автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Точность сортовой прокатки и оптимизация условий стабилизации размеров прокатываемых профилей

пгц оа

, I - 2

На правах рукописи Шеногин Владимир Петрович

УДК 621.771.25/.26:669.1

ТОЧНОСТЬ СОРТОВОЙ ПРОКАТКИ И ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ СТАБИЛИЗАЦИИ РАЗМЕРОВ ПРОКАТЫВАЕМЫХ

ПРОФИЛЕЙ

Специальность: 05.16.05 - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ижевск-1998

Работа выполнена в Ижевском государственном техническом университете

Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

Абрамов И.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шилов В.А.

доктор технических наук, профессор

Власов О.Г.

доктор технических наук, профессор

Комаров А.Н.

Ведущее предприятие: А.О. Нижне-Сергиенский металлургический завод, г. Нижние Серьги

Защита состоится «23» июня 1998 года в 14 часов на заседании диссертационного совета ДР 064.35.14 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Ижевского государственного технического университета

Автореферат разослан « » мая 1998 года

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

Крекнин Л.Т.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В настоящее время одним из главных направлений развития металлургии в России является сокращение затрат, снижение себестоимости и повышение качества продукции.

Значительный износ основных производственных фондов, снижение объема производства, низкий темп обновления техники и технологии приводят к повышенному расходу сырья и материалов. На большинстве металлургических заводов России требуется реконструкция существующих сортовых прокатных станов с целью повышения эффективности производства и качества проката. Необходимая реконструкция производится, как правило, на существующих площадях, что значительно затрудняет поиск приемлемых вариантов. Проводимая реконструкция действующего производства должна сопровождаться повышением точности и качества сортового проката. Решение данной проблемы требует дальнейшего развития теоретических основ точности прокатки в направлении более полной оценки комплексного влияния технологических параметров процесса и основных характеристик прокатных клетей на точность и качество проката.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Создание основ проектирования прокатных клетей с заданными параметрами жесткости, учитывающего комплексное влияние технологических и конструктивных параметров процесса однониточной и многониточной непрерывной сортовой прокатки, и повышение на этой основе точности сортового проката.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Работа включает теоретическое, экспериментальное исследования и математическое моделирование. Теоретические исследования выполнены на основе аналитических методов. Расчеты деформаций и усилий, действующих на ваток, выполнены на основе соотношений механики сплошных сред с использованием методов теории пластической деформации. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных и производственных условиях с использованием методов координатных сеток, тензометри-рования и другой измерительной техники. Лабораторные исследования осуществлялись на специально разработанных стендах. Производственные исследования проведены на действующих прокатных станах (линейных, непрерывных, однониточных и многониточных). Объективность результатов экспериментальных исследований обеспечивалась их статистической обработкой. ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Сформулированные в диссертационной работе научные положения, выводы и рекомендации обоснованы сопоставлением результатов теоретических исследований с соответствующими результатами экспериментальных исследований автора и других исследователей; использованием методов математической статистики, а также подтверждены результатами внедрения выработанных рекомендаций в производство.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Разработана математическая модель точности прокатки, характеризующая зависимость точности однониточной и многониточной прокатки круглой стали от основных технологических факторов процесса и характеристик прокатных клетей с учетом взаимосвязи полей разброса размеров.

2. Разработана математическая модель осевого сдвига полосы, позволяющая рассчитывать влияние изменения осевой жесткости клети и прокатываемой полосы, а также условий предварительного осевого нагружения клети на величину составляющих осевого сдвига полосы.

3. Установлена зависимость влияния величины упругой деформации прокатного валка от сплющивания и прогиба при горячей прокатке на вертикальную • жесткость сортопрокатной клети.

4. Получены аналитические зависимости, позволяющие рассчитать необходимые, с учетом требуемой точности многониточной и однониточной прокатки, величины осевой жесткости клети, усилия предварительного осевого нагружения клети, допустимого осевого зазора в опорах прокатной клети.

5. Разработана математическая модель изменения межвалкового зазора в клетях двухниточной прокатки с учетом межклетевых натяжений прокатываемых полос, которая позволяет рассчитать величину коррекции межвалковых , зазоров, необходимую для компенсации влияния на точность прокатки изменения числа прокатываемых полос.

6. Разработаны новые конструкции сортопрокатных клетей и опор прокатных валков, позволяющие реализовать выработанные рекомендации при модернизации оборудования действующих прокатных станов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТОК. С использованием полученных данных и на основании большого объема выполненных опытно-конструкторских работ разработаны промышленные образцы усовершенствованных сортопрокатных клетей, осевых опор, устройств вертикального нагружения клетей и системы автоматической коррекции межвалкового зазора, которые прошли промышленные испытания и внедрены на современных станах.

Решение комплекса поставленных в работе задач и реализация выработанных рекомендаций позволили повысить точность прокатки на среднесорт-ном стане "450" Ижевского металлургического завода, непрерывных проволочном стане "250" и среднесортном стане "450" Западно-Сибирского металлургического завода, непрерывном проволочном стане "250-3" завода "Криворожсталь", мелкосортных станах "280-1" и "280-2" Омутнинского металлургического завода, станов "550" и "250" Чусовского металлургического завода, что дало высокий экономический эффект. Материалы диссертации используются в учебном процессе - курсовом и дипломном проектировании. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы доложены и обсуждены на конференции вузов Урала по машиностроению "Вопросы проектирования и модернизации машин" в Ижевске в 1970г., на научно-техническом семинаре

"Повышение точности прокатки на сортовых и листовых станах" в Челябинске в 1974г., на научном семинаре кафедры "Прокатка" ЧПИ, Челябинск 1972г., 1974г., на объединенном научно-техническом семинаре кафедры "Обработка металлов давлением" Днепропетровского металлургического института и прокатных отделов Института черной металлургии, Днепропетровск 1976, 1978, 1979 гг., на Всесоюзной научной конференции "Современные проблемы повышения качества металла", Донецк, 1978г., на научно-технической конференции "Новые технологические процессы и оборудование прокатного производства - средство повышения качества и экономии металла", Челябинск, 1980г., на третьей Всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства", Днепропетровск, 1980г., на научно-технической конференции "Новые технологические процессы и оборудование сортопрокатного производства", Свердловск, 1983г., на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Улучшение качества и экономия металла путем повышения точности сортовых профилей", Москва, 1987г., на четвертой Всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические проблемы прокатного производства" Днепропетровск, 1988г., на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Ижевского механического института, 1971-1997 гг., на второй республиканской конференции молодых ученых, посвященной 50-летию автономии УАССР, Ижевск, 1981г., научно-технической конференции "Ученые Ижевского государственного технического университета производству", Ижевск, 1994г., на межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века", Магнитогорск, 1996 г.

Экспонаты по работе демонстрировались на ВДНХ СССР, на Всероссийской выставке и региональных выставках в г. Ижевске. Работа выполнена при поддержке грантом 96-26-4.2-11 по фундаментальным проблемам металлургии Министерства общего и профессионального образования. ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации отражено в 33 печатных работах, в том числе получено 12 авторских свидетельств на изобретения. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка литературы из 200 наименований и приложения, содержит 483 страницы машинописного текста, 224 рисунка и 74 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы.

В первой главе проведен обзор современного состояния вопроса повышения точности сортового проката. Работы по снижению колебаний размеров профиля по длине полосы ведутся в направлении повышения вертикальной жесткости рабочих клетей, применения систем автоматической регулировки высоты прокатываемой полосы, устранения причин, вызывающих изменение пер-

воначального зазора между валками и колебание усилия деформации полосы в процессе прокатки.

Проблемам повышения точности однониточной и многониточной прокатки посвящены работы отечественных и зарубежных исследователей, выполненные А.И.Целиковым, А.П.Чекмаревым, А.А.Королевым, В.Н.Выдриным, В.Г.Дукмасовым, А.Я.Сапожниковым, И.М. Мерииным, В.И.Биба, В.П.Калининым, А.С.Кочуровым, Ю.П.Бурлачковым, Ю.А.Динник, А.А.Кугушиным, ЮА.Поповым, А.Трейси, Р.Вудкока, Е.Вильямса и др.

При анализе точности прокатки круглой стали рассматривались поля разброса размеров по высоте и ширине профиля без должного учета поля разброса размеров по "плечам" профиля ( размер профиля, расположенный, под углом а к разъему калибра, который меняется от 10° до 80°). Анализ опытных данных свидетельствует, что при анализе точности сортовой прокатки круглой стали необходимо учитывать взаимосвязь полей разброса размеров, по высоте, "плечам" и ширине профиля.

Исследование вопросов, связанных с уменьшением поля разброса размеров по "плечам" профиля выполняется, в основном, в двух следующих направлениях:

1. Изучение влияния осевых сдвигов полосы на суммарное поле разброса размеров готового профиля, исследование факторов, вызывающих осевые усилия и осевые сдвиги полосы, и их зависимости от параметров системы "прокатываемая полоса - осевые опоры валков".

2. Усовершенствование конструкций осевых опор и привалковой арматуры, а также оптимизация условий их эксплуатации с целью снижения осевых сдвигов полосы.

В диссертации дан анализ имеющихся в литературе результатов указанных исследований и конструкторских разработок, рассмотрена область их применения. Показано, что ряд имеющихся решений носит частный характер, отсутствуют экспериментальные данные по ряду параметров (по величине осевой податливости полосы, составляющим осевого сдвига полосы и др.), необходимых для расчета системы "прокатываемая полоса - осевые опоры валков".

Недостаточная изученность вопроса затрудняет выработку рекомендаций и разработку средств, направленных на снижение осевых сдвигов полосы и стабилизацию размеров прокатываемого профиля.

