СПОСОБ СМАЗКИ ПРОКАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF LUBRICATING MATERIAL BEING ROLLED

Изобретение относится к способу прокатки материала, в частности к горячей прокатке широкой полосы, посредством чистового стана или на литейно-прокатной установке, при котором перед поступлением прокатываемого материала в очаг деформации прокатной клети наносят смазку напрямую на поверхность рабочих валков или косвенно через поверхность опорных валков с последующей передачей на поверхность рабочих валков, при этом на поверхности рабочих валков образуется удерживающийся слой смазки, который в очаге деформации служит промежуточным, уменьшающим трение слоем между валком и прокатываемым материалом.
Применение смазочных средств для смазки очага деформации в сильно нагруженных чистовых клетях горячей прокатки широко известно. При этом подачу смазочного средства начинают обычно с некоторой задержкой после ввода начала полосы в соответствующую клеть и прекращают незадолго перед проходом конца полосы. Такая необходимость осуществления регулирования смазывания оказывает негативное влияние на процесс прокатки.
Из документа DE 2105975 известно устройство для автоматической подачи масла к клети горячей прокатки, через которую проходит прокатываемый материал. Устройство содержит маслоразбрызгивающее средство для клети и средство подвода масла, средство управления подводом масла, срабатывающее вскоре после ввода полосы в прокатную клеть, и средство для прекращения подачи масла незадолго до прохода конца полосы через прокатную клеть.
В документе US 6266985 B1 описан способ, согласно которому при горячей прокатке углов и концов прокатываемого материала подают смазку на прокатываемую деталь.
Из документа DE 20 22923 известны способ и устройство для нанесения смазки на прокатываемое изделие при горячей прокатке, при этом в четырехвалковой прокатной клети, содержащей два рабочих и два опорных валка, смазку и воздух для сдувания загрязнений подают через множество сопел. Сопла расположены поперек, по ширине по меньшей мере одного из опорных валков. Как только прокатываемый материал поступает между рабочими валками, начинается нанесение смазки на опорные валки и через них на рабочие валки. Подача воздуха и смазки прекращается, как только прокатываемое изделие покидает рабочие валки.
Началом подачи смазки является момент входа материала в упомянутую клеть. Недостатком при данном способе и в данном устройстве является то, что сначала формируется замкнутый слой смазки на поверхности опорного валка, который затем в зазоре опорный валок/рабочий валок передается на поверхность рабочего валка. Затем смазка поступает в очаг деформации. До того как смазка поступает на прокатываемый материал проходит определенное время (несколько секунд), зависящее от объемной скорости прокатки и от диаметра валков. При таком способе или в подобном оборудовании начало полосы при заправке не снабжается свежей смазкой, что ведет к кратковременным очень высоким усилиям прокатки.
В принципе, прокатка не может осуществляться без трения в очаге деформации, поскольку только при наличии определенного трения прокатываемый материал захватывается валками и протягивается через очаг деформации. Таким образом, всегда должны устойчиво обеспечиваться условия захвата и протягивания.
В отношении минимально необходимого трения условия захвата, которые описывают поведение в начале прокатки, являются более жесткими, чем условия протягивания. При протягивании очаг деформации полностью заполнен прокатываемым материалом.
Если одно из условий или оба условия не выполняются, возникает проскальзывание, то есть скольжение валков по отношению к прокатываемому материалу.
В дополнение к коэффициентам трения, которые непосредственно описывают трение, важную роль играют также угол захвата и скорость прокатки. При возрастании скорости прокатки снижается способность к захвату. В отношении угла захвата, который зависит от толщины прокатываемого материала на входе, действует условие, что относительное снижение толщины при прокатке к диаметру валков всегда должно быть меньше, чем угол трения, за счет чего обеспечивается прокатка без проскальзывания. При обычном распределении обжатия по толщине угол захвата в чистовом стане от первой до последней клети снижается. При этом наибольшая проблема с захватом, вызванная опасностью проскальзывания, возникает в первой клети чистового стана при начале захвата прокатываемого материала.
Так как соблюдение условия захвата начала прокатываемого материала достигается сложнее, чем соблюдение условий протягивания, предусмотрено, что подача масла в очаг деформации начинается только после входа материала в соответствующую клеть и прекращается незадолго перед окончанием прохода прокатываемого материала через клеть. За счет этого осуществляется еще достаточно число оборотов рабочих валков, при которых оставшаяся на поверхности валков смазка полностью сгорает. При этом предотвращается ухудшение условий захвата при начале прокатки следующего материала.
При описанной схеме подачи смазки прокатываемый материал подвергается воздействию различающихся усилий при прокатке, хотя предусмотрено, что черновая полоса или тонкий сляб проходит через чистовой стан с равномерными свойствами по длине и без ускорения.
Высокий уровень нагрузки возникает в начале и в конце прохождения прокатываемого материала (без смазки), а низкий уровень в остальной области (при наличии смазки).
