способ производства листовой горячекатаной продукции из алюминия и его сплавов

Формула изобретения

1. Способ производства уложенных в пачку горячекатаных листов из алюминия и его сплавов, включающий непрерывное литье заготовки из расплава, горячую прокатку заготовки в подкат, затем в готовую ленту на нескольких клетях с приложением к раскату усилий его переднего и заднего натяжений, измерение температуры раската по клетям, измерение усилия и момента прокатки в последней клети, подачу на ленту охлаждающей жидкости, освобождение поверхности ленты от остатков охлаждающей жидкости, разделение непрерывно движущейся горячекатаной ленты на отдельные листы и их укладку в пачки, при этом в начале процесса разливки-прокатки на переднем конце ленты в последней клети заднее натяжение, создаваемое перед валками последней клети, поддерживают близким к нулю, а при установившемся процессе прокатки величину заднего натяжения Т₀ определяют по формуле

T₀=0,67 _s0(в·h₀),

где _s0 и h₀ - предел текучести раската (кгс/мм²) и толщина раската (мм) на выходе из валков предпоследней клети соответственно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при прокатке переднего конца ленты в последней клети переднее натяжение, создаваемое на выходе из валков последней клети, поддерживают равным

T₁=0,67 _s1(в·h_k),

где Т ₁ - переднее натяжение, кгс;

в - ширина ленты, мм;

_s1 - предел текучести на выходе из валков последней клети, кгс/мм²;

h_k - толщина готовой ленты, мм.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что исходные значения усилия прокатки Р₀ и момента прокатки М ₀ в последней клети измеряют на переднем конце ленты при заднем натяжении, близком к нулю, и переднем натяжении, равном Т₁.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что по окончании прокатки переднего конца ленты в последней клети заднее натяжение увеличивают до значения Т₀ за счет постепенного наращивания скорости вращения валков последней клети при неизменном переднем натяжении T₁.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что скорость вращения валков последней клети увеличивают до достижения суммарного момента прокатки в этой клети равного значению, определяемому по формуле

М₁=M₀[1- _S0·F_P/(2Р₀)]+ _S0·F₀(D/3),

где ;

F₀=в·h₀;

M ₁ - момент прокатки в установившемся процессе прокатки, кгс·мм;

М₀ и Р₀ - исходные значения момента прокатки (кгс·мм) и усилие прокатки (кгс), замеренные при прокатке переднего конца ленты при заднем натяжении, близком к нулю, соответственно;

D - диаметр бочки валка, мм.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что переднее натяжение T₁ создают тянущими роликами.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что усилие прижатия тянущих роликов к прокатываемой ленте выбирают равным удвоенному переднему натяжению T₁ .

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что при достижении значений переднего и заднего натяжений, равных соответственно T₁ и Т₀, соотношение частот вращения валков последней и предпоследней клетей и тянущих роликов поддерживают постоянными с точностью не ниже чем ±(0,16 0,18)% каждое.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждающую жидкость подают на ленту непосредственно при выходе из валков последней клети на участке ленты длиной S.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что длину S ленты ограничивают с одной стороны валками последней клети, а с другой - отжимными роликами.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что длину S ленты регулируют продольным перемещением отжимных роликов вдоль прокатываемой ленты.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что отжимные ролики перемещают вдоль ленты до достижения температуры ленты на выходе из них в диапазоне 120 130°C.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости используют жидкость с температурой кипения 100 110°C.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что после прохождения через отжимные ролики поверхность ленты освобождают от остатков охлаждающей жидкости путем естественного ее выпаривания и последующей сушки без дополнительного подвода тепла извне.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что разделение непрерывно движущейся ленты на отдельные листы осуществляют после прохождения ленты через тянущие ролики.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве непосредственно из расплава горячекатаных лент из алюминия и его сплавов на литейно-прокатных агрегатах.

Известен способ производства горячекатаных лент из алюминия и его сплавов на станах горячей прокатки из слябов (см., например, Эрхард Германн. Непрерывное литье. Металлургиздат. Москва. 1961. Стр.143-145).

