Литой сляб

, 1405911 151 4 В 21 В 1(0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИВК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ком- ский др. Прокатное произузов, М.: МеталлурНк 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Магнитогорский металлургический бинат им. В. И. Ленина, Магнитогор горно-металлургический институт им. Г. И. Носова и Магнитогорский государственный институт по проектированию металлургических заводов(54) ЛИТОЙ СЛЯБ (57) Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на широкополосных станах горячей прокатки. Цель изобретения - расширение диапазона энергозатрат на боковое обжатие при прокатке, повышение производительности машин непрерывного литья слябов. Сляб имеет поперечное сечение в виде вытянутого в горизонтальном направлении восьмиугольника1 симметричного относительно показанных ортогональных осей. Стороны этого восьми- угольника принадлежат поверхности сляба: сторона 1 - горизонтальной грани; 2 граничной поверхности переходной области; 3 - боковой грани (кромке). Осевые размеры сляба (ширина В, и толщина Н) следуют а из сортамента данного стана, ширина перехо 1 ной области составляет 0,53 - 1,34 от толшины сляба и толщина, монотонно уменьшающаяся к боковой грани, - до 0,40 - 0,64 (ф от толщины сляба. 9 ил, 2 табл.1405911 О,б 2 го комитета СССР по делам изобретений и открытийсква, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5афическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор С. ЛисинаЗаказ 3136/1 ОВНИИПИ Государственн113035, МоПроизводственно.полигр Составитель МТехред И, Верес Тираж 467 озина Корректор Г. Решетни Подписное(4) Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на широкополосных станах горячей прокатки,Цепь изобретения - увеличение диапазона значений ширины полос, прокатываемых из сляба одной ширины, снижение энергозатрат на боковое обжатие при прокатке, повышение производительности машин непрерывного литья слябов.На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый сляб с вогнутой формой сечения переходной области; на фиг. 2 -- то же, с прямой формой сечения; на фиг. 3 - то же, с выпуклой формой сечения; на фиг. 4 - схема к определению соотношений размеров переходных областей, обеспечивающих требуемое увеличение предельного бокового обжатия; на фиг. 5 - схема обжатия сляба в вертикальных валках; на фиг. 6 - схема к определению соотношений размеров переходных областей с учетом особенности формоизменения высоких полос; на фиг. 7 - 9 - графики для отыскания предпочтительных соотношений размеров переходных областей для каждого варианта поперечного сечения соответственно.Сляб имеет поперечное сечение в виде вытянутого в горизонтальном направлении восьмиугольника, симметричного относительно показанных ортогональных осей (фиг. 1 3). Стороны этого восьмиугольника принадлежат поверхности сляба; сторона 1 - горизонтальной грани; сторона 2граничной поверхности переходной области; сторона 3 - боковой грани (кромке). Осевые размеры сляба (ширина Вк и толщина Н,) следуют из сортамента данного стана, а размеры переходной области (ширина Ви толщина на кромке Нкл,з определяются указанными соотношениями, Основной осо бенностью сляба является получение большего чем на известном слябе бокового об.жатия при том же смещенном вертикальными валками объеме. Этот эффект вызван положительным перераспределением смещенного обьема в результате введения лереходных областей, толщина которых убывает к боковым граням сляба (фиг. 1 - 3). Известно, что смещенный объем - важная характеристика пластического формоизменения, от которой существенно зависят энергосиловые параметры процесса. Работа и расход энергии при прокатке пропорциональ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 12ный на фиг. 1, 2 или 3 соответственно;ЛВ; -, ЛВ- предельное боковое обжатиепредлагаемого и известногослябов соответственно;Р; - коэффициент увеличения предельного бокового обжатия,определяемый из условия/ ам = к см, (2)где асмп Усм - смещенный объем (со стороныодного вертикального валкана единицу длины сляба)при боковом обжатии предлагаемого и известного слябов соответственно,В условии (2) с учетом симметрии слябаимеем (на фиг. 4 сетчатой штриховкой выделена часть смещенного объема, общаядля предлагаемого и известного слябов):Н В . смакаГ. = "+25 Н(х)дх (3)о где Н,(х) - функция, описывающая формуверхней (нижней) границы переходной области в интервале значений х=(0, В;), причем ЛВ максмм .