Температурный клин

Температурным клином называется изменение толщины полосы в результате того, что в /-й клети прокатка от головы к хвосту полосы протекает в разное время. При идеально равномерном распределении температуры по длине полосы перед прокаткой в момент прохождения через /-ю клеть температура головной части выше, чем хвостовой. По ходу прокатки температура в очаге деформации снижается, следовательно, растет сила прокатки, и по формуле Головина—Симса от головы к хвосту толщина полосы возрастает. Следует еше раз обратить внимание на следующее определение: температурным клином называется изменение толщины полосы, а не изменение температуры металла в очаге, хотя эти параметры между собой функционально связаны.

Чем длиннее полоса и меньше ее толщина, гем больше температурный клин и продольная разнотолщинность. Если не предпринимать мер борьбы с нею, то допуск на продольную разнотолщинность будет превышен в несколько раз. Поэтому на современных станах предусмотрено несколько возможностей устранить температурный клин.

Самым простым способом, применяемым на некоторых станах предыдущих поколений, является “косой” нагрев заготовки в печи. Если хвостовую часть сляба нагреть в печи выше, чем головную, причем правильно подобрать закон распределения температуры по длине сляба, то можно компенсировать температурный клин. Однако практическое использование этой идеи, например на стане 2500 ММ К, показало, что в силу статистического разброса технологических параметров нагрева и прокатки температурный клин не всегда совпадает с характеристиками “косого” нагрева. Такой метод ненадежен.

Более надежно отрабатывает температурный клин система автоматизированного регулирования толщины, точнее, зазора между валками (САРТ). По формуле Головина—Симса при снижении температуры по ходу прокатки увеличивается слагаемое Р/М_к, следовательно, для постоянства толщины И необходимо по такой же закономерности уменьшать зазор 5 между валками.

На станах третьего и четвертого поколения температурный клин отрабатывают за счет ускорения прокатки в чистовой группе клетей. На стане 2000 ЧерМК в режиме ускорения может работать также черновая непрерывная группа клетей. При увеличении скорости прокатки сокращаются время контакта металла с валками и деталями стана, а также время излучения, что уменьшает потери тепла между пропусками и падение температуры конца прокатки металла.

С другой стороны, работа деформации, переходящая в тепло, способствует увеличению температуры металла между пропусками. За счет увеличения скорости прокатки от момента захвата до выхода полосы из валков можно разогреть хвостовую часть полосы и выравнять температурный клин. На современных станах за счет ускорения стана создают даже обратный температурный клин, т. е. обеспечивают такой тепловой баланс, когда при прохождении через последнюю клеть температура хвостовой части на 20—30 °С выше температуры головы. Такое распределение температур обеспечивает более равномерную температуру смотки листа на моталку и более равномерные конечные механические свойства его по длине.

Режим ускорения стана применяется после того, как передний конец полосы надежно захватывается моталками на заправочной скорости (не выше 10 м/с), поэтому фактический скоростной график прокатки в последней клети стана достаточно сложен. Как минимум, на нем содержатся два участка (рис. 16.4) — участок прохождения переднего конца полосы на заправочной скорости от последней клети до моталки и участок разгона стана до максимальной скорости К_тах с ускорением а, равным тангенсу наклона кривой разгона к горизонтали. Среднее ускорение стана а = 1§а = 0,04—0,07 м/с². Опыты и расчеты показывают, что для полной компенсации температурного клина необходимо переменное во времени ускорение, увеличивающееся к концу прокатки.

Рис. 16.4. Изменение скорости прокатки листа в последней клети стана

При прокатке тонких полос есть опасность того, что задний конец полосы при высоких скоростях будет сильно колебаться и при ударах о детали рольганга разлохмачиваться и даже разрываться. Поэтому к концу прокатки скорость прокатки снижают с некоторым замедлением: Ь — ГёР. При прокатке толстых полос участок замедления скорости отсутствует.

Заметим, что фактически наблюдаемые графики прокатки на реальном стане по разным причинам могут быть значительно сложнее. Но даже при самом сложном скоростном графике прокатки система автоматического регулирования натяжения должна обеспечивать стабильное натяжение между клетями, т. е. синхронное увеличение или замедление всех клетей непрерывной группы стана, чтобы поддерживать разнотолщинность полосы в жестких допусках.

Опыт показал, что частично температурный клин можно снизить за счет регулирования подачи воды на чистовом гидросбиве. По ходу прокатки температура в очаге деформации падает, поэтому необходимо снижать количество подаваемой воды от головы к хвосту раската. Однако возможности такого регулирования ограничены, так как необходимо обеспечить надежное удаление окалины с поверхности листа, поэтому расход воды на чистовом гидросбиве всегда близок к максимальному.

Оригинальным и эффективным способом устранения температурного клина является применение койлбокса. Койлбокс — это мощная напольная моталка, на которую сматывается промежуточный раскат толщиной 28—35 мм после черновой группы клетей. Затем с моталки лист задним концом подается в чистовую группу клетей. При такой технологии прокатки температурный клин, появившийся в черновой группе клетей, компенсируется обратным температурным клином в чистовой группе. Койлбокс интересен также гем, что позволяет значительно укоротить промежуточный рольганг и длину всего цеха. При этом уменьшается стоимость стана и здания. Кроме того, намотанный на моталку металл меньше теряет температуру, поэтому по температурному режиму проходит прокатка более тонких листов, чем на стане с длинным промежуточным рольгангом. Не требуются дополнительные экраны на промежуточном рольганге.

Койлбокс, установленный на стане 2800/1700 комбината ЧерМК, показал высокую эффективность его работы. Впервые койлбокс установлен в 1984 г. на ШПС 2000 в Канаде. Применение койлбокса на этом стане позволило сократить длину цеха на 40—60 м, уменьшить капитальные затраты на 6 %, энергетические затраты за счет отказа от режима ускорения — до 40 %, применить более тяжелые слябы, увеличить температуру конца прокатки. Однако прокатка с койлбоксом снижает общую скорость прокатки и увеличивает цикл прокатки, поэтому на станах с большой производительностью, таких как стан 2000 ЧерМК, койлбоксы применять не рекомендуется.