Способ формирования рулона травленой горячекатаной стали и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству для формирования рулона травленой горячекатаной стали при подготовке подката для последующей холодной прокатки полос. Способ включает последовательное сворачивание полосы, состоящей из нескольких сваренных встык полос, с образованием рулона заданного внешнего диаметра и веса, перед сворачиванием участки полосы со сварными швами подвергают продольному знакопеременному изгибу с пластическим растяжением металла, принимая радиусы изгиба Ru равными 0,04...0,05 максимальной ширины полосы, сворачиваемой в рулон, а количество изгибов равным , где Е - величина относительного обжатия в первой клети стана холодной прокатки, h - толщина полосы, мм, Ru - в мм. Устройство содержит пары последовательно установленных по ходу движения металла верхних и нижних цилиндрических изгибающих роликов, четыре пары роликов с диаметром 2Ru расположены в исходном положении соответственно над движущейся полосой и под нею на расстоянии l=(3...4)Ru друг от друга в каждой паре и величина обратно пропорциональна величине h, при этом верхние ролики - приводные, а нижние выполнены с возможностью перемещения по дуге окружности, центр которой совпадает с осью верхнего ролика, с помощью рычага, установленного на осях обоих роликов, до выхода в вертикальную осевую плоскость этих роликов и в положение над верхним роликом, расстояние между приводными роликами каждой пары равно (5...6)Ru, круговое перемещение нижних роликов осуществляется с помощью шестерен, одна из которых жестко соединена с рычагом, шестерни поворота рычага расположены со стороны, противоположной приводу роликов. Изобретение обеспечивает снижение трудозатрат за счет уменьшения обрывов сварных полос при прокатке. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технологии и оборудованию для отделки и переработки полосовой стали (проката) и может быть использовано при подготовке подката для последующей холодной прокатки полос.

Для повышения производительности современных непрерывных станов холодной прокатки производят укрупнение рулонной заготовки (подката), обычно толщиной 2...6 мм, вес рулонов, который достигает 50...60 т, путем сварки "встык" отдельных горячекатаных полос. В связи с этим возникает проблема создания сварных швов достаточной прочности, исключающей их обрывы во время холодной прокатки, которые приводят к дополнительным остановкам стана и трудозатратам. Указанная сварка полос осуществляется на непрерывных травильных агрегатах (НТА) цехов горячей прокатки.

Подготовка горячекатаных полос для холодной прокатки (в том числе - на НТА) описана, например, в справочнике под ред. В.И.Зюзина и А.В.Третьякова "Технология прокатного производства", кн.2, М., Металлургия, 1961, с.632-640.

Известен способ намотки холоднокатаной полосы в рулон на барабане моталки с изменением текущего среднего удельного натяжения по ширине полосы по всей ее длине и обратно пропорционально межвитковому давлению в наматываемом рулоне с уменьшением этого натяжения на кромках (см. а.с. СССР № 1311806, кл. В 21 С 47/00, опубл. в БИ № 19, 1987 г.). Однако этот способ непригоден для формирования рулонов горячекатаных полос.

Известна роликовая машина для правки листов, в которой один ряд роликов, осуществляющих знакопеременный изгиб движущейся полосы, укреплен в кассете с возможностью поворота в нажимной траверсе, на которой размещен механизм поворота (см. а.с. СССР № 156920, опубл. 25.09.63 г.). Эта машина непригодна для пластического изгиба околошовных участков сварных полос с относительно большим их растяжением.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ формирования рулона горячекатаной полосовой стали, описанный в книге А.И.Целикова и др. Машины и агрегаты металлургических заводов, т.3, М., Металлургия, 1988, с.480.

Этот способ заключается в последовательном сворачивании (сматывании) полосы и характеризуется тем, что сматывание осуществляют барабаном моталки, создающим натяжение полосы без прижима к полосе формирующих рулон роликов. Недостатком способа является его неприемлемость для создания заданного натяжения на отдельных участках сворачиваемой полосы.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является правильная машина для правки тонких листов, приведенная в книге А.А.Королева. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов, М., Металлургия, 1985, с.309-310 и рис.IX.6.

Это устройство содержит пары последовательно установленных по ходу движения металла верхних и нижних цилиндрических изгибающих роликов и характеризуется наличием опорных роликов, расположенных в шахматном порядке по отношению к рабочим (изгибающим) роликам. Однако такое устройство не обеспечивает изгиб полосы на большие углы (до 180...185°), необходимые для реализации предлагаемого способа.

Технической задачей настоящего изобретения является снижение трудозатрат при производстве холоднокатаной полосовой стали за счет уменьшения обрывов сварных полос, получаемых из горячекатаной травленой заготовки.

