книги из ГПНТБ / Железнов, Ю. Д. Статистические исследования точности тонколистовой прокатки

увеличения производительности стана необходимо давать макси­ мальные ускорения, а чтобы это не увеличило продольную разнотолщинность, необходимо снабдить стан системой автоматиче­ ского регулирования толщины.

б. Станы холодной прокатни

Продольную разнотолщинность холоднокатаных полос иссле­ довали на листопрокатных станах Ждановского металлургиче­ ского завода им. Ильича, Череповецкого и Ново-Липецкого метал­ лургических заводов. В табл. 23 приведены статистические харак­ теристики продольной разнотолщинности холоднокатаных полос, полученных для полной длины рулонов.

При тонколистовой прокатке доля длины полосы, прокатанной на фиксированной скорости, значительно больше, чем при про­ катке толстых полос, и этот режим является основным режимом работы стана. Ниже приведены исследования точности прокатки трансформаторной стали ЭЗА на станах НЛМЗ на фиксированной скорости. Концы рулонов не исследовались. Процесс формирова­ ния продольной разнотолщинности рассматривали как случай­ ный процесс.

Для получения надежных статистических характеристик разно­ толщинности необходимо провести большое количество измерений. Измерения с помощью ручных микрометров очень трудоемки, а точ­ ность результатов невысока. Кроме того, не всегда имеется воз­ можность эти измерения осуществить.

Большое значение имеет правильный выбор средств измерения толщины полос по быстродействию и точности измерителей.

При динамическом анализе разнотолщинности важно записать отклонения толщины без потери высокочастотной составляющей.

По амплитудно-частотной характеристике радиоизотопного микрометра с постоянной времени, равной 0,2 с, которая является практически предельной для микрометров этого типа, считая допу­ стимой динамическую погрешность измерения 15%, определили наименьшую длину волны, которая может быть зарегистрирована надежно. Для скорости 10 м/с это соответствует периоду Т —

=19 м и частоте со = 3,28 с -1 .

Анализ спектральных плотностей разнотолщинности холодно­

катаных полос показал, что большая часть дисперсии толщины приходится на частоты выше предельных. Таким образом, при из­ мерении разнотолщинности радиоизотопным микрометром на рабо­ чих скоростях информация о ее высокочастотной составляю­ щей будет потеряна, а по результатам измерений будет сделан неверный вывод о том, что разнотолщинность состоит только из гармоник с низкими частотами.

Индуктивные контактные микрометры имеют гораздо более высокое быстродействие (постоянная времени не выше 0,05 с) и позволяют измерять разнотолщинность на рабочих скоростях.

123

Для определения статистических оценок разнотолщинности подката пятиклетевого стана горячекатаные рулоны обмеряли в линии травления с помощью индуктивного летучего микрометра модели 211 Московского инструментального завода «Калибр», установленного после правильной машины. Результаты измерений записывали на диаграммной бумаге с помощью потенциометра. На диаграммную бумагу автоматически наносили отметки по длине полосы с шагом 1500 мм. Концы рулонов длиной 10— 15 м не обмеряли. На пятиклетевом, реверсивном и двадцативалковом стане на входе в станы и после каждой клети были установлены индуктивные микрометры модели 211.

Результаты измерений регистрировали с помощью осцилло­ графа Н-700. Одновременно записывали скорости прокатки всех клетей.

в. Оценка точности прокатки по переделам

Биения поверхностей бочек опорных валков относительно ко­ нических шеек в процессе прокатки вызывают циклическую разнотолщинность полосы. Эти биения могут быть разложены в ряд Фурье. Если полосу измерять непосредственно после данной клети,

в табл. 24.

Если толщина измеряется после прокатки в нескольких кле­ тях, то периоды гармоник разнотолщинности полосы, приобретен­ ные в предыдущих проходах, удлиняются за счет вытяжки.

Из-за неравномерности хода шпинделей и овальности бочек рабочих валков возможно возникновение циклической разнотол­ щинности с периодом, равным половине длины окружности бочки рабочего валка, что соответствует периоду Т = 0,7 м и круговой частоте ю = 9 м-1.

124

Биение рулонов на барабанах моталок вызывает циклическую разнотолщинность из-за эксцентриситета с периодом Т — 1,57-н

— 5,2 м и частотой со = 1,2±4 м-1 в зависимости от радиуса ру­ лена.

Если толщина полосы на выходе из первой клети пятиклетевого стана hy = 1,9 мм, то циклическая разнотолщинность из-за экс­ центриситета опорных валков этой клети при измерении полосы толщиной h = 0,33 мм будет иметь период Т = 23 м и круговую частоту о = 0,27 м-1 .

При анализе частоты были условно разбиты на три диапазона в выходной толщине 0,33 мм:

I, частоты 0— 0,25 м-1 — низкочастотный; II, частоты 0,25— 1,5 м-1 — среднечастотный;

III, частоты 1,5 -— оо м-1 — высокочастотный.

- Таким образом, в среднечастотном диапазоне сосредоточены частоты эксцентриситетов опорных валков и рулонов на моталках, в высокочастотном — овальность рабочих валков и высокие гар­ моники формы опорных валков.

