blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-12-927-932blackmet-1515Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПРОКАТКИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ВАЛКОВ ШАРОПРОКАТНОГО СТАНАIMPROVING DYNAMIC REGIME OF ROLLING FOR INCREASING DURABILITY OF BALL-ROLLING MILL ROLLSРубцовВ. Ю.RubtsovV. Yu.

аспирант кафедры металлургических технологий

620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Postgraduate of the Chair of Metallurgical Technology

Ekaterinburg

Uriylot@mail.ruШевченкоО. И.ShevchenkoO. I.

д.т.н., заведующий кафедрой металлургических технологий

620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair of Me­tallurgical Technology

Ekaterinburg

Shevchenko.Oleg@mail.ruМироноваМ. В.MironovaM. V.

к.т.н., директор департамента Нижнетагильского технологического института

620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Cand. Sci. (Eng.), Director of the Department of Nizhny Tagil Technological Institute (branch)

Ekaterinburg

blastpurnace@mail.ruУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. ЕльцинаРоссияUral Federal University named after the first President of Russia B.N. YeltsinRussian Federation2018150120196112927932Copyright © Рубцов В.Ю., Шевченко О.И., Миронова М.В., 20192019Рубцов В.Ю., Шевченко О.И., Миронова М.В.Rubtsov V.Y., Shevchenko O.I., Mironova M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1515

Одной из существенных причин простоев шаропрокатных станов является замена валков в связи с их износом. В статье исследованы степень и зоны критического износа шаропрокатных валков, где наибольший износ наблюдается по ребордам в зоне захвата заготовки.  Аналитически определены условия, необходимые для захвата заготовки и выполнения процесса прокатки. В качестве прогрессивной технологии предложен способ переменной частоты вращения валков при подаче заготовки, представлены результаты испытаний при ее изменении по линейному и квадратичному законам. Преобразованы известные формулы для определения средней скорости деформации при  изменении частоты вращения валков при линейной и квадратичной зависимостям. Проведены экспериментальные исследования в условиях шаропрокатного стана АО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат» при прокатке шара диам. 60 мм из стали марки  Ш3Г на стане прокатки мелющих шаров 40-80. Проведены опыты с изменением частоты вращения валков в ручном режиме по заданным  параметрам  при  захвате  заготовки  валками,  которые  показали  существенное  влияние  изменения  частоты  вращения  на  среднее  удельное  давление в момент захвата заготовки. Представлены моментно-временная характеристика и характеристика среднего контактного давления  для  расчетных  и  опытных  данных,  а  также  эмпирические  характеристики  при  переменной  частоте  вращения  валков  по  линейному  и  по  квадратичному  законам.  Определена  допустимая  сходимость  результатов  расчетных  и  эмпирических  характеристик.  Предложено  инженерное решение для поставленной задачи в качестве установки тиристорного преобразователя, которое позволит уменьшать частоту  вращения  валков  перед  захватом,  а  после  захвата  заготовки  увеличивать  ее  до  номинальной  по  заданному  закону.  Так  можно  получить  равномерное распределение среднего контактного давления по всей длине валка при различных режимах работы стана в автоматическом  режиме. Применение такой методики позволит уменьшить степень износа прокатного инструмента при той же производительности шаропрокатного стана, тем самым снизить расход валков и количество перевалок по их износу.

