Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии

DOI: 10.52150/2522-9117-2024-38-336-361

Приходько Ігор Юрійович, д.т.н., с.н.с., зав. відділом,Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна.  ORCID: 0000-0001-5651-8106. E-mail: isi@ukr.net

Крот Павло Вікторович, к.т.н., ас. проф., Вроцлавський технологічний університет, Wybrzeże Stanisława Wyspiańskiego St., 27, Wrocław, 50370, Poland. ORCID 0000-0002-3347-3862

Разносілін Валентин В’ячеславович, м.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-4463-4588

Воробей Сергій Олександрович, д.т.н., с.н.с., Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0003-0119-3935

Клемешов Євген Сергійович, к.т.н., н.с., відділ процесів і машин обробки металів тиском, Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України, пл. Академіка Стародубова, 1, м. Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0001-6486-5319. Email: klemeshov.evgen@gmail.com

Малигін М.С., Liberty Częstochowa, Ludwika Trochimowskiego 25, Częstochowa, 42200, Poland. ORCID 0000-0003-0418-1235

Семенов І.А., Ph. D. (Tech.), Liberty Częstochowa, Ludwika Trochimowskiego 25, Częstochowa, 42200, Poland. ORCID 0000-0003-2779-611X

Matyjaszczyk Krzysztof, Liberty Częstochowa, Ludwika Trochimowskiego 25, Częstochowa, 42200, Poland. ORCID 0000-0002-6003-6123

СИСТЕМА АВТОМАТИЧНОГО КОНТРОЛЮ ПЕРЕДНІХ КІНЦІВ ТОВСТИХ ЛИСТІВ НЕСИМЕТРИЧНОЮ ГАРЯЧОЮ ПРОКАТКОЮ

Анотація. Виконано дослідження та розв’язано проблему неконтрольованого вигину передніх кінців товстих листів на стані гарячої прокатки. Встановлено комплекс основних чинників, що пояснюють причини формування вигину переднього кінця листів під час симетричної прокатки. З використанням скінченно-елементного моделювання розглянуто методи адекватного впливу на кривизну переднього кінця листа неузгодженістю швидкості валків у період захоплення залежно від товщини листа і чинника форми осередку деформації. При цьому розглянуто вплив таких чинників: 1. Вплив «довжини пробігу» ведучого валка по поверхні листа в нейтральному перерізі вогнища 2. Вплив відмінності середніх контактних напружень з боку ведучого і веденого валків. 3. Вплив зміщення нейтральних кутів з боку ведучого і веденого валків на величини випередження металу з боку кожного з валків. У разі зміщення нейтрального перерізу до входу в осередок деформації з боку веденого валка це дає більшу зміну товщини в осередку деформації, ніж у разі зміщення нейтрального перерізу до виходу з боку ведучого валка. На підставі розрахункових чисельних оцінок впливу відмінності фрикційної взаємодії, температури верхньої і нижньої поверхонь встановлені значення систематичної складової кривизни листів вгору. В умовах відсутності вимірювача величини вигину переднього кінця листів і неможливості використання навіть статистичних даних для його передбачення перед прокаткою, задається оцінне систематичне значення вигину листа вгору. Для його усунення (вирівнювання) використовується побудована модель управління, що враховує встановлені розраховані закономірності вигину залежно від початкової товщини листа і ступеня деформації по проходах, згідно з планом прокатки (режимом обтисків). Використано експериментально встановлені закономірності отримання рівних передніх кінців плит завтовшки 50 мм і вище за різних деформаційних умов, коли швидкість нижнього валка більша за верхній у % приблизно на величину ступеня деформації під час прокатки у %. Систему автоматичного вирівнювання передніх кінців товстих листів реалізовано на цифрових модулях ibaNet750 перетворення сигналів і середовищі програмного регулювання ibaLogic з мінімальними змінами в існуючій аналоговій системі управління індивідуальними приводами прокатної кліті промислового товстолистового стану 3600 гарячої прокатки Huta Częstochowa. Проблему вигину передніх кінців вирішено шляхом підтримки контрольованої швидкісної несиметрії швидкості валків безпосередньо перед та у процесі захоплення металу валками, а також при прокатці головної ділянки листів, що дало змогу зменшити кривизну кінцевих ділянок листів по довжині та збільшити вихід придатної продукції. На 25% зменшилася кількість листів із кривизною, що потребує повторного гарячого виправлення.