Недостатки известного способа:

- дискретность процесса, порождающая нестабильность свойств ленты по ее длине;

- наличие ограничений по массе рулона (или бунта).

Известен способ производства горячекатаных лент из алюминия и его сплавов, включающий непрерывное литье заготовки из расплава, горячую прокатку заготовки в готовую ленту и ее намотку в бунт (см., например, В.А.Чеботарев и В.А.Самсонов. Литейно-прокатные агрегаты для производства катанки, листов и лент из цветных металлов. «Тяжелое машиностроение» № 5. 2007. Стр.20-27).

Достоинства известного способа:

- непрерывность процесса, обеспечивающая стабильность свойств ленты по ее длине;

- возможность получения бунтов ленты с практически неограниченной массой, определяемой лишь техническими возможностями литейно-прокатного агрегата.

Недостаток известного способа - возникновение рулонной кривизны ленты в процессе ее намотки на барабан моталки, которая приводит к неплоскостности ленты.

Техническим результатом изобретения является повышение качества продукции за счет получения сверхвысокой плоскостности (с коробоватостью не выше 0,1 мм на погонный метр) при прокатке горячекатаной ленты с последующим разделением ее на карточки или листы.

Данный технический результат достигают тем, что используется способ производства горячекатаной листовой продукции из алюминия и его сплавов, включающий непрерывное литье заготовки из расплава, горячую прокатку заготовки в подкат и затем в готовую ленту на нескольких клетях с измерением температуры раската по клетям, с приложением к раскату усилий его натяжения и с подачей на раскат охлаждающей жидкости, освобождение поверхности ленты от остатков охлаждающей жидкости, а также последующее разделение непрерывно движущейся горячекатаной ленты на отдельные карточки с укладкой их в пачки; при этом прокатку переднего конца заготовки осуществляют с нулевым задним натяжением раската на входе в последнюю клеть, а переднее натяжение готовой ленты на выходе из нее поддерживают равным T₁=0,67 _s1 (вh_к) кгс, где в - ширина ленты в мм; h_к - толщина готовой ленты в мм; _s1 - предел текучести в кгс/мм² на выходе из валков последней клети, которое создают тянущими роликами, прижатыми к ленте с удвоенным усилием Т₁; при выходе на установившийся процесс прокатки частоту вращения валков последней клети постепенно увеличивают, поднимая тем самым заднее натяжение раската до величины Т₀ (при неизменном переднем натяжении T₁), которую можно определить как Т₀=0,67 _s0 (вh₀) кгс, где h₀ и _s0 - толщина в мм и предел текучести раската в кгс/мм² на выходе из валков предпоследней клети; при этом нарастает величина момента прокатки в последней клети, которую определяют как

где M₁ - момент прокатки в установившемся режиме прокатки, кгс·мм; М₀ и Р₀ - исходные значения момента прокатки в кгс·мм и усилия прокатки в кгс, замеренные при прокатке переднего конца ленты без заднего натяжения; D - диаметр бочки валка в мм.

После достижения значений переднего и заднего натяжений, равных соответственно Т₁ и Т₀, соотношения частот вращения валков последней и предпоследней клетей, а также соотношения частот вращения валков последней клети и тянущих роликов поддерживают в дальнейшем постоянными с точностью не ниже чем ±(0,16 0,18)%; охлаждающую жидкость подают на ленту между валками последней клети и отжимными роликами на участке длиной S, которую регулируют продольным перемещением отжимных роликов до тех пор, пока температура ленты на выходе из них не установится в диапазоне 120 130°C, а в качестве охлаждающей используют жидкость с температурой кипения 100 110°C, в результате чего удаление ее участков с поверхности ленты происходит путем естественного выпаривания, без подвода тепла извне; разделение ленты на отдельные карточки осуществляют на ходу после прохождения ее через тянущие ролики.

