Hengerlési paraméterek optimalizációja acél lapostermékek gyártásánál

Braun Gábor
Ph.D. hallgató
Miskolci Egyetem Kohómérnöki Kar Fémtechnológiai Tanszék

Témavezető: Dr. Voith Márton
Egyetemi tanár
Miskolci Egyetem Kohómérnöki Kar Fémtechnológiai Tanszék

Kívánt keresztmetszetű és anyagminőségű acélszalag gyártásához nagyon fontos - a jó kémiai összetételen túl – a megfelelő alakítástechnológiai paraméterek kiválasztása. Mint ismeretes, az acélgyártók által megfelelő kémiai összetételre beállított acélból készült szalag mechanikai- és geometriai tulajdonságait az alakítás mértéke, gyorsasága, milyensége határozza meg. Ezért is fontos az alakítási paramétereket pontos meghatározásával foglalkozni.

A hagyományos melegen hengerelt szalag gyártásának legfőbb részei az alábbiak:

  1. Brammamelegítés
  2. Előnyújtás
  3. Készrehengerlés
  4. Hűtés

A bramma kívánt homogén hőmérsékletének biztosítása melett a különböző részműveleteknél az alábbi elveket, számítási módokat, feltételeket kell figyelembe vennünk:

  • A hengermű telepítési adatait
  • A hengerlés geometriai és kinematikai adatait
  • A hengerelt darab hőmérsékletváltozását
  • Az alakítási szilárdságot
  • A súrlódási tényezőket
  • A befogási feltételt
  • A folytonossági feltételt
  • Hengerlési erőt, nyomatékot
  • Maximális hengerlési erőt és nyomatékot
  • Időadatokat
  • A hajtómotorok terhelhetőségét
  • A hengerállványok terhelhetőségét

A figyelembe vett paraméterekhez körülbelül 60-70 képlet tartozik, amelyek közül többet iterálva, sőt többszörösen iterálva kell használni.

A sok feladatból és feltételből kitűnik, hogy ha eredményesen akarunk a technológiai folyamatba beavatkozni, akkor ezeket a számításokat gyorsan kell végrehajtanunk. A XXI. század kezdetén egyértelmű, hogy ennyi számítást csak személyi számítógéppel lehet elvégeztetni. A Miskolci Egyetem volt Kohógéptani- és Képlékenyalakítástani Tanszék dolgozói 1994-ben kifejlesztettek egy MS-DOS operációs rendszeren működő “DV 1994” névre keresztelt programot, mellyel az említett technológiai paramétereket kívánták meghatározni. Ezt a programot több-kevesebb sikerrel használták a DUNAFERR Rt. Acélművek Kft-jénél. A pozitív és negatív tapasztalatokból okulva 1999-re megérett a változtatásra a szoftver. Ezért új kinézettel, új kezelőfelülettel és másfajta gondolkodásmóddal felépített programot szükséges készíteni. Ezt mutatja be ez a dolgozat. A régi és az új közti különbségeket az 1. táblázat mutatja be:

1.táblázat

A programok összehasonlítása

 

"DV 1994"

"DV 1999"

Operációs rendszer:

MS-DOS (16bit)

MS Windows 9x,NT (32bit)

Számításhoz használt adat fájlok száma:

5

1

Bemeneti alapadatok: Gépészeti,

Telepítési,

Hőtani,

Energetikai,

Anyagjellemzők,

Technológiai.

Gépészeti,

Telepítési,

Hőtani, Energetikai,

Anyagjellemzők,

Bugamelegítési,

Előnyújtási,

Készsori,

Hűtési.

Optimalizálási lehetőségek: Bugamelegítés
  •  
  • Átlagos hőmérséklet szerint
  •  
  • Megengedett hőfeszültség szerint
  •  
  • Előlemez hőmérséklete szerint

Előnyújtás

  •  
  • Szúrásonkénti sebességoptimum szerint
  •  
  • Terhelési szint szerint
  •  
  • Előlemez hőmérséklete szerint

Készsor

  •  
  • Előlemez hőmérséklete szerint

Hűtőszakasz

  •  
  • Maximális vízmennyiség szerint
  •  
  • Minimális vízmennyiség szerint
Bugamelegítés
  •  
  • Átlagos hőmérséklet szerint
  •  
  • Megengedett hőfeszültség szerint
  •  
  • Előlemez hőmérséklete szerint

Előnyújtás

  •  
  • Szúrásonkénti sebességoptimum szerint
  •  
  • Terhelési szint szerint
  •  
  • Előlemez hőmérséklete szerint

Készsor

  •  
  • Terhelési szint szerint
  •  
  • Előlemez hőmérséklete szerint
  •  
  • Kifutó lemez hőmérsékletének a munka és támhenger hőállapota szerint
  •  
  • A kifutó szalag lencséssége szerint

Hűtőszakasz

  •  
  • Maximális vízmennyiség szerint
  •  
  • Minimális vízmennyiség szerint

A táblázatból kiderül, hogy az új program az alábbiakban fog különbözni a régitől:

  • 32 bites operációs rendszert használ, amelynek előnye a számítási gyorsaságban és pontosságban mutatkozik meg,
  • egy adatfájlban tárolja a technológiai adatokat, ami megkönnyíti a szoftver kezelhetőségét,
  • Terhelési szint szerint is lehet a készsort optimalizálni, egyrészt a hengerlési erő másrészt a hengerlési nyomaték állványonkénti egyenkiterhelése alapján. A hengerlési nyomaték számításánál figyelembe kell venni a motor jelleggörbéjének alakulását, vagyis azt, hogy az alapfordulatszám felett a leadható nyomaték hiperbolikusan csökken. Az egyenkiterhelés a megengedett terhelési szint azonos %-ban vett kiterhelését jelenti valamennyi hengerállványban.
  • A kifutó lemez hőmérsékletét a munka és támhenger hőállapota szerint is kell optimalizálni

A 6. hengerállványból kilépve a szalag a hűtőszakaszon fut át, melyben a vízpermet hatására a lemez lehűl a csévélési hőmérsékletre.

