СПОСОБ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ ПОЛОС Российский патент 2012 года по МПК B21B1/38 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при продольной горячей и холодной прокатке стальных полос на реверсивных и непрерывных станах.

Известен способ прокатки полос, включающий многопроходное обжатие заготовки между двумя рабочими валками на одноклетевом реверсивном стане с приложением к заготовке переднего и заднего натяжений [1].

Известен также способ холодной прокатки полос между парами валков с приложением к заготовке переднего и заднего натяжений, по которому величины переднего и заднего натяжений устанавливают в зависимости от толщины полосы и скорости прокатки [2].

Недостатки известных способов состоят в том, что поверхности валков в процессе прокатки подвергаются воздействию переменных по направлению перемещений металла и действию реверсивных касательных напряжений. В результате имеет место интенсивный износ валков и образование выкрошек. Это, в свою очередь, ухудшает качество полос.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ продольной прокатки стальных полос, включающий многопроходное обжатие заготовки между двумя валками с приложением к ней переднего и заднего натяжений, при этом удельные натяжения составляют 0,5-0,8 от предела текучести заготовки, а скорость входа заготовки в валки вследствие эффекта отставания меньше окружной скорости рабочих валков [3].

Недостаток известного способа заключается в следующем. Каждый из рабочих валков в зоне отставания очага деформации подвержен фрикционному воздействию со стороны заготовки, которая пластически течет против направления прокатки, а в зоне опережения - фрикционному воздействию со стороны заготовки, которая пластически течет по направлению прокатки. Реверсивное (знакопеременное) воздействие на валок касательных напряжений и контактных скольжений со стороны заготовки в зонах отставания и опережения приводит к интенсивному фрикционному и усталостному износу валков, что снижает их стойкость и качество прокатываемых полос.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении стойкости валков и качества полос.

Для решения технической задачи в известном способе продольной прокатки полос, включающем обжатие заготовки между двумя валками с приложением к ней переднего и заднего натяжений, согласно изобретению скорость входа заготовки в валки поддерживают равной окружной скорости вращения валков за счет изменения натяжений заготовки и/или величины обжатия. В варианте реализации способа прокатку ведут с разницей между передним и задним натяжениями заготовки, устанавливаемой по соотношению:

,

где Т₁, Т₀ - переднее и заднее натяжение заготовки соответственно;

µ - коэффициент трения;

р - контактное давление в очаге деформации;

b - ширина заготовки;

ΔН - абсолютное обжатие заготовки за проход.

Сущность изобретения состоит в следующем. При скорости входа заготовки в валки, равной окружной скорости вращения валков, нейтральный угол в очаге деформации γ становится равным углу захвата α. При этом в очаге деформации исчезает зона отставания, и всю его протяженность занимает зона опережения. В таком однозонном очаге деформации деформируемая заготовка скользит по поверхности валков только в одном направлении - по направлению прокатки. Благодаря тому что исключается реверсивное скольжение заготовки по поверхности валка, сокращаются путь и работа трения, почти вдвое снижается его фрикционный и усталостный износ, следствием чего является повышение качества полос.

Экспериментально установлено, что обеспечить скорость входа заготовки в валки, равной их окружной скорости вращения, и распространение зоны опережения на всю длину очага деформации возможно за счет подбора соотношения технологических параметров прокатки, наиболее значимыми из которых являются переднее и заднее натяжения заготовки и величина обжатия. В результате опытных прокаток с измерением усилия прокатки, обжатий, натяжений полосы, скорости входа полосы в валки и окружной скорости валков, а также расчетов длины очага деформации по формуле , эмпирически была определена разность переднего и заднего натяжений, при которой для заданных значений других технологических параметров обеспечивается выравнивание скорости входа заготовки в валки и окружной скорости валков. Причем если

,

то, как показали эксперименты, скорость входа заготовки в валки становилась меньше окружной скорости вращения валков, в очаге деформации сохраняется зона отставания, имеет место реверсивное скольжение металла по поверхности валков, увеличивался их износ, ухудшается качество полос.

