СПОСОБ ПРОКАТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛОС
METHOD OF PRODUCING METAL STRIP

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на реверсивном одноклетьевом стане кварто 1700 при горячей прокатки полос из сплавов черных и цветных металлов.
Известен способ прокатки металлических полос, включающий их обжатие в валках с приложением к полосе регламентированных заднего и переднего натяжений, согласно которому величину удельного натяжения полосы в межклетевых промежутках определяют исходя из обжатия по предложенной математической зависимости [1].
Известен также способ прокатки металлических полос, включающий их обжатие в валках с приложением к полосе регламентированных переднего и заднего натяжений, по которому удельные натяжения по ширине полосы на входе и выходе клети в каждом продольном сечении устанавливают по предложенным математическим зависимостям [2].
Недостатки известных способов [1] и [2] состоят в том, что они не обеспечивают минимально возможного усилия прокатки, что увеличивает прогиб валков, разнотолщинность металлических полос и энергозатраты на прокатку.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ прокатки стальных полос на 5-клетьевом стане, включающий их обжатие в валках с приложением к полосе переднего и заднего натяжений, по которому натяжение полосы перед третьей клетью устанавливают в 1,01-1,56 раз больше натяжения после этой клети, натяжение полосы перед четвертой клетью - в 1,01-1,85 раз больше натяжения полосы после клети, а натяжение после второй клети - в 1,01-1,40 больше, чем перед этой клетью [3].
Недостаток известного способа состоит в том, что из-за большого усилия прокатки в каждой из клетей увеличивается прогиб валков и их сплющивание, что ведет к повышению разнотолщинности полос и увеличению энергозатрат на прокатку. Кроме того, известный способ не применим для одноклетевых реверсивных станов.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении усилия прокатки.
Для решения поставленной технической задачи в известном способе горячей прокатки металлических полос на реверсивном одноклетевом стане кварто 1700, включающем их обжатие в валках с приложением к полосе регламентированных переднего и заднего натяжений, согласно изобретению, прокатку ведут с относительным обжатием 8-28% при соотношении коэффициентов переднего и заднего натяжений, равном:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>−</mo><mn>1,4</mn></mrow>
,
<mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>σ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>Т</mi><mi>П</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>σ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>Т</mi><mi>З</mi></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow>
где
,
;
1
0
σ и σ - удельные переднее и заднее натяжения полосы;
ТЗ
ТП
σ и σ - значения пределов текучести полосы до и после обжатия.
1
0
d
ср
d
ср
Сущность изобретения поясняется изображенной на фигуре экспериментальной зависимостью относительного значения усилия прокатки P от соотношения коэффициентов ξ и ξ переднего и заднего натяжений для очага деформации с соотношением его длины l к средней толщине полосы h, равном: l/h=0,4-12,6 применительно к одноклетевому реверсивному стану кварто.
1
0
В процессе экспериментов на Стеккеля 1700 горячей прокатки осуществляли варьирование коэффициентов переднего ξ и заднего ξ натяжений путем изменения нагрузки электродвигателей моталки и разматывателя. Одновременно фиксировали изменение усилия прокатки P относительно его максимального значения.
Из приведенной экспериментальной зависимости следует, что переднее и заднее натяжения изменяют схему напряженно-деформированного состояния участка полосы в очаге деформации таким образом, что имеет место снижение усилия прокатки. Шаровая часть тензора напряжения уменьшается, а девиаторная, определяющая деформируемость металла, возрастает. Это приводит к снижению усилия и момента прокатки, уменьшению прогиба и сплющивания рабочих валков, сокращению суммарных энергозатрат на реализацию процесса.
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>−</mo><mn>1,4</mn></mrow>
Эксперименты показали (см. Фиг.), что в диапазоне
имело место экстремальное снижение усилия прокатки P на 25-28%, что сопровождается уменьшением прогиба и сплющивания рабочих валков, снижением поперечной разнотолщинности прокатываемых полос при общем суммарном сокращении энергозатрат.
При относительных обжатиях менее 8% соотношение коэффициентов переднего и заднего натяжений не оказывает заметного влияния на усилие прокатки. Увеличение относительного обжатия более 28% само по себе существенно повышает усилие прокатки, что ведет к увеличению энергозатрат, разнотолщинности и неплоскостности полос.
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
При увеличении отношения
более 1,4, как и при его уменьшении менее 1,2 снижается девиаторная часть тензора напряжений в очаге деформации, что приводит к увеличению усилия P прокатки.
