СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВДОЛЬ РАСТВОРА ВАЛКОВ ПРОКАТНОГО СТАНА СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В НАПРАВЛЕНИИ ДВИЖЕНИЯ ПОЛОСЫ, ПРОКАТЫВАЕМОЙ ПОД НАТЯЖЕНИЕМ Российский патент 2008 года по МПК B21B37/00 G01B7/00 G01B21/00 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано преимущественно в листопрокатных технологиях.

Степень неравномерности вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы, прокатываемой под натяжением, непосредственно влияет на плоскостность полосы. Уменьшение указанной неравномерности позволяет получать полосу с высокой плоскостностью.

Одним из принятых параметров, характеризующих плоскостность полосы, является поперечное (по ширине полосы) распределение относительных удлинений ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством. При прокатке полосы металла без натяжения поперечное распределение относительных удлинений эквивалентно неравномерности вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы. Неравномерность вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы определяется как

,

где

х - поперечная координата на полосе;

V(x) - скорость течения металла в точке с координатой х в направлении движения полосы;

х_min - поперечная координата точки на полосе с минимальной скоростью течения металла в направлении движения полосы;

V(x_min) - скорость течения металла в точке с координатой х_min в направлении движения полосы.

Неравномерность вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы может быть непосредственно использована для регулирования профиля раствора валков с целью достижения высокой плоскостности.

Известен способ определения плоскостности движущейся полосы металла, приведенный в описании изобретения по патенту RU 2119643 С1, кл. G01B 7/34, 11/24, 21/20, 1997 г. Этот способ основан на измерении поперечного распределения относительных удлинений ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, при котором с большой частотой повторения производится измерение продольных углов наклона поверхности указанных участков относительно плоскости, касательной к опорным элементам, по которым перемещается полоса, с последующим вычислением относительных удлинений ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, из условия:

,

где

- удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса, (m=1, 2, 3 ...);

N - число измерений, участвующих в усреднении;

γ_m,i - измеренный угол (в радианах) для m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, в i-м измерении, (i=1, 2, 3 ...);

γ_m,i+1 - измеренный угол (в радианах) для m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, в i+1-м измерении;

β_m - относительное удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством;

- удлинение наиболее короткого ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса.

В рассматриваемом устройстве обеспечивается более высокая по сравнению с функциональными аналогами точность измерения относительных удлинений в условиях вибрации полосы.

Измеряемое в рассматриваемом устройстве распределение относительных удлинений эквивалентно неравномерности вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы и может быть непосредственно использовано для регулирования профиля раствора валков с целью достижения высокой плоскостности при прокатке полосы без натяжения.

Однако при движении полосы металла под натяжением распределение относительных удлинений искажается приложенным усилием натяжения и уже не может быть непосредственно использовано для регулирования раствора валков с целью получения полосы с высокой плоскостностью. Такая ситуация, в частности, возникает при прокатке полос металла на станах горячей и холодной прокатки, когда полоса захватывается моталкой и начиная с этого момента прокатывается под воздействием растягивающего усилия, обусловленного моталкой. Это растягивающее усилие, с одной стороны, уменьшает неравномерность вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы и таким образом улучшает условия формирования плоскостности полосы, а с другой стороны, растягивая образующиеся волны коробления металла, искажает распределение относительных удлинений ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, таким образом, что оно перестает быть эквивалентным распределению неравномерности вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы и не может быть непосредственно использовано для регулирования профиля раствора валков с целью достижения высокой плоскостности полосы, прокатываемой под натяжением.

