способ смотки в рулон холоднокатаной полосы и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ смотки в рулон холоднокатаной полосы, включающий изгиб полосы в вертикальной плоскости приложением к ней усилия от направляющего ролика перед ее смоткой на барабан моталки и формирование рулона на барабане моталки с постепенным увеличением его диаметра, отличающийся тем, что усилие от направляющего ролика изменяют обратно пропорционально изменению поперечной разнотолщинности полосы до получения рулона диаметром, равным половине его максимального значения, а при увеличении диаметра рулона, начиная от половины его максимального значения, усилие от направляющего ролика на полосу уменьшают путем изгиба ролика в вертикальной плоскости в сторону, противоположную направлению этого усилия до изгиба полосы величиной, равной 0,12(223.)^-0,3, %, где - поперечная разнотолщинность полосы, %.

2. Устройство для смотки в рулон холоднокатаной полосы, содержащее установленный в опорах на цапфах с возможностью свободного вращения направляющий ролик, отличающееся тем, что в опорах дополнительно на шарнирах установлены короткими ветвями Г-образные стойки-рычаги с возможностью поворота в вертикальной плоскости, проходящей через ось направляющего ролика, выполненного с параболической выпуклой образующей, при этом ролик установлен цапфами в коротких ветвях Г-образных стоек-рычагов с возможностью поступательного перемещения вдоль своей оси так, что ось ролика и оси шарниров взаимно перпендикулярны и лежат в одной горизонтальной плоскости, а в нижних концах длинных ветвей Г-образных стоек-рычагов размещены резьбовые втулки с резьбами противоположных направлений, установленные с возможностью поворота в вертикальной плоскости, в которых установлен приводной вал с резьбами на противоположных концах, направление которых совпадает с резьбой соответствующей втулки.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что направляющий ролик выполнен приводным.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве холоднокатаной полосы, в частности при ее смотке в рулоны.

Известен способ смотки в рулон полосовой стали после холодной прокатки или дрессировки (т.е. незначительного, в пределах =0,5-3,0%, обжатия после отжига), в котором холоднокатаную полосу сматывают в рулоны заданного веса на моталках барабанного типа, создавая натяжение полосы (В.Ф.Зотов и В.И. Елин. Холодная прокатка металла, М.: Металлургия, 1988, с. 170).

Известный способ осуществляется барабанной моталкой, перед которой установлен ролик для изгиба полосы с возможностью перемещения полосы как над роликом, так и под ним (А.И.Целиков и др. Машины и агрегаты металлургических заводов, т.3, М.: Металлургия, 1988, с. 472-479).

Известные способ и устройство для его осуществления не обеспечивают качественной смотки полос, поскольку не обеспечивают необходимого натяжения полосы при ее смотке в зависимости от разнотолщинности полосы, обусловленной чечевицеобразным поперечным сечением, что приводит к свариванию отдельных витков рулона в процессе последующего отжига металла, а при дальнейшей размотке рулона приводит к образованию линий скольжения на поверхности металла, что недопустимо для проката с повышенной чистотой отделки поверхности (типа автолиста).

Известен способ формирования рулона из длинномерного металлического материала, включающий предварительный изгиб гибочными роликами соответствующим радиусом кривизны части первых или последних витков рулона перед их намоткой на барабан, в котором радиус кривизны вычисляют определенной зависимостью (А.с. 1329863, кл. В 21 С 47/26, опубл. 15.08.87).

Известный способ осуществляется известной моталкой для намотки полос в рулон, содержащей последовательно установленные на станине центрирующие ролики, тянущие и гибочные ролики с приводом их перемещения, поддерживающие ролики, направляющие линейки, рычаг с установленными на нем прижимными роликами с датчиком величины диаметра рулона и гидроцилиндры, связанные с соответствующими поддерживающими роликами, каждый из которых выполнен в виде раздвижного по диаметру клиновидного барабана (А.с. СССР 933161, кл. В 21 С 47/28, опубл. 07.06.82).