В противном случае, когда

,

за счет избыточной величины заднего натяжения Т₀ скорость входа полосы в валки снижается и имеет место пробуксовка валков относительно заготовки, что сопровождается разогревом и повышенным износом валков, ухудшением качества полосы.

Примеры реализации способа

1. Заготовку в виде горячекатаной травленой полосы сечением 2,5×1200 мм из стали марки 08Ю, свернутой в рулон, устанавливают на разматывателе одноклетевого прокатного стана кварто 1400. Передний конец заготовки пропускают между рабочими валками, после чего закрепляют на барабане моталки. С помощью электродвигателя разматывателя создают заднее натяжение полосы Т₀=20 кН, а с помощью электродвигателя моталки - переднее натяжение полосы Т₁=40 кН. К валкам и прокатываемой заготовке подают смазочно-охлаждающую жидкость. За счет изменения межвалкового зазора вращающихся с заправочной окружной скоростью V_рв=0,50 м/с рабочих валков устанавливают требуемую величину абсолютного обжатия ΔH=0,8 мм. С помощью ролика, установленного перед клетью, измеряют скорость входа заготовки в рабочие валки V₃=0,47 м/с.

Поскольку скорость заготовки V_з=0,47 м/с при указанных обжатии и натяжениях заготовки меньше окружной скорости рабочих валков V_рв=0,50 м/с, то производят монотонное увеличение переднего натяжения T₁. Увеличение переднего натяжения T₁ сопровождается увеличением скорости входа заготовки в валки V_з. При достижении передним натяжением заготовки величины T₁=130 кН скорость входа заготовки в валки V₃ становится равной окружной скорости рабочих валков:V_з=V_рв=0,50 м/с. Поэтому увеличение переднего натяжения T₁ прекращают, прокатный стан, моталку и разматыватель разгоняют до рабочей скорости V_рв=10,0 м/с и осуществляют прокатку заготовки в полосу.

Равенство скоростей входа заготовки в валки и окружной скорости рабочих валков обеспечивает однозонный режим контактного скольжения металла по поверхности валков в очаге деформации. Это приводит к повышению стойкости рабочих валков и качества полос.

2. Одноклетевой прокатный стан кварто 800 с шлифованными рабочими валками радиусом R=130 мм не имеет системы измерения скорости входа заготовки в валки. Поэтому оптимальную разницу величин переднего и заднего натяжений определяют по предложенному эмпирическому соотношению:

.

Заготовку - горячекатаную травленую полосу толщиной 2,0 и шириной b=600 мм из сверхнизкоуглеродистой стали марки 01ЮТ, смотанную в рулон, устанавливают на разматывателе стана кварто 800. Исходя из заданной толщины полосы 1,5 мм определяют величину абсолютного обжатия ΔH=0,5 мм и длину очага деформации l_∂:

.

Для холодной прокатки в шлифованных рабочих валках с технологической смазкой, в качестве которой используется минеральное масло Индустриальное 20, коэффициент трения составляет µ=0,05.

Передний конец заготовки пропускают через рабочие валки и закрепляют на моталке. К валкам и заготовке подают технологическую смазку - масло Индустриальное 20. Устанавливают межвалковый зазор для получения полосы толщиной 1,5 мм и при этом измеряют усилие прокатки Р=940 кН=940000 Н.

Затем рассчитывают контактное давление p в очаге деформации:

Для реализации однозонного режима скольжения металла по поверхности рабочих валков рассчитывают разность переднего и заднего натяжений заготовки:

Заднее натяжение заготовки с помощью электродвигателя разматывателя устанавливают равным T₀=20 кН. В этом случае переднее натяжение составит: T₁=147,5 кН+20 кН=167,5 кН.

С помощью электродвигателя моталки создают переднее натяжение заготовки T₁=167,5 кН и осуществляют прокатку всей заготовки со скоростью V_рв=2 м/с. При этом скорость входа заготовки в валки составляет: V_з=V_pв=2 м/с.

Однозонное скольжение металла по поверхности валков в очаге деформации по направлению, совпадающему с направлением прокатки, способствует уменьшению износа валков, повышению их стойкости и качества полос.

