Bandoberfläche — Metaltehnomash Ltd.

Fehler an der Bandoberfläche (Kleber, Haftstellen, Kratzer und Abdrücke) sowie der Verlust der Coilstabilität (Abrutschen unter dem Eigengewicht oder Bildung des Fehlers "Einbrechen des Coilauges") hängen mit einem ungünstigen Spannungs-Verformungs-Zustand der Coils beim Aufwickeln zusammen.

In diesem Zusammenhang ist die Verbesserung und Entwicklung neuer Methoden und eines Computersystems zur Berechnung des SSS von Coils eine wichtige Aufgabe, die Folgendes ermöglicht:

Vorhersage des SSS der Coils während und nach dem Aufwickeln an der Kaltwalzstraße sowie beim Glühen der Coils;
Bestimmung optimaler Bedingungen für das Aufwickeln und das Glühen in Haubenglühöfen mit minimaler Wahrscheinlichkeit des Verschweißens der Windungen beim Glühen der Coils oder des Abrutschens der Coils beim anschließenden Abwickeln beim Dressieren.

Entwicklung wirksamer Methoden zur Gewährleistung eines optimalen Spannungszustands der Coils beim Walzen und Aufwickeln der Bänder an der Walzstraße 2030

Zeitraum: 2001-2002
Auftraggeber: JSC NLMK

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung neuer Elemente der Technologie des Kaltwalzens von Bändern und ihres Aufwickelns zu Coils unter Berücksichtigung der Gesetzmäßigkeiten der Temperaturänderung beim Aufwickeln sowie die Sicherstellung der Qualität der Bandoberfläche.

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HAUPTABSCHNITTE DER ARBEIT:

1. ENTWICKLUNG UND SOFTWARETECHNISCHE UMSETZUNG AUF DEM PC EINES GRUNDLEGENDEN NICHTISOTHERMEN MODELLS UND ALGORITHMUS ZUR BERECHNUNG DES TEMPERATURFELDS UND DES SPANNUNGS-VERFORMUNGS-ZUSTANDS DES DICHT GEWICKELTEN COILS BEIM AUFWICKELN, NACH DEM ABNEHMEN VON DER HASPELTROMMEL, BEIM ABKÜHLEN SOWIE BEIM ERWÄRMEN UND ABKÜHLEN IN HAUBENGLÜHÖFEN
1.1 Elemente der mathematischen Formulierung der Aufgabe
1.1.1 Thermische Aufgabe
1.1.2 Bestimmung des Spannungszustands des Coils
1.2 Algorithmus zur Lösung der Aufgabe

2. MECHANISMUS DES EINFLUSSES DER RAUHEIT DER OBERFLÄCHE VON KALTGEWALZTEM BAND AUF DAS VERKLEBEN DER WINDUNGEN IN COILS BEIM GLÜHEN UND DIE BILDUNG VON OBERFLÄCHENFEHLERN
2.1 Ergebnisse der Lösung konkreter Aufgaben
2.1.1 Zwischenwindungsdruck im isothermen Coil
2.2 Analyse der Simulationsergebnisse

3. ANALYSE VON LABOR- UND BETRIEBSVERSUCHEN. FORMALISIERUNG DER KRITERIEN (BEDINGUNGEN) VON HAFTEN, ADHÄSION, VERSCHWEISSEN

4. EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNG DES EINFLUSSES DER TEMPERATUR BEIM AUFWICKELN DER BÄNDER ZU COILS BEIM KALT- WALZEN AUF DIE BILDUNG VON BANDOBERFLÄCHENFEHLERN

5. UNTERSUCHUNG DES EINFLUSSES DER AUFWICKEL- UND GLÜHBEDINGUNGEN DER BÄNDER AUF DAS VERKLEBEN UND VERSCHWEISSEN DER COILWINDUNGEN. ENTWICKLUNG UND NUMERISCHE BEWERTUNG NEUER TECHNISCHER LÖSUNGEN
5.1 Einfluss einer verlängerten geregelten Abkühlung unter der Haube in Haubenglühöfen
5.2 Einfluss der Temperatur über den Coilradius und Bestimmung des optimalen Verteilungs- gesetzes
5.3 Einfluss der Änderung des Bandzugs in der Anfangsphase des Coilaufwickelns. Entwicklung eines rationalen Gesetzes der Bandzugänderung
5.4 Einfluss der Lage der Geschwindigkeitsrampen über den Coilradius auf den Zwischenwindungsdruck und die Neigung zum Verschweißen der Windungen beim Glühen
5.5 Einfluss der Länge des mit niedriger Geschwindigkeit gewalzten Bandes sowie der Lage der Brems- und Beschleunigungs- stellen der Walzstraße über die Bandlänge (den Coilradius)
5.6 Einfluss der Geschwindigkeit beim Durchlauf der Schweißnaht
5.7 Einfluss der Bandbreite

