CC BY
95
УДК 621.771.07
А.Б. Моллер, С.Я. Унру, Б.И. Воронин, Д.В. Назаров, A.C. Лимарев, О.Н. Тулупов
О ВОЗМОЖНОСТИ ЗАМЕНЫ ЧУГУННЫХ ВАЛКОВ НА ТВЕРДОСПЛАВНЫЕ В ЧИСТОВОЙ ГРУППЕ ПРОВОЛОЧНОГО СТАНА 170
Как известно, на прокатные валки приходит -ся свыше 10% от стоимости прокатного передела [1]. Из-за износа бочки валки списываются с вполне пригодными шейками. 20-25% времени работы стана уходит на перевалки валков [2]. Эффективным может оказаться применение бан-дажированных валков даже при однократном использовании оси, так как такие валки имеют стойкость в два и выше раз больше, чем цельные. Еще одной причиной этого является применение бандажей из материалов более высокой стойкости. Но, например, применение твердого сплава для изготовления сплошных рабочих валков затруднено, так как эти материалы не способны воспринимать большие изгибающие нагрузки и крутящие моменты.
Для определения возможности реализации про -екга были изучены условия работы клетей и про -катных валков чистовой группы стана 170 (табл. 1).
Такое решение вызвано, прежде всего, желанием снизить расход валков, время простоев, требуемое на перевалку и смену калибра. Следует иметь в ввду, что клети такой же конструкции применяются на сгане 450 - с 10-й по 16-ю клети; стане 370 - с 10-й по 18-ю клети; и стане 170 -с 12-й по 17-ю клети, поэтому задача вполне актуальна, а ее решение может найти применение не только для проволочного стана 170, но и для всех станов сортового цеха ОАО "ММК".
Схема предлагаемого решения представлена на рис. 1. Вверху представлен вид цельного чугунного валка, который в настоящее время работает на стане, внизу - проект составного валка со стальной осью и прокатными шайбами из ВК-сплава.
Прокатные валки выполнены из высокопрочного перлитного литого чугуна с шаровидным графитом.
514 HB 1100 Н/мм2
Твердость материала валков Сопротивление на изгиб Сопротивление растяжению 550 Н/мм2
Усталостная прочность на изгиб в шейках 280 Н/мм2
Все клети чистовой группы типа DOM 4334 и DVM 4334.
DOM - подвижная горизонтальная двухвалковая прокатная клеть.
DVM - подвижная вертикальная двухвалковая прокатная клеть.
4334: 1) увеличенная номинальная внутренняя ось 430 мм;
2) базовая номинальная внутренняя ось 340 мм.
Ддя выработки именно такой конструкции и материала оси и бандажа было проделано следующее:
1) Проанализированы известные конструкции бандажированных валков, в том числе и с наплавленными бандажами [3]. Ддя условий стана 170 выбрана наиболее подходящей конструкция с несколькими прокатными шайбами, закрепляв -мыми на оси с помощью замков.
2) Произведен расчет оси валка. Результаты показали, что нормальные напряжения не превышают допустимых и существует большой запас прочности. Поэтому можно применять оси мень-шего диаметра до 100 мм и диаметром шейки до
Таблица 1
Основные геометрические размеры валков в клетях
75 мм. Однако из обязательного условия сохране-ния основ ных посад очных размеров шеек валков ранее обоснованные размеры следует считать окончательными для условий работы стана 170.
Расчет прочности оси бавдажированного валка сводится к расчету листового валка за исключением того, что усилие прокатки Р сосредоточено в точке, над которой находится середина калибра на расстоянии m до одного из нажимных винтов. Это расстояние меняется в зависимости от того, в каком из калибров осуществляется прокатка. Так как на бочке валка может быть размещено несколько калибров, то необходимо проверить прочность оси для наиболее неблагоприятного случая положения калибра, по длине бочки.
Наиболее неблагоприятным случаем в отношении прочности шейки оси является прокатка в крайнем калибре со стороны приводного конца оси, когда ось подвержена изгибу и кручению одновременно с наибольшими значениями сило -
вых факторов. Наибольшее значение изгибающего момента в оси будет при прокатке в среднем калибре, когда m=a/2.
3) Произведен анализ используемых для из -готовления бандажей материалов, включая стали, различные ВК-сплавы, чугуны. Наиболее подходящим выбран твердый сплав, включающий карбид вольфрама (ВК).
Свойства материала представлены в табл. 2.
Дополнительно в исследовании рассмотрена возможность применения на стане 170 чугунных составных валков повышенной стойкости. Состав материала чугунного бандажа и технология производства разработаны в МГТУ. Переход на такие валки снизит расходы на инструмент и уменьшит стойкость калибра на 20-30% против твердосплавных шайб, что может быть оправданным с точки зрения экономики производства.
4) Произведен расчет различными способами усилия закрепления бандажа замком, включая стандартный расчет фрикционной муфты по формуле определения давления на контактную поверхность, расчет по условию одинарного точечного воздействия прижимающей торцевой силы, расчет фрикционной предохранительной муфты. В результате получено максимальное значение прижимной силы в 640 кН.
