СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРАВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛОСЫ
METHOD AND MACHINE FOR METAL STRIP STRAIGHTENING

Изобретение относится к способу правки металлической полосы, в частности тонкой металлической полосы толщиной до 1 мм, при котором в металлической полосе между комплектами тормозящих и тянущих роликов создают напряжение растяжения, составляющее, по меньшей мере, 70% предела текучести, и полосу правят между комплектами тормозящих и тянущих роликов в группе из множества правильных роликов. Под металлической полосой в рамках изобретения подразумевается, в частности, тонкая металлическая полоса толщиной 0,02-1,0 мм, преимущественно 0,05-0,5 мм.
Целью правки металлической полосы является получение как можно более плоской полосы. При этом на практике различают, в принципе, разные виды неровностей полосы. Помимо волнистости и серповидности, которые объясняются разностью длин по ширине полосы, часто возникает кривизна, причем различают продольную кривизну и поперечную кривизну. Правка полос происходит часто с использованием растяжения, например за счет вытягивания или изгибно-растяжной правки.
Так, известны установки для вытягивания, в которых между комплектами тормозящих и тянущих роликов создают напряжение растяжения, в результате чего достигается требуемое растяжение для желаемого вытягивания. В процессе вытягивания пластическое удлинение соответствующей полосы получается из уменьшения толщины и ширины полосы. Так, например, известен способ непрерывного вытягивания тонких полос, в частности металлических полос из стали, алюминия и т.п.толщиной 0,05-0,5 мм, при котором полоса в расположенной между комплектами тормозящих и тянущих роликов паре вытяжных роликов подвергается растяжению, требуемому для ее вытягивания в пластической области. При этом с помощью пары вытяжных роликов создается 5-25% растяжение для пластического вытягивания, а с помощью комплектов тормозящих и тянущих роликов - 75-95% растяжения для упругого или частично пластического вытягивания полосы. При этом диаметр вытяжных роликов в 1500 раз больше максимальной толщины полосы (DE 3912676 С2).
С помощью вытягивания можно на практике достичь высокой плоскостности и устранить, в частности, волнистость и серповидность. Поскольку, однако, при вытягивании полоса, как правило, в пластической области находит на последний натяжной ролик, в полосе при вытягивании часто остается значительная продольная кривизна, которая соответствует диаметру натяжного ролика за вычетом упругого отжима. Однако существует возможность устранения этой продольной кривизны, например, в диапазоне низких напряжений растяжения, посредством настраиваемого корректирующего ролика. Однако для тонких полос требуемый диаметр корректирующего ролика очень мал, чтобы обеспечить частично пластический противоизгиб. Поэтому часто требуется опирание такого изгибно-растяжного правильного ролика в кассете с опорными роликами против прогиба. В скоростных установках такие ролики склонны к вибрациям и могут вызвать нежелательную рябь на поверхности полосы. Вибрации могут быть достаточно демпфированы за счет распыляемой жидкости, однако в таком случае ее следует снова удалить в процессе очистки полосы, что связано с повышенными расходами на оборудование и эксплуатационными расходами. Кроме того, положение корректирующего ролика приходится заново настраивать для каждой толщины полосы/комбинации материалов полосы.
В качестве альтернативы, пóлосы на практике часто рихтуются в процессе изгибно-растяжной правки. При этом полоса изгибается вокруг определенного числа правильных роликов малого диаметра и за счет наложения изгиба и растяжения пластически удлиняется на коэффициент вытяжки, так что волнистость (приблизительно) устраняется.
В то время как на первых правильных роликах, в основном, создается коэффициент вытяжки, последние правильные ролики служат, главным образом, для корректировки кривизны. На первых правильных роликах полоса в зависимости от растяжения, диаметра роликов и угла обвива принимает или не принимает диаметр роликов. Однако на последних правильных роликах полоса не принимает их диаметра, поскольку для разных полос необходимо настроить соответственно оптимальные радиусы кривизны по углу обвива. По этой причине для разных полос, по меньшей мере, последние правильные ролики устанавливаются по-разному. На практике это часто приводит к высоким затратам при вводе в эксплуатацию. В остальном недостатком также являются относительно малые диаметры роликов. Из-за изгиба и малых диаметров роликов полоса по своей толщине имеет относительно высокие остаточные напряжения, которые могут быть нежелательны при дальнейшей обработке. В случае тонких полос требуется большое число правильных роликов, чтобы в желаемой степени устранить продольную остаточную кривизну.
