Способ холодной прокатки полос в непрерывном многоклетьевом стане

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к холодной прокатке стальных полос в непрерывном многоклетьевом стане. Задача изобретения - улучшение качества полос и повышение экономичности процесса. Способ непрерывной холодной прокатки полос в многоклетьевом стане включает пропуск полос через прокатные клети, измерение и регулирование в них расходов смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), измерение температуры СОЖ на входе (при подаче в клеть) и на выходе из клети (на сливе), а также регулирование теплового профиля рабочих валков последней клети их секционным (зонным) охлаждением, отличающийся тем, что в процессе прокатки дискретно через интервалы времени измеряют температуру СОЖ на входе и выходе из последней клети, определяют действительную разность этих температур и сравнивают эту разность с требуемой величиной, а суммарный расход СОЖ в группе клетей, предшествующих последней клети, регламентирован математической зависимостью. Технический результат при использовании изобретения заключается в снижении неплоскостности прокатываемых полос и расхода эмульсола для приготовления смазочно-охлаждающей жидкости. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к холодной прокатке стальных полос в непрерывном многоклетьевом стане.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является способ холодной прокатки полос в непрерывном многоклетьевом стане, включающий пропуск полос через прокатные клети, измерение и регулирование в них расходов смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), измерение температуры СОЖ на входе (при подаче) в клеть и на выходе из клети (на сливе), а также регулирование теплового профиля рабочих валков последней клети их секционным (зонным) охлаждением с целью обеспечения плоскостности прокатываемых полос, причем в последней клети устанавливают (задают) усилие прокатки (а не величину обжатия). [См., например, А. Д.Белянский, Л.А.Кузнецов, И.В.Франценюк. Тонколистовая прокатка. Технология и оборудование. - М., Металлургия, 1994, с. 158-159, с. 343 и с. 364, соответственно] . Недостатком известного способа является отсутствие регламентации суммарного расхода СОЖ в клетях, предшествующих последней клети в зависимости от разности температур СОЖ на выходе из последней клети (на сливе) и на входе в последнюю клеть. Следствием этого является низкая эффективность регулирования плоскостности полос по каналу секционного охлаждения рабочих валков и, в результате, низкая планшетность готовых полос и листов. Известным способом не достигается оптимальная разность температур рабочих валков последней клети и подаваемой на них смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), называемая тепловым напором СОЖ.

Тепловой напор СОЖ, обеспечивающий эффективное регулирование теплового профиля валков, а следовательно, плоскостности полос, должен составлять не менее 5^oС. Между разницей температур СОЖ на входе и выходе из клети и тепловым напором СОЖ существует тесная корреляционная связь. Уровень этой разницы температур до 2^oС соответствует тепловому напору СОЖ до 4^oС. Чем выше эта разница, тем больше тепловой напор СОЖ.

В известном способе разность температур СОЖ на выходе (t_вых) и входе (t_вх) в последнюю клеть составляет 0,5-2^oС и недостаточна для обеспечения эффективного регулирования плоскостности полос по каналу теплового профилирования рабочих валков их секционным охлаждением. Это объясняется тем, что деформационные режимы в последней клети стана и уровни расходов СОЖ в клетях, предшествующих последней, применяемые при прокатке по известному способу, не обеспечивают достаточного разогрева рабочих валков и теплового напора СОЖ.

Не регламентируемое снижение расходов СОЖ в клетях, предшествующих последней, с целью повышения количества тепла, вносимого в последнюю клеть с полосой и разогрева ее рабочих валков, приводит к превышению величины Δt_д (разности температур СОЖ на выходе и на входе последней клети, соответственно) над предельной величиной (14^oС). В результате теплообменники систем подачи СОЖ в клети стана не справляются с охлаждением СОЖ. Условия циркуляции в системе становятся нестабильными и сопровождаются повышением температуры СОЖ на входе в клети. Это приводит к нарушению стабильности температурного режима стана, что недопустимо.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в снижении неплоскостности прокатываемых полос и расхода смазочно-охлаждающей жидкости.

