СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ПОЛОСЫ С НАТЯЖЕНИЕМ Российский патент 2002 года по МПК B21B37/48 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть применено на непрерывных широкополосных станах холодной прокатки.

Из уровня техники известен способ непрерывной холодной прокатки полосы с натяжением [1] , при котором величину удельного натяжения σ_н в межклетевых промежутках назначают с постепенным увеличением от первой к последней клети в пределах σ_н = (0,35-0,7)σ_т. Применение данного способа прокатки позволяет снизить вероятность пробуксовки и повысить плоскостность проката.

Недостатком указанного способа прокатки является высокая вероятность порывов полосы при существовании неметаллических включений и наличии концентраторов напряжения на кромках полосы.

Известен способ непрерывной холодной прокатки полосы с натяжением [2], включающий определение σ_т в каждом межклетевом промежутке для разных марок стали, и в котором величину удельного натяжения σ_н поддерживают путем задания коэффициента k_σ, представляющего собой отношение σ_н к σ_т. Величину коэффициента k_σ за первой клетью поддерживают равной 0,2, а в последнем межклетевом промежутке - равной 0,16. Величину удельного натяжения полосы в отдельных межклетевых промежутках назначают исходя из убывания величины коэффициента k_σ, от первой к последней клети. Применение известного способа прокатки позволяет снизить порывность полос в межклетевых промежутках и сгладить исходную разнотолщинность подката.

Этот способ может быть принят за прототип изобретения.

Недостатком указанного способа является наличие возможности неустойчивого положения рабочих валков при прокатке, что отрицательно сказывается на качестве поверхности прокатываемой полосы (появление дефектов типа "ребристость").

Неустойчивое положение рабочих валков при прокатке возможно в случае, когда полуразность натяжений близка по значению к величине горизонтальной проекции усилия, действующего между рабочим и опорным валками. В этом случае при колебаниях натяжения и усилия прокатки, а также во время ускорения и замедления стана возможно перемещение рабочего валка в горизонтальной плоскости в направлении от моталки к разматывателю и наоборот, в пределах зазоров между шейками, подшипниками, подушками и их направляющими плоскостями. Такие перемещения сопровождаются изменением межвалкового зазора, что ухудшает качество поверхности холоднокатаных полос.

В то же время радиальная нагрузка, действующая на подшипниковые узлы рабочих валков, является функцией переднего и заднего натяжений; ее значительная величина служит причиной снижения долговечности подшипников.

Задачей изобретения является обеспечение устойчивого положения рабочих валков при колебаниях натяжений и усилий прокатки, а также во время ускорения и замедления стана и тем самым повышение качества поверхности холоднокатаной полосы и одновременно сохранение низкой вероятности порывов полосы при существовании неметаллических включений и наличии концентраторов напряжения на кромках полосы.

Указанная задача решается тем, что в способе непрерывной холодной прокатки полосы с натяжением, включающем определение предела текучести полосы σ_т в каждом межклетевом промежутке для разных марок стали и поддержание величины удельного натяжения σ_н путем задания величины коэффициента k_σ, представляющего собой отношение σ_н к σ_т, согласно изобретению задают предельно допустимое значение к_σ = к_σnр, дополнительно для каждой клети определяют коэффициент k_Т нестабильности натяжений как отношение наибольшего отклонения среди переднего и заднего натяжений от номинальной технологически заданной их величины - к этой номинальной величине натяжения, угол γ между линией, соединяющей центры рабочего и опорного валков, и вертикалью, угол β₃ между линией, соединяющей центры рабочего и опорного валков, и линией действия межвалкового усилия при замедлении стана, измеряют толщину полосы и усилия прокатки в каждой клети, после чего величину удельных натяжений в отдельных межклетевых промежутках поддерживают, исходя из следующих соотношений:

σ_i = k_σnpσ_T при σ_i>k_σnpσ_T,
где σ_i - величина удельного натяжения перед i-й клетью, Па; σ_i+1 - величина удельного натяжения за i-й клетью, Па; Р_пр - усилие прокатки, Н; b - ширина полосы, м; h_i - толщина полосы перед i-й клетью, м; h_i+1 - толщина полосы за i-ой клетью, м; γ - [рад]; β₃ - [рад].

