Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОКАТКИ ПОЛОС (ЛИСТОВ) В ЧЕТЫРЕХВАЛКОВОЙ КЛЕТИ

Изобретение относится к полосовой (листовой) прокатке в черной и цветной металлургии.

Поперечная разнотолщинность полос является одним из ключевых параметров, определяющих их качество. Доминирующее влияние на поперечную разнотолщинность оказывает реализуемое в процессе деформации металла в четырехвалковой клети взаимное расположение рабочих и опорных валков.

Известен способ прокатки полос (листов) в четырехвалковой клети, включающий деформацию металла рабочими валками с параллельными продольными осями, цилиндрические бочки которых контактируют с бочками опорных валков. При этом продольные оси рабочих и опорных валков расположены в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси прокатки (см. например, М.М. Сафьян «Прокатка широкополосной стали». М.: «Металлургия», 1969 г., стр. 128, рис. 36)

Основной недостаток известного способа прокатки полос состоит в ограниченных возможностях течения металла поперек полосы. Этот недостаток наиболее негативно проявляется при прокатке широких тонких полос.

Для устранения этого недостатка на пороге конца 70-х годов прошлого века в мировой практике прокатки полосового (листового) проката широко начали применять способы прокатки в рабочих валках со скрещенными в середине длины бочки валков продольными осями.

Известен способ прокатки полос (листов) в четырехвалковой клети, включающий деформацию металла рабочими валками со скрещенными в середине длины бочки продольными осями (см., например, а.с. №544478, СССР, опубликовано 30.01.77 г. Бюллетень №4).

Основной недостаток известного способа прокатки состоит в появлении значительных осевых нагрузок в контакте скрещенных рабочих валков с опорными валками. К тому же, в контакте бочек рабочего и опорного валков при углах скрещивания более 30'-40' происходит скольжение рабочих валков относительно опорных.

Известен способ горячей прокатки полос, в котором использованы основные признаки способа, описанного в а.с. №544478, а для снижения осевых нагрузок на рабочие валки осуществляют подачу смазки в контакт между рабочими и опорными валками (см. патент РФ 2126729 В21В 1/26. Опубл. 27.02.1999 г. Бюл. №6).

Основной недостаток известного способа состоит в ограниченных возможностях воздействия на возникающие осевые нагрузки при значительных углах скрещивания продольных осей рабочих валков. К тому же, в контакте рабочего валка с опорным при углах скрещивания более 30' возникают существенные напряжения, снижающие работоспособность валков.

В то же время необходимость в повышенных углах скрещивания продольных осей рабочих валков возникает и, особенно, при прокатке тонких широких полос (листов), все более широко производимых в металлургии.

Известен способ прокатки полос (листов) в четырехвалковой клети, включающий деформацию металла в скрещенных попарно верхних рабочем и опорном валках и нижних рабочем и опорном валках (принятая аббревиатура способа - PC-процесс). (См., например, детальное исследование этого способа в работе «Modernization and operation of NKK'S Keihin hot strip mill». Iron and Steel Engineer. November 1991, p. 35-40)

Основной недостаток известного способа состоит в относительно малом диапазоне возможных углов попарного скрещивания валков, что особенно проявляется при прокатке тонких широких полос.

Известен способ прокатки полос (листов) в четырехвалковой клети, включающий деформацию металла рабочими валками, контактирующими по прямой образующей с бочкой опорных валков, выполненной в виде поверхности однополостного гиперболоида (см., например, патент РФ 2578867 В21В 1/26. Опубл. 27.03.2016. Бюл. №9)

Согласно этому способу прокатки деформацию полос осуществляют в четырехвалковой клети с установленными в ней, путем поворота продольных осей в горизонтальной плоскости, рабочими валками с цилиндрической поверхностью бочки и опорными валками с поверхностью бочки в виде однополостного гиперболоида, контактирующими друг с другом по прямым образующим опорных и рабочих валков.

Известный способ прокатки полос по существенным признакам наиболее близок к предлагаемому способу, поэтому принят за прототип.

Основной недостаток известного способа состоит в ограниченной возможности реализации так называемой свободной прокатки, в процессе которой контакт бочки рабочего валка с деформируемой полосой непрерывно обновляется, что предполагает в том числе реализацию в процессе деформации металла (прокатки) осевого смещения рабочих валков.

Предлагаемый способ прокатки полос (листов) в четырехвалковой клети свободен от указанного недостатка известного способа. В нем расширены возможности процесса прокатки в четырехвалковой клети, в том числе путем реализации непрерывного обновления контакта поверхности рабочих валков с деформируемой полосой не только благодаря вращению валков, но также их осевому перемещению.

