Быстрый поиск

Курсовая работа: Профиль для металлических конструкций

br>

7. Методика расчета энергосиловых параметров прокатки

Расчет энергосиловых параметров выполним по ходу прокатки. Для начала выполним расчет коэффициентов вытяжки и скоростного режима прокатки [3].

Площадь полосы в калибре определим по:

ω = В×d + 2 ((ao + bo) ho/2 + (aз + bз) hз/2) мм2, (1)

где В-ширина калибра;

d – толщина стенки калибра;

ao – толщина открытого фланца у вершины калибра;

bo – толщина открытого фланца у основания калибра;

ho – высота открытого фланца;

aз – толщина закрытого фланца у вершины калибра;

bз – толщина закрытого фланца у основания калибра;

hз – высота закрытого фланца.

Для расчета скоростного режима и энергосиловых параметров прокатки фасонные полосы пересчитываем на соответственные прямоугольные по методу приведенной высоты:

Нс = ω/В мм, (2)

где ω – площадь полосы в калибре;

В-ширина калибра.

Определим катающие диаметры валков. Расчет следует вести при максимальных диаметрах валков, чтобы определить максимальную энергосиловую загрузку оборудования стана.

Dк = D0 – Нс мм, (3)

где D0 – максимальный диаметр бочки валков (см. табл. 2.1);

Нс приведенная высота фасонной полосы.

Коэффициент вытяжки в разрезном калибре:

λi = ωi-1/ ωi, (4)

где ωi-1 – площадь полосы задаваемой в калибр;

ωi – площадь полосы выходящей из калибра.

Конечную скорость прокатки определим, исходя из максимально допустимой скорости валков в чистовой клети с учетом запаса на регулирование в связи с переточкой валков в размере 8%:

м/с, (5)

где Dк – катающий диаметр валков;

n – максимальная чистота вращения валков;

k – коэффициент запаса на регулирование в связи с переточкой валков.

Частота вращения валков:

об/мин, (6)

где V – скорость вращения валков;

Dк – катающий диаметр.

Найденную частоту вращения валков нужно сравнить с допустимой (см. табл. 2.1).

Найдем скорости в остальных калибрах из условия постоянства секундных объемов металла, проходящих через калибры этих клетей:

м/с, (7)

где V – скорость вращения валков;

λ коэффициент вытяжки.

Выполняем расчет энергосиловых параметров. Определим значения усилия, крутящие моменты и температурный режим прокатки.

Определим абсолютное изменение приведенной высоты:

ΔНс = (Н0с – Н1с) мм. (8)

Определим среднее значение приведенных высот в калибре:

Нср = (Н0с + Н1с)/2 мм, (9)

где Н0с приведенная высота в предыдущем калибре;

Н1с приведенная высота в данном калибре.

Относительное обжатие:

, (10)

где ΔН1 абсолютное изменение приведенной высоты;

Н0с приведенная высота в предыдущем калибре.

Скорость деформации металла:

с-1, (11)

где n – частота вращения валков;

ε – относительное обжатие;

Dк – катающий диаметр;

Нс приведенная высота в калибре.

Длина очага деформации:

мм. (12)

Рассчитаем контактную площадь прокатки:

F1 = 0.5×(B0 + B1)×lc мм2, (13)

где B0 – ширина раската перед входом в данный калибр;

B1 – ширина раската;

lc – длина очага деформации.

Найдем длину раската по проходам. При длине исходной заготовки 5 метров из описания технологии прокатки на данном стане.

Длины раската по проходам:

Li = Li-1×λi мм, (14)

где Li-1 – длина предыдущего раската;

λi – коэффициент вытяжки.

Определим сопротивление деформации стали 70 по методу термомеханических коэффициентов В.И. Зюзина:

σ = σод×Кt×Кε×Кu МПа, (15)

где σод базисное значение сопротивления деформации, определяемое для данной марки стали при t = 1000 0C, ε = 0,1 и u = 10 с-1;

Кt, Кε, Кu – термомеханические коэффициенты, учитывающие соответственно влияние температуры прокатываемого металла, степени и скорости деформации. Эти коэффициенты определяются по формулам или кривым, построенным для каждой марки стали. В нашем случае для стали 10 пс определим эти коэффициенты по рисункам 7.1 и 7.2.

