BRPI0614932A2 - processo para lubrificação e resfriamento de rolos e de tira de metal quando da laminação, especialmente quando da laminação a frio de tiras de metal - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA LUBRIFICAçãO E RESFRIAMENTO DE ROLOS E DE TIRA DE METAL QUANDO DA LAMINAçãO, ESPECIALMENTE QUANDO DA LAMINAçãO A FRIO DE TIRAS DE METAL. Um processo para lubrificação e resfriamento de rolos (3, 4, 5, 6) e tira de metal (2) quando da laminação, especialmente quando da laminação a frio de tiras de metal, propõe que no lado de entrada (7a) seja aplicada continuamente on line dosada através de um modelo de cálculo (22) físico uma quantidade mínima de agente de lubrificação puro (9) sem alta fração de água com viscosidade controlada e capacidade de lubrificação em função de uma pluralidade de dados de processo (23), e que os dados de processo (23) a isso equivalentes sejam igualmente empregados on line no lado de saída (8a) através do modelo de cálculo (22) físico.
Description
PROCESSO PARA LUBRIFICAÇÃO E RESFRIAMENTO DE ROLOS E DETIRA DE METAL QUANDO DA LAMINAÇÃO, ESPECIALMENTE QUANDO DALAMINAÇÃO A FRIO DE TIRAS DE METAL
A invenção refere-se a um processo para lubrificação eresfriamento de rolos e tira de metal quando da laminação,especialmente quando da laminação a frio de tiras de metal,sendo que ao menos no lado de entrada um agente delubrificação e no lado de saída um agente de resfriamento éaplicado por pulverização e sendo que substâncias ativos emlubrificação, em limpeza e inertização ou gases (meios) ousua combinação são aduzidos no lado inferior da tira delaminação e no lado superior da tira de laminação e/ou norolo de trabalho inferior ou no rolo de trabalho superior.
Da EP 0 367 967 Bl é conhecido um tal processo pararesfriamento e lubrificação de rolos e material delaminação quando da laminação a frio. Uma emulsão deóleo/água contendo uma fase de óleo em uma técnica deemulsão especialmente é ajustada na medida de tensões detração parciais na tira de laminação ou na medida dascondições de engate entre rolo e tira de laminação e por umemprego segundo quantidade e segundo tipo dos meios a serememulsionados. A desvantagem é uma aplicação demasiada deóleo com elevada fração de ação e, com isso, perigo deoxidação na tira de aço fabricada ou revestimento sobre atira de metal não ferrosa. Uma aplicação demasiada de óleosignifica que quantidades de óleo residuais permanecemsobre a tira de metal, as quais devem ser novamenteremovidas por etapas de trabalho adicionais. Caso tambémainda ocorram poluições do meio ambiente por eliminação,resultam custos de fabricação ainda maiores.Da DE 199 53 230 C2 é conhecido, além disso, umprocesso de laminação a frio de material laminado metálico,em que o material laminado sob temperatura ambiente, paraalteração plástica de forma, atravessa a fenda de laminaçãoentre rolos acionados em sentido contrário, sendo que naregião da fenda de laminação em lugar de liquido deresfriamento é insuflado gás inerte, que apresenta umatemperatura de gás inerte situada abaixo da temperaturaambiente, como por exemplo com nitrogênio líquido, que éinferior à temperatura do material laminado.
A invenção tem por objetivo obter maior produção detira de laminação metálica qualitativamente de maior valormediante economia de etapas de processo, sendo que devemser possibilitadas qualidades de tira melhores por umprocesso de laminação mais estável, especialmente umaadaptação de atrito na fenda de laminação.
O objetivo proposto é alcançado, de acordo com ainvenção, pelo fato de que a quantidade do agente delubrificação puro, aplicado ao lado de entrada, é de talmaneira continuamente calculada e dosada com auxílio de ummodelo de cálculo físico que corresponde à quantidademínima de agente de lubrificação efetivamente necessáriaquando da laminação, e que o modelo de cálculo físico parao cálculo contínuo da quantidade mínima do agente delubrificação considera continuamente os dados de processovelocidade de tira de metal, qualidade de tira de metal,planicidade de tira de metal, superfície de tira de metal,tração de tira de metal no lado de entrada e no lado desaída da armação de laminação bem como os dados de processoforça de laminação, diâmetro de rolo de trabalho, asperezade rolo de trabalho e material de rolo.