Перечисленные технические результаты достигаются за счет того, что в известном способе прокатки полос (листов), включающем их деформацию в четырехвалковой клети с установленными в ней рабочими валками с цилиндрической поверхностью бочки и опорными валками с поверхностью бочки в виде однополостного гиперболоида, контактирующими друг с другом по прямым образующим поверхностей бочек опорных и рабочих валков, согласно изобретению деформацию осуществляют рабочими валками при параллельных между собой продольных осях опорных валков, расположенных на вертикальной плоскости, перпендикуляр к которой образуется острый угол с продольной осью прокатки. К тому же, деформацию осуществляют параллельными рабочими валками, продольные оси которых перпендикулярны продольной оси прокатки. Кроме того, указанное парное отклонение параллельных осей опорных валков от оси прокатки поочередно меняют между клетями чистовой группы полосового стана. Помимо этого, указанное отклонение параллельных осей опорных валков от оси реверсивной прокатки осуществляют между проходами.

Предложенный способ прокатки полос (листов) в четырехвалковой клети проиллюстрирован на фиг. 1-4 (на фиг. 3 и 4 приведен вид сверху на расположение нижнего рабочего и опорного валков в четырехвалковой клети, при этом расположение верхнего рабочего и опорного валков на этих фигурах показано пунктиром).

На всех фигурах бочки опорных валков одинаковы и выполнены в виде поверхности однополостного гиперболоида, мнимая ось которого является продольной осью опорного валка. Поверхность бочки этих валков образована прямыми образующими (что тоже, гиперболой), при этом в середине бочки опорного валка диаметр бочки валков равен D₀, на краю бочки D и D>D₀. Поверхности бочек рабочих валков выполнены цилиндрическими, диаметром D_p (влияние профилировки бочки рабочих валков при реализации предлагаемого способа прокатки имеет место, но ниже не рассматривается) и контактируют с поверхностью бочки опорного валка по прямой образующей L (на фиг. 3 и 4 прямые образующие обозначены пунктирами).

На фиг. 1 приведен общий случай реализации предложенного способа прокатки листов (полос); фиг. 2 - вид на компоновку нижних рабочего и опорного валков для случая расположения валков согласно фиг. 1 (пунктиром показано расположение верхних рабочего и опорного валков); на фиг. 3 - реализация этого способа прокатки с расположением осей рабочих валков параллельными, перпендикулярно продольной оси прокатки и на фиг. 4 - вид на компоновку нижнего рабочего и опорного валков для случая их расположения согласно фиг. 3 (пунктиром показано расположение верхних рабочего и опорного валков).

На фиг. 1-4 приняты следующие обозначения: 1 - прокатываемая полоса; 2 - цилиндрический верхний рабочий валок; 3 - цилиндрический нижний рабочий валок; 4 - верхний опорный валок с бочкой валка в виде поверхности однополостного гиперболоида; 5 - нижний опорный валок с бочкой валка в виде поверхности однополостного гиперболоида; 6 и 7 -направления возможного осевого перемещения рабочих валков в процессе деформации полосы (листа); 8 - продольная ось верхнего опорного валка; 9 -продольная ось нижнего опорного валка; 10 - продольная ось верхнего рабочего валка; 11 - продольная ось нижнего рабочего валка; 12 - вертикальная ось, перпендикулярная продольной оси прокатки; 13 - продольная ось прокатки; 14 - линия контакта (пунктир на фиг. 3) поверхности нижнего рабочего валка с нижним опорным валком; 15 - линия контакта (пунктир на фиг. 3) поверхности верхнего рабочего валка с верхним опорным валком. 16 - ось, перпендикулярная продольной оси прокатки. На фиг. 2 линии 11 и 14 налагаются друг на друга, линии 10 и 15 налагаются друг на друга. На фиг. 4 линии 10, 11, 14 и 15 налагаются друг на друга и перпендикулярны оси прокатки 13. Угол γ на фиг. 2 и 4 отражает отклонение параллельных между собой продольных осей верхнего 4 и нижнего 5 опорных валков от оси 16, перпендикулярной продольной оси прокатки 13. Угол θ отражает расположение продольных осей рабочих валков относительно оси 16.

Способ прокатки полос (листов) в четырехвалковой клети осуществляют следующим образом.

Перед прокаткой опорные валки 4 и 5 устанавливают в прокатной клети так, как показано на фиг. 1 и 2: продольные оси 8 и 9 этих валков, параллельные между собой, располагают под углом γ к оси прокатки 13. Соответственно, в процессе деформации полосы, продольные оси 8 и 9 опорных валков 4 и 5 в клети параллельны.

В общем случае реализации данного способа прокатки рабочие валки 2 и 3 перед прокаткой устанавливают так, как показано на фиг. 1 и 2: их продольные оси 10 и 11 скрещены и каждая при этом образует угол θ с осью 16, перпендикулярной продольной оси прокатки 13. Значения угла θ определяют меру воздействия процесса прокатки на поперечную разнотолщинность полосы 1 на выходе из очага деформации.