One  of  the  important  reasons  for  the  downtime  of  ball  rolling  mills  is  replacement  of  rolls  due  to  their  wear  and  tear.  The  degree  and  zones  of  critical  wear  of  ball  rolling  rolls  are  investigated  in  the  article, where the greatest wear is observed over the flanges in zone of billet  capture.  Conditions  necessary  to  capture  the  blank  and  to  perform  rolling  process  are  analytically  determined.  Variable  frequency  method  of  roll  rotations  is  proposed  as  a  progressive  technology  for  blank supply. The results of tests for its variations in accordance with  linear  and  quadratic  law  are  presented.  Known  formulas  determining  average  strain  rate  at  rolls  rotational  speed  change  are  converted  for  linear and quadratic dependences. Experimental studies have been carried  out  in  conditions  of  EVRAZ  Nizhnetagilsky  Metallurgical  Plant  ball rolling mills during rolling of 60mm ball made of Sh-3G steel. Experiments  were  performed  for  given  parameters  of  manual  change  in  rolls rotation speed at blank capture by rollers. The results have shown  a  significant  effect  of  change  in  rotational  speed  on  average  specific  pressure during blank capture. Evaluation of torque-time and average  contact  pressure  for  calculated  and  experimental  data  are  presented.  Empirical characteristics are also described at variable rotational speed  of rolls according to linear and quadratic law. Acceptable convergence  of results of calculated and empirical characteristics is determined. Engineering solution has been proposed for that task. It consists in installation of a thyristor converter. This solution allows reduction of rolls  speed before blank capture. Also, this solution will increase frequency  to  the  nominal  value  according  to  the  given  law  after  blank  capture.  As an obtained result, there is uniform distribution of average contact  pressure over the entire length of the roll under different operating conditions  of  mill  in  automatic  mode. Application  of  this  technique  will  reduce wear degree of the rolling tool. At the same time, productivity  of ball rolling mill will be maintained. Rolls consumption and number  of rolls change will decrease due to rolls wear.

