CC BY
7В.Ю.Рубцов, А.Н.Бородин, В.С.Чурилов
АО «ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат»
СИСТЕМА ТОРМОЖЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ВАЛКОВ УНИВЕРСАЛЬНЫХ КЛЕТЕЙ
Аннотация. В цехе прокатки широкополочных балок существует проблема разрушения вертикальных валков из-за возникающих динамических ударов в момент прокатки полосы в реверсивном режиме. На уровне изобретения разработано «Устройство торможения вертикального валка универсальной клети прокатного стана», способное автоматически, без использования дополнительных операций производить самоторможение валка после выхода полосы из клети. Кассета вертикального валка, оснащенная устройством торможения, позволит снизить динамические удары при прокате в реверсивном режиме и исключить разрушение валков.
Ключевые слова: цех прокатки широкополочных балок, вертикальный валок, устройство торможения, универсальная клеть, реверсивный режим прокатки.
В настоящий момент в цехе прокатки широкополочных балок (ЦПШБ) АО «ЕВРАЗ НТМК» производятся двутавры широкого номенклатурного ряда, включающего более 200 профилеразмеров. Диапазон прокатываемого сортамента включает в себя от 15 до 70 двутавров балочных, колонных и широкополочных строительных профилей [1, 2]. Также производится прокат 13 вагоностроительного двутавра, и существует потенциальная возможность прокатки 80, 90 и 100 двутавров, опыт которых был в 80-е годы XX века, но из-за отсутствия в необходимости массового производства данных профилей был остановлен. В силу того, что некоторые профиля в том числе крупногабаритные колонные профили имеют значительную массу, а соответственно инерционные свойства, при их прокатке появляется проблема повышенных динамических ударов, сопровождающихся разрушением вертикальных валков универсальных клетей.
На рис. 1 показан разрушенный вертикальный валок, разрушение которого произошло после динамического удара.
Рис. 1. Внешний вид вертикального валка после разрушения
В 1979 году специалистами Уральского завода тяжелого машиностроения была предпринята попытка разработки вертикального валка, способного воспринимать более высокие динамические моменты, и принципиально изменена конструкция кассеты (рис. 2) [3]. За счет изменения конструкции и увеличения жесткости кассеты существенно уменьшились поломки вертикальных валков, однако при прокатке некоторых профилей в особенно нагруженных режимах, поломки продолжают происходить, что сопровождается существенными затратами
как на изготовление новых валков, так и убытками за счет простоя стана и получения недо-катов из заготовок, находящихся в это время в линии проката по причине выхода из стоя одной клети. Также использование данной конструкции кассеты, за счет сложности конструкции корпуса и самого валка, привела к существенному удорожанию. А требования к геометрии отдельных элементов валка возможно обеспечить только с применением высокоточного металлорежущего оборудования, что ограничивает количество потенциальных поставщиков и приводит к монополизации и отсутствию альтернативных вариантов в изготовителях.
Рис. 2. Кассета вертикального валка разработки УЗМТ
Причиной разрушения вертикальных валков является создание повышенных динамических ударов, при прокатке тяжелых профилей в реверсивном режиме работы клети. В процессе прокатки полоса (поз. 1. рис. 3) захватывается горизонтальными валками (поз. 2. рис. 3) универсальной клети, попадает в зону обжатия и за счет её перемещения вертикальные валки (поз. 3. рис. 3) приводятся во вращение, пассивно также обжимая прокатываемую полосу. После прокатки полосы в одну сторону, горизонтальные валки начинают вращаться в противоположном направлении, и полоса задается в клеть с обратной стороны в реверсивном режиме. Однако вертикальные валки, имея инерционный маховый момент, продолжают вращаться в первоначальном направлении проката, а после контакта с ними полосы, заданной в реверсивном направлении, резко тормозятся и приобретают мгновенный импульс для вращения в противоположном направлении. За счет моментального времени замедления до остановки и ускорения вертикальных валков до линейной скорости прокатки в реверсивном направлении происходит динамический удар, сопровождающийся разнополярностью вращательных моментов полосы, и валков, что и является причиной их разрушения.
Для снижения динамического воздействия и исключения разрушения вертикальных валков было предложено «Устройство торможения вертикального валка универсальной клети прокатного стана» [4, 5].
Предлагаемое устройство представляет собой кассету вертикального валка в сборе (рис. 4), которая представляет собой вертикальный валок 2, установленный в раму 1, которая в свою очередь включает две одинаковые составные части верхнюю и нижнюю. В раме 1 установлены крышки 4, с надетым на них вертикальным валком 2 через подшипники 6 и уплотнительные манжеты 7. Между рамой 1 и крышкой 4 имеется зазор. Тормозные колодки 3 жестко соединены с рамой 1.