Для решения этой задачи в способе формирования рулона травленой горячекатаной стали, заключающемся в последовательном сворачивании полосы, состоящей из нескольких сваренных встык полос, с образованием рулона заданного внешнего диаметра и веса, перед сворачиванием участки полосы со сварными швами подвергают продольному знакопеременному изгибу с пластическим растяжением металла, принимая радиусы изгиба Ru равными 0.04...0,05 максимальной ширины полосы, сворачиваемой в рулон, а количество изгибов равным n=(0,4...0,5)Е Ru/h, где Е - величина относительного обжатия в первой клети стана холодной прокатки, h - толщина полосы, мм, Ru - в мм.

Устройство для пластического изгиба травленой горячекатаной стали, сворачиваемой в рулон и состоящей из нескольких сваренных встык полос, содержащее пары последовательно установленных по ходу движения металла верхних и нижних цилиндрических изгибающих роликов, содержит четыре пары роликов с диаметром 2Ru, расположенных в исходном положении соответственно под движущейся полосой и под нею на расстоянии l=(3...4)Ru друг от друга в каждой паре и величина l обратно пропорциональна величине h, при этом верхние ролики - приводные, а нижние выполнены с возможностью перемещения по дуге окружности, центр которой совпадает с осью верхнего ролика, с помощью рычага, установленного на осях обоих роликов, до выхода в вертикальную осевую плоскость этих роликов и в положение над верхним роликом; расстояние между приводными роликами каждой пары может быть равно (5...6)Ru, а круговое перемещение нижних роликов может осуществляться с помощью шестерен, одна из которых жестко соединена с рычагом и шестерни поворота рычага расположены со стороны, противоположной приводу роликов.

Приведенные математические соотношения получены в результате опытов и являются эмпирическими.

Сущность заявляемого технического решения заключается в изгибе с пластическим растяжением металла околошовной зоны движущейся полосы, причем количество изгибов полосы при прохождении изгибно-растяжного устройства определяется не только величиной радиуса изгибающих роликов и толщиной металла, но и величиной относительного обжатия в первой клети стана холодной прокатки. В результате этого сварной шов подвергается поперечному растяжению, что при неудовлетворительном качестве сварки вызовет обрыв полосы непосредственно перед смоткой на НТА (а не на стане) с менее отрицательными последствиями. Кроме того, уменьшение толщины околошовного участка при его продольном растяжении снизит нагрузку на валки при прохождении через них сварного шва, что также снижает вероятность обрыва полос.

Предлагаемые способ и устройство иллюстрируются чертежом, на котором схематично показана реализация найденного технического решения; I и II пары изгибающих роликов показаны в рабочем положении (при двукратном перегибе полосы), III и IV пары - в исходном положении.

Верхние ролики 1 каждой пары соединены с нижними роликами 2 посредством рычагов 3, осуществляющих поворот роликов 2 в вертикальной плоскости (совпадающей с плоскостью чертежа) на 90° по часовой стрелке (в нашем случае) до выхода их на одну вертикальную ось уу, проходящую через центры обоих роликов 1 и 2. На конце каждого рычага 3, размещенного на оси верхнего ролика 1, закреплена шестерня 4, приводимая во вращение от шестерни 5, соединенной с двигателем (не показан). Расстояние между нижними роликами каждой пары - L, а расстояние между верхним и нижним роликами в рабочем положении -l.

Полоса 6 (направление ее движения показано стрелками) протягивается через изгибающие ролики с помощью двух пар тянущих роликов 7 и 8, а также с помощью верхних приводных роликов 1, что предотвращает взаимное проскальзывание поверхностей роликов и металла с известными отрицательными последствиями.

Суммарный угол охвата полосой одной пары изгибающих роликов, очевидно, равен:

Величина пластического продольного растяжения при двукратном изгибе одной парой роликов равна:

, где ,

Следовательно, радиус изгибающих роликов определяется величинами h и λ.

Перед началом работы устройства определяется необходимая величина деформации околошовного участка горячекатаной травленой полосы, которая должна составлять около половины величины деформации (обжатия) этой полосы в первой клети стана холодной прокатки. Найденная величина определяет количество пар изгибающих роликов. Затем в этих парах нижние ролики с помощью приводных рычагов 3 (см. фиг.1) устанавливаются (при наличии между ними полосы) в положение, показанное на схеме для пар I и II, причем, полоса подается в ролики либо при остановке второй (по ходу движения металла) пары тянущих роликов 7 и 8, либо путем надлежащего снижения скорости вращения этих роликов. Пластическое растяжение околошовного участка, как показали опыты (см. ниже), достаточно осуществлять на длине 1...2 м, которая может быть больше при изгибе полосы, например, тремя-четырьмя парами изгибающих роликов.

После прохождения полосы через устройство нижние изгибающие ролики могут быть возвращены в исходное положение (как у пар III и IV на схеме) без остановки металла: путем увеличения скорости вторых тянущих роликов для "выбора петли" у полосы.