винтовой калибрребордазахват заготовкиусловие вращения заготовкиусилие прокаткисреднее контактное давлениечастота вращениялинейный законквадратичный законscrew gaugeflangeblank captureblank rotation conditionrolling forcemean contact pressurespeedlinear lawsquare lawReferencesКотенок В.И. Развитие теории формообразования профилей в винтовых калибрах и создание высокоэффективныхпроцессов и оборудования для прокатки деталей машин: Автореф. дис. д-рa техн. наук. – М., 2005. – 37 с.Kotenok V.I. Razvitie teorii formoobrazovaniya profilei v vintovykh kalibrakh i sozdanie vysokoeffektivnykh protsessov i oborudova­ niya dlya prokatki detalei mashin: Avtoref. dis... doktora tekh. nauk [Development of theory of profiles forming in helical roll passes and creation of high effective processes and equipment for rolling of machines parts: Extended Abstract of Dr. Sci. Diss.]. Moscow, 2005, 37 p. (In Russ.).Артес А.Э., Третьюхин В.В. Проблема совершенствования производства мелющих шаров. Качество и инновации // Компетентность. 2014. No 3 (114). С. 50 – 53.Artes A.E., Tret’yukhin V.V. Enhancement of grinding balls production. Quality and innovations. Kompetentnost’. 2014, no. 3 (114), pp. 50–53. (In Russ.).Скобло Т.С., Автухов А.К., Климанчук В.В. Причины и характеристика отказов прокатных валков станов горячей прокатки // Металлургия машиностроения. 2014. Т. 3. С. 14 – 17.Skoblo T.S., Avtukhov A.K., Klimanchuk V.V. Causes and characteristics of break-down of hot rolling mills rolls. Metallurgiya ma­ shinostroeniya. 2014, no. 3, pp. 14–17.Тетерин П.К. Теория поперечной и винтовой прокатки. – М: Металлургия, 1983. – 270 с.Teterin P.K. Teoriya poperechnoi i vintovoi prokatki [Theory of cross and screw rolling]. Moscow: Metallurgiya, 1983, 270 p. (In Russ.).Быстров В.А., Дьяков П.К., Уманец А.Г. Условия эксплуатации и износ валков прокатного стана горячего металла // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. No 5. С. 24 – 29.Bystrov V.A., D’yakov P.K., Umanets A.G. Operating conditions and wear of hot metal mill rolls. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2014, no. 5, pp. 24–29. (In Russ.).Синнаве М. Новые марки прокатных валков и тенденции их производства // Сталь. 2003. No 7. С. 48 – 52.Sinnave M. New grades of mill rollers and development of their production . Stal’. 2003, no. 7, pp. 48–52. (In Russ.).Романцев Б.А., Алещенко А.С., Цюцюра В.Ю., Лубе И.И. Особен ности износа рабочих валков прошивного стана ТПА 159-426 при прокатке непрерывнолитых заготовок большого диаметра // Производство проката. 2016. No 6. С. 20 – 27.Romantsev B.A., Aleshchenko A.S., Tsyutsyura V.Yu., Lube I.I. Features of wear of working rolls of TPA 159-426 piercing mill at rolling continuous cast billets of large diameter. Proizvodstvo prokata. 2016, no 6, pp. 20–27. (In Russ.).Романцев Б.А., Алещенко А.С., Цюцюра В.Ю., Тыщук И.Н., Лубе И.И. Особенности износа рабочих валков прошивного стана ТПА 50-200 при прокатке непрерывнолитых и горячекатаных заготовок // Металлург. 2016. No 10. С. 57 – 61.Romantsev B.A., Aleshchenko A.S., Tsyutsyura V.Yu., Tyshchuk I.N., Lube I.I. Features of piercing mill TPA 50-200 working roll wear during rolling continuously-cast and hot-rolled billets. Metallurgist. 2017, no. 9-10, pp. 1062–1069.Стан ЦКБММ 44 для прокатки шаров 40-80. Технический проект. – М.: ЦНИИТМАШ, 1955.Stan CKBMM 44 dlya prokatki sharov 40­80. Tekhnicheskii proekt [TSKBMM 44 mill for rolling the balls 40-80. Technical project] Moscow: TsNIITMASh, 1955. (In Russ.).Перетятько В.Н., Климов А.С., Филиппова М.В. Калибровка валков шаропрокатного стана. Сообщение 1 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. No 4. С. 27 – 30.Peretyat’ko V.N., Klimov A.S., Filippova M.V. Calibration of rolls of a ball-rolling mill. Part 1. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2013, no. 4, pp. 27–30. (In Russ.).Филиппова М.В., Сметанин С.В., Перетятько В.Н. Компьютерное моделирование прокатки шаров в винтовых калибрах. – В кн.: Моделирование и наукоемкие информационные технологии в технических и социально-экономических системах. Труды IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2016. С. 290 – 294.Filippova M.V., Smetanin S.V., Peretyat’ko V.N. Computer modeling of rolling balls in screw gage. In: Modelirovanie i naukoemkie informatsionnye tekhnologii v tekhnicheskikh i sotsial’no­-ekonomicheskikh sistemakh. Trudy IV Vserossiiskoi nauchno­prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem [Modeling and high-tech information technologies in technical and socio-economic systems. Proceedings of the 4th All-Russian Sci. and Pract. Conf. with Int. Participation]. Novokuznetsk: izd. SibGIU, 2016, pp. 290–294. (In Russ.).