3 2
Рис. 3. Схема прокатки двутавра в универсальной клети
Рис. 4. Кассета вертикального валка с устройством торможения
Тормозные колодки 3 предпочтительно изготавливать из фрикционного материала, имеющего высокий коэффициент трения. Наружная поверхность подшипников 6 защищена уплотнительными манжетами 7 от окалины и вытекания смазки. Зазор между рамой 1 и крышкой 4 может варьироваться от 2 до 20 мм (рис. 5). Величина зазора будет зависеть от типа прокатного стана и определяет свободный ход вертикального валка 2 в направлении перпендикулярном оси прокатываемой полосы и параллельно нажимному устройству 5 с возможностью горизонтального смещения крышек 4 с вертикальным валком 2 в сторону тормозных колодок 3.
Рис. 5. Зазор между рамой и крышкой, обеспечивающий смещение крышки
Для мелкосортных станов и станов прецизионной точности величина зазора может фигурировать от 2 до 5 мм, а для крупносортных, рельсобалочных и прочих станов с универсальными клетями величина зазора может составлять от 5 до 20 мм.
В свободном режиме вертикальный валок 2 прижат к тормозным колодкам 3. В процессе захвата горизонтальными валками полоса заходит в зону контакта, и создает осевую нагрузку на вертикальные валки 2, что приводит их к смещению совместно с крышками 4 на расстояние равное свободному ходу. Свободный ход обеспечивается за счет зазора между крышками 4 и рамой 1, тем самым освобождая вертикальные валки 2 от прижатия к тормозным колодкам 3. После этого вертикальные валки 2 свободно начинают вращаться на подшипниках 6 и происходит процесс прокатки полосы. После прокатки полосы зазор между вертикальными валками 2 освобождается и нажимное устройство 5, настроенное на усилие сдвига крышек 4 и вертикальных валков 2, перемещает их в сторону тормозных колодок 3, и после прижатия происходит торможение вертикальных валков 2. К моменту реверсивной прокатки вертикальный валок 2 уже будет остановлен и при захвате полосы в обратном направлении ускорение вертикального валка 2 начнется с нулевой скорости, тем самым уменьшая динамическую нагрузку на вертикальные валки 2. Кроме этого снижается ударная нагрузка за счет демпфирования вертикального валка 2 нажимным устройством 5.
Для обеспечения точности прокатки в момент настройки стана монтажный зазор выставляется с учетом холостого хода вертикальных валков.
Нажимное устройство 5 может иметь как пружинное, рычажное, пневматическое, так и гидравлическое исполнение в зависимости от типа стана и необходимых усилий для смещения валка.
Библиографический список
1. Киричков А.А. Универсальный балочный стан / А.А.Киричков, К.С.Дроздецкая, В.А.Быков // Сталь. 1983. №2. С. 45-47.
2. Kavun D.E. Production of New Types of Rolled Products - Customer Focus / D.E.Kavun, V.V.Sviridenko, V.Yu.Rubtsov // Metallurgist. 2020. Vol. 64. №s. 5-6. PP. 514-521.
3. Авторское свидетельство SU № 869878 «Вертикальный валок универсальной балочной клети» (заявка № 2793476/22-02) МПК3 В21В 27/02, опубл. 09.07.1979, бюл. №37.
4. Metalspace (Производство проката) [Электронный ресурс] // URL: http://metalspace.ru/ production-science/technology/rolling/761-razvitie-tekhnologii-proizvodstva-sortovogo-prokata.html (дата обращения 23.12.2020).
5. Устройство торможения вертикального валка универсальной клети прокатного стана: пат 2726532 Рос. Федерация: МПК51 В21В 37/00 / В.Ю.Рубцов, А.Н.Бородин, О.В.Килишевский, П.А.Алыпов, В.В.Бородин, Д.Е.Кавун, В.С.Чурилов; заявитель и патентообладатель Акционерное общество Нижнетагильский металлургический комбинат (АО ЕВРАЗ НТМК) - № 2019138983; заявл.02.12.2019; опубл. 14.07.2020, бюл. №20. 11с.
•- INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH -•
V.Yu.Rubtsov, A.N.Borodin, V.S.Churilov
EVRAZ Nizhny Tagil Metallurgical Plant
BRAKING SYSTEM FOR VERTICAL ROLLS OF UNIVERSAL STANDS
Abstract. In the wide flange beams rolling shop, there is a problem of vertical rolls destruction due to arising dynamic shocks at time of rolling strip in reverse mode. At the level of invention, "Vertical roll braking device of rolling mill universal stand" has been developed, capable of automatically, self-braking of roll after strip leaves stand, without using additional operations. The vertical roll cassette, equipped with a braking device, will reduce dynamic shocks when rolling in reverse mode and eliminate roll breakage.
Keywords: wide flange beams rolling shop, vertical roll, braking device, universal mill, reverse rolling mode.
