Выбор технологических параметров прокатки на непрерывном стане с плавающей оправкой. Часть 2

26/06/2013 11:12am

Автор: Балакин В.Ф., Гармашев Д.Ю.,Степаненко А.Н.,Угрюмов Ю.Д.,Павловский Б.Г.,

Категории: трубное производство

В соответствии с поставленной задачей исследований в  данной статье (Часть 1), были выполнены исследования процесса прокатки применительно к двухвалковым непрерывным станам с плавающей оправкой. На основании существующего положения была разработана более строгая методика расчета ка­либровки валков и технологических параметров с использованием результатов ранее выполненных работ и собственного опыта.

УДК 621.774.35

balakin

Балакин Валерий Федорович
Заведующий кафедрой технологического проектирования
Доктор технических наук, профессор
Национальная металлургическая академия Украины

Гармашев Д.Ю., к.т.н., ведущий инженер ЦЗЛ ПАО «ИНТЕРПАЙП НТЗ».

Степаненко А.Н., ГП «ГИПРОМЕЗ».


Угрюмов Ю.Д., к.т.н.,
ведущий инженер ГП «ГИПРОМЕЗ».


Павловский Б.Г., к.т.н., научный консультант ПАО «Дне­пропетровский трубопрокатный завод».

Выбор технологических параметров прокатки на непрерывном стане

с плавающей оправкой.

 

Определение коэффициентов вытяжки металла по клетям непрерывного стана для действующей калибровки валков ТПА 80 ПАО

«Дне­пропетровский трубопрокатный завод».

Изложение основных материалов исследований. В соответствии с поставленной задачей исследований в  данной статье (Часть 1), были выполнены исследования процесса прокатки применительно к двухвалковым непрерывным станам с плавающей оправкой. На основании существующего положения была разработана более строгая методика расчета ка­либровки валков и технологических параметров с использованием результатов ранее выполненных работ и собственного опыта.
Калибровка валков непрерывного стана ТПА 80 ПАО «Дне­пропетровский трубопрокатный завод» работает длительный период. За это время она претер­пела некоторые изменения. В связи с тем, что из-за перегрузки часто ломались валки 3-й клети, выну­ждены были перераспределять деформации между клетями и подбирать практическим путем соот­ветствующие числа оборотов валков, чтобы ее по возможности разгрузить. В конечном итоге была поставлена задача определить коэффициенты вытяжки по клетям для действующей калибровки и разработать усовершенствованную калибровку с заданным режи­мом распределения вытяжек по стану. Форма калибра с первой по пятую клети выполняются овальными. С пятой по седьмую - круглые с прямыми выпусками, в восьмой – профиль калибра круглый без выпусков.
Отличительной особенностью новой калибровки является то, что для первой и четвертой клетей форма калибра выполняется эллипсной.
Поставленную задачу решали аналитически. Методика представленная в данной статье изложена пошагово для каждой клети – от первой до восьмой. Для примера выполнения расчета была принята гильза размером 124×14,5 мм для трубы 95×3,0 мм.
Разработанная методика послужила алгоритмом при создании программы автоматического расчета новой калибровки валков непрерывного стана ТПА 80.

 

Коэффициент вытяжки μ1 в 1-й клети.


Предполагаем, что в 1-й клети происходит полное заполнение калибра металлом.
  В соответствии с рис. 1 координаты центра О1, радиуса r1, получаются при пересечении радиуса окружности R-r1 и прямой O1G параллельной образующей калибра EF.
formula 1,                                              (1)
formula 1 ,                                                               (2)
formula 3 ,                                                      (3)
formula 4 ,                      (5)
formula 5 ,                                                        (6)

  1. Угол φ равен

                                      formula 6                                             (7).
  Площадь треугольника O1OD составляет
formula 7                                            (8)


калибр валков клети
Рис. 1 – Калибр валков первой клети с оправкой.

Площадь фигуры OBCD равна
формула 8                               (9)

 

Площадь сектора О1СЕ равна

                                       формула 9                                       (10)

Площадь треугольника DO1L составляет

                                       формула 10                                 (11)

Площадь треугольника L O1Gравна

формула 11                                    (12)
Площадь прямоугольника 01EFG составляет   
формула 12 ,                                            (13)
Координаты центра О2 окружности радиуса r2 определяются из выражений:
формула 13                                   (14)
формула 15                                         (15)
Длина отрезка HI равна
формула 15                                   (16)
  Длина отрезка FI составляет
формула 16                                                (17)
Площадь трапеции GFIH составляет
формула 17                                           (18)

Величина радиуса r3 равна

                                              формула 18                                       (19)

Угол β определяем из выражения:

                                                        формула 19                                           (20)

Длина отрезка О2О3 составляет

                                                         формула 20                                                 (21)

Длина отрезка О2Н составляет

                                                        формула 21                                                 (22)
Площадь фигуры НIJО3  находим из выражения:
формула 23                     (23)

Площадь сектора O3JN равна

                                                        формула 24                                    (24)
Площадь калибра 1-й клети равна
формула 25                                                (25)
Площадь трубы в калибре составляет
формула 26                                                 (26)
где  Fo - площадь сечения оправки, формула 27                                                (27)

Коэффициент вытяжки в 1 -й клети равен

                                               формула 28,                                   (28)
где   DГ  и  СГ - соответственно наружный диаметр и толщина стенки гильзы.

