Натяжение при холодной прокатке. 
Исследование влияния натяжения на качество проката на примере ЛПЦ-5 ОАО «ММК»

Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Магнитогорский Государственный Технический университет имени Носова»

Кафедра технологии, сертификации и сервиса автомобилей Курсовая расчетно-графическая работа По дисциплине «Теоретические основы качества металлопродукции»

На тему: «Натяжение при холодной прокатке. Исследование влияния натяжения на качество проката на примере ЛПЦ-5 ОАО «ММК»

Разработал: студент группы ТСБ-09−1

Семенчук Юлия Проверил: преподаватель Михайловский Игорь Александрович Магнитогорск 2011 г.

АННОТАЦИЯ

Ключевые слова: холодная прокатка, прокатная клеть, натяжение между клетями, моталки, скорость прокатки.

Работа направлена на рассмотрение влияния натяжения меду клетями на качество получаемого проката. Межклетьевое натяжение способствует получению заданной планшетности полосы и исключает ее порывы. Не достаточное натяжение затрудняет получение листов заданной толщины и требуемой планшетности, а слишком большое может привести к свариванию витков рулонов во время отжига. Таким образом, объектом разработки будет, является механизм регулировки натяжения между клетями.

Целью работы является рассмотрение зависимости обжатия листа, и уменьшения давления на валки от натяжения на конце и начале полосы, его эффективность и целесообразность.

В настоящее время к продукции широкополосных станов холодной прокатки предъявляются жесткие требования, связанные с необходимостью повышения ее конкурентоспособности на мировом рынке, потребности которого в последнее десятилетие существенно изменились. По данным фирмы «Voest-Alpine Industrieanlagenbau» («VAI», Австрия), спрос на тонкую холоднокатанную полосу увеличится с 18% в 1995 г до 25% в 2005 г при одновременном снижении спроса на другие виды холоднокатанной полосы, считающейся конечной продукцией. В частности, на широкополосном стане 2500 холодной прокатки: ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), являющемся единственным в России поставщиком полосы шириной более 2 м в рулонах, в настоящее время осуществлен переход на прокатку полос толщиной 1,5−1,8 мм.

Основным критерием, определяющим конкурентоспособность продукции, является качество, обеспечиваемое за счет минимизации разно-ширинности и разнотолщинности полосы. Эти параметры определяются условиями прокатки в чистовой группе клетей и в первую очередь — точностью регулирования межклетевых натяжений, обеспечиваемой за счет системы автоматического регулирования натяжения и петли.

1. ПРОДУКЦИЯ И ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА

Эта работа построена на оборудовании ЛПЦ-5 ОАО ММК. Сегодня в состав оборудования цеха входит травильное отделение с двумя травильными линиями, прокатный участок — в его составе четырехклетевой стан «2500» и двухклетевой реверсивный стан, два дрессировочных стана «2500» и «1700» на вальцешлифовальном участке, термическое отделение и отделочный участок.

Мы для примера возьмем четырехклетьевой стан холодной прокатки «2500». Он предназначен для производства холоднокатаных листов из углеродистых сталей толщиной 0,6—2,5 и шириной 1050—2350 мм в рулон массой до 25 т. Скорость прокатки до 21 м/с. Диаметр рабочих валков 500, опорных 1500 мм; длина бочки валков 2500 мм. Мощность электродвигателя каждой клети 2X2800 кВт, частота вращения 300—500 об/мин. Стан достаточно механизирован и автоматизирован; его среднегодовая производительность 1550 тыс. т.

На стане установлены агрегаты поперечной и продольной резки, сортировщики листов и линия раскроя листов.

Процесс прокатки.