Для пояснения сущности изобретения на чертеже показана схема действия сил на полосу и валки при прокатке.

Радиальное усилие, действующее на подушки рабочего валка со стороны опорных плоскостей и представляющее собой сумму опорных реакций, уравновешивающих полуразность заднего и переднего натяжений полосы и горизонтальную проекцию межвалкового усилия, равно (см. чертеж):

где Т₀ - среднее (номинальное) значение заднего натяжения, Н; Т₁ - среднее (номинальное) значение переднего натяжения, Н; P_on - усилие, действующее между рабочим и опорным валками (межвалковое усилие), Н; γ - угол между линией, соединяющей центры валков, и вертикалью, рад; β - угол между линией, соединяющей центры валков, и линией действия силы P_on, рад.

Усилие, действующее между валками:

Величину угла β можно определить по следующим формулам:
- при постоянной скорости прокатки (сила P_on направлена по касательной к кругу трения в подшипниках опорных валков, этот случай на чертеже не показан):

- при ускорении стана:

- при замедлении стана:

где m - плечо трения качения, м; ρ_on - радиус круга трения подшипников опорного валка, м; R_on - радиус опорного валка, м; Р_пр - усилие прокатки, Н; М_ин.оп - момент инерции вращающегося опорного валка, Н•м.

В свою очередь, величину угла γ можно определить из выражения:

где R_раб - радиус рабочего валка, м; е - расстояние между вертикальными осевыми плоскостями рабочего и опорного валков, м.

Как видно из чертежа и выражения (1), если полуразность натяжений полосы больше горизонтальной проекции межвалкового усилия, радиальное усилие действует по направлению прокатки; если полуразность натяжений меньше горизонтальной проекции межвалкового усилия, радиальное усилие направлено в противоположную сторону.

В процессе прокатки натяжение полосы не является постоянным, под воздействием колебаний режимов прокатки имеют место колебания натяжений, которые в зависимости от типа стана могут составлять до 20% от номинальных величин. Установив максимальное для стана отклонение величин натяжений от соответствующего номинального, величины максимального, минимального и среднего (номинального) натяжений можно связать между собой следующими соотношениями:

где k_T - коэффициент нестабильности натяжений; Т_0max,Т_0min - максимальная и минимальная величина заднего натяжения, Н; Т_1max,Т_1min - максимальная и минимальная величина переднего натяжения, Н; Т₀,Т₁ - средние (номинальные) значения натяжений, установленные технологической инструкцией, Н.

При колебаниях натяжения, а также во время ускорения и замедления стана возможно изменение направления действия радиального усилия, что приводит к снижению качества поверхности прокатываемой полосы за счет неустойчивого положения рабочих валков в клети и колебаний межвалкового зазора.

Величины удельных натяжений, обеспечивающих стабильное положение валка в клети, определены из условия, что при ускорении и замедлении стана радиальные усилия не изменяют своего направления, причем расчет произведен для наиболее неблагоприятных вариантов.

1. Если полуразность натяжений больше горизонтальной проекции межвалкового усилия, то радиальное усилие действует на подшипники по направлению прокатки, и наименьшая возможная разность натяжений при ускорении стана будет равна (T_0min-T_1max); в этом случае условие устойчивости рабочего валка имеет вид:

2. Если полуразность натяжений меньше горизонтальной проекции межвалкового усилия, то радиальное усилие действует на подшипники против направления прокатки, и наибольшая возможная разность натяжений при замедлении стана будет равна (T_0max-T_1min); в этом случае условие устойчивости рабочего валка имеет вид:

Если технологической инструкцией стана задана номинальная величина переднего натяжения Т₁, то номинальную величину заднего натяжения Т₀, гарантирующую устойчивое положение рабочего валка в клети, можно определить из следующих неравенств, полученных путем преобразования выражений (1), (2), (7), (8), (9):


Учитывая, что β_y>β₃, с целью недопущения порывов полосы при прокатке из-за высокого уровня удельных межклетевых натяжений величину заднего натяжения для каждой клети назначают исходя из условия (11). В этом случае, используя зависимость σ_i = T_i/(b•h_i), получаем указанное в формуле изобретения выражение для определения величины удельного заднего натяжения.