Исходные параметры и результаты расчетов:

Dг=124 мм, Сг=14,5 мм, хО1=14,64 мм, уО1=17,3 мм, φ=9,36 мм, FO1OD= 421,53 мм2, FOBCD= 755,23 мм2, FO1CE= 366,27 мм2,  FDO1L= 24,68 мм2,  FLO1G= 100,94 мм2,  FO1TFG= 626,05 мм2, хО2=68,45 мм, уО2=18 мм, lHI=17,19 мм, lFI=8,64 мм, FGFIH= 203,88 мм2, r3=7,43 мм, β=36,63°, lO2H=32,19 мм, lO2O3=22,43 мм, FHIJO3= 81,71 мм2, FO3JN= 25,70 мм2, FT= 3196,1 мм2, μ=1,56

 

Коэффициент вытяжки μ2  2-й клети.


Предполагаем, что без заднего натяжения во 2-й клети происходит заполнение калибра метал­лом без затекания последнего в зазоры между валками (рис. 2).


калибр валков второй клети
Рис. 2 – Калибр валков второй клети с оправкой.


Площадь фигуры ОВС   равна
формула 29                                      (29)
Длина отрезка  О1О равна
формула 30                                                 (30)

Величина угла β определяется из выражения:

                                      формула 31                                (31)

Длина отрезка О1Е равна

                                               формула 32                                         (32)
Площадь фигуры OCDE   составляет
формула 33          (33)

Длина отрезка О2Е равна

                                                        формула 34                                         (34)

Ширина калибра - b равна

                                      формула 35                     (35)

Координаты центра О2 окружности радиуса r2 определяются из выражений:

                                               формула 36                                      (36)
формула 37                                                 (37)

Величина радиуса r3, составляет

                                               формула 38                                      (38)

Угол γ равен

                                                        формула 39                                   (39)

Площадь фигуры EDGO3 равна

                   формула 40                          (40)

Площадь сектора O3GH составляет

                                                        формула 41                                  (41)

Площадь калибра 2-й клети равна

                                                          F=4( σ *Fi);                                    (42)

Площадь трубы в калибре составляет

                                                        формула 42                                        (43) где  Fo - площадь сечения оправки.
формула 44                                         (44)
Коэффициент вытяжки во 2-й клети равен
формула 45,                                           (45)
Исходные параметры и результаты расчетов:
FOBC= 923,73 мм2, lO1O=121,5 мм, FO1CE= 366,27 мм2, β=33,99°, lO1E=153,69 мм, FOCDE= 993,92 мм2, lO2E=31,31 мм, b=60,78 мм, хО2=67,48 мм, уО2=17,5 мм, r3=7,6 мм, γ=50,73°, FEDGO3= 69,06 мм2,  FO3GH= 25,60 мм2, F= 8049,24 мм2, FT2= 2507,47 мм2, μ=1,2746

Коэффициент вытяжки в 3-й клети


Принимаем, что калибр 3-й клети заполняется металлом. Металл контактирует с оправкой не по всей окружности. В области выпусков калибра стенка трубы не соприкасается с оправкой (рис. 3).

Величина угла у равна

                                               формула 46                                          (46)

Координаты точки Т определяем из выражений:

                                               формула 47                                          (47)
формула 48                                         (48)

калибры валков 3-7



клети

Шифр

С

 

 

D

 

 

E

 

 

 

F

 

G

3,4

Х

32,5

34,0

36,0

38,0

40,0

42,0

42,0

44,0

46,0

48,0

500

52,0

56,0

У

32,5

31,0

29,0

36,69

24,7

24,7

22,4

20,0

17,6

15,0

122

9,1

0,0

5,6

Х

32,2

34,0

36,0

38,0

40,0

40,0

42,0

44,0

46,0

48,0

50,0

52,0

56,0

У

32,2

31,0

28,3

36,1

23,9

23,9

21,6

19,2

16,6

13,9

11,0

7,6

0,0

Рис. 3 – Калибры валков с третьей по седьмую клетей.

