Асимметричная прокатка

Одним из наиболее перспективных методов воздействия на металл является асимметричная прокатка (АП). Лишь в последние 15-20 лет началось широкое исследование и применение АП сначала на станах холодной прокатки, а затем и на станах горячей прокатки. Толчком к этому явилось введение в эксплуатацию рабочих клетей с индивидуальным приводом валков. Практика исследования и применения процессов АП при горячей и холодной прокатке листов свидетельствует о возможности управления при этом практически всем спектром параметров прокатки и служебных свойств листов и полос. К их числу относятся: энергосиловые параметры; условия трения на контакте валок-полоса; геометрические параметры листов; шероховатость поверхности; механические свойства металла; физические свойства; текстура и структура металла.

Наиболее управляемый и эффективный параметр АП соотношение линейных скоростей ведущего V_I и ведомого V₂ валков, характеризуемое коэффициентом асимметрии а _V= V_I / V₂.

Скоростная асимметрия наряду с улучшением служебных свойств готового проката существенно изменяет степень загруженности трансмиссий ведущего (имеющего большую скорость) и ведомого валков. Нагрузка на трансмиссию и привод ведущего валка возрастает, а ведомый валок и его привод разгружаются вплоть до перехода в генераторный режим.

Исследования влияния основного параметра скоростной асимметрии на энергосиловые параметры прокатки проводились в лабораторных и промышленных условиях. На лабораторном стане 340 моделировали условия прокатки в последних пропусках чистовой клети стана 3000. Использовали свинцовые образцы. Эксперименты показали, что сила прокатки снижается при увеличении коэффициента асимметрии до 1,20. На рисунке 1а представлены опытные и расчетные кривые по формулам авторов работ [2,3]. Из рисунка следует, что опытные и расчетные данные уменьшения силы прокатки до а _v = 1.10 близки по значению. При а _v > 1.10 рассчитанная по [2] кривая 3 на рисунке значительно расходится с опытной кривой 1 и рассчитанной по [3] кривой 2. Это можно объяснить тем, что формула из работы [2] учитывает только коэффициент асимметрии а_у, в то время как формула авторов работы [3] учитывает целый комплекс параметров: частоту вращения валков, относительное обжатие, радиус рабочих валков, толщину подката, жесткость полосы и клети.

На рис. 1б представлена экспериментальная зависимость отношения крутящих моментов на ведущем и ведомом валках от величины коэффициента асимметрии. Кривая имеет гиперболический вид и пересекает ось абсцисс в точке, соответствующей а _v = 1.05 . Этот момент соответствует переходу ведомого валка в генераторный режим при отсутствии ещё полной пробуксовки ведущего валка по металлу.

Рис. 1. Энергосиловые параметры при АП свинцовых образцов на стане 340: δР - изменение силы прокатки; Р - сила прокатки; М₁ и М₂ - крутящие моменты на ведущем и ведомом валках.

Рисунок 2 – Результаты экспериментальных исследований на стане 3000 при обычной (а) и асимметричной (б) прокатке: 5 и 6 – номера пропусков.

Промышленные эксперименты были проведены в условиях чистовой клети толстолистового стана 3000 Мариупольского металлургического комбината им. Ильича. При контролируемой прокатке особое значение для формирования всего комплекса служебных свойств готовых листов имеют последние пропуски в чистовой клети. Для определения допустимого значения коэффициента асимметрии а _v провели анализ загруженности чистовой клети стана 3000 по силе прокатки Р, крутящим моментам на ведущем и ведомом валках, суммарному крутящему моменту (М_∑) и среднеквадратичному току приводов. Чистовая клеть стана 3000 рассчитана на максимальную силу прокатки 68,7МН и крутящий момент 4,9 МН*м. Эксперименты показали, что загрузка клети при прокатке в симметричном режиме в двух последних пропусках не превышает 75 % по силе прокатки и 58 % по крутящему моменту (рис. 2а), что позволяет использовать в них режимы АП.

Рис. 3. Зависимость силы прокатки от коэффициента асимметрии, а _v, вычисленного по формуле (1)

В результате статистической обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов получено уравнение для силы прокатки:

Р = 62.72 - 21а _v(1)

По уравнению (1) построена зависимость силы прокатки от коэффициента асимметрии (рис.3). Анализ полученных результатов показал небольшое (до 10 %) снижение силы прокатки при увеличении коэффициента асимметрии до 1.10. Это объясняется большой жесткостью раската при контролируемой прокатке и следует из зависимостей, приведенных в работе [4], так как

δР_т /δР_р = 1 + С_п /С_к,,(2)

где δР_т и δР_р- теоретическое и регистрируемое месдозами изменение силы прокатки; С_п и С_к - жесткость полосы и клети.

При контролируемой прокатке С_п =20...32 МН/мм, С_к = 8 МН/мм, а δР_т /δР_р =3,5.. .5. Так как по расчетам для условий стана 3000 величина δР_т /Р составляет 5.. .10 %, то регистрируемая величина δР_т /Р находится в пределах ошибки измерения. Суммарный крутящий момент при значении а_v до 1.10 увеличился на 5...10 %. Однако при АП существенно перераспределяются крутящие моменты на валках (рис.2б). При коэффициенте асимметрии а _v до 1.10 крутящий момент на ведущем валке в последних пропусках не превышал 2 МН*м, а суммарный крутящий момент 2,4 МН*м и 2 МН*м соответственно в предпоследнем и последнем пропусках. Среднеквадратичный ток привода ведущего валка, определяющий его нагрев за цикл при контролируемой прокатке, по симметричному режиму и при реализации АП в одном и двух пропусках составил соответственно 70..80%, 80..90% и 83..97% от допустимого. Таким образом, работу в режиме АП по условиям нагружения клети и привода можно применять в последних двух пропусках. При этом загрузка привода по силе прокатки, крутящему моменту и среднеквадратичному току находится в допустимых пределах. Во избежание неравномерности загрузки трансмиссий валков по крутящим моментам в последних двух пропусках ведущий и ведомый валки следует менять местами, что обеспечит постоянство эквивалентной нагрузки, ответственной за усталостную прочность деталей главной линии стана. Режимы АП могут быть использованы на других предприятиях при реконструкции листовых станов в процессе перевода клетей на индивидуальный привод валков. Исходя из экспериментальных данных можно сделать выводы об эффективности ассиметричной прокатке в связи с уменьшением силы прокатки до 10% , а следовательно и снижение расхода электроэнергии, получение более точных размеров и хорошее качество поверхности металла.