Указанный технический эффект достигают тем, что способ непрерывной холодной прокатки полос в многоклетьевом стане включает пропуск полос через прокатные клети, измерение и регулирование в них расходов смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), измерение температуры СОЖ на входе (при подаче в клеть) и на выходе из клети (на сливе), а также регулирование теплового профиля рабочих валков последней клети их секционным (зонным) охлаждением. В процессе прокатки дискретно через интервалы времени измеряют температуру СОЖ на входе и выходе из последней клети, определяют действительную разность этих температур и сравнивают эту разность с требуемой величиной, а суммарный расход СОЖ в группе клетей, предшествующих последней клети, устанавливают по зависимости: , причем, таким же образом, расход СОЖ в этой группе клетей устанавливают в каждом случае, когда два последовательных измерения действительной разности температур не отличаются друг от друга или знак отклонения действительной разности температур от требуемой величины изменяется на противоположный, где: Q₁ - суммарный расход СОЖ в клетях, предшествующих последней клети, устанавливаемый после текущего измерения температур, ³/ч; Q₂ - суммарный расход СОЖ в клетях, предшествующих последней клети, установленный после предыдущего измерения температуры, м³/ч; k - коэффициент, безразмерный, 0,02≤k≤0,5; Δt_д - действительная разность температур СОЖ на выходе из последней клети и на входе в последнюю клеть, ^oС; Δt_тp - требуемая разность температур СОЖ на выходе из последней клети и на входе в последнюю клеть, при этом требуемую разность температур Δt_тp устанавливают в пределах 3-14^oС.

Уменьшение неплоскостности прокатываемых полос будет происходить вследствие оптимизации при установлении суммарного расхода СОЖ в клетях, предшествующих последней в процессе прокатки. Качество регулирования плоскостности по каналу теплового профилирования рабочих валков последней клети существенно улучшается при увеличении теплового напора подаваемой на валки СОЖ Δt_тн до уровня не менее 5^oС за счет уменьшения подачи СОЖ в группе клетей, предшествующих последней клети. При этом показателем изменения теплового напора служит разность температур СОЖ на выходе из последней клети и на ее входе. (Прямое измерение теплового напора СОЖ на действующих станах крайне затруднено из-за отсутствия надежных датчиков для измерения температуры валков в процессе прокатки. Оснащение действующих станов надежными средствами контроля температуры рабочих валков требует существенных капитальных затрат).

Диапазон изменения требуемой разности температур Δt_тp по предлагаемому способу составляет 3-14^oС. Установление требуемой разности температур Δt_тp<3С не позволяет достичь технического эффекта, так как тепловой напор СОЖ при этом не достигает нижнего предела в ^oС, необходимого для эффективного регулирования плоскостности по каналу теплового профилирования валков. Увеличение требуемой разности температур свыше 14^oС ограничено техническими возможностями теплообменников системы подачи СОЖ в последнюю клеть действующих непрерывных многоклетьевых станов холодной прокатки. Внутри диапазона 3-14^oС требуемую разность температур устанавливают в зависимости от возможностей теплообменника конкретного стана. Если они будут превышены, то начнет повышаться температура СОЖ на подаче в клеть, что недопустимо. Поэтому, чем выше степень охлаждения СОЖ в теплообменнике, тем больше устанавливают величину Δt_тp и наоборот.

Коэффициент k устанавливает взаимосвязь величины относительного изменения суммарного расхода СОЖ с величиной относительного отклонения Δt_д от Δt_тр. Его максимальное и минимальное значения определяются для предельного случая, когда разность температур СОЖ на выходе из клети и на входе в клеть может практически отсутствовать, Δt_д≈0. Чтобы ограничить чрезмерное уменьшение расхода СОЖ в группе клетей в этом предельном случае и не допустить перегрева стана, максимальное значение коэффициента k принимают равным 0,5, следовательно: Минимальное значение коэффициента k= 0,02. Применение значений k<0,02 нецелесообразно, так как уменьшение суммарного расхода в группе клетей, предшествующей последней клети менее чем на 2% в этом предельном случае (Δt_д≈0) снижает технический эффект из-за увеличения продолжительности времени на установление требуемого суммарного расхода СОЖ, поэтому:

Внутри диапазона 0,02≤k≤0,5 коэффициент k устанавливают в зависимости от показателя интенсивности деформационного режима в группе клетей, предшествующих последней клети. Показатель p = v•lnμ_Σ, где v - скорость прокатки, м/с; lnμ_Σ - истинная относительная деформация в группе клетей, предшествующей последней, где μ_Σ = h₀/h_n-1, h₀ - толщина полосы на входе в непрерывный многоклетьевой стан, мм, h_n-1 - толщина полосы на выходе из предпоследней клети стана, мм. На действующих станах диапазон изменения рабочей скорости прокатки составляет 5-35 м/с, диапазон изменения суммарной вытяжки μ_Σ = h₀/h_n-1 = 2...7, а истинной относительной деформации lnμ_Σ = 0,693...1,946. Следовательно, диапазон изменения показателя p≅3,5-68.

Величина показателя p прямо связана с общим количеством тепла, которое выделяется в группе клетей, предшествующей последней клети в процессе прокатки. Поэтому, меньшим значениям показателя p соответствует большее значение коэффициента k, и наоборот, что позволяет предотвратить нарушение температурного режима работы стана.