Ключові слова: сталевий лист, гаряча прокатка, чистова кліть, швидкісна несиметрія, вигин переднього кінця листа.

Посилання для цитування: Система автоматичного контролю передніх кінців товстих листів несиметричною гарячою прокаткою / І. Ю. Приходько, П. В. Крот, В. В. Разносілін, С. О. Воробей, Є. С. Клемешов, М. С. Малигін, I. А. Семенов, K. Matyjaszczyk // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2024. Вип. 38. С. 336-361. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-336-361.

DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2024-38-336-361

Перелік посилань

  1. Varshavsky E. A., Khrapov M. A., Basurov V. M. Automatic control system for the bending of the front end of the strip in the roughing stand with an individual drive of the rolls. Proceedings of the XI Congress of Distributors (volume 2). Ed. Spirin S. A., Chuvikova L. K. Digest of articles. Magnitogorsk. 2017. P. 57-62.
  2. Maksimov V. M., Khlybov O. S., Gorelov E. V., Vereshchako S. A., Kazakbaev N. M. Experimental study of the bending of the front end of the rolling stock during plate rolling. Proceedings of the XI Congress of Distributors (volume 2). Ed. Spirin S. A., Chuvikova L. K. Sat. articles. Magnitogorsk. 2017 . P. 362-369.
  3. Salganik V. M., Chikishev D. N., Pustovoitov D. O., Denisov S. V., Stekanov P. A. Development of modes of asymmetric thick-plate rolling of low-alloy steels in order to minimize the defect of bending of the ends of the sheet. Metallurgist. No. 11, 2013. P. 75-77.
  4. Stekanov P. A. Asymmetric rolling as a way to correct the shape of the rolled stock when the rolling line and the level of the roller table on the plate mill 5000 do not match. Rolled steel production. 2013. No. 8. P. 5–9.
  5. Pesin A. M., Dyya H., Kavalek A. et al. Study of the influence of speed asymmetry on the parameters of various sheet rolling processes. Vestnik MGTU im. Nosov. 2014. No. 1. S. 86-90.
  6. Kawalek A., Dyja H., Knapinski M., Banaszek G. Analysis of the asymmetric plate rolling process in the finishing stand 3600. Archives of metallurgy and materials. 2014. Vol. 59
  7. Harrer O., Philipp M., Pokorný I. Numerical simulation of asymmetric plate rolling. Acta Metallurgica Slovaca. 2003. Vol. 9, No. 4. P. 306-313.
  8. Method of asymmetric rolling of the front ends of thick sheets on reversing mills: Patent No. 2486974 RF. IPC В21В 1/22 / V. M. Salganik, S. V. Denisov, A. M. Pesin, D. O. Pustovoitov and others; applicant and patentee of OJSC MMK. No. 2012105873/02; declared 02/17/2012; publ. 10.07.2013, Bul. No. 19.
  9. Patent USSR No. 528974, B 21 B 37/00, Method of skiing an ingot on a reversible hot rolling mill with an individual roll drive, publ. 02/23/1977.
  10. Patent RF No. 2486974, B 21 B 1/22, Method for asymmetric rolling of the front ends of thick sheets on reversing mills, publ. July 10, 2013)
  11. Application for invention No. 2017112185, B 21 B 1/22, Method of asymmetric rolling of the front ends of thick strips in a stand with an individual roll drive, 10.04.2017.
  12. Seo J. H., Van Tyne C. J., Moon Y. H. Prediction of turn down warping during hot plate rolling based on a Gaussian function. Int J Mater Form. 2016 Vol. 9, 705. https://doi.org/10.1007/s12289-015-1261-8
  13. Shivpuri R., Chou P. C., Lau C. W. 1988 Finite element investigation of curling in non-symmetry rolling of flat stock. Int J MechSci. 1988. Vol. 30. P. 625–635
  14. Yoshii M., Ohmori K., Seto T., Nikaido H., Nishizaki H., Inoue M. Analysis of warping phenomenon in plate rolling. ISIJ Int. 1991. Vol. 31. P. 73–978