Примеры реализации способа
Сляб из стали марки 60С2 нагревают до температуры t=1250°C и прокатывают в черновой группе клетей за 7 проходов в полосу сечением 10×1500 мм, которую сматывают в рулон на барабан моталки.
Полученную полосу при температуре t=1000°C в дальнейшем прокатывают на реверсивном одноклетьевом стане кварто 1700.
ТЗ
ТП
2
2
По справочным данным определяют значение предела текучести прокатываемой стали перед очагом деформации: σ=85 кг/мм. После обжатия в валках температура полосы снижается и ее предел текучести возрастет до величины σ=90 кг/мм.
0
1
2
2
Передний конец полосы пропускают через валки реверсивной клети и заправляют во вторую моталку. С помощью электродвигателей моталок устанавливают удельное заднее натяжение полосы σ=74 кг/мм, а также удельное переднее натяжение σ=75 кг/мм. При этом коэффициенты заднего и переднего натяжений равны:
<mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>σ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>Т</mi><mi>П</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><mn>75</mn></mrow><mrow><mn>90</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,167</mn></mrow>
<mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>σ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>Т</mi><mi>З</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><mn>74</mn></mrow><mrow><mn>85</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>0,129</mn></mrow>
;
.
Отношение коэффициентов переднего и заднего натяжений составляет:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>0,167</mn></mrow><mrow><mn>0,128</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1,29</mn></mrow>
.
Затем осуществляют прокатку полосы в валках со скоростью 5 м/с с относительным обжатием ε=15% (до толщины 8,5 мм) и с приложением к полосе заранее установленных переднего и заднего натяжений.
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1,29</mn></mrow>
Благодаря тому, что отношение коэффициентов переднего и заднего натяжений в процессе прокатки составляет
, достигается изменение напряженного состояния металла в очаге деформации: девиаторная часть тензора напряжений возрастает, а шаровая уменьшается. За счет этого обеспечивается снижение усилия прокатки до минимального значения (см. Фиг.), составляющего при указанных условиях Р=1620 тс.
Снижение усилия прокатки в свою очередь обеспечивает сокращение энергозатрат на прокатку (суммарной потребляемой мощности N), уменьшает разнотолщинность ΔН и неплоскостность ΔS прокатанных полос.
В таблице приведены варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности.
Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается снижение усилия прокатки. Следствием этого является снижение энергозатрат, уменьшение разнотолщинности и неплоскостности полос.
В случаях запредельных значений соотношения коэффициентов переднего и заднего натяжений (варианты №1 и №5) усилие прокатки возрастает, увеличиваются энергозатраты на прокатку, разнотолщинность и неплоскостность полос. Более высокие усилие прокатки и энергозатраты необходимы в случае реализации ближайшего аналога [3] - вариант №6.
Таблица.
Параметры прокатки полосы из стали марки 60С2 на реверсивном стане кварто 1700 по схеме: 10×1500 мм → 8,5×1500 мм
№ п/п
ε, %
l<sub>d</sub>/h<sub>cp</sub>
<maths num="10"><math display="block"><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow></math><img file="00000009.tif" he="13" wi="6" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
P, тс
N, кВт
ΔH, мм
ΔS, мм/м
1.
7
0,3
1,10
1790
847
±0,8
3,2
2.
8
0,4
1,20
1630
790
±0,2
1,1
3.
15
6,5
1,29
1620
780
±0,1
1,0
4.
28
12,6
1,40
1635
785
±0,2
1,2
5.
30
15,3
1,45
1795
850
±0,8
3,0
6.
20
14,4
не регл.
1810
990
±0,9
3,5
d
ср
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>ξ</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>−</mo><mn>1,4</mn></mrow>
Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что обжатие полосы в валках на 8-28% в очаге деформации с соотношением геометрических параметров длины очага деформации к средней в нем толщине полосы l/h=0,4-12,6, с приложением к полосе переднего и заднего натяжений, с соотношением коэффициентов переднего и заднего натяжений, равным
, обеспечивает снижение усилия прокатки за счет целенаправленного воздействия на схему напряженно-деформированного металла в очаге деформации. Это способствует снижению суммарных энергозатрат на прокатку, повышению точности и плоскостности прокатываемых полос. Реализация предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства металлических полос на 12-15%.
Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:
1. Патент РФ №2239500, МПК B21B 1/28, 2004.
2. Патент РФ №2217249, МПК B21B 1/28, 2003.
3. Патент РФ №2287383, МПК B21B 1/28, B21B 37/48, 2006.