Рулон устанавливается на одном из разматывателей. Посредством магнитного захвата отгибателя передний конец полосы отгибается и подается на подвижные проводники, расположенные над опорным роликом. Рулон при этом разворачивается механизмом поворота, способствуя задаче отогнутого переднего конца полосы в тянущие ролики правильно-натяжной машины. Одновременно с подачей переднего конца полосы тянущими роликами в рабочие валки 1й клети рулон при помощи механизма поворота впускается на ролики приемного стола, поднимается до уровня головок разматывателя, центрируется и путем разжатия головок закрепляется на них. После этого рулон приводом разматывателя поворачивается в таком направлении, которое способствует распушиванию наружных винтов и дальнейшему продвижению переднего конца полосы в рабочие валки остальных клетей непрерывного стана и к барабану моталки. Перед поступлением полосы в рабочие валки клетей верхние проводковые столы подняты, после захвата полосы рабочими валками они опускаются и принимают полосу к нижним проводковым столам. Пройдя последнюю клеть, полоса попадает в зев между ременным захлестывателем и барабаном моталки и наматывателя барабана моталки. На этом заканчиваются операции подготовки полосы к прокатке. Стан, разматыватель и барабан моталки разгоняются до рабочей скорости, верхние проводковые столы поднимаются и начинается установившийся процесс прокатки, который продолжается до тех пор, пока на головках разматывателя остаются 2−3 витка полосы. При этом скорость прокатки снижается до заправочной, верхние проводковые столы опускаются, создавая возможность прокатки заднего конца полосы под натяжением. На барабане моталки задний конец полосы (т.е. наружный виток холоднокатаного рулона) фиксируется прижимным роликом.

На выходе — моталка для сматывания раската готового профиля в рулон. После чего на транспортерах рулоны подаются в отделение отжига.

2. НАТЯЖЕНИЕ

Стабилизация межклетевых натяжений обеспечивается в настоящее время преимущественно с помощью так называемых «безразличных» или астатических петледержателей. При этом задача, которую должна решать замкнутая система автоматического регулирования натяжения, сводится к тому, чтобы воздействуя на скорости главных приводных двигателей смежных клетей, удерживать безразличный петледержатель в пределах рабочего диапазона угла. То есть система должна стремиться поддерживать петледержатель при заданном натяжении в покое при? ? 20?30°. Такой угол обеспечивает запас по пути движения петледержателя. Петледержатель находится в покое, если в соответствии с уравнением движения момент, развиваемый электроприводом петледержателя, уравновешен моментом нагрузки на валу. Давление полосы на ролик петледержателя определяется не только натяжением полосы, массой полосы, углом подъёма петледержателя, но и жёсткостью полосы на участке между клетями.

Для определения необходимых характеристик приводов петледержателей нужно определять силы и моменты, действующие на петледержатель в процессе его работы, когда ролик петледержателя подпирает полосу. На рис. 2 показана схема межклетевого промежутка при работе петледержателя.

На рис. 2 показана схема межклетевого промежутка при работе петледержателя. Здесь V_i — скорость выхода металла из клети, V_i+1 — скорость входа металла в клеть I + 1,? — угол подъёма петледержателя, ?i — угол наклона касательной к восходящей ветви петли в сечении выхода металла из валков клети i,? i+1- угол наклона касательной к нисходящей. Ветви петли в сечении входа металла в клеть i+1, T i, i+1- натяжение полосы в промежутке, P, М — сила и момент, развиваемые приводом петледержателем, действующие на полосу в промежутке (для состояния покоя петледержателя — уравновешены воздействием со стороны полосы), R — радиус рычага петледержателя, 1 i i, L — длина межклетевого промежутка, 1 Iрасстояния от осей смежных клетей до оси петледержателя.

2.1 Виды натяжений

Существенное влияние на плоскостность полосы оказывает натяжение. Оно выполняет роль стабилизирующего фактора, способствующего выравниванию вытяжек по ширине полосы. Удельные натяжения (на 1 мм ширины) распределяются по ширине неравномерно: они больше на тех участках, которые имеют меньшую вытяжку. Из литературы известно, что даже при отсутствии натяжения при идеально ровном обжатии по ширине скорость течения металла в очаге деформации по ширине полосы распределяется неравномерно. При неравномерной деформации по ширине неравномерность скоростей течения усугубляется. На том участке полосы, на котором высотная деформация по каким-то причинам уменьшается, т. е. высота щели увеличивается, вытяжка снижается. При натяжении этот участок полосы получает дополнительное растяжение. Контактное давление снижается, упругое сплющивание уменьшается, профиль полосы, и контактное давление по ширине полосы выравниваются. Таким образом, при наличии натяжения очаг деформации имеет дополнительную возможность самовыравнивания неравномерности удельных натяжений по ширине полосы и толщины полосы.

Средством регулирования таких важных показателей поперечного профиля и планшетности полосы может служить контролируемое распределение удельных натяжений по ширине полосы. Существуют контактные роликовые тензометры, которые позволяют достаточно точно измерять удельные натяжения по ширине. Однако технических средств, которые позволяли бы непосредственно управлять удельными натяжениями при прокатке, не существует. Удельные натяжения можно изменять косвенным образом, путем изменения общего натяжения в комплексе с работой системы противоизгиба. Регулирование теплового профиля валка слишком инерционно и применяется на очень тонких полосах. Следует заметить, что изменение удельных натяжений только в определенных пределах положительно влияет на планшетность. При натяжениях меньше предельных есть опасность повысить коробоватость полосы, а при натяжениях выше верхнего предела увеличивается опасность образования волны по кромкам.