При анализе и расчетах составляющих продольной разнотолщинности используется величина вертикальной жесткости клети. На ее величину существенное влияние оказывает величина упругого сплющивания и прогиба валков, а также условия предварительного нагружения клети.

В большинстве работ не учитывали влияние упругой деформации сплющивания валков при горячей прокатке на жесткость клети, а величину прогиба валков занижали, что приводило к завышению вертикальной жесткости клети и к соответствующим ошибкам при определении величины составляющих продольной разнотолщинности.

Во многих случаях уменьшения разнотолщинности по длине полосы добиваются дополнительным нагружением прокатных клетей путем распора валков или других элементов клети. Широкому внедрению систем дополнительного нагружения клетей в условиях сортопрокатного производства препятствовала недостаточная изученность этого вопроса и отсутствие удачных конструкций узлов нагружения клетей.

Повышение точности многониточной прокатки катанки до последнего времени осуществлялось, в основном, изменением режима натяжения полосы в чистовой группе клетей проволочных станов; использования клетей повышенной жесткости. Такие мероприятия, несмотря на их относительную эффективность, полностью не могут устранить колебаний размеров готового профиля, вызываемых изменением числа полос в клетях многониточной прокатки, увеличивающим колебание ширины катанки.

Ведущим направлением исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на повышение точности катанки является использование чистовых блоков клетей, для освоения которых важно стабилизировать площадь сечения подката, поступающего из клетей многониточной прокатки. В связи с изложенным задача стабилизации размеров профиля подкатов для чистовых групп проволочных станов является весьма актуальной.

Перспективным направлением стабилизации профиля подката является создание систем оперативной коррекции межвалковых зазоров в клетях много-ниточной прокатки при изменении числа прокатываемых полос. Развитие данного направления до настоящего времени сдерживалось из-за отсутствия быстродействующего исполнительного механизма коррекции межвалкового зазора, обладающего надежностью и высокой точностью отработки необходимой величины коррекции. Кроме того, отсутствовала приемлемая для практики инженерная методика расчета требуемых величин коррекции межвалкового зазора при многониточной прокатке.

С учетом выполненного анализа для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ влияния на точность прокатки полей разброса размеров круглого профиля по "плечам", высоте и ширине с учетом их взаимосвязи при однониточной и многониточной прокатке.

2. Разработать теоретические основы расчета составляющих осевого сдвига полосы, осевой жесткости прокатываемой полосы и клети с учетом предварительного осевого нагружения клети и без него, а так же расчета продольной разнотолщинности в клетях многониточной прокатки на современных проволочных станах.

3. Разработать и уточнить методики расчета осевой жесткостей клети, определить необходимые параметры (жесткость, усилие нагружения, допустимые осевые зазоры) опор клети с учетом требуемой точности прокатки.

4. Провести экспериментальные и теоретические исследования точности многониточной прокатки на типовом непрерывном проволочном стане для уста-

новления эффективных путей повышения точности прокатки за счет разработки и внедрения средств стабилизации размеров сечения подката, поступающего в чистовую группу клетей. 5. Разработать и внедрить в промышленность новые конструкции опор и сортопрокатных клетей, которые позволят реализовать выработанные рекомендации при модернизации прокатного оборудования на проволочных, мелкосортных и среднесортных станах.

Вторая глава посвящена анализу влияния на точность прокатки полей разброса по "плечам", высоте и ширине профиля с учетом их взаимосвязи при однониточной и многониточной прокатке. В работе выполнено экспериментальное исследование точности прокатки на непрерывных и линейных станах при однониточной и многониточной прокатке.

На линейном стане "450" Ижевского металлургического завода (ИМЗ) исследованы структура суммарного поля разброса размеров , разброс размеров по "плечам" профиля при прокатке круглой стали.

Установлено, что разброс размеров по "плечам" профиля достигает 0,5 ..0,8 мм, что составляет 50% поля допуска обычной точности. При этом верхняя граница суммарного поля разброса размеров определяется значением максимального размера по "плечам" профиля. Суммарный осевой сдвиг полосы достигает 0,3 ..0,5 мм.

Аналогичное исследование точности прокатки выполнено на непрерывном четырехнигочном проволочном стане "250" Западно-Сибирского металлургического завода (ЗСМЗ). Установлено, что осевые сдвиги полосы в пределах одного бунта имеют знакопеременный характер и достигают величины 0,2.,0,3мм, а вызванные ими колебания размеров по "плечам" в сечении составляют 0,25..0,45 мм, значительно увеличивая общее поле разброса размеров и овальность поперечного сечения, которая в ряде случаев может достигать предельно допустимых значений. При этом верхняя граница общего поля разброса размеров в пределах бунта (за исключением концевых отходов) определяется максимальным значением размера по "плечам" профиля.

Исследовано распределение размеров по "плечам", высоте и ширине профиля катанки, прокатанной при различном числе прокатываемых в клетях промежуточных групп полос. В качестве примера на рис. 1,2 приведено распределение размеров при прокатке катанки диаметром 6,5мм.

Полученные данные подтверждены исследованиями точности прокатки катанки на непрерывном четырехниточном проволочном стане "250-1", Криворожского металлургического завода, выполненными совместно с Институтом черной металлургии г. Днепропетровска.

Рис. 1. Полигоны распределения размеров при рядовой прокатке катанки

06,5 мм из стали 3 кп

-.....— - по «плечам» профиля

- суммарного поля разброса размеров

Рис. 2. Полигоны распределения размеров по высоте Н, ширине В и «плечам» профиля при опытной прокатке катанки 06,5 мм из стали 3 кп

Анализ полученных опытных данных свидетельствует о том, что точность размеров катанки существенно снижается из-за колебаний ширины профиля, вызываемых изменением числа полос во второй промежуточной группе. Изменение числа прокатываемых полос с двух на одну вызывает уменьшение ширины профиля катанки, в среднем, на 0,3мм, что составляет около 40% величины поля допуска обычной точности. Установлено, что изменение числа прокатываемых полос незначительно влияет на размеры по высоте и "плечам" профиля катанки.

Выполненное экспериментальное исследование позволило разработать математическую модель точности прокатки круглой стали, в основе которой суммарное поле разброса размеров Av представлено суммой наложенных друг на друга полей: поля разброса по ширине Лв и совместного поля разброса по высоте и "плечам" профиля Лыз, а овальность сечения круглой стали 50 определяется величиной и характером наложения разброса размеров по "плечам" профиля A^Dmax-Dmm и разности размеров по высоте Н и ширине В профиля.

Далее рассмотрены возможные варианты наложения вышеуказанных полей разброса размеров и даны соответствующие зависимости для определения величин Лиь So, Лу. Установлено, что в условиях прокатки на проволочных и сортовых станах при наличии значительных осевых сдвигов полосы (А > 0,1 мм) максимальным размером в сечении является размер по "плечам" профиля. Получены функции, характеризующие зависимость колебаний размера Da круглого профиля, расположенного под произвольным углом а к разъему калибра, от величины осевого сдвига полосы А, отклонения высоты профиля 5h от номинального диаметра Dh, неравномерности износа калибра по периметру (характеризуется коэффициентом ш), величины износа по дну калибра и конфигурации выпуска, обуславливающего приращение 5ь размера диаметра. По найденным зависимостям построены номограммы, свидетельствующие, что на

величину колебаний размера Da и, соответственно, на поле разброса размеров по "плечам" профиля наиболее существенно влияет осевой сдвиг полосы:

Д d = A(cos ai+cosc^ + Ah sin a2 + 5^ '(sin aj - sin щ) +

+8„[(ml -m2)-(sina1 - sin a2)] + (5bi -§ь2), (2.1)

где Ah - разброс по высоте на одной полосе или партии полос; бы - отклонение максимальной высоты от Dh! a,, a2- угол ориентации размеров Dmax и Впщ, относительно линии

разьема калибра; ть ш2, оьь 6b2 - соответствующие параметры в сечении под углом ai и аз-

Анализ влияния осевого сдвига полосы на общее поле разброса размеров и овальность поперечного сечения круглой стали проведен с учетом взаимосвязи поля разброса по высоте и поля разброса по "плечам" профиля:

Дщз =Д(г + Дока]-8^(1-эт С^)+ 5и(т1 -8тсц) + 5Ь1 . (2.2)

Величина овальности рассчитывается по следующей зависимости:

5о =|Н_В|+Дсо5а1 -б^О-эша^ + биСт!-кта^ + б^ . (2.3)

На основании полученных зависимостей для различных условий прокатки построены номограммы, характеризующие влияние величины осевого сдвига полосы Л па Дц) и бо- Показано, что расчет величины общего шля разброса размеров без учета ноля разброса размеров по "плечам" профиля (при Л>0,1 мм) занижает действительную его величину на 30% и более, а величину овальности, в среднем в 1,5..2 раза.

В связи со значительным влиянием А0 на точность проката! выявлена необходимость изучения влияния технологических параметров прокатки, а также конструкции клетей и условий их эксплуатации на величшгу осевого сдвига полосы.

Выявлена необходимость поиска технических решений, направленных на уменьшение колебаний ширины готового профиля при изменении числа прокатываемых полос на непрерывных четырехниточных проволочных станах.

В третьей главе проведено исследование осевого сдвига полосы при сортовой прокатке. Для разработки математической модели осевого сдвига полосы ввиду малой изученности этой величины необходимо проведение экспериментальных и теоретических исследований, на основании которых можно установить взаимосвязь между составляющими осевого сдвига полосы и параметрами системы "прокатываемая полоса - осевые опоры валков".

Величина осевого сдвига полосы и другие параметры рассчитываемой системы "прокатываемая полоса - осевые опоры" зависят от значения эквивалентной осевой податливости полосы

, з = (Т,Б)1 (3.1)

"з

где Рг и Рв - осевые усилия, вызванные соответственно осевым биением валков и неточной осевой настройкой ручьев.