Филиппова М.В., Перетятько В.Н., Сметанин С.В. Усилия и напряжения при прокатке шара. // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. Т. 59. No 8. С. 587, 588.Filippova M.V., Peretyat’ko V.N., Smetanin S.V. Stresses and strains during rolling of the ball. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2016, no. 8, pp. 587–588. (In Russ.).Целиков А.И., Барбарич М.В. Специальные прокатные станы. – М: Металлургия, 1971. – 336 с.Tselikov A.I., Barbarich M.V. Spetsial’nye prokatnye stany [Special rolling mills] Moscow: Metallurgiya, 1971, 336 p. (In Russ.).Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. – М: Металлургия, 1962. – 496 с.Tselikov A.I. Teoriya rascheta usilii v prokatnykh stanakh [Theory of efforts calculation for rolling mills] Moscow: Metallurgiya, 1962, 496 p. (In Russ.).Грудеев А.П. Внешнее трение при прокатке. – М: Металлургия, 1973. – 228 с.Grudeev A.P. Vneshnee trenie pri prokatke [External friction during rolling]. Moscow: Metallurgiya, 1973, 228 p. (In Russ.).Гуляев Ю.Г., Шифрин Е.И., Лубе И.И., Гармашев Д.Ю., Николаенко Ю.Н. Определение геометрических параметров очага деформации в станах поперечно-винтовой прокатки // Сталь. 2013. No 11. С. 53 – 55.Gulyaev Yu.G., Shifrin E.I., Lube I.I., Garmashev D.Yu., Nikolaenko Yu.N. Geometry of the deforming region in rotary-rolling mills. Steel in Translation. 2013, vol. 43, no. 11, pp. 758–761.Красневский С.М., Макушок Е.М., Щукин В.Я. Разрушение металлов при пластической деформации. – Минск: Наука и техника, 1983. – 173 с.Krasnevskii S.M., Makushok E.M., Shchukin V.Ya. Razrushenie metallov pri plasticheskoi deformatsii [Metals fracture by plastic deformation] Minsk: Nauka i tekhnika, 1983, 173 p. (In Russ.).Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. – М: Машиностроение; София: Техника, 1980. – 304 с.Novik F.S., Arsov Ya.B. Optimizatsiya protsessov tekhnologii metallov metodami planirovaniya eksperimentov [Optimization of metals processing technology by methods of experiments design] Moscow: Mashinostroenie; Sofiya: Tekhnika, 1980, 304 p. (In Russ.).Белов В.И., Разгулин И.А. Оценка средних значений степени и скорости деформации с применением программного комплекса Deform 3D при горячей прокатке // Моделирование и развитие процессов ОМД. 2014. No 20. С. 153 – 157.Belov V.I., Razgulin I.A. Estimation of average values of degree and rate of deformation using Deform 3D software at hot rolling. Mo­ delirovanie i razvitie protsessov OMD. 2014, no. 20, pp. 153–157. (In Russ.).Перетятько В.Н., Климов А.С., Филиппова М.В., Федоров А.А. Калибровка валков шаропрокатного стана. – В кн.: Металлургия, технология, управление, инновации, качество. Сб. науч. тр. СибГИУ. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2010. С. 258 – 265.Peretyat’ko V.N., Klimov A.S., Filippova M.V., Fedorov A.A. Calib ration of rolls of a ball-rolling mill. In: Metallurgiya, tekhnologiya, upravlenie, innovatsii, kachestvo [Metallurgy, technology, management, innovations, quality]. Novokuznetsk: izd. SibGIU, 2010, pp. 258–265. (In Russ.).Pater Zbigniew. Analysis of helical rolling process of balls formed from a head of a scrapper rail // Advances in Science and Technology Research Journal. 2016. Vol. 10. No. 30. P. 110 – 114.Pater Zbigniew. Analysis of helical rolling process of balls formed from a head of a scrapper rail. Advances in Science and Technology Research Journal. 2016, vol. 10, no. 30, pp. 110–114.Pater Z., Tomczak J., Bartnicki J., Lovell M.R., Menezes P.L. Experimental and numerical analysis of helical-wedge rolling process for producing steel balls // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2013. Vol. 67. P.1 – 7.Pater Z., Tomczak J., Bartnicki J., Lovell M.R., Menezes P.L. Experimental and numerical analysis of helical-wedge rolling process for producing steel balls. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2013, vol. 67, pp. 1–7.Chila P., Pater Z., Tomczak J., Chila P. Numerical analysis of rolling process for producing steel balls using helical rolls. Archives of Metallurgy and Materials. 2016. Vol. 61. No. 2. P. 485 – 492.Chila P., Pater Z., Tomczak J., Chila P. Numerical analysis of rolling process for producing steel balls using helical rolls. Archives of Metallurgy and Materials. 2016, vol. 61, no. 2, pp. 485–492.Pater Z. FEM analysis of the multi-wedge helical rolling process for a workholding bolt. MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 80. P. 130, 131.Pater Z. FEM analysis of the multi-wedge helical rolling process for a workholding bolt. MATEC Web of Conferences. 2016, vol. 80, pp. 130, 131.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.