Способ прокатки металлической полосы Советский патент 1993 года по МПК B21B1/00 B21B1/22 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении полос для снижения продольной разнот лщинности.

Цель изобретения - повышение качества прокатываемых полос путем снижения продольной разнотрлщинности.

На фиг. 1 показана схема очага деформации предлагаемого способа прокатки; на фиг. 2 - график зависимости, иллюстрирующей соотношение между коэффициентом деформации полосы и величиной критического угла, обеспечивающее равенство мощности на бочке валков мощности трения скольжения в очаге деформации; на фиг. 3 - график, иллюстрирующий изменение усилия прокатки при изменении толщины полосы, когда натяжение определяется формулой.

В известном способе прокатки, включат- ющем задачу скорости выходного сечения полосы, приложение растягивающего усилия к выходному сечению полосы и сообще- ние рабочим валкам вращательного движения с рассогласованием окружных скоростей, меньший коэффициента вытяжки полосы, согласно предложения задают постоянную величину мощности на бочке каждого из рабочих валков, причем окружные скорости валков выбирают из диапазона

VQ + 0,25 (vi - v0) :ЈVBI vi - 0,25 (vi - v0) v0 + 0,25 (vi - v0) vB o Svi - 0,25 (vi - v0),

где vi - скорость выходного сечения полосы;

v0 - скорость входного сечения полосы при минимальных условиях процесса прокатки (отсутствие возмущений);

vei и VBO - соответственно окружные скорости ведущего и ведомого валков, а также поддерживают постоянной оеличи- ну растягивающего усилия.. .

В предлагаемом способе прокатки на бочке каждого из валков задают мощность, равную мощности трения скольжения в очаге деформации, а для повышения уровня снижения продольной разнотолщинности растягивающее усилие, прикладываемое к входному сечению полосы, принимают из зависимости

To«2bh0 Ah| +Pcbh0,

где То - величина растягивающего усилия, приложенного к входному сечению полосы (заднее натяжение);

b - ширина полосы;

h0 - исходная и номинальная толщины полосы;

Ah - обжатие полосы;

PC-среднее нормальное контактное напряжение при нулевом заднем натяжении.

Предлагаемый способ прокатки позволяет уменьшить продольную разнотолщинность полос, в особенности ее высокочастотную со

ставляющую, при одновременном упрощении оборудования за счет осуществления процесса прокатки с постоянной величиной мощности на бочках рабочих валков. При таких условиях процесса прокатки иэменение подвода мощности в очаг деформации возможно только за счет изменения мощности переднего натяжения, т.е. за счет увеличения величины переднего натяжения, При увеличении толщины входного сечения пол осы, когда для сохранения толщины выход- ного сечения необходимо увеличить мощность, подводимую в очаг деформации, самопроизвольно увеличится переднее натяжение. При уменьшении толщины еходного сечения полосы наблюдается обратная картина. Таким образом, в предлагаемом способе прокатки по существу реализуется способ регулирования толщины полосы с воздействием на соотношение натяжений

концов полосы, однако он не требует для своего осуществления датчиков для измере- нил трлщины полосы и системы автоматического регулирования натяжения концов полосы. Для осуществления способа нужно

проводить прокатку с поддержанием постоянства заднего натяжения, скорости переднего конца полосы и мощности на бочке валков (например, путем поддержания постоянства моментов). При этом изменение

натяжения, выступающего в качестве регулирующего параметра, происходит со скоростью звука, что соответствует условию распространения волн в упругодеформиру- емых телах. Следовательно, регулирующий

параметр успеет отработать высокочастотную составляющую продольной разнотолщинности полосы, что затруднительно при существенных способах регулирования толщины полосы из-за ограниченного быстродействия измерительных датчиков, вычислительных устройств и инерции пере- мещаемых в процессе регулирования масс. При осуществлении способа скорость рабочих валков нецелесообразно устанавливать

равной номинальной скорости полосы на входе или выходе из очага деформации, поскольку всякое изменение входной толщины будет приводить к изменению скорости рабочих валков. При этом максимальное из менение скорости рабочих валков в предлаrat MOM способе прокатки имеет место при потом устранении продольной разноголос нности (пример № 3).

Существующая исходная продольная

ра пр ны

нотолщинность полос, как правило, не вышает ±10% от номинальной толщи- полосы. Расчеты показывают, что при

rai ой продольной разнотолщинности окру; шая скорость рабочих валков изменяется з пределах ±0,25 (vi - v0). Если назначить VB V0 + 0,25 (vi - v0), при увеличении исходно толщины полосы до 1,1 ho (ho - номи- натьная толщина полосы), окружная ск рость валка станет меньше скорости поло

пр

ve

ио

на:

побу/,ет иметь место буксование валка по полопе.