Продолжительность интервалов времени между измерениями температуры СОЖ на выходе и входе последней клети выбирают, как часть времени, необходимого для стабилизации действительной разности температур Δt_д после ступенчатого изменения суммарного расхода СОЖ в группе клетей, то есть в зависимости от инерционности процесса изменения температуры СОЖ на выходе из клети. Инерционность зависит от многих конструктивных и переменных технологических параметров. Это затрудняет точный расчет времени, необходимого для стабилизации действительной разности температур Δt_д после ступенчатого изменения суммарного расхода СОЖ в группе клетей, предшествующих последней клети. В качестве верхнего предела принимают 30 мин. Продолжительность временного интервала для дискретного измерения температур устанавливают в диапазоне 1-15 мин в зависимости от величины показателя р. Чем он больше, тем чаще осуществляют измерение температур.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. Если после текущего измерения температуры СОЖ на выходе и на входе в последнюю клеть, определения действительной (фактической) разности этих температур (Δt_д) и сравнения ее с требуемой величиной зафиксировано, что Δt_д<Δt_тр, то суммарный расход СОЖ, после текущего измерения температур устанавливают меньше, чем после предыдущего измерения температур (Q₁<Q). Действительная разность температур начнет повышаться, так как увеличится теплосодержание полосы, входящей в последнюю клеть, и за счет контактного теплообмена с валками они разогреваются. Повышается тепловой напор СОЖ и Δt_д за счет роста температуры СОЖ на выходе клети (на сливе). Если Δt_д стабилизируется, достигнув величины Δt_тp, то согласно зависимости расход СОЖ в группе клетей больше не изменяется, обеспечивая достаточный тепловой напор СОЖ в последней клети (Δt_тн≥5^oС), необходимый для эффективного регулирования плоскостности по каналу теплового профилирования. В случае равенства двух последовательных (во времени) измерений Δt_д между собой, но при Δt_д≠Δt_тр, расход СОЖ устанавливают аналогично изложенному выше.

Иными словами, предложенная зависимость "срабатывает", когда действительная разность температур Δt_д перестает изменяться (не достигнув Δt_тp) под действием предыдущего изменения суммарного расхода СОЖ в группе клетей, предшествующих последней, из-за его недостаточности. Если достигнуто равенство Δt_д = Δt_тр, то Q₁=Q₂ "автоматически", так как .

Точно также способ осуществляют, если Δt_д > Δt_тр, тогда по зависимости устанавливают Q₁>Q₂.

Изменение знака отклонения Δt_д-Δt_{тр =} на противоположный требует установления нового значения расхода, так как совпадение двух последовательных измерений действительной разности температур между собой и с требуемой величиной произошло внутри интервала между измерениями. Новое значение расхода устанавливают больше или меньше предыдущего в зависимости от знака отклонения (согласно зависимости), доводя Δt_д до Δt_тp "сверху" или "снизу". Таким образом, предотвращается нарушение стабильности температурного режима и обеспечивается снижение общего расхода СОЖ.

Сущность предлагаемого способа поясняется графиками, представленными на чертеже, которые качественно иллюстрируют три различных возможных варианта реализации способа.

Графики 1, 3 и 5 (три варианта) отражают установки суммарного расхода СОЖ в клетях 1-4 пятиклетьевого стана, а кривые 2, 4 и 6 показывают соответствующее изменение действительной разности температуры СОЖ на выходе и входе в последнюю клеть. В моменты времени, соответствующие отметкам 0,5 мин, 1 мин и 2 мин по вариантам 1, 2 и 3, соответственно, определено, что Δt_д=1^oС (вар. 1 и 2) и Δt_д=2^oC (вар. 3) при Δt_тp=6^oС. Согласно предложенной зависимости, суммарные расходы СОЖ уменьшают. Дальнейшее изменение суммарных расходов осуществляют в зависимости от результатов сравнения двух смежных замеров между собой и с величиной Δt_тp, как описано выше, доводя Δt_д до Δt_тр.
Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемого способа с признаками известных технических решений. На основе этого делается вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Ниже дан вариант осуществления изобретения, не исключающий других вариантов в пределах формулы изобретения.