3. ФОРМУЛЫ И МЕТОДЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ

Выражение для составляющей момента нагрузки на валу петледержателя от натяжения

где ?- удельное натяжение полосы в межклетевом промежутке Нi, i+1- толщина металла в межклетевом промежутке; Bширина полосы металла (считается, что ширина полосы при прокатке в чистовой группе клетей неизменна, т. е. одинакова для всех межклетевых промежутков); R — радиус рычага петледержателя; L — длина межклетевого промежутка;? — угол подъёма петледержателя.

Выражение для силы давления полосы на ролик петледержателя будет иметь вид

Для стабилизации натяжения в межклетевом промежутке между i и i + 1 клетями необходимо обеспечить условие

натяжение прокат обжатие лист

Уравнение определяет структуру системы автоматического регулирования натяжения. Следует заметить, что составляющую момента нагрузки на валу петледержателя от неуравновешенных масс конструкции петледержателя в ряде случаев требуется учитывать.

4. СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОКАТА

По моему мнению, лучшим методом регулирования таких дефектов как поперечная разнотолщинности и планшетность вызванных неправильно подобранным натяжением является уменьшения усилия прокатки от одной клети к другой в направлении прокатки. Выполнение диаметров рабочих валков уменьшающим, а опорных валков увеличивающим в направлении прокатки, позволяет значительно уменьшить давление металла на валки в клетях, расположенных в конце прокатного стана. При этом использование рабочих и опорных валков, позволяет уменьшить до заданной величины межклетевое натяжение. Это достигается за счет строгого выполнения постоянства секундных объемов при прокатке в различных клетях и уменьшения диаметра рабочих валков. Отсутствие в первых трех клетях нажимного механизма повышает жесткость стана. Снижение усилия, действующего на валки, а так же повышение жесткости стана позволяют уменьшить размеры клетей и мощность привода, с одной стороны, и повысить точность прокатываемой полосы, с другой стороны. Уменьшение межклетевого натяжения до заданной величины позволяет избежать разрыва полос в процессе прокатки и уменьшить энергосиловые параметры прокатки. Увеличение заданного расстояния между рабочими валками от одной клети к другой на величину опережения также уменьшает межклетевое натяжение. Применения рассогласования скоростей валков на непрерывном стане холодной прокатки позволяет снизить продольную разнотолщинность полос и, тем самым, повысит эффективность работы системы автоматического регулирования толщины полос и натяжения.

В современной зарубежной практике все большее количество станов оснащается гидравлическими петледержателями, поскольку они отвечают наиболее жестким требованиям:

— малый момент инерции петли по отношению к петлевому столу и приводу;

— малое трение во всей системе;

— высокодинамичное регулирование;

— гибкость, обеспечивающая адаптацию момента на валу по отношению к углу вращения и поперечному сечению полосы.

ВЫВОДЫ

1. Представлена схема работы производства, характеристика продукции.

2. Сформулированы требования к петледержателям и системам управления современных широкополосных станов, основными из которых являются непрерывный контроль и регулирование натяжения во всех режимах, включая динамические. Показано, что в связи с переходом на прокатку полос толщиной 1,5−1,8 мм, существующая САРНиП не обеспечивает возросшие требования к точности регулирования натяжения в динамических режимах.

3. Сформулированы принципы построения устройств натяжения, основными из которых являются быстродействующие петледержатели.

4. Приведены формулы для оптимизации натяжений.

5. Приведено несколько способов для улучшения качества проката.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Дружинин Н. Н. Непрерывные станы как объект автоматизации / Н. Н. Дружинин. — М.: Металлургия, 1975. — 336 с.

2. Стефанович В. Л. Автоматизация непрерывных и полунепрерывных широкополосных станов

холодной прокатки / В. Л. Стефанович. — М.: Металлургия, 1975. 208 с.

3. Фомин Г. Г. Механизация и автоматизация широкополосных станов холодной прокатки / Г. Г.

Фомин, А. В. Дубейковский, П. С. Гринчук. — М.: Металлургия, 1979. — 232 с.

4. «Теория натяжения начала и конца полосы» Магнитогорск, 2003