Величины эквивалентной осевой податливости полосы по захвату и биению Х^г экспериментально оценены прокаткой свинцовых образцов на лабораторном стане "300" в калибрах (диаметр чистового калибра 32 мм), моделирующих условия прокатки круглой стали в чистовых клетях стана "450" (ИМЗ). Установлено, что осевая податливость полосы по захвату Хпб велика. В связи с этим для условий прокатки катанки, мелкосортной и среднесортной круглой стали без внесения значительных погрешностей можно принять, что осевая жесткость полосы Мпб равна нулю.

С учетом различия величины осевой податливости полосы по захвату Х^б и по биению А.пТ дана классификация составляющих осевого сдвига полосы. На основании аналитического и графо-аналитического решения комплекса стати-

чески неопределимых задач получены зависимости для расчета этих состав-

ляющих в случае неодинаковой податливости осевых опор с приводной /Л. и

неприводной А. сторон клети.

Составляющая Др, вызванная искажением формы овала и наклоном большей оси его при задаче в чистовой калибр, равна:

Др=(Рр-№в)^Рр^Э » (3-2)

где рв - вертикальная составляющая усилия прокатки ;

ц - коэффициент трения в подшипниковом узле ;

Хэ - эквивалентная осевая податливость клети ;

Рр - осевое усилие, вызванное наклоном большей оси и искажением формы предчистового овала.

Составляющая Дт, вызванная осевым биением валков и неравномерным износом стенок ручьев по окружности валка, равна:

■дт=—V- , (3.3)

1+я/ /"■пТ

где А то - смещение ручьев при отсутствии полосы в валках.

Составляющая Дб , вызванная исходным (перед захватом полосы) смещением ручьев ДБ0 из-за неточной осевой настройки, определяется зависимостью:

Дп

ДБ = . (3.4)

I + А. /

-АпБ

Величина суммарного осевого сдвига полосы равна алгебраической сумме составляющих ДБ, Дт и Др.

Осевой сдвиг полосы Дт в процессе прокатки приводит к изменению расстояний между диагонально расположенными боковыми стенками ручьев калибра, что вызывает в этих направлениях дополнительные деформации БД) которые приводят к изменению интенсивности деформации Дг.щ (в расчеты заложена средняя величина этого изменения) в определенных зонах очага деформации объемом V, для определения которых предложены соответствующие расчетные схемы (рис. 3, 4). Величину усилия Рт определили методом баланса работ, принимая условие пластичности Губера-Мизеса, модель жестко-пластической среды, деформированное состояние однородным, напряжения, действующие в направлении координатных осей при прокатке металла в несмещенном калибре, главными:

Рт^Л/Де^У, (3.5)

Дт у

где Стф — фактическое сопротивление формоизменению при сжатии.

/ у ^ у/ / /м г

*

--

1 1* м 0 У

х 1 <§

( | 0

А-А

/

Рис. 4. Расчетная схема к определению изменения деформированного состояния металла в очаге деформации при осевом сдвиге полосы в

процессе прокатки

Величина Дс1П равна:

■Гг

(-ка+1,67Ед)2 + ЬЛаО^-) +ОД7е

1п, а

+1,838

д

+ 4Д7Е"

1п2 а +1п2 ,1а

, (3.6)

где Бо, - площади поперечного сечения предчистового и чистового профиля, соответственно; а - коэффициент, характеризующий отношение длины большей оси предчистового овала к длине меньшей оси. Средняя величина ед равна:

1,488 Дт

ква0

•5,31 г

(3.7)

где Яд - радиус бочки валка;

г - радиус чистового калибра;

ао - угол захвата полосы валками по дну ручья.

Для расчета величин А Ет, ед и V в работе даны номограммы.

На основании (3.1), (3.5)...(3.7) получим:

^пТ =7^7-^7 ' (З-8)

где £ - коэффициент, учитывающий неравенство контактных площадей с правой и левой сторон ручья калибра при росте величины Ат (при Лт=0,2мм, 1,23).

Экспериментальное исследование прокатанных на лабораторном стане "300" свинцовых образцов, на внутренних сечениях которых была нанесена координатная сетка, подтвердило правомерность допущений, принятых в инженерном расчете величин 1пТ и Рт о характере изменений деформированного состояния металла в очаге деформации, вызванных осевым смещением ручьев калибра при прокатке круглой стали. Полученные экспериментальные значения величин Я^т и Рт имеют хорошую сходимость с расчетными.

На стане "450" ИМЗ исследованы составляющие осевого сдвига полосы при прокатке среднесоргной круглой стали, значения которых приведены в таблице.

Составляющие осевого сдвига полосы и осевого усилия при прокатке круглой

стали па стане "450" ИМЗ

Величина состав- Величина составляющих

ляющих осевого сдвига, мм Причина явления

осевого усилия, т

Составляющая Величина Составляющая Величина

Рр 1—1,5 АР до 0,1 задача овала с наклоном большей оси

Рт 1,5..3,5 Дт до 0,2 осевое биение ручьев

Рб до 0,5 Ав до 0,2 неточное совмещение ручьев

Рк 1..2 сдвиг вертикальной оси симметрии пропусков относительно калибра

Величина допустимого осевого сдвига полосы Дд определена исходя из двух условий: отклонения размеров круглой стали по "плечам" находятся в пределах плюсовой части допуска 6П и овальность профиля не превышает допустимое значение 6о . С учетом допустимого суммарного поля разброса размеров величина Ад по первому и второму условию, соответственно, равна:

Лд =

8n -Sji sin ai -8И(Ш1 -sin ai)-S

»1

cos ai

(3.9)

50 -|H-B|+5h(l-sin ai)-5H(mi - sin a^-S

4

(3.10) cosai

При расчете Ад по (3.9), (3.10), принимается меньшее значение.

Решена задача по оценке предельно допустимой величины осевого биения валков Дто и уточнен расчет величины допустимого исходного сдвига ручьев калибра Д0:

ДТ0*=(Лд-ЛЕо-Р^)

1 + -

^пТ.

1 + -

^пТ

(3.11)

(3.12)

Для определения величины Ато построена номограмма. Применительно к условиям, характерным для прокатки среднесортной круглой стали и катанки, в работе приведены расчетные значения величин Дд, До*, Ато. в зависимости от

допустимых отклонений размеров профиля, регламентированных ГОСТ 2590-71.

Выполненные исследования зависимости осевого сдвига полосы от параметров системы "прокатываемая полоса - осевые опоры валков" позволили обоснованно определить допустимый осевой сдвиг полосы Ад, величину допустимого исходного сдвига ручьев калибра Ао (требования к осевой настройке клети), допустимой величины осевого биения валков Ато (требования к допустимому зазору в осевых опорах валков) с учетом требуемой точности прокатки, что позволяет обоснованно подойти к проектированию осевых опор валков прокатных клетей.

В четвертой главе проведены исследования осевой жесткости прокатных клетей и расчет упругой деформации валков по прогибу и сплющиванию. Установлено, что эквивалентная осевая податливость клети для случая, когда клеть предварительно не нагружена в осевом направлении, равна:

Лэ=Я1 + Я3б . (4.1)

Для сортовой прокатки с предварительным осевым нагружением клети, применяемым для устранения зазоров в осевых опорах, величина составляющих Дт, Лб и Др рассчитывается по зависимостям (3.2)..(3.4). При этом А.3, в случае предварительного осевого нагружения клети усилием <3 , равным или превышающим необходимое (из условия нераскрытия стыков в осевых опорах), равна:

К ¿6

Получены зависимости и диаграммы, характеризующие изменение Хэ и составляющих осевого сдвига полосы от величины усилия предварительного осевого нагружения клети.

Проведено исследование величины составляющих суммарного осевого усилия, действующего на осевые опоры чистовой клети, величина усилия предварительного осевого нагружения клети стана 450 ИМЗ, температурный режим работы текстолитовых вкладышей, фиксирующих валок в осевом направлении, характер износа чистового калибра и величина осевой жесткости клети в случае применения предварительного осевого нагружения и без него.

Величина осевых усилий оценивалась с помощью специальных гидравлических осевых опор при прокатке 30 тысяч тонн круглой стали 55..80 мм. В данных условиях прокатки максимальные значения создаваемого прокатываемой полосой осевого усилия достигают 10..14% от вертикального усилия прокатки.

Исследованиями установлено, что вследствие неконтролируемого осевого нагружения клетей на стане часто применялось чрезмерно большое усилие предварительного осевого нагружения (до 15..20 тонн), что вызывало пласти-

ческие деформации деталей осевых опор, разогрев (свыше 100 °С) и износ текстолитовых вкладышей, фиксирующих валок в осевом направлении, приводя к дополнительным осевым смещениям валков.

Проведено исследование осевой жесткости чистовых бесстанинных предварительно напряженных клетей чистовых линий непрерывных проволочных станов. Средняя величина осевой жесткости опор валков составляла 150..200 кН/мм. Исследованиями установлено наличие значительных (до 0,15..0,30 мм) осевых зазоров в упорном подшипниковом узле.

С учетом величины допустимого осевого сдвига полосы и условий прокатки получена зависимость определения величины необходимой осевой податливости клети:

Предложена методика определения необходимого изменения жесткости осевых опор для случая их модернизации с целью снижения отклонений размеров профиля.

На основании полученных решений построены диаграммы, отражающие влияние параметров системы "прокатываемая полоса - осевые опоры валков" на составляющие осевого сдвига в широком диапазоне варьируемых параметров. Анализ полученных данных свидетельствует, что уменьшение осевой податливости клети У? снижает составляющую Ар, но при этом может привести к увеличению составляющих Лт и Ац. Это необходимо учитывать при проектировании и модернизации осевых опор.

