки, которая, в отличие от известных моделей, позволяет рассчитать средние по сечению температуры рабочего и опорного валков в функции температуры полосы, режима и ритма прокатки, конструктивных параметров стана, углов установки проводок-водоотсекателей, расхода, давления и температуры охлаждающей жидкости, конструкции форсунок и расположения коллекторов относительно бочки валка.

2. Достоверность разработанной математической модели теплового режима и охлаждения валков подтверждена сравнением расчетных температур с фактическими, измеренными на действующем стане.

3. Использование разработанной модели для определения параметров реконструкции действующего широкополосного стана горячей прокатки 1700 позволило разработать перечень мероприятий для реконструкции системы охлаждения этого стана.

Внедрение первоочередных мероприятий обеспечило снижение температуры рабочих валков на 15−20°С, в результате чего сократилось среднее время пауз при прокатке, увеличился выпуск тонких полос, снизился расход валков и сократилось количество внеплановых перевалок.

4. Разработана уточненная математическая модель коэффициента трения при холодной прокатке, в которой, в отличие от известной модели А. П. Грудева, учитывающей шероховатость валков, дополнительно предусмотрен учет шероховатости подката. Это позволило уточнить модель энергосиловых параметров процесса холодной прокатки, используемую при оп.

109 ределении параметров реконструкции действующих станов и совершенствовании технологии производства холоднокатаных полос.

5. Выполнена доработка модели упругих деформаций валковой системы 4-х валковых клетей широкополосных станов с учетом разности длин бочек опорных и рабочих валков. В результате точность указанной модели, особенно на первых клетях непрерывного стана, существенно возросла. Уточненный алгоритм расчета упругих деформаций включен в модель профилировки валков.

6. Разработана новая адаптивная модель универсальной профилировки широкополосного многоклетевого стана холодной прокатки, позволяющая при большом количестве факторов, влияющих на профиль рабочих валков, производить его унификацию для разных групп сортамента в комплексе с расчетом необходимых режимов прокатки. По указанной модели была разработана универсальная профилировка валков непрерывного 5-ти клетевого широкополосного стана холодной прокатки1700 ОАО «Северсталь».

7. В результате внедрения универсальной профилировки на стане 1700 произошло сокращение количества плановых перевалок валков на 18−19%.

8. Теоретические разработки в области профилирования и охлаждения валков, успешно апробированные в промышленных условиях, послужили основой для создания трех изобретений.