Рис. 7.1. Температурный Кt и степенной Кε коэффициенты стали 20ПС

Рис. 7.2. Скоростной Кu коэффициент стали 20ПС

Для стали 20 пс σод = 82,32 МПа. [12]

Определяем температуру раската перед входом во вторую клеть. Для этого рассчитаем время охлаждения раската, которое складывается из паузы на передачу раската от одной клети к другой и машинного времени прокатки.

Рассчитаем время охлаждения раската:

сек, (16)

где Lp – длина рольганга;

Vр – скорость рольганга;

L1 – длина раската;

Lш – длина шлепера;

Vш – скорость шлепера;

V1 – скорость прокатки в данной клети.

Найдем повышение температуры металла вследствие перехода механической энергии деформации в теплоту:

Δtд = 0,183×σ×lnλ 0C, (17)

где σ – сопротивление деформации стали;

λ – коэффициент вытяжки.

Рассчитаем периметр поперечного сечения раската после прохода:

П = 2×(Нс + В) мм, (18)

где Нс приведенная высота в калибре;

B – ширина раската.

Тогда на основе использования метода А.И. Целикова изменение температуры раската за время прокатки в калибре и перемещения к следующему калибру составит:

0С, (19)

где t0 – температура раската перед входом в рассматриваемый калибр;

П – периметр поперечного сечения раската после прохода;

τ время охлаждения раската;

ω площадь поперечного сечения раската после прохода;

Δtд – повышение температуры металла вследствие перехода механической энергии деформации в теплоту.

Температура металла перед заходом в следующую клеть:

ti = ti-1 – Δt 0С, (20)

где ti-1 – температура прокатки в предшествующей клети;

Δt – изменение температуры раската за время прокатки в калибре и перемещения к следующему калибру составит.

Рассчитаем контактное давление прокатки по методу В.С. Смирнова:

р = 1,08×nσ×nж×nф×σ МПа, (21)

где nσ – коэффициент напряженного состояния, учитывающий влияние на контактное давление внешнего трения;

nж – коэффициент, учитывающий влияние внешних зон по отношению к геометрическому очагу деформации;

nф – коэффициент формы профиля.

Найдем коэффициент напряженного состояния:

nσ = , (22)

где δ – коэффициент учитывающий влияние контактного трения на форму очага деформации;

ε – относительное обжатие.

Определим коэффициент учитывающий влияние контактного трения на форму очага деформации:

, (23)

где μ – коэффициент внешнего трения;

lc – длина очага деформации;

ΔНс абсолютное изменение приведенной высоты.

Коэффициент внешнего трения:

μ = 0,55 0,00024×t, (24)

где t – температура деформируемого металла.

Найдем отношение длины очага деформации к среднему значению приведенной высоты: .

Определим значение коэффициента, учитывающего влияние внешних зон по отношению к геометрическому очагу деформации:

nж = , (25)

где – фактор формы очага деформации.

Найдем коэффициент формы профиля:

nф = , (26)

где lc – длина очага деформации;

μ коэффициент внешнего трения;

ΔНс абсолютное изменение приведенной высоты.

Рассчитаем усилие прокатки:

Р = р×F×10-6 МН, (27)

где р – контактное давление прокатки;

F – контактная площадь прокатки.

Определим коэффициент плеча приложения усилия прокатки по формуле М.А. Зайкова – Н.А. Федорова:

φп = 5,85 – 11∙ + 7,35∙ – 1,58∙, (28)

где – фактор формы очага деформации.

Рассчитаем крутящий момент деформации:

Мвал = 2×Р×lc× φп кН×м, (29)

Ограничения по скоростному режиму прокатки проверяем по формулам (26) и (27) с учетом коэффициента загрузки электродвигателей стана.

