Файл: Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 115
Скачиваний: 0
туры валка и полосы, а также из-за работы формоизменения значи тельно менее интенсивен по сравнению с тепловыделением от работы внешнего трения.
Рассмотрим влияние диаметра валка на поступление тепла в ра бочий валок при различных скоростях прокатки. Расчетами уста новлено, что увеличение диаметра с 200 до 500 мм вызывает повыше
ние поступления тепла |
в тело валка |
в 2 раза при скорости |
4 м/с и |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
в 2,1 раза при 20 м/с (при прочих |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
равных условиях). |
При этом пло |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
щадь охлаждения валков диамет |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ром 500 мм возрастает |
в 2,5 раза. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
В |
связи |
с |
этим можно |
достичь |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
более низкой установившейся тем |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
пературы |
валка, |
чем |
на |
валках |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
меньших |
диаметров. |
Большую |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
роль играет кривизна валков на |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
входе в очаг деформацип: чем она |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
будет меньше (с увеличением ра |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
диуса валка), тем больше сказы |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
вается эффект смазки [ПО]. При |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
этом возможно эффективное сниже |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ние коэффициента трения. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Уменьшение коэффициента тре |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ния |
при |
прокатке |
способствует |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
снижению |
среднего |
давления |
и |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
вследствие |
этого |
|
уменьшению |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
упругой |
деформации |
|
валков |
и |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
полосы. В результате уменьшает |
||||||||||
йозщ |
0,06 |
0,03 |
0/ |
|
0,к |
OJh |
сяплощадь |
контакта |
|
и |
количе |
||||||
|
|
fcp |
|
|
|
|
ство тепла, поступающего в валок |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
в результате |
теплопередачи от ис |
||||||||||
Рис. 83. Зависимость суммарного |
удель |
||||||||||||||||
точников |
QlB и |
Q2b. |
Зависимость |
||||||||||||||
ного теплового потока в валок |
и |
его со |
|||||||||||||||
ставляющих от |
коэффициента |
трения при |
интенсивности |
тепловыделения |
от |
||||||||||||
скорости |
прокатки: |
|
|
|
|
работы внешнего трения Q3b опре |
|||||||||||
сплошные |
линии — v = |
20 |
м/с; штрихо |
||||||||||||||
вые — 3 м/с |
|
|
|
|
|
деляется |
непосредственным влия |
нием коэффициента трения fcp. Как' следует из приведенной выше расчетной методики, более интенсивное влияние fcp на тепловой режим валка проявляется с повышением скорости, что подтверждается экспериментальными данными. На рис. 83 показано изменение составляющих теплового потока в тело валка в зависимости от /ср и скорости прокатки (3 и 20 м/с). Из пред ставленных данных следует, что увеличение разницы температур полосы и валка в точке их соприкосновения вызывает пропорциональ ный рост потока тепла Qx в тело валка. Роль внешнего трения наибо лее интенсивно проявляется при повышенных скоростях прокатки. Изменение коэффициента теплопередачи К. приводит к почти про
порциональному изменению тепловых потоков |
и Q2b. Так, в слу |
||
чае прокатки тонкой |
полосы с малой |
скоростью, когда тепловой |
|
поток от полосы к |
валку становится |
существенным из-за отраже- |
128
ния тепловых волн от внешнего трения, значительно увеличивается
и Qta-
Температурное поле валка можно представить состоящим из на ружной — активной зоны и основного теплового ядра [111 ]. В актив ной зоне температура периодически изменяется в соответствии с из менениями температуры на поверхности валка. В каждой точке это изменение носит волновой характер. По аналогии с выводами А. Н. Шичкова примем, что границей активной зоны является окруж ность, в каждой точке которой колебания температуры уменьшаются в 100 раз по сравнению с таковыми на поверхности валка. Чтобы определить границы основной и активной зон валка при различных условиях тонколистовой холодной прокатки было рассчитано рас пределение температуры в поперечном сечении поверхностных слоев рабочего валка. Расчеты проводили конечно-разностным методом. Шаг сетки по радиусу валка принимали равным 0,2 мм. В очаге де формации и на участке контакта опорного и рабочего валков, где тепловые процессы проходят наиболее интенсивно, шаг сетки при нимали таким, чтобы дуга захвата делилась не менее чем на четыре части, а дуга контакта опорного и рабочего валков — не менее чем на две части. Уменьшенный шаг (^0,05 мм) распространяли также на зону протяженностью 80 мм отточки разрыва контакта между полосой и рабочим валком и на 20 мм — между рабочим и опорным валком.