На основании выполненных исследований показано, что для условий прокатки среднесортной круглой стали можно рекомендовать величину осевой жесткости клети в пределах от 100 кН/мм до 200 кН/мм. При прокатке катанки величина осевого сдвига полосы обусловлена, в основном, наличием зазоров в осевых опорах и неточной осевой настройкой ручьев калибра и лишь в незначительной степени зависит от осевой жесткости клети. Поэтому осевая жесткость чистовых клетей непрерывных проволочных станов, равная 30..60 кН/мм (без учета наличия зазоров в осевых опорах), вполне достаточна. Установлено, что величина допустимого осевого зазора в осевых опорах валков чистовых клетей современных высокоскоростных проволочных станов не должна превышать 0,1мм.

Предложен расчет упругой деформации прокатного валка по прогибу методом конечных элементов. Сплошная изотропная среда тела прокатного валка разделяется на некоторое число треугольных конечных элементов (рис.5). Используя известные положения метода конечных элементов и пренебрегая начальными напряжениями, деформациями и объемными силами получаем основное уравнение метода в следующем виде:

[КГ{5}е={К}е, (4.4)

где [К]е - матрица жесткости элемента;

{5}° - вектор узловых перемещений;

{К_}е - вектор внешних сил. В качестве функций формы примем линейные функции, тогда матрица жесткости

VI" г

(4.5)

где [В] =

2Д

Ь1 0 ьз 0 ьт 0

0 С1 0 С1 0 ст

Ъ1 ст ьт

№

1-У

1 V 0

V 1 0

1-V

0 0

2

Входящие в (4.5) матрицы являются постоянными и их можно вынести из под знака интеграла

[к }е =[в]т[в][в]|ау. (4.6)

Для вычисления объема выделенного треугольного элемента необходимо определить его толщину. Толщина элемента является переменной и зависит от диаметра Б поперечного сечения прокатного валка и расположения элемента относительно горизонтальной оси у (рис. 5):

(4.7)

t = ^|т>2~-4y2 . Объем элемента определяется следующей зависимостью: Vе = ЦЧс1хс1у = Ц^И2 -4у2(1хс1у.

(4.8)

Точное интегрирование выражения (4.8) является громоздким, поэтому производится численное интегрирование и объем может быть определен по зависимости:

Vе = с1ег[I£^>2-4у2 , (4.9)

¡=1

где W¡ - весовые коэффициенты, определяемые в точках интегрирования а, Ь и с (рис.5);

йе1[1]=(х1 -х3ХУ2-УЗ)-(х2-хЗХУ1 ~УЗ)-

Величины О и у вычисляются в точках интегрирования а, Ь, с.

конечных элементов

Рис. 6. Схема к расчету сплющивания прокатного валка

После того, когда матрица жесткости элемента определена, формируем глобальную матрицу жесткости, вектор внешних узловых сил, решаем полученную систему линейных алгебраических уравнений, получая значения узловых перемещений.

Приведенная методика реализована в пакете из девяти программ, предназначенных для определения прогиба прокатного валка при нагружении его сосредоточенными силами и реализуемых на IBM PC AT/XT с объемом оперативной памяти не менее 640 Кбайт.

По приведенной методике выполнены расчеты деформаций прогиба прокатных валков в зависимости от длины и диаметра бочки валка, а также диаметра, длины и конфигурации шейки валка. Полученные результаты использованы при модернизации прокатных клетей.

В работе предложена методика определения величины упругой деформации валка при горячей прокатке от упругого сплющивания валка у0, которая входит в структуру вертикальной податливости клети (рис.6). Величина у0 равна:

уо = Ута2^Ук; (410)

где Ушах - максимальная величина сплющивания валка;

ук - величина сплющивания на краю дуги контакта. Учитывая влияние внешних зон валка на упругое сплющивание величину ушах определяем по зависимости:

1-v2 Г, 4R

^^^rr'^Jv (4Л1)

4R ,

2 In-+ L-

вср вср

где кс =

21n^L-

Bm

Ь = -Ж • ДЬ - длина дуги контакта без учета сплющивания валка; ДЬ - величина обжатиия полосы; К - радиус недеформированного валка;

Е и v - модуль упругости и коэффициент Пуассона материала валка;

Р - усилие прокатки;

В^ - средняя ширина полосы;

Вш - максимальная ширина сплющенной зоны контакта. Величины Вср, ДЬ сортовой прокатки определяются по методу соответственной полосы.

Сплющивание валка на краю дуги контакта определим из выражения

Ук=Ушах-ДУ. (4Л2)

где Ду - величина, определяемая по формуле Буссинеска:

v

1- v2 Р

Лу = 2кс —р-— • (4.13)

яЕ Вер

Проведя некоторые преобразования и упрощения получена расчетная зависимость для определения у0:

1- V2 ( 4]* 1 Р

у° °21« I1" т ~0'67] в^; ■ <4Л4)

Для удобства оценки величины жесткости валков по сплющиванию построена номограмма. Проведенный анализ свидетельствует, что величина упругого радиального сплющивания налков достигает 15-^20 % от суммарной деформации клети.

Пятая глава посвящена разработке системы автоматической коррекции межвалкового зазора. Для стабилизации размеров катанки путем оперативной коррекции межвалковых зазоров необходимо в структуре типового непрерывного проволочного стана выявить клети, в которых укаЗашгая" коррекция наиболее приемлема. Как показало исследование, для типового проволочного стана наиболее целесообразной, с точки зрения эффективности воздействия на размеры чистового профиля и эксплуатационной надежности системы коррекции, является схема, при которой оперативная коррекция межвалковых зазоров производится во всех клетях двухниточной прокатки (клети №№ 14..17 вторых промежуточных групп).

Выполнена экспериментальная и аналитическая оценка жесткости рабочих клетей и их узлов во второй промежуточной группе. При исследовании точности прокатки в указанной группе клетей на основании теоретических завис имостей осуществлена оценка составляющих разнотолщинности Ар, А^,, А? вызываемых соответственно, колебанием усилия прокатки в данной клети от всех возможных причин, кроме изменения "свободной" высоты калибра из-за радиального биения валков и изменения числа одновременно прокатываемых полос. Учитывая большое влияние, оказываемое на величину Д^ межклетевым натяжением полос, уровень которого в условиях прокатки в клетях вторых промежуточных групп достигает 20..40 МПа, при выполнении настоящего исследования разработана методика расчета указанной составляющей разнотолщинности, с учетом величины натяжения и его колебаний при изменении числа прокатываемых полос. При решении рассматриваемой статически неопределимой задачи использован графо-аналитический метод совместного решения уравнений линии жесткости рабочей клети и линии обжатия прокатываемой полосы, на основании которого величину Ат_. можно определить следующим образом:

где д'^Л- разнотолщинность в 1-ом калибре, рассчитанная без учета изменения

величины натяжения;

- усилие деформации в ¿-ом калибре при прокатке в клети двух полос, рассчитанное, соответственно, с учетом и без учета изменения натяжения;

Р] - усилие деформации в 1 -ом калибре при прокатке в клети одной полосы; X; , хР - коэффициенты податливости клети в ¡-ом калибре от усилия деформации в этом же калибре, соответственно, при прокатке в одну и две нитки;

Я'? - коэффициент податливости клети в 1 -ом калибре от усилия, действующего в калибре р; р - среднее удельное давление, рассчитанное без учета натяжения; а - средняя арифметическая величина переднего и заднего удельных натяжении.

Для решения уравнения (5.1) с использованием условия постоянства секундных объемов составлена система уравнений

—Ч^ш +А1О12) = П2[1 + 802 +А2(су2з -^г)] и2к

+ +А2(О2З-^12)] = пЗ[1+803 + А3(ст34 -С12)] , (5.2;

и3к

^пзг-^[1 + 30з+Аз(сз4-ст2з)] = П2[1 + 804 -А4аз4]

где Бц-Б^ П1..П4,8о1..8о4 - соответственно, катающие диаметры клетей №№ 1./ второй промежуточной группы (соответствуют клетям № №14..17 стана); скорость вращения валков; опережение металла, рассчитанное бе: учета натяжения; а 12, с23, (У34 - удельные натяжения полосы; |Дг, Цз» Щ - коэффициенты вытяжки;

А1..А4 - коэффициенты, учитывающие влияние натяжения на величину опережения (рассчитывается по формуле, известной из работы А.П.Чекма рева).

Расчет усилия прокатки выполнялся по методике А.И. Целикова с ис пользованием метода соответственной полосы. Система (5.2) с помощью опре делителей решена относительно величины натяжения.

Расчет величины А^ . выполнялся с использованием метода итераций.

В результате проведенного с использованием ЭВМ расчета составляю щих разнотолщинности полос при прокатке в клетях вторых промежуточны) групп проволочного стана "250" выполнен анализ точности многониточно!

прокатки с количественной оценкой доли величины А^ . по отношению к величине суммарной разнотолщинности. Установлено, что величина указанной составлявшей, вызываемой изменением числа полос, достигает 50% и более от величины суммарной разнотолщинности.

Как показал анализ полученных данных, для эффективной стабилизации размеров профиля, прокатываемого на проволочном стане, необходимо в процессе прокатки компенсировать отрицательное влияние изменения числа полос, что Практически возможно осуществить за счет соответствующей оперативной коррекции межвалковых зазоров в клетях много ниточной прокатки.

Для определения величины коррекции межвалкового зазора, необходимой для стабилизации размеров профиля и величины межклетевых натяжений при изменении числа прокатываемых полос, разработана математическая модель коррекции при многониточной прокатке, учитывающая величину жесткости клети, число и податливость прокатываемых полос, расположение их на бочке валков. С использованием данной математической модели разработан алгоритм автоматизированного расчета и составлена программа коррекции межвалковых зазоров клетей второй промежуточной группы для условий проволочного стана "250" ЗСМЗ.