Известные способ и устройство не обеспечивают качественной смотки полос, поскольку только внутренние и наружные витки рулона подвергаются предварительному изгибу, а формирование остальной части рулона осуществляется без изгиба витков, что не позволяет получить рулон с равномерным межвитковым натяжением, что приводит к свариванию витков при последующем отжиге. При завершении формирования рулона наружные витки, кривизна которых первоначально совпадает с направлением кривизны рулона после их разгиба, также создают межвитковые напряжения, но уже во внешней части рулона, приводящие к свариванию витков в процессе отжига.

Наиболее близким аналогом заявляемого способа является способ смотки в рулон холоднокатаной полосы, включающий изгиб полосы в вертикальной плоскости приложением к ней усилия от направляющего ролика перед ее смоткой на барабан моталки и формирование рулона на барабане моталки с постепенным увеличением его диаметра (А.А.Королев. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов, М.: Металлургия, 1987, с. 177).

Известный способ - ближайший аналог осуществляется барабанной моталкой для холоднокатаных полос, содержащей установленный в опорах на цапфах с возможностью свободного вращения направляющий ролик, служащий для изгиба полосы, сматываемой в рулон (А.А.Королев. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов, М.: Металлургия, 1987, с. 177, рис.IV 21 "б" и "в"). В процессе работы устройства полоса проходит над роликом, а верхний виток рулона всегда ниже уровня ролика.

Известные способ и устройство для его осуществления не обеспечивают качественной смотки полос, в особенности толщиной 0,7-2,0 мм, вследствие чего происходит сваривание отдельных витков рулона с чечевицеобразным поперечным сечением при последующем отжиге, что снижает качество листового проката из-за ухудшения плоскостности при дрессировке и уменьшает выход годного при его производстве.

Поперечное сечение холоднокатаной полосовой стали, как правило, имеет чечевицеобразную форму, унаследованную от горячекатаных полос (С.П.Ефименко и В. П.Следнев. Вальцовщик листопрокатных станов, М.: Металлургия, 1980, с. 52). При смотке тонких полос на барабане моталки стана холодной прокатки или дрессировочного стана отдельные витки полос соприкасаются своей выпуклой серединой, создавая неравномерное межвитковое натяжение в рулоне по его ширине, в результате чего происходит сваривание (т.е. прочное слипание) средней по ширине части витков полосы при последующем отжиге или ухудшение плоскостности при дрессировке. Это приводит к необходимости снижения натяжения полосы при смотке, что отрицательно сказывается на качестве смотки рулонов (вызывает их телескопичность, когда кромки всех витков не лежат в одной плоскости). При смотке полосы в рулон с использованием направляющего ролика с цилиндрической бочкой в процессе всего периода смотки отсутствует возможность изменения изгиба полосы и ее натяжения в процессе увеличения диаметра рулона, что не обеспечивает стабилизации межвиткового натяжения по ширине полосы. Разнотолщинность полосы и неравномерность ее межвиткового натяжения приводят к свариваемости витков рулона полосы при последующем отжиге в колпаковых печах, что впоследствии отрицательно сказывается на качестве проката при его последующей дрессировке.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа смотки в рулон холоднокатаной полосы и устройства для его осуществления, в которых за счет стабилизации межвиткового натяжения при смотке полосы преимущественно толщиной 0,7-2,0 мм обеспечивается высокое качество смотки полос, что приводит к предотвращению сваривания витков при последующем отжиге и улучшению плоскостности при дрессировке.

Поставленная задача решается тем, что в способе смотки в рулон холоднокатаной полосы, включающем изгиб полосы в вертикальной плоскости приложением к ней усилия от направляющего ролика перед ее смоткой на барабан моталки и формирование рулона на барабане моталки с постепенным увеличением его диаметра, по изобретению усилие от направляющего ролика изменяют обратно пропорционально изменению поперечной разнотолщинности полосы до получения рулона диаметром, равным половине его максимального значения, а при увеличении диаметра рулона, начиная от половины его максимального значения, усилие от направляющего ролика на полосу уменьшают путем изгиба ролика в вертикальной плоскости в сторону, противоположную направлению этого усилия до изгиба полосы величиной, равной

0,12(223)^-0,3,%,

где - поперечная разнотолщинность полосы, %.