Температуру в узлах сетки на поверхности валка в очаге дефор мации подсчитывали как сумму начальной температуры, т. е. тем пературы поверхности валка в точке встречи его с полосой и прира щения температуры, подсчитанной по формулам (50), (72) и (84). Теплообмен между рабочим и опорным валками определяли при гра ничных условиях четвертого рода.
Время, необходимое для установления постоянной температуры на границе активной и основной зон валка, зависит от того, насколько начальная температура валка Т0отвечает температуре, соответствую щей установившемуся режиму. Это выражается следующим образом: при значительной разнице температур необходимо определить тем пературное поле валка за 20—40 оборотов с тем, чтобы установить температуру на границе зон. Однако при этом расчет становится довольно громоздким. Наиболее простой путь— это определить среднюю температуру поверхности валка в зоне охлаждения при установившемся режиме. Для этой цели по уравнениям (51), (73) и (86) определяли общее количество тепла, получаемое валком в еди ницу времени. Известно, что при установившемся тепловом режиме почти все это тепло должно отводиться охлаждающей жидкостью, температуру которой можно определить при известном ее расходе и давлении. При установлении температуры охлаждающей жидкости среднюю температуру валка определили из уравнения
+ |
Q |
(96) |
|
F охлПж |
|||
|
|
||
9 П. И. Полухин |
|
129' |
где iB— средняя |
температура |
валка; |
|
||
tx — температура^ охлаждающей |
жидкости; |
рав |
|||
а ж — коэффициент теплоотдачи |
от валков к эмульсии, |
||||
ный 1,8 |
кВт/(м2-°С); |
|
|
|
|
Foxn — поверхность |
Q = |
Q 1 |
Q за |
Qзв’> |
|
охлаждения. |
вычислении температурных |
полей |
|||
Было установлено, что |
при |
температура на границе зон с точностью до 3—4 град равна средней температуре поверхности валка в зоне охлаждения его жидкостью. Это обстоятельство является весьма важным и позволит наметить дальнейшие пути повышения скорости прокатки.
■ В случаях, когда начальную температуру валка принимали рав
ной tB, уже через 3 оборота, совершенных при постоянной скорости, характер кривых, огибающих кривые изменения температуры, позволял определять температуру на границе зон с точностью до 0,5 град. По описанной выше методике были рассчитаны характерные кривые распределения температуры по радиусу валка в поверх ностных слоях после четвертого оборота (валок до установки в клеть был подогрет) (рис. 84). Распределение температуры по радиусу валка при установившемся режиме и без предварительного подогрева валка имеет такой же вид.
При расчетах установлено, что затухание амплитуды темпера турных волн по мере их продвижения к центру валка вначале про» исходит значительно быстрее, чем при простых гармонических коле баниях. В приведенном примере (см. рис. 84) амплитуда колебаний уменьшается в два раза при х = 0,1 мм, а при простом гармоническом колебании — только при х = 0,3 мм. При дальнейшем воз растании х и при определении глубины, на которой амплитуда коле баний температуры уменьшается в 100 раз, значения протяженности
активной зоны х = л'акт, |
определенные расчетами авторов, |
совпадают |
|||||||||||||
с вычисленными по формуле А. В. Лыкова: |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
х = |
]/2 |
£ In я = |
^ (л), |
|
|
|
|
|||
где | |
= |
Т / |
—----- коэффициент |
теплоусвоения, |
характеризующий |
||||||||||
|
. |
' |
m |
условную |
толщину |
равномерного |
прогревания |
||||||||
|
|
|
|
однородного полуограниченного тела в стацио |
|||||||||||
|
со = |
|
нарно-периодическом состоянии; |
|
|
|
|||||||||
|
2nv — круговая |
частота |
колебаний; |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
v — частота |
колебаний; |
|
во |
сколько |
раз коле |
|||||||
|
|
|
п — число, |
характеризующее, |
|||||||||||
|
|
|
|
бания температуры на глубине X меньше тако |
|||||||||||
|
|
|
|
вых |
на |
поверхности; |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Я — длина волны. |
|
температуры |
[ |
(п) |
приведены |
|||||||
Значения |
функции |
|
затухания |
||||||||||||
ниже |
[103]: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
п ............................. |
2 |
4 |
10 |
|
20 |
|
50 |
|
100 |
1000 |
||||
|
/(/г) |
.....................0,110 |
“ 0,221 |
0,367 |
0,477 |
0,623 |
0,733 |
1,1 |
130.
