Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия

А. В. Колдин, доцент кафедры физики, канд. техн. наук, эл. почта: koldin_av@mail.ru
Д. В. Терентьев, профессор кафедры машин и технологий обработки металлов давлением и машиностроения, докт. техн. наук, эл. почта: d.terentev@magtu.ru

Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия¹ ; Новотроицкий филиал НИТУ МИСИС, Новотроицк, Россия²
Р. Р. Дёма, доцент кафедры машин и технологий обработки металлов давлением и машиностроения¹, профессор кафедры металлургических технологий и оборудования², докт. техн. наук, эл. почта: demarr78@mail.ru
О. Р. Латыпов, старший преподаватель кафедры машин и технологий обработки металлов давлением и машиностроения¹, доцент кафедры металлургических технологий и оборудования², канд. техн. наук, эл. почта: latolegraf@list.ru

В настоящее время в листопрокатном производстве станы горячей прокатки работают при форсированных режимах при одновременном ужесточении требований к качеству проката. В прокатном производстве наблюдают следующие тенденции: увеличение производительности станов в результате сокращения пауз между проходами полос, уменьшение толщины прокатываемой полосы. В связи с этим необходимо решать вопросы определения, контроля и регулирования теплового состояния рабочих валков и полосы. С целью исследования и решения поставленных задач в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г. И. Носова ведут работы по моделированию тепловых процессов при горячей прокатке. Представлены разработанные математические модели теплового состояния полосы при ее прокатке и последующем ламинарном охлаждении на отводящем рольганге, а также теплового состояния рабочих валков в чистовой группе клетей стана. Эти модели реализованы в виде компьютерных программ. Программы расчета теплового состояния полосы позволяют прогнозировать распределение температуры в полосе при горячей прокатке в чистовой группе стана и при ламинарном охлаждении после прокатки, а также выдавать рекомендации по режимам охлаждения (включенным секциям системы ламинарного охлаждения). Программы расчета теплового состояния рабочих валков чистовой группы широкополосных станов позволяют прогнозировать среднюю температуру рабочих валков, а также выдавать рекомендаций по расходу подаваемого охладителя в системе охлаждения валков на прокатную клеть. На основе этих программных продуктов возможны разработка и внедрение новых технологических и технических решений, направленных на повышение стойкости рабочих валков и качества полос, производимых на станах горячей прокатки.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00808, https://rscf.ru/project/23-29-00808/.

1. Sekimoto Y., Fanaka M., Sawada R. et al. Effect of rolling condition on surface temperature of work roll in hot strip mill // Transaction of the ISSJ. 1986. Vol. 16. № 11. P. 240–245.
2. Платов С. И., Дёма Р. Р., Лукьянов С. И. Разработка и внедрение технологии охлаждения прокатных валков с целью повышения их эксплуатационных характеристик на широкополосном стане 2000 ОАО «ММК» // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2012. Т. 38 (2). С. 100, 101.
3. Соседкова М. А., Григоренко А. С., Радионова Л. В. Математическая модель расчета температуры металла на стане горячей листовой прокатки // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2020. Т. 18 (4). С. 24–31.
4. Приходько И. Ю., Воробей С. А., Шатохин С. Е. Моделирование процессов эффективного охлаждения валков листопрокатного стана // Сталь. 2005. № 1. C. 72–77.
5. Астахов А. А., Мазур И. П. Разработка модели для исследования теплового состояния рабочих валков станов горячей прокатки // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7 (11-2). С. 83–86.
6. Приходько И. Ю., Чернов П. П., Шатохин С. Е. Управление тепловым профилем валков и плоскостностью полос селективной подачей эмульсии // Сталь. 2006. № 11. С. 87–93.
7. Oreshina M., Pimenov V., Dabas M. Software for modeling the temperature distribution of strip and work rolls during hot rolling // 1^st International Conference on Control Systems, Mathematical Modelling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA). 2019. 19245846.
8. Corral R. L., Colás R., Pérez A. Modeling the thermal and thermoelastic responses of work rolls used for hot rolling steel strip // Journal of Materials Processing Technology. 2004. Vol. 153-154. P. 886–893. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2004.04.090
9. Biswas S. K., Chen S. J., Satyanarayana A. Optimal temperature tracking for accelerated cooling processes in hot rolling of steel // Dynamics and Control. 1997. Vol. 7. P. 327–340. DOI: 10.1023/A:1008268310234
10. Saboonchi A., Abbaspour M. Changing the geometry of water spray on milling work roll and its effect on work roll temperature // J. Materials Processing Technology. 2004. Vol. 148, Iss. 1. P. 35–49.
11. Abbaspour M., Saboonchi A. Work roll thermal expansion control in hot strip mill // Applied Mathematical Modelling. 2008. Vol. 32, Iss. 12. P. 2652–2669.
12. Mansouri N., Mirhosseini M., Saboonchi A. Thermal modeling of strip across the transfer table in the hot rolling process // Applied Thermal Engineering. 2012. Vol. 38. P. 91–104. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2011
13. Hu Kejun, Zhu Fuxian, Chen Jufan, Noda Nao-Aki et al. Simulation of thermal stress and fatigue life prediction of high speed steel work roll during hot rolling considering the initial residual stress // Metals. 2019. Vol. 9, Iss. 9. 966. DOI: 10.3390/met9090966
14. Kumar A., Rath S., Kumar M. Simulation of plate rolling process using finite element method // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 42. Part 2. P. 650–659. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.11.050
15. Zhou S. X. An integrated model for hot rolling of steel strips // Journal of Materials Processing Technology. 2003. Vol. 134, Iss. 3. P. 338–351. DOI: 10.1016/s0924-0136(02)01118-4
16. Li Lianjie, Xie Haibo, Liu Tianwu, Huo Mingshuai et al. Influence mechanism of rolling force on strip shape during tandem hot rolling using a novel 3D multi-stand coupled thermo-mechanical FE model // Journal of Manufacturing Processes. 2022. Vol. 81. P. 505–521.
17. Mei R., Li C., Liu X., Han B. Analysis of strip temperature in hot rolling process by finite element method // Journal of Iron and Steel Research, International. 2010. Vol. 17, Iss. 2. P. 17–21. DOI: 10.1016/s1006-706x(10)60052-0

