RU1839118C - Способ прокатки металлической полосы - Google Patents

Abstract

4702270/27 08.06.89 30.12.93 Бю № 48-47 Чел бинский политехнический инаитут имЛекого комсомола Зыдрин А.В,- Агеев ЛМ СПОСОБ ПРОКАТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСЫ Изобретение относитс  к прокатному производ :тву и может быть использовано при изготовлении полос дл  снижени  продольной разнотолщин- нос и. Цель изобретени  - повышение качества про раз тыа пол вхо ваш ам вращательного движени  с рассогласование ) i окружных скоростей, меньшим коэффициента атываемых полос путем снижени  продольной отолщинности. Металлическую полосу прока- ют с заданием скорости выходного сечени  сы, приложением раст гивающего усили  к дому сечению полосы и сообщением рабочим выт жки полосы при этом задают посто нную величину мощности на бочке каждого из рабочих валков , причем окружные скорости валков выбирают из диапазона, определ емого неравенствами, и поддерживают посто нной величину раст гивающего усили  прикладываемого к входному сечению полосы , определ   его по математическому выражению . Дл  усилени  эффективности снижени  продольной разнотолщинности мощности на бочке каждого из рабочих валков задают равной мощности трени  скольжени  в очаге деформации. Использование предложени  позвол ет уменьшить продольную разнотолщинность полосы на 72 100%, кроме того, предложенный способ снижает высокочастотную составл ющую продольной разнотолщинности , превышающую в 35 раз частоту продольной разнртолщинности, которую устран ют существующими системами автоматического регулировани  толщины. 2 злф-лы, 3 ил, 3 табл.

Description

Изобретение относитс  к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении полос дл  снижени  продольной разнот лщинности.

Цель изобретени  - повышение качества прокатываемых полос путем снижени  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 трени  скольжени  в очаге деформации; на фиг. 3 - график, иллюстрирующий изменение усили  прокатки при изменении толщины полосы, когда нат жение определ етс  формулой.

В известном способе прокатки, включат- ющем задачу скорости выходного сечени  полосы, приложение раст гивающего усили  к выходному сечению полосы и сообще- ние рабочим валкам вращательного движени  с рассогласованием окружных скоростей, меньший коэффициента выт жки полосы, согласно предложени  задают посто нную 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 сечени  полосы;

v0 - скорость входного сечени  полосы при минимальных услови х процесса прокатки (отсутствие возмущений);

vei и VBO - соответственно окружные скорости ведущего и ведомого валков, а также поддерживают посто нной оеличи- ну раст гивающего усили .. .

В предлагаемом способе прокатки на бочке каждого из валков задают мощность, равную мощности трени  скольжени  в очаге деформации, а дл  повышени  уровн  снижени  продольной разнотолщинности раст гивающее усилие, прикладываемое к входному сечению полосы, принимают из зависимости

To«2bh0 Ah| +Pcbh0,

где То - величина раст гивающего усили , приложенного к входному сечению полосы (заднее нат жение);

b - ширина полосы;

h0 - исходна  и номинальна  толщины полосы;

Ah - обжатие полосы;

PC-среднее нормальное контактное напр жение при нулевом заднем нат жении.

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

ставл ющую, при одновременном упрощении оборудовани  за счет осуществлени  процесса прокатки с посто нной величиной мощности на бочках рабочих валков. При таких услови х процесса прокатки иэменение подвода мощности в очаг деформации возможно только за счет изменени  мощности переднего нат жени , т.е. за счет увеличени  величины переднего нат жени , При увеличении толщины входного сечени  пол осы, когда дл  сохранени  толщины выход- ного сечени  необходимо увеличить мощность, подводимую в очаг деформации, самопроизвольно увеличитс  переднее нат жение . При уменьшении толщины еходного сечени  полосы наблюдаетс  обратна  картина. Таким образом, в предлагаемом способе прокатки по существу реализуетс  способ регулировани  толщины полосы с воздействием на соотношение нат жений

концов полосы, однако он не требует дл  своего осуществлени  датчиков дл  измере- нил трлщины полосы и системы автоматического регулировани  нат жени  концов полосы. Дл  осуществлени  способа нужно

проводить прокатку с поддержанием посто нства заднего нат жени , скорости переднего конца полосы и мощности на бочке валков (например, путем поддержани  посто нства моментов). При этом изменение

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

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

равной номинальной скорости полосы на входе или выходе из очага деформации, поскольку вс кое 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).

