Определение оптимальной величины обжатия по углу захвата, мощности привода, прочности валков

Одной из важнейших технологических характеристик обжимного стана является максимальный угол захвата. Основными факторами, определяющими захват слитка являются:

- условия трения на контактной поверхности валков и металла;

- окружная скорость валков; скорость подачи раската в валки; ширина раската; форма калибра.

Удельные силы контактного трения в свою очередь зависят от шероховатости валков и свойства окалины.

Насечка, наварка, накатка валков, а также сетка разгара обеспечивают при небольших окружных скоростях захват раската при углах, достигающих 27 – 30° и выше.

Толстый слой печной окалины на поверхности слитка при прокатке на гладкой бочке (1 калибр) снижает предельный угол захвата по сравнению с вторичной (воздушной) окалиной на 6 – 7° .В последующих калибрах прокатывают с защемлением, что способствует повышению угла захвата. С увеличением ширины раската при прокатке в одном и том же калибре захватывающие способности валков возрастают вследствие повышения степени защемления раската.

Решающее влияние на условия захвата оказывает окружная скорость валков V_B; с повышением скорости угол захвата a снижается.

Надежный захват слитка или раската имеет очень важное значение для обеспечения высокопроизводительной работы блюминга, поэтому, как правило, загрубление калибров выполняют даже в тех случаях, когда величина применяемых обжатий ниже расчетных. На основании исследований А.П.Чекмарев рекомендовал для рядовых марок стали угол захвата принимать 25-27° (в среднем 26°), если исходить из среднего обжатия за всю прокатку слитка в готовое сечение блюма. При прокатке специальных сталей средний угол захвата 24 – 25°. Величина среднего обжатия

, (2.1)

где: (2.2)

D_k – катающий диаметр валков, мм;

h_p – высота ручья, мм;

предварительно для первого калибра блюминга h_p задают в следующих пределах:

Таблица 2.1. Глубина вреза (ручья) на валках блюминга

– коэффициент учитывающий способ восстановления рабочей поверхности валков (наплавка, переточка), для валков блюминга .

Б.П. Бахтинов рекомендовал пользоваться непосредственной зависимостью обжатия от коэффициента трения между полосой и валками, минуя определение угла захвата. Такую зависимость дает формула В.Е. Грум - Гржимайло:

(2.3)

или по упрощенной формуле Б.П. Бахтинова:

, (2.4)

где n₁ – коэффициент учитывающий уменьшение катающего радиуса валка ввиду переточек (для блюминга – 0,9);

n₂ – коэффициент учитывающий уменьшение максимального обжатия для обеспечения устойчивости захвата (при прокатке легированных сталей 0,92– 0,95; при прокатке углеродистых конструкционных сталей 0,97 – 0,95);

– коэффициент трения металла о валки, который рассчитывают по формуле Экелунда:

, (2.5)

где – коэффициент учитывающий влияние состояния поверхности и материал валков; для сальных валков , для чугунных ;

– коэффициент, учитывающий влияние скорости прокатки;

Таблица 2.2. - Определение

Скорость м/сек	0-2
		0,93	0,76	0,67	0,57	0,5	0,41	0,39

– коэффициент, учитывающий химический состав стали;

Низкоуглеродистая (например Ст1) 1,0

Ледебуритная (Р18) 1,1

Перлитно-мартенситная (ШХ15, 4Х13) 1,24 - 1,3

Аустенитная (Х13Н10Т) 1,4

Ферритная (1Х17ЮА) 1,55

Аустенитная с карбидами (Х15Н60) 1,6

– коэффициент, учитывающий форму калибра; для ящичного калибра валков блюминга =1.

t – средняя температура прокатки, °С.

