автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Развитие теоретических основ и повышение эффективности процесса прокатки полос и лент на 20-валковых станах

На правах рукописи Для служебного пользования Экз.№ 0&2.

Апшхмин Герман Викторович

Развитие теоретических основ и повышение эффективности процесса прокатки полос и лент на 20-валковых станах

Специальность 05.16.05 - «Обработка металлов давлением»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2001

Работа выполнена в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете)

Научный консультант,

доктор технических наук, профессор Полухин В.П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Нагайцев А. А.

доктор технических наук, профессор Скороходов А.Н.

доктор технических наук, профессор Гарбер Э. А.

Ведущая организация - ОАО «Кольчугинский завод по обработке

цветных металлов» Защита состоится "с? июня 2001 г. в •/^ часов на заседании диссертационного совета Д 212.132.09 - в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете).

Адрес института: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский пр.,4 тел.: (095) 955-01-27

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института стали и сплавов (технологическом университете).

Автореферат разослан " ° " мая 2001 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие различных отраслей промышленности приводит к созданию новых и совершенствованию существующих технологий применения металлопродукции, требующих от производителей проката заданных лабильных свойств, высокой точности размеров и формы особо тонких холоднокатаных полос и лент. За многие годы накоплен большой научно-технический потенциал н производственный опыт, в комплексе обеспечивающие производство тонких полос и лент высокого качества.

Несмотря на большое число теоретических и технологических работ, выполненных применительно к тонколистовой прокатке, актуальной остается проблема повышения эффективности процесса прокатки и получения качественных тонких и тончайших полос и лент на 20-валковых станах.

На момент начала выполнения данной работы в научно-технической читсратуре было недостаточно сведений об особенностях эксплуатации 20-валковых станов с точки зрения обеспечения точности размеров проката, -фактически отсутствовала информация о характере и особенностях упругого взаимодействия валков и научно обоснованных методах их профилирования, об эсобенностях устойчивости процесса прокатки. Зачастую выбор технологий и эежимов настройки валков был основан на интуитивных подходах, обобщении троизводственного опыта и т.п.

Основой для научно обоснованного выбора эффективных технических и гехнологических решений могут быть только новые углубленные знания о шимозависимостях факторов, влияющих на качество полос и лент и шределяющих устойчивость процесса прокатки, присущих как обычным станам солодной прокатки, так и факторов, особенно характерно проявляющих себя в !0-валковых станах.

В связи с этим изучение в настоящей работе закономерностей прокатки »ысокоточных особо тонких полос и лент в комплексе со всесторонним «¡следованием особенностей 20-валковых станов и разработка методов

прогнозирования и расчета параметров прокатки, подготовки и настройки валков математических моделей и алгоритмов, методик исследований, технологически: приемов, создания новых устройств и оборудования, имеют важное научное ] практическое значение. Разработка на их основе научно обоснованных технически и технологических решений в облаете прокатки тонких полос и ленг н многовалковых станах и их внедрение в производстве, представляет собо актуальную задачу.

Работа выполнялась согласно межвузовским научно-технически программам «Металл» и «Валок», а также в соответствии с координационным планами научно-исследовательских работ министерств и ведомств.

Цель и задачи исследований. Разработка и совершенствование процессе холодной прокатки полос, лент и фольт на основе всестороннего исследования учета особенностей 20-валковых станов, выявления физической картины поведени многовалковой системы в процессе прокатки; разработка новых технических технологических решений, направленных на освоение новых видов продукции.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующи

задачи:

• всестороннее исследование основных закономерностей поведения многовалко вой системы при прокатке, разработка и развитие методов расчета упруги взаимодействия валков;

• экспериментальное и теоретическое исследование и разработка методики проектирования компоновок валковых узлов;

• установление взаимосвязи параметров профилирования валков с поперечным профилем и формой полос и ленг, создание методов расчета, разработка внедрение новых профилировок валков;

• исследование и разработка методики прогнозирования биения валков и высою частотной составляющей продольной разноголщинн ости с учетом форм поперечного сечения валков;

исследования влияния неравномерности распределения удельных натяжений ю ширине полосы на устойчивость процесса и формообразование полос;

исследование температурных условий при прокатке в связи с их влиянием на ячество проката и эффективность процесса;

исследование влияния формы рулона на поперечную устойчивость полос при к прокатке и намотке;

использование результатов исследований при создании и внедрении в [ромышленное производство новых технических решений, обеспечивающих эвершенствование технологии и оборудования.

Научная новизна полученных результатов. Впервые установлены закономерности распределения погонных нагрузок в 1ежвалковых контактах (межвалковых давлений) 20-валковых станов, имеющие ринцигашльное значение для разработки расчетных методик и технологических жомендаций применительно к многовалковым системам, озданы новые методики расчета параметров пространственного упругого юимодействия валков многовалковых систем, всесторонне учитывающие :обенности и реальные условия их работы.

Впервые дана количественная оценка жесткости валковой системы и лементов клети в свете прогнозирования продольной разнотолщинности полос, исширения технологических возможностей клетей за счет увеличения вариантов эмпоновок валков в системе, унифицирования сборки валковых узлов при ссплуатации, определения силовых параметров при прокатке фолы.

Научно обоснованы новые подходы к профилированию валков, отражающие пецифику работы многовалковых систем; созданы новые методы расчета фаметров профилирования валков с учетом осевого перемещения зомежуточных валков с коническими скосами на краях бочки.

Впервые раскрыт механизм образования высокочастотной составляющей эодольной разнотолщинности особо тонких холоднокатаных полос.Установлена ! взаимосвязь с профилем поперечного сечения валков и опорных роликов

20-валковых станов, а также разработана методика ее прогнозирования.

• Выявлены резервы повышения точности и устойчивости процесса холодной прокатки особо тонких полос и лент, разработана методика определения режимо! холодной прокатки, обеспечивающих максимальную устойчивость процессе относительно формы и целостности полосы с учетом неравномерности параметре! процесса и их отклонений по ширине полосы.

• Получили дальнейшее развитие методы экспериментального и аналитического исследования, позволившие установить основные закономерности температурной режима, оценить динамику изменения температуры полосы по проходам изменение температуры то ширине полосы и на участках от очага деформации д< моталки. Установлено влияние неравномерности распределения температуры п< ширине полосы на распределение передних и задних удельных натяжений 1 неплоскостность полос.

• Разработано аналитическое решение задачи определения формы профиля образующей рулона и распределения удельных натяжений по ширине полосы ; витках рулона, учитывающие поперечную разнотолщинность и неплоскосгносг наматываемых полос, форму и неравномерность распределения удельны: натяжений по ширине полосы, форму профиля образующей барабана моталки щи гильзы.

Практическое значение подученных результатов. На основе результата экспериментальных и теоретических исследований разработаны и внедрены новы технические и технологические решения и организационные мероприяго обеспечившие:

• увеличение выхода годного на 12 % за счет повышения стабильности процесса прокатки и качества кинескопной ленты на стане 700Э (Магнитогорски металлургический комбинат);

• увеличение обьема производства особо тонких лент из прецизионных сплавов при применении оптимальных вариантов компоновки валков и профилировок

валков и профилировок стана 400 (Ленинградский сталепрокатный завод);

• освоение выпуска новой продукции из сплава 50НП с повышенной точностью размеров, обеспеченной разработкой режимов профилирования валков стана 400 (Ленинградский сталепрокатный завод);

• освоение технологии производства ленты из стали марки 09X15Н8Ю повышенной точности на стане 400 и повышение моторесурса специзделия (п/я В-8471 и п/я М-5481);

• увеличение сроков работы специзделий от повышения точности и качества холоднокатаных лент из специальных сплавов, прокатываемых на стане 400 при использовании новых профилировок и компоновок валкового узла (п/я М-5481);

• внедрение режимов обжатий и натяжений в заключительном прокатном переделе и режимов установки конусных валков 20-валковош стана 450, обеспечившие снижение уровня отбраковки холоди окатано й лезвийной ленты на 4 % (а.с. № 1076155) (Завод «Электросталь»);

• улучшение качества металла и снижение расходного коэффициента при производстве холоднокатаных лент из прецизионных сплавов в результате внедрения рациональных профилировок валков стана 400 (Завод «Электросталь»);

• внедрение автоматизированной системы определения компоновок валков и параметров прокатки (Кировский завод ОЦМ»),

Суммарный экономический эффект составил свыше 1,5 млн. руб. (в ценах до 1991 г.).

Для решения практических задач разработаны инженерные методики расчета профилировок валков 20-валковых станов, компоновок их валковых узлов, прогнозирования высокочастотной составляющей продольной разнотолщинности. Методики нашли применение на производстве, используются в НИИ и в учебном процессе вуза.

Личный вклад соискателя. При проведении исследований, результаты которых опубликованы в соавторстве, диссертантом определены идеология и

постановка научных задач, лично разработаны расчетные методики и предложен основные идеи технических и технологических решений, выполнен анализ обобщение лабораторных и промышленных экспериментов. Под руководством при личном участии диссертанта выполнены эксперименты, промышленнь испытания и внедрения.

