Файл: Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке..pdf

Повышается таким образом термостойкость смазок. Однако при не­ прерывной прокатке это маловероятно, хотя интенсивность потока, тепла значительно возрастает (рис. 95).

Указанные выше резервы снижения температуры контакта до­

вольно незначительны по сравнению с резервами уменьшения Та0

и тв3.

Таким образом, в реальном процессе непрерывной прокатки можно эффективно воздействовать только на величины Тп0, Тв0 и

Тв3. Так, начальную температуру валка при входе в очаг деформа­ ции Тв0 можно значительно снизить введением дополнительного охлаждения валков со стороны выхода полосы. Коллекторы следует устанавливать так, чтобы часть охладителя была направлена на участок поверхности контакта рабочего валка с опорным, а другая часть — только на рабочий валок. Расположение сопел коллекторов и подача охладителя будет выглядеть так, как это показано на рис. 96. Подача эмульсии непосредственно на поверхность контакта рабочего и опорного валков способствует снижению износа последних.

Расчеты показывают, что усовершенствование системы охлаждения (рис. 96) позволяет снизить температуру валка на входе Тв0 до 50— 70° С. Это означает, что температура поверхности контакта пони­ зится примерно на 50 град, что позволит вести прокатку на скоро­ стях, близких к 30 м/с и более.

140

Сказанное выше подтвердилось при экспериментальном исследо­ вании температурного режима валков стана 2500 ММК и ждановского металлургического завода им. Ильича. Так, при изучёиии эффек­ тивности работы дополнительных коллекторов, установленных со стороны выхода металла из валков в I клети, удалось обнаружить не только снижение температуры, но и ее выравнивание по длине

бочки (рис. 97). Теоретические вы­ воды также совпадают с экспери­ ментальными данными [108], кото­ рые свидетельствуют о том, что при усовершенствовании системы охлаж­ дения скорость прокатки увеличи­ вается до 30 м/с при сохранении работоспособности смазки.

Не менее важным резервом повышения скорости прокатки является снижение коэффициента трения, что связано с разработкой новых технологических смазок.

Температурное поле основного ядра валка в продольном сечении может быть найдено численным методом или определено при помощи метода электротепловой аналогии. Расчет температурного поля про­ дольного сечения валка очень громоздок. Более перспективный ме­ тод — моделирование на электропроводной бумаге или на сетке сопротивлений.

Модель валка изготавливали из электропроводной бумаги, имею­ щей сопротивление 700 Ом на 1 см2. Для учета изменения теплового

кающую, моделировали двумя слоями бумаги.

Н1

При моделировании изучали влияние интенсивности охлаждения нерабочих участков валка, их ширины, а также влияние внутрен­ него охлаждения на температурное поле валка и его тепловую вы-

Рис. 98. Зависимость тепловой вы ­

пуклости палка Л от коэффициента теплоотдачи а па нерабочих участ­ ках бочки валка (стан 1200, £>р =

o' > Вт

пуклость. С этой целью длина полоски электропроводной бумаги, моделирующей сопротивление на границе валок—охладитель, изме­ нялась.

Исследование температурного поля показало, что с повышением интенсивности охлаждения нерабочих краев валка увеличивается неравномерность распределения температуры по продольному сечению валка и его тепловой выпуклости. На рис. 98 пока­ зано изменение тепловой вы­ пуклости валка при прокатке полосы с изменением среднего коэффициента теплоотдачи с по­ верхности нерабочих зон с 500 до - 5 ккал/(м2-ч-град).

Изменение разности темпе­ ратур на границе зон и средней температуры охладителя приво­ дит к пропорциональному из­ менению тепловой выпуклости. На рис. 99 показан характер

Рис. 99. Тепловой профиль валка при из­ менении ширины прокатываемой полосы

(кривые 1— 3) и условного коэффициента теплоотдачи а из-за прекращения охлаж ­

дения нерабочих частей бочки (кривые

тепловой выпуклости валка при изменении ширины полосы и коэф­ фициента теплоотдачи а. Тепловая выпуклость валка имеет вид кри­ вой с почти горизонтальным участком около оси полосы протяжен-

142

йостью 50—75% от шйрйнЫ прокатываемой полосы. Около край бочки валка кривая изменяет наклон (имеет перегиб). Длина гори­ зонтального участка увеличивается с уменьшением интенсивности охлаждения нерабочей части бочки. Аналогичное влияние оказы­ вает увеличение ширины прокатываемой полосы.

Моделирование температурного поля валка с наружным и внутрен­ ним (комбинированным) охлаждением позволило установить, что дополнительное внутреннее' охлаждение уменьшает тепловую вы­ пуклость валка в результате перераспределения потоков тепла и некоторого общего снижения температуры валка.

Охлаждение нерабочих частей бочки приводит к увеличению не­ равномерности теплового профиля. В связи с этим можно рекомендо­ вать сосредоточить охлаждение .на рабочей части бочки и подшип­ никах.

Проведенный выше анализ теплообмена валка и полосы позво­ ляет рассмотреть возможные варианты повышения устойчивости процесса прокатки. Анализом причин роста температуры в очаге деформации установлено, что скорость прокатки может быть увели­ чена благодаря более эффективному охлаждению рабочих валков. Так как на стороне выхода полосы из валков поверхность бочки имеет температуру выше 100 град, в этой зоне возможно возникно­ вение кипения, обеспечивающего весьма интенсивный отвод тепла от валка. Для снижения растягивающих напряжений в поверх­ ностном слое материала валка рекомендуется подавать эмульсию в зону контакта верхнего рабочего и опорного валка и на середину нижнего рабочего валка.

Установлено, что тепловая выпуклость валка образуется в ре­ зультате стока тепла через нерабочие (не имеющие контакта с поло­ сой) зоны валка. Поэтому уменьшение интенсивности охлаждения краев бочки валка приводит к уменьшению тепловой выпуклости и стабилизации теплового профиля. В связи с этим не рекомендуется охлаждать края бочки валка на ее нерабочей части. Эти мероприятия были внедрены на стане 1700 холодной прокатки ждановского метал­ лургического завода им. Ильича и на стане 2500 ММК, что позволило

Характер контактного взаимодействия валков в значительной сте­ пени определяется микрогеометрией их поверхности, адгезионной способностью, химическим составом, структурой, механическими свойствами материала валков и остаточными напряжениями [10, 103]. Все эти факторы зависят от условий термической и механи­

143

ческой обработки валков, Которые и определяют физические свой­ ства поверхностных слоев.

Микрогеометрня поверхности валков оказывает существенное влияние на стойкость рабочего инструмента и качество продукции. Оптимальная износостойкость валков наблюдается при такой шеро­ ховатости поверхности, которая получается в процессе эксплуата­

ции валков.

Так, независимо от ис-

Рис. 100. Влияние исходной чистоты поверхности валков на их работоспособность (а) (/ —

среднее время работы валка; 2 — среднее количество прокатанного металла) и предел кон ­

лексом физико-химических факторов, имеющихся при силовом контакте. Контактное взаимодействие валков сопровождается интен­ сивным их износом, что влечет за собой накопление усталостных напряжений в поверхностных слоях. В связи с этим необходимо создать оптимальные условия работы валков уже в начале их экс­ плуатации.

Рассмотрим результаты исследования стойкости рабочих валков 20-валкового стана при прокатке латунной ленты в зависимости от исходной чистоты их обработки и материала, из которого они изго­ товлены [10]. Статистическая обработка результатов эксперимента показала, что существует оптимальная чистота поверхности, при ко­ торой стойкость оказалась наивысшей (рис. 100).

144