Способ и устройство для прокатки металлических полос
METHOD AND APPARATUS FOR ROLLING METAL STRIPS

Данное изобретение относится к способу изготовления металлических полос путем прокатки.
Изготовление полос с профилем переменной толщины на прокатных станах является широко известным. Однако, в случае, если необходимо получить полосу шириной более 650 мм, ее изготовление на обычных прокатных станах будет затруднительным.
В Европейском патентном документе ЕР 1074317 В1 описан такой способ, в котором используют двухвалковый и четырехвалковый прокатные станы. В указанном патентном документе описан способ регулируемой прокатки на четырехвалковом или двухвалковом прокатном стане. В зависимости от применения внимание уделяется технике управления, измерительным системам и изгибу рабочего валка в соответствии с настройкой зазора между валками. Техника управления разделена на стадию управления и стадию регулирования. Стадия управления характеризуется незамедлительным регулированием зазора между валками для выполнения перехода между двумя толщинами (наклонного участка). На стадии регулирования, напротив, регулируют плоскостность и толщину по меньшей мере в одном цикле (на плоском участке). Плоскостность в определенном соотношении зависит от изгиба рабочих валков. Плоскостность измеряют с помощью оптической лазерной системы или стрессометрического ролика. В Европейском патентном документе ЕР 1074317 описано обеспечение изгиба рабочих валков. Кроме того, важно получить плоскостность, которая требуется для последующей обработки на установках, используемых после стана холодной прокатки.
В патентном документе Японии JP 61-172603 описано получение прокатного материала с переменной толщиной и плоскостностью на выходе. Такой результат достигается путем уменьшения числа оборотов валков и управления верхними валками в ответ на изменение нагрузки при изменении зазора между валками.
В заявке на патент Японии JP 61-172603 указано, что в рабочем режиме не обеспечена возможность определения зазора между валками путем непосредственного измерения. Способ регулируемой прокатки основан на изменении положения гидравлического цилиндра, который обеспечивает передачу усилия в зависимости от углового расположения всех осей и валков. Этот процесс управления не связан с обеспечением изгиба валков во время регулируемой прокатки и, следовательно, играет важную роль во время прокатки.
В патенте США №8050792 В2 описано регулирование плоскостности во время прокатки с использованием известного профиля плоскостности, при этом прокатный стан может быть оснащен системой регулирования плоскостности, работа которой основана на измеренном профиле плоскостности и заданной или опорной величине профиля плоскостности, при этом система вычисляет определенные значения для имеющихся средств регулирования, обеспечивая, тем самым, регулирование плоскостности в замкнутом цикле и в совокупности с результатами измерений, полученными с помощью стрессометрических роликов. Известно, что такое измерение может быть проведено, например, с помощью лазерных, оптических или бесконтактных приспособлений.
Данное изобретение в целом посвящено регулируемой прокатке профиля металлической полосы, при этом основной рабочий режим включает два этапа. Первый этап называют стадией обучения, которая основана на регулировании и сохранение значений параметров во время прокатки. К сохраненным значениям относятся данные о толщине и плоскостности полосы (определяются положениями средства гидравлического регулирования и приводов для обеспечения плоскостности), а также данные, собранные на стадии обучения. Второй этап, на котором обеспечивают соответствие определенным допускам, называется программным циклом, в котором значения, полученные на первом этапе, используют в качестве исходных значений.
Первый этап включает только определение параметра, задаваемого на стадии обучения, а второй этап представляет собой цикл регулируемой прокатки, основанный, главным образом, на параметрах, полученных на первом этапе, т.е. с помощью программного цикла на первой стадии получают исходные значения. В итоге процесс прокатки включает программный цикл для сбора, оптимизации и использования данных на протяжении регулируемого процесса прокатки. Для осуществления указанных этапов можно использовать, к примеру, стан Сендзимира.
Основой второго этапа является «стадия обучения», в ходе которой обеспечивается возможность реагировать на конкретные свойства полосы и получить при изготовлении полосы определенный профиль с переменной толщиной по длине полосы. Кроме того, этот процесс обеспечивает возможность быстрого управления, а также обеспечения допусков первого профиля. Данное изобретение основано на обеспечении изгиба рабочих валков, который так же, как описано в патенте Японии JP 61-172603, зависит от обеспечиваемых усилий и также не зависит от регулирования зазора между валками. Указанный процесс, основанный на изгибе валков, разделен на два отдельных этапа. Первый этап может представлять собой предварительную настройку, которую выполняют на основе хранящихся в базе данных параметров уже прокатанных полос, или ручную настройку, выполняемую операторами. После этого переходят к стадии регулирования, на которой путем измерения плоскостности получают данные о процессе прокатки.
Согласно данному изобретению рассматриваемый регулируемый процесс не основан на каких-либо других параметрах, кроме входящего в его состав процесса управления плоскостностью, который зависит от усилий, создаваемых валками и определяемых настройкой валков. Кроме того, данное изобретение включает управление изгибом рабочих валков, но несколько отличающееся от известных техник. Это обусловлено тем, что в станах Сендзимира и в технологии регулируемой прокатки используются разные сохраненные настройки приводов для обеспечения изгиба при разной толщине.