6. ENTWICKLUNG NEUER TECHNOLOGIEELEMENTE

ANHANG. Das Programmpaket "Coil Temper" auf CD-ROM

Thermografische Aufnahmen der Temperaturverteilung über die Länge des zu Coils gewickelten Bandes entsprechend den Geschwindigkeitsdiagrammen des Walzens und Aufwickelns

Entwickeltes Regime für das Walzen und Aufwickeln der Bänder, das
eine Verringerung des Zwischenwindungsdrucks im Coil ermöglicht
Unten: Diagramme der Zwischenwindungsdrücke über den Coilradius

Modellierung und Entwicklung der Glühbedingungen für Coils
Regime des Rekristallisationsglühens im Haubenglühofen: Temperatur des Schutzgases Tgas, Temperatur der ersten T (N = 1) und der letzten T (N = Ne) Bandwindung im Coil sowie Temperatur des Bandes in der mittleren Windung über den Coilradius T (N = Nmidl)

Temperaturfeld in einem Coil

Erwärmungsphase

Abkühlphase

Entwicklung einer neuen effizienten Technologie zur Erzeugung eines optimalen räumlichen Spannungszustands der Coils beim Walzen und Aufwickeln der Bänder an der Walzstraße 2030 sowie beim Haubenglühen unter Berücksichtigung von Daten zur Verteilung von Temperatur und Planheit über Länge und Breite der Bänder

Zeitraum: 2003 - 2004
Auftraggeber: JSC NLMK

Ziel der Arbeit ist die Verbesserung der Technologie des Kalt- walzens, des Aufwickelns zu Coils, des Glühens und des Dressierens der Bänder auf Grundlage der Daten zur Verteilung von Temperatur und Planheit über Länge und Breite der Bänder, um die Qualität der Bandoberfläche sicherzustellen.

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HAUPTABSCHNITTE DER ARBEIT:

1. ERSTELLUNG EINES MODELLS DES TEMPERATURFELDS UND DES RÄUMLICHEN SPANNUNGS-VERFORMUNGS-ZUSTANDS DES BANDES IM COIL BEIM AUFWICKELN, NACH DEM ABNEHMEN VON DER HASPELTROMMEL UND BEI ÄNDERUNG DES TEMPERATURFELDS IM COIL
1.1 Berücksichtigung der Änderungen von Parametern und Bedingungen des Bandaufwickelns über Bandlänge und -breite
1.2 Erprobung der räumlichen Aufgabe
1.3 Einfluss der akkumulierten Profiländerungen der Coilaußenkontur beim Aufwickeln
1.4 Räumliche Effekte bei der Formalisierung der Ablösebedingungen an der Außenseite
1.5 Bedingungen des Gleitens der Segmente der Haspeltrommel beim Coilaufwickeln und ihr Einfluss auf den Spannungs-Verformungs-Zustand des Coils
1.6 Weiterentwicklung des Computersystems "Coil Temper"
1.6.1 Berücksichtigung der tatsächlichen Bandplanheit

2. BESTIMMUNG DER THERMISCHEN KONTAKTWECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN COILSTAPEL UND SCHUTZGAS BEI DESSEN UMWÄLZUNG IN HAUBENGLÜHÖFEN
2.1 Gleichungen zur Bestimmung der Bedingungen der thermischen Kontaktwechselwirkung von Coil und Schutzgas im Haubenglühofen
2.1.1 Berechnung der Schutzgastemperatur beim Glühen des Coil- stapels im Haubenglühofen
2.2 Gleichungen zur Abschätzung der Temperatur der Verbrennungsprodukte und des Schutzgases im Spalt zwischen der Oberfläche der Innenhaube und dem Coilstapel
2.3 Analytische Näherungslösungen der Gleichungen
2.4 Algorithmus zur Lösung der vollständigen Aufgabe der Bestimmung der Schutzgas- temperatur mithilfe geschlossener analytischer Beziehungen
2.5 Berechnung der Temperaturänderung der Coils unter Berücksichtigung der Wärmeübertragung durch Strahlung von der Innenhaube
2.6 Qualitative Analyse des Einflusses der Schutzgaszusammensetzung auf dessen Temperaturänderung