Коэффициент загрузки электродвигателей стана по усилию прокатки:

, (30)

где Р усилие прокатки;

Рmax – максимально допустимое усилие прокатки.

м/с; (31)

м/с, (32)

где Dк – катающий диаметр;

nmax, nmax – соответственно максимально возможные и минимальные частоты вращения валков (см. табл. 2.1);

k – коэффициент загрузки электродвигателей стана.

Определим часовую производительность стана:

, (33)

где G – масса заготовки;

Тт такт прокатки;

Ки коэффициент использования;

Принимаем Ки = 095.

8. Расчет энергосиловых параметров прокатки

Исходными данными для расчета энергосиловых параметров служат данные расчета калибровки.

Расчет энергосиловых параметров выполним по методика приведенной выше.

По формуле (1) рассчитаем площадь полосы в каждом калибре:

ω1 = 307×73 + 2 ((60 + 125)×96,4/2 + (66,3 + 137,5)×87,2/2) = 58016 мм2;

ω2 = 317×48,3 + 2 ((34 + 69)×88,4/2 + (52 + 51)×88,4/2) = 33521,5 мм2;

ω3 = 328×30,8 + 2 ((20 + 44)×89,6/2 + (30 + 41,4)×80,4/2) = 21577,4 мм2;

ω4 = 338×19,7 + 2 ((14 + 30,3)×81,6/2 + (18 + 26)×81,6/2) = 13864 мм2;

ω5 = 348×13 + 2 ((7,4 + 20)×82,8/2 + (12,4 + 18,8)×73,6/2) = 9089 мм2;

ω6 = 355×9,55 + 2 ((6,04 + 16)×74,8/2 + (7,4 + 14,6)×74,8/2) = 6684,4 мм2;

ω7 = 358×8,3+ 2 ((4,5 + 13,56)×76/2 + (6,04 + 14,4)×66,8/2) = 5709,4 мм2;

ω8 = 360×7,6+ 2 ((5,31 + 13,5)×68/2 + (5,31 + 13,5)×68/2) = 5294 мм2.

Для расчета скоростного режима и энергосиловых параметров прокатки фасонные полосы пересчитываем на соответственные прямоугольные по методу приведенной высоты. Рассчитаем по формуле (2) значения приведенной высоты:

Нс1 = 58016/307 = 189 мм; Нс2 = 33521,5/316,8 = 105,8 мм;

Нс3 = 21577,4/328 = 66 мм; Нс4 = 13864/338 = 41 мм;

Нс5 = 9089 /348 = 26 мм; Нс6 = 6684,4/355 = 19 мм;

Нс7 = 5709,4/358 = 16 мм; Нс8 = 5294/360 = 15 мм.

Определим катающие диаметры валков. Расчет будем вести при максимальных диаметрах валков (см. табл. 2.1), чтобы определить максимальную энергосиловую загрузку оборудования стана. По формуле (3) рассчитаем катающие диаметры:

D1 = 1000 – 189 = 811 мм; D2 = 1000 – 105,8 = 894,2 мм;

D3 = 1000 – 66 = 934 мм; D4 = 800 – 41 = 759 мм;

D5 = 800 – 26 = 774 мм; D6 = 800 – 19 = 781 мм;

D7 = 800 – 16 = 784 мм; D8 = 800 –15 = 785 мм.

Найдем коэффициент вытяжки в калибрах по формуле (4):

λ1 = 89925/58016 = 1,55; λ2 = 58016/ 33521,5 = 1,73; λ3 = 33521,5/ 21577,4 = 1,55;

λ4 = 21577,4/ 13864 = 1,55; λ5 = 13864/ 9089 = 1,53; λ6 = 9089/ 6684,4 = 1,36;

λ7 = 6684,4/ 5709,4 = 1,17; λ8 = 5709,4/ 5294 = 1,08.

Определим по формуле (5) конечную скорость прокатки в восьмой клети, исходя из максимально допустимой скорости валков в чистовой клети с учетом запаса на регулирование в связи с переточкой валков в размере 5%:

м/с.