Предлагаемый способ горячей прокатки ленты позволяет получать карточки со сверхвысокой плоскостностью благодаря следующим особенностям этого способа:

- за счет точного поддержания соотношения частот вращения валков последней и предпоследней клетей, а также оптимального соотношения частот вращения валков последней клети и тянущих роликов, переднее и заднее удельное натяжения раската в последней клети удается поднять до (2/3) от предела текучести ленты, что значительно больше, чем при обычной прокатке;

- за счет практически полного исключения коробоватости ленты при выходе ее из валков предпоследней клети (где идет подготовка качественного подката для последней клети), а затем и на выходе из валков последней клети;

- за счет порезки горячекатаной ленты, находящейся в прямолинейном состоянии, на отдельные карточки (без намотки ее в бунты), это исключает появление рулонной кривизны;

- за счет этого, в результате, показатели плоскостности горячекатаной ленты оказываются на один-два порядка выше, чем при обычной прокатке ленты.

Предлагаемый способ поясняется фиг.1, на которой изображена схема литейно-прокатного агрегата - вид на литейно-прокатный агрегат, осуществляющий способ, сбоку.

Емкость 1 для жидкого алюминия установлена перед литейной машиной 2 с приводом, который на фиг.1 условно не показан. За машиной 2 установлена первая клеть 3 для горячей прокатки и, далее, вторая клеть 4 для горячей прокатки с приводами, которые на фиг.1 условно не показаны; в дальнейшем изложении - это предпоследняя 3 и последняя 4 прокатные клети, поскольку прокатных клетей может быть не две, а три и даже больше.

На выходе из последней клети 4 последовательно установлены: тянущие ролики 5 с приводом (на фиг.1 условно не показан), гильотинные ножницы 6, пинч-ролики 7 и кассетное устройство 8 для укладки листов в пачки.

По всей линии литейно-прокатного агрегата, вплоть до ножниц 6, имеет место непрерывно-обрабатываемый раскат: непрерывнолитая заготовка 9, подкат 10 и готовая лента 11.

В промежутках между литейной машиной 2 и клетью 3, между клетями 3 и 4, а также между клетью 4 и тянущими роликами 5 установлены измерители температуры раската (пирометры) 12, 13, 14, 15 и 16, а в промежутке между клетью 4 и роликами 5 дополнительно установлен коллектор 17.

Расплавленный алюминий из емкости 1 подают в литейную машину 2, на валках которой формируется непрерывно литая заготовка 9. После завершения процесса кристаллизации заготовка 9 в виде твердого тела поступает в предпоследнюю клеть 3, где из заготовки 9 формируется подкат 10, имеющий толщину h_o. Последний в горячем состоянии поступает в последнюю клеть 4, из которой выходит в виде готовой ленты 11, имеющей толщину h_к, под натяжением Т₁, которое создают тянущие ролики 5.

Готовая лента 11, имеющая прямолинейную форму в продольном направлении, поступает в летучие гильотинные ножницы 6, в которых на ходу происходит разделение ленты 11 на отдельные листы (карточки) 18. Отделяемые от непрерывно-прокатываемой ленты 11 они пинч-роликами 7 поочередно подаются в кассетное устройство 8, где их укладывают в пачку.

В начале процесса разливки-прокатки, т.е. на переднем конце раската, заднее натяжение Т₀ в последней клети 4 поддерживают близким к нулю. Это необходимо для того, чтобы иметь возможность экспериментально зафиксировать исходные значения усилия прокатки Р₀ и крутящего момента М₀ на валках последней клети 4, при этом переднему натяжению придают с самого начала рабочее значение Т₁.

Затем наращивают скорость вращения валков последней клети при неизменной скорости вращения валков предпоследней клети 3 до тех пор, пока заднее натяжение возрастет от нуля до величины Т₀=0,67 _so(в·h₀), где _so и h₀ - предел текучести раската и его толщина на выходе из валков клети 3; в - ширина раската.

Определяют величину Т₀ косвенно, по нарастанию крутящего момента на валке последней клети 4; наращивание скорости вращения валков этой клети прекращают при достижении моментом величины M₁, которую определяют на приведенной ниже формуле (7).