- (5) Соотношение (5) означает, что боковое обжатие не выходит за пределы переходных областей.В качестве необходимой функции в первом варианте (фиг. 1) берут квадратическую зависимость вида(6) во втором варианте (фиг. 2) - линейную зависимостьНс Нк 22 В2 (7) и в третьем варианте (фиг. 3) - другую квадратичную зависимость(8)лоъ11 рсдставленные выражения построены исходя из след)ющих граничных условий:Нк - Н.,Л,(х - 0)=0; Н,(Л=Вк)=ны смещенному объему и, в свою очередь, однозначно определяют среднее удельное давление и момент прокатки. Следовательно, используя панный сляб, можно, не перегружая клеть с вертикальными валками, уве- личить в соответствии с целью изобретения предельное боковое обжатиеЛВа акс.= где 1.= 1,2,3 - вариант выполнения переходной области, представленИН(х) сИ,(х),11 одставив выражения функции (6), (7), (8) в у 1)авнении (3) и (4), проинтегрировав и подставив результаты в условие (2), после элементарных преобразований получаем для переходной области с вогнутой формой поперечного сечения12 О -) 2й;(х)дх.ва (17) ункций (6), (7), роинтегрировав овие (16), после ний, получаем: с вогнутой форНк)(Вк 0 18) прямои формои выпуклой формойоткуда для ко при р)1 имеем Й;( -д, Для от ношений различной представле плоскости Й на плоскос (20) - на В каждом с х соотластей ческое 18) на (19) (11) и иг. 9) . ующие де(12) - это доля, которую составляет толщинана кромке предлагаемого сляба от его тол шиныПОФ(13)ЛВ макс- это соотношение между шириной переходной области и предельным боковым обжатием сляба. Из выражения (5) следует, что Ь;)0,5.Формулы (9), (10), (11) устанавливают для переходных областей различной формы взаимосвязь соотношений их размеров, включающую предельное боковое обжатие при определенном коэффициенте его увеличения, т. е. с точки зрения реализации цели изобретения. Если р;=1 (боковое обжатие не увеличивается), все формулы дают Й;=1. Это означает, что толщина на кромке равна толщине сляба, и, следовательно, предлагаемый сляб превращается в известный. Все три величины Й; - Й, Й 2 и Йз имеют одинако. вый предел чной переходной области Искомые соотношения размеров переходных областей должны не только позволить увеличить боковое обжатие сляба, но и,учитывать особенность его формоизменения в вертикальных валках как высокой полосы. Переходные области создают дополнительное свободное от металла пространство, примыкающее к их верхней и нижней границам (см. фиг. 5, штриховыми линиями показаны контуры сечения сляба до обжатия). Объем этого свободного пространства должен быть таким, чтобы при обжатии сляба 1 вертикальными валками 2 приконтактные наплывы 3 заполнили его, не выходя за горизонтальные грани сляба, Тогда поперечное сечение стремится к прямоугольному и при последующей прокатке в горизонтальных валках не происходит дополнительного уширения. Следовательно, итоговое влияние бокового обжатия на ширину раската возрастает до 10000, что отвечает цели изобретения.Количественно условие учета особенности формоизменения высоких полос представлено в виде (см. фиг. 6)к к= к см 1 (16) где Рк - компенсирующий объем (дополнительное свободное пространство со стороны одного вертикального валка на единицу длины сляба) для размещения приконтактного наплыва;- доля смещенного объема, идущаяв приконтактный наплыв.В условии (16) с учетом симметрии сляба меем Подставив выражения ф(8) в уравнения (3) и (17), п и подставив результаты в усл элементарных преобразова для переходной области мой поперечного сечения(20)Формулы (18 - 20) устанавливают связь соотношений размеров переходных областей, включающую предельное боковое обжатие, которая учитывает условие создания необходимого компенсирующего объема для размещения приконтактного наплыва. Использование этой связи позволяет увеличить итоговое влияние бокового обжатия на ширину проката и, следовательно, полнее реализовать цель изобретения. При малых боковых обжатиях (отношение средней ширины раската к длине очага деформации 9 - 12) весь смещенный в вертикальных валках объем металла переходит в приконтактное выпучивание, вытяжка отсутствует и =1. Данная конструкция предусматривает реализацию высоких и сверхвысоких боковых обжатий (указанное отношение составляет 3 - 6), тогда наряду с выпучиванием развивается и вытяжка и (1. Для этого случая величинуприближенно