2.9.Уширение металла при прокатке

При прокатке высота и форма полосы на контакте диктуется расчётом калибровки и настройкой валков. Ширина полосы и форма полосы в разъёме валков зависит от многих технологических факторов. Очень важно грамотно определять уширение, а, следовательно, ширину полосы в каждом проходе.

Различают три вида уширения:

1. свободное;

2. стеснённое;

3. вынужденное;

Свободным считается такое уширение, когда течению полосы в поперечном направлении препятствуют только контактные силы трения (Рис. 2 .28).

Рис. 2.28. Действие сил трения при свободном уширении

Стеснённое уширение имеет место при прокатке в калибрах, в этом случае течению металла в поперечном направлении препятствуют силы контактного напряжения и подпирающее действие боковых стенок калибра (Рис. 2 .29).

Вынужденное уширение применяется тогда, когда нужно принудительно увеличить уширение (Рис. 2 .29).

Рис. 2.29. Схемы стеснённого и вынужденного уширения

При сортовой прокатке уширение вызывает необходимость лишних проходов, затраты энергии, но его не избежать. Влияние ряда технологических факторов на уширение можно оценивать следующим образом.

Рассмотрим два процесса прокатки: прокатка на станах сортового передела и на станах листового передела.

Принято считать, что при прокатке на станах сортового предела имеет место длинный и узкий очаг деформации (Рис. 2 .30).

Рис. 2.30. Вид очага деформации на станах сортового передела

При прокатке на станах листового передела имеет место короткий, но широкий очаг деформации (Рис. 2 .31).

Рис. 2.31. Вид очага деформации на станах листового передела

При горячей прокатке большинство черных сталей и сплавов имеют зависимость коэффициент трения от температуры металла представленную на Рис. 2 .32.

Рис. 2.32. Зависимость коэффициента трения от температуры при горячей прокатке стали

При деформации металла, как и в ряде других процессов, действует закон наименьшего сопротивления. Таким образом, при снижении температуры металла при процессах сортовой прокатки в большинстве сталей и сплавов уширение увеличивается.

Для горячей прокатки ряда сплавов титана все явления с уширением противоположны таковым у стали, в связи с другой зависимостью коэффициента трения от температуры (Рис. 2 .33).

Рис. 2.33. Зависимость коэффициента трения от температуры при горячей прокатке ряда сплавов титана

Аналогично рассматриваются зависимости уширения от других показателей процесса прокатки – диаметра валков, наличия смазки, скорости прокатки и т.п.

2.10.Температурные режимы прокатки

Существует ряд методик для расчета температурных режимов прокатки, в частности методика ЧГТУ /12/, методика УПИ /2/ и др.

Общий подход при расчете температуры металла при прокатке:

где t_и  потери на излучение;

t_к  потери на конвективный обмен с воздухом;

t_в  потери на охлаждение металла от валков;

t_д  нагрев за счет пластической деформации.

Как правило, достаточно трудно определить некоторые составляющие уравнения , поэтому используется ряд упрощенных подходов. Например, при прокатке на линейных станах может быть принята линейная зависимость температуры от номера прохода (Рис. 2 .34):

Рис. 2.34. Зависимость температуры от номера прохода на блюминге

При прокатке на блюминге температура металла в каждом проходе определяется по выражению :

где t₀ и t_n – температура начала и конца прокатки на блюминге;

l₀ и l_n – длина раската до и после прокатки;

l_i – длина раската в текущем проходе.

Согласно методике УПИ /2/ суммарную потерю тепла можно найти по формуле:

где t₀ температура раската перед рассчитываемым участком прокатки;

П и S  периметр и площадь поперечного сечения раската;

  время охлаждения раската;

t_д – нагрев раската за счет пластической деформации.

Величину t_д можно найти по формуле:

где   сопротивление металла пластической деформации;

  коэффициент вытяжки.

2.11.Скоростные режимы прокатки

Рассмотрим как определяются скоростные режимы прокатки на различных станах.

2.11.1.Линейный стан

Частота вращения валков постоянна для всех клетей, входящих в линию стана

где i_р – передаточное отношение редуктора.

Скорости валков и полосы рассчитываются для каждого калибра

где D_в и D_к – диаметр по дну и диаметр по вершине калибра.

2.11.2.Стан с последовательным расположением клетей

Частота вращения валков каждой клети определяется по выражению , а скорость валков и полосы по выражениям , при этом каждая клеть рассчитывается отдельно.

2.11.3.Непрерывный стан.

Скоростной режим прокатки на непрерывных станах определяется с учетом закона постоянства секундных объёмов, который гласит о том, что за единицу времени через каждую клеть прокатного стана проходит одинаковый объём металла.

где – скорость выхода и площадь поперечного сечения полосы в каждой клети соответственно.

2.12.Ограничения режимов прокатки

Режим деформации металла при прокатке в калибрах ограничивается рядом факторов, которые необходимо учитывать при расчете калибровок валков. К ним относятся:

1) предельные углы захвата металла валками;

2) заданные или рекомендуемые вытяжки;

3) условия устойчивости полос при прокатке в калибрах;

4) прочность валков;

5) мощность главных двигателей привода рабочей клети;

6) износ валков и их стойкость;

7) пластичность металла;

8) система привода валков;

9) общий сортамент стана;

10) скоростной режим прокатки;

11) температурный режим;

Так же применяют ограничения принятые из практических данных и природы разрушения металла или трещинообразования на поверхности. Эти ограничения могут быть положены в основу расчета коэффициентов деформации или же по ним проверяется рассчитанный режим обжатий.