КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ И ТИПЫ КЛЕТЕЙ ДЛЯ СТАНА ТАНДЕМ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ Российский патент 2009 года по МПК B21B13/14 

Изобретение относится к способу комбинированного управления отдельной прокатной клетью в стане тандем для холодной прокатки, содержащей соответственно пару рабочих валков и пару опорных валков в случае четырехвалковой клети, а также дополнительную пару промежуточных валков в случае шестивалковой клети, при этом по меньшей мере рабочие валки и промежуточные валки выполнены взаимодействующими с устройствами осевого перемещения.

По сравнению с прошлыми годами сегодня сильно возросли требования к качеству холоднокатаной полосы в части отклонения от заданной толщины, достигаемой конечной толщины, профиля полосы, плоскостности полосы, поверхности и так далее. Потребность в холоднокатаной полосе на рынке требует наличия широкого спектра продуктов с точки зрения их свойств и геометрических размеров. Вследствие этого развития постоянно возрастает потребность в мобильных конструкциях и способах управления станами холодной прокатки для оптимального согласования с характеристиками конечного катанного продукта.

Классическая схема стана тандем для холодной прокатки предусматривает расположение в ряд нескольких четырехвалковых клетей. Количество необходимых клетей определяется требуемой величиной обжатия и конечной толщиной продукта. Кроме базовых концепций, предусматривающих наличие изгибающих систем и постоянную выпуклость в качестве параметров, влияющих на зазор между валками, по существу известны еще три концепции, базирующиеся на различных принципах действия и обеспечивающих дополнительное влияние на зазор между валками, которые основываются на перемещении рабочих валков или их повороте.

Можно назвать:

- Технологии ориентированного на кромку полосы смещения,

- CVC/CVC^plus технологию,

- PC-технологию (Per Cross).

Вследствие различных технологических критериев видится целесообразным отойти от классической схемы (предусматривающей только наличие четырехвалковых клетей) и ввести отдельные клети, выполненные как шестивалковые клети.

Достижение заданной конечной толщины, а также реализация заданного распределения обжатия (план проходов), в частности в случае высокотвердых материалов, в значительной мере зависит от диаметра рабочих валков. При уменьшении диаметра рабочих валков снижается необходимое усилие прокатки вследствие улучшения параметров сплющивания. Снижение диаметра валков ограничено параметрами передачи крутящего момента, а также особенностями изгиба валков. Если диаметры цапф являются недостаточными для передачи крутящего момента, то валки могут приводиться в движение посредством создания трения с соседними валками. В случае четырехвалковой клети требуются тяжелые компоненты привода (двигатель, приводной шестеренный вал, шпиндели) для реализации вращения опорных валков, что ведет к удорожанию установки. В этом случае является целесообразным, если некоторые клети, преимущественно первые, выполнены в виде шестивалковых клетей с приводом промежуточных валков.

Для плоскостности полосы важную роль помимо вертикального изгиба рабочих и промежуточных валков играет также и их горизонтальный изгиб. Посредством горизонтального смещения рабочих или промежуточных валков от средней плоскости клети осуществляется поддержание зазора между валками, что существенно предотвращает горизонтальный изгиб.

Дополнительное влияние на процесс прокатки с точки зрения плоскостности и регулирования зазора между валками заключается в смещении рабочих валков, при этом, как описано в документе JP 57190704 A для четырехвалковой клети, рабочие или промежуточные валки одновременно смещаются относительно друг друга параллельно поверхности полосы на одинаковое расстояние относительно одной точки вращения, лежащей в центре оси валка.

Для этого в устройстве изгиба промежуточных валков шестивалковой клети предусмотрен дополнительный быстродействующий установочный элемент. В комбинации с устройством изгиба рабочих валков в шестивалковой клети предусмотрены два быстродействующих установочных элемента, независимо влияющих на зазор между валками. Таким образом, в первой клети осуществляется быстрая адаптация зазора между валками к размерам поступающей полосы, что обеспечивает снижение дефектов плоскостности. В последней клети оба установочных элемента могут успешно применяться для регулирования плоскостности.

Другим критерием качества конечного продукта является структура поверхности выходящей полосы. Посредством текстурированных (профилированных) и хромированных валков может быть сформирована предварительная поверхность полосы. Чтобы предотвратить возникновение насечек в конечном продукте, вызванных смещением изнашиваемых краев или наличием волн на поверхности полосы вследствие разницы в относительной скорости по ширине проходящей полосы, является целесообразным последнюю клеть стана выполнять как шестивалковую клеть. Рабочие валки могут быть цилиндрическими или иметь небольшую выпуклость. При этом они не смещаются при прокатке.