Длительное промышленное использование опытно-промышленной системы оперативной коррекции на проволочном стане "250" ЗСМЗ при прокатке катанки, с охватом всего сортамента стана подтвердили надежность и работоспособность системы. При этом установлено, что оперативная коррекция межвалковых зазоров во второй промежуточной группе практически полностью устраняет вызываемое изменением числа полос колебание ширины катанки.

Шестая глава посвящена анализу промышленных испытаний и внедрению результатов исследований. Для условий прокатки круглой стали на сред-несорттюм стане "450" ИМЗ рассчитаны, с учетом требуемого ограничения поля разброса размеров, оптимальные значения величины усилия предварительного осевого нагружения клети и ее осевой жесткости. Расчетное значение усилия предварительного осевого нагружения клети находится в диапазоне от 50 до 70кН, что, примерно, в 3 раза ниже максимальных значений осевых усилий, практиковавшихся на стане при рядовой прокатке. Расчетное значение осевой жесткости клети находится в пределах от 120 до 150 кН/мм.

Для проверки выработанных рекомендаций в условиях прокатки круглой стали на стане "450" для чистовых клетей были разработаны осевые опоры, позволившие реализовать расчетные параметры и за счет этого повысить точность настройки клети. Внедрение на чистовых клетях этих опор снизило колебание размеров по "плечам" профиля на 25%.

С использованием полученных зависимостей для условий прокатки катанки по допускам обычной точности на стане "250" ЗСМЗ рассчитаны допустимая величина осевого сдвига полосы (Ад = 0,15..0,20 мм) и величина допустимого осевого зазора в осевых опорах валков (То~0,1мм). Выработанные в на-

стоящей работе рекомендации позволили разработать для клетей современны? сортовых и проволочных станов, работающих на ПЖТ, усовершенствованнук конструкцию осевой опоры валков, на которую получены а.с. №№ 555927 579045.

С использованием конструктивных схем, защищенных авторскими сви детельствами, и выполненных исследований разработаны для чистовых клете! стана "250" и внедрены усовершенствованные осевые опоры валков, примене ние которых позволяет, как показали результаты промышленных испытаний существенно снижать и поддерживать в процессе эксплуатации минимальным! (Т0 < 0,1 мм) осевые зазоры в упорном узле ПЖТ, улучшить условия осевой на стройки клети и за счет этого уменьшить суммарное поле разброса размеров что обеспечивает уменьшение овальности профиля и сужение плюсовой част) допуска, в среднем, на 0,1мм. Конструкция осевых опор валков станинных кле тей прошла длительную промышленную проверку и использована в конструк ции бесстанинных предварительно напряженных клетей, которыми были заме нены клети чистовых линий непрерывного проволочного стана "250" ЗСМ' (всего 32 клети).

Аналогичные предварительно-напряженные клети были внедрены на не прерывном проволочном стане "250-1" Криворожского металлургического за вода при реконструкции чистовых линий. Исследования точности прокатки проведенные совместно с Институтом черной металлургии г. Днепропетровск подтвердили эффективность проведенной реконструкции (внедрено сорок че тыре клети).

Для устранения вызываемого изменением числа прокатываемых поло колебания ширины профиля катанки разработана и исследована система опера тивной коррекции межвалковых зазоров клетей второй промежуточной грутп непрерывного проволочного стана "250" ЗСМЗ, позволяющая стабилизироват площади поперечного сечения подкатов, поступающих в чистовые группы кле тей стана. В качестве исполнительного устройства разработан быстродейст вующий гидравлический механизм дискретного действия, обладающий высс кой надежностью работы в условиях эксплуатации проволочного стана и обес печивающий возможность оперативной и точной отработки требуемой коррек ции межвалкового зазора в клетях многониточной прокатки.

Разработанный исполнительный механизм, на конструкцию которог получено а.с. № 710704, представляет собой гидравлический цилиндр, спас женный задатчиком величины хода плунжера, выполненным в виде охваты вающей плунжер кольцевой крышки, жестко связанной с корпусом цилиндр посредством резьбы. Гидравлические цилиндры исполнительных механизме устанавливаются между подушкой нижнего валка и нижним нажимным винто! со свободной и приводной сторон клети. Между торцовыми поверхностям бурта плунжера и задатчика хода устанавливается зазор, путем поворота зада! чика относительно корпуса гидроцилиндра на определенный угол с использс ванием соответствующей шкалы отсчета. Механизм обеспечивает необходк

«ый достаточно широкий диапазон (от 0,1 до 1,0 мм) коррекции. Система коррекции смонтирована на четырех клетях(№ 14.. 17) правой стороны стана и состоит из исполнительных механизмов, фотореле (датчиков наличия полос), электрогидравлической системы управления, а также источника давления ра-5очей жидкости, в качестве которого используется цеховая гидросистема (минеральное масло, £Раб.-6 МПа). Исполнительные механизмы подключены к гидросистеме через двухпозиционные гидрораспределители. Датчики наличия толос установлены перед второй промежуточной группой клетей. Для учета гранспортного запаздывания прокатываемых полос в цепь управления гидро-эаспределителями включены реле времени.

При работе механизма обеспечивается высокая стабильность коррекции з связи с отсутствием накопления погрешностей при многократных отработках. Это устраняет необходимость использования схемы обратной связи, что упрощает конструкцию системы и повышает ее эксплуатационную надежность.

Внедрение разработанной системы показало, что оперативная* коррекция лежвалковых зазоров во второй промежуточной группе практически полностью устраняет вызываемое изменением числа полос колебание ширины профиля катанки, сокращая суммарное поле разброса размеров, в среднем, на 15%.

На основании результатов выполненной работы выработаны рекомен-;ации по освоению и эксплуатации системы оперативной коррекции межвал-совых зазоров при многониточной прокатке на типовых проволочных станах.

На непрерывном среднесортном стане "450" ЗСМЗ выполнены опытно-сонструкторские разработки, направленные на улучшение эксплуатационных сарактеристик системы предварительного нагружения рабочих клетей, а также га усовершенствование узлов самоустановки и осевой фиксации подушек кле-гей "530" чистовой группы стана"450". Разработанная конструкция усовершен-¡твованных узлов самоустановки и осевой фиксации подушек защищена а.с. ^884750. Разработана также система предварительного нагружения подушек слети "530" черновой группы стана "450". Разработанная гидравлическая сис-ема предварительного нагружения освоена и внедрена в эксплуатацию на 20 >абочих клетях "530" чистовой группы стана "450".

Усовершенствованные узлы самоустановки я осевой фиксации подушек >своены и введены в эксплуатацию на большинстве рабочих клетей "530" чис-овой группы. Использование разработанных устройств улучшает самоуста-ювку подушек, повышает стойкость подшипниковых узлов опор валков, 'лучшая условия эксплуатации и повышая стабильность настройки клетей, что юзволяет более устойчиво осуществлять прокатку в минусовом поле допуска.

Исследованием точности размеров профилей, прокатываемых на стане '280-1" Омутнинского металлургического завода' (ОМЗ), 'выявлен значитель-[ый разброс размеров по ширине готового профиля. Причина этого в малой кесткости предчистовой клети при усилии прокатки около ЮкН, что при коле->ании технологических параметров приводит к значительным изменениям ее еформации и размеров готового профиля.

Для уменьшения влияния этих факторов разработано утсройство предварительного нагружения предчистовой клети, которое состоит из двух текстолитовых вкладышей, связанных между собой стяжкой и поджимаемых через пружину к валкам.

При установке двух устройств между валками предчистовой клети усилие предварительного нагружения около 15кН устраняет зазоры и снижает нелинейность деформации клети. Это сократило колебание размеров по высоте предчистового профиля в 2 раза, что уменьшило колебание размеров по ширине чистового профиля на 15%.

Для линейного стана "280-2" ОМЗ, характеризующегося прокаткой круглых и полосовых профилей из инструментальной и конструкционной стали со значительным колебанием температуры конца прокатки и перектытием при прокатке мелких кругов (010.. 15 мм) в двух последних проходах, разработана бесстанинная ПНК 280/600 переменное дуо, состаящая из блоков валков, стянутых гидрогайками. Клеть устанавливается на основание, в котором размещен холостой вал, передающий вращение на следующую клеть. Радиальные опоры валков - IDKT 180. Регулировка межвалкового зазора - эксцентриковая. С целью снижения осевых зазоров в упорном узле и более жесткой осевой фиксации валка упорный узел скольжения ПЖТ 180, воспринимающий осевые нагрузки, заменен на упорный узел качения. В основе конструкции упорного узла заложены решения, прошедшие длительную промышленную проверку в клетях ПНК 250 чистовых групп проволочных станов "250-1" ЗСМЗ. Осевая настройка клети осуществляется перемещением нижнего валка.

Были изготовлены и внедрены две ПНК 280/600 переменное дуо для чистовой группы стана "280-2". Исследованием установлено, что вертикальная жесткость ПНК составляет 750кН/мм. С учетом радиального сплющивания валков применительно к условиям прокатки на стане радиальная жесткость клети оценивается величиной 550кН/мм. Внедрение двух бесстанинных предварительно напряженных клетей, позволило в 2,5..3 раза повысить вертикальную жесткость хлети и сократить в 2-3 раза осевые зазоры в опорах валков, что обеспечило получение проката в суженном на 20% поле допуска и повысить производительность за счет увеличения перекрытия одновременно прокатываемых полос.