Апробация результатов диссертации. Основные положения работ доложены и обсуждены на Всес. научно-техн. конф. «Прогрессивнь технологические процессы в производстве холоднокатаного листа» (г.Липецк, 195 г.), Всес. научно-техн. конф. «Проблемы повышения технического уров! производства черных металлов и сплавов» (г.Тула, 1985 г.), Всес. научно-тех совещании «Пути ускорения повышения качества металлопродукции i предприятиях металлургии» (г.Жданов, 1986 г.), Всес. научно-техн. семина] «Улучшение качества поверхности холоднокатаной листовой стали за сч< совершенствования процесса холодной прокатки» (г. Череповец, 1988 г.), 4-й Все научно-техн. конференции «Теоретические проблемы прокатного производств; (г.Днепропетровск, 1988 г.), международной конференции по проблема листопрокатного производства (Чехословакия, г.Острава, 1991 г.), Всерос. научн техн. конф. «Теория и технология процессов пластической деформации» (г.Моске 1996 г.), а также (в период с 1975 г. по 2001 г.) на научных семинарах кафедр пластической деформации специальных сплавов и проблемной лаборатор! процессов пластической деформации и упрочнения МИСиС, на научн технических советах заводов «Электросталь», Кировского завода ОЦМ, на научн техническом совете ОАО «Институт Цветметобработка» и на объединение научном семинаре по обработке металлов давлением МИСиС.

Результаты исследований автора являлись составной частью работ удостоенной в 1980 г. премии Ленинского комсомола в области науки и техники.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано монографии, учебном пособии и 40 научных статьях. Получено 12 авторею свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 разделов,

илводов. Она изложена на 298 стр. машинописного текста, содержит 147 жсунков, 30 таблиц, список использованных источников из 175 наименований, а ■аюке 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

20-валковые станы представляют собой уникальные агрегаты, которые финципиально отличаются от листопрокатных станов других типов. Эти ггличия касаются не только конструкций рабочих клетей, числа валков и гежвалковых контактов, но и параметров, характеризующих сортамент фодукции и технологию процесса прокатки. Так, отношение ширины полосы к .е толщине составляет 10...40 тыс. (в четырехвалковой клети - 1,5 ...6 тыс.), (лина очага деформации в 10...20 раз меньше, чем в случае четырехвалковой шети.

В то же время, ряд принципиальных закономерностей, характеризующих, гапример, взаимодействие валков 20-валкового стана, имеют общий характер и с оответсгвующими корректировками могут быть распространены на другие таны (имеющие четыре валка и более).

В известных работах отечественных и зарубежных ученых, посвященных ллодной тонколистовой прокатке, подробно рассмотрен очаг деформации, даны (одежные методики расчета энергосиловых параметров процесса, исследована трукгура холоднокатаных полос, изучено трение в очаге деформации и ехнологические смазки, рассмотрено качество поверхности полос и лент. При ыполнекии диссертационной работы автор опирался на эти решения и езультаты.

При постановке и проведении экспериментальных и теоретических ^следований многовалковых станов автор, презвде всего, ориентировался на омплексный и рационально полный учет различных факторов, влияющих на ачество полос и лент и определяющих устойчивость процесса прокатки. К ним тносяггся как факторы, присущие любому стану холодной прокатки, так и

факторы, наиболее ярко проявляющие себя в многовалковых станах, в частности профилировки промежуточных и опорных валков, биение валков, профиль образующей рулона на моталке.

При проведении многолетних исследований автор придерживался следующего общего плана работ:

1 - исследование и решение новых задач, имеющих важное теоретическое н прикладное значение;

2 - постановка и решение задач, которые необходимы для уточнения и развития ранее полученных расчетных методики практических рекомендаций;

3 - решение задач, которые недостаточно исследованы для разработки технологических решений, связанных с освоением новых видов продукции.

В настоящей работе на основании выполненных автором исследований изложены научно-обоснованные технологические и технические решения в области прокатки тонких полос и лент на многовалковых станах, внедрение которых обеспечивает ускорение научно-технического прогресса.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОВЕДЕНИЯ МНОГОВАЛКОВОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ПРОКАТКЕ

Станы с 20-валковыми клетями в отечественной металлургической i металлообрабатывающей промышленности применяют для прокатки широкой марочного и размерного сортамента тонких и тончайших полос, лент и фольг. £ зависимости от сортамента существует ряд станов, значительно отличающиха длиной бочки (от 60 до 1700 мм) и диаметрами (от 3 до 150 мм) рабочих валко* (табл.). Конструкции большинства отечественных 20-валковых станов разработань ВНИИМЕТМАШем.

Такое многообразие станов по их основным параметрам требует создали; новых методов исследования и расчета пространственного упругоп взаимодействия валков, наиболее полно учитывающих особенности этих станов.

Таблица

20-валковые станы отечественных заводов

(заштриховано - объекты исследования и внедрения)

Завод Тип стана

60 160 300 400 450 500 540 700 то 1700

Московский завод по обработке спецсплавов X

Московский завод тугоплавких металлов X

Экспериментальный завод качественных сплавов X X X

Санкт-Петербургский сталепрокатный завод X ЁШР ■ 'V

Уральский завод прецизионных сплавов X

Гайский завод ОЦМ X

Завод «Электросталь» ж

Миньярский метизно-металлургический завод X X

Московский завод по обработке цветных металлов X

ПО «Ижсталь»

Кировский завод ОЦМ

Кольчугинский завод ОЦМ X

Верхне-Салдинское металлообрабатывающее производственное объединение щ X

Завод «Серп и Молот» ж

Магнитогорский металлургический комбинат ШШ

Ашинский металлургический завод X

Новолипецкий металлургический комбинат X

Верх-Исетский металлургический завод X

Челябинский металлургический комбинат X

Впервые в отечественной практике в промышленных условиях на ряде 20-вадковых станов были проведены экспериментальные исследования, ш основании результатов которых впервые установлены основные закономерности распределения погонных нагрузок в межвалковых контактах (межвалковых давлений).

В основу методики положен метод контактных отпечатков: межд> контактирующими парами валков по длине бочки закладывали тонкие полосы (образцы-свидетели) из отожженной стали, а между рабочими валками - полосу шириной, равной ширине прокатываемой полосы; рабочую клеть нагружал» посредством гидроцилиндров нажимного устройства. После снятия нагрузки на образцах остаются отпечатки, изменение ширины и формы которых характеризует соответствующее изменение межвалкового давления по длине бочки. На основании измерений отпечатков с последующей обработкой данных с использованием методов механики получены эпюры межвалковых давлений для всех контактирующих пар валков многовалковых систем (рис. 1).

5 X

сг

о.а . 0.8 0.1 о.а

0.5 0.4 0.3 0,2 0.1

У/ г/ _—

•>3.1

—ГУ 1/

¡Р? "V/

г ;

4.3 —

____ -----

3.3

-г- 4.2

.. о ОЯ51 0.2301 0.375 1 0.5001

Длина бочки

Рис.1. Эпюры межвалковых давлений по контактам валков стана 700Э при усилии прокатки 0,97 МН и ширине полосы 565 мм. Сплошные линии -расчет; пунктирные - эксперимент; цифры- номера контактов (см. рис.7).

Особенностью эпюр межвалкового давления в близлежащих к рабочему валку контактах (практически для всех исследуемых станов) является то, что на злине бочки, соответствующей (0,6...0,7)1 (I - длина бочки) относительно ее :ередины, величина межвалковых давлений q практически постоянна; в зонах, прилегающих к краям бочки, величина q резко уменьшается; на остальных иежвалковых контактах распределение /7 по длине бочки изменяется монотонно и носит параболический характер (см. рис. 1).

На основе эпюр межвалкового давления с учетом зависимости сближения эсей валков от нагрузки и компоновки валкового узла, получены упругие линии рабочих валков, характеризующие их прогиб.

Вследствие того, что прогиб валков 20-валкового стана определяется неравномерностью сближения осей валков, форма упругой линии рабочего валка аналогична форме эпюр межвалкового давления в близлежащих к рабочему валку контактах, то есть в средних зонах по длине бочки прогиб рабочих валков практически постоянный, в крайних зонах — резко уменьшается.- На практике компенсация прогиба на краях бочки валков обеспечивается применением на первых или вторых промежуточных валках конических участков (скосов) эпределенной длины и глубины, выбираемых обычно методом подбора.

Экспериментальными исследованиями показано, что при прокатке металлических фольг толщиной 10...20 мкм при определенных условиях возникает контакт краев бочек рабочих валков вне зоны пластической деформации, вызываемый прогибом рабочих валков и их упругим сплющиванием в очаге деформации. При этом возрастает общее усилие, затрачиваемое на процесс прокатки, так как помимо пластической деформации полосы необходимо обеспечить определенную упругую деформацию валковой системы в зоне, не контактирующей с полосой. Кроме того, в этих условиях наблюдается естественный «противоизгиб» рабочих валков от нагрузки, возникающей при касании краев бочек двух рабочих валков.