  15. Richelsen A. B. Numerical analysis of asymmetrical rolling accounting for difference in friction. J Mater Process Technol. 1994. Vol. 45. P. 149–154
  16. Jeswiet J., Greene P. G. Experimental measurement of curl in rolling. J Mater Process Technol. 1998. Vol. 84. P. 202–209
  17. Knight C. W., Hardy S. J., Lees A. W., Brown K. J. Influence of roll speed mismatch on strip curvature during the roughing stages of a hot rolling mill. J Mater Process Technol. 2005. Vol. 168. P. 184–188
  18. Farhat-Nia F., Salimi M., Movahhedy M. R. Elasto-plastic finite element analytical plate rolling using an ALE approach. J Mater Process Technol. 2006. Vol 177. P. 525–529
  19. Gudur P. P., Salunkhe M. A., Dixit U. S. A theoretical study on the application of asymmetric rolling for the estimation of friction. Int J MechSci. 2008. Vol. 50. P. 315–327
  20. Anders D., Munker T., Artel J., Weinberg K. A dimensional analysis of front-end bending in plate rolling applications. J Mater Process Technol. 2012. Vol. 212. P. 1387–1398
  21. Philipp M., Schwenzfeier W., Fischer F. D., Wödlinger R., Fischer C. Front end bending in plate rolling influenced by circumferential speed mismatch and geometry. J Mater Process Technol. 2007. Vol. 184. P. 224–232
  22. Zhang S. H., Zhao D. W., Gao C. R., Wang G. D. Analysis of asymmetrical sheet rolling by slab method. Int J MechSci. 2012. Vol. 65. P. 168–176
  23. Akbari Mousabi S. A. A., Ebrahimi S. M., Madoliat R. Three dimensional numerical analysis of asymmetric rolling. J Mater Process Technol. 2007. Vol. 187–188. P. 725–729
  24. Kawalek A. Forming of band curvature in asymmetrical rolling process. J Mater Process Technol. 2004. Vol. 155–156. P. 2033–2038
  25. Markowski J., Dyja H., Knapinski M., Kawalek A. Theoretical analysis of the asymmetric rolling of sheets on leader and finishing stands. J Mater Process Technol. 2003. Vol. 138. P. 183–188
  26. Salimi M., Sassani F. Modified slab analysis of asymmetrical plate rolling. Int J MechSci. 2002. Vol. 44. P. 1999–2023
  27. Lu J. S., Harrer O. K., Schwenzfeier W., Fisher F. D. Analysis of the bending of the rolling material in asymmetrical sheet rolling. Int J MechSci. 2000. Vol. 42. P.49–61
  28. Dvorkin E. N., Goldschmidt M. B., Cavaliere M. A., Amenta P. M., Marini O, Stroppiana W. 2D finite element parametric studies of the flat-rolling process. J Mater Process Technol. 1997. Vol. 68. P. 99–107
  29. Dyja H., Korczak P., Pilaczyk J. W., Grzybowski J. Theoretical and experimental analysis of plate asymmetric rolling. J Mater Process Technol. 1994. Vol. 45. P. 167–172
  30. Trong-Son Cao. An advanced dissymmetric rolling model for online regulation. AIP Conference Proceedings. 2017. Vol. 1896, Iss. 1. https://doi.org/10.1063/1.5008236
  31. Dauphin S., Cordier P., Boutoille P., Colin C., Coupu J., and Petit B. Industrial ski-end mastering at Arcelor Dunkirk roughing mill. In Steel rolling 2006, Paris, France.
  32. Kiefer T., Kugi A. Model–based control of front–end bending in hot rolling processes. IFAC Proceedings Volumes. 2008. Vol. 41, Iss. 2. P. 1645-1650.
  33. Kiefer T. and Kugi A., Modeling and control of front end bending in heavy plate mills. In Proceedings of the 12th IFAC Symposium on Automation in Mining, Mineral and Metal Processing (IFAC MMM’07), August, 21–23, Quebec, Canada 2007. P. 231–236.
  34. Leonhard W. Control of electrical drives. Berlin: Springer, 2001.
  35. Park B. H., Hwang S. M. Analysis of front end bending in plate rolling by the finite element method. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 1997. Vol. 119. P. 314–323
