The Analysis of the Asymmetric Plate Rolling Process in the Finishing Stand 3600

• Autorzy: Kawałek A. , Dyja H. , Knapiński M. , Banaszek G. , Kwapisz M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0259

Warianty tytułu

PL

Analiza asymetrycznego procesu walcowania blach grubych w klatce wykańczającej 3600

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In order to enhance the quality of plates, various solutions are being implemented, including normalizing rolling, the process of rolling followed by accelerated cooling, as well as new roll gap control systems. The hydraulic positioning of rolls and the working roll bending system can be mentioned here. The implementation of those systems results in increased loads of the rolling stands and working tools, that is the rolls. Another solution aimed at enhancing the cross-sectional and longitudinal shape of rolled plate is the introduction of asymmetric rolling, which consists in the intentional change of the stress and strain state in the roll gap. Asymmetric rolling systems have been successfully implemented in strip cold rolling mills, as well as in sheet hot rolling mills. The paper present results of studies on the effect of roll rotational speed asymmetry and other rolling process parameters on the change in the shape of rolled strip and the change of rolls separating force for the conditions of normalizing rolling of plates in the finishing stand. The variable process parameters were: the roll rotational speed asymmetry factor, a_v; the strip shape factor, h₀/D; and the relative rolling reduction, ε. Working rolls of the diameter equal to 1000 mm and a constant lower working roll rotational speed of n = 50 rpm were assumed for the tests. The asymmetric rolling process was run by varying the rotational speed of the upper roll, which was lower than that of the lower roll. The range of variation of the roll rotational speed factor, a_v =v_d/v_g, was 1.01÷1.15. A strip shape factor of h₀/D = 0.05÷0.014 was assumed. The range of rolling reductions applied was ε = 0.08÷0.50. The material used for tests was steel of the S355J2G3 grade. For the simulation of the three-dimensional plastic flow of metal in the roll gap during the asymmetric hot rolling of plates, the mathematical model of the FORGE 2008 ® program was used. For the mathematical description of the effect of rolling parameters on the strip curvature and rolls separating force the special multivariable polynomial interpolation was used. This method of tensor interpolation in Borland Builder programming environment was implemented. On the basis of the carried out analysis can be state, that by using the appropriate relative rolling reduction and working roll peripheral speed asymmetry factor for a given feedstock thickness (strip shape ratio) it is possible to completely eliminate the unfavorable phenomenon of strip bending on exit from the roll gap, or to obtain the permissible strip curvature which does not obstructs the free feed of the strip to the next pass or transferring the plate to the accelerated plate cooling stations. Additionally by introducing the asymmetric plate rolling process through differentiating working roll peripheral speeds, depending on the asymmetry factor used, the magnitude of the total roll separating force can be reduced and, at the same time, a smaller elastic deflection of rolling stand elements can be achieved. As a result smaller elastic deflection of the working rolls, smaller dimensional deviations across its width and length finished plate can be obtained.

PL

W celu poprawy jakości blach grubych stosowane są różne rozwiązania obejmujące walcowanie normalizujące, przyspieszone chłodzenie po walcowaniu, jak również nowe systemy sterowania szczelina walcownicza. Należy również wspomnieć o systemach hydraulicznej nastawy walców oraz przeginania walców roboczych. Zastosowania tych systemów powoduje wzrost obciążenia klatki walcowniczej i jej osprzętu, jak również walców. Innym rozwiązaniem powodującym poprawę wzdłużnego i poprzecznego kształtu walcowanych blach jest wprowadzenie walcowania asymetrycznego, które wprowadza kontrolowana zmianę stanu naprężenia i odkształcenia w kotlinie walcowniczej. Systemy asymetrycznego walcowania były skutecznie zastosowane podczas walcowania taśm na zimno oraz w walcowniach gorących podczas walcowania cienkich blach. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu asymetrii prędkości obrotowej walców i innych parametrów procesu na zmianę kształtu walcowanego pasma oraz zmianę siły nacisku na walce w warunkach walcowania normalizującego blach grubych w klatce wykańczającej. Zmiennymi parametrami procesu były: współczynnik asymetrii prędkości obrotowej walców, a_v; współczynnik kształtu pasma, h₀/D; oraz gniot względny, ε. Do badań założono średnice walców roboczych równa 1000 mm i stałą wartość prędkości obrotowej dolnego walca n = 50 obr/min. Warunki asymetrycznego procesu walcowania uzyskano przez zróżnicowanie prędkości obrotowej górnego walca, która przyjmowano niższą niż walca dolnego. Zakres zmian współczynnika asymetrii prędkości obrotowych a_v =v_d/v_g przyjeęo: 1,01÷0,15. Założono współczynnik kształtu pasma h₀/D w zakresie 0,05÷0,014 oraz przyjęto wartości gniotu względnego ε w przedziale: ε = 0.08÷0.50. Badanym materiałem była stal w gatunku S355J2G3. Do symulacji trójwymiarowego, plastycznego płynięcia metalu w kotlinie walcowniczej podczas asymetrycznego walcowania blach grubych na gorąco wykorzystano model matematyczny programu FORGE 2008 ® . W celu matematycznego opisu wpływu parametrów walcowania na krzywiznę pasma i siłę nacisku metalu na walce zastosowano interpolacje wielomianem wielu zmiennych. Metodę interpolacji tensorowej zaimplementowano w środowisku programowym Borland Builder. Na podstawie przeprowadzonej analizy można stwierdzić, że zastosowanie odpowiedniego gniotu względnego i współczynnika asymetrii prędkości obwodowych walców, dla danej wartości wysokości początkowej pasma (współczynnika kształtu pasma) umożliwia całkowite wyeliminowanie niekorzystnego zjawiska wyginania się pasma po wyjściu z kotliny walcowniczej lub uzyskanie dopuszczalnej krzywizny pasma, która nie zakłóca wprowadzenia pasma do kolejnego przepustu lub jego transportu do urządzeń chłodzacych. Dodatkowo przez wprowadzenie procesu walcowania asymetrycznego, w zależności od zastosowanego współczynnika asymetrii, można uzyskać zmniejszenie siły nacisku metalu na walce, a jednocześnie zachodzi zmniejszenie sprężystego ugięcia elementów klatki walcowniczej. Dzięki zmniejszeniu sprężystego ugięcia klatki walcowniczej uzyskuje się końcową blachę o zmniejszonych odchyłkach wymiarowych wzdłuż jej szerokości i długości.

