СПОСОБ ЗАМЕНЫ ВАЛКА В ПРОКАТНОМ СТАНЕ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНО ДВИЖУЩЕЙСЯ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ
METHOD OF REPLACING ROLL AT STEEL STRIP CONTINUOUS CASTING MILL

Настоящее изобретение касается способа замены валка в прокатном стане для непрерывно движущейся стальной полосы, характеризованного в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
В частности, изобретение относится к технической области непрерывной холодной прокатки стальных полос на прокатном стане типа тандем, в котором требуется производить замены прокатных валков.
Холодную прокатку стальных полос можно осуществлять на разных типах прокатных установок, таких как:
так называемые «реверсивные» прокатные установки, в которых прокатываемая полоса движется поочередно в одном направлении перемещения, затем в другом направлении, по меньшей мере, между двумя агрегатами, выполненными с возможностью как разматывания, так и наматывания полосы во время различных пропусков через валки. Между этими агрегатами разматывания/наматывания полосу прокатывают только в одной прокатной клети, которая обеспечивает установке производительность от 200000 до 600000 т/год, или в двух последовательных клетях, которые обеспечивают производительность от 300000 до 1000000 т/год.
Так называемые «тандемные» прокатные установки, в которых прокатываемая полоса перемещается только в одном направлении движения в нескольких прокатных клетях, расположенных последовательно друг за другом и находящихся между входным разматывающим агрегатом и выходным наматывающим агрегатом по направлению движения. Упомянутые прокатные клети, как известно, содержат станины, на которых расположены прокатные валки, называемые «рабочими валками», опорные валки, ограничивающие прогиб рабочих валков, и в некоторых случаях одну или две пары промежуточных валков между опорными валками и рабочими валками. В отдельных случаях применения для проката сверхпрочных сталей используют также многовалковые станы, например, так называемые прокатные станы Сендзимира. Существует несколько типов холодных прокатных станов типа тандем: обычные станы, обрабатывающие один рулон за другим и обеспечивающие производительность от 700000 до 1500000 тонн стального проката в год, однако капиталовложения для таких станов являются большими и они требуют прохождения головной части рулона через всю установку. Другие тандемные прокатные станы выполняют с возможностью работы в непрерывном режиме, при этом хвостовую часть рулона, выходящую из разматывающего агрегата, соединяют сваркой с головной частью нового рулона, разматываемого вторым разматывающим агрегатом. Такие непрерывные прокатные станы достигают производительности от 1000000 до 3000000 т/год.
С учетом капиталовложений, требуемых для обеспечения непрерывности операций прокатки, необходимо максимально ограничить время простоя, когда прокатный стан не производит прокатку, а также необходимо максимально сократить расход металла на прокат, то есть количество полосы, прокатываемой за пределами требуемых допусков.
Вместе с тем, по различным причинам, в том числе в целях обслуживания, необходимо регулярно заменять валки прокатных клетей, в частности, рабочие и промежуточные валки или кассеты валков для многовалковой клети, и прерывать прокатку на все время этой операции.
Действительно, во время прокатки валки подвергаются действию сильного давления, которое приводит к их постепенной поверхностной деформации, которая со временем повышает хрупкость валка и приводит к появлению на нем трещин или к его выкрашиванию.
С другой стороны, постоянный контакт рабочих валков с прокатываемой полосой и с опорными или промежуточными валками приводит к ухудшению состояния их поверхности, что требует их замены, как только это состояние поверхности, в частности, на последней прокатной клети на выходе прокатного стана больше не обеспечивает требуемого качества поверхности полосового проката.
Наконец, в зависимости от программы прокатки обычно меняют диаметр рабочих валков или конфигурацию, по меньшей мере, одной прокатной клети, например, от варианта «кварто» к шестивалковому или многовалковому варианту. В этом случае необходимо производить физическую замену соответствующих валков.
Чтобы упростить замену или максимально сократить время операций замены валков, уже давно разработали автоматическое оборудование и автоматизированные процессы замены, описанные в документе WO 2007 060370. В зависимости от установки время замены варьирует от 2 до 3 минут.
Снижение производительности по причине замены валков становится особенно заметным для прокатных клетей, оборудованных очень маленькими валками, деформация и износ которых наступают очень быстро, например для многовалковых клетей, применяемых для проката нержавеющих сталей.