ы на входе в очаг деформации и будет скальзывание полосы по валку. Если vi 0,25 (vi - VD), то при уменьшении одной толщины полосы до 0,9 h0 окруж- скорость валка станет больше скорости осы на выходе из очага деформации и

0

5 0

N.v SlO+lXJ - VHiTYarctq VST - 2arctg VWy) 1 (2)

R xhi hi /J где No - мощность на бочке валков;

Nm - мощность трения скольжения;

R - радиус рабочих валков;

VB - скорость рабочих валков;

b - ширина полосы;

г- контактное касательное напряжение;

оъ-угол захвата;

у- критический угол;

hi - конечная толщина полосы;

Si - площадь выходного сечения полосы;

I-опережение;

Ah - обжатие полосы; Из формул (1) и (2) следует, что для равенства мощностей N8 и Nm необходимо выполнить условие

4702270/27 08.06.89 30.12.93 Бюя№ 48-47 Челябинский политехнический инаитут имЛекого комсомола Зыдрин А.В,- Агеев ЛМ СПОСОБ ПРОКАТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСЫ Изобретение относится к прокатному производ :тву и может быть использовано при изготовлении полос для снижения продольной разнотолщин- нос и. Цель изобретения - повышение качества про раз тыа пол вхо ваш ам вращательного движения с рассогласование) i окружных скоростей, меньшим коэффициента атываемых полос путем снижения продольной отолщинности. Металлическую полосу прока- ют с заданием скорости выходного сечения сы, приложением растягивающего усилия к дому сечению полосы и сообщением рабочим вытяжки полосы при этом задают постоянную величину мощности на бочке каждого из рабочих валков, причем окружные скорости валков выбирают из диапазона, определяемого неравенствами, и поддерживают постоянной величину растягивающего усилия прикладываемого к входному сечению полосы, определяя его по математическому выражению. Для усиления эффективности снижения продольной разнотолщинности мощности на бочке каждого из рабочих валков задают равной мощности трения скольжения в очаге деформации. Использование предложения позволяет уменьшить продольную разнотолщинность полосы на 72 100%, кроме того, предложенный способ снижает высокочастотную составляющую продольной разнотолщинности, превышающую в 35 раз частоту продольной разнртолщинности, которую устраняют существующими системами автоматического регулирования толщины. 2 злф-лы, 3 ил, 3 табл.

Та

ОЧ

ди нос не СТУ

им образом:

v0 + 0,25 (vi - v0) vei vi - 0,25 (vi - v0)

v0 + 0,25 (vi - Svi - 0,25 (vi - v0)

Выход критических точек за пределы га деформации, в свою очередь, приво- к повышенному скольжению полосы отительно рабочих валков, что является елательным явлением, т.к. может приве- к наварам и другим дефектам. Мощность на бочке валков целесооб- расно задавать равной мощности трения ско чьжения в очаге деформации, т.е. в этом случае мощность, подводимая к валкам, KOV пенсирует потери на скольжение в очаге де ормации, а мощность, необходимая для

фо

моизменения полосы, подводится за

сче г натяжения концов полосы. В этом случае осуществляется наиболее эффективное регулирование продольной разнотолщин- носги полос, т.к. любое изменение мощности формоизменения в очаге деформации, вы: ванное продольной разнотолщинно- сть о исходной полосы, приведет к самопро- из ольному изменению переднего нат окения независимо от изменения мощное ги трения скольжения.

Мощность на бочке валков и мощность тре шя скольжения в очаге деформации могут 5ыть определены для случая симметричной прокатки полос по формулам

N8 2RvebT(ab 2y)

0)

L

Оо

Ah/hi

(3)

Конечная толщина полосы может быть определена из выражения

hi-h,

+ (Г

к

(4)

где ha - межвалковый зазор;

Р - усилие прокатки; Ск - жесткость клети.

Из этого выражения видно, что для обеспечения постоянства толщины hi при наличии продольной разнотолщинности исходной полосы необходимо обеспечить ну- дОс

левое значение производной ЛГ 0. Анализ

показывает, что указанное условие выполняется, если заднее натяжение задать равным

.T0-2b-ho AhJjЈ + pc-B-ho

(5)

Применение предлагаемого способа прокатки при обеспечении условия (5) позволяет полностью устранить продольную разнотолщинность исходной полосы.