С использованием накопленного опыта при реконструкции чистовой линии стана "550" Чусовского металлургического завода для повышения точности прокатки была разработана, изготовлена и внедрена чистовая клеть. Аналогичные работы выполнены при реконструкции второй линии мелкосортного стана "250" этого завода.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основании изучения процесса однониточной и многониточной сортовой прокатки выявлена необходимость создания основ проектирования про-

катных клетей с заданными параметрами жесткости, учитывающего комплексное влияние технологических и конструктивных параметров процесса однони-гочной и многониточпой непрерывной сортовой прокатки, позволяющего осуществлять совершенствование конструкции клетей, и повышение на этой основе точности сортового проката.

2.Разработана математическая модель точности прокатки, характеризующая зависимость точности однониточной и многопиточпои прокатки круглой стали от основных технологических факторов процесса и характеристик прокатных клетей с учетом взаимосвязи полей разброса размеров по "плечам", высоте и ширине профиля, что позволило выявить значительное влияние на точность проката поля разброса размеров по "плечам" профиля, его связь с полем разброса по высоте и обоснованно рассчитывать необходимые для повышения точности проката характеристики прокатных клетей.

3.Разработана математическая модель осевого сдвига полосы, определяющая влияние изменения осевой жесткости клети и прокатываемой полосы, а также условий предварительного осевого нагружения клети, на величину составляющих осевого сдвига полосы, которая позволила определить допустимый осевой сдвиг полосы, требования к осевой настройке клети (допустимый осевой сдвиг ручьев калибра), величину допустимого зазора в осевых опорах валков (допустимое осевое биение валков), что обеспечивает обоснованный подход к проектированию осевых опор валков прокатных клетей.

4.Усгановлена зависимость влияния величины упругой деформации прокатного валка от сплющивапия и прогиба при горячей прокатке на вертикальную жесткость сортопрокатной клети. Проведенное исследование свидетельствует о значительном завышении вертикальной жесткости клети при неправильном учете упругих деформаций прокатного валка по прогибу и сплющиванию.

5 # Получены аналитические зависимости позволяющие рассчитать необходимые, с учетом требуемой точности многониточной и однониточной прокатки, величины осевой жесткости клети, усилия предварительного осевого нагружения клети, обеспечивающие обосновагпюе проектирование основных узлов прокатной клети и выбор схемы и величины ее предварительного нагружения. Для современных высокоскоростных проволочных прокатных станов, когда предварительное осевое нагружение клети нежелательно, получены зависимости для определения допустимого осевого зазора в опорах прокатной клети.

б.Полученные теоретические зависимости подтверждены результатами экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и.производст-венных условиях на действующих непрерывных и линейных, однониточных и многониточных станах.

7 _ Разработана математическая модель изменения межвалкового зазора в клетях двухниточной прокатки с учетом межклетевых натяжений. Предложе-ная математическая модель позволяет рассчитать величину коррекции межвал-

ковых зазоров, производимую для компенсации влияния на точность прокатки изменения числа прокатываемых полос, Выполненное исследование обеспечило разработку системы и расчет величины коррекции межвалковых зазоров клетей вторых промежуточных групп непрерывного четырехниточного проволочного стана.

Н.Разработапы и внедрены новые конструкции сортопрокатных клетей и опор прокатных валков, защищенных авторскими свидетельствами, позволяющие реализовать выработанные рекомендации при модернизации и создании новых прокатных клетей. На среднесортном стане "450" ИМЗ в 2-3 раза снижено усилие осевого нагружения чистовой клети, что повысило стабильность осевой настройки валков. На непрерывных четырехниточных проволочных станах "250" ЗСМЗ и "250-3" Криворожского металлургического завода внедрено 76 бесстанинных предварительно напряженных клетей с усовершенствованной конструкцией осевых опор. Вертикальная жесткость внедренных клетей в два раза выше, чем у замененных станинных клетей, а осевые зазоры в опорах валков сокращены в 2-3 раза и не превышают 0,1 мм. На непрерывном четырехниточном проволочном стане "250" ЗСМЗ разработана и внедрена система оперативной коррекции межвалковых зазоров в клетях второй промежуточной группы, позволяющая стабилизировать площади поперечного сечения подкатов, поступающих в чистовые группы клетей стана, и за счет этого снижающая суммарное поле разброса размеров на 15%. На непрерывном среднесортном стане "450" ЗСМЗ на 20 клетях внедрена гидравлическая система предварительного вертикального нагружения подушек клетей чистовой группы, а также усовершенствованные узлы самоустановки и осевой фиксации подушек, что повысило стойкость подшипниковых узлов прокатных валков, обеспечило стабильность настройки клетей и позволило устойчиво осуществлять прокатку в минусовом поле допусков. На линейном стане "280-2" ОМЗ разработаны и внедрены две чистовые бесстанинные предварительно напряженные клети переменное дуо 280/600, позволившие в 2,5-3 раза повысить вертикальную жесткость клети и сократить в 2-3 раза осевые зазоры в опорах валков, что обеспечило получение проката в суженном на 20% поле допуска. На линейном мелкосортном стане "280-1" ОМЗ разработана и внедрена система предварительного вертикального нагружения валков предчистовой клети, позволяющая повысить вертикальную жесткость клети и за счет этого уменьшить колебание размеров ширины чистового профиля на 15%. С использованием накопленного опыта изготовлены и внедрены чистовые клети станов "250" и "550" Чусовского металлургического завода.

Результаты экспериментальных исследований, проведенных после внедрения, свидетельствуют о существенном (на 12-15%) повышении точности проката.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1.Мериин И.М., Губерт В.А., Мирасов М.М., Шеногин В.П. Исследование податливости опор и полосы в направлении оси валков // Исследование машин и технологии обработки металлов давлением. .- Ижевск, 1970. - Вып. 4,-С. 42-47.

2.Мериип И.М., Губерт В.А., Шеногин В.П. К оценке необходимой податливости осевых опор валков листовой клети сортового стана // Вопросы проектирования и модернизации машин. - Ижевск, 1971. - С. 38-42.

3.Влияние осевого прижима на точность сортовой прокатки / Мериин Л.М., Шеногин В.П., Губерт В.А., Калашников Ю.П. // Исследование машин и технологии кузнечно-штамповочного производства. - Челябинск, 1972. - № 111.-С. 179-184.

4.Мериин И.М., Губерт В.А., Шеногин В.П., Кочуров A.C. и др. Исследование точности круглого профиля при сортовой прокатке // Исследование малин и технологии кузнечно-штамповочного производства - Ижевск, 1975. -Зып. 5,- С. 160-163.

5.Мериин И.М., Шеногин В.П., Коломников Г.Ф., Лаврентьев А.Л. Влия-ше осевых сдвигов валков на точность прокатки катанки // Исследование малин и технологии кузнечно-штамповочного производства. - Челябинск, 1977. ->6 188.-С.. 151-155.

6. Шеногин В.П., Мериин И.М. К расчету осевых усилий при прокатке фуглой стали // Исследование машин и технологии, обработки металлов даванием : Межвузовский сборник. - Ижевск, 1978. - Вып. 3. -С.113-119.

7.Мериин И.М., Семин Ю.Н., Шеногин В.П. и др. Автоматическое реагирование межвалкового зазора в клетях промежуточных групп проволочного :тана // Новые технологические процессы и оборудование прокатного произ-юдства - средство повышения качества и экономии металла: Тезисы докладов ¡аучно-технической конференции. - Челябинск, 1980. - С.85.

8.. Мериин И.М., Шеногин В.П., Храбров A.B. Влияние осевых сдвигов ¡алков на точность сортовой прокатки и расчет допустимого осевого зазора в шорах валков // Теоретические проблемы прокатного производства: Тезисы (окладов и сообщений третьей всесоюзной научно-технической конференции. -Днепропетровск, 1980. - С.136.

9. Мериин И.М., Семин Ю.Н., Коломников Г.Ф., Шеногин В.П. и др. Ис-ледование жесткости исполнительного устройства автоматической коррекции [ежвалкового зазора рабочей клети многониточной прокатки // Третья всесо-)зная конференция по расчетам на прочность металлургических машин: Тези-ы докладов конференции. - М., 1985. - С. 31.

Ю.Мериин И.М., Семин Ю.Н.,Коломников Г.Ф., Шеногин В.П. и др. гсовершенствование устройств для осевой фиксации подушек рабочих клетей а непрерывном среднесортном стане 450 // Черная металлургия. Бюллетень

научно-технической информации. - М., 1985. - Вып. 5 (985).- С.40-42.

11.Мериин И.М., Шеногин В.П., Коломников Г.Ф. и др. Совершенствование системы предварительного нагружения рабочих клетей непрерывного среднесортного стана 450 // Черная металлургия: Бюллетень научно-технической информации. - М., 1985. - Вып. 1 (981).- С. 23-24.

12.Морозов С.И., Мериин И.М., Шеногин В.П. и др. Разработка и внедрение усовершенствованных предварительно напряженных клетей на непрерывном проволочном стане 250-1// Черная металлургия: Бюллетень научно-технической информации. - М., 1985. - Вып. 3 (1007). - С. 31-33.

13. Шеногин В.П., Мериин И.М., Погорелов А.И., Храбов A.B. Дистанционное управление регулированием межвалкового зазора // Улучшение качества и экономия металла путем повышения точности прокатки сортовых профилей: Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара. -М.,1987. -С.5.

14. Шеногин В.П., Уральский В.И., Лаврентьев A.JL, Мокроусов А.М. Опыт эксплуатации усовершенствованных клетей двухниточной прокатки // Улучшение качества и экономия металла путем повышения точности прокатки сортовых профилей: Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара.-М.,1987.-С.9.

15.Шеногин В.П., Лабецкий Ю.О., Никиташев MB, Храбров A.B. Опыт эксплуатации усовершенствованных опор валков на предварительно напряженных клетях чистовых групп проволочных станов // Улучшение качества и экономия металла путем повышения точности прокатки сортовых профилей: Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара. - М.,1987. -С.10.