Переднее натяжение T₁ создают приводом тянущих роликов 5 благодаря их прижатию к ленте 11 с усилием N, равным удвоенному натяжению Т₁.

Предлагаемый способ основан на процессе правки подката 10 усилием растяжения Т₀, которое развивают на участке между клетями 3 и 4. Во избежание обрыва подката усилие Т ₀ контролируют не по его величине, а по величине пластической деформации подката, которую поддерживают с очень высокой точностью. С этой целью соотношения частот вращения валков клетей 3 и 4 поддерживают постоянными с точностью не ниже чем ±(0,16 0,18)% каждое. Аналогичная картина имеет место на участке между клетью 4 и роликами 5.

Охлаждающую жидкость на прокатанную ленту 11 подают из коллектора 17. Первичное удаление этой жидкости с поверхности готовой ленты осуществляют за счет отжима ее тянущими роликами 5, а вторичное - путем естественного выпаривания жидкости с последующей просушкой ленты за счет внутреннего тепла, содержащегося в ленте 11, т.е. без дополнительного подвода тепла из вне.

Для этой цели температуру ленты на выходе из роликов 5 поддерживают в диапазоне 120 130°C. При более высокой температуре произойдет разложение резины на поверхности гуммированных роликов 5. При более низкой температуре запаса тепла в ленте 11 окажется недостаточным для естественного выпаривания и просушивания ленты 11 после выхода ее из роликов 5.

А поскольку скорость прокатки в клети 4 и толщина h_к готовой ленты 11 изменяются от заказа к заказу, то должна меняться и продолжительность охлаждения ленты. Для этой цели меняют длину участка «S», ограниченного с задней стороны валками клети 4, а с передней - роликами 5; именно на длине указанного участка и подается на ленту 11 охлаждающая жидкость.

Для изменения длины «S» тянущие ролики 5 перемещают вдоль литейно-прокатного агрегата в продольном направлении.

С целью более полного выпаривания охлаждающей жидкости с поверхности готовой ленты температура кипения этой жидкости должна находиться в диапазоне 100 110°C.

В приведенном ниже численном примере осуществления предлагаемого способа подкат 10 перед последней клетью 4 имеет толщину h₀=4 мм, а готовая лента 11 и отдельные листы 18 - толщину h_к=2 мм; диаметр валков прокатных клетей 3 и 4 равен D=300 мм (см. фиг.1). Натяжение ленты 11 на выходе из этой клети равны соответственно Т₀ =1333 кгс и Т₁=950 кгс; усилия прокатки в клети 4: при Т₀=0, Р=60000 кгс, а при Т₀=1333 кгс, Р₀=56500 кгс соответственно и крутящие моменты на валках клети 4 равны М₀=860000 кгс·мм и M ₁=970000 кгс·мм; усилие прижатия роликов 5 к ленте 11 равно N=2800 кгс.

Температура раската t _p:

Под пирометром №	12	13	14	15	16
tp, °C	t2=500	t3=400	t3=350	t4=300	t5=125

Средняя длина участка орошения ленты 11 равна S=2,5 м. Скорость прокатки в клети 4 равна V₄=0,067 м/с. Ширина ленты 11 равна в=200 мм.

Получение требуемого переднего натяжения T₁ обеспечивается созданием соответствующего крутящего момента на приводных шейках тянущих роликов и никаких проблем не вызывает, а для получения требуемого заднего натяжения Т₀ приходится оперировать с моментом прокатки М₁ в последней клети.

Для этого, как указывалось, вначале измеряют усилие Р₀ и момент прокатки М₀, которые имеют место на переднем конце ленты при прокатке в последней клети без заднего натяжения. Затем находят экспериментальные значения:

- среднего удельного давления в очаге деформации без заднего натяжения:

где F_p=(в·l) - площадь контакта валка с прокатываемой лентой;

l - длина дуги захвата;

коэффициента плеча приложения усилия прокатки

Среднее удельное давление в очаге деформации с задним натяжением:

Момент прокатки в установившемся режиме:

Окончательно получаем рабочую формулу:

где

.