По сравнению с общеизвестными прокатными станами для регулируемой прокатки металлическая полоса, получаемая согласно данному изобретению, шире, т.е. имеет большую ширину, значение которой может находиться в диапазоне от 400 до 1600 мм.
Благодаря указанному способу изготовления металлических полос путем регулируемой прокатки профиля согласно данному изобретению обеспечивается увеличение объемов производства в тех отраслях автомобильной и транспортной промышленности, где требуется снизить вес изделия. Кроме того, в соответствии с данным изобретением могут изготавливаться конструктивные компоненты, контейнеры, баки или вытяжные системы. Что касается меньшего веса, этот результат достигается путем выполнения компонентов в виде единого целого и уменьшения толщины на участках, менее подверженных нагрузкам и напряжениям, по сравнению с проектной толщиной или прочностью определенных компонентов. Эти задачи имеют большое значение в том случае, если необходимо снизить количество отходов производства.
В отдельных случаях прокатку профиля металлической полосы выполняют на четырехвалковых станах, и в этом случае необходимо обеспечить больший диаметр рабочих валков по сравнению с конструкцией стана Сендзимира, в котором можно использовать рабочие валки со значительно меньшими диаметрами. Преимущество такого решения заключается в возможности выполнения холодной прокатки сортов, которые обладают большей твердостью и к которым предъявляются требования по качеству, например, к плоскостности.
Конструкция прокатного стана содержит, например, 20 валков, подобно стану Сендзимира. В этом случае может быть выполнена эксцентриковая регулировка четырех валков A/B/C/D или только двух валков A/D или В/С для изменения плоскостности полосы. Для эксцентриковой регулировки обеспечено 5-7 подшипников, которые выполнены с возможностью независимого регулирования. Диапазон регулировки каждого подшипника составляет приблизительно ±40 мм в случае установки ZR22-55. Другие прокатные станы имеют больший диапазон регулирования, в частности, прокатные станы с шириной до 1600 мм. Кроме того, плоскостность может быть отрегулирована в первых промежуточных клетях. Они выполнены с возможностью смещения поперечно направлению прокатки. Величина такого смещения составляет 50-300 мм.
Данное изобретение позволяет уменьшить, в значительной степени благодаря ширине полосы, количество отходов и обеспечивает больше возможностей для размещения полосы, что сокращает длительность дальнейшей обработки. По сравнению с конструкцией двухвалкового или четырехвалкового стана для прокатного стана Сендзимира требуется совершенно другая техника управления.
Изготовление металлических полос путем регулируемой прокатки профиля обеспечивает возможность осуществления стадии регулирования толщины и изменения изгиба рабочих валков. Кроме того, при эксплуатации часть наклонного участка может быть использована для оценки плоского участка на основе интеграла площадей.
Изгибание рабочих валков зависит от требуемого рабочего усилия, оказываемого на валки, для прокатки конкретного сорта материала. Управление осуществляют на основе опорных переменных, полученных от системы измерения плоскостности, для различных параметров (толщины/усилия).
Целью данного изобретения также является создание устройства для изготовления металлических полос посредством прокатной клети, которое содержит несколько валков, причем по меньшей мере один верхний валок и по меньшей мере один нижний валок примыкают к верхней и нижней поверхностям металлической полосы под действием давления, при этом получаемая металлическая полоса имеет большую ширину, которая составляет более 650 мм. Во время процесса изготовления получают профиль полосы с переменной толщиной по длине полосы. Определенный профиль может иметь две, три или более разных значений толщины по длине полосы. Существенные признаки заявленного устройства раскрыты в прилагаемой формуле изобретения.
В отличие от известного уровня техники, процесс прокатки согласно данному изобретению взаимосвязан с усилиями, обеспечиваемыми во время прокатки, и управление этим процессом осуществляют в зависимости от времени переходного этапа, а не на основании каких-либо других параметров. Таким образом, нержавеющая сталь и другие сплавы могут быть обработаны путем прокатки, в частности холодной прокатки, в непрерывном режиме, при этом может быть получена ширина в диапазоне 400-1600 мм.
Такой результат достигается с помощью стана для холодной прокатки другого типа, который отличается количеством валков и приводов (средством гидравлического регулирования, верхними валками, первыми промежуточными клетями), что влияет на толщину и плоскостность.
В известном стандартном процессе основное внимание уделяют обеспечению равномерной толщины по длине полосы с соблюдением допусков в узких пределах. Регулируемая прокатка, напротив, характеризуется возможностью получения разной толщины на небольших участках, но, тем не менее, с соблюдением допусков в узких пределах. Единичный профиль, который, как правило, имеет длину 500-2000 мм, непрерывно повторяется вдоль длины полосы. При таком процессе требуется обеспечить постоянные высокодинамичные изменения в работе стана холодной прокатки. Далее рассмотрены ключевые аспекты реализации такого процесса. Дополнительно, в указанной технике управления учитывается тип прокатного стана, что позволяет быстрее регулировать указанный процесс. Кроме того, учитываются определенные параметры каждого профиля, поскольку изгиб рабочего валка не зависит от зазора между валками.
