СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЛОСКОСТНОСТИ ПОЛОС ПРИ ПРОКАТКЕ
METHOD FOR CONTROL OF STRIPS FLATNESS IN PROCESS OF ROLLING

Изобретение относится к прокатному производству, а точнее к способам регулирования плоскостности тонколистовой стали.
Известны способы регулирования плоскостности полосы изгибом и противоизгибом рабочих валков, а также изменением их температурной профилировки, описанные в книге «Прокатка ровных листов и полос» Ю.Д.Железнова (М.: Металлургия, 1971, 200 с.).
При таких способах регулирования плоскостности полосы воздействие оказывают на активную образующую рабочих валков, а не на форму эпюры выходных напряжений, которая изменяется как следствие воздействия на активную образующую.
Известен способ горячей прокатки полос, при котором полоса перед тем, как войти в первую клеть, проходит через протяжные ролики, которые прикладывают к полосе небольшое заднее натяжение, достаточное для превышения напряжения коробления полосы и обеспечивающее относительное удлинение полосы, вызванное ползучестью, не более 1% (RU 2264872 С2). Этот способ относится к горячей прокатке полос и не воздействует на форму эпюры натяжения.
Известен способ горячей прокатки полос, при котором между первой и второй чистовыми клетями установлен центрирующий ролик с вогнутой бочкой, имеющий круговую образующую с максимальной стрелой прогиба, равной 0,0005…0,0008 длины бочки, а между предпоследней и последней чистовыми клетями установлен центрирующий ролик с выпуклой бочкой, имеющий круговую образующую с максимальной стрелой прогиба, равной 0,0003…0,0005 длины бочки, причем ролики установлены на равном расстоянии между клетями (RU 2268794 С1). Этот способ относится к горячей прокатке, разработан для центрирования полосы и не предполагает воздействия на форму эпюры натяжения. Кроме того, из-за удаленного расположения профилированные ролики не воздействуют на эпюры напряжений в полосе на входе и выходе очагов деформации по принципу Сен-Венана.
Наиболее близкими по технической сущности являются описанные в книге «Асимметричная тонколистовая прокатка: развитие теории, технологии и новые решения» В.М.Салганика и A.M.Песина (М.: МИСИС, 1997 г., 192 с.) конструкции непрерывного полосового прокатного стана, включающие одну или две дополнительные пары натяжных роликов, установленные между клетями. Здесь натяжные ролики непрофилированы и предназначены для установки необходимых углов входа и выхода полосы с целью равномерного распределения удельных натяжений по толщине полосы при несимметричной прокатке, а не с целью воздействия на форму эпюры натяжения.
Изобретением решается задача повышения качества прокатываемых полос за счет улучшения их плоскостности при создании дополнительных продольных напряжений, которые, воздействуя на выходное сечение очага деформации, выравнивают вытяжки по ширине полосы, уменьшая остаточные напряжения.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе регулирования плоскостности полосы угол охвата полосой профилированных роликов, расположенных за клетью, устанавливают такой величины, чтобы дополнительные напряжения, образующиеся из-за изменения расстояний, пройденных серединой и краями полосы по поверхности профилированных роликов, воздействуя на выходное сечение очага деформации, выравнивали бы вытяжки по ширине полосы; при этом для уменьшения краевой волнистости полоса оборачивается вокруг выпуклого ролика, а для уменьшения коробоватости - вокруг вогнутого ролика.
Предлагаемый способ уменьшает неравномерность вытяжек по ширине полосы, перенося воздействие с активной образующей рабочих валков и углов входа и выхода полосы, известное из прототипа и аналогов, на форму эпюры выходных напряжений и устанавливает количественную зависимость перемещения h отклоняющих роликов от величины неравномерности выходных напряжений в полосе.
Отличительными признаками предлагаемого способа регулирования плоскостности полос при прокатке являются воздействия на форму эпюры выходных продольных напряжений полосы путем изменения угла охвата полосой профилированных роликов, расположенных на таком расстоянии от очага деформации, на котором еще не действует принцип Сен-Венана.
*
1
На схеме (фиг.1) показан принцип регулирования плоскостности по предлагаемому способу. Допустим, что полоса (1) на выходе клети (2) (фиг.1) имеет неравномерную эпюру продольных напряжений с амплитудой Δσ, способствующую краевой волнистости (фиг.2,а, кривая 1). Форма эпюры и уровень переднего натяжения σ измеряется стрессометрическим роликом (6).
Расчеты показывают, что при изменении формы эпюры выходного удельного натяжения эпюра выходных скоростей по ширине полосы изменяется следующим образом:
где  - неравномерность эпюры переднего удельного натяжения;
φ'(y) - выходная неравномерность скоростей полосы;
Е - модуль упругости материала полосы.
Другими словами, если к выходному сечению очага деформации приложить неравномерную эпюру напряжений, то возникшая неравномерность скоростей выхода полосы компенсирует исходную неравномерность напряжений.
доп
*
В соответствии с этим положением к выходному сечению очага деформации необходимо приложить компенсирующую эпюру переднего натяжения  (фиг.2,а, кривая 3). Она вызовет течение металла, компенсирующее  После снятия  в полосе возникнут остаточные напряжения Δσ, равные по амплитуде  но противоположные по знаку (фиг.2,а, кривая 4), которые в свою очередь компенсируют Δσ. В результате такого регулирования в полосе исчезнут остаточные напряжения (фиг.2,а, кривая 5).
