составной прокатный валок

Формула изобретения

СОСТАВНОЙ ПРОКАТНЫЙ ВАЛОК, содержащий вал с несущим фланцем и установленные на валу с наклоном торцевых плоскостей к оси валка диски-бандажи с цилиндрической рабочей поверхностью и фиксирующую гайку, отличающийся тем, что, с целью увеличения вытяжки прокатываемого материала путем локализации его уширения и увеличения угла захвата при прокатке на обжимных и толстолистовых станах, диски-бандажи выполнены с различными диаметрами цилиндрических рабочих поверхностей с отношением больших к меньшим 1,00096 - 1,00444 и установлены с наклоном к оси валка под углом 55 - 83^o, причем диски-бандажи большего диаметра установлены через 1 - 3 диска-бандажа меньшего диаметра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному оборудованию и может быть использовано в прокатных цехах металлургических и машиностроительных заводов.

Известен составной прокатный валок, содержащий вал с несущим фланцем и установленные на валу с наклоном торцовых плоскостей к оси валка диски-бандажи с цилиндрической рабочей поверхностью и фиксирующую гайку [1] .

Недостатком известного составного валка с гладкой цилиндрической рабочей поверхностью является ограниченный угол захвата, определяемый коэффициентом трения между прокатываемым металлом и валком, что ограничивает абсолютное обжатие, вытяжку, а следовательно, и производительность прокатки. Увеличение угла захвата составного валка путем нанесения на диски-бандажи рисок, выступов, выемок, расточек и т. д. нежелательно, так как появляются концентраторы напряжений, ослабляющие стойкость валка.

Целью изобретения является увеличение вытяжки прокатываемого материала путем увеличения угла захвата валка и локализации уширения прокатываемого материала.

Это решается тем, что в составном прокатном валке, содержащем вал с несущим фланцем и установленные с наклоном торцовых плоскостей к оси валка диски-бандажи с цилиндрической рабочей поверхностью и фиксирующую гайку, диски-бандажи выполнены с различными диаметрами цилиндрических рабочих поверхностей с отношением больших к меньшим, равным 1,00096-1,00444 и установлены с наклоном к оси валка под углом = 55 - 83^о, причем диски-бандажи большого диаметра - установлены через 1 - 3 диска-бандажа меньшего диаметра.

Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение вытяжки прокатываемого материала за счет увеличения угла захвата и уменьшения уширения. Увеличение угла захвата обеспечивается за счет замкнутых продольно-поперечных выступов на рабочей поверхности валка, образованных соседними дисками-бандажами, имеющих различные диаметры цилиндрических рабочих поверхностей в определенных соотношениях и установленных под определенным наклоном к оси валка. Уменьшение уширения прокатываемого материала с увеличением угла захвата обеспечивается за счет того, что объем материала, заключенный между дисками-бандажами с различными диаметрами обжимается как в закрытых калибрах.

На фиг. 1 изображен предлагаемый составной валок, общий вид; на фиг. 2 - слиток металла, прокатанного предложенными валками, общий вид.

Составной прокатный валок содержит вал 1 с несущим фланцем 2, с которым сопряжены установленные наклонно диски-бандажи 3, с противоположной несущему фланцу стороны валка пакет дисков-бандажей через втулку 4 стягивается гайкой 4. Диски-бандажи 3 выполнены с разными диаметрами цилиндрических рабочих поверхностей с отношением больших к меньшим, равным 1,00096 - 1,00444. Они установлены на валу 1 с чередованием дисков-бандажей 6 большего и дисков-бандажей 7 меньшего диаметра цилиндрических рабочих поверхностей. F - результирующая сила, затягивающая прокатываемый слиток 8 в раствор валков; ось х-х - направление движения слитка. Ширина диска-бандажа 7 большего диаметра показана позицией b₁, а диска-бандажа меньшего диаметра - позицией b₂; R = (D₁ - D₂)^l/2 - величина выступов дисков-бандажей 6 большего диаметра над дисками-бандажами 7 меньшего диаметра.

Предлагаемые валки работают следующим образом.

Исходя из желаемой производительности, установленного энергосилового оборудования стана, сортамента прокатываемого материала, по известным из теории и практики прокатки методом расчета определяют габаритные размеры валка - катающий диаметр и длину бочки.