3. Те же параметры стана и технологические операции, что и в примере 2, только для изначально заданных переднего натяжения T₁=167500 H и заднего натяжения Т₀=20000 Н заготовки, определяемых исходя из допустимых возможностей технологического оборудования стана кварто 800, производят расчет абсолютного обжатия, при котором скорость входа заготовки в рабочие валки будет равна их окружной скорости. Из предложенного соотношения

следует:

.

Решая последнее уравнение относительно ΔН имеем:

To есть для обеспечения однозонного скольжения металла по поверхности рабочих валков в очаге деформации необходимо абсолютное значение обжатия по толщине заготовки поддерживать равным ΔН=0,5 мм.

С помощью нажимных механизмов устанавливают абсолютное обжатие полосы ΔН величиной 0,5 мм и производят прокатку заготовки в полосу. При этом обеспечивается выполнение условия V_з=V_рв=2 м/с и реализуется однозонное скольжение металла по поверхностям валков в очаге деформации.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности представлены в таблице.

Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (вариант №2) достигается повышение стойкости валков и качества полос. При скорости входа заготовки V_з в валки менее окружной скорости валков V_в (варианты №1 и №3), а также реализации известного способа [3] (вариант №4) имеет место снижение стойкости валков и качества полос, вследствие чего выход полос с 1 группой отделки продукции уменьшается.

Режимы продольной прокатки полос и показатели их эффективности № п/п Соотношен. скоростей V_з и V_pв Соотношение параметров прокатки Наработка на валок (км прокатанных полос) Выход полос с 1 группой отделки поверхности, % 1 V_з<V_рв 120 96,3 2 V_з=V_рв 238 99,8 3 V_з<V_рв 132 97,8 4 V_з<V_рв Не регламентировано [3] 118 96,1

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что выравнивание скоростей входа заготовки в валки и окружной скорости валков за счет изменения натяжений заготовки и/или величины обжатия обеспечивает формирование однозонного очага деформации, в котором деформируемый металл в пластическом состоянии течет по поверхностям валков только в направлении прокатки. Исключение реверсивного течения металла в очаге деформации приводит к снижению износа валков, повышению их стойкости. Повышение стойкости валков, в свою очередь, обеспечивает улучшение качества прокатанных полос.

В качестве базового объекта при оценке эффективности предложенного способа выбран ближайший аналог [3]. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства полос в среднем на 12%.

Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения

1. Заявка Японии №63171203, МПК B21B 1/28, 1988 г.

2. Авт.св. СССР №1079327, МПК B21B 37/06, 1984 г.

3. Шефтель Н.И. Технология производства проката. М.: Металлургия, 1976 г., с.457-459.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при продольной горячей и холодной прокатке стальных полос на реверсивных и непрерывных станах. Способ включает обжатие заготовки двумя валками с приложением к ней переднего и заднего натяжений, скорость входа заготовки в валки поддерживают равной окружной скорости вращения валков, при которой нейтральный угол в очаге деформации равен углу захвата, при этом скорость входа заготовки в валки устанавливают путем изменения натяжения заготовки и/или величины обжатия по соотношению:

,

где T₁, T_o - переднее и заднее натяжение заготовки соответственно, кН; µ - коэффициент трения; р - контактное давление в очаге деформации, Н/мм; b - ширина заготовки, мм; ΔH - абсолютное обжатие заготовки за проход, мм. Способ обеспечивает повышение стойкости валков и качества полос. 1 табл., 2 пр.

Способ продольной прокатки полос, включающий обжатие заготовки двумя валками с приложением к ней переднего и заднего натяжений, при этом устанавливают скорость входа заготовки в валки с нейтральным углом в очаге деформации, равным углу захвата, отличающийся тем, что скорость входа заготовки в валки устанавливают путем изменения натяжения заготовки и/или величины обжатия по соотношению:

где T₁, T₀ - переднее и заднее натяжения заготовки соответственно, кН;
µ - коэффициент трения;
р - контактное давление в очаге деформации, Н/мм²;
b - ширина заготовки, мм;
ΔH - абсолютное обжатие заготовки за проход, мм.