Величины, с которыми должны быть сравнены расчетные данные, приведены в табл. 3. Если при расчетах эквивалентное напряжение получается больше величины, указанной в табл. 3, то ось валка не выдержит твредаваемых через нее усилий.
Сами расчетные значения напряжений и мо-ментов приведены в табл. 4. Исследованы два случая: прокатка в ближайшем к приводному концу калибре и прокатка в ближайшем к середине бочки калибре.
Также был рассчитан прогиб оси валка. Вычисленные значения прогиба, а также тот факт, что твердосплавный бандаж не является цельным , а состоит из нескольких наборных шайб, позволяют заключить, что твердосплавные коль -ца защищены от появления трещин, вызванных высокими изгибающими напряжениями (табл. 5).
При использовании дорогостоящих мате -риалов валков с высокой степенью устойчивости к износу необходимо снижать влияние всех факторов, увеличивающих износ. С целью увеличения срока службы валков возможно изменение калибровки. Ддя оптимизации формы калибров была выбрана модель, в которой ос -нов ной критерий оптимизации - неравномерность деформации [4].
В процессе прокатки важно стремиться к минимуму неравномерности деформации.
Тип клети Шейка валка, мм Диаметр валка, мм Длина бочки валка, мм Расст мея рабо цент эяние кду ними эами
макс. мин. макс. мин.
Положе- ние Обозначе- ние
14 H DOM 4334 180 370 315 700 485 290
15 V DVM 4334 180 370 315 700 485 290
16 H DOM 4334 180 370 315 700 485 290
17 V DVM 4334 180 370 315 700 485 290
Таблица 2
Состав и свойства материала бандажа
Мате- риал Химический состав Физические свойства
Карбид вольфрама, % Легирование (Co, Ni, Cr), % Твер- дость, HrA TRS, кг/мм2 Плотность, г/см3
KHR 70 78 22 82,0- 84,0 2 СО о 13,2-13,5
Таблица 3
Предельные напряжения для валка из чугуна с шаровидным графитом
Параметр Обозначение Величина
Нормальное напряжение оси при изгибе Стизг. о, МПа 1100
Нормальное напряжение шейки при изгибе стизг. ш, МПа 130
Таблица 4
Результаты расчетов
Прокатка в ближайшем к приводному концу калибре
Клети стэкв, МПа СТизгоцрай, МПа СТизгшкрай, МПа Мизг о край, кНм Мизг ш край, кНм
14 45,46 24,33 43,55 41,98 24,93
15 34,50 18,83 32,86 32,48 18,81
16 32,92 17,80 31,89 29,64 18,25
17 24,65 13,59 23,73 23,45 13,58
Прокатка в ближайшем к середине бочки калибре
Клети стэкв, МПа Физгосер, МПа ^изгшсф, МПа Мизг осер, кНм Мизг шсер, кНм
14 30,47 38,73 27,60 66,82 15,80
15 23,21 29,42 20,74 50,75 11,87
16 21,15 28,13 19,52 48,53 11,17
17 16,30 21,24 14,89 36,64 8,52
Таблица 5
Прогиб оси валка
Параметр Обозначение Величина
Прогиб от действия изгибающих моментов ёь мм 0,0000937
Прогиб от действия поперечных сил ё2, мм 0,0000179
Момент инерции площади поперечного сечения оси 10, м4 0,0002243
Момент инерции площади поперечного сечения шейки 1ш, м4 0,0000515
Суммарнаядеформация системы ёв, мм 0,0002232
Снижение неравномерности деформации позволит:
- уменьшить износ прокатных валков;
- снизить расход энергии на процесс формоизменения металла;
- получить более равномерно рас -пределённые нагрузки при прокатке по ширине;
- повысить стабильность процесса;
- получить более точные геометрические размеры готовой продукции;
- продлить срок службы механизмов прокатных клетей.
Для оценки неравномерности деформации при формоизменении металла в калибрах, опираясь на структурноматричный подход, используется крите -рий неравномерности деформации Кнер [5]. Проведя оптимизацию калибровки, было установлено, что неравномерность деформации снижается во всех клетях предчистовой группы клетей (рис. 2).
Распределение деформации по ширине калибра, после его оптимизации по контуру меняется, следовательно, изменится и давление металла на валки. Ддя выяснения эффективности найденного решения был про -изведен расчет усилий прокатки.
Под усилием прокатки понимается равнодействующая всех элементарных сил нормального давления и трения, приложенных к металлу со стороны валков. Такая же противоположно на -правленная сила действует со стороны металла на валки. При установившемся процессе прокат-
ки равнодействующая Р, вне зависимости от ее величины, направлена перпендикулярно к оси полосы [6].
Нагрузки, оказывающие прямое воздействие на оборудование при прокатке, вычислялись по известной методике, основанной на структурноматричном подходе.