Согласно описанным ранее методам влияния предусматривается раздельная концепция клети, так как требуются валки различного диаметра. В классической технологии CVC, как это описано в документе EP 0049798 B1, длина бочек смещаемых валков именно на величину осевого смещения больше, чем длина постоянных, то есть не смещаемых валков. За счет этого достигается то, что край бочки смещаемых валков не оказывается при смещении под бочкой не смещаемого валка. Таким образом предотвращаются дефекты и насечки на поверхности. Рабочие валки обычно по всей своей длине опираются на промежуточные или опорные валки. В этом случае усилие прокатки, создаваемое промежуточным валком, передается рабочему валку по всей его длине. При этом выходящие за ширину прокатываемого продукта и не участвующие в процессе прокатки концы рабочих валков вследствие воздействующего на них усилия прокатки изгибаются в направлении прокатываемого продукта. Этот вредный изгиб ведет к выгибанию в центральной части рабочего валка. Вследствие этого ухудшается раскатывание центральной части полосы и усиливается раскатывание кромок. Этот эффект проявляется в особенности при изменении условий прокатки или при прокатке полос различной ширины.

В противоположность этому при технологиях ориентированного на кромку полосы смещения, как это описано в документе DE 2206912 C3, все валки комплекта валков имеют одинаковую длину бочки. Смещаемые валки, кроме того, с одной стороны в области края бочки имеют соответствующую геометрическую форму с фаской, обеспечивающую снижение локальных нагрузок. Используется принцип смещения края бочки в направлении кромки полосы, к самой кромке, на кромку или даже за кромку полосы. В частности, в случае шестивалковых клетей смещение промежуточного валка под опорным валком ведет к направленному воздействию на величину положительного изгиба рабочего валка. Недостатком является то, что в этом случае осевое перемещение валков влияет на распределение нагрузки в пятне контакта. При уменьшении толщины полосы существенно увеличивается величина пиков нагрузки в распределении контактного усилия.

В документе DE 3624241 C2 (способ эксплуатации прокатного стана для получения полосы) комбинируются вместе оба изложенных способа. Целью является выравнивание нежелательного изгиба рабочих валков при приложении усилия прокатки во всем спектре ширины полосы и увеличение эффективности системы изгиба валков при уменьшении величины смещения и без прерывания непрерывного процесса прокатки. Данная цель достигается ориентированным на кромку полосы смещением промежуточных и рабочих валков, выполненных с CVC-шлифовкой. Бочки валков с CVC-шлифовкой размещаются при этом в области кромки полосы. Как и в случае технологии ориентированного на кромку полосы смещения, комплект валков состоит из валков с одной длиной бочки.

Из соображений экономичности целесообразно ограничиться по возможности одинаково выполненными клетями, что позволит сократить затраты на обслуживание и запасные части. Ранее тандемные станы для холодной прокатки исходя из вышеизложенного выполнялись по классическим схемам установок или базировались на изложенных выше технологиях.

Задачей заявленного изобретения является создание возможности реализации описанных технологий в одной конструкции с одинаковым по размеру комплектом валков, который пригоден не только для шестивалковой клети и не относится только к промежуточным валкам.

Поставленная задача решается в части способа посредством отличительных признаков пункта 1 формулы путем комбинированного применения следующих технологий в одном многоклетьевом стане тандем для холодной прокатки:

- применение CVC/CVC^plus технологии с предусмотренным данной технологией CVC контуром валков, описывающимся функцией высокого порядка, при этом каждый рабочий или промежуточный валок имеет увеличенный на длину смещения размер бочки,

- применение PC-технологии (Per-Cross), при этом каждый рабочий или промежуточный валок выполнен с возможностью поворачивания параллельно плоскости полосы,

- применение смещения рабочих или промежуточных валков, ориентированного на кромку полосы, при этом каждый рабочий или промежуточный валок имеет бочку, увеличенную на величину смещения, с цилиндрической или выпуклой шлифовкой, при этом валки по отношению к нейтральному положению смещения в середине клети смещаются симметрично друг другу в противоположных направлениях по их осям вращения на одинаковую величину.

Установка для осуществления способа характеризуется признаками пункта 5 формулы.