16. Шеногин В.П., Мериин И.М., Храбров A.B. Исследование жесткости сортопрокатной клети в направлении прокатки// Теоретические проблемы прокатного производства: Тезисы докладов четвертой Всесоюзной научно-технической конференции. - Днепропетровск, 1988. - С.211.

17. Шеногин В.П., Мериин И.М., Лаврентьев А.Л. Исследование влияния сплющивания валков на жесткость сортопрокатных клетей и точность проката // Теоретические проблемы прокатного производства: Тезисы докладов четвертой Всесоюзной научно-технической конференции. - Днепропетровск, 1988. -С. 199-200.

18.Шеногин В.П., Лаврентьев А.Л., Храбров A.B., Кочуров A.C. Чистовая клеть мелкосортного стана // Ученые Ижевского государственного технического университета - производству: Тезисы докладов научно-технической конференции. - Ижевск, 1994. - С.70.

19.Шеногин В.П., Кочуров A.C., Конышев A.A. и др. Опыт усовершенствования прокатного оборудования линейных станов Чусовского и Омутнинско-го металлургических заводов // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века: Тезисы межгосударственной научно-технической коференции. -Магнитогорск, 1996. - С.50-52.

20.Шеногин В.П., Кочуров A.C., Конышев A.A. и др. Усовершенствование рабочих клетей линейных прокатных станов // Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века: Тезисы межгосударственной научно-технической конференции. - Магнитогорск, 1996. - С.65-68.

21.Шеногин В.П., Кочуров A.C. Совершенствование оборудования и технологии сортопрокатного производства//Избранные ученые записки ИжГТУ в трех томах: Том 1. -Ижевск, 1997. С.63-65.

22.A.C. 555927 СССР. Опорный узел прокатного валка / Кугушин A.A., Шеногин В.П., Мериин И.М. и др.(СССР)// Открытия.Изобретения. 1977. -№16.

23-А.с. 677784 СССР. Подшипник жидкостного трения прокатного валка / Шеногин В.П., Мериин И.М., Тодер И.А. и др.(СССР)// Открытия.Изобретения. 1979. - № 29.

24. A.c. 710704 СССР. Гидравлическое нажимное устройство рабочей клети многониточной прокатки / Сапожников А.Я., Мериин И.М., Семин Ю.Н., Коломников Г.Ф., Шеногин В.П. и др.(СССР)// Открытия.Изобретения. 1980.-№3.

25.А.С. 835543 СССР. Предварительно напряженная прокатная клеть / Мериин И.М., Шеногин В.П., Коломников Г.Ф. и др.(СССР)// Откры-тия.Изобретения. 1981.-№21.

26. A.c. 882672 СССР. Предварительно напряженная прокатная клеть / Мериин И.М., Шеногин В.П., Кугушин A.A. и др.(СССР)// Открытия.Изобретения. 1981. - № 43.

27.А.С. 884750 СССР. Прокатная клеть / Мериин И.М., Шеногин В.П., Кугушин A.A. и др.(СССР)// Открытия.Изобретения. 1981. - № 44.

28. A.c. 925454 СССР. Устройство для вертикальной регулировки валка прокатной клети / Мериин И.М., Шеногин В.П., Тодер И.А. и др.(СССР)// Открытия.Изобретения. 1982. -№ 17.

29. A.c. 973202 СССР. Опора прокатного валка/ Мериин И.М., Шеногин В.П., Лаврентьев А.Л. и др.// Открытия.Изобретения. 1982. - № 42.

30. A.c. 984519 СССР. Прокатная клеть / Мериин И.М., Кочуров A.C., Шеногин В.П. и др.// Открытия.Изобретения. 1982. - № 48.

31. A.c. 1025471 СССР. Предварительно нагружегшая клеть/ Мериин И.М., Шеногин В.П., Храбров A.B. и др.// Открытия.Изобретения. 1983. - № 24.

32. A.c. 1386322 СССР. Устройство для вертикальной регулировки валка прокатной клети / Шеногин В.П., Храбров A.B., Мериин И.М. и др.(СССР)// Открытия.Изобретения. 1988. - № 13.

33. A.c. 1470377 СССР. Предварительно напряженная прокатная клеть / Шуваев В.П., Козак К.В., Сидоренко Н.В., Уральский В.И., Шеногин В.П. и др.// Открытия. Изобретения. 1989. - № 13.

о

/V '

0 8 9у-о2УЪ с/

ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

Йии

м президиум

[! (Рс?иение от " " ^Г 19 ^ г., Ш^ф^

|| присудил ученую степень ДОКТОРА

€ к е^е-е^/^е^р^

наук

! ^чальник управления ВАК России

ИМИЕЛЕГРОВИЧ

На правах рукописи

УДК 621.771.257.26:669.1

^Щап-

ТОЧНОСТЬ СОРТОВОЙ ПРОКАТКИ и ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ СТАБИЛИЗАЦИИ РАЗМЕРОВ ПРОКАТЫВАЕМЫХ ПРОФИЛЕЙ

Специальность: 05.16.05 - Обработка металлов давлением

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант заслуженный деятель науки и техники РФ, д.т.н., профессор АБРАМОВ И.В.

ИЖЕВСК -1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение................................................................................................................5

Глава {.Состояние вопроса и постановка задачи исследования........................8

Глава 2.Анализ влияния на точность прокатки полей разброса по "плечам", высоте и ширине профиля с учетом их взаимосвязи при однониточной и многониточной прокатке....................................39

2.1.Исследование точности прокатки на стане "450" Ижевского металлургического завода............................................................................39

2.2.Исследование точности прокатки на непрерывном четырехни-точном проволочном стане "250" Западно-Сибирского металлургического завода.................................................................................42

2.3.Влияние осевых сдвигов полосы на поле разброса размеров круглой стали...................................................................................................53

2.4. Влияние осевых сдвигов полосы на овальность сечения круглой

стали..........................................................................................................69

2.5.Оценка неравномерности износа чистового калибра при прокатке круглой стали.......................................................................................75

2.6.Выводы по главе........................................................................................78

Глава 3.Исследование осевого сдвига полосы при сортовой прокатке............80

3.1.Структура и величина осевого сдвига полосы при прокатке без предварительного осевого нагружения клети и с его применением...............................................................................................................80

3.2.Экспериментальное исследование осевой податливости полосы............91

3.3.Экспериментальное исследование распределения вызванных осевым сдвигом полосы деформаций в объеме очага деформации...........101

ЗАИследование осевой податливости полосы по биению..........................105

3.5.Исследование составляющих осевого сдвига полосы при прокатке круглой стали на стане "450" ИМЗ и катанки на проволочном стане "250" ЗСМЗ...................................................................................121

3.6.Определение величины допустимого осевого сдвига полосы................ 128

3.7.Определение максимально допустимых величин осевого биения

ручьев калибра и их исходного смещения.............................................132

3.8.Выводы по главе......................................................................................136

Глава 4.Исследование осевой жесткости прокатных клетей и расчет

упругой деформации валков по прогибу и сплющиванию...............138

4.1.Осевая жесткость опор и клети при отсутствии осевого нагружения ..........................................................................................................138

4.2.Влияние предварительного осевого нагружения на осевую жесткость клети..............................................................................................141

4.3.Экспериментальное исследование осевой жесткости чистовых

клетей стана "450"..................................................................................152

4.4.Иследование осевых усилий, возникающих при прокатке круглой

стали на стане "450"...............................................................................156

4.5.0ценка практикуемого на стане "450" усилия предварительного осевого нагружения клети и его влияния на температурный режим работы упорных текстолитовых вкладышей, фиксирующих валок в осевом направлении..................................................................161

4.6.Оценка необходимой величины податливости осевых опор и усилия предварительного бсевого нагружения клети................................166

4.7.Расчет упругих деформаций валка по прогибу методом конечных элементов................................................................................................176

4.8.Расчет упругих деформаций валка по сплющиванию............................183

4.9.Выводы по главе......................................................................................189

Глава 5.Разработка математической модели коррекции межвалкового

зазора при многониточной прокатке................................................193

5.1.Теоретическое исследование точности прокатки в клетях второй

промежуточной группы непрерывного проволочного стана...............194

х 5.2.Анализ составляющих разнотолщинности при многониточной прокатке в клетях второй промежуточной группы типового проволочного стана......................................................................................204

5.3.Выбор рационального направления работы по снижению отрицательного влияния изменения числа полос на точность многониточной прокатки................................................................................211

5.4.Расчет коррекции межвалкового зазора при многониточной кро-катке для предотвращения разнотолщинности, вызываемой изменением числа полос............................................................................215

5.5.Податливость гидравлического механизма регулирования межвалкового зазора и ее учет при расчете необходимой величины коррекции...............................................................................................223

5.6.Разработка и реализация на ЭВМ алгоритма расчета коррекции межвалкового зазора для условий прокатки на типовом проволочном стане...........................................................................................243

5.7.Выводы по главе......................................................................................251

Глава 6.Промышленные испытания и внедрение результатов исследования...................................................................................................253

6.1.Внедрение выработанных рекомендаций на стане "450" Ижевского металлургического завода.................................................................. 253

6.2.Внедрение выработанных рекомендаций на непрерывном проволочном стане "250-1" Западно-Сибирского металлургического завода и стана "250-3" Криворожского металлургического завода..............................................................................................................257

6.2.1.Разработка, исследование и внедрение конструкции новых осевых опор валков чистовых станинных клетей...........................257

6.2.2. Разработка, исследование и внедрение усовершенствованных бесстанинных предварительно напряженных клетей..............265

6.2.3. Разработка, исследование и внедрение системы оперативной коррекции межвалковых зазоров в клетях второй промежуточной группы проволочного стана "250" ЗСМЗ...........................308