Słowa kluczowe

EN

numerical modelling; asymmetric rolling; strip shape; strip bending; pressure of the metal on the rolls

PL

modelowanie numeryczne; walcowanie asymetryczne; zmiana kształtu; wyginanie pasma

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 4
• Strony: 1533--1538
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Kawałek A.

• Częstochowa University of Technology, Faculty of Production Engineering and Materials Technology, 19 Armii Krajowej Str., 42-200 Częstochowa, Poland

autor

Dyja H.

• Częstochowa University of Technology, Faculty of Production Engineering and Materials Technology, 19 Armii Krajowej Str., 42-200 Częstochowa, Poland

autor

Knapiński M.

• Częstochowa University of Technology, Faculty of Production Engineering and Materials Technology, 19 Armii Krajowej Str., 42-200 Częstochowa, Poland

autor

Banaszek G.

• Częstochowa University of Technology, Faculty of Production Engineering and Materials Technology, 19 Armii Krajowej Str., 42-200 Częstochowa, Poland

autor

Kwapisz M.

• Częstochowa University of Technology, Faculty of Production Engineering and Materials Technology, 19 Armii Krajowej Str., 42-200 Częstochowa, Poland

Bibliografia

• [1] H. Dyja, A. M. Sałganik, A. M. Piesin, A. Kawałek, Asymetryczne walcowanie blach cienkich Teoria, technologia i nowe rozwiazania, Wydawnictwo Politechniki Czestochowskiej, Seria Monografie nr 137, ISBN 978-83-7193-364-6, ISSN 0860-5017, 345 (2008).
• [2] A. Kawałek, H. Dyja, M. Knapiński, Wpływ asymetrycznego walcowania na poprawę wskaźników techniczno-ekonomicznych procesu walcowania blach na goraco. Hutnik Wiadomosci Hutnicze, R LXXV, 6, 266-270, czerwiec 2008.
• [3] J. Markowski, H. Dyja, M. Knapiński, A. Kawałek, Theoretical analysis of asymmetric rolling of sheets on leader and finishing stands, Journal of Materials Processing Technology 138, 183-188 (2003).
• [4] A. Halloumi, C. H. Desrayaud, B. Bacroix, E. Rauch, F. Montheillet, A simple analytical model of asymmetric rolling; Archives of Metallurgy and Materials 57,2, 425-435 (2012).
• [5] S. Wroński, K. Wierzbanowski, B. Bacroix, T. Chauveau, M. Wróbel, A. Rauch, F. Montheillet, M. Wroński, Texture heterogeneity of Asymmetrically cold rolled low carbon steel; Archives of Metallurgy and Materials 54, 1, 89-102 (2009).
• [6] Q. Sun, Y. H. Pang, C. R. Liu, et al., A Model of Calculating Contact Length between Stock and Roll during Plate Rolling. Conference Information: 11th International Symposium on Eco-Materials Processing and Design, JAN 09-12, 2010 Osaka Prefecture Univ, Osaka, JAPAN ECO-MATERIALS PROCESSING AND DESIGN XI Book Series: Materials Science Forum 658, 440-443 (2010).
• [7] W. Gong, Y. H. Pang, C. R. Liu, et al., Effect of Asymmetric Friction on Front End Curvature in Plate and Sheet Rolling Process. Journal of Iron and Steel Research International Japan 17, 1, 22-26 (2010).
• [8] V. G. Sinicyn, Nesimmetrichnaja prokatka listov i lent, Metallurgija, Moskva, 1984.
• [9] A. Kawałek, Asymetryczne walcowanie blach grubych w walcarce wykanczajacej. Hutnik Wiadomosci Hutnicze R LXXIII, 6, 266-270, czerwiec 2006.
• [10] A. Kawałek, H. Dyja, Analiza wpływu parametrów asymetrycznego procesu walcowania na kształt pasma. Hutnik Wiadomosci Hutnicze R LXXVI, 8, 593-595 (2009).
• [11] Forge3 RReference Guide Release 6.2, Sophia-Antipolis, November 2002.
• [12] G. Biernat, A. Ciekot, The polynomial tensor interpolation, Prace Naukowe Instytutu Matematyki i Informatyki Politechniki Czestochowskiej, Czestochowa, ISSN 1731-5417, 5-9 (2008).