1.ábra

A hütőszakasz elhelyezkedésének elvi vázlata

A hűtésnél minimális felhasznált vízmennyiségre optimalizált rendszer a 2. táblázatban szereplő adathalmazt eredményezi.

2.táblázat

Hűtési technológia optimalizálása

v6,[m/s]

Hengerlési véghőmérséklet, [° C]

852

850

848

846

844

842

840

838

5,70

5,69

5,67

5,66

5,64

5,63

5,61

5,60

5,59

5,57

5,56

5,54

5,53

5,51

5,50

680

675

672

670

665

660

655

651

645

640

637

634

630

628

620

680

675

670

665

660

654

650

646

640

637

634

631

627

622

618

675

669

660

657

654

650

646

640

637

634

631

627

622

619

617

670

659

653

650

647

643

641

638

635

632

630

626

622

619

617

659

660

653

648

645

641

638

636

633

630

625

623

620

619

616

653

647

643

641

639

636

633

630

627

623

622

620

617

616

609

648

638

636

633

628

625

623

622

619

617

614

611

610

608

607

639

635

633

629

626

622

621

619

616

615

613

610

608

607

604

2.ábra

Hűtési technológia optimalizálása

A szalag sebességéhez és kifutó hőmérsékletéhez adott határon belüli csévélési hőmérsékletek tartoznak, amelyek a 2. táblázatban szerepelnek. Ezekből az értékekből kiválasztható az a sáv, amelynél a szalag síkfekvése, lencséssége a szabványnak megfelelő értékek között marad. A megfelelő keresztmetszet feltétele, hogy a tám- és munkahengerek belapulásának, behajlásának és a hődomborításának az eredője egyforma legyen, vagyis a hengerpároknak közel azonos hőmérsékleten kell lennie. A kifejlesztendő algoritmus segítségével meg lehet majd határozni azokat az összetartozó sebesség-hőmérséklet értékpárokat, amelyeknél teljesülnek a fentebb említett feltételek.

3.ábra

Az alakíthatóság függése a hőmérséklettől és a sebességtől

A program fejlesztését a DUNAFERR Rt.-ben a mérés és adatgyűjtő rendszer (MAR) megváltoztatása is szükségessé tette. Az újonnan telepített érzékelők teljesebb és pontosabb képet adnak a hengerlés közben bekövetkező változásokról, az adatgyűjtő számítógépek pedig kezelhetővé teszik a mérési eredményeket. Az általam készített program kompatibilis lesz a MAR által szolgáltatott adatformátumokkal, így a mért és számolt értékek összehasonlítása könnyebbé válik. Ennek előnye magában a termelésben mutatkozna meg, például könnyen észre lehetne venni az érzékelők meghibásodását.

A DUNAFERR Rt. Acélművek Kft-je biztosította számomra a program ellenőrzéséhez szükséges adathalmazt, közel 300.000 tekercs teljes adatállományát (hengerlési erőket, hőmérsékleteket, résméreteket, felvett áramot….stb). Az adatok 3 külön fájlban vannak, az egyik az acélminőséget, a másik információkat a technológiai lépésekről, a harmadik a hengerállványok nyúlásgörbéit és a mérőrendszer nullázási pontjait tartalmazza. Ennek feldolgozása még jelen pillanatban is tart, a mérési eredményeket szét kell válogatnom a szalag acélminősége és vastagsága szerint. Az 4. ábrán az St24 jelű 2mm vastagságú acélszalagok gyártásánál az állványonként fellépő mért hengerlési erők szórását ábrázoltam. Ezek a pontok elvileg párhuzamos méréseket jelentenek.

4.ábra

A mért hengerlési erő változása hengerállványonként St24 2 mm acélszalag gyártásakor

Az alakítási erők szórása állványonként az átlaghoz képest a 3. táblázat tartalmazza.

3. táblázat

A mért alakítási erő szórása állványonként

Állványok száma:

1

2

3

4

5

6

Eltérés mértéke [%]:

± 5

± 5

± 5

± 13

± 10

± 12

A 3. táblázat adataiból az következik, hogy ha a számolt értékek belesnének egy ±5% sávba, akkor a program müködése már megfelelőnek tekinthető. Az 5. ábrán a korábbi programmal számolt hengerlési erők is szerepelnek az adott minőségű és vastagságú szalagra.

5.ábra

A mért és a számolt hengerlési erő változása hengerállványonként St24 2 mm acélszalag gyártásakor

Következtetésként levonható, hogy a számolt értékek még nincsenek a meghatározott hibasávon belül, ezért még finomítani kell a program számolási algoritmusain.

Összefoglalva, a doktori programon belül a további feladatok tűzhetőek ki:

  1. A "DV1994" program hibáinak kiküszöbölése, a hibák okainak feltárása, optimalizációs lehetőségeinek továbbfejlesztése,
  2. A hengersor egyenkiterheltség algoritmusának meghatározása a hajtómotor nyomatéka szerint,
  3. A hengersor 6. (kész) állványban a munka- és támhengerek az egyen hőmérsékletet és egyen terhelését jelentő algoritmus kimunkálása.

VISSZA

Copyright © 2000
Magyar Anyagtudományi Egyesület