MetalloPraktik.ru

В прокатный цех поступило предложение о поставке и монтаже реверсивного стана 1200 для производства холоднокатаного проката. Согласно документации проектная мощность стана составляет 160000 т/год при условии переработки горячекатаного травленого подката толщиной от 1,5 до 2,5 мм. Однако, для производства холоднокатаного металла в прокатном цехе используется подкат минимальной толщиной 2,3 мм. Тогда, с учетом фактической минимальной толщины травленого подката и текущего планирования заказов на прокат, производство на таком реверсивном стане возможно обеспечить на уровне 140000 т/год, что на 20000 т меньше проектной мощности. В данном случае основной причиной снижения проектной производительности стана 1200 является увеличение общего количества проходов при прокатке металла.

С целью оценки загруженности реверсивного стана 1200 осуществлен простой и оперативный расчет силовых параметров прокатки (усилие, момент прокатки) металла профилеразмером 2,3/0,35 х 1050 мм по двум позициям:

1. Расчет усилия и момента прокатки при обжатиях, рекомендованных фирмой-поставщиком стана (6 проходов);
2. Расчет усилия и момента прокатки при обжатиях, обеспечивающих прокатку металла в 5 проходов, с учетом соблюдения схемы обжатий по проходам, рекомендованной фирмой-поставщиком.

Критические условия (согласно предоставленным техническим характеристикам реверсивного стана 1200):

• максимальное усилие прокатки – 1500 тс;
• максимальный момент прокатки – 6500 кгс_*м.

Для оперативного расчета усилия прокатки использовалась «Инженерная методика расчета усилия холодной прокатки тонких полос и лент» Ю.В.Гесслера и С.В.Родинкова, где в основу были положены следующие три формулы:

а) погонное усилие прокатки, приходящееся на 1 мм ширины ленты (полосы):

q = (1.15 σ_т- σ) (аl) n_σ, кгс/мм,

где σ_т – средний на длине деформации предел текучести, кгс/мм²; σ - среднее удельное натяжение ленты (полосы), кгс/мм²; l – длина несплющенной дуги захвата, мм; а – степень сплющивания дуги захвата (отношение сплющенной дуги захвата l_c к несплющенной, т.е. а = l_c / l); n_σ — коэффициент напряженного состояния в очаге деформации;

б) степень сплющивания валков по формуле Хичкока:

 где С – упругая постоянная материала рабочих валков, мм²/кгс; Δh – обжатие за проход, мм;

в) коэффициент напряженного состояния в очаге деформации (формула осадки):

n_σ = (е^am – 1) / am ,

где m – коэффициент формы очага деформации, учитывающий также влияние трения в очаге деформации на усилие прокатки.

При этом полное усилие прокатки определялось по формуле: 

P = 10 ^–3 q b, тс

где b – ширина полосы, мм.

Момент прокатки определялся по формуле, предложенной Е.С.Рокотяном:

M_пр = (Pl²) / l_c , кгс_*м

 

1. Расчет усилия и момента прокатки при обжатиях, рекомендованных фирмой-поставщиком реверсивного стана 1200 (для 6 проходов) 

 1 проход 

Исходные данные:

• толщина полосы до прокатки h₀ = 2,3 мм;
• толщина полосы после прокатки (после 1 прохода) h₁ = 1,74 мм;
• ширина полосы b = 1050 мм;
• средний на длине захвата предел текучести σ_т = 46,49 кгс/мм², определяемый по эмпирической формуле А.В.Третьякова для марки стали 08кп  23 + 3,46e^0,6 (где e — обжатие, %);
• среднее удельное натяжение σ = 13,95 кгс/мм², определяемое по формуле, рекомендованной Я.Д.Василевым и М.М.Сафьяном, (0,3 – 0,4)σ_т ;
• радиус рабочих валков R = 240 мм.

Итак, обжатие полосы за проход

Δh = h₀ – h₁ = 2,3 – 1,74 = 0,56 мм

Средняя на длине дуги захвата толщина ленты (полосы)

h = 0,5 (h₀ + h₁) = 0,5 * (2,3 + 1,74) = 2,02 мм

Длина дуги захвата (несплющенной)

l = (R Δh)^0,5 = (240 * 0,56)^0,5 = 11,59 мм

Коэффициент формы очага деформации

m = μ l / h = 0,03 * 11,59 / 2,02 = 0,172 ,

где m - коэффициент трения при прокатке, принимаем равным 0,03.