Рассмотрим пример исполнения.

Исходные данные:

- средняя температура ленты в валках клети 4 t_cp=325°C;

- скорость прокатки v=0,067 м/с;

- диаметр валков D=300 мм;

- входная толщина ленты h₀=4 мм;

- выходная толщина ленты h_к=2 мм;

- материал ленты: сплав АМЦ;

- пределы текучести ленты на выходе из предпоследней клети _s0=2 кгс/мм² (t=400°C) и на выходе из последней клети _s1=3,5 кгс/мм² (t=300°C);

- базовое удельное давление _0д=4,8 кгс/мм².

Расчет исходных усилия и момента прокатки:

- суммарный термомеханический коэффициент k_c=k_t·k ·k_u=1,24·1,58·0,87=1,7;

- сопротивление деформации k_д= _0д·k_c=4,8·1,7=8,2 кгс/мм ²;

- длина дуги захвата ;

- коэффициент напряженного состояния n =2,16;

- исходное усилие прокатки:

P₀=k_д·n ·l·в=8,2·2,16·17·200=0,06·10 ⁶ кгс

- исходный момент прокатки:

без переднего натяжения

(М₀)'=2P ₀ ·l=2·0,06·10⁶·0,5·17=10 ⁶ кгс·мм

с передним натяжением

M₀=(M₀)'-0,67 _s1(h_кв)(D/2)=10⁶-0,67·3,5(2·200)(300/2)=0,86·10 ⁶ кгс·мм

Значения исходного усилия Р₀=0,06-10⁶ кгс и исходного момента прокатки М₀=0,86·10⁶ кгс·мм условно принимаем в качестве экспериментально измеренных параметров процесса прокатки без заднего натяжения.

По формуле (1) рассчитаем момент прокатки при установившемся процессе прокатки:

Повторим расчет, изменив только толщины ленты: h₀=8 мм; h_к=6 мм; М₀=0,58·10 ⁶ кгс·мм. Все остальные данные те же. Тогда

Как видим, с увеличением втрое толщины готовой ленты h_к степень нарастания момента прокатки с (M₁/M₀-1)100=(0,97/0,86-1)100=12,5% выросла до (0,87/0,58-1)100=50%, т.е. в 50/12,5=4 раза. Таким образом, при промежуточной толщине готовой ленты, равной h_к =3 мм, степень нарастания момента прокатки составит 22%; это достаточно хороший показатель чувствительности процесса регулирования при подъеме натяжения раската между предпоследней и последней клетями от нуля и до величины Т₀=0,67·2(5·200)=1333 кгс, где толщина на входе в последнюю клеть равна h₀ =5 мм.

При переходе на стационарный процесс прокатки, во избежание обрывов раската между предпоследней и последней клетями, а также между последней клетью и тянущими роликами, соотношения частоты вращения валков и тянущих роликов поддерживают постоянными с погрешностью не ниже чем ±(0,16 0,18%). Такой жесткий диапазон определен исходя из практики работы правильно-растяжных машин, когда пластическое удлинение правящейся ленты на 1,6 1,8% еще не приводит к обрывам ленты, а точность поддержания этой величины должна быть на порядок выше, т.е. ±(0,16 0,18)%.

При расчете усилий прокатки принимают, что из удельного давления прокатки, полученной без заднего натяжения, вычитают 2/3 от заднего удельного натяжения (большую величину назначать нельзя, т.к. это приведет к утяжке ленты по ее ширине) и получают удельное давление с учетом натяжения; влиянием переднего удельного натяжения ленты на удельное давление прокатки, как показал опыт, можно пренебречь.

После выхода из валков последней клети лента проходит через отжимные ролики, расположенные на расстоянии S от валков. На этом участке ленту обильно орошают охлаждающей жидкостью - водной эмульсией с концентрацией 1,5 2% в ней эмульсола «Б».