Если рассматривать случай тандемного прокатного стана с четырьмя клетями, предназначенного для обработки 50000 рулонов (примерно 1000000 тонн) нержавеющей стали в год, необходимо останавливать прокатный стан для замены валков последней клети примерно после каждых 1-3 рулонов. Поскольку даже очень быстрая замена валков занимает, по меньшей мере, 2 минуты, то, даже если замену, менее частую, валков других клетей производят «с перекрыванием времени» во время замены валков последней клети на выходе, время замены в течение года может достигать 1700 часов/год, то есть простои составляют 24% времени при круглосуточной работе в 300 дней/год. В лучшем случае эти простои можно снизить на 8% при замене через каждые три рулона, что все равно является очень существенным недостатком.
С другой стороны, при повторном запуске прокатного стана (после остановки движения полосы) невозможно сразу добиться оптимальных условий прокатки, и полосовой прокат выходит за пределы допустимых допусков примерно на 50-75 метрах полосы, что отрицательно влияет на расход металла.
Были сделаны попытки осуществлять замену валков без прерывания прокатки. Например, в документе JP 62-275515 описан способ, предназначенный для тандемного прокатного стана с 6 клетями. Этот способ замены валков предназначен для прокатной клети, выполненной с возможностью установки в ней, по меньшей мере, одного рабочего валка, на прокатном стане для прокатки непрерывно движущейся стальной полосы, при этом упомянутая клеть является частью множества клетей, установленных последовательно вдоль прокатного стана по направлению непрерывного движения. Когда для какой-либо клети предусматривают замену валка (согласно примеру, показанному на фиг. 2 упомянутого документа), ее остановку готовят путем распределения ее коэффициента обжатия (процент уменьшения толщины проката) по клетям на ее входе и на ее выходе в соответствии со следующим временным циклом:
Увеличение обжатия для клетей (на входе клети, в которой производят замену) на величину, необходимую для компенсации открывания клети, в которой производят замену, начиная от первой клети тандемного прокатного стана, затем на второй клети и т.д.
Уменьшение обжатия в клети, в которой производят замену, с сохранением лишь небольшого остаточного значения.
Увеличение обжатия для клетей (на выходе клети, в которой производят замену), как это производили для клетей на входе, сначала на клети, ближайшей к клети, в которой производят замену, затем на следующей и т.д.
Полное открывание клети, в которой производят замену, одновременно с увеличением обжатия для клети, находящейся непосредственно перед ней.
Замена валка(ов) в соответствующей клети.
Закрывание клети, в которой производят замену, с уменьшением обжатия в клети, находящейся непосредственно перед упомянутой клетью, в которой производят замену.
Переход к первоначальным уровням обжатия для клетей на входе, начиная от первой клети тандемного прокатного стана, затем на второй клети.
Закрывание клети, в которой производят замену, при ее первоначальном уровне обжатия.
Переход к первоначальным уровням обжатия для клетей на выходе клети, в которой производят замену, начиная от ближайшей к ней клети.
Как видно из вышесказанного, эта процедура требует распределений усилий сведения валков, остающихся в активном положении прокатки, а также скоростей и момента приводов одной клети на другие, что составляет от 15 до 20% перегрузки для некоторых клетей этого тандемного шестиклетевого прокатного стана. Вместе с тем, усилие сведения прокатных клетей можно увеличивать только до предела сопротивления валков давлению Герца, которое возрастает с диаметром валков. При достижении этого предела, если необходимо сохранить запас производительности в 20% с целью замены валков, весь комплекс прокатного стана не сможет работать с максимальной мощностью и будет постоянно выдавать более низкие показатели с точки зрения производительности. Поэтому выигрыш в производительности при замене валков «на ходу» становится ничтожным или вовсе пропадает.
С другой стороны, временной цикл увеличения, а затем уменьшения сведения валков входных и выходных клетей, описанный в JP 62-275515, не обеспечивает постоянной толщины полосы во время всего процесса, что приводит к неравномерной толщине на выходе прокатки в некоторых фазах и к повышению расхода металла.
Наконец, схему прокатки, то есть для данного продукта и для требуемой толщины на выходе (с изменением коэффициента обжатия в каждой клети, скорости вращения валков в каждой клети, межклетевого натяжения), приходится менять двенадцать раз для шестиклетевого прокатного стана в течение всей процедуры замены, чтобы распределить на каждую из клетей на входе и на выходе места замены часть толщины обжатия, не реализуемого в клети, в которой производят замену.
Этот переход от нормальной прокатки с шестью клетями к прокатке с пятью оставшимися клетями, затем возврат к прокатке с шестью клетями является сложным в управлении и может даже стать критическим, если увеличения степени обжатия приводят к изменению металлургического поведения стали, например, к ее наклепу.