Пример. В процессе холодной прокатки пропускают полосы через прокатные клети, измеряют и регулируют в них расходы смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), измеряют температуры СОЖ на входе (при подаче в клеть) и на выходе из клети (на сливе), а также регулируют тепловой профиль рабочих валков последней клети их секционным (зонным) охлаждением. Дискретно, через интервалы времени измеряют температуру СОЖ на входе и выходе из последней клети, определяют действительную разность этих температур и сравнивают эту разность с требуемой величиной, а суммарный расход СОЖ в группе клетей, предшествующей последней клети, между замерами температуры устанавливают по зависимости:

причем, таким же образом, расход СОЖ в этой группе клетей устанавливают в каждом случае, когда два последовательных измерения действительной разности температур не отличаются друг от друга или знак отклонения действительной разности температур от требуемой величины изменяется на противоположный, где:
Q₁ - суммарный расход СОЖ в клетях, предшествующих последней клети, устанавливаемый после текущего измерения температур, ³/ч;
Q₂ - суммарный расход СОЖ в клетях, предшествующих последней клети, установленный после предыдущего измерения температуры, м³/ч;
k - коэффициент, безразмерный, 0,02<k<0,5;
t_д - действительная разность температур СОЖ на выходе из последней клети и на входе в последнюю клеть, ^oС;
Δt_тp - требуемая величина разности температур СОЖ на выходе из последней клети и на входе в последнюю клеть, при этом требуемую разность температур Δt_тp устанавливают в пределах 3-14^oС.

Прокатку полос с толщины h₀=2 мм на конечную толщину 0,5 мм из стали 08Ю ведут на пятиклетьевом стане, причем в последней клети задают постоянное усилие (780 т). При этом относительное обжатие в последней клети изменяется в пределах 1-2%. Толщина полосы на выходе из 4-й (предпоследней) клети стана h₄≈0,5 мм, практически равна заданной конечной толщине, μ_Σ = h₀/h₄ = 4.
В таблице приведены примеры осуществления способа с различными технологическими параметрами.

В 1-м примере из-за несоответствия значения коэффициента k оптимальному значению для достижения требуемой разности температур СОЖ на выходе и входе последней пятой клети понадобилось шесть замеров температуры и пять установок величины суммарного расхода СОЖ в группе клетей 1-4. Причем, суммарный расход, установленный после 3-го замера температуры, оказался чрезмерно низким (Δt_д > Δt_тр). Рабочие валки клетей 3-4 приобрели чрезмерную тепловую выпуклость, что затруднило регулирование плоскостности. В результате, средняя ошибка плоскостности полос, прокатанных за это время, превысила 5,0 IU, что привело к переводу листового проката в низшую категорию плоскостности (ПН) по ГОСТ 19904-90 и частично в брак (беззаказную продукцию).

В 5-м примере коэффициент k выбран меньше, он не соответствует условиям прокатки. За шесть замеров температуры и пять установок суммарного расхода СОЖ Δt_д не достигла требуемой величины. Поэтому регулирование плоскостности не было эффективным. Этим объясняется большая средняя ошибка плоскостности, которая составила 5,5 IU и послужила причиной перевода полос в беззаказную продукцию.

В оптимальных примерах 2-4 имеется соответствие между исходными технологическими параметрами и установленным коэффициентом k, чем обеспечиваются наилучшие условия достижения технического эффекта. Средняя ошибка плоскостности полос не превышала 2,8 IU, что гарантированно обеспечивает получение металла высших категорий плоскостности ПО, ПВ по ГОСТ 19904-90.

Таким образом, применение изобретения позволяет уменьшить отбраковку холоднокатаных полос и листов по плоскостности на 5-6% и уменьшить суммарный расход эмульсола, используемого для приготовления СОЖ.

Формула изобретения

Способ холодной прокатки полос в непрерывном многоклетьевом стане, включающий пропуск полос через прокатные клети, измерение и регулирование в них расходов смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), измерение температуры СОЖ на входе, при подаче в клеть и на выходе из клети, на сливе, а также регулирование теплового профиля рабочих валков последней клети их секционным зонным охлаждением, отличающийся тем, что в процессе прокатки дискретно через интервалы времени измеряют температуру СОЖ на входе и выходе из последней клети, определяют действительную разность этих температур и сравнивают эту разность с требуемой величиной, а суммарный расход СОЖ в группе клетей, предшествующих последней клети устанавливают по зависимости

причем, таким же образом, расход СОЖ в этой группе клетей устанавливают в каждом случае, когда два последовательных измерения действительной разности температур не отличаются друг от друга или знак отклонения действительной разности температур от требуемой величины изменяется на противоположный,
где Q₁ - суммарный расход СОЖ в клетях, предшествующих последней клети, устанавливаемый после текущего измерения температур, ³/ч;
Q₂ - суммарный расход СОЖ в клетях, предшествующих последней клети, установленный после предыдущего измерения температуры, м³/ч;
k - коэффициент, безразмерный, 0,02≤k≤0,5;
Δt_д - действительная разность температур СОЖ на выходе из последней клети и на входе в последнюю клеть, ^oС;
Δt_тp - требуемая величина разности температур СОЖ на выходе из последней клети и на входе в последнюю клеть, при этом требуемую величину разности температур Δt_тp устанавливают в пределах 3. . . 14^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4