Длину участка орошения S можно изменять за счет передвижения отжимных роликов вдоль ленты: от валков или к валкам. На этом участке температуру ленты с 300°С следует понизить до 120 130°С, т.е. в среднем на 175°С.

При выборе коэффициента теплоотдачи для передачи тепла от ленты к охлаждающей жидкости можно принять, что для жидкости на паровой подушке он равен =100 ккал/(м²·час·град) - см. книгу A.M.Литвина. Теоретические основы теплотехники. «Энергия». Москва-Ленинград. 1964 стр.236 238.

Плотность теплового потока при теплоотдаче от ленты к жидкости определяют как q= (t_жидк.-t_стенки). При t_жидк. =60°С и t_стенки=210°С (средней) имеем q=100(210-60)=15000 ккал/(м²·час). При скорости V=4 м/мин лента проходит за час путь L=4·60=240 метров; масса ленты такой длины G _час=0,003·0,2·240·2,7=0,39 тонны=390 кг. При такой массе и требуемом перепаде температур t=175°С количество подлежащего удалению тепла составит Q=G_час· t·C_p=390·175·0,11=7500 ккал, где C_p=0,11 - это удельная теплоемкость алюминия.

Необходимая площадь соприкосновения ленты с охлаждающей жидкостью: F_с=Q/q=7500/15000=0,5 м². Такую площадь соприкосновения можно обеспечить на длине ленты, равной S=F_с/в=0,5/0,2=2,5 м; именно на таком расстоянии от валков и должны находиться отжимные ролики; причем для оперативного подрегулирования температуры ленты на каждый градус температуры ролики необходимо передвигать примерно на 15 мм, что говорит о хорошей разрешающей способности предложенного способа регулирования температуры ленты.

Для получения усилия переднего натяжения, равного Т₁=0,67·3,5·(3·200)=1400 кгс, усилие прижима роликов к ленте должно составлять N=2·1400=2800 кгс. Тогда на 1 мм ширины ленты в=200 мм приходится погонное усилие 14 кгс/мм. При диаметре ролика D_p=500 мм, облицованного рубашкой из термостойкой резины, упругое сплющивание этой рубашки составит =0,5 мм. Половина ширины площадки сплющивания равна , а полная ширина этой площадки равна 2в_сп =22 мм.

Тогда среднее контактное давление равно Р_кон=14/22=0,64 кгс/мм² или 64 кгс/см ², что вполне допустимо для твердых сортов резины.

Проверка запаса по силам трения.

Коэффициент трения резины по алюминию f=0,35; сила трения на обоих тянущих роликах T_тр=2Nf=2·2800·0,35=1960 кгс или примерно 2000 кгс, а нужно только T₁=1400 кгс; т.е. искомый запас составляет T_тр/T₁=2000/1400=1,43 или 43%, что вполне достаточно.

Каждый отрезанный от ленты 11 лист 18 должен лечь в кассету 8 с полностью осушенной поверхностью. С этой целью проводится выпаривание остатков охлаждающей жидкости с последующим высушиванием поверхности. Для этой цели ленту на участке орошения охлаждают до 120 130°C, что превышает температуру кипения охлаждающей жидкости, равную 100 110°C. Тем самым выпаривание и высушивание поверхности ленты на участке от тянущих роликов 5 до ножниц 6 происходит за счет внутреннего тепла, оставшегося в ленте после прохождения ею участка орошения (т.е. без подвода тепла из вне).

Проведенными расчетами установлено, что методика создания заднего натяжения Т₀ перед валками последней клети путем ускорения их вращения является надежной. Надежным является и процесс регулирования величины Т₀ через регулирование момента прокатки M ₁.

Все это является хорошей предпосылкой для получения карточек (листов) со сверхвысокой плоскостностью путем горячей прокатки.

Таким образом, благодаря использованию предложенного литейно-прокатного агрегата повышается качество продукции за счет получения ее со сверхвысокой плоскостностью (с коробоватостью не выше 0,1 мм на погонный метр), т.е. на один-два порядка, чем при обычной прокатке ленты в условиях подготовки в предпоследней клети качественного подката для последней клети.