Одновременное задание натяжения заднего конца полосы, мощности на бочке валков и скорости переднего конца полосы позволяет реализовать способ регулирования толщины полосы путем изменения натяжения концов полосы без использования датчиков толщины полосы и систем автоматического регулирования полосы. Это позволит получать полосы высокой точности по толщине, причем существенное повышение быстродействия регулирования толщины полосы позволит эффективно устранять наряду с низкочастотной .и высокочастотную составляющие продольной разнотол- щинности полосы.

Согласно предлагаемому способу прокатки металлической полосы, как показано на фиг. 1, при прокатке полосы толщиной ho до толщины hi между рабочими валками радиусом R задается заднее натяжение То, скорость переднего конца полосы vi и мощность на бочке валков, которая при задан- ной.скорости валков VBI и VBO в соответствии с формулой (1) однозначно определяется величиной критических углов у на ведущем валке и у0 на ведомом валке. При этом все возмущения, возникающие в процессе прокатки, приводят к изменению скорости заднего конца полосы v0 (а, следовательно, и к изменению коэффициента вытяжки полосы А-} и к изменению переднего натяжеVQ

ния TL

В случае увеличения входной толщины полосы на величину Ah0 увеличивается усилие прокатки, что приводит к увеличению межвалкового зазора за счет упругих деформаций валков и клети, и следовательно, к увеличению выходной толщины полосы и возникновению продольной разнотолщин- ности готовой полосы.

С другой-стороны, увеличение входной толщины полосы приводит к увеличению мощности формоизменения в очаге деформации. При осуществлении предлагаемого способа прокатки это приводит к соответствующему увеличению мощности переднего натяжения, что возможно за счет увеличения переднего натяжения Т.1, т.к. скорость переднего конца полосы vi поддерживается постоянной, причем TI увеличивается со скоростью звука. Поскольку увеличение переднего натяжения приводит к снижению усилия прокатки, применение предлагаемого способа прокатки уменьшает увеличение межвалкового зазора, а следовательно, и увеличение толщины готовой полосы. Таким образом, при этом увеличивается коэффициент вытяжки полосы за счет уменьшения скорости VQ заднего конца полосы, а значит , уменьшается мощность заднего натяжения, что в свою очередь вызывает дополнительное увеличение натяжения TI. В этом случае увеличение толщины полосы Ah0 приводит к увеличению угла захвата «о, который становится равным OQ , и в связи с постоянством мощности на бочке валксз увеличиваются углы yi и уо до величин yi и у0 причем

3i -yi 2г(аь -оь) 50 -у0 (аъ )

В соответствии с равенствами (6) и (7) скорости валков vBo и VBI целесообразно устанавливать большими, чем номинальное значение скорости v0, т.к. в противном случае уменьшение толщины исходной полосы на величину Ah0 приведет к входному по меньшей мере одной критической точки за пределы очага деформации (у0 «о) и возникновению повышенного скольжения полосы относительно рабочих валков.

Для того, чтобы устранить влияние мощности трения скольжения в очаге деформации на изменение натяжения TI при изменении мощности формоизменения полосы, целесообразно задавать мощность на бочке рабочих валков, равную мощности трения нескольжения в очаге деформации. Для обеспечения этого условия необходимо задавать такую скорость рабочих валков, при которой критический угол на контактной поверхности очага деформации соответствует зависимости, показанной на фиг. 2.

В том случае, когда в предлагаемом способе прокатки заднее натяжение задается в

соответствии с зависимостью (5), изменение толщины полосы на входе в очаг деформации не приводит к изменению толщины полосы на выходе из очага деформации. Это происходит потому, что, как показано на

фиг. 3, в этом случае изменение толщины полосы на входе на величину ± Ah0 приводит к та,кому изменению переднего натяжения, которое изменяет угол наклона кривой жесткости полосы 1 так, что кривая жесткости полосы 1,1, 1 всегда пересекает линию 2 жесткости клети в одной и той же точке М, а толщина полосы на выходе из валков всегда будет равна величине hi независимо от величины продольной раэнотолщинности

исходной полосы Ah0.