  36. Pawelski H. Comparison of methods for calculating the influence of asymmetry in strip and plate rolling. Steel Research. 2000. Vol. 71. P. 490–496.
  37. Philipp M., Schwenzfeier W., Fischer F.D., Wodlinger R., Fischer C. Front end bending in plate rolling influenced by circumferential speed mismatch and geometry. J. of Materials Processing Technology.2007. Vol. 184. Iss. 1–3
  38. Kiefer T., Kugi A. An analytical approach for modelling asymmetrical hot rolling of heavy plates. Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems. 2008. Vol. 14. No. 3. P. 249-267. https://doi.org/10.1080/13873950701844915
  39. Kiefer T., Kugi A., Heeg R., Fichet O., Bodefeld B., Irastorza L. Control of front end bending in heavy plate mills based on analytical models. In: Proc. of the METEC In Steel Con. 2007, June, 11–15, Germany.
  40.  Kennedy G., Slamar F. Turn-up and turn-down in hot rolling. Iron Steel Eng. 1958. Vol. 35. P. 71–79.
  41. Collins I., Dehwurst P. A slipline field analysis of asymmetrical hot rolling. Int. J. Mech. Sci. 1975, Vol. 17. P. 643–651.
  42. Dehwurst P., Collins I., Johnson W., A theoretical and experimental investigation into asymmetrical hot rolling, Int. J. Mech. Sci. 16 (1974), pp. 389–397.
  43. Kobayashi S., Oh S., Altan T., Metal Forming and the Finite-Element Method. Oxford : Oxford University Press, 1989.
  44. Richelsen A. Elastic-plastic analysis of the stress and strain distributions in asymmetric rolling. Int. J. Mech. Sci. 1997. Vol. 39. P. 1199–1211.
  45. Philipp M., Front end bending in plate rolling as a result of the circumferential speed mismatch and the shape factor. Ph. D. Thesis, University of Leoben, 2002.
  46. Yoshii M., Ohmori K., Seto T., Nikaido H., Hishizaki H., Inoue M. Analysis of warping phenomenon in plate rolling, ISIJ Int. 1991. Vol. 9. P. 973–978.
  47. Nilsson A. Front-end bending in plate rolling. Scand. J. Metallurgy. 2007. Vol. 30. P. 337–344.
  48. Park B., Hwang S. Analysis of front end bending in plate rolling by the Finite Element method. J. Manufac. S. Eng. 1997. Vol. 119. P. 314–323.
  49. Hwang Y., Chen T., Hsu H. Analysis of asymmetrical clad sheet rolling by stream function method. Int. J. Mech. Sci. 1996. Vol. 38. P. 443–460.
  50. Dyja H., Pilarczyk W. Analysis of symmetric and asymmetric rolling of plates in reversing mill. 1st International Conference on Modelling of metal rolling processes, 21–23 September, Imperial Collage, London, 1993. P. 565–577.
  51. Harrer O.-K., Lu J., Schwenzfeier W., Fischer F.-D. Front end bending in asymmetric rolling. Modelling of metal rolling processes. 1999. Vol. 3. No. 13–15. P. 312–318.
  52. Park B. H., Chun M. S., Kim J. K., Yi J. J., Chung H., Hwang S. M. Online control of front end bending in plate rolling. METEC Congress 94, Germany, 1994. P. 101–105.
  53. Lu J., Harrer O.-K., Schwenzfeier W. Numerische Untersuchungdes Stoffflusses beim Schubwalzen, Bender BlecheRohre. 1997. Vol. 12. P. 22–27.
  54. Cao A. et al. Elastic plastic finite element analysis of asymmetric hot rolling. 1st International Conference on Modelling of metal rolling processes, 21–23 September, Imperial Collage, London, 1993. P. 542–552.
  55. Wang Y.-N., Ma H.-Z., Liu C.-R., Zhao X.-C., Ma Y.-P. Experimental research of the slab head bending in unsymmetrical rolling. Journal Of Xi’an University Of Architecture & Technology (Natural Sience Endition). 2008. Vol. 40, Iss. 2, Page 290-292
  56. Farhatnia F., Salimi M. Effect of entry bending moment on exit curvature in asymmetrical rolling. International Journal of Engineering, Science and Technology. 2011. Vol. 3, No. 4.