В низких частотах проявляется наследственная разнотолщин­ ность от подката, колебания механических свойств по длине

125

Вдальнейшем анализ проводили применительно к этим трем диапазонам частот.

Для каждого вида проката были вычислены коэффициенты вариации. Максимальные отклонения с вероятностью 0,997 рав­ ны ±Зо.

Втабл. 25 приведены дисперсии и коэффициенты вариации толщины полосы по переделам, полученные после усреднения по множеству реализаций.

г. Статистический анализ толщины горячекатаных рулонов

На рис. 64 представлена диаграмма толщины одного из рулонов после горячей прокатки. На рис. 65 приведена статистическая оценка функции спектральной плотности этого же рулона, а на рис. 66 — усредненная оценка спектральной плотности по 24 горя­ чекатаным рулонам. Средняя дисперсия горячекатаных рулонов составила 1820 мкм2 и коэффициент вариации 1,7%. Анализ функ­ ции спектральной плотности показывает, что дисперсия горя­ чекатаных рулонов почти полностью сосредоточена в диапазоне низких частот и приходится в основном на температурный клин.

126

д. Статистический анализ толщины холоднокатаных рулонов по переделам

Распределение дисперсии по частотным диапазонам для подката толщиной 0,6— 0,7 мм (первая холодная прокатка на пятиклетевом стане) характеризуется цифрами, приведенными в табл. 26. Усред­ ненная спектральная плотность толщины представлена на рис. 67.

Низкочастотный диапазон дисперсии толщины после первой холодной прокатки вызван разнотолщинностью подката и частично колебанием механических свойств и коэффициента внешнего тре­ ния. Доля наследственной разнотолщинности составляет менее одной трети. Основная разнотолщинность является следствием возмущений, действующих в стане холодной прокатки, причем примерно половина ее приходится на эксцентриситет опорных валков. Высокочастотный диапазон включает в себя разнотолщин­ ность из-за неравномерности вращения рабочих валков и биения их бочек. В табл. 27 приведено распределение дисперсии тол­ щины по диапазонам частот для второй холодной прокатки на различных станах.

Усредненная спектральная плотность толщины полос, прока­ танных на реверсивном стане, представлена на рис. 68.

127

Из табл. 27 следует, что наиболее точнйя прокатка осущест­ вляется на 20-валковом стане, а наименее точная — на реверсив­ ном. В среднем около половины дисперсии приходится на биения эксцентриситетов опорных валков. Доля высокочастотного диа­ пазона несущественна. Динамика формирования разнотолщинности рассмотрена ниже.

е. Оценка влияния стадий технологического процесса на окончательную разнотолщинность полос

Ниже приведены статистические спектральные плотности для рулона № 20 плавки 1378-ЭЗ и их анализ. Осциллограмма пред­ ставлена на рис. 69. Фактический режим обжатий для этого рулона был следующим: 1) подкат толщиной 2,5 мм; 2) пятикДетевой стан 1200: 2,5— 1,93— 1,25— 0,88— 0,72— 0,6 мм; 3) реверсивный стан 1200: 0,6— 0,33 мм.

На рис. 70, а представлена оценка спектральной i плотности этого же рулона после горячей прокатки. Дисперсия составила 1297 мкм2. Почти вся дисперсия сосредоточена в низкочастотном диапазоне.

На рис. 71, а дана оценка спектральной плотности после про­ катки в первой клети пятиклетевого стана. Частоты приведены

128

к толщине h — 0,33 мм. Дисперсия составила 422 мкм2. Из них 310 мкм2, или 73%, приходится на среднечастотный диапазон, в ко­ тором имеется ярко выраженный максимум на частоте 0,4 м-1 . Этот максимум соответствует частоте вращения опорных валков второй клети, т. е. эксцентриситет этих валков вызывает биение натяжения между первой и второй клетями, что приводит к возник­ новению циклической разнотолщинности в первой клети. Далее с транспортным переносом эта разнотолщинность проходит по всем клетям. Из-за неисправности микрометра второй клети полу­ чить спектральную плотность после нее не удалось. На рис. 71, б, в, представлены оценки спектральных плоскостей для третьей и чет­ вертой клетей. Дисперсии толщин составили соответственно 206 и 198 мкм2. Из графиков видно, что полоса в последних клетях пя­ тиклетевого стана правится плохо. На рис. 71, г, д даны оценки спектральных плотностей на входе и выходе реверсивного стана 1200 (частоты приведены к выходной толщине). Спектральная плот­ ность на входе в реверсивный стан соответствует спектральной плотности пятой клети. Перед прокаткой на реверсивном стане рулон прошел термообработку в башенной печи непрерывного отжига. К его спектральной плотности добавилась низкочастотная составляющая, приобретенная во время термообработки. В осталь­ ном его спектр не изменился. Дисперсия составила 250 мкм2. Во время прокатки на реверсивном стане добавилась циклическая разнотолщинность на частоте 2,5 м-1, что соответствует частоте вращения передней моталки. Общий уровень дисперсии значи­ тельно уменьшился и составил 61 мкм2. Как видно из анализа фор­ мирования разнотолщинности данного рулона, разнотолщинность горячекатаногоподката на точность окончательного проката влияла несущественно. Источниками разнотолщинности явились эксцентричные опорные валки второй клети пятиклетевого стана, печь непрерывного отжига и биение рулона на передней моталке реверсивного стана.