18. Platov S. I., Maslennikov K. B., Urtsev N. V., Dema R. R., Zvyagina E. U. Model of layer-by-layer cooling trajectory in rolled products by TMCP // Materials Science Forum. 2021. Vol. 1037. P. 390–399. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1037.390
19. Мухин Ю. А., Бельский С. М., Макаров Е. В., Стоякин А. О. Математическая модель формирования теплового и фазового состояния стальных полос на отводящем рольганге при тонколистовой горячей прокатке // Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. — Екатеринбург : Издательство Уральского университета, 2014. С. 252–256.
20. Дёма Р. Р., Платов С. И., Латыпов О. Р., Леванцевич М. А. Математическое моделирование термодеформационных процессов при горячей прокатке // Физико-химические основы металлургических процессов (ФХОМП 2022). 2022. С. 477–481.
21. Андреюк Л. В., Тюленев Г. Г., Прицкер Б. С. Аналитическая зависимость сопротивления деформации сталей и сплавов от их химического состава // Сталь. 1972. № 6. С. 522–523.
22. Минкин Д. А., Кораблев В. А., Шарков А. В. Экспериментальное исследование степени черноты поверхности металлических образцов // Вестник Санкт-Петербургского университета. 2016. № 5. С. 18–23.
23. Miyasaka Y., Inada S. The effect of pure forced convection on the boiling heat transfer between a two-dimensional subcooled water jet and a heated surface // Journal of Chemical Engineering of Japan. 1980. Vol. 13. № 1. P. 22–28.
24. Ochi T., Nakanishi S., Kaji M., Ishigai S. Cooling of a hot plate with an impinging circular water jet // Multi-phase flow and heat transfer III. Part A. 1984. P. 671–681.
25. Zumbrunen D. A., Incropera F. P., Viskanta R. A laminar boundary layer model of heat transfer due to a nonuniform planar jet impinging on a moving plate // Warme-und Stoffubertragung. 1992. Vol. 27. P. 311–319.
26. Koldin A. V., Dema R. R., Nalimova M. V., Mihailov E. et al. Modeling of the thermal state of the hot rolled strip in the accelerated cooling process. Part I: heat transfer model // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2019. Vol. 54. № 6. P. 1330–1336.
27. Koldin A. V., Dema R. R., Nalimova M. V., Shapovalov A. N., Mihailov E. Modeling of the thermal state of a hot rolled strip in an accelerated cooling process. Part 2: A calculation of the thermal field of the strip. results and conclusions // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2020. Vol. 55. № 1. P. 171–181.
28. Гейн С. В., Зайцев Н. А., Посвянский В. С., Радвогин Ю. Б. Метод независимых потоков для численного решения многомерного уравнения теплопроводности // Препринт Рос. акад. наук. Ин-т прикладной математики им. М. В. Келдыша. 2023. № 53. С. 1–21.