Способ прокатки металлической полосы

Изобретение предназначено для сокращения затрат электроэнергии в прокатном производстве при горячей и холодной прокатке листовой стали на непрерывных станах. Способ включает последовательное обжатие плоской заготовки в приводных валках непрерывной группы клетей с межклетевыми натяжениями. Снижение тормозящего воздействия заднего натяжения на двигатели последующей клети обеспечивается за счет того, что по меньшей мере в одной из клетей непрерывной группы прокатку ведут в неприводных валках с относительным обжатием не более 30% и при удельной величине переднего натяжения, составляющей 0,4-0,9 от предела текучести материала полосы. Прокатку в непрерывной группе можно осуществлять при последовательном чередовании клетей с приводными и неприводными валками. Кроме того, обжатие полосы в клети с приводными валками, следующей за клетью с неприводными валками, ведут в валках с шероховатостью не менее 1,5 мкм Ra, а в клетях с неприводными валками - в валках с шероховатостью не более 0,8 мкм Ra. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для горячей и холодной прокатки листовой стали на непрерывных станах.

Известны способы горячей прокатки сортовых профилей, включающие обжатие заготовки в приводных и неприводных валках с калибрами, по которым заготовку принудительно проталкивают с помощью приводных валков в последующие неприводные валки (Авт. св. СССР №1284617, МПК В21В 1/10, 1987 г.; Патент РФ №2185903, МПК В21В 1/10, 2002 г.).

Недостатки известных способов состоят в том, что они не пригодны для прокатки тонких металлических полос.

Известен также способ прокатки металлических полос из алюминия и его сплавов, включающий первую прокатку на стане кварто с приводными опорными валками до промежуточной толщины и окончательную холодную прокатку в неприводных валках при удельном переднем натяжении, превышающем удельное заднее натяжение, скорости прокатки 50-100 м/мин и обжатии за проход 40-55% (Патент РФ №2048217, МПК В21В 3/00, 1995 г.).

Недостатки известного способа состоят в том, что его реализация требует больших затрат электроэнергии.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ прокатки металлической полосы, включающий последовательное обжатие плоской заготовки в непрерывной группе клетей с приводными рабочими валками от электродвигателей и межклетевыми натяжениями. Шероховатость поверхности рабочих валков регламентирована (М.А.Беняковский, В.А.Масленников. Автомобильная сталь и тонкий лист. Ч., Издательский Дом «Череповец», 2007 г., с.283-285).

Недостаток известного способа состоит в том, что его реализация требует высоких затрат электроэнергии, расходуемой на прокатку.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в сокращении затрат электроэнергии.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе прокатки металлической полосы, включающем последовательное обжатие плоской заготовки в приводных валках непрерывной группы клетей с межклетевыми натяжениями, согласно изобретению, прокатку ведут в неприводных валках с относительным обжатием не более 30% и при удельной величине переднего натяжения, составляющей 0,4-0,9 от предела текучести материала полосы. В вариантах реализации способа прокатку в непрерывной группе осуществляют при последовательном чередовании клетей с приводными и неприводными валками. Кроме того, обжатие полосы в клети с приводными валками, следующей за клетью с неприводными валками, ведут в валках с шероховатостью не менее 1,5 мкм Ra, а в клетях с неприводными валками - в валках с шероховатостью не более 0,8 мкм Ra.

Сущность изобретения состоит в следующем. Прокатка плоской заготовки в приводных валках непрерывной группы клетей сопровождается избыточными затратами электрической энергии. В каждой из клетей с приводными валками электроэнергия расходуется непосредственно на пластическую и упругую деформацию металла, работу сил трения в очаге деформации, а также на воздействие через натяжение на последующую прокатную клеть, которое для нее является задним, то есть тормозящим. В этом случае последующая клеть с приводными валками вынуждена преодолевать сопротивление движению заготовки, создаваемое приводными валками предыдущей клети. Другими словами, электродвигатели двух смежных клетей с приводными валками в энергетическом смысле частично работают противонаправленно, что приводит к увеличению общего расхода электроэнергии всей непрерывной группы.

Прокатка плоской заготовки в клети с неприводными валками снижает тормозящее воздействие заднего натяжения на двигатели последующей клети с приводными валками, исключает противонаправленную работу электродвигателей двух смежных клетей, благодаря чему достигается общее сокращение затрат электроэнергии.

Экспериментально установлено, что при относительном обжатии плоской заготовки в неприводных валках более 30% из-за недостаточного резерва сил трения в очаге деформации последующей клети с приводными валками не исключается ее пробуксовка, что недопустимо.

Снижение величины удельного переднего натяжения менее 0,4 от предела текучести материала полосы требует уменьшения относительного обжатия для осуществления стабильного процесса прокатки. Это приводит к необходимости увеличения обжатий в остальных клетях непрерывной группы, к их перегрузке, увеличению прогибов валков, ухудшению точности прокатки и плоскостности полос. Повышение удельного натяжения более 0,9 от предела текучести материала полосы не исключает возможности разрыва плоской заготовки, обусловленной неравномерностью механических свойств, колебаний межклетевых натяжений и динамических свойств электродвигателей привода.

Прокатка с последовательным чередованием клетей с приводными и неприводными валками обеспечивает развязку по натяжению клетей с приводными валками и дальнейшее сокращение энергозатрат.

Экспериментально установлено, что если обжатие полосы в клети с приводными валками, следующей за клетью с неприводными валками, ведут в валках с шероховатостью менее 1,5 мкм Ra, из-за недостаточного резерва сил трения не исключается пробуксовка приводных валков. При шероховатости валков клети с неприводными валками более 0,8 мкм Ra увеличивается момент прокатки в этой клети, что также приводит к пробуксовке приводных валков.