Из диаграммы (рис. 3) видно, что при опти-
0,30
0,00 ■
14 Н
17 V
120
100
■ Усилия прокатки до оптимизации □ Усилия прокатки после
И
-г
80
я
§
& 60 С
40
20
15 V 16 Н
Номер клети
Рис. 2. Диаграмма распределения Кнер по проходам
14 Н
15 V
16 Н
17 V
Номер клети
Рис. 3. Диаграмма распределения усилий
в предчистовой группе клетей при прокатке 06,5 мм в предчистовой группе по проходам при прокатке на стане 170 ОАО «ММК» круга 6,5 на стане 170 ОАО «ММК»
0
мизации формы калибра усилие прокатки с нижа -ется во всех клетях предчистовой группы клетей. Исходя из этого следует, что оптимизированная калибровка позволяет:
- снизить затраты электроэнергии;
- уменьшить износ валков;
- повысить стойкость валков.
Применение бандажированных валков экономически обосновано. Увеличенная стоимость сменных колец ВК по сравнению с традиционными валками компенсируется значительным увеличением кампании бандажированных валков и сменой, при необходимости, только самих прокатных колец (бандажей), бывших в употреблении, а не всего тела валка.
Подобный опыт использования твердосплав-ных прокатных колец шведской фирмы 8ап^1к имеется в Новокузнецке в ОАО "ЗСМК" [7]. Эксплуатация комплектов составных прокатных валков на проволочном стане проходила без существенных замечаний по качеству поверхности ручьев и надежности крепления бандажей. Стойкость овальных и круглых калибров составных валков в 7,4-9,7 раза выше стойкости аналогич-ных калибров цельнолитых чугунных валков. За период эксплуатации на "ЗапСибе" на двух комплектах валков фирмы 8аМу1к прокатано 867597 т, что соответствует количеству металла, прокатанному на 17 комплектах чугунных валков.
Библиографический список
1. Полухин В.П., Полухин П.И., Николаев В.А. Составной рабочий инструмент прокатных станов. М.: Металлургия, 1977. 88 с.
2. Опыт производства и эксплуатации прокатных валков для сортовых и проволочных станов / Бабенко М.А., Белий Н.П., Дарда Ю.А. и др. // Труды шестого конгресса прокатчиков. Липецк, 2005. С. 499.
3. Составные прокатные валки: Монография / Белевский Л.С., Фиркович А.Ю., Судоргин И.В. и др.. Магнитогорск: МГТУ, 2004.
4. Левандовский С.А. Повышение результативности сортовых станов путем совершенствования модели управлении качеством: Дис. ... канд. техн. наук. Магнитогорск: МГТУ, 2006.
5. Тулупов О.Н. Структурно-матричные модели для повышения эффективности процессов сортов прокатки: Монография. Магнитогорск: МГТУ, 2002. 224 с.
6. Методы моделирования настройки сортопрокатных станов / С.А. Левандовский, А.Б. Моллер, О.Н. Тулупов, A.A. Зайцев // Труды междунар. науч.-техн. конф. 20-22 сентября 2005 г. СПб., 2005. С. 66-69.
7. Эксплуатация составных валков на проволочном стане Западно-сибирского металлургического комбината / А.И. Погоре-лов, М.В. Никигашев, Н.П. Калинин, Б.М. Чегодаев, В.В. Саломыкин // Бюл. "Черная металлургия". 2002. № 10. С. 32-33.
УДК 621.771.237:621.771.23.016
М.И. Румянцев, Г.А. Завалищин, И.Б. Сапожников, ДЕ. Борковой
ОЦЕНИВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОГО ЛИСТОВОГО ПРОКАТА ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ СТАЛИ С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ
УГЛЕРОДА
В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция к росту производства холоднокатаного проката из низкоуглеродистой стали с содержанием углерода менее 0,02%, которая должна иметь повышенную штампуемосгь как без по -крытия, так и с цинковым покрытием. Пониженные прочностные свойства горячекатаного проката из подобных сталей в некоторой степени облегчают задачу получения холоднокатаной полосы с высокой планшетностью, а также способствуют расширению возможностей производ-ства горячекатаных листов и полос для замещения холоднокатаных. Ранее были выполнены ис-следования, в результате которых установлено, что для обеспечения свойств готового проката на
уровне 07=240-290 МПа, ов=320-350 МПа и ^4=36-41% на широкополосном стане горячей прокатки должны обеспечиваться температура конца прокатки 920-930 и температура смотки около 650°С, а также разработан режим охлаждения на отводящем рольганге [1-2].
Так как сгаль с пониженным содержанием углерода обладает низким сопротивлением деформации, становится возможным увеличить толщину подката для производства холодноката-ной стали. Однако при этом эффект, заключающийся, например, в увеличении производитель -ности ШСГП, может быгь нивелирован трудностями переработки металла в цехе холодной прокатки. Так, увеличение толщины подката приве-
