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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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