Повышение точности размеров прокатной продукции

О целесообразности усовер­шенствования конструкций прокатных станов в этом на­правлении можно судить из следующего примера.

Для горячекатаных листов толщиной 4—10 мм поле до­пусков по существующему ГОСТУ составляет 10—25% толщины. Благодаря применению на прокатных клетях со­временных быстродействующих нажимных механизмов и средств автоматического регу­лирования межвалкового рас­стояния это поле допусков уменьшалось в три раза, т.е. доведено до 3—8%. Тогда при прокатке листов толщиной в пределах нижней части суще­ствующего отрицательного по­ля допусков средняя толщина прокатываемых листов умень­шится с H₁ до H₂ (рис. 47), т.е.

H₁—H₂ = 0,5[ (10 + 25)/2]—0,5[(3+8)/2]=6%.

Следо­вательно, расход металла на равновеликую площадь листов в среднем снизится на 6 %.

Современные конструкции и системы регулирования прокатных станов позволяют значительно повысить точ­ность прокатываемых изделий, т. е. уменьшить поле допус­ков по сравнению с действующими стандартами.

К способам повышения точности размеров прокатной продукции можно отнести:

• применение стабильности температурного режима прокатки, при этом следует учиты­вать, что изменение температуры прокатки вдвойне влияет на точность размеров прокатываемого профиля. Если, до­пустим, температура выхода металла оказалась завышен­ной, то размер профиля уменьшается вследствие большей температурной усадки и снижения упругой деформации ра­бочей клети;
• повышение жесткости рабочих клетей с це­лью снижения разницы в упругой деформации клетей в результате неизбежного изменения усилий, действующих на валки при прокатке;
• применение систем автоматическо­го регулирования межвалкового расстояния в зависимости от показаний измерителя профиля;
• автоматическое ре­гулирование натяжения металла в процессе прокатки или полное его устранение (у непрерывных станов горячей про­катки), при этом следует иметь в виду, что натяжение сильно влияет на уширение и усилие прокатки;
• компенсация изменения межосевого расстояния валков вследствие увеличения толщины масляной пленки в подшипниках жид­костного трения с повышением скорости прокатки.

Одним из главных требований, предъявляемых к конст­рукции прокатных станов, является повышенная жесткость рабочих клетей, необходимая для того, чтобы изменение нагрузки на валки при прокатке вызывало минимальную дополнительную деформацию и у наименьшего числа дета­лей (напряженные клети). Такие конструкции разработаны во Всесоюзном научно-исследовательском институте металлургического машиностроения (ВНИИметмаше) и приме­няются на сортовых станах 250 и 350 Донецкого металлур­гического завода и на стане 300 Чепельского комбината (Венгрия). Их эксплуатация свидетельствует, что поле до­пусков удастся сократить более чем в 1,5 раза. Например, на Чепельском комбинате благодаря этим клетям поле до­пусков для круглого профиля диаметром 14 мм сокращено с 0,816 до 0,354 мм.

Ясно, что все профили целесообразно прокатывать на напряженных клетях. При этом вследствие сокращения по­ложительного поля допусков и использования существую­щего отрицательного поля для мелкосортных профилей до­стигается экономия металла около 2 % и для среднесортных около 1 %.

Из многочисленных разработанных конструкций напря­женных клетей наиболее эффективными оказались клети, у которых подшипниковые опоры или непосредственно валки прижаты один к другому гидравлическими цилиндрами с усилием, превышающим наибольшее усилие при прокат­ке. При этом межвалковое расстояние регулируется специ­альным механизмом, распирающим подшипниковые опоры- подушки, а если валки сжаты, то применяют переточку ка­либров. В этой конструкции усилия в станинах постоянны, они зависят от усилий гидравлических цилиндров, которы­ми сжаты подшипниковые опоры, и не изменяются от уси­лий на валки при прокатке. Следовательно, деформация станины исключается, а жесткость клети будет определять­ся лишь изгибом валков и изменением упругой деформации сжатых элементов.

Жесткость рабочих клетей сортовых станов необходима не только между центрами валков, но и в осевом направле­нии. Это было подтверждено исследованиями, проведенны­ми сотрудниками ВНИИметмаша В. П. Калининым и Ю. П. Бурлачковым, которые показали, что осевые зазоры в подшипниках валков, а также упругая деформация эле­ментов клети, удерживающих валки от осевых смещений, значительно снижают точность прокатки многих профилей, в том числе и круглых. В связи с этим для повышения точ­ности прокатки рекомендуется валок в одном из подшипни­ков закреплять без осевого зазора, а установочное приспо­собление в осевом направлении делать более жестким. Клети этой конструкции находят широкое применение и на­званы объемно-напряженными.

Проблема повышения точности прокатываемых профи­лей путем применения жестких клетей может быть решена лишь у станов, работающих без натяжения прокатывае­мого металла. Кроме изменения упругой деформации рабо­чей клети в процессе прокатки, на точность прокатываемых профилен сильно влияет также возможное изменение натя­жения, от которого зависят усилия прокатки и особенно уширение. Следовательно, даже если непрерывный стан оснащен рабочими клетями с идеальной жесткостью, но на нем не предусмотрены регуляторы натяжения или петлерегуляторы, то прокатывать точные профили на таком стане невозможно.

