Моделирование процесса прокатки высоких горячих полос, подаваемых встык в очаг деформации

Условия формоизменения переднего и заднего концов подката при прохождении универсальных клетей черновой группы ШПСГП приводят к образованию ярко выраженной формы подката (в плане) в виде “рыбьего хвоста”. Далее концы подката обрезают на летучих ножницах перед чистовой группой клетей, что приводит к значительным потерям металла. Цель работы – моделирование процесса одновременной прокатки высоких горячих полос, подаваемых встык в очаг деформации, в системе имитации технологического процесса, основанной на методе конечных элементов (МЭК) (программный пакет Deform-3D). Это позволило изучить закономерности пластической деформации металла в универсальных клетях черновой группы клетей широкополосного стана при поштучной прокатке слябов (“классической”) и согласно предложенной технологии с подачей двух и более слябов в черновую группу клетей вплотную друг к другу.

Моделирование включало имитацию следующих стадий технологии горячей прокатки на широкополосном стане: нагрев сляба из из холодного состояния в методических печах, передача сляба от печей до вертикального окалиноломателя (ВОЛ), поочередная прокатка в пяти универсальных черновых клетях. Тем самым проведенный эксперимент учитывал особенности формирования температурного поля металла на участке от методических печей до промежуточного рольганга. Программные возможности Deform-3D позволили имитировать многие факторы, влияющие на конечную форму подката; прогиб валков, деформационный разогрев, теплоотдачу при контакте металла с валками и т.д.

При выборе технологических параметров за основу был принят непрерывный широкополосный стан горячей прокатки 2000 ОАО НЛМК. Расчет осуществляли для слябов различной ширины (950, 1250, 1550 и 1850 мм) с симметричным и несимметричным температурными полями сляба после нагрева в печи при различных режимах обжатия по ширине.

При изучении процесса пластической деформации в универсальных клетях было получено качественное совпадение формообразования в программном комплексе Deform-3D с практическими данными. Так, после деформации в вертикальных валках поперечное сечение сляба такой формы приводит к образованию подката в виде “рыбьего хвоста” (в плане). Деформация подката только горизонтальными валками приводит к образованию формы подката в виде “языка”.

Формоизменение проката.Известно, что действие внешних зон проявляется в стремлении выравнять деформацию полосы по толщине и в продольном направлении. На входе и на выходе подката из валков возникают поперечные напряжения не только в боковых частях полосы, в контактной зоне деформации, но и в тех боковых частях, которые находятся во внеконтактных зонах деформации на входе и на выходе из валков. Вследствие этого пластическая деформация поперечного сечения сляба начинается еще до его попадания в геометрический очаг деформации и продолжается после выхода из него. Отмеченное действие внешних зон оказывает существенное влияние на контактные напряжения и пластическую деформацию.

При обжатии вертикальными валками возникает широко известное явление заужения переднего конца подката, связанное с внеконтактной деформацией переднего конца после выхода его из очага деформации. Данное явление ведет к увеличению обрези на летучих ножницах промежуточного рольганга ШПСГП. Форма подката может быть улучшена путем прокатки слябов в вертикальных валках с переменным обжатием слябов по их длине.

Неустоявшаяся стадия прокатки (стадия прокатки, когда напряжение деформации распространяется на передний или задний конец подката, а влияние внешних зон недостаточно велико для выравнивания продольной вытяжки по ширине полосы) в вертикальных и горизонтальных валках универсальной клети характеризуется неравномерностью продольной скорости по ширине концов подката.

Часть объема металла, вытесняемого вертикальными валками при захвате и выдаче полосы, идет на продольную вытяжку (начальное формирование очертания “рыбий хвост”), а при отдалении от краев подката все больше стремится к течению в вертикальном направлении (формирование “собачья кость”). Т.е. относительно основной части полосы часть объема при захвате движется вперед, а при выдаче – назад, тем самым создается эффект соответственно большей или меньшей скоростей прокатки кромок концевых частей подката. При устоявшейся стадии прокатки в вертикальных валках отсутствует продольная вытяжка, а весь вытесняемый вертикальными валками объем металла идет на локальное увеличение толщины полосы по кромкам (образование в поперечном сечении формы “собачья кость”).

Подача слябов встык в очаг деформации принципиально изменяет условия пластической деформации передних и задних концов подката. Благодаря увеличению продольной скорости кромок переднего конца и уменьшению продольной скорости кромок заднего конца относительно остального объема металла, вызванным продольной вытяжкой, появляются условия стесненного продольного течения переднего и заднего концов раскатов, подаваемых встык при прохождении очага деформации. Последнее в конечном итоге ведет к уменьшению продольной вытяжки концевых частей подката, изменяет условия формирования “рыбьего хвоста”. Дополнительный эффект стесненной деформации усиливается явлением опережения и отставания металла в очаге деформации. При этом имеется возможность создавать подпор в очаге деформации заднего конца первого подката передним концом второго за счет увеличения скорости вращения вертикального валков в универсальных клетях при подаче слябов в очаг деформации вплотную друг к другу.