Расчет энергосиловых параметров процесса листовой прокатки. Методические указания к практическим занятиям для студентов, обучающихся по программе подг

3453

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра обработки металлов давлением

Расчет энергосиловых параметров процесса листовой прокатки

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям

для студентов, обучающихся по программе подготовки специалистов среднего звена специальности 22.02.05 «Обработка металлов давлением», студентов направления 22.03.02 Металлургия профиль «Обработка металлов давлением» очной, очно-заочной и заочной формы обучения

В.А. Чёрный Е.Б. Бобков К.С. Горбунов

Липецк Липецкий государственный технический университет

2024

УДК 621.7.01 Ч-496

Рецензент – А.Г. Левыкина, канд. техн. наук, доцент

Чёрный, В.А.

Ч-496 Расчет энергосиловых параметров процесса листовой прокатки : методические указания к практическим занятиям для студентов, обучающихся по программе подготовки специалистов среднего звена специальности 22.02.05 «Обработка металлов давлением», студентов направления 22.03.02 Металлургия профиль «Обработка металлов давлением» 4 курса очной, очно-заочной и заочной формы обучения направления 22.03.02 «Металлургия» профиля «Обработка металлов давлением» / В.А. Чёрный, Е.Б. Бобков, К.С. Горбунов – Липецк: Липецкий государственный технический университет, 2024. – 43 с. – Текст: непосредственный.

Настоящие методические указания «Расчет энергосиловых параметров процесса листовой прокатки» предназначены помочь студентам, обучающимся по специальности 22.02.05 - "Обработка металлов давлением" и по направлению 22.03.02 Металлургия профиль «Обработка металлов давлением» в освоении навыков расчёта и анализа энергосиловых параметров прокатки.

Приведенные примеры подробно иллюстрируют процесс расчета, что позволяет достаточно точно вычислять энергосиловые параметры для каждого конкретного случая без существенной предварительной подготовки.

Табл. 8. Ил. 3. Библиогр.: 7 назв.

© ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет», 2024

2

2.3Расчёт температурного режима и энергосиловых параметров прокатки в черновой группе клетей (расчёт приведён для 1-ой клети).. 22

2.4Расчёт температурно-скоростного режима и энергосиловых

3

4

Введение

Развитие и совершенствование оборудования и технологии обработки металлов давлением обуславливает необходимость изучения и анализа про-

текающих при этом процессов и изучения усилий, требуемых для горячей и холодной деформации. В представленных методических указаниях рассмот-

рены расчётные приёмы и методы определения энергосиловых параметров при прокатке листа на непрерывном широкополосном стане горячей прокат-

ки (НШС ГП) и в условиях непрерывной холодной прокатки.

Большое разнообразие методик определения величины сопротивления деформации металлов и сплавов, а также методов и формул для расчёта ко-

эффициента трения, определения уширения и энергосиловых параметров процесса часто вызывают затруднения у студентов при выполнении курсо-

вых проектов и выпускной квалификационной работы (ВКР). Какая методика является лучшей, какова область допущений для той или мной формулы – сложность выбора заставляет делать ошибки.

В методических указаниях изложены примеры расчёта для горячей и холодной листовой широкополосной прокатки. Они позволяют, используя фактические данные промышленного производства определять энергосило-

вые параметры процесса, а полученные результаты применять при изучении дисциплин «Теория прокатки» «Проектирование технологии производства проката» и др.

Оформление методических указаний и примеры расчёта выполнены с участием студентов группы Т9-ОД-21-1 Мелиховой Элеоноры Николаевны,

Арзамасцева Вячеслава Юрьевича и Пронина Егора Васильевича.

5

1 Методика расчёта температурно-скоростного режима и энергосиловых параметров горячей прокатки на стане 2000 ПАО «НЛМК»

1.1 Расчёт обжатий и длины раската в черновой группе клетей широкополосного стана

Для расчёта обжатий в клетях стана определяется в первую очередь толщина раската (подката) на входе в чистовую группу клетей. Учитывается при этом:

-обеспечение необходимой температуры конца прокатки.

-уровень нагрузки клетей черновой и чистовой групп.

-достижение более высокой производительности стана, так как вели-

чина заправочной скорости полосы в чистовую группу клетей зависит от толщины подката.

С увеличением толщины подката повышается температура полосы на входе в чистовую группу и соответственно температура конца прокатки ( кп),

что очень важно при прокатке тонких полос. При прокатке толстых полос снижение толщины подката понижает его температуру, что даёт возможность увеличить заправочную скорость полосы в чистовую группу и, следователь-

но, производительность стана. Увеличение нагрузки на клети черновой груп-

пы может быть компенсировано реверсивным режимом работы первой клети стана.