Основой для конструкции клети является конфигурация валков для осуществления технологии CVC/CVC^plus на четырехвалковой или шестивалковой клети. Выполненные с возможностью смещения промежуточные или рабочие валки имеют длину бочки, увеличенную на величину смещения согласно технологии CVC, которая в нейтральном положении сдвига располагается симметрично относительно центра клети.

Рабочие или промежуточные валки с удлиненными и симметричными бочками при смещении в направлении кромки полосы должны иметь или цилиндрическую, или выпуклую шлифовку. Посредством подходящего выполнения фаски в области края бочки в комбинации с наложенной шлифовкой валка и оптимизацией осевого смещения в зависимости от кромки полосы появляется возможность целенаправленного влияния на характеристики деформации комплекта валков и на эффективность положительного изгиба рабочих валков (в шестивалковой клети), вследствие чего зазор между валками может устанавливаться оптимальным образом.

Далее путем оптимизации смещения рабочих или промежуточных валков определенные области бочки в комплекте валков могут выводиться из силового потока. Вызванная этим негативно влияющая деформация уменьшается, так что система приближается к модели «идеальная клеть». Кроме того, вследствие уменьшения поверхности контакта повышаются нагрузки, распределяющиеся в соответствующих пятнах контакта.

Описанные конструкции клетей согласно изобретению изменяются таким образом, что зазор между валками регулируется посредством смещения или поворота рабочих или промежуточных валков. Шестивалковая клеть является прежде всего необходимой в том случае, если в клети должен быть предусмотрен дополнительный установочный элемент для воздействия на утонение кромки полосы. Для этого являются необходимыми две независимые друг от друга системы смещения, воздействующие на плоскостность и на профиль полосы. Вид установки в значительной мере определяется заданными ограничениями. В зависимости от требований, предъявляемых к процессу прокатки, палитра конфигураций установки включает классические станы тандем для холодной прокатки, состоящие из четырехвалковых клетей, комбинированные установки, состоящие из четырех- и шестивалковых клетей, а также установки, состоящие только из шестивалковых клетей. Основные предпосылки для реализации ориентированного на кромку полосы смещения исключительно промежуточных валков и исключительно для шестивалковой клети при применении геометрически одинакового комплекта валков описаны в документе DE 10037004 A1.

Дальнейшие преимущества, особенности и признаки изобретения приведены в последующем описании примеров осуществления со ссылкой на чертежи. Для улучшения наглядности одинаковые валки снабжены одинаковыми ссылочными позициями. Показано:

Фиг.1 - геометрия промежуточного валка для шестивалковой клети без шлифовки.

Фиг.2 - геометрия рабочего валка для четырехвалковой клети без шлифовки.

Фиг.3 - односторонняя фаска в области края бочки рабочего или промежуточного валка.

Фиг.4 - конструкция клети с удлиненной бочкой промежуточного валка.

Фиг.5 - конструкция клети с удлиненной бочкой рабочего валка.

Фиг.6а-6с - расположение фаски на промежуточном валке.

Фиг.7а-7с - расположение фаски на рабочем валке.

На фиг.1 и 2 показана геометрия промежуточного и рабочего валка 11, 10 без шлифовки. На фиг.1 промежуточный валок 11, выполненный с возможностью смещения и снабженный удлиненной бочкой, расположен между рабочим валком 10 и опорным валком 12 в нейтральном положении смещения s_zw=0 симметрично в центре клети Y-Y. На фиг.2 рабочий валок 10 имеет удлиненную бочку. Он тоже расположен в нейтральном положении смещения s_aw=0 симметрично в центре клети Y-Y.

На фиг.3 схематично представлен вид и геометрическое расположение односторонней фаски d в области края бочки рабочего или промежуточного валка 10, 11. В документе DE 10037004 A1 применяемая в настоящем изобретении односторонняя фаска описана и изображена графически.

Длина l односторонней фаски d в области края бочки рабочего или промежуточного валка 10, 11 делится на две граничащие друг с другом области a и b, начиная с точки d₀ фаска d описывается уравнением (l-x)²+y²=R², где R - радиус валка. Для области a имеется тогда значение d(x) фаски d:

Область а: =(R²-(R-d)²)^1/2, при этом d=d(x)=R-(R²-(l-x)²)^1/2.