Опытную проверку заявляемого технического решения осуществляли на НТА листопрокатного цеха № 5 ОАО "Магнитогорский меткомбинат". С этой целью варьировали основные параметры устройства (Ru, l и L) и количество изгибов полосы (n) для полосовой стали различной толщины h и ширины В. Результаты проверки оценивали по величине "прокатываемости" швов, т.е. по похождению полосовой заготовки без обрывов через клети стана холодной прокатки.

Наилучший результат (прокатка без обрывов полос на швах, т.е. 100%-ная "прокатываемость") получен при реализации предлагаемых способа и устройства. Отклонения от рекомендуемых параметров ухудшали этот показатель, а также качество горячекатаного травленого металла.

Так, уменьшение Ru до (0,025...0,035) В приводило к появлению поперечных линий излома на полосах, а увеличение Ru - к проскальзыванию полос в роликах и появлению царапин) вследствие уменьшения угла охвата ϕ роликов. Уменьшение величин l и L приводило к аналогичным последствиям, а их увеличение - не изменяет качественных показателей процесса, но приводит к росту габаритов устройства и к его удорожанию.

Расположение поднимаемого вверх изгибающего ролика перед таким же приводным роликом (по ходу движения полосы) облегчает подъем роликов при движущейся полосе. Прямая зависимость Ru от ширины полосы В, подтвержденная опытами, обусловлена тем, что увеличение длины бочки изгибающих роликов ведет к росту изгибающего их нормального усилия, которое требует увеличение диаметра роликов.

В опытном устройстве все приводные изгибающие ролики имели общий цепной привод, а перемещение поворотного рычага осуществлялось с помощью шестерен, установленных со стороны управления, что облегчает эксплуатацию устройства.

Способ и устройство, выбранные в качестве ближайших аналогов, сравнительным испытаниям не подвергались ввиду их непригодности для реализации поставленной цели. Таким образом, опытная проверка подтвердила приемлемость заявляемого технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известными объектами.

По данным Центральной лаборатории контроля ОАО "ММК" использование предлагаемого изобретения при производстве подката толщиной 2...6 мм для станов холодной прокатки позволит уменьшить себестоимость холоднокатаной полосовой стали не менее, чем на 5% за счет профилактики обрывов полос при прокатке с соответствующим увеличением прибыли от реализации готового проката.

Пример конкретного выполнения

Устройство для пластического изгиба травленой горячекатаной стали, свариваемой в рулон, имеет вид, показанный на чертеже, и содержит четыре пары изгибающих, причем, стационарные (неперемещаемые) ролики каждой пары - приводные.

Максимальная ширина проходящей полосы В=2000 мм, ее толщина h=4 мм. Величина Ru=0,045·2000=90 мм, а диаметр изгибающих роликов d=2Ru=2·0,045·В=2·0,045·2000=180 мм. Величина Е=20%=0,2.

Количество изгибов (и поворачиваемых в вертикальной плоскости роликов) n=0,45·Е·Ru/h=0,45·0,2·90/4=2.

Величина l=3,5Ru=3,5·90=315 мм, L=5,5 Ru=5,5·90=445 мм.

Угол охвата:

1. Способ формирования рулона травленой горячекатаной стали, служащей подкатом для последующей холодной прокатки, включающий последовательное сворачивание полосы, состоящей из нескольких сваренных встык полос, с образованием рулона заданного внешнего диаметра и веса, отличающийся тем, что перед сворачиванием участки полосы со сварными швами подвергают продольному знакопеременному изгибу с пластическим растяжением металла, принимая радиусы изгиба Ru равными 0,04...0,05 максимальной ширины полосы, сворачиваемой в рулон, а количество изгибов равным

где Е - величина относительного обжатия в первой клети стана холодной прокатки, h - толщина полосы, мм, Ru - в мм.

2. Устройство для пластического изгиба травленой горячекатаной стали, сворачиваемой в рулон и состоящей из нескольких сваренных встык полос, содержащее пары последовательно установленных по ходу движения металла верхних и нижних цилиндрических изгибающих роликов, отличающееся тем, что оно содержит четыре пары роликов с диаметром 2Ru, расположенных в исходном положении соответственно над движущейся полосой и под нею на расстоянии l=(3...4)Ru друг от друга в каждой паре и величина l обратно пропорциональна величине h, при этом верхние ролики - приводные, а нижние выполнены с возможностью перемещения по дуге окружности, центр которой совпадает с осью верхнего ролика, с помощью рычага, установленного на осях обоих роликов, до выхода в вертикальную осевую плоскость этих роликов и в положение над верхним роликом.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что расстояние между приводными роликами каждой пары равно (5...6)Ru.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что круговое перемещение нижних роликов осуществляется с помощью шестерен, одна из которых жестко соединена с рычагом.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что шестерни поворота рычага расположены со стороны, противоположной приводу роликов.