Существующа  исходна  продольна 

ра пр ны

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

rai ой продольной разнотолщинности окру; ша  скорость рабочих валков измен етс  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- натьна  толщина полосы), окружна  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 трени  скольжени ;

R - радиус рабочих валков;

VB - скорость рабочих валков;

b - ширина полосы;

г- контактное касательное напр жение;

оъ-угол захвата;

у- критический угол;

hi - конечна  толщина полосы;

Si - площадь выходного сечени  полосы;

I-опережение;

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

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  вл етс  елательным  влением, т.к. может приве- к наварам и другим дефектам. Мощность на бочке валков целесооб- расно задавать равной мощности трени  ско чьжени  в очаге деформации, т.е. в этом случае мощность, подводима  к валкам, KOV пенсирует потери на скольжение в очаге де ормации, а мощность, необходима  дл 

фо

моизменени  полосы, подводитс  за

сче г нат жени  концов полосы. В этом случае осуществл етс  наиболее эффективное регулирование продольной разнотолщин- носги полос, т.к. любое изменение мощности формоизменени  в очаге деформации, вы: ванное продольной разнотолщинно- сть о исходной полосы, приведет к самопро- из ольному изменению переднего нат окени  независимо от изменени  мощное ги трени  скольжени .

Мощность на бочке валков и мощность тре ш  скольжени  в очаге деформации могут 5ыть определены дл  случа  симметричной прокатки полос по формулам

N8 2RvebT(ab 2y)

0)

L

Оо

Ah/hi

(3)

Конечна  толщина полосы может быть определена из выражени 

hi-h,

+ (Г

к

(4)

где ha - межвалковый зазор;

Р - усилие прокатки; Ск - жесткость клети.

Из этого выражени  видно, что дл  обеспечени  посто нства толщины hi при наличии продольной разнотолщинности исходной полосы необходимо обеспечить ну- дОс

левое значение производной ЛГ 0. Анализ

показывает, что указанное условие выполн етс , если заднее нат жение задать равным

.T0-2b-ho AhJjЈ + pc-B-ho

(5)

Применение предлагаемого способа прокатки при обеспечении услови  (5) позвол ет полностью устранить продольную разнотолщинность исходной полосы.

Одновременное задание нат жени  заднего конца полосы, мощности на бочке валков и скорости переднего конца полосы позвол ет реализовать способ регулировани  толщины полосы путем изменени  нат жени  концов полосы без использовани  датчиков толщины полосы и систем автоматического регулировани  полосы. Это позволит получать полосы высокой точности по толщине, причем существенное повышение быстродействи  регулировани  толщины полосы позволит эффективно устран ть нар ду с низкочастотной .и высокочастотную составл ющие 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 задаетс  заднее нат жение То, скорость переднего конца полосы vi и мощность на бочке валков, котора  при задан- ной.скорости валков VBI и VBO в соответствии с формулой (1) однозначно определ етс  величиной критических углов у на ведущем валке и у0 на ведомом валке. При этом все возмущени , возникающие в процессе прокатки , привод т к изменению скорости заднего конца полосы v0 (а, следовательно, и к изменению коэффициента выт жки полосы А-} и к изменению переднего нат жеVQ