Примеры реализации способа

Предложенный способ осуществляют на 5-клетевом непрерывном стане кварто 1700 бесконечной холодной прокатки полос с индивидуальным приводом рабочих валков. В клети №3 разъединяют муфты, связывающие шейки рабочих валков с электродвигателями главного привода. В результате рабочие валки 3-й клети становятся неприводными.

В неприводную клеть №3 заваливают шлифованные рабочие валки с шероховатостью поверхности 0,6 мкм Ra, а в следующую за ней клеть №4 с приводными валками - насеченные рабочие валки с шероховатостью поверхности 2,8 мкм Ra.

Прокатываемую заготовку, сваренную встык - «бесконечную» горячекатаную травленую полосу сечением 2,5×1375 мм из стали марки DC06 - с помощью моталки протягивают через межвалковые зазоры между рабочими валками всех 5-ти клетей стана 1700. С помощью гидравлических нажимных устройств при вращающихся рабочих валках и подаче смазочно-охлаждающей жидкости устанавливают заданный режим обжатий ε по клетям стана для прокатки полосы толщиной 0,6 мм, а также режимы удельных задних σ₀ и удельных передних σ₁ натяжений заготовки (табл.1):

Таблица 1.
Режимы обжатий и натяжений холоднокатаной полосы
Клеть №	Н0, мм	H1, мм	ε, %	σ0,2, МПа	σ0, МПа	σ1, МПа		Р, МН
1	2,50	1,75	30	371	58	120	0,32	14,84
2	1,75	1,207	31	521	120	140	0,27	13,55
3	1,207	0,855	29,16	591	140	355	0,60	14,3
4	0,855	0,625	26,9	631	355	170	0,27	14,56
5	0,625	0,60	4	648	170	40	0,06	10,81
Примечания: Н0 и H1 - толщина заготовки до и после клети;
Р - усилие прокатки.

Величина удельного переднего натяжения в клети 3 с неприводными рабочими валками составляет 0,6 от предела текучести заготовки σ_0.2 в соответствующем межклетевом промежутке.

После этого стан разгоняют до рабочей скорости 14 м/с и осуществляют прокатку горячекатаной заготовки в полосу заданной толщины 0,6 мм. Измеренная суммарная мощность, потребляемая всеми электродвигателями прокатного стана, при этом составляет N₁=9429,55 кВт против измеренной суммарной мощности N₀=10595 кВт, потребляемой при прокатке по известному способу (наиболее близкому аналогу). Таким образом, реализация предложенного способа обеспечивает сокращение затрат электроэнергии для осуществления процесса холодной прокатки полосы на величину

N₀-N₁=10595 кВт-9429, 55 кВт=1165, 45 кВт,

что соответствует относительному значению сокращения затрат на Δ=11%.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности представлены в табл.2.

Таблица 2.
№ п/п	Параметры прокатки в клети 3	Шерохов. валков в клети 4, мкм Ra	Δ, %	Примечание
ε, %		шерохов. валков, мкм Ra
1.	15	0,95	1,7	0,7	-	обрывы
2.	20	0,90	0,7	0,7	9,0	без замечан.
3.	25	0,65	0,7	0,7	10,0	без замечан.
4.	30	0,40	0,7	0,7	9,0	без замечан.
5.	32	0,39	0,8	0,8	0,8	Буксование
6.	16	0,39	1,5	1,3	-	Буксование
7.	22	0,40	0,5	1,5	9,0	без замечан.
8.	27	0,55	0,7	2,5	11,0	без замечан.
9.	30	0,90	0,8	3,0	9,0	без замечан.
10	31	0,95	0,9	2,0	-	обрывы
11.	25	0,3	0,7	0,7	0	без замечан.

Из данных, представленных в таблице, следует, в случае реализации предложенного способа (варианты №2-4, №7-9) достигается снижение энергозатрат на прокатку на 9-11%. Процесс прокатки стабилен, обрывы прокатываемой заготовки исключены, пробуксовка приводных валков отсутствует. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1, №5, №6 и №10) процесс прокатки нестабилен, снижения энергозатрат нет. При реализации известного способа (наиболее близкого аналога, вариант 11), хотя процесс прокатки протекает стабильно, затраты электроэнергии возрастают.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что при его реализации осуществляется развязка клетей с приводными валками от электродвигателей, клетью, работающей в пассивном режиме, с неприводными валками. Это уменьшает влияние друг на друга клетей с приводными валками и снижает их взаимные паразитные (тормозящие) нагрузки. Благодаря этому достигается сокращение затрат электроэнергии на осуществление процесса прокатки металлических полос.

В качестве базового объекта принят ближайший аналог. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства листового металлопроката на 2-3%.

1. Способ прокатки металлической полосы, включающий последовательное обжатие плоской заготовки в приводных валках непрерывной группы клетей с межклетевыми натяжениями, отличающийся тем, что по меньшей мере в одной из клетей непрерывной группы прокатку ведут в неприводных валках с относительным обжатием не более 30% и при удельной величине переднего натяжения, составляющей 0,4-0,9 от предела текучести материала полосы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку в непрерывной группе осуществляют при последовательном чередовании клетей с приводными и неприводными валками.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обжатие полосы в клети с приводными валками, следующей за клетью с неприводными валками, ведут в валках с шероховатостью не менее 1,5 мкм Ra, а в клетях с неприводными валками - в валках с шероховатостью не более 0,8 мкм Ra.