6.3.Внедрение разработанных рекомендаций на непрерывном сред-несортном стане "450" Западно-Сибирского металлургического завода......................................................................................................340

6.3.1.Анализ конструкции и условий эксплуатации клетей непрерывного сортового стана "450".......................................................341

6.3.2.Разработка и освоение системы предварительного нагружения подушек рабочих клетей чистовой и черновой групп стана "450"........................................................................................347

6.3.3.Разработка и освоение усовершенствованных узлов самоустановки и осевой фиксации подушек клетей чистовой группы стана "450"...........................................................................356

6.3.4.Разработка опытного образца усовершенствованной осевой опоры валков клетей "530"..............................................................365

6.4.Внедрение выработанных рекомендаций на мелкосортных станах "2$0-1" и "280-2" Омутнинского металлургического завода................373

6.4.1 .Внедрение бесстанинных предварительно напряженых клетей

переменное дуо на мелкосортном стане "280-2".............................374

6.4.2.Разработка и внедрение устройства предварительного вертикального нагружения валков на мелкосортном стане "280-1".......395

6.5.Внедрение результатов исследований на сортовых станах Чусов-ского металлургического завода............................................................407

6.6.Выводы по главе......................................................................................409

7.Основные результаты и выводы....................................................................412

Литература.........................................................................................................415

Приложения.......................................................................................................427

Приложение 1 .Конструкции осевых опор валков...........................................428

Приложение 2.Таблицы размеров образцов, отобранных при прокатке круглой стали на стане "450" ИМЗ.................................................433

Приложение 3.Таблицы размеров профилей образцов катанки, отобранных при экспериментальном исследовании точности прокатки на стане "250" ЗСМЗ.......................................................................439

Приложение 4.Номограммы для расчета величин А,пт...................................448

Приложение 5.Схема и основные параметры калибровки валков клетей второй промежуточной группы стана "250" ЗСМЗ...........................452

Приложение 6.Таблицы с расчетными значениями разнотолщинно-сти, возникающей в клетях второй промежуточной группы проволочного стана "250" ЗСМЗ....................................................................455

Приложение 7.Таблицы с расчетными значениями величин коррекции межвалкового зазора в клетях второй промежуточной группы

стана "250".................................................................................................463

Приложение 8. Акт о внедрении результатов диссертации.............................472

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время одним из главных направлений развития металлургии в России является сокращение затрат, снижение себестоимости и повышение качества продукции.

Значительный износ основных производственных фондов, снижение объема производства, низкий темп обновления техники и технологии приводят к повышенному расходу сырья и материалов. На большинстве металлургических заводов России требуется реконструкция существующих сортовых прокатных станов с целью повышения эффективности производства и качества проката. Необходимая реконструкция производится, как правило, на существующих площадях, что значительно затрудняет поиск приемлемых вариантов. Проводимая реконструкция действующего производства должна сопровождаться повышением точности и качества сортового проката. Решение данной проблемы требует дальнейшего развития теоретических основ точности прокатки в направлении более полной оценки комплексного влияния технологических параметров процесса и основных характеристик прокатных клетей на точность и качество прокатки.

Для повышения точности прокатки круглой стали необходимо уменьшить колебания размеров по высоте, ширине и "плечам" профиля, что и обуславливает комплексный характер решения данной задачи. В зависимости от условий прокатки и, в частности, от сортамента прокатки и объема производства эта задача решается путем совершенствования технологического процесса прокатки,, конструкции рабочих клетей, использования специальных калибрующих клетей, автоматизации регулирования натяжения прокатываемой полосы и поднастройки клетей.

Исследованиями точности прокатки круглой стали на среднесорт-ном и проволочном стане показано, что поле разброса размеров по "плечам" составляет 30..50% от величины поля допуска обычной точ-

ности, в значительной мере увеличивая суммарное поле разброса размеров и овальность поперечного сечения профиля.

Повышение точности прокатки на многониточных проволочных станах осуществлялось, в основном, за счет реализации мероприятий, направленных на совершенствование прокатки в чистовых группах клетей. Следует отметить, что необходимая стабилизация размеров катанки за счет указанных мероприятий не достигается в достаточной мере,из-за колебаний ширины чистового профиля, вызываемого изменением числа прокатываемых полос в клетях многониточной прокатки.

На основании выполненного исследования установлено, что для эффективной стабилизации ширины чистового профиля катанки, при изменении числа прокатываемых полос, необходима оперативная коррекция межвалковых зазоров в клетях вторых промежуточных групп.

В работе предложена математическая модель точности прокатки, характеризующая зависимость точности однониточной и многониточной прокатки круглой стали от основных технологических факторов процесса и характеристик прокатных клетей с учетом взаимосвязи полей разброса размеров по "плечам", высоте и ширине профиля. Получены зависимости, характеризующие влияние изменения осевой жесткости клети и прокатываемой полосы, а также условий предварительного осевого нагружения клети, на величину составляющих осевого сдвига полосы. Установлена зависимость влияния величины упругой деформации прокатного валка от сплющивания и прогиба при горячей прокатке на вертикальную жесткость сортопрокатной клети. Получены аналитические зависимости, позволяющие рассчитать необходимые, с учетом требуемой точности многониточной и однониточной прокатки, величины осевой жесткости клети, усилия предварительного осевого нагружения клети, обеспечивающие обоснованное проектирование основных узлов прокатной клети и выбор схемы и величины ее предварительного нагружения. Предложена математическая модель изменения межвалкового за-

зора при многониточной прокатке, позволяющая для условий непрерывной прокатки с учетом межклетевых натяжений рассчитать величину коррекции межвалковых зазоров, производимую в клетях двухниточной прокатки для компенсации влияния на точность прокатки изменения числа одновременно прокатываемых полос.

С использованием результатов проведенного исследования и на основании большого объема выполненных опытно-конструкторских работ разработаны промышленные образцы усовершенствованных осевых опор, устройств вертикального нагружения клетей и системы автоматической коррекции межвалкового зазора, которые прошли промышленные испытания и внедрены на современных станах.

Решение комплекса поставленных в работе задач и реализация выработанных рекомендаций позволили повысить точность прокатки на среднесортном стане "450" Ижевского металлургического завода, непрерывных проволочном стане "250" и среднесортном стане "450" ЗападноСибирского металлургического завода, непрерывном проволочном стане "250-3" завода "Криворожьсталь", мелкосортных станах "2$0-Г'и "250-2" Омутнинского металлургического завода.

Работа выполнена на кафедре "Машины и технологии обработки металлов давлением" Ижевского государственного технического университета.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящее время проблеме качества прокатной продукции и, в частности, повышению точности проката уделяется большое внимание в России и за рубежом. Повышение точности проката позволяет более эффективно использовать его в различных отраслях промышленности и строительства [27,44,54,169] . Разработка и внедрение мероприятий, позволяющих производить прокат с сокращенной плюсовой частью поля допуска обеспечивает существенную экономию металла при сдаче прокатной продукции по теоретической массе, а также способствует повышению качества, необходимого для экспортной продукции. Повышение точности прокатки дает также положительный эффект в производстве и у потребителей сортового проката - снижает вес конструкций в строительстве и уменьшает отходы в стружку при последующей механической обработке продукции.

Исследование вопросов точности сортовой прокатки проводились ВНИИМЕТМАШем, Челябинским политехническим институтом, Институтом черной металлургии МЧМ СССР (ИЧМ), Днепропетровским металлургическим институтом, Донецким политехническим институтом, Уральским политехническим институтом, Ижевским механическим институтом, Западно-Сибирским металлургическим заводом (ЗСМЗ), Криворожским (КМЗ), Череповецким (ЧерМЗ) металлургическими заводами, п/о "Ижсталь" и другими организациями. В развитие теоретических основ вопросов точности сортовой прокатки внесли вклад исследования А.И.Целикова, А.П.Чекмарева, В.С.Смирнова, А.А.Королева, A.B. Третьякова, В.НВыдрина, А.Я.Сапожникова, И.М.Мериина, Ю.С.Черно-бривенко, В.П.Калинина, М.Я.Бровмана, В.Г.Дукмасова, В.И.Ширяева, АА.Нефедова, Г.ГПобегайло, А.С.Федосеенко, В.И.Биба, ЮА.Попова, И.А.Тодера и др. [20,67.53,49,58,63,86,113,144]. Проблемам повышения точности прокатки посвящены также многие работы зарубежных ученых

Г.Грюнера, А.Лефвена, Е.Норлинда, А.Трейси, Р.Вудкока, Е.Вильямса и др. [192..195].

Выполнены исследования, направленные на совершенствование технологии прокатки и оборудования прокатных станов, позволили на ряде заводов страны (Магнитогорском, Криворожском, Нижне-Тагиль-ском, Западно-Сибирском, Череповецком и др.) освоить прокатку сортовой стали с сокращенным плюсовым допуском, а в отдельных случаях -по минусовому допуску (табл. 1.1). Ранее проведенными исследованиями [17,44,169] установлено, что наибольший экономический эффект при сужении поля допуска круглой сортовой стали достигается при прокатке катанки и мелкосортной стали.

Таблица 1.1

Предельные отклонения размеров катанки и круглой горячекатаной мелкосортной стали ( по ГОСТ 2590-71)

Диаметр, Предельные отклонения (мм) при точности прокатки

мм обычной повышенной высокой

5 9 +0,2 +0,1

+0,3 -0,5 -0,2

10..19 -0,5 +0,1 +0,1

-0,5 -0,3

20..25 +0,4 +0,2 +0,2

-0,5 -0,5 -0,5

60..78 +0,5 +0,3 +0,3

-1,1 -1,1 -0,9

В настоящее время более 60% мелкосортно