В изобретении по патенту RU №2259245 С1, кл. G01B 7/34, 11/24, 21/20, 2005 г. для учета воздействия усилия натяжения на плоскостность полосы ленточные продольные участки полосы выбирают прилежащими друг к другу без зазоров и перекрытий, покрывая всю ширину полосы, измеряют с большой частотой повторения продольные углы наклона поверхности указанных участков относительно плоскости, касательной к опорным элементам, по которым перемещается полоса, измеряют усилие натяжения полосы, а распределение неравномерности вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы, движущейся под натяжением, вычисляют из условия:

где:

- удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (m=1, 2, 3 ...);

N - число измерений, участвующих в усреднении;

γ_m,i - измеренный угол (в радианах) для m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, в i-м измерении, (i=1, 2, 3 ...);

βv_m - относительное превышение скорости течения металла в направлении движения полосы в m-м ленточном продольном участке полосы, выделяемом измерительным устройством, над скоростью течения металла в одном из ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, с минимальной скоростью течения металла;

- удлинение наиболее короткого ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса;

F - измеряемое усилие натяжения полосы в килограммах;

h - толщина полосы в миллиметрах;

Е - модуль упругости металла при температуре прокатки в килограммах на квадратный миллиметр;

b_k - ширина k-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством в миллиметрах;

- удлинение k-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса.

Однако для тонкой регулировки плоскостности в современном прокатном производстве широко используется "зонное" охлаждение валков. При этом вдоль образующей валка создается неоднородное распределение температуры с соответствующим изменением его диаметра, раствора между валками и относительного секундного расхода металла.

Побочным следствием этого способа регулирования является появление еще одного фактора, усложняющего регулирование процесса прокатки, а именно, неоднородного распределения температуры поперек полосы, поступающей на измеритель плоскостности. Разность температуры отдельных продольных участков и средней по полосе температуры достигает 20 градусов, что соответствует дополнительному удлинению 22,8 I-Unit для стали, 47,8 I-Unit для алюминия и 34,2 I-Unit для меди. То есть масштаб искажений результатов измерения относительного секундного расхода металла делает необходимой их коррекцию.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения неравномерности вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы, прокатываемой под натяжением, приведенный в описании изобретения по патенту RU N2259245 С1, кл. G01B 7/34, 11/24, 21/20, 2005 г., выбранному в качестве прототипа.

Недостатком этого способа является именно отсутствие учета неравномерности распределения температуры поперек полосы.

Задачей данного изобретения является создание условий и способа для осуществления коррекции результатов измерения плоскостности на фактор неравномерного распределения температуры.

Технический результат заявляемого способа заключается в выполнении коррекции результатов измерения неплоскостности на неравномерное распределение температуры поперек полосы, т.е. в приведении распределения относительных удлинений ленточных продольных участков прокатываемой под натяжением полосы, выделяемых измерительным устройством, в условиях неравномерного распределения температуры поперек полосы к распределению неравномерности вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы, необходимому в качестве исходной величины для управления профилем раствора валков с целью получения полосы с высокой плоскостностью.

Для достижения технического результата в предлагаемом способе, основанном на измерении поперечного распределения относительных удлинений ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, ленточные продольные участки полосы, выделяемые измерительным устройством, выбирают прилежащими друг к другу без зазоров и перекрытий, покрывая всю ширину полосы, измеряют с большой частотой повторения продольные углы наклона поверхности указанных участков относительно плоскости, касательной к опорным элементам, по которым перемещается полоса, измеряют усилие натяжения полосы, измеряют температуру в каждом ленточном продольном участке полосы, выделяемом измерительным устройством, и с учетом температурного распределения поперек полосы относительные превышения скорости течения металла в направлении движения полосы в ленточных продольных участках полосы, выделяемых измерительным устройством, над скоростью течения металла в одном из указанных участков с минимальной скоростью течения металла, вычисляют из условия:

,

где

β_m - удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (m=1, 2, 3 ...);

N - число измерений, участвующих в усреднении;

γ_m,i - измеренный угол (в радианах) для m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, в i-м измерении, (i=1, 2, 3 ...);

- удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (m=1, 2, 3 ...), с учетом температурного распределения;

α - температурный коэффициент линейного расширения материала полосы;

Т_m - температура m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством;

- средняя температура обмеряемого участка полосы;

b_m - ширина m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, в миллиметрах;

- относительное превышение с учетом температурного распределения поперек полосы скорости течения металла в направлении движения полосы в m-м ленточном продольном участке полосы, выделяемом измерительным устройством, над скоростью течения металла в одном из ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, с минимальной скоростью течения металла;

- удлинение ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса, который станет самым коротким при выравнивании температуры поперек полосы;

F - измеряемое усилие натяжения полосы в килограммах;

h - толщина полосы в миллиметрах;

Е - модуль упругости металла при средней температуре полосы в килограммах на квадратный миллиметр;

b_k - ширина k-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, в миллиметрах;

β_k - удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (k=1, 2, 3 ...);

- температура ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, который станет самым коротким при выравнивании температуры поперек полосы.