характеризуют как отношение дополнительного уширения раската при прокатке в горизонтальных валках, которое полностью происходит в результате обжатия зон приконтактного выпучивания, к предшествующему обжатию в вертикальных валках, Расчетный анализ определяет оценку требуемой величины л =0,3. ыскания предпочтительны размеров переходных о формы используют граф ние зависимостей (9) и- Ь 1 (см. фиг. 7); (10) и ти Йз - Ьз (см. фиг. 8);плоскости Йз - Ьз (см. ф лучае показаны соответст(23) 5графики для значений коэффициента увеличения предельного бокового обжатия ,= 1,50; 1,75; 2,00; 2,25 (штриховые линии) и график, учитывающий требуемый компенсирующий объем (сплошная линия). Диапазон значений коэффициента берут из соображений обеспечения высокой эффективности предлагаемого технического решения. Ограничение верхнего значения этого коэф 1 фициента следует из равенства (15) р;( - ,. Величина й; влияет на тепловое состояние предлагаемого сляба. При его движении от нагревательных печей (или от МНЛС при прямой прокатке) к клети с вертикальными валками поверхность утоненных переходных областей остывает вследствие тепло- излучения и конвекции несколько быстрее, чем горизонтальные грани. Это ведет к соответствующему температурному градиенту по сечению сляба на входе в клеть, что может вызвать растрескивание кромок сляба при боковом обжатии, Возможные значения указанного градиента оценивают по уравнению Г. П. Иванцова - М. М. Сафьяна с учетом поправки на конвективный теплообмен, Для обеспечения малых значений градиента (не более 20 - 25 С) и, следовательно, предотвращения растрескивания боковых кромок предлагаемого сляба величина й; не должна быть меньше 0,4. Тогда р;(2,5.К предпочтительным соотношениям размеров переходных областей относят такие, которые удовлетворяют следующим требо. ваниям: обеспечивают коэффициент увели-чения предельного бокового обжатия ;) )1,5; создают необходимый компенсирую ,щий обьем для размещения приконтактного наплыва; имеют величину й;)0,4. В соответ, ствии с этим предпочтительные соотношения , размеров даны на каждой из фиг, 7 - 9 вы деленным участком сплошной кривой, нижней границей которого является точка с ординатой й;=0,4, а верхней - точка штриховой линии Р;=1,5. Получают для переходной области с вогнутой формой поперечного сечения (см. фиг. 7) й=0,40 - 0,61, Ь=0,84 -- 1,11; с прямой формой (см. фиг. 8) йз= =0,40 - 0,58, Ьз=1,03 - 1,28; с выпуклой формой (см - фиг. 9) йз=0,40 - 0,55, Ьз= =1,48 - 1,78. Величину 1 з; на нижней границе участков определяют из уравнений (9 - -11). Подставив соответствующие значения йЬ;, получают Р=-2,12; (з=1,83; Рз=1,73й.ирину переходной области выражают в долях от толщины сляба по формулеЬ, =й;Ь;, (2 ) 15 20 25 30 35 40 45 16Справедливость формулы (21) доказывает подстановка значений Р; (1) и Ь; (13), превращающая ее в тождество. Коэффициент Й по литературным данным составляет 0,3 - 0,5. Подставляя в формлу (21) крайние значения этого коэффициента, а также указанные верхний и нижний пределы величины Ь, и соответствующие пределы коэффициента р;, находят для переходной области с вогнутой формой поперечного сечения Ь, =0,53 -- 0,83; с прямой формой Ьг=0,57 - 0,96; с выпуклой формой Ьз=0,77 - 1,34.Сляб с выпуклой формой поперечного сечения переходных областей (фиг, 1) отличается плавным сопряжением их граничных поверхностей 2 с горизонтальными гранями 1 и соответственно большей шириной переходных областей. Такая форма может быть рекомендована для трещиночувствительных сталей (высокоуглеродистых и легированных). Прямая форма поперечного сечения переходных областей (фиг. 2) целесообразна для средне- и низкоуглеродистых сталей, а вогнутая форма (фиг. 3) - для высоко- пластичных низкоуглеродистых сталей,Обобщая результаты для всех рассмотренных вариантов, заключаем, что переходная область имеет толщину, монотонно уменьшающуюся к боковой грани до значений от толщины сляба в центре 0,40 - 0,64, и ширину, составляющую 0,53 - 1,34 от толшины сляба, При прокатке сляба смещение вертикальными валками аналогичного предельного объема, что и при прокатке известного, приводит к увеличению предельного бокового обжатия в р; раз. Это означает, что примерно при прежнем расходе энергии на прокатку в вертикальных валках можно получить в р; раз большее обжатие или прежнее обжатие достигается при меньших в р; раз энергозатратах. Кроме того, достигнутое