Таким образом, установлены два явления: с одной стороны - возрастание )бщего усилия, затрачиваемого на прокатку, что снижает технологические

возможности стана с точки зрения получения фольг минимальной толщины; с другой - наличие естественного «противоизгнба» рабочих валков, уменьшающего их прогиб и обеспечивающего возможность при определенных условиях осуществлять прокатку фольг на цилиндрических валках.

Для разработай вариантов и параметров профилировок промежуточных валков, учета неравномерности распределения межвалковых давлений с точки зрения их влияния на контактную стойкость и износ валков получение информации о характере пространственного упругого взаимодействия валков для всего диапазона соотношений параметров валков и прокатываемых полос многочисленных 20-валковых станов только экспериментальным путем является очень трудоемкой задачей.

В связи с этим была создана методика расчета, учитывающая реальные особенности прокатки на станах такого тапа. С учетом особенностей компоновки валковых узлов 20-валковых станов, когда каждый рассматриваемый валок опирается на два последующих, а весь узел валков расположен в жесткой станине, для расчета упругих деформаций выбрана схема, при которой рабочий и промежуточные валки рассматриваются как балки, лежащие на сплошном упругом основании (рис.2).

Рис.2. Схема к расчету упругих деформаций валков.

С учетом экспериментально выявленных особенностей взаимодействия валков 20-валковых станов выделены три основных варианта расчета.

Первый (базовый) вариант - это расчет упругих деформаций и межвалковых давлений цилиндрических валков при условии отсутствия контакта краев бочки рабочих валков между собой вне зоны пластической деформации полосы.

Второй вариант - расчет упругих деформаций и межвалковых давлений с учетом совместного контакта краев бочек рабочих валков вне зоны пластической деформации полосы.

Третий вариант - расчет упругих деформаций и межвалковых давлений профилированных валков.

В основу расчета упругих деформаций валков положен метод с -использованием ф>1иацнй.А.Ы_Крьыова,.позволяющий получ1ггь_решенне,_удобное для практического использования и программирования.

Для определения упругих деформаций и межвалковых давлений валков с учетом принципа суперпозиции приняты три расчетные схемы нагружения (см.рис.2).

В качестве допущении принято, что реакция между валками в любом поперечном сечении пропорциональна упругому сплющиванию валков, а связи между валками двухсторонние; эпюры нагружения для схем I, II и III аппроксимированы кусочно-линейными функциями.

Уравнения для определения прогиба валков (в частности для определения прогиба рабочих валков) при схеме нагружения I получили в ввде:

при схеме нагружения II:

к

(2)

(Я - а,, + [1 ■- Г, (£.- а12 а при схеме нагружения 111:

7(0 =

(3)

где С] и С2 - постоянные интегрирования;

VI (¿), У2(ф - значения функций А.Н. Крылова; д = Р/В - погонная нагрузка по ширине полосы (Р - сила прокатки, В - ширина полосы);

£ - безразмерная координата сечения по длине бочки (£ =X/Ь), в котором определяется величина упругой деформации; а ¡у - граница участков нагружения в безразмерном ввде; К - коэффициент упругого основания, Н/мм2;

Величину межвалковых давлений определяли как произведение величины упругой деформации на коэффициент упругого основания.

Упругие деформации и межвалковые давления для всех контактов валко! 20-валкового стана определяли с учетом неравномерности нагрузок действующих в рассматриваемом контакте и силового контура.

Эпюры межвалковых давлений для профилированных валков д„Р(£ получены корректировкой эпюр для цилиндрических валков с учето.\

положения о зеркальном отображении межвалковых зазоров, определяемы? профилировками валков, на эпюру межвалковых давлений:

)т<14

где 1Г (ф - функция, описывающая профили контактирующих валков.

На основании разработанных методик расчета создана комплексная математическая модель валкового узла 20-валкового стана. Алгоритм реализован в виде итерационных вычислительных блоков, позволяющих получать информацию для всех вышеуказанных вариантов силового и упругого взаимодействия валков при прокатке.

Анализ упругих деформаций валков в зависимости от длины их бочки, ширины прокатываемых полос и материала валков, проведенный для ряда 20-валковых станов расчетным и экспериментальным путем, показал, что расхождение результатов не превышает 10... 15 %.

Практически для всех исследованных станов установлено, что форма упругой линии рабочих валков качественно повторяет форму эпюр межвалковых давлений в контактах- рабочих- и первых промежуточных валков,- а также первых- и вторых промежуточных валков, имея явно выраженный прямолинейный участок в средней части длины бочки.

Показано, что для выбора параметров конусности (профилировки) промежуточных валков необходимо учитывать величину прогиба и зону перегиба упругой линии рабочего валка в реальном диапазоне усилий прокатки. При уменьшении диаметра рабочих валков и/или увеличении длины бочки происходит качественное изменение формы его прогиба: протяженность равномерного участка упругой линии возрастает, а зона ее перегиба локализуется интенсивнее.

Результаты экспериментальных и аналитических исследований показали наличие жесткой взаимосвязи прогибов рабочих валков с параметрами конусности профилированных промежуточных валков, весьма важной для разработки эффективных вариантов профилирования.

Исследованиями особенностей процесса прокатки фольт на 20-валковом стане установлено, что при совместном контакте рабочих валков на краях бочки вне зоны пластической деформации полосы изменяются условия нагружения рабочих валков, вызывающие их обратный прогиб, компенсирующий изгиб от

усилия деформации и, в итоге, выравнивающий форму упругой линии рабочих валков. При этом общее усилие прокатки может в 1,5.. .2 раза превышать усилие, затрачиваемое непосредственно на пластическую деформацию (рис. 3 и 4).

Полученные результаты экспериментальных исследований и расчетные данные свидетельствуют, что при силовом упругом взаимодействии профилированных валков контактное давление в зонах перехода от конической части бочки к цилиндрической возрастает в зависимости от параметров конусности на 10...25 % и требует учета при оценке эксплуатационной стойкости валков.

Для практических расчетов разработана регрессионная модель, позволяющая определить прогибы рабочих валков и выбрать профилировки промежуточных валков с погрешностью, ве более 17 %.

у,нн

0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 П.ми

Рис.3. Распределение прогибов рабочих валков стана 160 при прокатке фольги по маршруту 0,1 - 0,01 мм.

1 - прогиб от усилия деформации;

2 - прогиб при «протгаоизгибе»;

3 - суммарный прогиб.

Рис.4. Зависимость усилий прокатки (1) и пластической деформации (2) от толщины прокатываемой фольги ( толщина подката - 0,1 мм). Р тах - допустимое усилие прокатки; Р к - усилие начала совместного контакта рабочих валков.

Дополнительно проведенными исследованиями, вызванными необходимостью сквозного учета формирования параметров точности холоднокатаных полос, установлено, что для четырехвалковых клетей (применяемых в технологических линиях по производству особо тонких полос для получения подката, используемого в последующем на 20-валковых станах), имеющих отношение Ь / Б т < 1, наблюдается значительное расхождение расчетных и экспериментальных данных по упругим деформациям и межвалковым давлениям. Показано, что при разработке профилировок рабочих и опорных валков таких клетей необходимо базироваться на получаемой экспериментально информации о характере распределения межвалковых давлений.

ИССЛЕДОВАНИЕ, РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ЖЕСТКОСТИ МНОГОВАЛКОВЫХ СИСТЕМ

Решение задач, связанных с количественной оценкой жесткости валковых систем 20-валковых станов, вызвано необходимостью прогнозирования продольной разнотолщинности полос, разработки систем автоматического регулирования, расширения технологических возможностей клетей за счет увеличения вариантов компоновки валковых узлов, унифицирования сборки валковых узлов при эксплуатации, определения силовых параметров при прокатке фольг.

Исследования, выполненные автором в данном направлении, развивают и дополняют научные результаты ученых ВНИИМЕТМАШ, ИЧМ (г.Днепропетровск) и других научных центров.

Применительно к 20-валковому стану 700Э была определена жесткость рабочей клети двумя способами. Первый способ (I) реализован с применением традиционной методики, предусматривающей рулонную прокатку полосы из стали марки 08кп с участками различной толщины и при постоянном установочном межвалковом зазоре. Усилие при прокатке каждого участка полосы фиксировали по показаниям манометра цилиндра нажимного устройства. По второму способу (II) жесткость клети определяли с использованием показаний индуктивного

датчика, установленного на верхней зубчатой рейке нажимного устройства, и величины перемещения поршня нижнего цилиндра. По разности перемещений поршня и зубчатой рейки с учетом изменения нагрузки на клеть определили величину ее упругой деформации и, в итоге, модуль жесткости клети.

Расчет жесткости 20-валковой клети проводили с применением известных из механики расчетных формул; суммарную деформацию валкового узла определяли с учетом деформаций опорных роликов, вызывающих изменение координат цешров валков и роликов, и совместного упругого сжатия по контактам валков; при расчете также учитывали сложный механизм деформации элементов опорных роликов.

