Способ прокатки металлических полос

Изобретение предназначено для снижения усилия прокатки на реверсивных станах горячей прокатки полос из сплавов черных и цветных металлов. Способ включает обжатие полосы в валках с приложением к полосе регламентированных переднего и заднего натяжений. Снижение усилия и момента прокатки, уменьшение прогиба и сплющивания валков обеспечивается за счет того, что прокатку ведут с относительным обжатием 8-28% при регламентированном соотношении коэффициентов переднего и заднего натяжений, зависящем от предела текучести материала до и после обжатия. 1 ил., 1 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на реверсивном одноклетьевом стане кварто 1700 при горячей прокатки полос из сплавов черных и цветных металлов.

Известен способ прокатки металлических полос, включающий их обжатие в валках с приложением к полосе регламентированных заднего и переднего натяжений, согласно которому величину удельного натяжения полосы в межклетевых промежутках определяют исходя из обжатия по предложенной математической зависимости [1].

Известен также способ прокатки металлических полос, включающий их обжатие в валках с приложением к полосе регламентированных переднего и заднего натяжений, по которому удельные натяжения по ширине полосы на входе и выходе клети в каждом продольном сечении устанавливают по предложенным математическим зависимостям [2].

Недостатки известных способов [1] и [2] состоят в том, что они не обеспечивают минимально возможного усилия прокатки, что увеличивает прогиб валков, разнотолщинность металлических полос и энергозатраты на прокатку.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ прокатки стальных полос на 5-клетьевом стане, включающий их обжатие в валках с приложением к полосе переднего и заднего натяжений, по которому натяжение полосы перед третьей клетью устанавливают в 1,01-1,56 раз больше натяжения после этой клети, натяжение полосы перед четвертой клетью - в 1,01-1,85 раз больше натяжения полосы после клети, а натяжение после второй клети - в 1,01-1,40 больше, чем перед этой клетью [3].

Недостаток известного способа состоит в том, что из-за большого усилия прокатки в каждой из клетей увеличивается прогиб валков и их сплющивание, что ведет к повышению разнотолщинности полос и увеличению энергозатрат на прокатку. Кроме того, известный способ не применим для одноклетевых реверсивных станов.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении усилия прокатки.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе горячей прокатки металлических полос на реверсивном одноклетевом стане кварто 1700, включающем их обжатие в валках с приложением к полосе регламентированных переднего и заднего натяжений, согласно изобретению, прокатку ведут с относительным обжатием 8-28% при соотношении коэффициентов переднего и заднего натяжений, равном:

$$\frac{{\xi }_1}{{\xi }_0}=\mathrm{1,2}-\mathrm{1,4}$$ ,

где $${\xi }_1=1-\frac{{\sigma }_1}{{\sigma }_{ТП}}$$ , $${\xi }_0=1-\frac{{\sigma }_0}{{\sigma }_{ТЗ}}$$ ;

σ₁ и σ₀ - удельные переднее и заднее натяжения полосы;

σ_ТЗ и σ_ТП - значения пределов текучести полосы до и после обжатия.

Сущность изобретения поясняется изображенной на фигуре экспериментальной зависимостью относительного значения усилия прокатки P от соотношения коэффициентов ξ₁ и ξ₀ переднего и заднего натяжений для очага деформации с соотношением его длины l_d к средней толщине полосы h_ср, равном: l_d/h_ср=0,4-12,6 применительно к одноклетевому реверсивному стану кварто.

В процессе экспериментов на Стеккеля 1700 горячей прокатки осуществляли варьирование коэффициентов переднего ξ₁ и заднего ξ₀ натяжений путем изменения нагрузки электродвигателей моталки и разматывателя. Одновременно фиксировали изменение усилия прокатки P относительно его максимального значения.

Из приведенной экспериментальной зависимости следует, что переднее и заднее натяжения изменяют схему напряженно-деформированного состояния участка полосы в очаге деформации таким образом, что имеет место снижение усилия прокатки. Шаровая часть тензора напряжения уменьшается, а девиаторная, определяющая деформируемость металла, возрастает. Это приводит к снижению усилия и момента прокатки, уменьшению прогиба и сплющивания рабочих валков, сокращению суммарных энергозатрат на реализацию процесса.

Эксперименты показали (см. Фиг.), что в диапазоне $$\frac{{\xi }_1}{{\xi }_0}=\mathrm{1,2}-\mathrm{1,4}$$ имело место экстремальное снижение усилия прокатки P на 25-28%, что сопровождается уменьшением прогиба и сплющивания рабочих валков, снижением поперечной разнотолщинности прокатываемых полос при общем суммарном сокращении энергозатрат.

При относительных обжатиях менее 8% соотношение коэффициентов переднего и заднего натяжений не оказывает заметного влияния на усилие прокатки. Увеличение относительного обжатия более 28% само по себе существенно повышает усилие прокатки, что ведет к увеличению энергозатрат, разнотолщинности и неплоскостности полос.

При увеличении отношения $$\frac{{\xi }_1}{{\xi }_0}$$ более 1,4, как и при его уменьшении менее 1,2 снижается девиаторная часть тензора напряжений в очаге деформации, что приводит к увеличению усилия P прокатки.

Примеры реализации способа

Сляб из стали марки 60С2 нагревают до температуры t=1250°C и прокатывают в черновой группе клетей за 7 проходов в полосу сечением 10×1500 мм, которую сматывают в рулон на барабан моталки.