Если в зависимости от внешних граничных условий (усилие прокатки и результирующая деформация) достигается заданное минимальное снижение 2d диаметра валков, то фаска d проходит линейно до края бочки валка, при этом для области b получается:

Область b: =l-a, d=d(x)=const.

Переход между областями a и b может быть выполнен с или без плавного перехода. Далее этот переход фаски может быть выполнен с периодическим снижением рассчитываемого из сплющивания параметра d согласно заранее определенной таблице. Фаска d тогда в области перехода является пологой, как радиус, а на конце более крутой. Исходя из особенностей техники шлифования переход к цилиндрической части связан с большим перепадом на переходе от области a к области b (приблизительно 2d).

Снижение диаметра 2d посредством фаски задается таким образом, что в шестивалковой клети рабочие валки 10 могут свободно изгибаться относительно фаски d промежуточных валков 11, без того чтобы в области b нарушался контакт. В четырехвалковой клети фаска d служит только для локального снижения пиков нагрузки.

В нормальном случае односторонняя фаска d на верхних рабочих или промежуточных валках 10, 11 распложена на стороне BS обслуживания, а на нижних рабочих или промежуточных валках 10, 11 на стороне AS привода, как это показано на фиг.4 и 5. Принцип действия при этом не изменяется, если фаски расположены наоборот, то есть d на верхних рабочих или промежуточных валках 10, 11 расположена на стороне AS привода, а на нижних рабочих или промежуточных валках 10, 11 на стороне BS обслуживания.

На фиг.6а-6с показано осевое смещение промежуточных валков 11 на величину m смещения. По фиг.6а начало d₀ фаски d расположено снаружи (m=+) по фиг. 6b на (m=0) и по фиг.6с внутри (m=-) по отношению к кромке полосы, то есть уже внутри ширины полосы. Позиционирование осуществляется в зависимости от ширины полосы и свойств материала, при этом достигается эластичное поведение комплекта валков, а также эффективный позитивный изгиб рабочих валков (в шестивалковй клети).

На фиг.7а-7с далее показано ориентированное на кромку полосы смещение рабочих валков 10, осуществляемое так же, как изображено на фиг.6а-6с для промежуточных валков 11.

В различных областях толщины полосы положение смещения задается кусочно-линейной функцией, в основе которой лежат различные положения начала d₀ фаски d по отношению к кромке полосы.

Существенным преимуществом описанной конструкции клети является то, что с одним комплектом геометрически одинаковых валков может быть реализована технология CVC/CVC^plus, а также технология ориентированного на кромку полосы смещения. Более не является необходимым применение различных типов валков. Различия заключаются только в выполнении шлифовки или фаски согласно приведенным выше параметрам. При этом существует также возможность обе технологии комбинировать между собой посредством перемещения рабочих или промежуточных валков в плоскости полосы.

Список использованных обозначений

10 рабочий валок 11 промежуточный валок 12 опорный валок 14 полоса а первая внутренняя область длины d b вторая внешняя область длины d d фаска d₀ начало d d(x) зависящее от х значение d l длина d m величина смещения S_AW величина смещения рабочего валка S_ZW величина смещения промежуточного валка x, y декартовы координаты AS сторона привода BS сторона обслуживания R радиус валка R₀ начальный радиус валка X-X ось вращения Y-Y середина клети