ни  TL

В случае увеличени  входной толщины полосы на величину Ah0 увеличиваетс  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 формоизменени  в очаге деформации . При осуществлении предлагаемого способа прокатки это приводит к соответствующему увеличению мощности переднего нат жени , что возможно за счет увеличени  переднего нат жени  Т.1, т.к. скорость переднего конца полосы vi поддерживаетс  посто нной, причем TI увеличиваетс  со скоростью звука. Поскольку увеличение переднего нат жени  приводит к снижению усили  прокатки, применение предлагаемого способа прокатки уменьшает увеличение межвалкового зазора, а следовательно, и увеличение толщины готовой полосы. Таким образом, при этом увеличиваетс  коэффициент выт жки полосы за счет уменьшени  скорости VQ заднего конца полосы, а значит , уменьшаетс  мощность заднего нат жени , что в свою очередь вызывает дополнительное увеличение нат жени  TI. В этом случае увеличение толщины полосы Ah0 приводит к увеличению угла захвата «о, который становитс  равным OQ , и в св зи с посто нством мощности на бочке валксз увеличиваютс  углы yi и уо до величин yi и у0 причем

1.

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 скольжени  полосы относительно рабочих валков.

Дл  того, чтобы устранить вли ние мощности трени  скольжени  в очаге деформации на изменение нат жени  TI при изменении мощности формоизменени  полосы, целесообразно задавать мощность на бочке рабочих валков, равную мощности трени  нескольжени  в очаге деформации. Дл  обеспечени  этого услови  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 нат жение задаетс  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 нат жени , которое измен ет угол наклона кривой жесткости полосы 1 так, что крива  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 выполнени  способа. После задачи скорости выходного сечени  полосы, приложени  раст гивающего усили  к входному сечению полосы и сообщени  рабочим валкам вращательного движени  с рассогласованием окружных скоростей, меньшим коэффициента выт жки полосы, задают посто нную 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 сечени  полоv0 - скорость входного сечени  полосы номинальных услови х процесса про- ш (отсутствие возмущений); vBi и VBO - соответственно окружные рости ведущего и ведомого валков, кже поддерживают посто нной величи- эаст гивающего усили , приложенного к дному сечению полосы. Дл  устранени  продольной разнотол- нности прокатываемой полосы мощ- ть на бочке каждого из рабочих валков ают равной мощности трени  скольже- в очаге деформации, и раст гивающее лие, прикладываемое к входному сече- полосы, выбирают из услови 

2bh0 Ah|&+Pc b h0,

To - величина раст гивающего усили , ложенного к входному сечению полосы

нее нат жение);

b - ширина полосы;

h0-исходна  номинальна  толщина по- ы;

Ah - обжатие полосы;

PC-среднее нормальное контактное на- жение при нулевом заднем нат жении.

Пример 1. Полоса из стали ст 2 щиной 3,4 мм с продольной разнотол- жостью ±0,2 мм и шириной 400мм про- ываетс  в валках радиусом 25 мм. :ткость прокатной клети 43 т/м. При с помощью моталки скорость передне- онца полосы задаетс  равной 2 м/с, иатыватель создает заднее нат жение осы То в 400 кг с, а мощность на бочке ов задают равной нулю. В этом случае номинальных услови х 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 стрем тс  уменьшить продольную разнотолщинность и получить полосу с толщиной, близкой к нижней границе минусового полудопуска, т.е. ht 3,2 5 мм. В св зи с этим межвалковый зазор устанавливают равным hB 3,2 мм. Когда прокатываетс  полоса номинальной толщины 3,4 мм, возникает переднее нат жение, равное Тч 2712 кг. Усилие прокатки при этом рав10 но Р 2150 кгс, что вызывает увеличение межвалкового зазора на 0,05 мм, и получаема  полоса имеет толщину 3,25 мм. При прокатке участков полосы толщиной 3,2 мм переднее нат жение уменьшаетс  до 400 кг

15с, усилие прокатки падает до нул  и готова  полоса имеет толщину 3,2 мм. При прокатке участков полосы толщиной 3,6 мм переднее нат жение увеличиваетс  до 4907 кг, усилие прокатки становитс  равным 4300 кг, меж0 валковый зазор увеличиваетс  на 0,1 мм и готова  полоса имеет толщину 3,3 мм. Таким образом, в результате применени  предлагаемого способа прокатки получаетс  полоса толщиной 3,25 мм с продольной

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

0 прокатки изменение переднего нат жени  при изменении входной толщины полосы происходит со скоростью звука, котора  равна дл  железа 7000 м/с. В результате возможна отработка продольной разнотол5 щинности с частотой до 3500 Гц в то врем , как существующие системы автоматического регулировани  толщины позвол ют 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 по витс  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 снижени  продольной разнотолщинно- стина72%.