Задавая предельно допустимое значение k_σ = k_σпр, ограничиваем возможность порывов полосы при существовании неметаллических включений и наличии концентраторов напряжения на кромках полосы. В случае, если определяемое удельное натяжение не превышает произведения коэффициента k_σпр на предел текучести полосы σ_т, опасность порывов полосы отсутствует. В случае, если определяемое удельное натяжение больше произведения коэффициента k_σпр на предел текучести полосы σ_т, опасность порывов полосы существует, в этом случае для предотвращения порывов принимаем удельное натяжение равным произведению коэффициента k_σпр на предел текучести полосы σ_т.
Конкретный пример реализации способа непрерывной холодной прокатки полосы с натяжением приведен ниже, в таблице.

Как видно из таблицы, описанный способ позволяет обеспечить устойчивое положение рабочих валков при колебаниях натяжений и усилий прокатки, а также во время ускорения и замедления стана, что обеспечивает высокое качество поверхности холоднокатаной полосы и низкую вероятности порывов полосы при существовании неметаллических включений и наличии концентраторов напряжения на кромках полосы.

Источники информации
1. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. - М.: Металлургия. 1985. С. 51-52.

2. А. Ф. Пименов, О.Н. Сосковец, А.И. Трайно и др. Холодная прокатка и отделка жести. - М.: Металлургия. 1990. С.104-105 (прототип).

Изобретение относится к прокатному производству и может быть применено на непрерывных широкополосных станах холодной прокатки. Технический результат - обеспечение устойчивого положения рабочих валков при колебаниях натяжений и усилий прокатки. Способ включает определение предела текучести полосы σ_т в каждом межклетевом промежутке для разных марок стали в поддержание величины удельного натяжения σ_н путем задания величины коэффициента к_σ, представляющего собой отношение σ_н к σ_T. Новым в способе является то, что задают предельно допустимое значение к_σ = к_σnр, дополнительно для каждой клети определяют коэффициент к_Т нестабильности натяжений как отношение наибольшего отклонения среди переднего и заднего натяжений от номинальной технологически заданной их величины к этой номинальной величине натяжения, угол γ между линией, соединяющей центры рабочего и опорного валков, и вертикалью, угол β₃ между линией, соединяющей центры рабочего и опорного валков, и линией действия межвалкового усилия при замедлении стана, измеряют толщину полосы и усилия прокатки в каждой клети. После чего величину удельных натяжений в отдельных межклетевых промежутках поддерживают исходя из следующих соотношений:
величина удельного натяжения перед i-й клетью, Па; σ_i+1 - величина удельного натяжения за i-й клетью, Па; Р_пр - усилие прокатки, Н; b - ширина полосы, м; h_i - толщина полосы перед i-й клетью, м; h_i+1 - толщина полосы за i-й клетью, м; γ- [рад]; β₃- [рад]. 1 ил., 1 табл.

Способ непрерывной холодной прокатки полосы с натяжением, включающий определение предела текучести полосы σ_т в каждом межклетевом промежутке для разных марок стали и поддержание величины удельного натяжения σ_н путем задания величины коэффициента к_σ, представляющего собой отношение σ_н к σ_т, отличающийся тем, что задают предельно допустимое значение к_σ = к_σnр, дополнительно для каждой клети определяют коэффициент к_т нестабильности натяжений как отношение наибольшего отклонения среди переднего и заднего натяжений от номинальной технологически заданной их величины к номинальной величине натяжения, угол γ между линией, соединяющей центры рабочего и опорного валков, и вертикалью, угол β₃ между линией, соединяющей центры рабочего и опорного валков, и линией действия межвалкового усилия при замедлении стана, измеряют толщину полосы и усилия прокатки в каждой клети, после чего величину удельных натяжений в отдельных межклетевых промежутках поддерживают, исходя из следующих соотношений:

σ_i = k_σnpσ_T при σ_i>k_σnpσ_T,
где σ_i - величина удельного натяжения перед i-й клетью, Па;
σ_i+1 - величина удельного натяжения за i-й клетью, Па;
Р_пр - усилие прокатки, Н;
b - ширина полосы, м;
h_i - толщина полосы перед i-й клетью, м;
h_i+1 - толщина полосы за i-й клетью, м;
γ - [рад] ;
β₃ - [рад] .