Примеры выполнения способа. После задачи скорости выходного сечения полосы, приложения растягивающего усилия к входному сечению полосы и сообщения рабочим валкам вращательного движения с рассогласованием окружных скоростей, меньшим коэффициента вытяжки полосы, задают постоянную величину мощности на бочке каждого из рабочих вал

причем окружные скорости валков вы- ают из диапазона

v0 + 0,25 (vi - v0)vBi vi - 0,25 (vi - v0), v0 + 0,25 (vi - v0) VBO v.i - 0,25 (vi - v0), vi - скорость выходного сечения полоv0 - скорость входного сечения полосы номинальных условиях процесса про- ш (отсутствие возмущений); vBi и VBO - соответственно окружные рости ведущего и ведомого валков, кже поддерживают постоянной величи- эастягивающего усилия, приложенного к дному сечению полосы. Для устранения продольной разнотол- нности прокатываемой полосы мощ- ть на бочке каждого из рабочих валков ают равной мощности трения скольже- в очаге деформации, и растягивающее лие, прикладываемое к входному сече- полосы, выбирают из условия

2bh0 Ah|&+Pc b h0,

To - величина растягивающего усилия, ложенного к входному сечению полосы

нее натяжение);

b - ширина полосы;

h0-исходная номинальная толщина по- ы;

Ah - обжатие полосы;

PC-среднее нормальное контактное на- жение при нулевом заднем натяжении.

Пример 1. Полоса из стали ст 2 щиной 3,4 мм с продольной разнотол- жостью ±0,2 мм и шириной 400мм про- ывается в валках радиусом 25 мм. :ткость прокатной клети 43 т/м. При с помощью моталки скорость передне- онца полосы задается равной 2 м/с, иатыватель создает заднее натяжение осы То в 400 кг с, а мощность на бочке ов задают равной нулю. В этом случае номинальных условиях прокатки, а нно, при толщине полосы ho 3,4 мм

ско юсть заднего конца полосы равна v0

9 мк/с, а скорость валков vBi 8 м/с, т.е.

VBO

v0 + 0,25 (vi - v0) 1.93 м/с VBI 1.98 - vi - 0,25 (vi - v0) - 1.98 м/с, 1,93 м/с VBO t,98 м/с vi .« 1,98 м/с.

При прокатке стремятся уменьшить продольную разнотолщинность и получить полосу с толщиной, близкой к нижней границе минусового полудопуска, т.е. ht 3,2 5 мм. В связи с этим межвалковый зазор устанавливают равным hB 3,2 мм. Когда прокатывается полоса номинальной толщины 3,4 мм, возникает переднее натяжение, равное Тч 2712 кг. Усилие прокатки при этом рав10 но Р 2150 кгс, что вызывает увеличение межвалкового зазора на 0,05 мм, и получаемая полоса имеет толщину 3,25 мм. При прокатке участков полосы толщиной 3,2 мм переднее натяжение уменьшается до 400 кг

15с, усилие прокатки падает до нуля и готовая полоса имеет толщину 3,2 мм. При прокатке участков полосы толщиной 3,6 мм переднее натяжение увеличивается до 4907 кг, усилие прокатки становится равным 4300 кг, меж0 валковый зазор увеличивается на 0,1 мм и готовая полоса имеет толщину 3,3 мм. Таким образом, в результате применения предлагаемого способа прокатки получается полоса толщиной 3,25 мм с продольной

5 разнотолщинностью 0,05 мм. В случае же применения способа прокатки по прототипу для данных условий получают полосу толщиной 3,38 мм с продольной рззнотолщинно- стью 0,18 мм. В предлагаемом способе

0 прокатки изменение переднего натяжения при изменении входной толщины полосы происходит со скоростью звука, которая равна для железа 7000 м/с. В результате возможна отработка продольной разнотол5 щинности с частотой до 3500 Гц в то время, как существующие системы автоматического регулирования толщины позволяют отрабатывать продольную разнотолщинность с частотой до 100 Гц.

0Если номинальную скорость рабочих валков в рассматриваемом примере задать меньше, чем v0 + 0.1 (vi - v0) 1,892 м/с и равной,- например, 1,88 м/с, то при уменьшении толщины исходной полосы до 3,2 мм

5 скорость заднего конца полосы станет равной 2 м/с и появится дополнительное скольжение Av 0,12 м/с, что может привести к наварам валков. Если номинальную скорость валков задать больше, чем vi, валки бу0 дут проскальзывать по полосе, что также может привести к наварам.

Сравнительные данные по результатам прокатки приведены в табл. 1. 5 Качество полосы, полученной предлагаемым способом, выше, чем достигнутое способом прокатки по способу-прототипу за счет снижения продольной разнотолщинно- стина72%.