3. ARTEN UND BEDINGUNGEN DES STABILITÄTSVERLUSTS VON COILS
3.1 Bestimmung der Bedingungen des Stabilitätsverlusts der inneren Coilwindungen und der Bildung des Fehlers "Vogel"
3.2 Bestimmung der Bedingungen des "Absackens" nach dem Abnehmen von der Haspeltrommel und beim Abkühlen unter dem Eigengewicht

4. NEUE TECHNOLOGIEELEMENTE UND BETRIEBSERPROBUNG
4.1 Einfluss der Balligkeit des Querprofils des Bandes und der damit verbundenen Änderungen des Coilaußenprofils beim Aufwickeln auf den räumlichen Spannungszustand des Coils
4.2 Rationale Gestaltung der Auflagefläche des Konvektorrings
4.3 Möglichkeiten zur Umsetzung eines energiesparenden Glühregimes in der Abkühlphase der Coils im Haubenglühofen durch Intensivierung der Erwärmungsphase
4.4 Optimales Verhältnis zwischen der relativen örtlichen Verdickung des Querprofils am warmgewalzten Band und am fertigen kaltgewalzten Band
4.4.1 Quantitative Bewertung des rationalen Abbaugrads der relativen Werte der örtlichen Verdickung
4.4.2 Bewertung der Längseigenspannungen
4.4.3 Bedingungen für die Bildung örtlicher Planheitsabweichungen. Kritische Druck- eigenspannungen. Stabilitätsverlust.
4.5 Bestimmung der Bedingungen des axialen Verschiebens der Windungen in Abhängigkeit vom Bandkeil
4.6 Bestimmung der Bereiche des relativen Gleitens und Verkratzens der Windungen über die Länge der Bänder
4.7 Ein neues Verfahren zur Herstellung von gewalztem Band in Coils und seine Betriebs- erprobung
4.8 Betriebsversuche

5. EMPFEHLUNGEN UND ENTWURF VON ÄNDERUNGEN DER TECHNOLOGISCHEN ANWEISUNG

Berechneter Zwischenwindungsdruck beim Rekristallisationsglühen (Band- breite 1200 mm, Dicke 0,5 mm)

Phase der Erwärmung (zu den Zeitpunkten 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 Stunden)

Phase der Abkühlung (zu den Zeitpunkten 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65 Stunden)

Analyse der Informationen zum Querprofil des warmgewalzten Bandes
Oberfläche des Computersystems HRSProfileAnalisys, in dem das Querprofil des warmgewalzten Bandes im Hinblick auf seine Umformung in den Gerüsten der Kaltwalzstraße bewertet wird:

Experimentelle Bestätigung der Bildung von Bandoberflächenfehlern
an den durch die numerische Analyse bestimmten Stellen
(Abwickeln des Coils am Dressiergerüst)

Berechnung der Temperatur der Windungslagen im Coilstapel
(15 h nach Beginn des Rekristallisationsglühens)

Berechneter Zwischenwindungsdruck im Coil in der Erwärmungsphase und Spannungsisolinien
über die Wicklungsdicke des Coils (15 h nach Glühbeginn)

Wesentliche Ergebnisse:

Steigerung des Ausbringens an gewalztem Band der Oberflächengüteklasse I um 1,5-2,0 %;
Steigerung der Produktivität der Walzstraße 2030 um 7 % beim Walzen von Bändern mit Dicken von 0,5 - 0,6 mm;
Verringerung der Ausschussquote kaltgewalzter Bänder durch den Fehler "Kleber" um 25 %.

Der durchgeführte Komplex von Arbeiten zur Verbesserung des Zustands der Bandoberfläche bildete die Grundlage innovativer Lösungen der Aufgabe, die in wissenschaftlichen Veröffentlichungen und in der Dissertation beschrieben sind.