Координаты точки О1, равны

                                               формула 49                                       (49)
формула 50,                                           (50)

Величина радиуса r1,  составляет

формула 51                                              (51)

Площадь части кольца ABCS  равна

                                               формула 52                                      (52)
формула 53(53)
формула 54                                               (54)
Длина отрезка O1S равна
формула 55                                     (55)
Длина отрезка QD составляет
формула 56                           (56)

Длина отрезка O1Q равна

                                                        формула 57                                                 (57)

С достаточной точностью фигура SCDQ определяется из выражения:

                                     формула 58                       (58)

Величина угла η равна

                                                        формула 59                                          (59)

Величина выражения А:

формула 60                                          (60)

Координаты точки N равны

формула 61,                                               (61)
формула 62                                       (62)
где СB2 - толщина стенки в вершине калибра 2-й клети.

Координаты точки Р  определяются из выражений:

формула 63               (63)
формула 64                                         (64)

Длина отрезка DE  составляет

формула 65                                   (65)

Длина отрезка PN равна

формула 66                                      (66)

Площадь фигуры QDUP с достаточной точностью определяется из выражения:

формула 67                     (67)

Площадь фигуры PUEN равна

формула 68                                             (68)

Величина угла ψ составляет

формула 69                                        (69)

Координаты точки V (на рисунке не показана) равны

                                                        формула 70                                          (70)
формула 71                                         (71)

Координаты точки О2 определяются из выражений

формула 72                              (72)
формула 73                                  (73)

Длина радиуса r2 равна

                                                        формула 74                           (74)

Угол v определяем из формулы

                                                        формула 75                                         (75)

Площадь фигуры NEFM равна

                                     формула 76                      (76)

Угол ε определяем из выражения

                                                        формула 77                                          (77)

Координаты точки W (на рис. не указана) определяем из выражений:

                                                        формула 78                                         (78)
формула 79                                         (79)

Координаты точки О3  равны

                                               формула 80                         (80)
формула 81                                      (81)

Координаты центра О4 составляют

формула 82                          (82)
формула 83                                        (83)

Угол  τ равен

                                                                  формула 84,                                       (84)

Угол χ составляет

                                                                  формула 85                                     (85)

Площадь фигуры MFIL равна

                                                                  формула 86                                     (86)

Радиус r5 равен

                                                                  формула 87                           (87)

Координаты центра окружности радиуса r5 составляют

                                                                           формула 88                                         (88)
формула 89                                              (89)

Угол λ равен

                                                                           формула 90                               (90)

Площадь фигуры LIJK равна
формула 91                     (91)

Площадь фигуры LJGH определяем из выражения:
формула 92                                              (92)

Площадь трубы в калибре 3-й клети равна

                                               формула 93                                                  (93)

Коэффициент вытяжки металла в 3-й клети составляет
формула 94  ,                                                            (94)

Исходные параметры и результаты расчетов:

γ=-45,974°, хТ=35,263 мм, уТ=29,713 мм, хО1=-167,754 мм, уО1=-167,754 мм, β=43,412°, r1=283,24 мм, FABCS= 128,33 мм2, хQ=34,652 мм, уQ=23,732 мм, lO1S=279,24 мм, lQD=4,609 мм, lO1Q=278,632 мм, FSCDQ= 33,672 мм2, η=-48,99°, AN=60,694 мм, xN=39,095 мм, yN=15,734 мм, xP=38,804 мм, yP=16,069 мм, lDE=9,144  мм, lPN=0,443  мм, FQDUP= 48,329 мм2, FPUEN= 3,879 мм2, ψ=-53,723°, xV=48,0 мм, yV=14,55 мм, xO2=-1,508 мм, yO2=-19,572 мм, , r2=60,307 мм, ν=28,185°, FNEFM= 83,012 мм2, ε=-66,772°, °, xW=54,0 мм, yW=4,55 мм, xO3=-4,382 мм, yO3=-21,113 мм, r5=9,097мм, xO5=46,903 мм, yO5=0 мм, λ=38,976°, FLIJK= 18,612 мм2, FLJGH= 25,855 мм2,  FT3= 1446,175 мм2, μ=1,734.

 

Коэффициент вытяжки μ 3 в 4-й клети


В 4-й клети принимаем условно толщину стенки в области выпусков, равной толщине стенки в вершине калибра 3-й клети (рис. 3).
Площадь части кольца ABCS равна
формула 95                         (95)
Площадь части кольца SCDQ составляет
формула 96                  (96)
Площадь прямоугольника QDEN определяется из выражения
формула 97             (97)
Площадь фигуры NEFM составляет
формула 98                (98)
Площадь фигуры MFIL равна
формула 99                         (99)
Площадь фигуры LIJK равна
формула 100                           (100)
Площадь фигуры LJGH определяем из выражения
формула 101             (101)
Площадь трубы в калибре 4-й клети составляет
формула 102                                                          (102)
Коэффициент вытяжки металла в 4-й клети равен
формула 103                                                   (103)
Исходные параметры и результаты расчетов:
FABCS= 138,23 мм2, FSCDQ= 31,178 мм2, FQDEN= 36,575 мм2, FNEFM= 61,985 мм2, FMFIL= 6,881 мм2, FLIJK= 10,372 мм2, FKJGH= 119,312 мм2, FT4= 1218,136 мм2, μ=1,187

Коэффициент вытяжки μ5 в 5-й клети.