Пример 2. Полоса из стали 10 толщиной 2 мм с продольной разнотолщинностью ±0,15 мм шириной 400 мм прокатывается до толщины 1,5 мм в валках радиусом 25 мм с жесткостью клети 43 т/мм. При этом задается скорость переднего конца полосы, равная 2 м/с, натяжение заднего конца полосы, равное 1800 кг с, и мощность на бочке валков, равная мощности трения скольжения в очаге деформации. В соответствии с выражением (3) реализуется значение 0,463.

чему соответствует скорость рабочих валков VB 1J4 м/с. При прокатке полосы номинальной толщины возникает переднее натяжение Ti 3829 кг с, усилие прокатки при этом равно 1720 кг с и толщина готовой полосы получается равной 1,5 мм. При увеличении толщины полосы до 2,15 мм переднее натяжение увеличивается до 5130 кг с, усилие прокатки становится равным 30 10кг с и толщина готовой полосы увеличивается до 1,53 мм. При уменьшении толщины полосы до 1,85 мм переднее натяжение уменьшается до 2425 кг с, усилие прокатки становится равным 1430 кг с, и толщина готовой полосы уменьшается до 1,49мм. В результате получается полоса толщиной 1,5 мм с продольной

.разнотолщинностью . В случае прокатки полосы по способу-прототипу е рассмотренных условиях получают полосу толщиной 1,5 мм с продольной разнотол- +0,135

ЩИННОСТЬЮ Г)ПО ММ.

В данном примере качество полосы, полученной предлагаемым способом, выше, чем достигнутое по способу-прототипу, за счет снижения продольной разнотолщинно- сти на 76%.

Сравнительные данные по результатам прокатки приведены в табл. 2,

Пример 3. Полоса из стали Ст 2 толщиной 1 мм прокатывается с номинальным коэффициентом вытяжки 1,35 в неприводных валках (т.е. мощность на бочке

валков задана равной нулю) радиусом 50 мм с коэффициентом трения 0,07 (смазка ТМС-б). Ширина полосы 400 мм. Скорость переднего конца задана равной 2 м/с. Если назначить для указанных условий заднее натяжение в

соответствии с формулой (5) равным 4800 кг с, то усилие прокатки будет оставаться равным Р 46,2 т независимо от наличия продольной разнотолщинности исходной полосы, и готовая полоса будет иметь поетоянную толщину, равную 0,47 мм. При этом наличие входной продольной рЗзнотолщин- ности будет приводить к изменению натяжения переднего конца полосы, Например, при входной продольной разнотолщинности ДЬ0 0,1 мм переднее натяжение увеличится с 12000 до 12962 кг с, а при входной продольной разнотолщинности Дп0 -0,1 мм переднее натяжение уменьшится до 11422 кг с.

Сравнительные данные по результатам прокатки приведены в табл. 3. Продольная разнотолщинность снизилась на 100%.

Использование предлагаемого способа прокатки позволяет уменьшить продольную

разнотолщинность полосы на 72 ... 100%. Кроме того, этот способ прокатки позволяет снизить высокочастотную составляющую продольной разнотолщинности, имеющую частоту, в 35 раз большую, чем частота продольной разнотолщинности, устраняемая существующими системами автоматического регулирования толщины.

(56) Авторское свидетельство СССР N° 225829, кл, В 21 В 1/22, 1966.

Авторское свидетельство СССР Мг 738695, кл, В 21 В 1/00, 1980.

Примечание.

h0 - исходная толщина полосы;

hi - конечная толщина полосы;

NB1 - мощность на бочке ведущего валка;

NBO - мощность на валке ведомого валка;

vBi - окружная скорость ведущего валка;

VBO окружная скорость ведомого валка;

Ti -переднее натяжение;

То заднее натяжение;

Р.- усилие прокатки;

vi - скорость переднего конца полосы;

УО - скорость заднего конца полосы;

dhi - разнотолщинность готовой полосы.

Таблица 3

ев

Формула изобретения

10

-jg 20

5

vo - скорость входного сечения полосы при номинальных условиях процесса прокатки (отсутствие возмущений);

VBi и VBQ - соответственно окружные скорости ведущего и ведомого валков;

: To 2bho-Ah- -fPc-b-ho,

где То - величина растягивающего усилия, приложенного к входному сечению полосы (заднее натяжение); . о - ширина полосы;

ho - исходная номинальная толщина полосы;,

Ah - обжатие полосы;

Рс - среднее нормальное контактное напряжение при нулевом заднем натяжении. .Ј