В предлагаемом устройстве для смотки в рулон холоднокатаной полосы, содержащем установленный в опорах на цапфах с возможностью свободного вращения направляющий ролик, по изобретению в опорах дополнительно на шарнирах установлены короткими ветвями Г-образные стойки-рычаги с возможностью поворота в вертикальной плоскости, а направляющий ролик, выполненный с параболической выпуклой образующей, установлен цапфами в коротких ветвях Г-образных стоек-рычагов с возможностью поступательного перемещения вдоль своей оси, так что ось ролика и оси шарниров взаимно перпендикулярны и лежат в одной горизонтальной плоскости, причем в нижних концах длинных ветвей Г-образных стоек-рычагов размещены резьбовые втулки с резьбами противоположных направлений, установленные с возможностью поворота в вертикальной плоскости, в которых установлен приводной вал с резьбами на противоположных концах, направление которых совпадает с резьбой соответствующей втулки.

Целесообразно выполнение направляющего ролика приводным.

Сущность заявляемого технического решения заключается в изменении выпуклости той поверхности направляющего ролика, которая соприкасается с движущейся полосой. Величина этой выпуклости, зависящая от поперечной разнотолщинности сматываемой полосы, изменяется путем изгиба ролика в вертикальной плоскости с помощью Г-образных рычагов-стоек, что приводит к уменьшению усилия от направляющего ролика на полосу до ее изгиба величиной, определяемой предлагаемой зависимостью. Предлагаемая математическая зависимость получена при обработке опытных данных и является эмпирической.

Варьирование выпуклости контактной поверхности направляющего ролика позволяет получить качественную смотку.

На чертеже схематично показано предлагаемое устройство для осуществления способа смотки в рулон холоднокатаной полосы.

Устройство содержит направляющий ролик 1, выполненный с параболической выпуклой образующей, цапфы 2 которого установлены в коротких ветвях 3 Г-образных стоек-рычагов 4. Г-образные стойки-рычаги 4 короткими ветвями 3 установлены на шарнирах 5 в опорных стойках 6 с возможностью поворота в вертикальной плоскости в любом направлении на шарнирах 5. Цапфы 2 ролика 1 установлены в коротких ветвях 3 с возможностью ограниченного поступательного перемещения вдоль оси х₁х₁ и с возможностью свободного вращения. Ось x₁x₁ ролика 1 и оси шарниров 5 взаимно перпендикулярны и лежат в одной горизонтальной плоскости. В нижних концах длинных ветвей Г-образных стоек-рычагов 4 в отверстиях размещены резьбовые втулки 7 с резьбовыми отверстиями 8 противоположных направлений, установленные с возможностью поворота в вертикальной плоскости на заданный ограниченный угол. В резьбовых отверстиях 8 втулок 7 установлен приводной вал 9 с резьбами на противоположных концах 10, направление которых совпадает с направлением резьбы отверстий 8 соответствующей втулки 7. Приводной вал 9 взаимосвязан с электрическим двигателем 11. Ролик 1 выполнен приводным за счет размещения конца одной из цапф 2 в соединительной муфте 12, взаимосвязанной с приводом (на чертеже не показан).

По данным, поступающим с измерителя поперечной толщины (разнотолщинности) движущейся полосы, в зависимости от текущей величины изменяется величина путем соответствующего изгиба направляющего ролика.

Предлагаемый способ смотки в рулон холоднокатаной полосы осуществляют предлагаемым устройством следующим образом.

Холоднокатаную полосу из последней чистовой клети широкополосного стана 2500 задают на барабан моталки через направляющий ролик 1, при этом полоса проходит над роликом 1, а верхний виток рулона всегда ниже уровня ролика.