Как и в известном уровне техники, также можно использовать многовалковые прокатные клети, такие как, например, прокатные клети Сендзимира, для получения соответствующих металлических полос.
В данном случае действует следующий принцип: чем мягче металл, из которого выполнена металлическая полоса, тем меньшее количество валков может быть использовано. Обычные металлические материалы включают, например, медь, алюминий, нержавеющую или обычную сталь.
Цель данного изобретения заключается в обеспечении возможности формирования металлических полос, в частности, из нержавеющей стали и других металлов, путем непрерывного процесса прокатки, в частности, однопроходного или многопроходного процесса холодной прокатки, предпочтительно в многовалковой прокатной клети, чтобы прокатывать профиль в направлении прокатки.
Также обеспечены возможности для изготовления металлической полосы путем прокатки в таких отраслях промышленности, как автомобильная или транспортная промышленность, а также в строительной промышленности.
Примерный вариант выполнения данного изобретения проиллюстрирован на чертежах и описан далее более подробно.
На чертежах:
Фиг. 1 схематично изображает прокатные клети для профилирования металлической полосы и придания определенной геометрии полосе, подвергаемой регулируемой прокатке;
Фиг. 2 схематично изображает металлическую полосу, сматываемую в рулон с последующей холодной деформацией, а также с выполнением другой операции намотки и измерения плоского участка для регулирования указанного процесса.
Фиг. 1 схематично изображает прокатные клети. Металлическая полоса, изготовленная на прокатном стане Сендзимира, имеет ширину в диапазоне 400-1600 мм, которая поддерживается вдоль длины полосы. Данное изобретение в большей степени относится к процессу регулируемой прокатки. Существующий стандартный процесс направлен на обеспечение равномерной толщины по длине полосы с соблюдением допусков в узких пределах. Регулируемая прокатка, напротив, позволяет получить разную толщину на небольших участках, но, тем не менее, с соблюдением допусков в узких пределах. Единичный профиль, который, как правило, имеет длину от 500 до 2000 мм, непрерывно повторяется по длине полосы. При таком процессе требуется обеспечить постоянные высокодинамичные изменения в работе стана холодной прокатки. V-регулирование возрастает, например, в 3,5 раза, поскольку отношение нагрузка/деформация прокатного стана умножается на 14-30, предпочтительно на 18-26, что соответствует скорости гидравлического цилиндра. Как правило, значения скорости гидравлического цилиндра находятся в диапазоне 0,17-5,83 мм/с, где 0,17 мм/с (скорость в зазоре) → 13,09 мм/с (скорость гидравлического цилиндра) и 5,83 мм/с (скорость в зазоре) → 448,91 мм/с (скорость гидравлического цилиндра). На Фиг. 1 изображена геометрическая форма металлической полосы, получаемая после ее прокатки. Стадия управления характеризуется незамедлительным регулированием зазора между валками (для выполнения наклонного участка), чтобы получить переход между двумя толщинами. На Фиг. 1 показано, что на стадии регулирования толщину регулируют в по меньшей мере одном цикле (на плоском участке). На стадии регулирования обеспечена возможность ручного регулирования плоскостности посредством приводов. Плоскостность определяется изгибом рабочих валков в определенном соотношении. Плоскостность может быть измерена, например, с помощью оптической лазерной системы, стрессометрического ролика или SI-Flat системы. Процессом регулирования зазора между валками управляют путем переключения на стадию регулирования во время прокатки плоского участка. Получаемый, уже прокатанный плоский участок используют для регулирования зазора между рабочими валками. Кроме того, существует две системы для измерения плоскостности полосы. Может быть использована бесконтактная система SI-Flat, в основу которой положено определение амплитуды колебаний на отдельных участках.
На Фиг. 2 показано несколько валков и приводов (средство гидравлического регулирования, верхние валки, первые промежуточные клети), посредством которых обеспечивается толщина и плоскостность. Кроме того, при указанном регулировании учитывается тип прокатного стана, что позволяет еще быстрее регулировать указанный процесс. Также учитываются определенные параметры каждой металлической полосы, поскольку изгиб рабочего валка не зависит от зазора между валками. Кроме того, как показано на чертеже, полученный профиль имеет переменную толщину по длине полосы. Изгиб играет важную роль в данном процессе. При использовании клети из 20 валков вместо двухвалкового и четырехвалкового прокатного стана на выходе может быть получена плоская полоса с более высокой прочностью. Изгиб рабочих валков зависит от рабочего усилия, требуемого для прокатки материала определенного сорта. Управление изгибом рабочего валка основано на опорных переменных, полученных от системы измерения плоскостности и определенных на «стадии обучения».