СОСТАВНОЙ ПРОКАТНЫЙ ВАЛОК Российский патент 1994 года по МПК B21B27/02 

Изобретение относится к прокатному оборудованию и может быть использовано в прокатных цехах металлургических и машиностроительных заводов.

Известен составной прокатный валок, содержащий вал с несущим фланцем и установленные на валу с наклоном торцовых плоскостей к оси валка диски-бандажи с цилиндрической рабочей поверхностью и фиксирующую гайку [1] .

Недостатком известного составного валка с гладкой цилиндрической рабочей поверхностью является ограниченный угол захвата, определяемый коэффициентом трения между прокатываемым металлом и валком, что ограничивает абсолютное обжатие, вытяжку, а следовательно, и производительность прокатки. Увеличение угла захвата составного валка путем нанесения на диски-бандажи рисок, выступов, выемок, расточек и т. д. нежелательно, так как появляются концентраторы напряжений, ослабляющие стойкость валка.

Целью изобретения является увеличение вытяжки прокатываемого материала путем увеличения угла захвата валка и локализации уширения прокатываемого материала.

Это решается тем, что в составном прокатном валке, содержащем вал с несущим фланцем и установленные с наклоном торцовых плоскостей к оси валка диски-бандажи с цилиндрической рабочей поверхностью и фиксирующую гайку, диски-бандажи выполнены с различными диаметрами цилиндрических рабочих поверхностей с отношением больших к меньшим, равным 1,00096-1,00444 и установлены с наклоном к оси валка под углом α= 55 - 83^о, причем диски-бандажи большого диаметра - установлены через 1 - 3 диска-бандажа меньшего диаметра.

Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение вытяжки прокатываемого материала за счет увеличения угла захвата и уменьшения уширения. Увеличение угла захвата обеспечивается за счет замкнутых продольно-поперечных выступов на рабочей поверхности валка, образованных соседними дисками-бандажами, имеющих различные диаметры цилиндрических рабочих поверхностей в определенных соотношениях и установленных под определенным наклоном к оси валка. Уменьшение уширения прокатываемого материала с увеличением угла захвата обеспечивается за счет того, что объем материала, заключенный между дисками-бандажами с различными диаметрами обжимается как в закрытых калибрах.

На фиг. 1 изображен предлагаемый составной валок, общий вид; на фиг. 2 - слиток металла, прокатанного предложенными валками, общий вид.

Составной прокатный валок содержит вал 1 с несущим фланцем 2, с которым сопряжены установленные наклонно диски-бандажи 3, с противоположной несущему фланцу стороны валка пакет дисков-бандажей через втулку 4 стягивается гайкой 4. Диски-бандажи 3 выполнены с разными диаметрами цилиндрических рабочих поверхностей с отношением больших к меньшим, равным 1,00096 - 1,00444. Они установлены на валу 1 с чередованием дисков-бандажей 6 большего и дисков-бандажей 7 меньшего диаметра цилиндрических рабочих поверхностей. F - результирующая сила, затягивающая прокатываемый слиток 8 в раствор валков; ось х-х - направление движения слитка. Ширина диска-бандажа 7 большего диаметра показана позицией b₁, а диска-бандажа меньшего диаметра - позицией b₂; ΔR = (D₁ - D₂)^l/2 - величина выступов дисков-бандажей 6 большего диаметра над дисками-бандажами 7 меньшего диаметра.

Предлагаемые валки работают следующим образом.

Исходя из желаемой производительности, установленного энергосилового оборудования стана, сортамента прокатываемого материала, по известным из теории и практики прокатки методом расчета определяют габаритные размеры валка - катающий диаметр и длину бочки.

Разность диаметров цилиндрических рабочих поверхностей дисков-бандажей 6 и 7 ограничивается допуском Δ на разнотолщинность прокатываемого материала и определяют по формуле:
D₁ - D₂ = Δ (1)
Диаметр D₁ цилиндрической рабочей поверхности диска-бандажа 6 большего диаметра определяется:
D₁ = Δ+ D₂ Если разделить левую и правую части этого равенства на D₂, то получим:
D₁/D₂= (Δ+D₂)/D₂ Или, с учетом реальных величин катающих диаметров D₂ валков и допусков на отклонение по толщине прокатываемого материала, отношение равно: для валков слябингов при D₂ = 1150 - 900 мм, Δ= 4 мм,
D₁/D₂= (4+1150)/1150= 1,00347
D₁/D₂= (4+900)/900= 1,00444 для валков черновых клетей толстолистовых станов при D₁ = 1250 - 800 мм, Δ= 1,2 мм
D₁/D₂= (1.2+1250)/1250= 1,00096;
D₁/D₂= (1.2+800)/800= 1,0015
Таким образом, из анализа величин отношений D₁/D₂ следует, что для получения заготовки надлежащего качества по разнотолщинность, диаметры цилиндрических рабочих поверхностей дисков-бандажей 6 и 7 должны быть выполнены с отношением больших к меньшим равным 1,00096 - 1,00444.