Если этот переход происходит одновременно с изменением формата полосы (под форматом следует понимать ее ширину, ее входную толщину, ее металлургию), управление переходами становится практически невозможным. Вместе с тем, в документе JP 62-275515 указано, что замену валков предпочтительно производить во время прохода сварки полосы, чтобы «сгруппировать» значения длины за пределами допуска, характерные для процедуры замены валков, и неизбежную операцию резания для удаления сварного шва. Такое объединение прохода сварки полосы с заменой валков неизбежно приводит к его совпадению со всеми изменениями формата и повышает риск потери контроля за операцией замены, при любой полосе.
Настоящее изобретение призвано предложить способ замены валка(ов) прокатной клети, выполненной с возможностью установки в ней, по меньшей мере, одного рабочего валка, на прокатном стане для непрерывно движущейся стальной полосы, который позволяет устранить вышеупомянутые проблемы.
Решение для такого способа предложено в пункте 1 формулы изобретения.
В этой связи способ замены валка(ов) прокатной клети, выполненной с возможностью установки в ней, по меньшей мере, одного рабочего валка, на холодном прокатном стане (типа тандема) для непрерывно движущейся стальной полосы, при этом упомянутая клеть является частью множества прокатных клетей, установленных последовательно вдоль прокатного стана в направлении непрерывного движения, отличается тем, что:
- по меньшей мере, одной прокатной клети, выделенной из множества клетей, придают функцию выжидания прокатки в свободном положении сведения валка(ов) (то есть без оказания давления на полосу),
- другим клетям в активном положении прокатки индивидуально сообщают первоначально заданные значения, управляющие регулировкой, связанной со сведением валка(ов),
- в случае замены валка при свободном положении сведения клети первоначально заданное значение упомянутой клети, а также первоначально заданные значения клетей, остающихся в активном положении прокатки, индивидуально перераспределяют на каждую из упомянутых клетей, включая выделенную клеть.
Иначе говоря, прокатный стан содержит число клетей, из которых одной постоянно придают свободную функцию сведения (упомянутой выделенной клети). В отличие от прокатного стана, в котором одну из множества его клетей выводят из процесса работы, выделенная клеть в соответствии с настоящим изобретением заменяет клеть, в которой производят замену, по меньшей мере, одного валка. Таким образом, предпочтительно можно избежать нового сложного распределения коэффициента обжатия на остающихся клетях, так как заданные значения сведения одной клети можно просто передать или перераспределить на другую клеть, при этом обе клети устанавливают в активное положение прокатки непрерывно движущейся полосы. В то же время этот способ передачи заданного значения остается в сугубо двойной форме регулирования и, следовательно, не зависит от условий свойств и формата полосы, а также от любого совпадения со сваркой или с резанием полосы.
Таким образом, временной цикл увеличения и затем уменьшения сведения клетей по передаваемым/перераспределяемым заданным значениям можно существенно упростить и сократить, что улучшает контроль за толщиной полосы на выходе прокатного стана в пределах требуемых допусков, а также обеспечивает оптимальный удельный расход металла.
Разумеется, с учетом синхронной передачи заданных значений между соответствующими клетями изобретение обеспечивает замену валков без прекращения движения полосы. Во время фазы замены валков производительность прокатного стана остается максимальной, как и в фазе без замены валков.
Зависимые пункты формулы изобретения также иллюстрируют преимущества изобретения согласно различным отличительным признакам или вариантам выполнения.
Далее следует описание примеров выполнения и применения со ссылками на следующие прилагаемые фигуры:
фиг. 1а, 1b - способ замены согласно первому варианту применения изобретения,
фиг. 2а, 2b - способ замены согласно версии первого варианта применения изобретения,
фиг. 3а, 3b, 3с - способ замены согласно второму варианту применения изобретения.
На всех прилагаемых фигурах представлен прокатный стан, содержащий шесть клетей и их валки С1, С2, С3, С4, С5, С6, последовательно распределенные вдоль непрерывно движущейся полосы В по направлению D ее движения. Из соображений упрощения чертежа показан разрез только верхней части полосы до плоскости симметрии Ах (параллельной и равноудаленной от двух поверхностей полосы). Каждому для пяти из шести валков присвоено заданное значение сведения R1, R2, R3, R4, R5. В широком смысле будет использован термин «клеть» для обозначения, по меньшей мере, одного валка в этой клети. Точно так же будут использованы термины «первая клеть», «вторая клеть», …, «N-я клеть». Эта нумерация значит, что первая клеть находится ближе всего к входу в направлении D движения полосы (к входу полосы в прокатный стан), тогда как следующие клети расположены дальше к выходу от первой клети.