Отмечено, что деформация валкового узла определяется двумя факторами: совместным упругим сжатием контактирующих пар валков и опорных роликов (78 %) и жестким смещением валков, вызванным упругим сжатием элементов опорных роликов (22 %).

Результаты экспериментальных исследований и расчетов показывают, что модуль жесткости рабочих клетей 20-валковых станов, в отличие от четырехвалковых, зависит от усилия прокатки, что объясняется нелинейностью зависимости совместной упругой деформации валков в многочисленных межвалковых контактах многовалковых систем от нагрузки. Так, для стана 700Э при увеличении силы прокатки от 0,25 до 0,90 МН модуль жесткости возрастает от 2100 МН/м до 2320 МН/м, что составляет около 10 % ( рис.5).

Анализ полученных данных и оценка их точности показывают, что расчетная методика определения жесткости клети 20-валкового стана дает результаты, пригодные для практического использования.

На основании разработанной методики создан алгоритм для математического моделирования вариантов компоновки валковых узлов 20-валковых станов с одновременным определением их жесткости. Результаты исследований показывают, что соотношения диаметров валков и опорных роликов, а также углы компоновки валкового узла оказывают заметное влияние

Л/К)МН/м

2000

1500

1 а -—— — о _

Э--

а I О д

0,20 0.30 0,40 0,50 0,60 0,70 ДМН

Рис.5. Зависимость модуля жесткости клети стана 700Э от силы прокатки. 1 - расчет; 2 - эксперимент по способам /и II.

на его деформацию и могут изменять ее в пределах 15...20 %. Установлена и

практически использована возможность изменения жесткости клети за счет

соответствующего изменения диаметров рабочих и первых промежуточных валков—

что в известной степени расширяет технологические возможности станов. Даны

практические рекомендации по выбору диаметров валков, обеспечивающих

заданную (в определенном диапазоне) жесткость валкового узла и клети.

Установлены соотношения диаметров валков и опорных роликов,

эбеспечивающие при минимально допустимых значениях углов компоновки

валкового узла его наибольшую жесткость, рис.6. Предложенный подход к выбору

параметров валковых узлов позволит повысить эффективность этих станов и

■сачество прокатываемых полос и лент. Л/к,МН/м

"к

2600 2500 2400 2300' 2200

2100

2> %

1' \

2 N N

) ч Ч

/ I 3' ч

/ ) 1.

Рис.6. Зависимость модуля жесткости клети от отношений диаметров контактирующих валков и опорных роликов.

0.4 0,5 0,6 0.7 0,0 О.Э 1,0

На основе выработанных подходов к расчетам компоновок валковых узлов разработана и реализована на практике компьютерная система проектирования компоновок, позволяющая обеспечить технологичность сборки валков и оптимизировать парк валков по их числу и назначению с учетом частоты установки в клети.

ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ КОНУСНЫХ ПЮМЕЖУТОЧНЫХ

ВАЛКОВ И ИХ ОСЕВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ С ПОПЕРЕЧНЫМ ПРОФИЛЕМ И ФОРМОЙ ПОЛОС И ЛЕНТ

Решение задачи повышения точности размеров холоднокатаных полос и лент, устойчивости их прокатки непосредственно связано с разработкой профшшровок валков, отражающих специфику работы многовалковых систем, созданием новых методов расчета параметров профилирования валков с учетом осевого перемещения промежуточных (опорных) с коническими скосами на краях бочки. Важны анализ и учет влияния профилирования валков не только на поперечную разнотолщинносгь и форму полос, но и оценка влияния особенностей профилирования на локальную неплоскостность полос, создание новых технических решений по профилированию валков и их реализация в технологических процессах.

Для решения поставленных задач созданы методы расчета профшшровок и параметров конусности промежуточных валков на основе учета особенностей упругого взаимодействия валков 20-валкового стана, проанализированных выше.

На первом этапе создана базовая методика определения параметров конусности промежуточных валков, обеспечивающих технологически необходимую компенсацию прогиба рабочих валков.

Принятый при этом принцип расчетного определения параметров конусности промежуточных валков поясняется схемой на рис.7 и соотношениями, характеризующими взаимосвязь глубины конусности промежуточных валков №¡(3 и прогиба рабочих валков

Профили (глубииа конусности) промежуточных валков AR3(§ и М3(ф в м сечении по длине бочки определяли по следующим зависимостям: М2(ф-Yp.^j / 2 eos а (1 +cosfi + cosa) ; (5)

AR3 (¿)=Y рл_!/2cosa'cosce (1+costj/cosff). (6)

Рис.7. Схема к определению профилировок валков 20-вашсового стана.

Прогиб рабочего валка по длине бочки определяли с использованием описанной выше математической модели валкового узла по формуле: Y p. e.i~2 cosa[Y2.i(§ + cos /3(Y3,t (ф + Y4.t (ф cos y +

COS 77

+ Y4,2 (ф cos 4 +cosx(Tu (ф+У4.3 (ф-4],

COS в

(7)

где У 2.1 (ф,- ,У 4.з (ф ~ прогибы валков в том сечении по длине бочки в

контактах 2.1.....4.3 (см. рис.7).

На втором этапе определяли влияние осевого перемещения конусных промежуточных валков на профиль активной образующей рабочих валков.

Промышленные исследования в этом направлении были выполнены впервые для 20-валковых станов 400 и 450 завода «Электросталь» применительно к прокатке полос из спецсталей и прецизионных сплавов.

Исследования проведены для каждого прохода при холодной прокатке полос толщиной 0,35...2,6 мм. Опытные полосы прокатывали участками, на каждом из которых изменяли осевое положение конусных валков, а после прокатки измеряли поперечную разнотолщинносгь и неплоскостность полос.

Результаты исследований позволили определить положения конусных валков, при которых обеспечивается равенство вытяжек по ширине полосы.

Выявленные закономерности характерны как для первых, так и для вторых промежуточных валков.

На основании обобщения экспериментальной информации, полученной в комплексе с расчетом упругих деформаций профилированных валков с учетом их осевого перемещения, а также расчетом выходной поперечной раз ното лщинно ста прокатываемых полос (рис. 8), разработаны рекомендации по фиксации положения конусных валков в каждом проходе.

По результатам анализа взаимосвязи параметров конусности с упругими деформациями валков разработаны на уровне изобретений технические решения по профилированию валков 20-валковых станов.

Применительно к технологиям производства холоднокатаных полос из стали 65X13 и прецизионных сплавов 29НК и 50НП на 20-валковых станах 400 и 450 завода «Электросталь» разработаны и внедрены профилировки первых промежуточных валков с учетом их осевого перемещения, теплового профиля рабочих валков и силовых параметров прокатки, в комплексе обеспечившие высокую точность размеров и свойства готовых полос в соответствии с требованиями технических условий.

На 20-валковом стане 700Э ММК для прокатки кинесколной полосы внедрены профилировки первых промежуточных валков с двусторонними конусными участками различной протяженности, исключающие возникновение коробоватости и локальной неплоскостности прокатываемых полос.

120 100 80 60

40 20 % О

\ -35 -30 -25 '20 -15 -10 ~5 0 5 10 15 20 25 30

_Лоложение_нонусных_Вамо5, ж_

^ 50

53 N

30 20

10 О

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 ■35 Полотенце конусиь/х 8алноб} ни

Рис.8. Зависимость суммарного прогиба рабочих валков 20-валкового стана 450 на ширине полосы (сплошные линии) и ее поперечной разнотолщинности (пунктирные линии) от положения конусных первых промежуточных валков (цифры - номера проходов, точки - экспериментальные данные, а - маршрут прокатки 3,5—>1,35 мм, б - 1,35-»0,5 мм ).

Для прокатки фольг из труднодеформируемых прецизионных сплавов опробован и реализован вариант профилирования валков 20-валкового стана 160, предусматривающий применение первых промежуточных валков с двусторонней конусностью в дополнение к односторонней конусности вторых промежуточных валков. Такое решение обеспечивает снижение силовых параметров прокатки и повышение устойчивости процесса.

ПРОФИЛЬ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ БАЖОВ И ЕГО ВЛИЯНИЕ

НА ВЫСОКОЧАСТОТНУЮ СОСТАВЛЯЮЩУЮ ПРОДОЛЬНОЙ РАЗНОТОЛЩИННОСТИ

Специфическим и в практике листопрокатного производства до настоящего времени слабо изученным дефектом точности холоднокатаных полос является высокочастотная составляющая продольной разного лщигаюсти полос. Ее образование определяется профилем поперечного сечения валков и опорных роликов в многовалковых системах и зависит от точности изготовления к шлифования в условиях эксплуатации как рабочих, так и промежуточных валков Важной задачей является разработка методики прогнозировании высокочастотной составляющей продольной разного лщшшости полос с учетоь профиля поперечного сечения всех валков в многовалковой системе.