Например, при прокатке стальных слитков в слябы толщиной до 125 мм, допускаемые отклонения по толщине составляют Δ= 4 мм, при прокатке слябов в лист в черной группе клетей толстолистовых станов Δ= 1,2 мм.

Число и среднюю ширину дисков-бандажей определяют из двух главных условий:
обеспечения требуемой ширины рабочей зоны, прочность и стойкость валка с учетом материала дисков-бандажей и максимального допустимого давления на валки;
обеспечения стойкости выступов дисков-бандажей на срез и предотвращения среза прокатываемого материала дисками-бандажами большего диаметра.

Для обеспечения первого условия необходимо, чтобы все диски-бандажи были одинаковой прочности, что при прочих равных условиях возможно, когда они имеют одинаковую ширину, т. е. b₁ = b₂ или b₁/b₂ = 1.

Для удовлетворения второго условия необходимо выполнение соотношения
b₁/b₂= τ₂/τ₁ где τ₁ - удельное сопротивление резания материала дисков-бандажей.

Например, для нагретой от 1150 до 700^оС малоуглеродистой стали удельное сопротивление резания τ₂ изменяется от 30 до 200 Н/мм². Для холодных металлов, например стали 10 стали 20 τ₂, изменяется соответственно от 280 до 300 н/мм² и от 380 до 450 н/мм². Традиционные материалы, используемые для изготовления валков (сталь, чугун), имеют удельное сопротивление резания (скалывания) порядка 650 - 900 н/мм².

Следовательно, соотношение ширин дисков-бандажей составного валка реально должно находиться в пределах:
для горячей прокатки
b₁/b₂= τ₂/τ₁= 200/650= 0.307 или b₂ = b₁/0,307 = 3,25˙ b₁;
для холодной прокатки
b₁/b₂= τ₂/τ₁= 450/650= 0.695 или b₂ = b₁/0,695 = 1,44˙ b₁
Из анализа величин соотношений b₁/b₂ следует, что для одновременного удовлетворения обоих основных условий как для горячей, так и холодной прокатки, величина b₂ должна находиться в диапазоне
b₂ = (1 - 3) b₁ (2)
Или иначе, если исходить из первого условия и диски-бандажи выполнить одинаковой ширины, т. е. b₁ = b₂, то в составном валке предлагаемой конструкции для удовлетворения второго условия диски-бандажи большого диаметра необходимо устанавливать через 1 - 3 диска-бандажа меньшего диаметра.

Угол наклона дисков-бандажей к оси валка определяют из условия полной компенсации максимальной отталкивающей раскат от валков сила F_oмакс дополнительной силой тяги F₂ валков, т. е. равенства
F₂ = F_oмакс = Р_макс ˙sinϕ макс (3)
Выполнение этого условия обеспечивает максимальную надежность и максимальный угол захвата. С учетом (2) и (6) угол наклона α дисков-бандажей к оси валка определяют по формуле
α=arctg(D22

×τ₂×Z₂×φ_макс)/(360×P_макс×sinφ_макс) град (4)
В этой формуле Р_макс - максимальное давление металла на валки, вычисляемое с учетом максимально-допустимого статического момента (момента прокатки) на приводы валков по формуле:
P_макс= N×M_н(λ-K_g)/10 (5) где N - число двигателей: для группового привода N = 1, для индивидуального привода валков N = 2;
М_н - номинальный момент привода, Нм;
λ- коэффициент перегрузки приводов по моменту: для двигателей постоянного тока, используемых в качестве приводов прокатных станов λ= 2 - 2,5;
K_д - коэффициент, определяющий долю динамического момента (разгонного, тормозного) от номинального момента привода: для действующих реверсивных обжимных станов К_д = 0,5 - 0,8; для нереверсивных станов К_д = 0;
Ψ- коэффициент, определяющий отношением плеча равнодействующей силы давления к длине хорды очага деформации: при горячей прокатке = 0,5;
Δh_макс - максимальное допустимое обжатие, вычисленное с учетом силовых возможностей приводов валков по формуле
Δh_макс = N×M_н(λ-K_g)/P_с×B Ψ D , мм (6) где р_с - среднее удельное давление металла на валки, н/мм²,
В - ширина прокатываемого металла, м;
ϕ_макс - максимальный угол захвата валка, определяемый по формуле:
ϕ_макс = arccos , град (7)
Предлагаемый составной валок ориентирован преимущественно для применения на обжимных реверсивных станах типа слябинга и черновых клетях толстолистовых станов, для которых наиболее остро стоит проблема увеличения угла захвата с целью увеличения вытяжки за один проход, т. е. производительности прокатки. Поэтому величина угла наклона дисков-бандажей определяется применительно прокатных станов этого класса.