В целом, представленный прокатный стан позволяет применять способ замены валков прокатной клети С, выполненной с возможностью установки в ней, по меньшей мере, одного рабочего валка, на упомянутом прокатном стане для непрерывно движущейся стальной полосы, при этом упомянутая клеть С является частью множества N (в данном случае N=6) прокатных клетей, установленных последовательно вдоль прокатного стана в направлении D непрерывного движения, при этом:
- по меньшей мере, одной прокатной клети СА, выделенной из множества N клетей, придают функцию выжидания прокатки в свободном положении сведения валка(ов),
- другим клетям в активном положении прокатки индивидуально сообщают первоначально заданные значения, управляющие регулировкой, связанной со сведением валка(ов),
- в случае замены валка при свободном положении сведения клети С первоначально заданное значение упомянутой клети С, а также первоначально заданные значения клетей, остающихся в активном положении прокатки, индивидуально перераспределяют на каждую из упомянутых клетей, включая выделенную клеть СА.
Полосу В непрерывно прокатывают путем прохождения в N-1 прокатных клетях при общем числе N клетей, содержащихся в прокатном стане, при этом одна любая из клетей прокатного стана находится либо в процессе замены валков (и обозначена клетью С), либо в положении выжидания новой операции замены (и обозначена клетью СА или С).
Таким образом, клеть С, в которой только что произвели замену валка(ов), остается в положении выжидания, в котором первоначально находилась выделенная клеть СА, до следующей замены валка(ов) другой клети.
В зависимости от относительного положения выделенной клети СА в состоянии выжидания по отношению к клети С, где должна произойти замена валков, способ согласно первому варианту выполнения имеет две версии, показанные соответственно на фиг. 1а, 1b и 2a, 2b.
На фиг. 1 показано состояние прокатного стана, предшествующее замене валка во второй клети С=С2. Если рассматривать направление D движения полосы, выделенной клетью СА=С6 является шестая клеть С6, которая находится на выходе по отношению к второй клети С=С2, предназначенной для замены валка. Выделенная клеть СА=С6 находится в состоянии выжидания в свободном положении сведения. На этой стадии пять первых клетей С1, С=С2, С3, С4, С5 находятся в положении активной прокатки по каждому из первоначальных заданных значений сведения R1, R2, R3, R4, R5, сообщаемых им и предусматривающих прокатку полосы с возрастанием давления. Последнее заданное значение R5 на пятом валке С5 позволяет полосе иметь толщину Е на выходе прокатного стана.
На фиг. 1b показано состояние прокатного стана в фазе замены валка (вторая клеть С=С2), показанного на фиг. 1а. Во время замены валка второй клети С=С2, находящейся по направлению D движения ближе к входу относительно первоначально выделенной клети СА=С6 в положении выжидания, первоначальное заданное значение R2 упомянутой второй клети С=С2 переходит на третью клеть С3, находящуюся непосредственно за ней, при этом первоначальное заданное значение R3 этой третьей клети С3 переходит на находящуюся сразу за ней четвертую клеть С4, и, в случае необходимости, далее по порядку (как в данном случае, где первоначальное заданное значение R4 этой последней четвертой клети С4 переходит на находящуюся сразу за ней пятую клеть С5) до выделенной клети СА=С6 в положении выжидания, которую приводят в активное положение прокатки при последнем и пятом заданном значении R5.
Замена валка(ов) второй клети С=С2 может происходить без прекращения движения полосы. При этом данной второй клети можно придать функцию выжидания выделенной клети СА=С6 (которая перешла к функции активной прокатки) до замены другого валка/клети С. Таким образом, способ можно применять без ограничений времени путем простого перехода функции выжидания (без прокатки) выделенной клети на одну из клетей, где произошла замена валка, в ожидании следующей замены клети.
На фиг. 2а показано состояние прокатного стана согласно версии замены валка, показанной на фиг. 1а, 1b, происходящей на пятой клети С=С5. Если рассматривать направление D движения полосы, выделенная клеть СА=С3 является (в отличие от фиг. 1а, 1b) третьей клетью С3 и находится ближе к входу относительно пятой клети С=С5, предназначенной для осуществления замены. Выделенная клеть СА=С3 находится в функции выжидания в свободном положении сведения. На этой стадии две первые и три последние клети С1, С=С2, С4, С5, С6 находятся в положении активной прокатки при каждом из первоначальных заданных значений сведения R1, R2, R3, R4, R5, которые им сообщены и которые предусматривают прокатку полосы с возрастанием давления. Последнее заданное значение R5 на шестом валке С6 позволяет полосе иметь толщину Е на выходе прокатного стана.