Экспериментально исследовали профиль поперечного сечения рабочих I промежуточных валков 20-валковых станов. На основании анализа полученныз круглограмм установлено, что зачастую профиль поперечного сечения валко) существенно отличается от круглого, имеет явно выраженную огранку с число» граней в среднем до 4-6 и амплитудой, достигающей 5...6 мкм. При это» количественные характеристики огранки в различных сечениях по длине бочю валков могут заметно отличаться.

Установлено, что форма профиля поперечного сечения рабочих валков вызывая соответствующее их биение, влияет на формирование высокочастотно] составляющей продольной разнотолщинности полос, а количественные

амплитудно-частотные характеристики круглограмм валков соответствуют амплитудно-частотным характеристикам высокочастотной продольной разного лщинн ости.

В результате аналитического исследования с применением специально разработанной методики установлены параметры, характеризующие влияние биения опорных роликов с различной формой профиля их поперечного сечения на биение рабочих валков 20-валкового стана. Показано, что за счет соответствующей установочной ориентировки опорных роликов можно в 1,5...2 раза уменьшить величину биения рабочих валков и, соответственно, высокочастотную составляющую продольной разноголщинности полос.

Разработана математическая модель процесса холодной прокатки, позволяющая прогнозировать продольную разноголщинность полос с учетом формы поперечного сечения профиля валков, колебаний удельных натяжений и

исходной продольной разного лщинности подката. При этом высокочастотное изменение межвалкового зазора из-за некрутлости профиля поперечного сечения валков и опорных роликов определяли в соответствии с зависимостью:

У, = Л, эт

(8)

А

где Л, - амплтуда биения /-го валка;

/ - порядковый номер (1,..., 10) валка;

К- число граней на профиле поперечного сечения валка;

Упр - скорость прокатки;

t - расчетное время;

Д - диаметр /-го валка;

<рт- угол начального сдвига фаз.

Проведенные применительно к процессу прокатки кинескопной полосы исследования с использованием математической модели показали, что рассчитанные профилограммы продольной разного лщинности и ее высокочастотной составляющей соответствуют реальным профилограммам толщины полос в продольном направлении.

Рекомендовано при прокатке особо тонких полос специального назначения, служебные характеристики которых исключают наличие высокочастотной составляющей продольной разнотолхцинности (например, кинескопная полоса), осуществлял» учет и контроль формы профиля поперечного сечения валков 20-валковых станов.

НЕРАВНОМЕРНОСТЬ УДЕЛЬНЫХ НАТЯЖЕНИЙ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОЦЕССА И ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ПОЛОС

Процесс холодной прокатки на многовалковых станах характеризуется неравномерностью деформации по ширине полосы, вызываемой поперечной разнотолщинносгью подката, изменением коэффициента трения и механических свойств металла по ширине полосы, а также рядом других факторов. Следствием этого является неравенство вытяжек и удельных натяжений по ширине, в конечном счете, приводящие к неустойчивости процесса и искажению поперечного профиля и формы полосы.

Данный раздел развивает известные исследования устойчивости процесса холодной прокатки на четырехвалковых станах, выполненные в МИСиС, ЧПИ, ЛипПИ и ВНИИМЕТМАШе.

Для выбора технологических режимов, обеспечивающих максимальное самовыравнивание неравномерности вытяжек по ширине полосы, необходима методика расчета распределения натяжений по ширине полосы на входе в очаг деформации и выходе из него, а также неравномерности толщины полосы на выходе из очага деформации.

Разработана математическая модель холодной прокатки, позволяющая определять распределение геометрических, скоростных и силовых параметров по ширине полосы в очаге деформации, а также изменение удельных натяжений и внутренних продольных напряжений по ширине полосы. Учтено влияние различных по форме распределений и отклонений температуры полосы, толщины

подката, предела текучести, коэффициента трения, а также радиуса и прогиба рабочих валков по ширине полосы на формообразование при холодной прокатке полос.

Основные формулы алгоритма приняты в виде:

изменение толщины полосы h¡ по ее ширине на выходе из очага деформации:

dhx _ 1__

ch0 dy ' ба0 dy ' do-, dy ' 8kT dy ' 8a° dy

dy m

° ей,

; (9)

изменение переднего a¡ и заднего a0 удельных натяжении по ширине полосы:

da, Е 1

dy l—v2 S+l

es dh0 es dh^ dS da0 í SS dal ^

6h0 dy 6hx dy 5aa dy der, dy

d^dk^ dS da¡ j E dhx Ea dT

+ dkT dy + da°T dy J + (l-v2X <fy * (l-v'fc-tíT) dy

der0 _ da*" | da, E f d\ hx dhB 2hxa t/7* Y dy dy dy (1 -v2)h\dy h, dy 1 + aTdy)'

(10)

(11)

изменение продольных напряжений с, по ширине прокатанной полосы:

_л;, (12)

(¡у dy (1-у2Х\+аТ) dy

где Мс - жесткость рабочих валков на упругое сплющивание;

Ч(У)~ кт(у),Ыу)> сг® (_>>), аь(у), сг}(у), &£""()>) - соответственно изменяющиеся

по ширине полосы погонная нагрузка, коэффициент трения, толщина исходной полосы, предел текучести материала полосы на входе в клеть, удельные натяжения на входе и выходе из клети, остаточные напряжения на входе в клеть; &'(у) - опережение;

Т - средняя по ширине температура полосы, °С;

а - температурный коэффициент линейного расширения;

Е - модуль упругости материала полосы;

V- коэффициент Пуассона.

Сравнение расчетных и экспериментальных данных, характеризующих неравномерность продольных напряжений по ширине полосы и ее неплоскостность, показало, что их расхождение не превышает 17%.

На основании результатов аналитических исследований, выполненных с использованием разработанной модели, установлены зависимости, определяющие влияние отклонений по ширине полосы внутренних продольных напряжений, удельных натяжений, а также параметров подката и очага деформации на неплоскостность холоднокатаных полос и лент. Показано, что наибольшее влияние на распределение удельных натяжений на выходе из очага деформации оказывает поперечная разноголщинность подката и прогиб рабочих валков.

Установлено, что неравномерность распределения продольных напряжений, возникающая при отклонении поперечной разноголщинности от технологически необходимой, во много раз превышает аналогичную неравномерность, возникающую при таких же отклонениях по ширине полосы предела текучести металла на входе в очаг деформации и коэффициента трения.

Выявлены резервы повышения точности и устойчивости процесса холодной прокатки особо тонких полос, обеспечившие уменьшение на 15...20% неравномерность распределения удельных натяжений, а также внутренних продольных напряжений в полосе по ее ширине.

Разработана и реализована применительно к технологии холодной прокатки лезвийной ленты методика определения технологических режимов для реверсивного стана 450, обеспечивших минимальное влияние отклонения их параметров на плоскостность полос. Режимы внедрены на заводе «Электросталь».

Экспериментально к аналитически исследована взаимосвязь параметров неплоскостности полос с серповидностью узких лент, после операции продольной резки. Результаты исследований использованы при разработке требований к параметрам плоскостности полос при производстве лезвийных лент и лент из прецизионных сплавов с высокими функциональными характеристиками.

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ УСЛОВИЯ ПРОКАТКИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ПОЛОС И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА

Получение новой надежной информации о характере и особенностях распределения температуры по ширине полосы и ее изменении в процессе прокатки и намотки необходимо для решения вопросов качества поверхности и формы полос, а также для обоснования вариантов применения многовалковых станов в технолог111[есисг-л1Ш11я>гпсгпротзод(л^у_особсгт01{ких^хблодаоката1Шх полос и лент.

Для исследования температурных условий прокатки на 20-валковых станах, влияющих на скоростной режим прокатки и плоскостность полос, разработаны методики, позволяющие оценить динамику изменения температуры полосы по проходам, ее измените по ширине полосы и на участках от очага деформации до моталки

Экспериментальные исследования выполнены с применением специально разработанного устройства (защищенного авторскими свидетельствами), в основу которого положен способ измерения температуры приграничного с полосой воздушного слоя посредством электронного чувствительного элемента.

Получены экспериментальные результаты, характеризующие изменение температуры полос по этапам прокатки и проходам при прокатке полос из стали 65X13 и прецизионного сплава 29НК в технологической линии, включающей 20-валковый и четырехвалковый станы 450. Установлена неравномерность распределения температуры по ширине полос, составляющая, в зависимости от их толщины, 5...25°С.

160 т ■ по т 80 50

120 2М 360 ¥30 600 720 ТгС

Л,

8

\

п*

2 I_[_

к

J_ц

5

л_I I.

тп;с '120

100

60

60

н •

И ! ^—4 г ;

\ 5

1,

1 2 3 Л 5

Номер прохода ■

Рис.9. Изменение температуры поверхности полосы из стали марки 65X13 в процессе прокатки.

Маршруты прокатки: а - 1,35—>0,5 мм и б - 0,48->0Д55 мм за 5 проходов.

