Статистические исследования точности тонколистовой прокатки
Железнов Ю.Д., Коцарь С.Л., Абиев А.Г.
Металлургия, 1974 г.
ПРОДОЛЬНАЯ РАЗНОТОЛЩИННОСТЬ И РАЗНОШИРИННОСТЬ ПОЛОС
1. Статистические характеристики продольной разнотолщинности
Прокатный стаи представляет собой сложную динамическую систему. В эту систему входят механические, электрические и технологические звенья. Все кинематические и силовые связи между отдельными клетями и приводом в непрерывных станах осуществляются через такие интегральные параметры, как среднее по ширине полосы давление металла на валки, натяжения, толщина на входе и выходе клетей, момент прокатки. Вариации толщины, удельного давления и натяжения по ширине полосы практически не оказывают влияния на интегральные оценки параметров. Это позволяет рассматривать процесс формирования продольной разнотолщинности вне связи с поперечной разнотолщинностью и отклонениями формы полос.
Многообразие и случайный характер возмущений, действующих на полосу во время прокатки, и других вспомогательных технологических операций определяет методику анализа точности холоднокатаных полос. Надежные результаты о величине разнотолщинности могут быть получены лишь на основе статистической обработки большого экспериментального материала, а механизм формирования разнотолщинности следует раскрывать на основе методов теории вероятностей.
Очевидно, что процесс формирования разнотолщинности может быть рассмотрен как случайный процесс. Прокатный стан представляет собой стационарную динамическую систему, которая характеризуется постоянными массами и жесткостями его механических звеньев, постоянными характеристиками электропривода на участке установившегося процесса прокатки и т. д. Нестационарным звеном является моталка, так как при постоянной скорости прокатки с ростом диаметра рулона частота вращения рулона уменьшается. Так как увеличение диаметра рулона происходит медленно, этот процесс можно приближенно рассматривать как квазистационарный. С точки зрения теории автоматического управления прокатный стан представляет собой многомерную систему, поведение которой полностью определено ее оператором. Стационарная система преобразует стационарный входной сигнал в стационарный выходной сигнал. Разобранные ниже возмущения являются стационарными нормальными процессами, следовательно, и выходные переменные, в том числе и разнотолщинность полосы, представляют собой стационарные нормальные процессы. В процессе прокатки в стане действуют следующие основные возмущения: биение бочек опорных и рабочих валков относительно опорных шеек, биение рулонов на моталках, неравномерность вращения рабочих валков из-за колебания передаточного отношения шарниров универсальных шпинделей, колебания размеров подката, неравномерность механических свойств металла, колебания коэффициента внешнего трения и т. д. На непрерывных станах эти возмущения через натяжение передаются на соседние клети. Возмущения с определенными передаточными функциями передаются на выходную толщину полосы.
При прокатке минимальной толщины на «минус» почти вся полоса укладывается в допуск по толщине, при прокатке же с установкой на номинальную толщину значительная часть заднего конца может выйти из допусков из-за температурного клина.
Из сопоставления количества брака в результате продольной разнотолщинности от полосы к полосе и по длине одной полосы можно сделать вывод о необходимости обеспечить стабильность условий прокатки, прежде всего при переходе от полосы к полосе.
Для полосы, полученной на непрерывном стане горячей прокатки без регулирования толщины, характерным является асимметричный характер распределения отклонений продольной разнотолщинности (см. рис. 59). Это подтверждает наличие закономерно изменяющихся по длине отклонений (температурный клин, передний и задний концы, прокатанные без натяжений, и т. п.) и случайно меняющихся отклонений, которые возникают из-за биения валков, колебания толщины масляной пленки в подшипниках, колебаний режима работы главных приводов и т. д. Неслучайные, закономерные, относительно медленно меняющиеся по длине составляющие продольной разнотолщинности, как правило, в настоящее время устраняются системами регулирования.
На непрерывном стане 2000 горячей прокатки НЛМЗ исследовали колебания толщины по длине подката. На расстоянии 50 мм от кромки с шагом 500 мм вручную измеряли толщину недокатов, выброшенных на промежутке между черновой и чистовой группами.
На рис. 60 представлены результаты измерения продольной разнотолщинности полосы 2 X 1250 мм из стали Ст3кп.
Исследования показали, что величина продольной разнотолщинности подката Ah при прокатке полос 4 χ 1500 мм из стали СтЗкп (толщина подката 34 мм) составляет 0,5 мм. При прокатке полос 1,8 X 1250 мм из стали СтЗкп (толщина подката 29 мм) продольная разнотолщинность равна 0,55 мм. Величина продольной разнотолщинности при прокатке полос 12 X 1800 мм и 12 х х 1680 мм из сталей 17 ГС и 17 Г2СФ (толщина подката 40 мм) Ah = 0,4ч-0,7 мм. На графиках изменения толщины просматриваются разнотолщинность, вызванная глиссажными трубами, и температурный клин. Колебания толщины, вызванные глиссажными трубами, составляют 0,1—0,3 мм.