Конструирование машин для металлургических процессов

-  безредукторный  привод, но с использованием шестеренной   клети. В этом случае двигатель  через коренную муфту непосредственно  соединяется с шестеренной клетью. Используется тихоходный двигатель  большого габарита.

 Моторная муфта  нагружена полным моментом прокатки, шпиндели 6 и 7 нагружены половиной момента прокатки. 

Рис.17 Схема  главной линии двухвалковой

реверсивной клети  прокатного стана горячей прокатки

2.3.3  Схемы рабочих  клетей прокатного стана с  различным положением валков

(рис.18, 19, 20, 21)

 

Рабочая клеть  является основным устройством прокатного стана, т.к. в ней осуществляется собственно прокатка металла. Рабочая клеть каждого прокатного стана состоит из двух станин, валков с подушками подшипниками, механизмов для установки и уравновешивания валков и валковой арматуры.

В зависимости  от расположения валков рабочие клети  прокатных станов подразделяются на двухвалковые, трехвалковые, четырехвалковые и многовалковые.

Двухвалковые клети могут быть реверсивными и нереверсивными. Клети реверсивные периодически изменяют направление вращения валков и прокатываемый металл пропускается (проходит) через валки несколько раз вперед и назад. Клети универсальные применяются практически во всех видах прокатки.

Трехвалковые клети - нереверсивные. Прокатываемый металл пропускается в одну сторону между нижним и средним валками, а в обратную сторону -между средним и верхним. Для подъема прокатываемого металла (раската) и подачи его между средним и верхним валками перед и за рабочей клетью устанавливают подъемно-качающиеся столы. Применяются при прокатке швеллеров, двутавровых профилей, рельсов.

Четырехвалковые клети - клети с расположением один над другим: двух рабочих валков меньшего диаметра(средние) и двух опорных валков большего диаметра(крайние верхний и нижний). Опорные валки предназначены для увеличения жесткости системы валков и рабочей клети в целом. Четырехвалковые клети применяются при прокатке тонких листов и полос.

Многовалковые клети. Рабочие валки в этих клетях неприводные ввиду невозможности осуществить их привод при малом диаметре валков. Благодаря использованию рабочих валков малого диаметра и большой жесткости всей системы на этих клетях катают тонкую и тончайшую ленту(толщиной 5-100микрон и шириной 100-1500мм). Рабочие валки опираются на ряд приводных валков с большим диаметром, а последние - на ряд опорных роликов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                     

Рис. 18 Рабочая  двухвалковая клеть

1-рабочие валки;

2прокатыдаемый металл;

3-станина клети_;

4-опорная плитовина;

Vпр – скорость прокатки

 

 

Рис. 19  Нереверсивная  трехвалковая клеть

 

1 - рабочие валки;

 

2 - прокатываемый металл;

 

3 - станина

 

     4 - опорная  плитовина

Прокатка идет поседовательно - в нижних валках, затем в верхних.

V_пр - скорость прокатки.

 

Рис. 20 Четырехвалковая клеть

1 - опорные валки

2 - рабочие валки

3 - станина

4 - прокатываемый металл

5. опорная плитовина

Vпр-скорость прокатки

Клеть может быть нереверсивной  и реверсивной. Приводными могут  быть рабочие валки или опорные.

Рис. 21  Реверсивная  двенадцати валковая клеть

1 - опорные ролики;

2 - приводные опорные  валки;

3 - рабочие валки;

 

  4 - прокатываемый  металл

5- станина

6- опорная плитовина

Vпр- скорость прокатки

2.3.4  Типы прокатных  станов. Режим работы

(рис.22, 23)

Большое разнообразие типов прокатных станов можно свести к двум группам:  реверсивные и нереверсивные.

Реверсивный прокатный  стан имеет одну реверсивную клеть  и механизмы, расположенные перед  и за клетью для приема и манипулирования прокатываемыми полосами, длина которых по мере прокатки увеличивается. Длину прокатываемых полос определяют из секундного объема металла перед рабочими валками и за рабочими валками.

 

V = Fnc · Vnp

 

Fnc - площадь поперечного сечения полосы;

Vnp - скорость проката.

Непрерывный прокатный  стан имеет несколько клетей, расположенных последовательно на одной технологической линии. В каждой клети осуществляется деформация металла (прокатка) на заданную (расчетную) величину. После каждой клети длина прокатываемой полосы увеличивается (равенство секундного объема металла до и после валков) и линейная скорость валков каждой следующей клети выше чем валков предыдущей на определенную величину. Особенностью прокатки на многоклетьевом непрерывном прокатном стане является необходимость создавать натяжение в прокатываемой полосе между клетями во избежании «выпучивания» полосы.

Особенностью работы реверсивного стана состоит в  разгоне и торможении больших вращающихся масс в каждом цикле. А так как от прокатного стана добиваются высокой производительности, то ускорение и замедление вращающихся масс принимают высокими.

Отсюда большая  доля динамической составляющей в нагрузке на главный привод (привод вращения валков).

Расчетный режим  работы на прокатных станах - тяжелый  и непрерывный. Отдельные механизмы работают в повторно-кратковременном режиме. Производительность прокатных станов высокая. Так заготовочный стан непрерывной прокатки, прокатывающий заготовки круглого и квадратного сечения имеет производительность 6 000 000т проката в год. Производительность сортопрокатных станов(швеллер, двутавр, уголок,рельс) - до 1 000 000т в год.