Из ЕР 0790870 В1 известно устройство для правки металлических полос, в котором между комплектами тормозящих и тянущих роликов расположены изгибно-растяжная клеть, корректирующее роликовое устройство и многороликовый правильный блок. Последний содержит большое число рабочих роликов, опертых на опорные ролики. Все рабочие ролики изгибно-растяжной клети, корректирующего роликового устройства и многороликового правильного блока вращаются за счет трения между ними и полосой, т.е. они не приводятся во вращение. В многороликовом правильном блоке диаметры рабочих роликов могут увеличиваться от ролика к ролику. Однако диаметры, как это принято при многороликовой или изгибно-растяжной правке, относительно малы. В этой известной установке предусмотрена настройка положения правильных роликов и, следовательно, глубины погружения в зависимости от свойств полосы.
Известные способы (например, изгибно-растяжная правка, с одной стороны, и вытягивание, с другой стороны) также комбинируются между собой. Так, известен способ непрерывной правки тонких металлических полос, предусматривающий, с одной стороны, вытягивание, а с другой стороны, изгибно-растяжную правку (DE 19509067 А1).
Из US 6240762 В1 известен способ рихтовки металлической полосы в процессе изгибно-растяжной правки или вытягивания, после чего осуществляется процесс правки в роликовом правильном блоке при низком растяжении полосы.
Наконец в ЕР 1311354 В1 описаны способ и устройство для правки растяжением металлической полосы, причем она проходит через комплекты тормозящих и тянущих роликов и между обоими комплектами в процессе своего вытягивания подвергается растяжению, а в расположенном между комплектами тормозящих и тянущих роликов дополнительном комплекте роликов для повышения коэффициента вытяжки - изгибу при растяжении. При этом с помощью этого дополнительного комплекта роликов осуществляется основная часть растяжения. Тянущие ролики промежуточного комплекта роликов могут иметь иной диаметр, нежели ролики комплектов тормозящих и тянущих роликов. При этом внутренние тянущие ролики этого центрального комплекта роликов могут иметь меньший диаметр по сравнению с роликами комплектов тормозящих и тянущих роликов.
В основе изобретения лежит задача создания способа правки металлической полосы, в частности тонкой металлической полосы, с помощью которого можно было бы рентабельным образом получать полосы высокой плоскостности и, кроме того, меньшей продольной кривизны с низкими остаточными напряжениями. Кроме того, должна быть создана установка для осуществления этого способа.
Эта задача решается посредством способа правки металлической полосы, в частности тонкой металлической полосы, толщиной ≤1 мм, при котором в металлической полосе между комплектами тормозящих и тянущих роликов создают напряжение растяжения ниже предела текучести, составляющее, по меньшей мере, 70% предела текучести, и полосу правят в процессе изгибно-растяжной правки и/или вытягивания, между комплектами тормозящих и тянущих роликов, по меньшей мере, в одной группе из нескольких правильных роликов продольную кривизну корректируют или устраняют посредством изгиба и преимущественно знакопеременного изгиба, диаметр правильных роликов и угол обвива настолько большие, что полоса при выбранном растяжении следует кривизне правильных роликов или принимает кривизну правильных роликов, и диаметр возрастает от правильного ролика к правильному ролику в направлении движения полосы.