При прокатке:-- край полосы;--------- середина полосы;

при остановке стана: • - край полосы; о - ссрсдина полосы; (А - прокатка при разгоне стана; Б - на установившейся скорости В - при торможении).

В частности, показано (рис. 9), что при прокатке труднодеформируемых полос по маршруту 3,5—>1,35 мм и 1,35—>0,5 мм их температура от первого к последнему проходу повышается соответственно в среднем от 50 до 135°С и от 70 до 160°С. При дальнейшей прокатке по маршруту 0,48->0,155 мм и 0,155—>0,1 мм температура по проходам уменьшается соответственно со 110 до 65°С и с 80 до 60°С.

В зависимости от марки стали полоса аккумулирует тепло от прохода к проходу до толщины 0,2... 0,4 мм (меньшая толщина соответствует труднодеформируемой стали). Для этих толщин высокая температура полосы и недостаточная эффективность систем охлаждения являются факторами, ограничивающими скорость прокатки, а следовательно и производительность 20-валкового стана. При прокатке более тонких полос скорость прокатки определяется, в основном, характеристиками приводов._

Экспериментально подтверждено, что за проход характер изменения температуры полосы имеет три стадии: повышение температуры при разгоне стана, установившаяся температура и снижение температуры при торможении стана перед реверсом (см. рис.9). Причем, при прокатке труднодеформируемой стали эти стадии выражены более резко.

Установлено влияние неравномерности распределения температуры по ширине полосы на распределение передних и задних удельных натяжений и неплоскостность прокатываемых полос. Показано, что на заключительных этапах холодной прокатки особо тонких полос неравномерность температуры, составляющая 5...7 °С, вызывает после ее выравнивания при охлаждении полосы увеличение уровня неплоскостности по показателю А/& (А и Л- соответственно, амплитуда и длина волны неплоскостности) в сторону волнообразования в 1,5...2 раза. Это обстоятельство важно учитывать при назначении технологических режимов и настройке систем автоматики путем внесения специальных поправок в показания устройств для измерения удельных натяжений по ширине полосы, обеспечивающих компенсацию влияния неравномерности температуры на неплоскостность готовых полос.

Предложено техническое решение (а.с. № 1242273), обеспечивающе равномерное охлаждение полосы по ее ширине за счет регулируемого удалени смазочно-охлаждакицей жидкости и теплоизолирования краев полосы.

По результатам исследования теплового режима прокатки полос дл лезвийных лент на 20-валковом стане 450 с применением различных смазочнс охлаждающих средств установлено, что разница температуры полосы, зависяще от деформационного разогрева и условий охлаждения, незначительна составляет 7...15 °С. На этом основании рекомендована замена дорогостояще импортной технологической смазки на отечественный аналог.

На основании комплексного анализа взаимосвязи температурны условий холодной прокатки труднодеформируемых полос на 20-валковом : четырехвалковом станах 450 с энергосиловыми и скоростными параметрами, также с производительностью процесса, обоснованы возможность целесообразность применения в технологической линии (с точки зрени повышения эффективности процесса прокатки) 20-валкового стана на этап заготовительной прокатки и четырехвашсового - для заключительной прокатки.

Полученные научные результаты существенно дополняют известны решения температурной задачи тонколистовой холодной прокатки.

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ РУЛОНА НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПОЛОС ПРИ ПРОКАТКЕ И НАМОТКЕ

Экспериментальными лабораторными и промышленным: исследованиями установлено, что при прокатке ровных под натяжением полос 1 лент по мере увеличения числа витков в рулоне полоса теряет устойчивость в поперечном направлении на участке между моталкой и очагом деформации Причем, по мере дальнейшей намотки рулона зона потери устойчивост: развивается в продольном направлении.

Определено, что устойчивость полосы при прокатке и намотке зависит о напряженного состояния рулона, существенное влияние на которое оказывает

форма поперечного сечения прокатываемой полосы и форма образующей барабана моталки (или гильзы), на которые осуществляется ее намотка.

По результатам экспериментальных исследований на ряде станов установлены основные закономерности формирования профиля образующей рулона при намотке полосы. Показано, что в зависимости от поперечной разноголщинности я волнистости наматываемых полос профиль образующей может либо иметь выпуклость (до 1...2 мм на радиус) по всей образующей рулона, либо выпуклость в середине рулона в сочетании с вогнутостью по краям. Форма профиля образующей рулона также зависит от профиля износа образующей эарабана (гильзы) моталки.

Разработана методика расчета профиля образующей рулона и распределения продольных напряжений по ширине полосы в витках при намотке эулона, учитывающая поперечную разнотолщинность и неплоскостносгь-нзматываемых полос, форму и неравномерность распределения удельных ¡гатяжешт по ширине полосы, форму профиля образующей барабана моталки (или гильзы) и обеспечивающая определение границ зон плотной смотки полос по :ечению рулона.

Схема, поясняющая методику расчета приведена на рис. 10.

Продольные напряжения в витках рулона определяли по формуле:

1Щ=^-(4-.0,5у. (13)

* " 2[£>+2(/-1)/г] £>+2(/-1)А ;

На основания аналитических исследований установлено существенное «менение неравномерности продольных напряжений по ширине полосы по мере увеличения числа витков в наматываемом рулоне. В первых витках распределение ипряжений равномерно по ширине; в последних витках (в зависимости от их шсла) - величина напряжений в середине полосы может увеличиваться до 3,5 раз, по может являться причиной ее обрыва.

Показано влияние поперечной разнотолщинности полосы и натяжения гри намотке рулона на возникновение и последующее развитие участков с азорами на краях рулона, протяженность которых может составлять 30 % от

ширины полосы (рис.11).

Рис. 10. Схема к расчету продольных Рис. 11. Распределение продольных

напряжений в витках рулона. напряжений по ширине полосы при

а - намотка с натяжением; намотке рулона с натяжением. б~ то же, без натяжения. / - число витков.

Разработаны технические решения, обеспечивающие компенсацию выпуклости профиля образующей рулона и повышение устойчивости процесса прокатки.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании результатов экспериментальных исследований, выполненных на 20-валковых станах, впервые установлены закономерности распределения погонных нагрузок в межвалковых контактах (межвалковых давлений), имеющие принципиальное значение для разработки расчетных методик и технологических рекомендаций применительно к многовалковым системам.

Впервые разработана базовая методика расчета (математическая модель) упругих деформаций и межвалковых давлений, учитывающая экспериментально выявленную специфику упругого и силового взаимодействия валков многовалковых систем.

Проведен комплексный анализ характера упругих деформаций валков в зависимости от длины бочки валков, ширины прокатываемых полос и материала

валков, на основании которого установлено, что форма упругой линии рабочего валка качественно повторяет форму эпюр межвалковых давлений, а также имеет ивно выраженный прямолинейный участок в средней части длины бочки.

Разработана методика расчета параметров конусности профилированных промежуточных валков, учитывающая величину прогиба и зону перегиба упругой тинии рабочего валка в рабочем диапазоне усилий прокатки. I. Для учета совместной контактной деформации рабочих валков по краям 5очек в зоне, расположенной вне контакта их с прокатываемой полосой, впервые эазработана математическая модель упругого и силового взаимодействия валков 20-валковых станов,

Установлено, что при прокатке фольги в условиях контакта рабочих валков по сраям бочек возникающий их «обратный» прогиб компенсирует прогиб от усилия шастичсской деформации и, в итоге, выравнивает форму упругой линии рабочих, шисов. В этих условиях общее усилие прокатки может в 1,5...2 раза превышать (•силие, затрачиваемое на пластическую деформацию.

Разработана методика расчета, проведены экспериментальные и аналитические »следования упругого взаимодействия профилированных рабочих и фомежуточных валков, на основании которых установлено, что контактное швление в зоне перехода от конической части бочки к цилиндрической возрастает и 10.. .25 % и требует учета при оценке эксплуатационной стойкости валков. >. На основании результатов комплексного исследования с применением методов математического моделирования показано, что соотношения диаметров валков и торных роликов, а также углов валковой пирамиды оказывают существенное ишяние на жесткость валкового узла и могут изменять ее в пределах 20 %. Установлено, что изменением диаметра рабочих валков при соответствующем вменении диаметров промежуточных валков можно влиять на жесткость клети и ем самым расширять технологические возможности станов. Установлены оотношения диаметров валков и опорных роликов, обеспечивающие наибольшую сесткость клети.

Экспериментально и аналитически установлено, что модуль жесткости клетей 20-валковых станов зависит от усилия прокатки и может изменяться в предела* 5... 10%, что необходимо учитывать при разработке технологических режимов I систем автоматического регулирования толщины полосы.

4. Разработана и реализована на практике оригинальная методика автоматизированного проектирования компоновок валковых узлот многовалковых систем, позволяющая обеспечить технологичность сборки валкот и оптимизировать парк валков по их назначению и количеству с учетом частота установки в рабочей клети.