Пусть прокатный стан имеет: катающий диаметр валков D₂ = 1150 нм; привод валков индивидуальный, число двигателей N = 2; М_н = 135 ˙10⁴нм; λ= 2,5; К_д = 0,8 для реверсивного режима, для нереверсивного К_д = 0. Для прокатки установлены валки предлагаемой конструкции с шириной дисков-бандажей b₁ = b₂ = 200 мм, число дисков-бандажей меньшего диаметра r₂ = 4, между которыми установлены диски-бандажи большего диаметра. Прокатываемый материал сталь с удельным сопротивлением резания минимальное τ_2мин = 50 н/м_м², максимальное τ_2макс = 200 н/мм², среднее удельное давление металла на валки ρс = 20 н/мм², Ψ= 0,5; ширина прокатываемого материала В = 1600 мм.

По формуле (6) определяем:
для реверсивной прокатки Δh_max = 2×135×10⁴(2.5-0.8)×10/20×1600×0.5×1150 = 249 мм для нереверсивной прокатки (или для реверсивной при захвате металла на установившейся скорости К_д = 0) Δh_max = (2×135×10⁴(2.5-0)×10³/20×1600×0.5×1150) = 366 мм
По формуле (5) определяем Р_макс: - для реверсивной прокатки
Р_макс = 2×135×10⁴(2.5-0.8)/0.510 =
= 2,415˙ 10⁷ Н для нереверсивной прокатки
Р_макс = 2×135×10⁴(2.5-0)/0.510
= 2,947˙ 10⁷ Н
По формуле (7) определяем ϕ_макс: - для реверсивной прокатки
ϕ_макс = arccos = 38^о; для нереверсивной прокатки
ϕ_макс = arccos = 43^о
По формуле (4) определяем угол наклона дисков-бандажей к оси валка: - для реверсивной прокатки и τ_2мин
α= arctg (1150²×50×4×38)/(360×2.415×10⁷×0.615)= 62^о - для реверсивной прокатки и τ_2макс
α= arctg (1150²×200×4×38)/(360×2.415×10⁷×0.615)= 83^о - для нереверсивной прокатки и τ_2мин
α= arctg (1150²×50×4×43)/(360×2.947×10⁷×0.682)= 55^о - для нереверсивной прокатки и τ_2макс
α= arctg (1150²×200×4×43)/(360×2.947×10⁷×0.682)= 80^о
Анализ полученных значений позволяет утверждать, что для современных обжимных станов и клетей угол наклона дисков-бандажей в составном валке предлагаемой конструкции может находиться в диапазоне от 55 до 83^о.

Применение составного валка рассмотренной конструкции позволяет получить технический и экономический эффект. Например, максимальный угол захвата известного валка определяется известной формулой
ϕ= arcos (D₂- 0.1D₂)/D₂= 25^о и эта величина не зависит от энергосиловых возможностей привода валков.

Максимальный угол захвата валка предлагаемой конструкции как это было показано выше, находится в пределах 38 - 43 градусов, что в 1,5 - 1,7 раза больше, чем угол захвата известного валка. Следовательно, во столько же раз может быть повышена производительность прокатки. (56) Авторское свидетельство СССР N 1620164, кл. B 21 B 27/02, 1989.

Использование: к оборудованию прокатных станов, преимущественно обжимных реверсивных. Сущность изобретения: составной прокатный валок содержит вал 1 с несущим фланцем 2, с которым сопряжены диски-бандажи 3. С проивоположной несущей фланцу 2 стороны валка пакет дисков-бандажей 3 через втулку 4 стягивается гайкой 5. Диски-бандажи 3 выполнены с разными диаметрами рабочей поверхности с отношением больших к меньшим, равным 1,00096 - 1,00444 и установлены на валу 1 с чередованием дисков-бандажей 6 большего диаметра и дисков-бандажей 7 меньше диаметра рабочей поверхности под углом 55 - 83к оси валка. Диски-бандажи большого диаметра установлены через 1 - 3 диска-бандажа меньшего диаметра. Применение изобретения позволяет увеличить угол захвата и тем самым повысить вытяжку за проход. 2 ил.

СОСТАВНОЙ ПРОКАТНЫЙ ВАЛОК, содержащий вал с несущим фланцем и установленные на валу с наклоном торцевых плоскостей к оси валка диски-бандажи с цилиндрической рабочей поверхностью и фиксирующую гайку, отличающийся тем, что, с целью увеличения вытяжки прокатываемого материала путем локализации его уширения и увеличения угла захвата при прокатке на обжимных и толстолистовых станах, диски-бандажи выполнены с различными диаметрами цилиндрических рабочих поверхностей с отношением больших к меньшим 1,00096 - 1,00444 и установлены с наклоном к оси валка под углом 55 - 83^o, причем диски-бандажи большего диаметра установлены через 1 - 3 диска-бандажа меньшего диаметра.