Условное погонное усилие прокатки (не учитывает влияние трения и сплющивания в очаге деформации)

q₀= (1,15σ_т - σ) l = (1,15 * 46,49 – 13,95) * 11,59 =  458,2 кгс/мм

Коэффициент, учитывающий влияние упругого сплющивания рабочих валков на усилие прокатки

η = С q₀ / Δh = 1,1 * 10 ^–4 * 458,2 / 0,56 = 0,09

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние трения и сплющивания в очаге деформации, находим в функции параметров m и η; по номограмме (рисунок 1) для этих параметров γ = 1,22.

Погонное усилие прокатки с учетом влияния трения и сплющивания

q = q₀ γ = 458,2 * 1,22 = 554,37 кгс/мм

Полное усилие прокатки при ширине ленты (полосы)

Р = 10 ^–3 q b = 10 ^–3 * 554,37 * 1050 = 582,09 тс

Степень упругого сплющивания рабочих валков находим по номограмме (рисунок 1) на наклонной шкале: а = 1,1, т.е. длина сплющенной дуги захвата l_c = al = 1,1 * 11,59 = 12,8 мм.

Тогда, момент прокатки

M_пр = (Pl²) / l_c = (582,09 * 11,59²) / 12,8 = 6106,96 кгс_*м

 

Рисунок 1 — Номограмма

Усилие и момент прокатки для последующих проходов рассчитываются аналогично. Расчетные показатели представлены здесь (откроется в новом окне). Результаты расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты расчета

Таким образом, при наибольшем усилии прокатки 751,6 тс предполагается запас по нагрузкам — 49 % (по расчетам фирмы-производителя стана наибольшее усилие прокатки — 923 тс, т.е. запас составляет — 38,4 %). Расхождение с расчетом фирмы-производителя реверсивного стана 1200 в значениях усилия прокатки составляет 7 – 20 %. Максимальный момент прокатки не превышает предельно допустимого показателя.

2. Расчет усилия и момента прокатки при обжатиях, обеспечивающих прокатку металла в 5 проходов, с учетом соблюдения рекомендованной схемы обжатий

С целью оценки возможности снижения количества проходов, осуществлен выбор обжатий для 5 проходов, согласующихся со схемой прокатки, предложенной фирмой-производителем (повышение обжатий от первых к средним проходам и постепенное снижение обжатий от средних к последним проходам).

Расчет усилия и момента прокатки произведен по методике описанной выше. Расчетные показатели представлены здесь (откроется в новом окне). Результаты расчета представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчета

Из таблицы 2 следует, что при данных режимах обжатий наблюдается общее увеличение усилия (на 11 %) и момента прокатки. При этом момент прокатки в первых двух проходах превышает допустимый (на 1145,8 кгс_*м в первом, на 1950,1 кгс_*м во втором проходах). В связи с этим выполнен подбор обжатий по проходам исходя из условия предельно допустимого момента прокатки 6500 кгс_*м. Расчетные показатели представлены здесь (откроется в новом окне). Результаты расчета представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Результаты расчета

Из таблицы 3 следует, что при обеспечении момента прокатки, не превышающего предельно допустимый показатель, изменяется схема прокатки — максимальные обжатия приходятся на последние проходы. Такое распределение предполагает максимальную деформацию металла при относительно небольших толщинах полосы, что не является энергетически выгодным. Кроме того, большие обжатия в последних проходах негативно скажутся на обеспечении полос с минимальной неплоскостностью.

Выводы:

1. Расхождение между оперативными произведенными расчетами силовых параметров и расчетами фирмы-поставщика реверсивного стана 1200 составляет  7 – 20 %.
2. Наибольшее усилие при прокатке металла в 6 проходов составило 751,6 тс, что предполагает резерв по нагрузкам до 50 % (по расчетам фирмы-поставщика – 38,4 %).
3. При соблюдении схемы обжатий, рекомендованной фирмой-поставщиком реверсивного стана, расчетный показатель момента прокатки при 5 проходах превышает предельно допустимый в 1,3 раза.
4. При обеспечении момента прокатки (прокатка в 5 проходов), не превышающего предельно допустимого показателя, изменяется схема обжатий. Полученное распределение предполагает повышенные обжатия в последних проходах, что отрицательно скажется на обеспечении минимальной неплоскостности холоднокатаных полос.

Рекомендуем ознакомиться со статьями:

1. Влияние холодной прокатки на структуру и свойства металла (краткий обзор)
2. Прокатка металлов
3. Дефект «Коррозия пятнами» на холоднокатаной полосе после термообработки стали (отжига металла)
4. Исследование механических свойств металла. Модель управления свойствами
5. Влияние состава смазки на прокатку и качество металла