Расчеты выполняются по методике для 3-й клети:
γ=-46,188°, хТ=35,09 мм, уТ=29,137 мм, хО1=-111,381 мм, уО1=-111,381 мм, β=42,624°, r1=203,016 мм, FABCS= 120,264 мм2, хQ=34,628 мм, уQ=22,996 мм, lO1S=199,516 мм, lQD=4,583 мм, lO1Q=198,433 мм, FSCDQ= 33,921 мм2, η=-48,99°, AN=63,704 мм, xN=40,981 мм, yN=16,575 мм, xP=34,221 мм, yP=24,35 мм, lDE=9,144  мм, lPN=10,302  мм, FQDEN= 36,575 мм2, ψ=-55,408°, xV=48,0 мм, yV=13,40 мм, AO2=-19,06 мм, xO2=0,642 мм yO2=-18,618 мм, , r2=57,533 мм, ν=27,044°, FNEFM= 54,141 мм2, ε=-69,459°, °, xW=53,5 мм, yW=3,80 мм, xO3=14,056 мм, yO3=-11,77 мм, r3=42,602 мм, xO4=60,461 мм, yO4=13,0 мм, χ=0°, FMFIL= 0 мм2, r5=10,83  мм, xO5=44,14 мм, yO5=0 мм, λ=38,538°, FLJGH= 14,449 мм2, FKJGH = 23,837 мм2,  FT5= 1132,753 мм2, μ=1,075.

Коэффициент вытяжки металла в 6-й клети.


Расчеты выполняются по методике для 4-й клети.
Исходные параметры и результаты расчетов
FABCS= 120,264 мм2, FSCDQ= 29,205 мм2, FQDEN= 32,003 мм2, FNEFM= 53,092 мм2, FMFIL= 0 мм2, FLIJK= 7,497 мм2, FT6= 1218,136 мм2, μ=1,075.

Коэффициент вытяжки металла в 7-й клети


Принимаем, что металл заполняет калибр клети по контуру, не соприкасаясь с оправкой.
В соответствии с рис. 4 определяем угол φ:
формула 104                                      (104)
калибры валков 7-8
Рис. 4 – Калибры валков седьмой и восьмой клетей.

 

Координаты точки О1 равны

                                                        формула 105                                         (105)
формула 106                                            (106)
Координаты точки О2 определяем из выражений:
формула 107                                             (107)
формула 108                                             (108)

Координаты точки  ОB составляют

                                                                  формула 109                                               (109)
формула 110                                  (110)

Радиус r2 равен

                                                        формула 111                                     (111)
Площадь трубы в четверти калибра, ограниченная углом 90 - φ, равна
формула 112                (112)
Площадь трубы в четверти калибра в области выпусков, ограниченная углом φ, составляет
формула 113                          (113)
Площадь трубы в калибре 7-й клети равна
формула 114                                       (114)
Коэффициент вытяжки в 7-й клети составляет
формула 115                                         (115)

Исходные параметры и результаты расчетов:

φ=14,227°, хО1=57,19 мм, уО1=12,0 мм, хО2=9,86 мм, уО2=0 мм,  xB=47,497 мм, yB=9,542 мм,  r2=38,82 мм, F90-φ = 218,692 мм2,  Fφ = 32,21 мм2, FT7= 1003,629 мм2, μ=1,05

Коэффициент вытяжки металла в 8-й клети.

Используем методику для 7-й клети.
Исходные параметры и результаты расчетов:
φ=15,714°, хО1=55,832 мм, уО1=12,0 мм, хО2=13,18 мм, уО2=0 мм,  xB=46,20 мм, yB=12,00 мм,  r2=38,27 мм, F90-φ = 209,877 мм2,  Fφ = 35,056 мм2, FT8= 979,73 мм2, μ=0,96.

 

Выводы


В данной части статьи представлена ужесточенная методика расчета калибровки для двухвалковых непрерывных станов. В основу данной методики заложено сочетание эллипсной и круглой калибровок.
Предложенная методика была успешно апробирована при прокатке труб на ТПА 80 ПАО «Днепропетровский трубный завод» на размере  95×3,0  мм.


Презентация

Контакты

 

 

Контакты

НАШІ КОНТАКТИ:

[email protected]

[email protected]

м. Дніпро

тел. +38 (056) 794-36-74, +38 (056) 794-36-75

моб. +38 (050) 320 69 72

ISSN 20760507

Керівник проекту - Гриньов Володимир Анатолійович

Партнеры