Способ определения неравномерности вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы, прокатываемой под натяжением, основанный на измерении поперечного распределения относительных удлинений ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, на выборе указанных участков полосы прилежащими друг к другу без зазоров и перекрытий, покрывая всю ширину полосы, на измерении натяжения, а также на измерении распределения температуры указанных участков полосы, рассмотрим на одном из возможных вариантов.

Над поверхностью движущейся полосы металла располагают устройство, измеряющее распределение относительных удлинений ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, выбираемых прилежащими друг к другу без зазоров и перекрытий, покрывая всю ширину полосы. На достаточно длинном фрагменте полосы (далее будем называть его порцией полосы) в каждом из ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, с большой частотой измеряют угол γ_m,i, образованный линиями пересечения плоскости, касательной к поверхности полосы в точке измерения, и плоскости, касательной к опорным элементам, по которым перемещается полоса, с плоскостью, проходящей через точку измерения и расположенной вдоль направления перемещения полосы перпендикулярно к плоскости, касательной к опорным элементам, по которым перемещается полоса. Длина порции полосы определяется из условия, что за порцию под измерительным устройством должно проходить не менее 2,5 длин волн коробления полосы.

Рядом с устройством, измеряющим распределение относительных удлинений ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, размещают устройство, измеряющее температуру ленточных продольных участков полосы, выделяемых этим измерительным устройством, причем оба устройства регулируют так, чтобы ленточные продольные участки полосы, выделяемые ими, совпадали в своих поперечных границах.

Одновременно в процессе прокатки указанной порции полосы измеряют усилие натяжения моталки, регистрируя для этой цели с некоторой частотой, например, величину тока электродвигателя моталки и преобразуя ее во вращающий момент, а затем с учетом текущего диаметра рулона, в который сматывается полоса, в мгновенное усилие натяжения полосы. Совокупность мгновенных усилий натяжения полосы для порции полосы усредняют, получая среднее натяжение для порции полосы.

Затем вычисляют удлинение каждого ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса, по формуле:

где

β_m - удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (m=1, 2, 3...);

N - число измерений, участвующих в усреднении;

γ_m,i - измеренный угол (в радианах) для m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, в i-м измерении, (i=1, 2, 3 ...).

Затем вычисляют - удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (m=1, 2, 3 ...), с учетом температурного распределения по формуле:

,

где

α - температурный коэффициент линейного расширения материала полосы;

Т_m - температура m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством;

- средняя температура обмеряемого участка полосы.

Из совокупности полученных ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, относительно проекций указанных участков на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса, выбирают наименьшее. Этот ленточный продольный участок полосы, выделяемый измерительным устройством, станет самым коротким, когда температура полосы выровняется. Обозначим индекс этого ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, min_T. Ему соответствует удлинение .

Затем определяют относительные превышения скорости течения металла в направлении движения полосы в ленточных продольных участках полосы, выделяемых измерительным устройством, над скоростью течения металла в одном из ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, с минимальной скоростью течения металла, из условия:

где

- удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (m=1, 2, 3 ...), с учетом температурного распределения;

α - температурный коэффициент линейного расширения материала полосы;

Т_m - температура m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством;

- средняя температура обмеряемого участка полосы;

b_m - ширина m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, в миллиметрах;

- относительное превышение с учетом температурного распределения поперек полосы скорости течения металла в направлении движения полосы в m-м ленточном продольном участке полосы, выделяемом измерительным устройством, над скоростью течения металла в одном из ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, с минимальной скоростью течения металла;

- удлинение ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса, который станет самым коротким при выравнивании температуры поперек полосы;

F - измеряемое усилие натяжения полосы в килограммах;

h - толщина полосы в миллиметрах;

Е - модуль упругости металла при средней температуре полосы в килограммах на квадратный миллиметр;

b_k - ширина k-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, в миллиметрах;

β_k - удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (k=1, 2, 3 ...);

- температура ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, который станет самым коротким при выравнивании температуры поперек полосы.