Полученную полосу при температуре t=1000°C в дальнейшем прокатывают на реверсивном одноклетьевом стане кварто 1700.

По справочным данным определяют значение предела текучести прокатываемой стали перед очагом деформации: σ_ТЗ=85 кг/мм². После обжатия в валках температура полосы снижается и ее предел текучести возрастет до величины σ_ТП=90 кг/мм².

Передний конец полосы пропускают через валки реверсивной клети и заправляют во вторую моталку. С помощью электродвигателей моталок устанавливают удельное заднее натяжение полосы σ₀=74 кг/мм², а также удельное переднее натяжение σ₁=75 кг/мм². При этом коэффициенты заднего и переднего натяжений равны:

$${\xi }_1=1-\frac{{\sigma }_1}{{\sigma }_{ТП}}=1-\frac{75}{90}=\mathrm{0,167}$$ ; $${\xi }_0=1-\frac{{\sigma }_1}{{\sigma }_{ТЗ}}=1-\frac{74}{85}=\mathrm{0,129}$$ .

Отношение коэффициентов переднего и заднего натяжений составляет:

$$\frac{{\xi }_1}{{\xi }_0}=\frac{\mathrm{0,167}}{\mathrm{0,128}}=\mathrm{1,29}$$ .

Затем осуществляют прокатку полосы в валках со скоростью 5 м/с с относительным обжатием ε=15% (до толщины 8,5 мм) и с приложением к полосе заранее установленных переднего и заднего натяжений.

Благодаря тому, что отношение коэффициентов переднего и заднего натяжений в процессе прокатки составляет $$\frac{{\xi }_1}{{\xi }_0}=\mathrm{1,29}$$ , достигается изменение напряженного состояния металла в очаге деформации: девиаторная часть тензора напряжений возрастает, а шаровая уменьшается. За счет этого обеспечивается снижение усилия прокатки до минимального значения (см. Фиг.), составляющего при указанных условиях Р=1620 тс.

Снижение усилия прокатки в свою очередь обеспечивает сокращение энергозатрат на прокатку (суммарной потребляемой мощности N), уменьшает разнотолщинность ΔН и неплоскостность ΔS прокатанных полос.

В таблице приведены варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности.

Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается снижение усилия прокатки. Следствием этого является снижение энергозатрат, уменьшение разнотолщинности и неплоскостности полос.

В случаях запредельных значений соотношения коэффициентов переднего и заднего натяжений (варианты №1 и №5) усилие прокатки возрастает, увеличиваются энергозатраты на прокатку, разнотолщинность и неплоскостность полос. Более высокие усилие прокатки и энергозатраты необходимы в случае реализации ближайшего аналога [3] - вариант №6.

Таблица.
Параметры прокатки полосы из стали марки 60С2 на реверсивном стане кварто 1700 по схеме: 10×1500 мм → 8,5×1500 мм
№ п/п	ε, %	ld/hcp	$$\frac{{\xi }_1}{{\xi }_0}$$	P, тс	N, кВт	ΔH, мм	ΔS, мм/м
1.	7	0,3	1,10	1790	847	±0,8	3,2
2.	8	0,4	1,20	1630	790	±0,2	1,1
3.	15	6,5	1,29	1620	780	±0,1	1,0
4.	28	12,6	1,40	1635	785	±0,2	1,2
5.	30	15,3	1,45	1795	850	±0,8	3,0
6.	20	14,4	не регл.	1810	990	±0,9	3,5

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что обжатие полосы в валках на 8-28% в очаге деформации с соотношением геометрических параметров длины очага деформации к средней в нем толщине полосы l_d/h_ср=0,4-12,6, с приложением к полосе переднего и заднего натяжений, с соотношением коэффициентов переднего и заднего натяжений, равным $$\frac{{\xi }_1}{{\xi }_0}=\mathrm{1,2}-\mathrm{1,4}$$ , обеспечивает снижение усилия прокатки за счет целенаправленного воздействия на схему напряженно-деформированного металла в очаге деформации. Это способствует снижению суммарных энергозатрат на прокатку, повышению точности и плоскостности прокатываемых полос. Реализация предложенного способа обеспечивает повышение рентабельности производства металлических полос на 12-15%.

Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:

1. Патент РФ №2239500, МПК B21B 1/28, 2004.

2. Патент РФ №2217249, МПК B21B 1/28, 2003.

3. Патент РФ №2287383, МПК B21B 1/28, B21B 37/48, 2006.

Способ горячей прокатки металлических полос на реверсивном одноклетьевом стане кварто 1700, включающий их обжатие в валках с приложением к полосе регламентированных переднего и заднего натяжений, отличающийся тем, что прокатку ведут с относительным обжатием 8-28% при соотношении коэффициентов переднего и заднего натяжений, равном
$$\frac{{\xi }_1}{{\xi }_0}=\mathrm{1,2}-\mathrm{1,4,}$$
где $${\xi }_1=1-\frac{{\sigma }_1}{{\sigma }_{ТП}};$$ $${\xi }_0=1-\frac{{\sigma }_0}{{\sigma }_{ТЗ}};$$
σ₁ и σ₀ - удельные переднее и заднее натяжения полосы;
σ_ТЗ и σ_ТП - значения пределов текучести полосы до и после обжатия.