Процесс компенсации неравномерной эпюры продольных напряжений, способствующих коробоватости полосы, аналогичен и изображен на фиг.2,б.
Известно, что по принципу Сен-Венана неравномерность приложенных к полосе напряжений уменьшается с увеличением расстояния от места приложения. Следовательно, для того чтобы к очагу деформации была приложена неравномерная эпюра напряжений с амплитудой  на расстоянии а от него (фиг.1) необходимо создать эпюру напряжений с амплитудой, равной  где K=K(а, В) - коэффициент ослабления, зависящий от расстояния до очага деформации а и ширины полосы В (фиг.2,а и б, кривые 2).
Коэффициент ослабления вычисляется по следующей формуле:
где
S - амплитуда неравномерности на расстоянии а от очага деформации;
- корни следующей системы уравнений:
где
Предлагаемый способ регулирования плоскостности реализуется следующим образом (фиг.1).
*
1
3
1
1
2
2
2
3
Полоса (1) выходит из клети (2), имея неравномерность выходных напряжений Δσ (фиг.2, кривые 1). На расстоянии а от очага деформации установлена пара роликов, имеющих сопряженные профилировки: один - выпуклую, другой - вогнутую, равную δ=R-R. Для компенсации эпюры, способствующей волнистости полосы, отклоняющие ролики (4) поднимаются вверх, и полоса частично оборачивается вокруг верхнего профилированного ролика (3) на угол φ. Для компенсации эпюры, способствующей коробоватости полосы, отклоняющие ролики (4) опускаются вниз, и полоса частично оборачивается вокруг нижнего профилированного ролика (3). При этом профилированные ролики должны создать компенсирующую неравномерность натяжений, равную  где K=K(а, В) - коэффициент ослабления, зависящий от расстояния до очага деформации а и ширины полосы В. Так как в полосе действует переднее натяжение σ, то полоса плотно охватывает профилированный ролик на участке, соответствующем углу φ. При этом разность расстояний, пройденных серединой и краями полосы по поверхности выпуклого профилированного ролика Δl=АС-А′С′=Rφ-Rφ=φΔR, где R - радиус ролика на краю полосы, а по поверхности нижнего - Δl=Rφ-Rφ=φΔR. При параболической профилировке роликов  тогда
Угол охвата профилированного ролика:
где a - расстояние между осями рабочих валков и профилированных роликов (не более половины длины бочки);
d - расстояние между осями профилированных роликов и отклоняющих роликов.
Разность расстояний, пройденных серединой и краями полосы по поверхности профилированного ролика
где δ - выпуклость/вогнутость профилированных роликов на радиусе;
В - ширина полосы;
L - длина бочки профилированных роликов;
h - высота перемещения отклоняющих роликов.
Относительная разность расстояний, пройденных серединой и краями полосы:
Тогда неравномерность напряжений, создаваемая профилированным роликом:
где Е - модуль упругости материала полосы.
рол
1
рол
1
Нужно отметить, что плотный охват полосой профилированного ролика на участке, соответствующем углу φ, обеспечивается при условии Δσ≤σ. В противном случае участки полосы, где Δσ≥σ, не будут прилегать к поверхности профилированного ролика.
*
Таким образом, для компенсации неравномерности напряжений Δσ, возникающих в полосе на выходе из клети, необходимо переместить отклоняющие ролики на расстояние, равное
*
где Δσ - разница между удельными напряжениями в середине и на краю полосы, причем она положительна при форме эпюры, способствующей волнистости полосы, и отрицательна при форме эпюры, способствующей коробоватости;
K - коэффициент ослабления;
Е - модуль упругости материала полосы;
L - длина бочки профилированных роликов;
В - ширина полосы;
d - расстояние между осями профилированных роликов и отклоняющих роликов;
а - расстояние между осями рабочих валков и профилированных роликов (не более половины длины бочки);
δ - выпуклость/вогнутость профилированных роликов на радиусе.
1
*
5
Пример. При прокатке полосы шириной В=1200 мм при удельном переднем натяжении σ=100 МПа разница между удельными напряжениями в середине и на краю полосы Δσ=+10 МПа. Расстояние между осями профилированных роликов и рабочих валков а=600 мм, расстояние между осями профилированных и отклоняющих роликов d=1000 мм, длина бочки рабочих валков L=2000 мм, выпуклость профилированных роликов на радиусе δ=1,5 мм, модуль упругости материала полосы Е=2,0×10 МПа. Вычисленный по формуле (1) коэффициент ослабления равен K=0,42. В этом случае высота перемещения отклоняющих роликов:
Проверим, не превышает ли амплитуда создаваемой профилированными роликами неравномерности продольных напряжений уровня переднего натяжения, т.е. плотно ли охватывает полоса профилированный ролик:
Полоса плотно охватывает профилированный ролик, и неравномерность выходных напряжений будет компенсирована полностью.
Предлагаемый способ позволяет прокатывать полосы с повышенными требованиями к плоскостности.