Производительность  листопрокатных станов – до 1 500 000 т/год

Порядок скоростей  прокатки (по последней клети): реверсивные станы - 3 м/сек;

непрерывные заготовочные и сортопрокатные станы 5 м/сек; листопрокатные непрерывные станы - 10м/сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Рис.22 Реверсивный  прокатный стан

 

1. рабочая двухвалковая реверсивная клеть;
2. рольганг с приводными роликами;
3. раскатное поле перед клетью;
4. раскатное поле за клетью;

Vпр- скорость прокатки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.23  Непрерывный прокатный стан

 

1. главный привод (вращение валков);
2. рабочая клеть (всего 8 клетей);
3. прокатываемый металл;
4. соединительный шпиндель (соединяет и передает вращение от привода рабочему валку);

Vпр- скорость прокатки.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.5  Основы теории прокатки

(рис.24, 25, 26)

2.3.5.1 Кинематика  и параметры

 

 

Пространство, ограниченное сверху и снизу дугами захвата  АВ и А₁В₁, боковыми гранями полосы и плоскостями входа и выхода металла из валков, называют геометрическим очагом деформации.

Параметрами очага деформации являются:

-  обжатие 

-  уширение 

-  дуга захвата  АВ

-  горизонтальная  проекция дуги захвата АС=l

R=D/2

Средняя высота прокатываемой  полосы: .

Угол захвата a:

 

Для характеристики формоизменения используют коэффициент деформации К_d. Этот коэффициент равен произведению коэффициента вытяжки l, уширения- b, обжатия- h

К_d=lbh,

где , где L₀ и L₁ длина полосы соответственно до и после прокатки;

     ;

 

                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                  V прокатки

                                                                                                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                           Рис. 24  Схема деформации при прокатке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 25 Схема деформации при прокатке

ho, b₀- исходные значения высоты и ширины (см. рис. 24)

h₁, b₁- конечные значения высоты и ширины

 

 

 

 

 

Рис.26 Направление  сил действующих на валки при  прокатке с натяжением

 

 

 

 

Исходя из закона постоянства объема деформируемого металла, можно записать:

Для обеспечения захвата  полосы валками необходимо, чтобы:

tga £ m_mах, где m- коэффициент трения между прокатными валками и металлом при захвате.

Значение a:

-холодная прокатка стали, шлифованная рабочая поверхность валков–3-4⁰(0,05-0,07рад)

-горячая прокатка  стали- 18-22⁰(0,31-0,38рад).

Коэффициент m_mах определяется по формуле Экелунда:

m_max=k₁(1,05-0,0005t),

где k₁-коэффициент, учитывающий качество поверхности валка. Для стальных валков k₁=1

       t- температура прокатываемого металла в 0⁰С.

Исследование прокатки показали, что  m_mах зависит от скорости прокатки, химического состава прокатываемого материала.

Практические данные по величине m_mах:

• горячая прокатка стали, температура прокатки 1100⁰С, скорость прокатки 1-1,5м/с

m_зах=0,26-0,29;

• холодная прокатка стали, сталь высокоуглеродистая (0,8% С), валки с высокой твердостью рабочей поверхности, полированные

m_зах=0,085

В зоне деформации прокатываемого металла  существует явление, называемое опережением (S) (превышение скорости выхода металла из валков над окружной скоростью валков):

,

где V₁- скорость прокатываемого металла; V_b- окружная скорость валков.

Опережение определяют из условия  постоянства секундного объема прокатываемого металла:

,

где g - нейтральный угол, задающий координату нейтрального сечения, в котором скорость прокатываемого металла равна горизонтальной составляющей окружной скорости валков.

Угол γ определяют, исходя из равновесия сил, действующих на прокатываемую полосу, по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.5.2. Силы прокатки

 

При пластической деформации напряжения превышают  предел упругости, и их связь с  деформациями уже не определяется законом Гука. Такое состояние металла называют пластическим. Согласно теории Сен-Венана оно наступает в том случае, если максимальная разность главных нормальных напряжений равна напряжению течения (фактическому сопротивлению деформации s_ф):    

s₁-s₃=s_ф.

s_ф.=n_Tn_en_us_s,

где n_T- коэффициент, учитывающий влияние температуры металла;

n_e- коэффициент, учитывающий степень деформации;

n_u- коэффициент, учитывающий скорость прокатки;

s_s- предел текучести, определяемый в статистических условиях.

В теории пластической деформации рассматривается случай плоскодеформированного состояния, когда , и выводится формула:

,

где τ_S- предел текучести при деформации сдвига.

На рис.26 показано направление равнодействующей силы Р, действующей на валки при прокатке с натяжением. Точка приложения силы Р (ее называют силой прокатки)- середина дуги захвата. Более точно - в центре тяжести эпюры нормальных контактных напряжений.

Направление силы Р при условиях:

1. Т₁=0, Т₂=0 или Т₁=Т₀: Р направлена вертикально;
2. Т₁>Т₀: Р направлена под углом b;
3. Т₀>Т₁: Р направлена под углом q.

Сила Р определяется из условия  создания на контактной площадке валок- металл контактных напряжений такой  величины, при которой в металле  создаются напряжения выше фактического сопротивления деформации s_Ф.

Момент прокатки определяют по силе прокатки. Момент прокатки для одного валка зависит от направления силы прокатки и подсчитывается по формуле М_пр=Ра, где а - плечо приложения силы прокатки.

Момент прокатки клети равен  сумме моментов прокатки валков

М_пр=2Ра=2ylР, 

где - коэффициент плеча силы прокатки.

( Это выражение для случая  Т₁=0, Т₀=0 или Т₁=Т₀)