Таблица 2.3. – Допустимые углы (град) захвата при прокатке на блюминге

Характеристика валков	при Vв , м/сек
	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4-7
гладкая бочка	25,5	24,5	23,5	22,5	21,5	20,0	16,0	14,0	13,0
калиброванные	29,0	27,5	26,0	24,5	24,0	23,0	19,0	17,0	15,0
насечкой наваркой	33,0	32,0	31,0	30,0	28,0	26,0	24,0	21,0	20,0

Максимальное обжатие по мощности (крутящему моменту) электродвигателя рассчитывают по формуле:

, (2.6)

где l_c – длина очага деформации, мм:

(2.7)

где – коэффициент трения в шейках валка (для текстолитовых подшипников блюминга ; для скольжения закрытого типа – ПЖД ; для подшипников качения );

– диаметр шейки валка, мм;

для блюминга можно определить по формуле:

, мм. (2.8)

y _п – коэффициент плеча приложения равнодействующей, который рекомендуется определять по формуле А.П. Чекмарева и др., полученной на основании обработки экспериментальных данных:

, (2.9)

l_c – длина очага деформации; определяется по формуле:

l_с ; мм (2.10)

Величину Dh принимают исходя из найденного ранее максимального обжатия по условию захвата на бочке валков:

, (2.11)

где коэффициент 0,73 принимают при прокатке в валках с насечкой, наваркой или накаткой, 1,3 – без нанесения искусственной шероховатости на валки.

Для определения крутящего момента по мощности электродвигателя составим баланс моментов, приведенных к рабочим валкам:

(2.12)

Из формулы (5.12) выразим М_пр.доп– допускаемый крутящий момент на валу двигателя:

, (2.12,a)

где – механический к.п.д. при передаче крутящего момента от электродвигателя к рабочим валкам, с шестеренной клетью и – без шестеренной клети;

– коэффициент, учитывающий снижение крутящего момента электродвигателя вследствие ослабления магнитного потока при частоте вращения валков n больше номинальной n_н.: ( при ); при n > n_н ;

М_дв.доп – допускаемый момент на валу электродвигателя:

, (2.13)

К_п =2,5 –2,75 – допустимый коэффициент перегрузки;

М_н – номинальный крутящий момент;

М_х.х – крутящий момент холостого хода ориентировочно равен: при приводе от одного электродвигателя

М_х.х = 0,05 М_н ; (2.14)

От двух электродвигателей

М_х.х = 0,035 М_н ; (2.14а)

М_дин –динамический момент для двух электродвигателей:

, кН×м (2.15)

где å mD_я² – маховый момент якоря электродвигателя.

a – ускорение валков блюминга; принимаем а = 5 c^-2 (а=40 об/мин×сек).

Необходимые данные по технической характеристике электродвигателей приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 – Техническая характеристика электродвигателей реверсивных прокатных станов

Тип электродвигателя	Мощность, кВт	n, об/мин	Номинальный момент Мн, кН×м	кН×м2
МП 20-5000 МП 24-7000-50 МП 5350-70 МП 6250-50 МП 7900-70 МП 11000-65 МП 12000-65 ПБК 250/145 ПБК 380/125 П 24-160-9К П 25-150 П 26-140		50-120 50-120 70-120 60-120 70-120 60-90 65-70 70-120 60-90 65-90 68-70 65-90	702,2 980,7 730,6 877,7 784,6 1081,7 1294,5 627,6 1176,8 1069,0 1275,0 1490,7	2481,2 3775,7 1686,8 2697,0 2255,6 2942,1 4413,1 1323,9 4462,2 2942,1 3432,4 4624,0

Таблица 2.5. – Технические данные реверсивных двигателей постоянного тока серии П2 21-25-го габаритов производства ПОХЭМЗ (U_ном=930 В)

Тип электродвигателя	Мощность, кВт	n, об/мин	Номинальный момент Мн, кН×м	103 кг×м2
П2-630-215-86 П2-630-216-8С ПВ2-630-217-8К ПВ2-630-217-14К П2-800-217-8С П2-800-217-14С П2-800-218-8С П2-800-218-14С П2-800-227-8С П2-800-227-14С П2-800-228-8С П2-800-228-14С П2-800-237-8С П2-800-237-14С П2-1000-238-8С П2-1000-238-14С П2-1000-247-8С		90-150 71-125 56-100 125-150 56-100 125-150 45-80 90-125 50-100 100-125 40-80 80-125 45-90 90-100 36-71 71-100 40-80	334,25 423,7 537,2 542,4 537,2 542,4 668,5 753,4 1193,7 1210,6 1074,4	13,63 16,68 19,5 20,05 19,6 20,05 22,4 22,85 29,8 30,25 38,5 43,8 53,8