уменьшение ширины сохраняется при последующей прокатке в клети с горизонтальными валками, так как прикромочные наплывы не выходят за горизонтальные грани сляба. Смещение наплывов в дополнительное уширение в этой клети уже не происходит, и соответствующие энергозатраты экономятся. Отметим также положительную форму очага деформации при боковом обжатии предлагаемого сляба, Высота поверхности контакта с вертикальными валками увеличивается по направлению прокатки, причем тем больше чем больше обжатие. Это вызывает увеличение площади зоны опережения, а также смещение равнодействующей давления металла на валки в сторону выхода из очага деформации. Соответственно резервные силы трения, действующие в зоне опережения, увеличиваются, а составляющая усилия, направленная против движения проката, уменьшается.Пример. Определим и сопоставим диапазоны обжатий, которые можно реализовать по энергосиловым параметрам при прокатке(25) 20 25 30 35 40 45 50 55 известного и предлагаемого слябов в клети с вертикальными валками. Оценим также остаточное уменьшение ширины раската после клети с горизонтальными валками в том и другом случае. Выберем на основе полученных данных градацию ширины предлагаемых слябов для определенного сортамента, Характеристика литых слябов: марка стали Ст, Зсп; размеры традиционного сляба Н,=250 мм; В,=750 - 1850 мм. Такой сортамент слябов предусмотрен для НШПС 2000.Рассматриваемая прокатная клеть вертикальный окалиноломатель на входе черновой группы. В этой клети диаметр валков 1200 мм; длина бочки 650 мм; скорость прокатки 1 м/с; максимальное усилие прокатки 600 тс; максимальный момент прокатки 120 тс м; мощность главного привода 2 К 630 кВт. Расчеты усилия и момента прокатки слябов в вертикальных валках выполняют по методике М. Я. Бровмана А. И. Герцева. Эта методика применима для значения отношения толщины сляба к длине очага деформации 0,3 - 2,5. Для отыскания сопротивления металла деформации используют вариант метода термомеханических коэффициентов. Температуру слябов при обжатии в вертикальном окалиноломателе принимают 1210 С,Результаты расчета для известного сляба п редста влен ы в табл. 1.Отношение толщины сляба к длине очага деформации составляет 1,44 - 0,81, т, е. находится в допустимых пределах, Фактором, ограничивающим боковое обжатие, является момент прокатки. Предельное обжатие, при котором момент становится максимально допустимым, составляет 100 мм. Остаточное уменьшение ширины сляба после клети с горизонтальными валками определяют по формуле М. Я. Бровмана и других. Она справедлива при значениях отношения средней ширины сляба к длине очага деформации 4,5 в 12,0. Все расчетные варианты при максимальной ширине (850 мм) соответствуют этому интервалу, а при минимальной (750 мм) ширине выходят за его нижнюю границу, Поэтому в каждом случае нижнее значение ширины берут из сортамента НШПС 2000 ММК так, чтобы не выходить за нижнюю границу допустимого интервала.Предлагаемый сляб принимаем для сравнительных расчетов аналогичных размеров, что и известный с переходными областями, имеющими прямую форму поперечного сечения (фиг. 2). Соотношения размеров пере ходных областей берем по соответствующему графику (см. фиг. 8) 62=0,5; 02=1,16. Для этой точки коэффициент увеличения предельного бокового обжатия 1=1,6 (его величину оцениваем по графикам фиг. 8 или находим из уравнения (10) ). По результатам расчета для известного сляба 1=0,4. Тогда формула (21) дает 62=0,74. Получаем размеры переходных областей Н 2= а=й 2 Нс=125 мм; Влог =Ьч Нс=185 мм. Расчеты усилия и момента прокатки предлагаемого сляба имеют особенности в связи с его переменной толщиной в переходных областях. Расчетную толщину определяю 1 по смещенному объемуЧсн а )На ра.чч. -3 (24) где 12 - смещенный объем со стороныодного вертикального валка на единицу длины сляба;ЛВ 2 - боковое обжатие.Следовательно, расчетная толщина есть средняя толщина поперечного сечения переходной области на участке бокового обжатия Из формулы (24) с учетом выражений (3) и (7) имеем Нс Н 2Н 2 расч.= Н 2+ ЛВ.НВпог При определении момента прокатки вводят коэффициент, учитываюгций смешение равнодействующей давления металла на валки в сторону выхода из очага деформации в результате переменной толщины сляба в зоне бокового обжатия. Этот коэффициент при расчетных обжатиях составляет 0,98 - 0,94,Результаты расчета для предлагаемого сляба представлены в табл, 2.