Поэтому получение точного профиля на непрерывном стане возможно только при постоянном натяжении между клетями или его отсутствии.

В этом отношении интересен опыт, проведенный на про­волочном непрерывном стане Череповецкого металлургиче­ского завода. При работе без петлерегулятора размеры профиля по ширине оставались в пределах от 5,9 до 7,0 мм, т. е. общий разброс размеров достигал 1,1 мм, а при работе с петлерегуляторами, т. е. практически без натяжения, этот разброс сократился более чем вдвое и составлял 0,5 мм.

В связи с этим с целью получения более точных профи­лей прокатные станы следует либо конструировать так, чтобы металл прокатывали без натяжения, образуя между клетями петлю (как это делается на большинстве сорто- и проволочнопрокатных станах в Швеции), либо, если стан непрерывный, предусматривать петлерегуляторы натяже­ния.

При прокатке полосового металла эффективные резуль­таты дают системы автоматического регулирования межвалкового расстояния в зависимости от показаний измерителя размеров прокатываемого профиля.

Хорошим примером этого направления повышения точ­ности прокатки является система автоматического регули­рования толщины листов у непрерывных станов для холод­ной прокатки, разработанная ВНИИметмашем. Это одна из лучших систем в мире, и ее успешно применяют более чем на шести-, четырех- и пятиклетьевых непрерывных ста­нах, в том числе на двух станах Магнитогорского метал­лургического завода и на таком же стане завода им. Ильи­ча. Применение этой системы регулирования резко снизило продольную разнотолщинность, в результате чего фактиче­ская точность практики повысилась в 4—5 раз по сравне­нию с регламентируемыми действующими стандартами. Благодаря высокой точности регулирования толщины обес­печивается прокатка полосы только с отрицательными до­пусками по толщине, что при одинаковом расходе металла позволяет сэкономить до 25—40 тыс. т металла на каждом стане.

Успешная работа этой системы основана на точном взаи­модействии двух методов регулирования толщины. Для грубого предварительного регулирования толщины исполь­зуют вращение нажимных винтов, а для тонкого регулиро­вания (т. е. для изменения в небольших пределах) — натя­жение полосы. При этом регулирование при помощи на­жимных винтов используют главным образом в первой клети для устранения разнотолщинности исходной полосы. Применение систем, действующих по аналогичному принци­пу (т. е. работающих на основе показателей измерения толщины листа или полосы на входе в стан и на выходе из него и данных натяжения полосы, а также усилий на вал­ки), позволяет значительно повысить точность размеров листов на станах как холодной прокатки, так и горячей. Проблема повышения жесткости клетей при наличии авто­матических систем такого рода становится хотя и менее ак­туальной, но по-прежнему необходимой.

Разработанные за последние годы приборы для измере­ния ширины полосы позволяют решать задачу повышения точности ширины полосы или листа. Примером удачной си­стемы автоматического регулирования ширины полосы, созданной ВНИИмстмашсм, может служить полосовой стан 300 Криворожского металлургического завода, на котором используется компьютер, регулирующий ширину прокаты­ваемого штрипса перемещением валков эджера на основе показаний измерителя ширины и анализа данных измере­ний при прокатке предыдущих полос. Эта система не толь­ко способствует экономии металла, но и обеспечивает ста­бильность работы трубосварочных агрегатов при сварке труб из этих штрипсов. Общий экономический эффект в ре­зультате этой автоматизации превышает 700 тыс. руб. в год.

Повышение точности прокатки сортовых профилей мо­жет быть тоже достигнуто благодаря применению автома­тического регулирования межвалкового расстояния. Для этой цели создаются приборы, которые измеряют основные размеры профиля прн выходе его из валков прокатного стана.

На широкополосных и листопрокатных станах, кроме автоматической системы для регулирования толщины про­катываемого листа по его длине, должна быть предусмот­рена система для получения хорошей планшетности или плоскостности листов, т. е. чтобы листы не имели волнис­тости или коробоватости. Для этой цели современные ста­ны оснащают специальными системами, позволяющими по ходу прокатки регулировать продольную деформацию про­катываемой полосы по ее ширине.

В четырехвалковых станах это регулирование осущест­вляется большей частью противоизгибом рабочих или опорных валков, а в многовалковых станах — автоматичес­ким регулированием положения опорных роликов в зависи­мости от изменения в распределении натяжения полосы по ее ширине. Основное правило действия этих систем состо­ит в снижении продольной деформации в тех местах, где на­чинает образовываться волнистость, и наоборот. В то же время система для выравнивания продольной деформации по ширине, т. е. система противоизгиба валков, позволяет сократить поле допусков на толщину листов, особенно при прокатке очень широких листов. Так, при прокатке листов шириной 3000 мм и толщиной 12 мм поле допусков без противоизгиба составило по толщине (+1,2)÷(—0,5) мм, т. е. 1,7 мм. При применении противоизгиба это поле допу­сков удалось сократить в несколько раз.