При снижении усилия прокатки при подаче смазки, вплоть до 50% и выше, изменяется также изгиб рабочих валков. Одновременно с этим изменяется плоскостность (в основном в последних клетях) и профиль (в основном в начальных клетях) прокатываемого материала.
Даже если предусмотрена возможность регулировки изгиба рабочих валков соответствующей клети, при больших усилиях прокатки часто достигаются пределы регулирования изгиба. Это имеет следствием нестабильное протекание прокатки, в частности прокатки тонкой полосы.
Является обычным ограничение снижения усилия прокатки на величину примерно 20%.
Исходя из вышеизложенного уровня техники, задачей изобретения является создание способа нанесения смазки на поверхность рабочих или опорных валков, при котором обеспечивается улучшение процесса прокатки, снижение износа валков и потребления энергии на чистовом стане.
Поставленная задача решается согласно изобретению посредством признаков отличительной части п.1 формулы. Предпочтительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы.
При пуске за 5-15 секунд до входа прокатываемого материала в прокатную клеть системы подачи смазки, предназначенной для подачи смазки из накопителя через трубопроводы и сопла на поверхности рабочих и опорных валков, обеспечивается компенсация задержек в системе смазки и создание в любом случае замкнутого слоя смазки на рабочих валках до входа прокатываемого материала в прокатную клеть.
Соответствующее преимущество изобретения заключается в том, что по всей длине прокатываемого материала прикладывается постоянное усилие в клети, так как смазка присутствует при прохождении всей длины прокатываемого материала.
За счет постоянства усилия прокатки может быть достигнуто высокое снижение усилия прокатки, например до 40-50%, вследствие чего нагрузки на прокатный стан с точки зрения износа и потребления энергии значительно сократятся. Далее за счет значительного снижения усилия прокатки снижается износ рабочих валков и удлиняется время эксплуатации (компании) валков.
Преимущества способа согласно изобретению:
- постоянное усилие прокатки,
- отсутствие связанного с колебаниями усилия прокатки изменения плоскостности,
- отсутствие связанного с колебаниями усилия прокатки изменения профиля,
- так как усилия в начале и в конце прохода прокатываемого материала существенно снижены, значительно уменьшается вибрация клети и повреждения валков,
- появляется возможность варьирования плана проходов и распределения обжатия по клетям для оптимизации изготовления продуктов с повышенными свойствами,
- так как не меняется плоскостность в конце прокатываемого материала вследствие постоянства усилия прокатки, снижается необходимость развальцовки начала прокатываемого материала.
Предпосылкой для применения системы смазки согласно изобретению является обеспечение условий захвата материала в начале прокатки.
Нанесение смазки согласно изобретению в чистовом стане или в литейно-прокатной установке предпочтительно осуществляется, начиная со второй клети и для всех последующих клетей без исключения.
В первой чистовой клети вследствие большой толщины прокатываемого материала (большой угол захвата) в принципе не наносят смазку. Для нанесения смазки согласно изобретению, начиная со второй чистовой клети, следует учитывать характеристики соответствующей установки. К ним относятся, в частности:
- состояние поверхности валков после шлифовки,
- диаметр рабочих валков,
- материал рабочих валков,
- начальная толщина полосы,
- заданное относительное обжатие,
- состояние поверхности входящего прокатываемого материала (наличие окалины, температура, шероховатость, материал и так далее),
- применяемая смазка,
- количество смазки,
- скорость валков.
Если угол захвата находится в критической области, в начале прохода прокатываемого материала максимальный смазывающий эффект ограничивают посредством снижения количества смазки или посредством применения модифицированной, то есть имеющей другие свойства, смазки.
Применение предложенного способа нанесения смазки на поверхность валков позволяет разработать модель планирования проходов для чистового стана. При этом должно быть предусмотрено по меньшей мере дублирование адаптационных матриц, чтобы возможна была также адаптация к условиям отсутствия смазки очага деформации. С точки зрения физической модели предпочтительным является задание различных наборов коэффициентов трения - для состояния со смазкой и без нее, для режима ввода в эксплуатацию, а также для обработки новых продуктов и для уменьшения количества адаптационных параметров.
Каждое изменение трения связано с изменением опережения, то есть с замедлением массового расхода или массового потока. Подобное замедление должно предотвращаться системой управления, что является сложной задачей при управлении прокаткой тонкой полосы высокого качества.
Другое преимущество способа согласно изобретению заключается в том, что при постоянной смазке имеется постоянное опережение, что ведет к постоянному массовому потоку.
При прокатке ферритных сталей применяются смазка очага деформации, обеспечивающая положительное влияние на структуру поверхности. Нанесение смазки согласно изобретению обеспечивает однородную текстуру поверхности по всей длине прокатываемого материала.
В системе смазки для уменьшения времени задержки при включении системы предусмотрено использование кольцевого трубопровода с обратной линией в накопитель для смазки и применение переключаемого 3/2 ходового вентиля перед миксером для смазки (например, статическим трубчатым миксером).