Разность диаметров цилиндрических рабочих поверхностей дисков-бандажей 6 и 7 ограничивается допуском на разнотолщинность прокатываемого материала и определяют по формуле:

D₁ - D₂ = (1)

Диаметр D₁ цилиндрической рабочей поверхности диска-бандажа 6 большего диаметра определяется:

D₁ = + D₂ Если разделить левую и правую части этого равенства на D₂, то получим:

D₁/D₂= (+D₂)/D₂ Или, с учетом реальных величин катающих диаметров D₂ валков и допусков на отклонение по толщине прокатываемого материала, отношение равно: для валков слябингов при D₂ = 1150 - 900 мм, = 4 мм,

D₁/D₂= (4+1150)/1150= 1,00347

D₁/D₂= (4+900)/900= 1,00444 для валков черновых клетей толстолистовых станов при D₁ = 1250 - 800 мм, = 1,2 мм

D₁/D₂= (1.2+1250)/1250= 1,00096;

D₁/D₂= (1.2+800)/800= 1,0015

Таким образом, из анализа величин отношений D₁/D₂ следует, что для получения заготовки надлежащего качества по разнотолщинность, диаметры цилиндрических рабочих поверхностей дисков-бандажей 6 и 7 должны быть выполнены с отношением больших к меньшим равным 1,00096 - 1,00444.

Например, при прокатке стальных слитков в слябы толщиной до 125 мм, допускаемые отклонения по толщине составляют = 4 мм, при прокатке слябов в лист в черной группе клетей толстолистовых станов = 1,2 мм.

Число и среднюю ширину дисков-бандажей определяют из двух главных условий:

обеспечения требуемой ширины рабочей зоны, прочность и стойкость валка с учетом материала дисков-бандажей и максимального допустимого давления на валки;

обеспечения стойкости выступов дисков-бандажей на срез и предотвращения среза прокатываемого материала дисками-бандажами большего диаметра.

Для обеспечения первого условия необходимо, чтобы все диски-бандажи были одинаковой прочности, что при прочих равных условиях возможно, когда они имеют одинаковую ширину, т. е. b₁ = b₂ или b₁/b₂ = 1.

Для удовлетворения второго условия необходимо выполнение соотношения

b₁/b₂= ₂/₁ где ₁ - удельное сопротивление резания материала дисков-бандажей.

Например, для нагретой от 1150 до 700^оС малоуглеродистой стали удельное сопротивление резания ₂ изменяется от 30 до 200 Н/мм². Для холодных металлов, например стали 10 стали 20 ₂, изменяется соответственно от 280 до 300 н/мм² и от 380 до 450 н/мм². Традиционные материалы, используемые для изготовления валков (сталь, чугун), имеют удельное сопротивление резания (скалывания) порядка 650 - 900 н/мм².

Следовательно, соотношение ширин дисков-бандажей составного валка реально должно находиться в пределах:

для горячей прокатки

b₁/b₂= ₂/₁= 200/650= 0.307 или b₂ = b₁/0,307 = 3,25 b₁;

для холодной прокатки

b₁/b₂= ₂/₁= 450/650= 0.695 или b₂ = b₁/0,695 = 1,44 b₁

Из анализа величин соотношений b₁/b₂ следует, что для одновременного удовлетворения обоих основных условий как для горячей, так и холодной прокатки, величина b₂ должна находиться в диапазоне

b₂ = (1 - 3) b₁ (2)

Или иначе, если исходить из первого условия и диски-бандажи выполнить одинаковой ширины, т. е. b₁ = b₂, то в составном валке предлагаемой конструкции для удовлетворения второго условия диски-бандажи большого диаметра необходимо устанавливать через 1 - 3 диска-бандажа меньшего диаметра.

Угол наклона дисков-бандажей к оси валка определяют из условия полной компенсации максимальной отталкивающей раскат от валков сила F_oмакс дополнительной силой тяги F₂ валков, т. е. равенства

F₂ = F_oмакс = Р_макс sin макс (3)

Выполнение этого условия обеспечивает максимальную надежность и максимальный угол захвата. С учетом (2) и (6) угол наклона дисков-бандажей к оси валка определяют по формуле

=arctg(D²₂₂Z_2макс)/(360P_максsin_макс) град (4)

В этой формуле Р_макс - максимальное давление металла на валки, вычисляемое с учетом максимально-допустимого статического момента (момента прокатки) на приводы валков по формуле:

P_макс= NM_н(-K_g)/10 (5) где N - число двигателей: для группового привода N = 1, для индивидуального привода валков N = 2;

М_н - номинальный момент привода, Нм;

- коэффициент перегрузки приводов по моменту: для двигателей постоянного тока, используемых в качестве приводов прокатных станов = 2 - 2,5;

K_д - коэффициент, определяющий долю динамического момента (разгонного, тормозного) от номинального момента привода: для действующих реверсивных обжимных станов К_д = 0,5 - 0,8; для нереверсивных станов К_д = 0;

- коэффициент, определяющий отношением плеча равнодействующей силы давления к длине хорды очага деформации: при горячей прокатке = 0,5;

h_макс - максимальное допустимое обжатие, вычисленное с учетом силовых возможностей приводов валков по формуле

h_макс = NM_н(-K_g)/P_сB D , мм (6) где р_с - среднее удельное давление металла на валки, н/мм²,

В - ширина прокатываемого металла, м;

_макс - максимальный угол захвата валка, определяемый по формуле:

_макс = arccos , град (7)

Предлагаемый составной валок ориентирован преимущественно для применения на обжимных реверсивных станах типа слябинга и черновых клетях толстолистовых станов, для которых наиболее остро стоит проблема увеличения угла захвата с целью увеличения вытяжки за один проход, т. е. производительности прокатки. Поэтому величина угла наклона дисков-бандажей определяется применительно прокатных станов этого класса.

Пусть прокатный стан имеет: катающий диаметр валков D₂ = 1150 нм; привод валков индивидуальный, число двигателей N = 2; М_н = 135 10⁴нм; = 2,5; К_д = 0,8 для реверсивного режима, для нереверсивного К_д = 0. Для прокатки установлены валки предлагаемой конструкции с шириной дисков-бандажей b₁ = b₂ = 200 мм, число дисков-бандажей меньшего диаметра r₂ = 4, между которыми установлены диски-бандажи большего диаметра. Прокатываемый материал сталь с удельным сопротивлением резания минимальное _2мин = 50 н/м_м², максимальное _2макс = 200 н/мм², среднее удельное давление металла на валки с = 20 н/мм², = 0,5; ширина прокатываемого материала В = 1600 мм.

По формуле (6) определяем:

для реверсивной прокатки h_max = 213510⁴(2.5-0.8)10/2016000.51150 = 249 мм для нереверсивной прокатки (или для реверсивной при захвате металла на установившейся скорости К_д = 0) h_max = (213510⁴(2.5-0)10³/2016000.51150) = 366 мм

По формуле (5) определяем Р_макс: - для реверсивной прокатки

Р_макс = 213510⁴(2.5-0.8)/0.510 =

= 2,415 10⁷ Н для нереверсивной прокатки

Р_макс = 213510⁴(2.5-0)/0.510

= 2,947 10⁷ Н

По формуле (7) определяем _макс: - для реверсивной прокатки

_макс = arccos = 38^о; для нереверсивной прокатки

_макс = arccos = 43^о

По формуле (4) определяем угол наклона дисков-бандажей к оси валка: - для реверсивной прокатки и _2мин

= arctg (1150²50438)/(3602.41510⁷0.615)= 62^о - для реверсивной прокатки и _2макс

= arctg (1150²200438)/(3602.41510⁷0.615)= 83^о - для нереверсивной прокатки и _{2 мин}

= arctg (1150²50443)/(3602.94710⁷0.682)= 55^о - для нереверсивной прокатки и _2макс

= arctg (1150²200443)/(3602.94710⁷0.682)= 80^о

Анализ полученных значений позволяет утверждать, что для современных обжимных станов и клетей угол наклона дисков-бандажей в составном валке предлагаемой конструкции может находиться в диапазоне от 55 до 83^о.

Применение составного валка рассмотренной конструкции позволяет получить технический и экономический эффект. Например, максимальный угол захвата известного валка определяется известной формулой

= arcos (D₂- 0.1D₂)/D₂= 25^о и эта величина не зависит от энергосиловых возможностей привода валков.

Максимальный угол захвата валка предлагаемой конструкции как это было показано выше, находится в пределах 38 - 43 градусов, что в 1,5 - 1,7 раза больше, чем угол захвата известного валка. Следовательно, во столько же раз может быть повышена производительность прокатки. (56) Авторское свидетельство СССР N 1620164, кл. B 21 B 27/02, 1989.