Отношение расчетной толщины обжимаемого участка к длине очага деформации (0,77 - 0,49) не выходят за допустимый интервал. Предельное по моменту прокатки боковое обжатие составляет 160 мм. Остаточное уменьшение ширины полосы после клети с горизонтальными валками совпадает с боковым обжатием в вертикальной клети - это одна из положительных особенностей предлагаемого сляба (и для известного и для предлагаемого слябов не рассматриваем небольшое естественное уширение в клети с горизонтальными валками). Сопоставление полученных результатов показывает следующее. Прямой расчет по данным табл. 1 и 2 дает величину коэффициента увеличения предельного бокового обжатия р 2=1,6, Это подтверждает справедливость предпосылок увеличения предельного бокового обжатия, заложенных при разборке данного сляба. При одинаковых боковых обжатиях получают усилие и момент прокатки для предлагаемого сляба в 1,9 в 1,6 раза меньше, чем для известного. Поскольку расход энергии пропорционален моменту прокатки, энергозатраты на боковое обжатие предлагаемого сляба при прочих равных условиях значительно меньше, чем на обжатие известного. Снижение усилия прокатки важно с точки зрения сохранения устойчивости предлагаемого сляба прц сверхвысоких обжатцях в вертикальных валках. Например, прц предельном обжатии (160 мм) предлагаемого сляба усилие прокатки црц140591 Формула изобретения Таблица 1 Боковое обжатие, мм Показатели Нереализуемое ПредельРеализуемое ное 130 150 160 50 80 100 Длина очага деформации, мм 173,2 219,1 Сопротивление металла деформации, кг/мм Среднее удельное давление, кг/мм" 4,766 4,842 6,992 7,045 4, 602 6,875 4,313 6,681 409,2 3,640 4,082 6,315 6,539 273,4 358,2 Усилие прокатки, тс Момент прокатки,тс. мОстаточное уменьшение ширины послеклети с горизонтальными валка 56,8 94,2 1500 1850 1450 1850 1050 1850 1150 1850 1350 1850 8001850 ми, ммДиапазон ширины слябов, ммОстаточное уменьшение ширины после клети с горизонтальными валка 70 2 59,4 104 7 111 7 т97,2 104,9 35 1 г. 23,7ми, ммДиапазон уменьшения ширины, мм 9мерно такое же, как и при обжатии известного сляба на 80 мм (350 и 358 тс соответственно). При сопоставлении остаточного уменьшения ширины после клети с горизонтальными валками (см. табл. 1 и 2) преимушество предлагаемого сляба возрастает. 5 Предельное остаточное уменьшение его ши; рины в 2,3 - 2,7 раза больше чем известного сляба. Если сопоставить реализуемое на 1 известном слябе обжатие 80 мм с аналогичным ему по моменту прокатки обжатием 10 130 мм на предлагаемом, то остаточное уменьшение ширины последнего в этом случае в 2,3 - 2,9 раза больше, Выполненные расчеты доказывают возможность увеличения градации ширины слябов НШПС 2000 до 130 - 150 мм при использовании предла гаемого сляба вместо известного. Тогда число необходимых типоразмеров слябов уменьшается до 9 (В = 880, 1010, 1140, 1270, 1400, 530, 1660, 1790, 1920 мм) или до 8 (В,= =900, 1050, 1200, 1350, 1500, 1650, 1800, 1950 мм), т, е. примерно в 2 раза. 110Изобретение позволяет повысить производительность МНЛС, улучшить условия для реализации энергосберегающей технологии горячей листовой прокатки. Литой сляб, имеющий вертикальные и горизонтальные грани с отношением ширины к толщине, равным 3 - 12, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона значений ширины полос, прокатываемых из слябов одной ширины, снижения энергозатрат на боковое обжатие при прокатке, повышения производительности машин непрерывного литья слябов, между горизонтальными и вертикальными гранями выполнены переходные участки с монотонным уменьшением толщины к вертикальным граням до 0,40 - 0,64 толщины его центральной части, а ширина переходных участков составляет 0,53 - 1,34 толщины сляба в центральной части. 245,0 279,3 300,0 309,8 480,0 524,4 545,6 120,3 160,9 188,8 202,9140591 12 Показатели Реализуемое Предель 50 80 300,0 309,8 150,3 152,0 245,0 141,9 279,3 147,0 173,2 219,1 133,4 138,5 5,583 5,650 4,398 4,905 5,432 5, 153 7,435 350,1 6,328 146,2 6,759 205,1 6,982 242,7 7,235 296,7 7,370 332,3 29,8 94,7 113,2 122,3 52,2 68,7 150 160 50 80 100 130 Длина очага деформации, ммРасчетная толщина,Сопротивление металла деформации,кг/ммСреднее удельноедавление, кг/ммУсилие прокатки, тсМомент прокатки,тс,мОстаточное уменьшение ширины послеклети с горизонтальными валками, мм Та блица 2 Боковое обжатие, мм 100 130 150 160