Продольную кривизну корректируют в промежуточной группе правильных роликов преимущественно посредством знакопеременного изгиба полосы исключительно вокруг правильных роликов достаточно большого диаметра и с достаточно большим обвивом, так что полоса принимает кривизну роликов. Поскольку полоса следует кривизне роликов, регулирование глубины погружения не оказывает никакого влияния на результат правки. Следовательно, в рамках изобретения особое внимание уделено тому, чтобы положение правильных роликов и, тем самым, глубина погружения одного правильного ролика между двумя соседними правильными роликами группы были твердо заданы и не изменялись во время правки полосы и/или при правке полос разной толщины.
p0,2
Неожиданным образом предложенный способ позволяет рентабельным образом получать плоские полосы минимальной продольной кривизны с низкими остаточными напряжениями. Риск возникновения ряби предотвращен без необходимости использования распыляемых жидкостей. При этом особое значение имеет тот факт, что в пределах группы правильных роликов между комплектами тянущих и тормозящих роликов предусмотрены несколько правильных роликов относительно большого диаметра, а именно такого, что при выбранном растяжении полосы она следует кривизне правильных роликов, а именно без необходимости изменения установки роликов в зависимости от толщин полос и диапазонов прочности. При подходящем числе правильных роликов и, следовательно, корректирующих кривизну роликов подходящих диаметров и, в частности, при подходящей градации диаметров можно получать полосы очень малой продольной остаточной кривизны. Выбор числа правильных роликов и их диаметров, а также градации диаметров может осуществляться при этом в зависимости от заданного допуска на продольную кривизну, например k=1/R=±0,001. Требуемое число правильных роликов и оптимальная градация преимущественно последовательно возрастающих диаметров роликов зависят от минимальной толщины полосы при максимальном пределе текучести. Группа правильных роликов содержит, например, три, преимущественно, по меньшей мере, четыре правильных ролика, особенно предпочтительно пять или более правильных роликов, причем диаметры в пределах такой группы возрастают от ролика к ролику. Это приводит к тому, что кривизна полосы от ролика к ролику уменьшается, в результате чего последовательно уменьшается продольная кривизна. Все правильные ролики имеют преимущественно диаметр, составляющий, по меньшей мере, 500-кратное, например, по меньшей мере, 1000-кратное толщины подвергаемой правке полосы и преимущественно также максимальной толщины подвергаемой правке в такой установке полосы. Напряжение растяжения между комплектами тормозящих и тянущих роликов устанавливается преимущественно, по меньшей мере, на 75%, особенно предпочтительно, по меньшей мере, на 85% предела текучести. При этом может быть целесообразным установить напряжение растяжения на значение 90% предела текучести или более. Напряжение растяжения может быть ниже предела текучести, а также в диапазоне предела текучести или выше предела текучести. Под пределом текучести в рамках изобретения подразумевается предел текучести или предел пластического удлинения R, т.е. напряжение при испытании чисто на растяжение, при котором пластическое удлинение составляет 0,2%. Следовательно, в рамках изобретения правка полосы между комплектами тормозящих и тянущих роликов происходит за счет пластического удлинения, например вытягивания и/или растяжения с изгибом, причем корректировка кривизны происходит, однако, за счет знакопеременного изгиба вокруг правильных роликов группы.
Диаметр правильных роликов группы возрастает от ролика к ролику преимущественно на коэффициент 1,05-1,5, особенно предпочтительно на коэффициент 1,15-1,3. При этом в пределах группы правильных роликов можно работать с постоянным или переменным коэффициентом.
По сравнению с традиционным вытягиванием всегда получают полосы существенно меньшей продольной кривизны. Результирующие остаточные напряжения по ширине полосы заметно ниже остаточных напряжений, которые могут достигаться изгибно-растяжной правкой.