На рис. 85 показана глубина проникновения температурных волн в тело валка, рассчитанная по формулам А. Н. Шичкова (1) и А. В. Лыкова (2). Как видно из приведенных данных, глубина актив ной зоны зависит от числа оборотов валка и граничных условий на его поверхности.
73 |
77 |
8/ |
85 |
89 t, Г |
Рис. 84. Распределение температуры в поверхностных слоях валка, подо гретого до 60° С после четвертого оборота
На основе проведенных расчетов глубину залегания границы активной и основной зон с достаточной для практических целей точ ностью рекомендуется находить по формуле, полученной для гармо нических колебаний температуры на поверхности валка (см. рис. 85)^
*«,, = 2.6 К ? - |
(97> |
9 |
131 |
Эта величина не превышает 7—8 мм для условий службы валков тонколистовых станов холодной прокатки.
На основании проведенного анализа температурных полей вал ков можно сделать следующий вывод: если температура поверхности валка в зоне охлаждения его жидкостью меньше 100° С, то средняя ее величина в этой зоне с точностью до 2—3 град совпадает с темпе ратурой, установившейся на границе зон. По мере прогревания или теплонасыщения валка такая же температура устанавливается в основной зоне по всему поперечному сечению валка, взятому на
|
достаточном |
удалении от края |
полосы |
||||||
|
(см. рис. 84, кривая 7/6я). |
|
|
||||||
|
Исследования |
температурного поля |
|||||||
|
в рабочем валке на основе расчетных |
||||||||
|
данных свидетельствует |
о том, |
что для |
||||||
|
стабилизации теплового режима |
валка, |
|||||||
|
установленного |
в клеть |
без |
предвари |
|||||
|
тельного подогрева, необходимо ~ 4 0 обо |
||||||||
|
ротов. В период неустановившегося |
||||||||
|
режима, как правило, после завалки |
||||||||
|
невозможно |
получить |
ровные |
полосы |
|||||
|
(без |
волнистости |
и |
коробоватости). |
|||||
|
Вследствие этого —5 первых рулонов |
||||||||
|
листа— некондиционный продукт. Кроме |
||||||||
X, мм |
того, |
в |
начальный период работы стана |
||||||
(сразу после |
завалки), |
когда |
происхо |
||||||
Рис. 85. Зависимость глубины про |
дит |
быстрый |
разогрев |
поверхностных |
|||||
никновения тепловых волн в тело |
слоев |
валков, |
существует опасность их |
||||||
валка от числа оборотов |
поломки (чаще всего в |
последних кле |
|||||||
|
тях).
Устранение поломок валков вследствие больших термических напряжений [112, 113] может быть достигнуто применением пред варительного их подогрева'перед завалкой в клеть1.
Первые опыты по использованию предварительно подогретых валков были описаны в работах [112, 113]. В первом случае их подогревали в масляной ванне, во втором — индуктором для низко температурного отпуска конструкции ЦНИИТмаша [113]. Однако применение масляных ванн делает помещение огнеопасным и вред ным по условиям труда обслуживающего персонала. Для подогрева необходимо иметь не менее двух индукторов с трансформаторами и приспособлениями для вращения валков. Кроме этого, установка подушек на нагретые шейки затруднена (зазор между подшипником
ихолодной шейкой составляет всего 0,03 мм).
Вцехе холодной прокатки Череповецкого металлургического
завода была смонтирована, опробована и успешно внедрена установка по подогреву валков эмульсией. В процессе исследований были опро
1 М е л е ш к о В . И. Теоретические и экспериментальные исследования и раз работка оптимальной технологии производства тонких листов. Автореф. докт. дис.
ДМетИ, 1972.
132