В начальный период формирования рулона на барабане моталки угол охвата полосой направляющего ролика 1 и сцепление полосы с поверхностью направляющего ролика незначительны, поэтому для стабилизации межвиткового натяжения на барабане моталки в зависимости от среднего значения поперечной разнотолщинности полосы к ней прикладывают усилие от направляющего ролика 1, обратно пропорциональное изменению поперечной разнотолщинности полосы за счет изменения профиля направляющего ролика 1 путем изгиба его бочки в вертикальной плоскости. При этом полоса, имеющая чечевицеобразную форму, в зависимости от прикладываемого усилия, принимает более или менее выпуклую форму, тем самым обеспечивается ее устойчивое положение при смотке на барабане моталки и стабилизация межвиткового натяжения по ширине полосы. Изгиб бочки направляющего ролика 1 осуществляется за счет приложения изгибающего момента к его цапфам 2 через Г-образные стойки-рычаги 4, установленные короткими ветвями 3 на шарнирах 5 в опорных стойках 6, за счет приложения к нижним концам длинных ветвей Г-образных стоек-рычагов 4 усилия, создаваемого электрическим двигателем 11 через приводной вал 9 с резьбами на противоположных концах 10 и резьбовые втулки 7 с резьбовыми отверстиями 8, установленных с возможностью поворота на определенный угол в вертикальной плоскости. При вращении вала 9 от электрического двигателя 11 изменяется расстояние между втулками 7, причем в зависимости от направления вращения вала (при заданном направлении резьб в резьбовых отверстиях 8 обеих втулок 7) это расстояние либо увеличивается, либо уменьшается, что соответственно изменяет угол наклона к горизонтали стоек-рычагов 4; при этом направляющий ролик 1 изгибается либо выпуклостью вверх, либо вниз. Величина высоты параболы (т.е. максимальной выпуклости) образующей неизогнутого ролика 1 выбирается в зависимости от его длины и наклона стоек-рычагов 4 таким образом, чтобы при максимальном изгибе ролика 1 вверх или вниз образующая его поверхности становилась прямолинейной соответственно внизу или наверху ролика.

При последующей смотке рулона и увеличении диаметра рулона на барабане моталки, начиная от половины его максимального значения, возрастает угол охвата направляющего ролика 1 полосой, что увеличивает сцепление движущегося металла с поверхностью ролика, перераспределяя величины удельных напряжений по ширине полосы. При этом значительно возрастают нормальные усилия, действующие на поверхность направляющего ролика 1, вызывающие проскальзывание сматываемой полосы. Во избежание проскальзывания сматываемой полосы направляющий ролик 1 выполнен приводным. Для стабилизации межвиткового натяжения сматываемой полосы на барабане моталки при увеличении диаметра рулона, начиная от половины его максимального значения, усилие на направляющем ролике 1 уменьшают путем его изгиба в вертикальной плоскости в сторону, противоположную этому усилию до получения изгиба полосы величиной, равной 0,12(223)^-0,3,%, где - поперечная разнотолщинность полосы, %.

Сматываемая полоса за счет натяжения направляющего ролика 1 принимает его профиль, который практически переходит в цилиндрическую бочку в соприкосновении с полосой в горизонтальной плоскости, при этом обеспечивается выравнивание усилий по образующей охвата полосой направляющего ролика 1, в результате чего снижается усилие по центру сматываемой полосы и выравнивается по ширине полосы.

Направляющий ролик 1 имеет свободное перемещение вдоль своей оси х₁х₁ и муфты 12 его привода (на чертеже не показан) в коротких ветвях 3 Г-образных стоек-рычагов для предотвращения поломки цапф, так как при повороте Г-образных стоек-рычагов 4, изменяется расстояние по горизонтали между торцами коротких ветвей 3 Г-образных стоек-рычагов 4, тем самым обеспечивается стабильная работа устройства.

Пример 1.

Опытную проверку заявляемых способа и устройства проводили в листопрокатном цехе 5 ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат".