Число правильных роликов или корректирующих кривизну роликов и градация их диаметров рассчитываются особенно предпочтительно на основе математической модели, которая учитывает в качестве входных параметров толщину или диапазон толщин полосы, модуль упругости, коэффициент Пуассона, кривые напряжение - деформация, требуемый коэффициент вытяжки для устранения волнистости, ожидаемые колебания растяжения или коэффициента вытяжки полосы, ожидаемые колебания прочности (внутри продукта), ожидаемые колебания толщины полосы (внутри продукта) и/или значение максимально допустимой продольной остаточной кривизны. Математическая модель рассчитывает тогда для различных полос, исходя из конфигурации роликов, необходимые напряжения растяжения полосы и результирующую продольную остаточную кривизну. При этом необходимое число корректирующих кривизну роликов и оптимальная градация диаметров роликов зависят от минимальной толщины полосы, при которой определенная продольная остаточная кривизна должна лежать еще в пределах допуска. Особое значение имеет тот факт, что такой расчет на основе математической модели может быть осуществлен для определенных диапазонов и что затем в процессе ввода в эксплуатацию и, в частности, также в процессе эксплуатации больше не требуется изменения параметров и, в частности, изменения глубины погружения правильных роликов. Напротив, в изобретении предложено, что положение правильных роликов и, следовательно, глубина их погружения между двумя соседними правильными роликами в пределах их группы в установке твердо заданы и не изменяются, в частности, во время правки, а также при смене материала полосы и/или толщины полосы. За счет подходящего согласования относительно больших диаметров роликов, причем металлическая полоса принимает кривизну этих роликов, можно с прекрасными результатами с помощью единственной твердо установленной конфигурации править полосы с определенным диапазоном толщин и, следовательно, также полосы разной толщины. Даже если положение правильных роликов и, следовательно, глубина погружения твердо заданы и, следовательно, правка производится с твердо установленной конфигурацией, то это в рамках изобретения не исключает того, что технологически предусматривается возможность «открыть» группу правильных роликов и, следовательно, раздвинуть их, чтобы (временно) пропустить полосу через нее без изгиба, например, когда через установку пропускается место соединения между началом и концом полосы (например, сварной шов). Затем все правильные ролики снова приводятся в твердо заданную или твердо установленную конфигурацию, при которой полосы обрабатываются в желаемом диапазоне толщин без дальнейшей подгонки.
В рамках изобретения между комплектами тормозящих и тянущих роликов предусмотрена только одна группа правильных роликов, в которой диаметры возрастают от ролика к ролику, так что, следовательно, все ролики группы имеют разные диаметры. Однако изобретение включает в себя также варианты, в которых в пределах такой группы с возрастающими диаметрами роликов (каждые) два соседних ролика имеют одинаковый диаметр. Кроме того, в рамках изобретения перед и/или за группой правильных роликов расположены один или несколько дополнительных правильных роликов. Так, например, может быть целесообразным, если перед группой правильных роликов расположены один или несколько дополнительных правильных роликов, причем их диаметр преимущественно меньше или равен диаметру первого правильного ролика группы. Предпочтительно, однако, выбрать диаметр этих дополнительных правильных роликов, соответствующий, по меньшей мере, 500-кратному (минимальной) толщины полосы. Эти дополнительные правильные ролики могут быть расположены также между комплектами тормозящих и тянущих роликов. Однако изобретение включает в себя также варианты, в которых обработка полосы происходит в нескольких зонах, например нескольких зонах вытягивания, причем, следовательно, друг за другом расположены несколько комплектов натяжных роликов с образованием нескольких зон обработки, например зон вытягивания. Предложенная группа правильных роликов для устранения продольной кривизны расположена в этом случае всегда в последней зоне обработки, например последней зоне вытягивания. После корректировки кривизны посредством правильных роликов больше не происходит, следовательно, никакой деформации, так что сохраняется окончательный результат подверженной правке и, кроме того, лишенной продольной кривизны полосы.
В рамках изобретения все правильные ролики группы не приводятся во вращение. Однако изобретение включает в себя также варианты, в которых во вращение приводятся один, несколько или все правильные ролики группы. Такая возможность напрашивается, например, тогда, когда используются (очень) большие правильные ролики с большими инерционными моментами. Привод одного или нескольких правильных роликов позволяет тогда избежать, в частности, проскальзывания при пуске установки.