5. Впервые на основании экспериментальных и аналитических исследований установлена количественная взаимосвязь осевого перемещения конусны? промежуточных валков 20-валковых станов с упругими деформациями валковот системы, формированием поперечной разноголщинности и неплоскостносп полос и лент.

Комплексный подход к определению параметров конусности промежуточны) валков и их осевого перемещения обеспечил разработку и внедрение на ряде металлургических заводов методов эффективной регулирования профиля рабочих валков при прокатке.

6. Экспериментальными исследованиями установлено, что профиль поперечного сечения валков 20-валковых станов существенно отличается о круглого, имея явно выраженную огранку с числом граней в среднем до 4-6 ] амплитудой, достигающей 5...6 мкм; количественные характеристики огранки ] различных сечениях по длине валка заметно отличаются.

Показано, что количественные амплитудно-частотные характеристик! круглограмм валков соответствуют характеристикам высокочастотно] продольной разнотодщинности.

Впервые разработана математическая модель, позволяющая прогнозироват продольную разнотолщинность полос с учетом формы поперечного сечени профиля валков, колебаний удельных натяжений и исходной продольно] разнотодщинности подката. Проведенные с использованием математической

одели исследования показали, что рассчитанные профилограммы продольной азнотолщинности и ее высокочастотной составляющей соответствуют реальным рофилограммам толщины полос в продольном направлении. . Для решения прикладных задач - выявления резервов повышения точности и остойчивости процесса холодной прокатки особо тонких полос и лент -азработана методика определения режимов холодной прокатки, обеспечивающих [аксимальную устойчивость процесса относительно формы и целостности полосы. 1 основу методики положена разработанная математическая модель холодной рокатки, учитывающая неравномерности параметров процесса и их отклонений по шрине полосы.

Показано, что за счет обоснованного выбора режима прокатки, можно беспечигь уменьшение на 15...20% неравномерности распределения удельных атяжешш, а также внутренних продольных напряжений в полосе по_ее_ширине._

На основании полученных общих закономерностей, характеризующих заимосвязь параметров прокатки с устойчивостью процесса, разработана и ■еалгоована применительно к технологии прокатки лезвийной ленты методика пределения технологических режимов, обеспечивающих минимальное влияние тклонений их параметров на неплоскостность полос. . Экспериментальные и аналитические исследования позволили установить хновные закономерности температурного режима, оценить динамику изменения емпературы полосы по проходам, ее изменение по ширине полосы н на участках т очага деформации до моталки.

Установлено влияние неравномерности распределения температуры по ширине юлосы на распределение передних и задних удельных натяжений и ©плоскостность прокатываемых полос. Показано, что при холодной прокатке собо тонких полос неравномерность температуры, составляющая 5...7 °С, ызывает после ее выравнивания при охлаждении полосы увеличение уровня [еплоскостносги по показателю А/X в сторону волнообразования в 1,5...2 раза. Это бстоятельство требует учета при назначении технологических режимов.

На основании комплексного анализа взаимосвязи температурных условий холодной прокатки труднодеформяруемых полос на 20-валковом и четырехвалковом станах 450 с энергосиловыми и скоростными параметрами, а также с производительностью процесса, обоснована эффективность применения 20-валкового стана на этапе заготовительной прокатки.

9. Определены условия потери устойчивости и возникновения локальной неплоскостности полос, лент и фольт. Установлено, что снижение и устранение локальной неплоскостности возможно либо за счет увеличения обжатия, при котором ограничивающим фактором является «забой» рабочих валков, либо за счет увеличения диаметра рабочих валков.

Показано, что частное решение проблемы устранения локальной неплоскостности возможно за счет применения рабочих валков с коническими участками по краям бочки, которые обеспечивают устранение «забоя» валков при снижении усилия прокатки на 10... 15%.

10. Разработано оригинальное решение задачи аналитического определения формы профиля образующей рулона и распределения удельных натяжений по ширине полосы в витках рулона, учитывающее поперечную разнотолщинность и неплоскостность наматываемых полос, форму и неравномерность распределения удельных натяжении по ширине полосы, форму профиля образующей барабана моталки или гильзы.

На основе расчета и анализа напряжений в рулоне установлено существенное изменение неравномерности продольных напряжений по ширине полосы по мере увеличения числа витков в наматываемом рулоне. В первых витках распределение

распределение напряжений равномерно по ширине, в последних (в зависимости от их числа) - величина напряжений в середине полосы увеличивается до 3,5 раз, что может привести к ее обрыву.

Установлено влияние поперечной разнотолщинности полосы и натяжения при намотке рулона на возникновение участков с зазорами на краях рулона, протяженность которых может составлять 30% от ширины полосы.

Результаты экспериментальных и теоретических исследований внедрены на ММК, заводах «Электросталь» , ЛСПЗ и других предприятиях с экономическим эффектом, полученным за счет повышения эффективности процесса прокатки на 20-валковых станах.

Основное содержание диссертации отражено в следующих опубликованных научных трудах:

1. Прокатка на многовалковых станах./ П.И.Полухин, В.П.Полухин, А.Ф.Пименов, Г.В.Ашихмин и др. - М.: Металлургия, 1981. - 248 с.

2. Теория и технология формирования заданной структуры и свойств. Технология производства листовой стали./ В.К.Потемкин, И.В.Кузнецов, И.Ю.Захаров, Г.В.Ашихмин-М.: МИСиС, 1989. - 112 с.

3. Теплышев П.П., Ашихмин Г.В., Косгылев В.Г. Определенте__компоновок_ валкового узла 20-валкового стана. // Изв. вузов. Черная металлургия. -1976. -№ 6.-С. 75-78.

4. Жесткость клети многовалкового стана./ В.П.Полухин , Г.В.Ашихмин , П.П.Теплышев и др.// Сб. тр. МИСиС. - М: Металлургия, 1976. - № 96. - С. 2933.

5. Ашихмин Г.В., Теплышев П.П. Методика определения межвалкового давления 20-валкового стана.// Сб. тр. МИСиС,- М.: Металлургия, 1977. - № 100. - С. 8386.

6. Ашихмин Г.В., Теплышев П.П., Косгылев В.Г. Расчет межвалковых давлений 20-валкового стана. //Сб. тр. МИСиС, -М.: Металлургия. - 1977. -№ 100,- С. 83-85.

7. Межвалковые давления двадцативалкового стана/ Г.В.Ашихмин, В.П. Полухин, П.П. Теплышев и др. // Изв. вузов. Черная металлургия,- 1977.

-№1.-С.111-113.

8. Упругае деформации при различных вариантах компоновки валковой пирамиды 20-валкового стана. Сообщение 1. / В.П.Полухин, ПП.Теплышев, Г.В. Ашихмин и др.// Изв. вузов. Черная металлургия. -1978. - № 9. -С. 57-60.

9. Упругие деформации при различных вариантах компоновки валко во: пирамиды 20-валкового стана. Сообщение 2.1 В.П.Полухин, П.П.ТеплышеЕ Г.В. Ашихмин и дрЛ Изв. вузов. Черная металлургия. - 1978. - № 11. С. 96-98.

10. Профилирование валков 20-валковых станов./ П.И.Полухин, ПЛТеплышеь В.П.Полухин, Г.В.Ашихмин, А.Ф.Пименов.// Сталь. - 1979. - № 5. - С. 361 363.

11. Биение валков двадцативалковых станов. Сообщение 1. / В.ПЛолухш Г.В.Ашихмин, Д.М.Киселев и др. //Изв. вузов. Черная металлургия. - 1979. -№5.-С. 69-72.

12. Биение валков двадцативалковых станов. Сообщение 2. / В.П.Полухш Г.В.Ашихмин, Д.МКяселев и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1979.

- № 5. - С. 83-84.

13. A.c. 787126. Валковый узел листового многовалкового стана./ В.ППолухш Г.В.Ашихмин, П.П.Теплышев и др. // Бюл. № 46,15.12.80.

14. Повышение точности прокатки лен из прецизионных сплавов на 20-валково стане 400. / В.П.Полухин, Г.В.Алшхмин, САСтукалов и др. // С( тр.МИСиС.-М.: Металлургия,1982. - № 140. - С. 91-95.

15. Теплышев П.П., Ашихмин Г.В. Влияние бочки и материала на проги рабочего валка 20-валкового стана.// Сб.тр. МИСиС.- М.: Металлургия, 1982. № 145. - С. 64-67.

16. Методика расчета формообразования при холодной прокатке у многовалковых станах./ В.ППолухин, И.В.Кузнецов, Г.В.Ашихмин и др. Изв. вузов. Черная металлургия. - 1983. - № 5. - С. 49-52.

17. A.c. 1076155. Способ получения леяты из коррозионностойкой стали до лезвий безопасных бритв./ ПИЛолухин, В.Н.Жучин, В.П.Полухи А.М.Бирман, Г.В. Ашихмин и др.// Бюл. № 8,28.02.84.

18. Подухин В.П., Кузнецов И.В., Ашихмин Г.В. Некоторые вопрос оптимизации процесса реверсивной холодной прокатки полос и лент.// Из вузов. Черная металлургия. -1984. -№ 5. - С. 80-82.