В частном случае реализации предлагаемого способа опорные валки 4 и 5 перед прокаткой устанавливают так, как показано на фиг. 3 и 4: их продольные оси 8 и 9 повернуты в горизонтальной плоскости на одинаковый угол γ от оси 16, перпендикулярной продольной оси прокатки 13. Продольные оси 10 и 11 рабочих валков при этом совпадают с осью 16 перпендикулярной оси прокатки 13.

В общем случае реализации предлагаемого способа прокатки (фиг. 1 и 2) обеспечивают выполнение неравенства γ<θ. В частном случае реализации предлагаемого способа прокатки обеспечивают равенство углов γ и θ (т.е. γ=θ), в результате деформацию полосы осуществляют параллельными валками (фиг. 3 и 4).

Следовательно, при реализации предлагаемого способа прокатки, расположение продольных осей 8 и 9 опорных валков под углом γ к продольной оси 13 прокатки полосы осуществляют постоянно. При этом в многоклетьевых листопрокатных станах (например, в чистовой группе клетей ШПС г.п., содержащей от 5 до 7 клетей) в первых клетях реализуют большие значения угла γ, в последних (двух - трех) - меньшие значения угла γ.

Кроме того, по ходу прокатки в чистовой группе клетей этих станов, аналогично в многоклетьевых станах холодной прокатки, относительное парное отклонение параллельных осей опорных валков на угол γ от оси прокатки 13 поочередно от клети к клети меняют, тем самым повышают устойчивое прохождение полосой группы клетей (чистовой группы для станов горячей прокатки).

В четырехвалковых клетях, в которых реализуют реверсивную прокатку полос (например, на станах 5000), отмеченное изменение парного отклонения параллельных продольных осей опорных валков от продольной оси прокатки осуществляют между проходами.

В изложенной совокупности приемов реализации способа прокатки полос рекомендуется использование приема осевого перемещения рабочих валков в направлении 6 (и обратно 7). Существенным для настоящего приема является наличие в клетях осевой составляющей силы в контакте рабочих и опорных валков, обусловленное их прекосом на углы γ и θ. Опорные валки при этом закреплены от осевого смещения. Отмеченное облегчает реализацию осевого перемещения рабочих валков в предложенном способе прокатки.

Совокупность разработанных технических решений позволяет по-новому и высокоэффективно решать важную для листопрокатного производства задачу воздействия на поперечный профиль полосы в процессе листовой (полосовой) прокатки, улучшить качество прокатываемых полос.

Пример 1. В чистовой группе широкополосового стана горячей прокатки (ШПС г.п.) 2000 осуществляют прокатку полос толщиной 3,0 мм и шириной 1300 мм из малоуглеродистой стали 3СП. Толщина подката, поступающего в первую клеть чистовой группы, равна 35 мм, температура металла 980°С. Группа состоит из семи четырехвалковых клетей. Каждая клеть имеет опорные валки с D₀=1600 мм и рабочие D_p=900 мм в первых трех клетях и D_p=800 мм в остальных клетях. Длина бочки валков L=2000 мм. Рабочие валки цилиндрические (профилировку валков не рассматриваем), опорные валки выполнены с бочкой в виде однополостного гиперболоида, мнимая ось которого совпадает с продольной осью опорных валков. По длине бочки опорного валка его диаметр возрастает с D₀=1600 мм в середине бочки до D=1604 мм на краю бочки. Указанное изменение диаметра бочек опорных валков выполнено по ветви гиперболы. При таком исполнение бочек опорных валков прямые образующие бочек верхнего и нижнего опорных валков скрещены в точке на середине длины бочки L с образованием угла скрещивания γ=1°. Этот угол скрещивания опорных валков является исходным. Между клетями широкополосового стана отмеченное отклонение параллельных осей опорных валков от оси прокатки поочередно меняют.

В процессе деформации металла при прокатке указанных полос в первых четырех клетях чистовой группы необходимым и достаточным углом скрещивания продольных осей рабочих валков является угол θ=1,5°. Осуществляют деформацию металла, корректируя указанный угол скрещивания в основном в пределах θ≤1,5°. При назначении величины коррекции учитывают реально складывающиеся температурно-скоростные и деформационные условия прокатки. Дополнительно оперативно воздействуют на деформацию металла путем противоизгиба рабочих валков.

Пример 2. В чистовой группе клетей ШПС г.п. 2000, в процессе описанной в примере 1 деформации металла в предпоследней и последней чистовых клетях стана осуществляют коррекцию указанных углов, путем поворота продольных осей рабочих валков вплоть до равенства углов γ=θ=0,5°. Подушки рабочих валков освобождают от стопорения. Под действием возникающих осевых нагрузок рабочие валки (п. 6 на фиг. 1 и 3) смещаются в осевом направлении примерно на 100 мм; в паузе прокатки валки гидроприводом возвращают (п. 7 на фиг. 1 и 3) в исходное положение.