Объектом изобретения является также установка для правки металлической полосы, в частности тонкой металлической полосы толщиной ≤1 мм, вышеописанным способом. Такая установка содержит, по меньшей мере, один комплект тормозящих роликов и один комплект тянущих роликов, а также, по меньшей мере, одну расположенную между комплектами тормозящих и тянущих роликов группу из нескольких правильных роликов. Диаметр правильных роликов в пределах группы возрастает от ролика к ролику в направлении движения полосы. Диаметр правильных роликов составляет, по меньшей мере, 500-кратное и преимущественно, по меньшей мере, 1000-кратное (минимальной) толщины полосы. Диаметр правильных роликов в пределах группы возрастает от ролика к ролику на коэффициент 1,05-1,5, преимущественно 1,15-1,3. На практике в группе могут использоваться, например, правильные ролики диаметром 100-2000 мм, например 200-1600 мм, предпочтительно 300-1500 мм.
Изобретение более подробно поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - установка для правки металлической полосы предложенным способом;
фиг.2 - видоизмененный вариант объекта по фиг.1;
фиг.3 - фрагмент другого предпочтительного варианта выполнения изобретения.
На фигурах показана установка для правки металлической полосы, в частности тонкой полосы 1 толщиной ≤1 мм. Такая установка содержит в своей принципиальной конструкции комплект 2 тормозящих и комплект 3 тянущих роликов. В данном примере комплект 2 содержит только одну пару роликов, т.е. два тормозящих ролика 2.1, 2.2, а комплект 3 - также только одну пару роликов, т.е. два тянущих ролика 3.1, 3.2. Следует учесть, что изобретение включает в себя также варианты с комплектами из большего числа натяжных роликов, например по четыре или по шесть роликов. С помощью этих комплектов 2, 3 натяжных роликов в металлической полосе 1 создается растяжение или напряжение растяжения, составляющее, по меньшей мере, 75%, преимущественно, по меньшей мере, 90% предела текучести. Между комплектами 2, 3 в рамках изобретения расположена группа 4 правильных роликов 4.1-4.7. В этой группе 4 за счет знакопеременного изгиба устраняется продольная кривизна полосы. При этом диаметр D1-D7 роликов группы 4 относительно большой, а именно настолько большой, что полоса 1 при выбранном растяжении следует кривизне всех этих правильных роликов в пределах группы. На фиг.1 видно, что диаметр D1-D7 правильных роликов 4.1-4.7 группы 4 возрастает от ролика к ролику в направлении R движения полосы и, следовательно, становится больше. В данном примере группа 4 содержит семь правильных роликов, причем диаметр D1-D7 возрастает от ролика к ролику на коэффициент примерно 1,25. При этом положение правильных роликов 4.1-4.7 внутри установки твердо задано. Регулирование положения или глубины погружения в рамках изобретения не предусмотрено. Напротив, за счет одноразового расчета параметров удается безупречная правка при небольшой остаточной продольной кривизне для полос разной толщины без необходимости регулирования глубины погружения отдельных роликов.
В то время как на фиг.1 изображен первый вариант, в котором между комплектом 2 тормозящих и комплектом 3 тянущих роликов расположена только группа 4 правильных роликов, на фиг.2 изображен видоизмененный вариант, в котором перед группой 4 правильных роликов 4.1-4.6 расположены дополнительные ролики 5.1-5.3. Их диаметр D' соответствует диаметру D1 первого правильного ролика группы 4.
На фиг.3 изображен вариант, в котором перед правильными роликами 4.1-4.7 группы 4 расположены дополнительные правильные ролики 5.1-5.4. Они имеют относительно маленький диаметр D' и образуют как бы изгибно-растяжные ролики. По этой причине каждый из роликов 5.1-5.4 поддерживается опорными роликами 6. В этом варианте перед группой правильных роликов расположена, следовательно, группа изгибно-растяжных роликов 5.1-5.4. Комплекты тормозящих и тянущих роликов на фиг.3 не показаны.
Углы обвива могут быть настроены на практике, при необходимости, (существенно) бóльшими, чем показано на фигурах. Целесообразны углы обвива до 180° или даже более. В этом отношении первый ролик 3.1 комплекта 3 может быть (одновременно) составной частью группы 4 и, следовательно, также участвовать в пластической деформации полосы за счет изгиба.