Изобретение предназначено для расширения возможностей при управлении параметрами процесса прокатки в прокатных клетях стана тандем холодной прокатки, содержащих соответственно пару рабочих валков и опорных валков в случае четырехвалковой клети и дополнительную пару промежуточных валков в случае шестивалковой клети. Способ включает осевое смещение по меньшей мере рабочих валков и промежуточных валков, взаимодействующих со средствами осевого смещения. Возможность использования одинаковых комплектов валков для применения различных систем управления прокаткой обеспечивается за счет того, что в одном многоклетьевом тандем-стане для холодной прокатки комбинируют технологию CVC/CVC^plus, PC-технологии (Per-Cross) с поворотом каждого рабочего или промежуточного валка параллельно плоскости полосы и технологию ориентированного на кромку полосы смещения рабочих или промежуточных валков, при этом каждый рабочий или промежуточный валок имеет симметричную бочку, увеличенную на величину смещения, с цилиндрической или выпуклой шлифовкой, валки по отношению к нейтральному положению (S_ZW=0 или S_AW=0) смещения в середине клети (Y-Y) смещаются симметрично друг другу в противоположных направлениях по их осям (Х-Х) вращения на одинаковую величину. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ управления прокатными клетями многоклетевого стана тандем для холодной прокатки, каждая из которых содержит пару рабочих валков (10) и пару опорных валков (12) для четырехвалковой клети и дополнительную пару промежуточных валков (11) для шестивалковой клети, включающий осевое смещение по меньшей мере рабочих валков (10) и промежуточных валков (11), взаимодействующих со средствами осевого смещения, отличающийся тем, что в одном многоклетьевом стане тандем для холодной прокатки упомянутое смещение осуществляют комбинированием следующих технологий:
CVC/CVC^plus технологии, с предусмотренным CVC контуром валков, описываемым функцией высокого порядка, при этом каждый рабочий или промежуточный валок (10, 11) имеет увеличенный на длину смещения валков размер бочки,
PC-технологии (Per-Cross), при которой каждый рабочий или промежуточный валок (10, 11) выполнен с возможностью поворачивания параллельно плоскости полосы,
технологии смещения рабочих или промежуточных валков (10, 11), ориентированного на кромку полосы, при этом каждый рабочий или промежуточный валок (10, 11) имеет симметричную бочку, увеличенную на величину смещения, с цилиндрической или выпуклой шлифовкой, причем валки по отношению к нейтральному положению (S_ZW=0 или S_AW=0) смещения в середине клети (Y-Y) смещают симметрично друг другу в противоположных направлениях по их осям (Х-Х) вращения на одинаковую величину.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для осуществления ориентированного на кромку полосы смещения рабочие или промежуточные валки (10, 11) снабжают односторонней фаской (d), при этом при смещении каждого рабочего или промежуточного валка (10, 11) начало (d₀) фаски (d) располагают снаружи или на или внутри по отношению к кромке полосы, то есть внутри ширины полосы (14).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для различных областей толщины полосы положение смещения рабочих или промежуточных валков (10, 11) задают кусочно-линейной функцией, в основе которой лежат различные положения начала (d₀) фаски (d) по отношению к кромке полосы (14).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что посредством выбора оптимальной стратегии смещения в зависимости от ширины полосы в многоклетьевом стане тандем для холодной прокатки обеспечивают наилучшее использование комбинаций упомянутых технологий.

5. Стан тандем для холодной прокатки, содержащий четырехвалковые клети с соответствующими парами рабочих валков (10) и опорных валков (12) или шестивалковые клети с соответствующими парами рабочих валков (10) и опорных валков (12) и дополнительной парой промежуточных валков (11), при этом по меньшей мере рабочие валки (10) и промежуточные валки (11) выполнены с возможностью взаимодействия со средствами осевого смещения, отличающийся тем, что каждый рабочий или промежуточный валок (10, 11) клетей имеет симметричную бочку, увеличенную на величину смещения, с цилиндрической или выпуклой шлифовкой, при этом валки при нейтральном положении (S_ZW=0 или S_AW=0) смещения расположены симметрично в середине клети (Y-Y).

6. Стан тандем по п.5, отличающийся тем, что бочка рабочих или промежуточных валков (10, 11) снабжена односторонней фаской (d), длина (l) которой делится на две граничащие друг с другом области (а) и (b), при этом первая область (а) начинается с радиуса (R₀) и описывается уравнением (l-x)²+y²=R², а область (b) проходит линейно, при этом в упомянутых областях фаска (d) или снижение диаметра (2d) описывается как
область (a)=(R²-(R-d)²)^1/2,
при d=d(x)=R-(R²-(l-x)²)^1/2,
область (b)=1-а, при d=d(x)=const.

7. Стан тандем по п.6, отличающийся тем, что переход фаски (d) выполнен с периодическим снижением рассчитываемого из условия сплющивания параметра (d), согласно заранее определенной таблице.

8. Стан тандем по п.5, отличающийся тем, что стан выполнен многоклетьевым, с возможностью реализации в нем посредством выбора соответствующих клетей комбинации различных технологий:
технологии ориентированного на кромку полосы смещения рабочих или промежуточных валков (10, 11),
CVC/CVC^plus технологии,
поворачивания рабочих валков (10), PC-технологии (Per Cross).

9. Стан тандем по п.8, отличающийся тем, что выполнен с возможностью реализации технологии CVC/CVC^plus, технологии ориентированного на кромку полосы смещения, а также, при необходимости, PC-технологии посредством применения одного комплекта геометрически одинаковых валков.