9. Взаимосвязь неплоскости ости холоднокатаных полос с серповидностью узких лент после продольной резки./ В.П.Полухин, Г.В.Ашихмин, С.А.Ирошников и др.// Изв. вузов. Черная металлургия. - 1984. - № 11.

-С. 62-64.

0. Ашихмин Г.В., Иропшиков С.А., Дедюкин В А. Определение прогиба рабочих валков стана 450.// Изв. вузов. Черная металлургия. - 1985. - № 1. -С. 150-151.

1. Профилирование валков 20-валкового и четырехвалкового станов 450 при холодной прокатке полос для лезвийной ленты./ В.ЫЖучин, Г.В.Ашихмин, Е.М.Кофман и др. // Черная металлургия. Бюл. научно-технической информации. - 1985. - Вып. 18/998. - С. 43-45.

2. Расчет прогибов рабочих валков 20-валкового стана с учетом конусности первых промежуточных валков./ Г.В.Ашихмйяа_САИроппшков^И.В,Кузнецов и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1985. - № 9. - С. 92-96.

3. Полухин В.П., Ашихмин Г.В., Кузнецов И.В. Оценка самовыравнивания неравномерности натяжений по ширине полосы при прокатке на многовалковых станах. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1986. - № 3. -С. 66-69.

4. Дедюкин В.А., Ашихмин Г.В., Буцюш Е.В. Взаимосвязь твердости и временного сопротивления для холоднокатаной ленты из стали 65X13.// Изв. вузов. Черная металлургия. -1986. - № 5. - С. 150-151.

5. A.c. 1242273. Устройство для удаления масла с прокатываемой полосы./ В.ПЛолухин, В.П.Алешин, Г.В.Ашихмин и др.// Бюл. № 25, 07.07.86.

6. Определение параметров конусности первых промежуточных валков 20-валкового стана 400. / Г.В.Ашихмин, В.КВахрушев, С.А.Ирошшпсов и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1986. - № 7. - С. 72-75.

7. A.c. 1353541. Способ прокатки тонких полос./ А.Н.Королев-Коротков, Г.В.Ашихмин, В.П.Полухин и др. // Бюл. № 43,1986.

28. Изменение температуры по ширине полосы при холодной прокатке. / Г.В.Апшхмин, В.П.Полухин, В.П.Алешин и др.// Изв. вузов. Черная металлургия. - 1987. -№ 1. - С. 68-70.

29. Технологическое обеспечение точности размеров и механических свойств холоднокатаной лезвийной ленты./ Е.М.Кофман, В.М.Шпицберг, Г.В.Апшхмин и др. И Сб. «Опыт производства специальных сталей и сплавов». ч.2. - М.: Черметинформация, 1987. - С. 19-23.

30. A.c. 1326360. Устройство для намотки холоднокатаных полос./ Г.В.Ашихмин, Н.А-Чиченев, В.Н.Хлопонин и др.// Бюл. № 28,30.07.87.

31. Влияние осевого перемещения конусных валков 20-валкового стана 450 на точность размеров проката./ Г.В.Апшхмин, В.П.Полухин, В.А.Дедюкин и др.// Сб. «Технологические особенности производства высококачественного проката и покрытий». -М.: Металлургия, 1987. - С. 34-36.

32. A.c. 1344443. Устройство для измерения температуры по ширине полосы в процессе холодной прокатки./ В.ПАлешин, Г.В.Ашихмин, В.П.Полухин и др.//Бюл. №38,15.10.87.

33. Алпешин Г.В., Полухин В.П., Кузнецов И.В. Распределение удельных натяжений по ширине полосы при холодной прокатке.// Сб. тр. МИСиС. - М.: Металлургия, 1988. - С. 48-60.

34. Влияние неравномерности температуры по ширине полосы при холодной прокатке на ее форму./ Г.В.Ашихмюн, В.П.Полухин, ШЗ.Кузнецов и др.// Сб. тр. МИСиС. - М.: Металлургия,1988. - С.35-39.

35. Применение технологической смазки ТМС-22 при производстве холоднокатаной лезвийной ленты./ Г.В.Ашихмин, В.ПАлешин, Г.Ф.Арпошина и др.// Черная металлургия. Бюл. научно-техн. инфор. - 1988. №10.

36. A.c. 1443997. Комплект валков 20-валкового прокатного стана./ Г.В.Ашихмин, САИрошников, А.Н.Королев - Короткой и др.// Бюл. № 46, 15.12.98.

7. Ас. 1459038. Способ получения холоднокатаной ленты из сплава ковар. / Г.В.Ашихмин, Г.Ф.Арпоппша, АМ.Бирман и др.

8. Влияние клиновидное™ подката на процесс прокатки кинескопной полосы./ В.Н.Скороходов, А.И.Ермаков Г.В.Ашихмин и др.// Изв. вузов. Черная металлургия. - 1989. - № 1.- С. 71-74.

9. Влияние биения валков 20-валкового стана 700Э на высокочастотную продольную разного лщинноегь кинескопной ленты./ А.И.Ермаков, Г.В.Ашихмин, В.Н.Скороходов и др.// Изв. вузов. Черная металлургия. - 1989. -№ 3. - С.74-78.

0. A.c. 1452630. Способ прокатки рулонного материала./ А.Н.Королев-Коротков, И.В.Кузнецов, ПВ.Ашихмин и др.// Бюл. № 3, 1989.

1. Производство высокоточной ленты из сплава 29НК./ Г.В.Ашихмин, В.А.Дедюкин, Е.М.Кофман и др.// Черная металлургия. Бюл. научно-техн. информ. - 1989. - № 4. - С.70.

2. Напряженно - деформированное состояние рулона при прокатке тонких полос с натяжением./ Г.В.Ашихмин, В.П.Алешин, В.ИПолухин и др.// Сб. тр. МИСиС. -М.: Металлургия, 1989.- С. 66-72.

3. Экспериментальное исследование межвалковых давлений четырехвалкового стана 320./ Г.В.Ашихмин, А.В.Толпеева, П.ПТеплышев и дрУ/ Сб. тр. МИСиС. - М.: Металлургия, 1989. - С. 73-78.

4. Упругие деформации валков 20-валковых станов при прокатке фольги./ Г.В.Ашихмин, А.В.Толпеева, ИВ.Корочанцева и др.// Изв. вузов. Черная металлургия. -1989,- № 7. - С. 83-86.

5. Разработка рациональных профилировок валков стана 700Э для прокатки кинескопной полосы./ В.Н.Скороходов, А.ДДейнеко, А.И.Ермаков, Г.В.Ашихмин// Черная металлургия. Бюл. научно-техн. информ. - 1989. - № 7 (1083). - С. 60-61.

6. A.c. 1546185. Валковый комплект многовалковго стана./ Г.В.Ашихмин, Е.В.Коган, И.В.Перепелица и др.// Бюл. № 8,28.02.90.

47. Экспериментальное исследование температуры полосы из стали марки 65X1 при холодной прокатке. /В.П.Апешин, Г.В.Апшхмин, Г.Ф.Артюшина и др.у Сб. «Новые технологии производства спецсталей». - М.: Черметинформацш

1990. - С. 95-98.

48. A.c. 1595598. Валковый комплект двадцативалкового стана./ Г.В.Апшхмиг В.В.Селин, С.А.Ирошников и др.// Бюл. № 36,30.09.90.

49. Разработка и исследование профилировок валков двадцативалкового стан 160./ ГААстафьева, Г.В.Ацшхмин, О.М.Анисимова и др.// Сб. «Новы технологии производства спецсталей». - М.: Черметинформация,199С - С. 104-107.

50. A.c. 1623813. Устройство для изменения температуры по ширине полосы процессе холодной прокатки. / Г.В.Ашихмин, В.П.Алешин, В.Н.Хлопонин i др.//Бюл. №4, 30.01.91.

51. Ашихмин Г.В., БарышеваВ.Ю., Дейнеко А.Д. Математическая модель биени рабочих валков двадцативалкового стана.// Изв. вузов. Черная металлургия.

1991. -№3,- С. 55-57.

52. Расчет межвалковых давлений в валковых узлах 20-валковых станов с учето; профилировок валков./ Г.В.Ашихмин, АДРусаков, АН.Самарин и др.// Изе вузов. Черная металлургия. - 1993. - № 9-10. С. 24-27.

53. Автоматизированная система определения вариантов компоновок валковог узла двадцативалковой клети./ Г.В.Ашихмин, И.В.Корочанцевг В.Г.Юпошншсов и др.// Сб. тр. МИСиС. - М.: МИСиС, 1994. - С. 70-77.

54. Ирошников CA, Ашихмин Г.В. Экспериментальные исследовани распределения продольных напряжений, возникающих в полосах и лентах пр смотке их в рулон и перегибе через ролики с натяжением.// Теория технология процессов пластической деформации: Труды научно-техн. кон<] / -М.: МИСиС, 1997. - С. 103-104.