На фиг. 2b показано состояние прокатного стана в фазе замены валка (пятая клеть С=С5), показанного на фиг. 2а. Во время замены валка пятой клети С=С5, находящейся по направлению D движения ближе к выходу относительно первоначально выделенной (третьей) клети СА=С3 в положении выжидания, первоначальное заданное значение R4 упомянутой пятой клети С=С5 переходит на четвертую клеть С4, находящуюся непосредственно перед ней, при этом первоначальное заданное значение R3 этой четвертой клети С4 переходит, в свою очередь, на находящуюся сразу перед ней третью клеть С3 (в данном случае тоже выделенную клеть СА). Первая и вторая клети С1, С2 сохраняют свое положение сведения при соответствующих заданных значениях R1, R2. Если бы возникла необходимость в большем числе клетей между предназначенной для замены клетью С и находящейся перед ней выделенной клетью СА, первоначальные заданные значения этих упомянутых добавленных клетей перешли бы на клети, находящиеся непосредственно за ними, и так далее по порядку до выделенной клети СА в положении выжидания, которую приводят в активное положение прокатки при третьем заданном значении R3 (первоначальное заданное значение четвертой клети перед заменой валка).
Замена валка(ов) пятой клети С=С5 может происходить без прекращения движения полосы. Идентично первому варианту выполнения, показанному на фиг. 1а, 1b, этой пятой клети можно придать функцию выжидания выделенной клети СА=С3 (которая перешла к функции активной прокатки) до замены другого валка/клети С. Таким образом, способ можно применять без ограничений времени путем простого перехода функции выжидания (без прокатки) выделенной клети на одну из клетей, где произошла замена валка, в ожидании следующей замены клети.
В двух случаях, показанных на фиг. 1а, 1b и 2а, 2b, речь идет только о передаче от клети к клети заданных значений регулировки, принадлежащих к первоначальной схеме прокатки, а не о сложном и специфическом изменении программы прокатки.
С другой стороны переходы заданных значений регулировки при помощи системы автоматического контроля толщины полосы (известной по английским названием Automatic Gauge Control “AGC”) организованы с учетом времени прохождения полосы между клетями таким образом, чтобы ни один участок упомянутой полосы не находился за пределами допуска толщины. Таким образом, операция замены не влияет на удельный расход металла.
Наконец, поскольку не происходит одномоментной перегрузки других клетей при перераспределении нагрузки обжатия клети, предназначенной для замены валка(ов), все клети могут работать с максимальной производительностью, что способствует рентабельности капиталовложений в тандемный прокатный стан с непрерывным движением полосы.
На фиг. 3а, 3b и 3с показан второй вариант применения изобретения. В основном фиг. 3а и 3b идентичны фиг. 1а и 1b, в том, что выделенная клеть СА=С6 в положении выжидания находится в направлении D движения на выходе последней клети С5 в активном положении прокатки. Клеть СА выделена для обеспечения замены валков на всех других клетях, находящихся перед ней. Ее используют только, когда на какой-либо клети прокатного стана производят замену валков и только на время этой замены. При отсутствии операций замены эта выделенная клеть находится в положении выжидания (освобождена от функции прокатки).
Предпочтительно эту выделенную клеть СА помещают на выходе последней клети активной прокатки, на которой валки меняют чаще всего.
Поскольку фиг. 3а, 3b уже были описаны, на фиг. 3с показано восстановление функции выжидания выделенной клети СА после восстановления положения активной прокатки находящейся перед ней клети С=С2 (на которой, по меньшей мере, один валок мог быть заменен во время фазы, показанной на фиг. 3b). Таким образом, фиг. 3с представляет собой классический возврат к фиг. 3а.
В частности, как показано на фиг. 3b, во время замены валка на второй клети С=С2 ее первоначальное заданное значение R2 переходит на третью клеть С3, находящуюся непосредственно за ней в направлении D движения, первоначальное заданное значение R3 упомянутой находящейся ближе к выходу клети С3, в свою очередь, переходит на находящуюся сразу за ней четвертую клеть С4 и так далее до выделенной клети СА=С6, которую приводят в положение активной прокатки во время замены валка на второй клети С=С2. Наконец, после замены валка второй клети С=С2, как показано на фиг. 3с, первоначальное заданное значение R2 восстанавливают на второй клети С=С2, на которой произвели замену, так же, соответственно, как и каждое из первоначальных заданных значений клетей С3, С4,…, находящихся дальше к выходу, и так далее до выделенной клети СА=С6, которую опять переводят к функции выжидания в свободное положение сведения для прокатки полосы.