_ср – среднее контактное давление металла на валки (МПа), определим по формуле А.И. Целикова:

, (2.16)

где – коэффициент, учитывающий форму калибра; определяется по формуле:

, (2.17)

где П – периметр калибра, мм;

П = 2(В + Н); (2.18)

где В и Н – ширина и высота полосы в данном калибре.

В_к – ширина калибра, мм.

Для первого ящичного калибра принимаем =1, для остальных калибров считаем по формуле (5.17):

n_β – коэффициент, учитывающий влияние среднего главного напряжения, то есть ширины раската (1,0≤ n_β≤ 1,15), при прокатке на блюминге можно принять 1,15;

– коэффициент напряжённого состояния учитывающий влияние на контактное давление внешнего трения; коэффициент зависит от фактора формы очага деформации l_ср/H_ср , где
H_ср = 0,5(H₀+H₁).При l_ср/H_ср =2 – 5 его можно определить по формуле:

; (2.19)

При прокатке на блюминге, когда l_ср/H_ср <1 – 2 величину рассчитывают по формуле

; (2.20)

При малых значениях l_ср/H_ср =0,2 – 0,5коэффициент близок к 1, то есть внешнее трение оказывает слабое влияние. Поэтому в таких случаях можно принять =1,0.

n_ж – коэффициент, учитывающий влияние внешних зон по отношению к геометрическому очагу деформации;

; (2.21)

s – сопротивление деформации, определяемое в зависимости от марки стали, температуры, степени и скорости деформации (МПа), определяем по методу термомеханических коэффициентов:

, МПа (2.22)

где – базисное значение сопротивления деформации определяемое для данной марки стали при t=1000⁰C,ε=0,1 и u=10 1/c (МПа);

– термомеханические коэффициенты, учитывающие соответственно влияние температуры прокатываемого металла, степени и скорости деформации.

Скорость деформации рекомендуется определять по преобразованной формуле А.И.Целикова:

, 1/с (2.23)

где . (2.24)

Максимальные моменты прокатки обычно получаются в проходах до первой кантовки раската. Поэтому величину определяют по формуле (2.6) для первого прохода. Расчет ведут по среднему сечению слитка, так как максимальный крутящий момент развивается электродвигателем. В случае большой разницы между заданными и полученным значением Dh расчет следует повторить, задавшись полученным значением.

Величину максимального обжатия из условия прочности валков рассчитывают по формуле:

, мм (2.25)

где – среднее давление прокатки рассчитывается по формуле (2.16);

– средняя ширина полосы за проход.

– минимальный катающий диаметр валка в данном калибре после переточки.

– допускаемое усилие прокатки по условию прочности валков, определяется по формуле:

, кН (2.26)

где - допустимое напряжение на изгиб ;

для стальных кованых валков МПа;

для стальных литых валков МПа;

для чугунных валков МПа;

для легированных кованных валков станов холодной прокатки МПа;

– длина бочки валка, мм.

Для прокатных станов различного назначения практикой установлены следующие наиболее рациональные соотношения между длиной бочки валка и ее диаметром (L/D)

Обжимные станы 2,2 – 2,7

Сортовые станы 1,6 – 2,5

Толстолистовые станы 2,2 – 2,8.

Для больших блюмингов можно принять длину бочки валка 2800 мм, для малых и средних 2350 и 2100 мм.

– длина шейки валка, l=(1,0 – 1,1)d_ш , мм;

– расстояние от места действия реакции от подшипника до середины ручья, мм.

Если валки перетачивают то расчет необходимо вести на переточенные валки.