Рассмотрим процесс формирования разнотолщинности при про­ катке на пятиклетевом стане рулона № 23 плавки 1378-ЭЗ. Факти­ ческий режим обжатий для этого рулона был следующий: 1) подкат толщиной 2,5 мм; 2) пятиклетевой стан 1200: 2,5— 1,84— 1,37— 0,91— 0,69— 0,6 мм.

Рис. 69. Осциллограмма тол­ щины полосы и скорости прокатки; пятиклетевой стан 1200, h = 2,5 Н-0,6 мм.

Цифры на кривых — ско­ рость прокатки, м/с

На рис. 70, б представлена оценка спектральной плотности этого рулона после горячей прокатки. Дисперсия составила 1443 мкм2. Почти вся дисперсия сосредоточена в низкочастотном диапазоне. На рис. 72 дана оценка спектральной плотности после прокатки соответственно в первой, третьей и четвертой клетях пя­ тиклетевого стана. Дисперсии составили соответственно 503, 313 и 237 мкм2. Основная разнотолщинность сосредоточена в средне­ частотном диапазоне. После прокатки в первой клети выделяются максимумы спектральной плотности на частотах 0,28 и 0,56 м-1, что соответствует частотам первой и второй гармоник биения опор­ ных валков этой клети. К этим частотам добавляются в каждой

5(ш), пкпг п

S(w),/ikm2h

5000 ■

2500 -

б

I U , ____ L.

Рис. 70. Оценка спектральных плот­ ностей рулонов одной плавки (ft =s 2,5 мм):

а — рулон № 20; б — рулон № 23

Рис. 71. Оценка спектральной плот­ ности рулона № 20:

I, I I I , I V , V — номера клетей; V I — реверсивный стан

130

клети частоты первых гармоник биения опорных валков второй, третьей и четвертой клетей. После прокатки в четвертой клети наибольший максимум расположен на частоте вращения второй клети.

На рис. 73 представлены оценки спектральной плотности одного из рулонов после прокатки в первой, второй, третьей и четвертой клетях пятиклетевого стана 1200. Фактический режим обжатий для этого рулона был следующим (прокатка в пяти клетях): 2,5— 1,9— 1,4— 1,0— 0,79— 0,7 мм.

Дисперсия по четырем клетям составила 447, 63, 62 и 49 мкм2. Дисперсия на нулевой частоте для первой клети была 239 мкм2, т. е. почти наполовину меньше общей дисперсии.

По-видимому, разнотолщинность подката была очень высокой и ее влияние значительно во всех клетях. В среднечастотном диа­ пазоне имеются максимумы на частотах, соответствующих скоро­ сти вращения, двойной и тройной скорости вращения опорных и двойной скорости вращения рабочих валков первой клети. Во второй клети дисперсия резко падает и далее остается почти по­ стоянной. Новых частот в спектр разнотолщинности не добав­ ляется. Величина биения пары опорных валков зависит не только от величины эксцентриситета каждого опорного валка, но и от того, в какой фазе по отношению друг к другу находятся эти валки. Эта величина может колебаться от нуля до суммарного

Рис. 74. Оценка спектральной плотности полосы (20-валковый стан):

эксцентриситета. Здесь мы имеем случай благоприятного распреде­ ления фаз. При среднем уровне дисперсии 148 мкм2 для полос толщиной 0,6— 0,7 мм дисперсия толщины данного рулона соста­ вила только 49 мкм2. Это лишний раз подтверждает, что в увели­ чении точности шлифовки валков заложены большие возможности по повышению точности прокатки.

На рис. 74 представлены оценки спектральной плотности на входе и выходе 20-валкового стана 1200 (частота приведена к вы­ ходной толщине). Дисперсия входной толщины составила 84,8 мкм2, а выходной 57,6 мкм2. В спектральной плотности под­ ката имеется максимум на частоте вращения опорных валков пя­ той клети пятиклетевого стана. В выходной толщине дисперсия на этой частоте уменьшена вдвое, а низкочастотная составляющая ликвидирована почти полностью. Это объясняется тем, что 20-вал­ ковый стан снабжен регулятором толщины, который может эффек­ тивно регулировать низкочастотную составляющую независимо от ее природы, так как толщина полосы измеряется на выходе стана с помощью микрометра.

Необходимо отметить, что следует всемерно уменьшать средне- и высокочастотную составляющие разнотолщинности подката, так как существующие регуляторы толщины имеют недостаточно вы­ сокое быстродействие и могут воздействовать эффективно только на низкочастотную составляющую разнотолщинности.

Анализ разнотолщинности после второй холодной прокатки на пятиклетевом стане рассмотрим на следующем примере. Осцил-

Рис. 75. Осциллограмма толщи­ ны полосы и скорости прокатки; пятиклетевой стан 1200;

h = 0,7 д-0,34 мм. Цифры на кривых —скорость прокатки, м/с

132