  57. Tan, Y. X., et al. Influence of Temperature Difference on Front End Bending in Hot Slab Rolling. Advanced Materials Research. 2013. Vol. 652–654, Trans Tech Publications, Ltd., Jan. 2013. P. 1952–1955. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.652-654.1952
  58. Lee C. H., Park J. P., Moon Y. H. Differential Speed Rolling to Reduce Warping in Bimetallic Slab. Advances in Mechanical Engineering. 2014. Vol. 6. https://doi.org/10.1155/2014/375162
  59. Li Liang, Du Fengshan, Guo Zhenyu, Zhang Jianmin, Wu Jianfeng, Zhang Analytical And FEM Simulation of the Front End Bending in Asymmetrical Hot Plate Rolling Xiaofeng Metallurgical Equipment 2003-02
  60. Ilmola Joonas, et al. Multiphysical FE-analysis of a front-end bending phenomenon in a hot strip mill. AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 1960. 090007. Proc. of the 21st International Conference on Material Forming: ESAFORM 2018. https://doi.org/10.1063/1.5034933.
  61. Jiquan Sun, Haibin Zhang, Quancheng Yu. Analysis of bending on the front end of sheet during hot rolling. Journal of University of Science and Technology Beijing, Mineral, Metallurgy, Material. 2006. Vol. 13, Iss. 1. P. 54-59. https://doi.org/10.1016/S1005-8850(06)60014-5.
  62. Zhang, T., Wu, Y., Gong, H. et al. Bending analysis and control of rolled plate during snake hot rolling. J. Cent. South Univ. 2015. Vol. 22. Iss. 7. P. 2463–2469. https://doi.org/10.1007/s11771-015-2774-5.
  63. Jeremy John Minton. Mathematical modelling of asymmetrical metal rolling processes. PhD Thesis, University of Cambridge. 2017.
  64. Kyunghun Lee, Jinqyu Han, Joonhong Park, Byungmin Kim, Daecheol Ko. Prediction and control of front-end curvature in hot finish rolling process. Advances in Mechanical Engineering. 2015. Vol. 7. Iss. 11. P. 1–10.
  65. Biba N. V., Lishny A. I., Stebunov S. A. Calculation of tools and technology for pressing profiles using the QForm program. Non-ferrous metals. 2009. No. 10. P. 83 – 87.
  66. Kragelsky I. V., Dobychin M. N., Kombalov V. S. Fundamentals of calculations for friction and wear. Moscow : Mashinostroenie, 1977. 526 p.
  67. Nikolaev V. A. Rolling theory: Monograph. Zaporozhye: Publishing House of the Zaporozhye State Academy, 2007. 228 p.
  68. Minton J., Brambley E. Meta-Analysis of Curvature Trends in Asymmetric Rolling.  International Conference on the Technology of Plasticity (ICTP 2017), 17-22 September 2017, Cambridge, United Kingdom. Procedia Engineering. 2017. Vol. 207. P. 1355–1360.
  69. Bin Chen, Xiao Ru Cheng, Yan Sheng Hu, Yong Ren. Application of back-propagation neural network for controlling the front end bending phenomenon in plate rolling. International Journal of Materials and Product Technology. 2013. Vol. 46. Iss. (2/3). P. 166–176. https://doi.org/10.1504/IJMPT.2013.056298
  70. Joonas Ilmola, Oskari Seppälä, Olli Leinonen, Aarne Pohjonen, Jari Larkiola, Juha Jokisaari, Eero Putaansuu. Multiphysical FE-analysis of a front-end bending phenomenon in a hot strip mill. AIP Conference Proceedings. 2018. Vol. 1960, 090007
  71. Fatemeh Farhatnia, Mahmoud Salimi. Effect of entry bending moment on exit curvature in asymmetrical rolling. Int. J. of Engineering Science and Technology. 2011. Vol. 3. Iss. 4. P. 147-163. https://doi.org/10.4314/ijest.v3i4.68550
  72. Prykhodko I., Krot P., Raznosilin V., Malygin M., Semenov I., Matyjaszczyk K. System of automatic front ends bending control of thick plates by asymmetric rolling. Preprint. March 2021. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.20724.27525

No widgets added. You can disable footer widget area in theme options - footer options

Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Logo