При холодной прокатке и дрессировке на станах 2500 полос толщиной 0,7-2,0 мм и шириной 1,2-1,7 м из низкоуглеродистых сталей с _т = 220-250 Н/мм², сматываемых с натяжением на барабане моталки в рулоны различного развеса и наружного диаметра, использовали заявляемое устройство, с помощью которого варьировали величину изгиба направляющего ролика (длина - 2500 мм, D=200 мм, d= 197 мм, образующая поверхности - парабола 2-го порядка с выпуклостью на середине ролика 1,5 мм) в зависимости от поперечной разнотолщинности сматываемых полос, фиксируя качество смотки по свариванию витков после отжига и неплоскостности рулонных полос после дрессировки.

Наилучшие результаты (отсутствие сваривания витков и плоскостность в пределах нормы) получены при реализации предлагаемого способа смотки. Установлено, что оптимальная величина D-d 3 мм. При меньшей величине этой разницы слипание на части витков рулона наблюдали в середине их ширины, а при большей величине D-d возрастала волнистость полос по их середине (появление "короба"), причем этот дефект не удалось устранить изгибом ролика.

Дефекты смотки наблюдали также при неизменном усилии на ролик (и величине ) в процессе всей смотки. Это объясняется тем, что при увеличении диаметра рулона на барабане моталки возрастает угол охвата направляющего ролика полосой и увеличивается сцепление движущегося металла с поверхностью ролика, что приводит к перераспределению величин удельных натяжений по ширине полосы с отрицательными последствиями. Дефекты отсутствовали при варьировании изгибом направляющего ролика, начиная от половины максимального значения диаметра готового рулона.

Увеличение поперечной разнотолщинности - повысило жесткость средней (по ширине) части рулона и привело к увеличению межвиткового давления (и сцепления); поэтому с ростом было снижено усилие на направляющий ролик путем уменьшения его изгиба в сторону полосы (т.е. в направлении, противоположном прикладываемому к ролику усилию), что позволило получить бездефектный прокат.

Опыты также подтвердили целесообразность выполнения направляющего ролика приводным при смотке полос шириной 1,2-1,3 м с поперечной разнотолщинностью 0,11-0,13 мм (или с =(0,11/1200-0,13/1500)100=0,01.

Контрольная смотка на существующей моталке (ее конструкция соответствует устройству, выбранному в качестве ближайшего аналога) стана 2500 с цилиндрическим направляющим роликом показала, что 0,3-0,8% рулонов имели дефекты, что приводит к увеличению трудозатрат на последующих переделах.

Пример 2.

Для смотки холоднокатаной полосы толщиной 2 мм и шириной 1700 мм в рулоны после дрессировки также использовали заявляемое устройство, установленное перед барабаном моталки. Длина направляющего ролика 2500 мм с параболической образующей, максимальный диаметр ролика D=200 мм, минимальный d= 197 мм, т.е. D-d=3 мм.

При средней величине = 0,007% высота выпуклости ролика составила что при длине ролика 2500 мм составляет 0,112500/100=2,8 мм.

Учитывая исходную выпуклость ролика (D-d)/2=1,5 мм, величина его изгиба составила 2,8-1,5=1,3 мм.

Мощность привода винта - 70 кВт, направляющего ролика - 8 кВт, причем привод винта - без редуктора, а его двигатель - с регулируемой скоростью вращения в пределах 0-450 об/мин.

Для уменьшения усилия изгиба ролика он выполнен полым с диаметром отверстия, равным 160 мм. Необходимая величина изгибающего ролик момента составила 7,5-8,0 тм.

Таким образом, опытная проверка подтвердила преимущество заявляемого технического решения перед известным и его приемлемость для решения поставленной задачи.

Предлагаемые способ и устройство можно использовать также на станах холодной прокатки для смотки тонких и широких полос из низкоуглеродистой стали.

По данным Центральной лаборатории контроля ОАО "ММК" использование настоящего изобретения на комбинате при производстве холоднокатаной полосы позволило уменьшить выход дефектных рулонов в среднем на 0,5% с соответствующим снижением расходов по переделу и повышением прибыли от реализации листового проката.