Распределение обжатий в черновой группе клетей производится из условия равномерной нагрузки приводов клетей. При этом учитывается, что первая клеть является черновым окалиноломателем с горизонтальными вал-

ками, поэтому обжатие должно быть 25 – 30%. Если первая клеть работает в режиме реверса, то длина раската после третьего прохода не должна превы-

шать 17 м (расстояние между первой клетью и вертикальными валками вто-

рой клети). Мощность привода второй клети в два раза меньше мощности приводов 3-5 клетей, поэтому обжатие в ней будет также меньше, чем в по-

следующих клетях. Назначаются относительные обжатия по клетям стана,

6

рассчитываются абсолютные обжатия и толщины полос таким образом, что-

бы толщины полосы на выходе 5-ой и 12-ой клетей стана соответствовали толщинам подката и готовой полосы. Коррекция режима обжатий для дости-

жения равномерной загрузки клетей производится по результатам расчётов энергосиловых параметров.

Относительная деформация в клети ( i) рассчитывается по формуле:

где hi-1, hi – толщины полосы на входе и выходе в i-тую клеть,

мм; ∆hi – абсолютное обжатие в клети, мм.

Отсюда для абсолютного обжатия в клети, при заданном относительном об-

жатии полосы, расчёт ведётся по формуле:

Расчёт обжатий полосы в чистовой группе клетей ведётся исходя из за-

данных значений толщин полосы на входе (подката) и выходе (готовый) чи-

стовой группы. Относительные обжатия назначаются по убыванию от пер-

вых клетей (≈ 0,40 ÷ 0,50, 40 ÷ 50%) до последней (≈ 0,10 ÷ 0,20, 10 ÷ 20%).

Абсолютное обжатие полосы в i-той клети:

7

Обжатия по клетям чистовой группы устанавливаются из условия, что-

бы усилия прокатки и мощности не превышали допустимых значений при прокатке как головной, так и хвостовой частей полосы. Хвостовая часть по-

лосы прокатывается при пониженных температурах в результате остывания раската на промежуточном рольганге и более высоких скоростях, чем голов-

ная часть полосы за счёт прокатки с ускорением, поэтому в первых клетях чистовой группы увеличения усилий и мощностей прокатки довольно значи-

тельны. Обжатия по клетям снижаются от первой к последней клети. При прокатке толстых полос относительное обжатие в последней клети должно быть более 15%. С целью достижения более стабильного профиля полосы за счёт меньшего износа рабочих валков усилие прокатки в последней клети должны быть ≈ 8-12 МН.

Соответствующий режим обжатий достигается путём коррекции пер-

воначально выбранного режима обжатий на основании расчётов энергосило-

вых параметров процесса прокатки хвостовой части полосы.

1.2 Расчёт температуры полосы и энергосиловых параметров процесса прокатки в черновой группе клетей

Время охлаждения полосы на рольганге:

где LМК – расстояние от методической печи до первой клети или между двумя соседними клетями черновой группы, м;

vр – скорость движения полосы по рольгангу, м/с.

Снижение температуры полосы на рольганге за счёт излучения учиты-

вается формулой В.А. Тягунова [1]:

где Ti-1 – начальная температура полосы, °К; hi-1 – толщина полосы на входе в клеть, мм.

Падение температуры за счёт гидросбива:

8

∆tиi – потери тепла излучением, °С;

∆tгi – падение температуры за счёт гидросбива, °С.

Снижение температуры за счёт контакта металла с рабочими валками

рассчитывается по формуле Х. Венцеля [1]:

где tвi – температура рабочих валков, при отсутствии фактических данных,

может быть принята равной 60 °С; lДi – длина дуги контакта;

vi – скорость полосы, м/с;

hi-1, hi – толщины полосы на входе и выходе из клети, мм.

Длина дуги контакта полосы с поверхностью бочки рабочих валков:

lдi = √Ri ∙ ∆hi,

(13)

где Ri – радиус рабочих валков.

Повышение температуры за счёт работы деформации описывается уравнением В.А. Тягунова:

где tвхi – температура полосы на входе в клеть, °С; lДi – длина дуги контакта, мм;

hср – средняя толщина полосы, мм;

hi-1, hi – толщина полосы на входе и выходе из клети, мм.

Средняя толщина полосы:

9

где ∆tконтi – потери тепла из-за контакта с валками, °С;

∆tд – повышение температуры за счёт работы деформации, °С.

Расчёт среднего контактного давления по видоизменённой методике

С. Экелунда:

где 1,15 – коэффициент Лодэ – Надаи, учитывающий плоскую схему дефор-

мации при листовой прокатке;

σsi – сопротивление деформации прокатываемого металла, Н/мм2;

mi – коэффициент, характеризующий влияние внешнего трения на уси-

лие, а (1+ mi) учитывает повышение контактного давления, обусловленное трением прокатываемого металла о поверхность валков.

Коэффициент, характеризующий влияние внешнего трения [1]:

где µi – коэффициент трения, определяемый в зависимости от температуры прокатываемого металла, материала валков и полосы по формуле:

μi = k1 ∙ k2 ∙ k3 ∙ (1,05 − 0,0005 ∙ ti )

(19)

где k1 – коэффициент, учитывающий материал и состояние поверхности вал-

ков: k1=1,0 для стальных валков, k1=0,8 для чугунных валков с отбелённой поверхностью;

k2 – коэффициент, учитывающий влияние скорости прокатки и определя-

емый на основании зависимости, представленной на рис 1;

k3 – коэффициент, учитывающий химический состав прокатываемого ме-

талла, для углеродистых сталей k3=1.

10