Полученные при данном способе относительные превышения скорости течения металла в направлении движения полосы в ленточных продольных участках полосы, выделяемых измерительным устройством, над скоростью течения металла в одном из указанных участков полосы с минимальной скоростью течения металла, могут быть непосредственно использованы для регулирования профиля раствора валков прокатного стана с целью получения следующей порции полосы с высокой плоскостностью.

Повторяя вышеуказанную последовательность операций для последующих порций полосы вплоть до ее окончания, можно добиться получения полосы с высокой плоскостностью.

Способ определения неравномерности вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы, прокатываемой под натяжением, с учетом распределения температуры поперек полосы относится к области металлургии и может быть использован преимущественно в листопрокатных технологиях. Способ основан на измерении распределения относительных удлинений ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством. При этом ленточные продольные участки выбирают прилежащими друг к другу без зазоров и перекрытий, покрывая всю ширину полосы, измеряют усилие натяжения полосы, дополнительно измеряют распределение температуры в ленточных продольных участках полосы, а относительные превышения скорости течения металла в направлении движения полосы над скоростью течения металла в ленточном продольном участке полосы с минимальной скоростью течения металла вычисляют по математическим выражениям.

Способ определения неравномерности вдоль раствора валков прокатного стана скорости течения металла в направлении движения полосы, прокатываемой под натяжением, основанный на измерении поперечного распределения относительных удлинений ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, при котором измеряют угол, образованный линиями пересечения плоскости, касательной к поверхности полосы в точке измерения, и плоскости, касательной к опорным элементам, по которым перемещается полоса, с плоскостью, проходящей через точку измерения и расположенной вдоль направления перемещения полосы перпендикулярно к плоскости, касательной к опорным элементам, по которым перемещается полоса, ленточные продольные участки полосы, выделяемые измерительным устройством, выбирают прилежащими друг к другу без зазоров и перекрытий, покрывая всю ширину полосы, измеряют величину усилия натяжения полосы металла, отличающийся тем, что измеряют температуру в каждом ленточном продольном участке полосы, выделяемом измерительным устройством, и с учетом температурного распределения поперек полосы относительные превышения скорости течения металла в направлении движения полосы в ленточных продольных участках полосы, выделяемых измерительным устройством, над скоростью течения металла в одном из ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, с минимальной скоростью течения металла, вычисляют из условия

где β_m - удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (m=1, 2, 3 ...);

N - число измерений, участвующих в усреднении;

γ_m,i - измеренный угол (в радианах) для m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, в i-ом измерении, (i=1, 2, 3 ...);

- удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (m=1, 2, 3 ...), с учетом температурного распределения;

α - температурный коэффициент линейного расширения материала полосы;

T_m - температура m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством;

- средняя температура обмеряемого участка полосы;

b_m - ширина m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, мм;

- относительное превышение с учетом температурного распределения поперек полосы скорости течения металла в направлении движения полосы в m-ом ленточном продольном участке полосы, выделяемом измерительным устройством, над скоростью течения металла в одном из ленточных продольных участков полосы, выделяемых измерительным устройством, с минимальной скоростью течения металла;

- удлинение ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса, который станет самым коротким при выравнивании температуры поперек полосы;

F - измеряемое усилие натяжения полосы, кг;

h - толщина полосы, мм;

Е - модуль упругости металла при средней температуре полосы, кг/мм²;

b_k - ширина k-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, мм;

β_k - удлинение m-го ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, относительно проекции указанного участка на плоскость, касательную к опорным элементам, по которым перемещается полоса (k=1, 2, 3 ...);

- температура ленточного продольного участка полосы, выделяемого измерительным устройством, который станет самым коротким при выравнивании температуры поперек полосы.