Пример 2. Полоса из стали 10 толщиной 2 мм с продольной разнотолщинностью ±0,15 мм шириной 400 мм прокатываетс  до толщины 1,5 мм в валках радиусом 25 мм с жесткостью клети 43 т/мм. При этом задаетс  скорость переднего конца полосы, равна  2 м/с, нат жение заднего конца полосы, равное 1800 кг с, и мощность на бочке валков , равна  мощности трени  скольжени  в очаге деформации. В соответствии с выражением (3) реализуетс  значение 0,463.

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

.разнотолщинностью . В случае прокатки полосы по способу-прототипу е рассмотренных услови х 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 снижени  продольной разнотолщинно- сти на 76%.

Сравнительные данные по результатам прокатки приведены в табл. 2,

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

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

соответствии с формулой (5) равным 4800 кг с, то усилие прокатки будет оставатьс  равным Р 46,2 т независимо от наличи  продольной разнотолщинности исходной полосы, и готова  полоса будет иметь поето нную толщину, равную 0,47 мм. При этом наличие входной продольной рЗзнотолщин- ности будет приводить к изменению нат жени  переднего конца полосы, Например, при входной продольной разнотолщинности ДЬ0 0,1 мм переднее нат жение увеличитс  с 12000 до 12962 кг с, а при входной продольной разнотолщинности Дп0 -0,1 мм переднее нат жение уменьшитс  до 11422 кг с.

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

Использование предлагаемого способа прокатки позвол ет уменьшить продольную

разнотолщинность полосы на 72 ... 100%. Кроме того, этот способ прокатки позвол ет снизить высокочастотную составл ющую продольной разнотолщинности, имеющую частоту, в 35 раз большую, чем частота продольной разнотолщинности, устран ема  существующими системами автоматического регулировани  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 - исходна  толщина полосы;

hi - конечна  толщина полосы;

NB1 - мощность на бочке ведущего валка;

NBO - мощность на валке ведомого валка;

vBi - окружна  скорость ведущего валка;

VBO окружна  скорость ведомого валка;

Ti -переднее нат жение;

То заднее нат жение;

Р.- усилие прокатки;

vi - скорость переднего конца полосы;

УО - скорость заднего конца полосы;

dhi - разнотолщинность готовой полосы.

Таблица 3

ев

Claims (3)

1. СПОСОБ ПРОКАТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛОСЫ, включающий вращение рабочих валков с величиной рассогласова- ни  окружных емкостей, меньшей коэффи- ц|/ента выт жки полосы, приложение раст гивающего усили  к входному сече- Hi, ю полосы и задачу скорости выходного сечени  полосы, отличающийс  тем. что. с целью повышени  качества прокатывае- ммх полос путем снижени  продольной Е знотолщинности, каждому из рабочих вапков задают посто нную величину мощ- нести на их бочках и поддерживают посто ннымраст гивающее усилие, nf икладываемое к входному сечению поло сы, при этом окружные скорости валков устанавливают из следующих зависимо- стгй: vo+0 ,25(Vi-Vo),25(Vi-Vo) voihO,25(Vi-Vo)sVBoSVi-0,25(Vi-Vo), где vi - скорость выходного сечени  полосы;

10

-jg 20

5

vo - скорость входного сечени  полосы при номинальных услови х процесса прокатки (отсутствие возмущений);

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

2. Способ по п.1, отличающийс  тем, что мощность на бочке каждого из рабочих валков задают равной мощности трени  скольжени  в очаге деформации.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийс  тем. что раст гивающее усилие, приклады- ваемое к входному сечению полосы, при- : нимают из зависимости

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

где То - величина раст гивающего усили , приложенного к входному сечению полосы (заднее нат жение); . о - ширина полосы;

ho - исходна  номинальна  толщина полосы; ,

Ah - обжатие полосы;

Рс - среднее нормальное контактное напр жение при нулевом заднем нат жении . .Ј