Бажанюк ВМ Система автоматического регулирования планшетности полосы в процессе прокатки

Система автоматического регулирования планшетности полосы в процессе прокатки

Бажанюк В.М., студент; Цапенко Г.И., доц. к.т.н.
Донецкий Национальный Технический Университет

Одним из направлений в области повышения качества тонколистовой стали, является улучшение ее планшетности (ровности поверхности).
Наиболее актуальна проблема получения планшетной формы при прокатке полос на широкополосных станах, а также при прокатке тончайших полос, лент, жести, фольги.
На современном этапе развития прокатного производства наиболее актуальными являются следующие задачи [3]:

разработка более совершенных методов оценки планшетности полос;
совершенствование прокатного оборудования;
создание новых клетей и валковых узлов с регулируемым профилем межвалкового зазора;
внедрение систем автоматического управления поперечного профиля и планшетности полос.

Установлены и исследованы следующие факторы, приводящие к нарушению планшетности листового металла: поперечная разнотолщинность подката, неравномерность обжатия по ширине очага деформации, вызванная, например, упругим изгибом валковой системы, тепловой выпуклостью, сплющиванием валков, износом бочек валков и др.
С учетом этих явлений разработаны различные методики оценки планшетности листового металла, в основу которых положены следующие основополагающие представления.
При листовой прокатке обычно происходит одновременное изменение поперечного профиля и планшетности полосы. Эти параметры взаимосвязаны. Например, в результате упругого изгиба валковой системы, износа или тепловой выпуклости бочек валков изменяется профиль зазора между рабочими валками, что создает различное обжатие участков листового металла по его ширине. Участки, обжимаемые сильнее, стремятся вытянуться в большей степени, чем менее обжимаемые участки, и тянут их за собой, вызывая в них растягивающие продольные напряжения. В более обжимаемых участках в результате сдерживающего воздействия менее обжимаемых участков появляются продольные сжимающие напряжения. Таким образом, участки листового металла, получившие меньшую вытяжку, будут упруго растягиваться, а участки, получившие большую вытяжку — упруго сжиматься в продольном направлении. Описанная неравномерность продольных напряжений сохранится в листовом металле в виде продольных остаточных напряжений, неравномерно распределенных по ширине полосы.
Нарушение планшетности переднего конца полосы происходит под действием продольных сжимающих остаточных напряжений, когда эти напряжения превысят некоторое критическое значение. При этом происходит потеря продольной устойчивости листового металла на части его ширины с образованием дефектов планшетности в виде продольной волнистости.
Таким образом, в существующих методиках по оценке планшетности полос сравнивается геометрический профиль полосы на входе и выходе из валков, а его изменение связывается с образованием неравномерности продольных остаточных напряжений по ширине полосы на выходе из валков и нарушением планшетности ее переднего конца.
Для оценки планшетности полосы используются следующие методики:

Определяется неравномерность относительной деформации по толщине полосы (относительная поперечная разнотолщинность) на входе и выходе из валков или относительная продольная деформация (неравномерность коэффициента вытяжки по ширине очага деформации).
С использованием математического аппарата теории упругости определяется неравномерность остаточных напряжений по ширине полосы на выходе из валков.
На равномерную эпюру удельных натяжений, создаваемых моталкой или последующими клетями непрерывного стана, накладывается эпюра продольных напряжений по ширине полосы и определяется результирующая эпюра изменения удельного натяжения по ширине полосы на выходе из валков. На результирующей эпюре определяется зона сжимающих напряжений и ее распределение по ширине полосы.
С использованием теории изгиба тонких прямоугольных пластинок по статическому или энергетическому критерию изгиба пластинки определяются критические напряжения сжатия.
Если напряжения сжатия превышают критическую величину, то делается вывод о нарушении планшетной формы. В противоположном случае можно считать, что полоса сохраняет планшетную форму. Как правило, задача нарушения планшетности решается отдельно для краевых и среднего ее участков с образованием краевой либо центральной волнистости на прокатанном участке полосы.

Известны следующие основные методы определения профиля полосы при прокатке [2]:

посредством измерения толщины полосы по ширине с помощью стационарно установленных либо сканирующих рентгеновских или радиоизотопных толщиномеров (о толщине материала можно судить по интенсивности прошедшего сквозь вещество или обратно рассеянного излучения);
электромагнитный, основанный на различии величин магнитного потока по ширине непланшетной полосы (основанный на различии величин магнитного потока по ширине пепланшетной полосы, не является наилучшим методом, т.к. как правило, участки полосы, имеющие наибольшее отклонение механических свойств от среднего значения, имели неоднородную микроструктуру);
механический — путем определения разницы напряжений по ширине, передающихся на измерительный валок;
пневматический — измерением натяжения в различных точках по ширине полосы с помощью пневмокамер давления;
оптический — по изменению отражения или фактического изображения профиля.

Наиболее простой и точный метод определения планшетности, получивший наибольшее распространение является механический и пневматический.
Способы управления поперечным профилем и формой полос в ходе прокатки отличаются по принципу действия, надежности, диапазону и точности регулирования, быстродействию, уровню капитальных затрат на реализацию и эксплуатацию, а также по другим показателям. Наиболее широкое распространение получили [1]:

зонное охлаждение бочки рабочих валков;
принудительный изгиб рабочих валков в вертикальной плоскости;
гидравлическое профилирование валков;
осевая сдвижка рабочих валков;
перекрещивание валков;
смещение рабочих валков вдоль направления прокатки.

Наиболее эффективным из всех перечисленных выше способов достижения требуемой планшетности [1] является гидравлическое профилирование валков. Системы автоматического управления гидравлическим профилированием валков обладают высоким быстродействием, необходимой точностью профиля, имеют возможность установки на действующих клетях без существенных реконструктивных изменений.
На непрерывных станах как горячей, так и холодной прокатки гидравлические нажимные устройства второй и последующих клетей используют для регулирования межклетевых натяжений, а первой клети – для регулирования толщины полосы.
В магистерской работе предполагается проведение исследований использования систем управления профилем проката.

Литература

Управление качеством тонколистового проката. В.Л.Мазур, А.М.Сафьян, И.Ю.Приходько, А.И.Яценко, «Техника»,Киев, 1997, 385 с.
Автоматические системы управления технологическими процессами и установками прокатных цехов. Ленович А.С. М., «Металлургия», 1979, 386 с.
Улучшение планшетности прокатываемых полос: Национальная Металлургия #01/05 c. 13-16
Настройка, стабилизация и контроль процесса тонколистовой прокатки. Григорян Г.Г., Железнов Ю.Д., Черный В.А., Кузнецов Л.А., Журавский А.Г. М., «Металлургия», 1975, 368 с.

Первоисточник:
Сборник трудов магистров за 2005 г.

back