ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат», Липецк, Россия:

В. А. Пименов, руководитель технологических проектов Дирекции по разработке новых технологий процесса, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: pimenov_va@nlmk.com

Представлен ретроспективный обзор исследований проблемы вибраций (чаттера) при высокоскоростной холодной прокатке на пятиклетевом стане 2030 Новолипецкого металлургического комбината, а также результатов эксплуатации на стане систем диагностирования вибраций и управления скоростью. В рамках продолжения исследований на стане 2030 проведены серии опытных прокаток тонких полос с провоцированием чаттера, выполнен статистический анализ динамики технологических параметров и виброускорений подушек валков во временном и частотном (спектральном) представлениях. Показано, что причиной развития чаттера является взаимная синхронизация колебаний клетей на частоте, соответствующей собственной частоте вертикальных колебаний растяжения стоек станин. Исследована динамика соотношения фаз колебаний клетей и установлено, что при синхронизации частот и совпадении фаз соседних клетей амплитуды их колебаний резко возрастают, обозначая начало чаттера. Предложен критерий нарушения стабильности процесса прокатки, позволяющий диагностировать критический уровень вибраций и момент возникновения чаттера. Представлена математическая модель вибраций клети при прокатке с учетом нелинейного демпфирования динамического очага деформации, на основе которой методом Ван-дер-Поля получена зависимость амплитуды синхронизированных колебаний клети от величины возмущений и технологических параметров. Адекватность полученной зависимости подтверждена в процессе проведения серии опытных прокаток с варьированием технологических параметров, это позволило повысить максимальную скорость прокатки без возникновения чаттера до 25 %. Полученные результаты могут быть использованы для стабилизации технологического процесса и повышения производительности холодной прокатки при создании систем диагностирования вибраций и управления непрерывными станами.

В проведении опытных прокаток принимали участие работники НЛМК: А. В. Морозов, Н. А. Дикарев, Ю. К. Слабый, А. В. Литвинов, Ю. А. Цуканов, М. Е. Орехов и др.

1. Маркворт М. Поперечная волнистость холоднокатаной полосы // Черные металлы. 1995. № 4. С. 50–59.
2. Asit K. C., Vinay S. G., Rahul K. V. A Review on chatter analysis in cold rolling process // Juniper Online Journal Material Science. 2017. Vol. 2.No. 1. P. 1–6.
3. Mosayebi M., Zaminkolah F., Farmanesh K. Calculation of stiffness parameters and vibration analysis of a cold rolling mill stand // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 91. No. 9. P. 4359–4369.
4. Usmani N., Kumar S., Velisatti S., Tiwari P., Mishra S., Patnaik U. Chatter detection using principal component analysis in cold rolling mill // Diagnostyka. 2018. Vol. 19. No. 1. P. 73–81.
5. Heidari A., Forouzan M. R., Niroomand M. R. Development and evaluation of friction models for chatter simulation in cold strip rolling // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. Vol. 96. No. 2. P. 2055–2075.
6. Niroomand M. R., Forouzan M. R., Heidari A. Experimental analysis of vibration and sound in order to investigate chatter phenomenon in cold strip rolling // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2019. No. 100. P. 673–682.
7. Бочаров В. Ф., Бочаров В. В., Бочаров Д. В. О вибрациях оборудования рабочих клетей станов непрерывной холодной прокатки при производстве полос тонкого сортамента // Сталь. 2019. № 12. С. 45–47.

8. Kozhevnikov A., Kozhevnikova I., Bolobanova N., Smirnov A. Chatter prevention in stands of continuous cold rolling mill // Metallurgy. 2020. Vol. 59. No. 1. P. 55–58.
9. Кожевников А. В., Юсупов B. C. Методика проектирования технологии холодной прокатки, исключающей вибрации на станах // Сталь. 2021. № 5. С. 21–24.
10. Румянцев М. И., Шубин И. Г., Горбунов А. В., Лукьянов С. А. и др. Оценка причин и разработка мероприятий для преодоления неустойчивости холодной прокатки на непрерывном стане 2000 ОАО «ММК» // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2014. № 2 (46). С. 30–36.
11. Kolpakov S. S., Pimenov V. A., Tsukanov Yu. A., Rubanov V. P. Study of vibrations at 2030 mm five-stand mill // Steel in Translation. 1993. No. 1. P. 47–52.
12. Pimenov V. A., Kolpakov S. S., Tsukanov Yu. A., Rubanov V. P., Skopintsev V. V. Automatic diagnosis of vibrations and control of the speed regime on the 2030 mill // Steel in Translation. 1999. No. 10. P. 47–52.
13. Гарбер Э. А. Производство проката : справочное издание. Т. 1. Книга 1. Производство холоднокатаных полос и листов. — М. : Теплотехник, 2007. С. 169–182.
14. EN 10130. Cold rolled low carbon steel flat products for cold forming. Technical delivery conditions. — Berlin : Deutsches Institut für Normung, 2007.
15. Блехман И. И. Синхронизация в природе и технике. — М. : Ленанд, 2015. — 440 с.
16. Хэмминг Р. В. Цифровые фильтры. — М. : Недра, 1987. — 221 с.
17. Андронов А. А., Витт А. А., Хайкин С. Э. Теория колебаний. — М. : Наука, 1981. — 916 с.
18. Коцарь С. Л., Третьяков В. А., Цупров А. Н., Поляков Б. А. Динамика процессов прокатки. — М. : Металлургия, 1997. — 255 с.
19. ГОСТ 16523–97. Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения. — Введ. 01.01.2000. — М. : Издательство стандартов, 1997.