As vantagens são uma melhor qualidade de tira graças aum processo de laminação mais estável, possibilitandoespecialmente uma adaptação de atrito na fenda delaminação. Além disso, é vantajoso que não mais sejanecessária uma posterior remoção de óleo e, assim, sejampoupadas outras etapas de processo. A lubrificação mínimasignifica que é aplicado no lado de entrada apenas tantoagente de lubrificação quanto seja necessário para obtençãoda desejada qualidade de produto. Além disso, dispensam-sedispositivos de eliminação e seus custos para emulsões deóleo. Na dosagem on-line do agente de lubrificação no ladode entrada podem ser consideradas grandezas de processocontinuamente fixas (p.ex. material, largura de tira esemelhantes) e grandezas de processo variáveis durante opasso (p.ex. velocidade de tira, força de laminação,momento de laminação, avanço, tração de tira, distribuiçãode tração de tira pela largura de tira, temperatura detira, temperatura de rolo, espessura de tira e redução deespessura) . Além disso, pode ser empregados meios deconservação (substâncias contra oxidação e adesivos detira) diretamente no lado de saída.
Uma outra execução da invenção reside em que o modelode cálculo físico considera as seguintes grandezas:
- para uma configuração de plano de passo a previsão eotimização,
- uma avaliação da película agente de lubrificação atravésde um modelo tribológico,
- um modelo de temperatura,
- a deformação elástica dos rolos,- um modelo mecânico de fenda de laminação,
- um modelo para otimização da qualidade de superfície,
- uma adaptação de atrito ao processo de laminação quandoda laminação de redução ou quando da laminação deacabamento ou quando da laminação flexível (produção dedistintas espessuras de tira) ,
- um modelo hidrodinâmico,
- e um modelo para a marcação de aspereza entre tira demetal e rolos de trabalho.
As grandezas podem ser usadas para se ajustar on-line,com um modelo de cálculo físico do processo de laminação,que inclui efeitos mecânicos, térmicos e tribológicos,especificamente a aplicação dos meios aos rolos na fenda delaminação e na tira de metal.
Uma outra configuração prevê que durante o processo delaminação sejam predeterminadas com base em uma regulagempelo modelo de cálculo as grandezas de ajuste variáveis aseguir para aplicação do agente de lubrificação líquido ougasoso e do agente de resfriamento:
- fluxo volumétricô,
- pressão,
- temperatura,
- diversos ajustes pela largura de tira de laminação,
- diversos ajustes eventualmente para o lado inferior datira de laminação e o lado superior da tira de laminação.
As vantagens consistem, além da rápida adaptação dasgrandezas de ajuste para a aplicação dos meios, em quep.ex. também pode ser realização uma variação da proporçãode mistura de meios de ação distinta, p.ex. mistura de ummaterial com ação acentuadamente redutora do atrito dafenda de laminação e de um material com pequena influênciasobre o atrito da fenda de laminação, mas com alto efeitode enxágüe.
É ainda vantajoso que a proporção de mistura de meioslíquidos para gasosos seja variada em correspondência a umprograma de computador do modelo físico.
Uma outra configuração é prevista no sentido de queantes do início do processo de laminação sejampredeterminados dados de processo, como p.ex. força delaminação, tração de tira, espessura de tira e semelhantes,em um plano de passo, que é processado no programa decomputador.
A invenção é ainda de tal maneira configurada que sãoempregados dados de processo para uma predeterminação de umcircuito de regulação para espessura de tira, prolongamentodo material de laminação, planicidade da tira, aspereza datira e/ou superfície da tira.
Obtém-se ainda um aperfeiçoamento na medida em que épredeterminada uma previsão para otimização dodesenvolvimento da temperatura na tira de metal e/ou nosrolos de trabalho.
É também vantajoso que seja feita uma seleção deagente de lubrificação segundo tipo de fabricante,viscosidade e comportamento de temperatura.
Para aperfeiçoamento da qualidade da tira de metalcontribui então o fato de que uma otimização da superfícieda tira de laminação é feita mediante seleção da asperezados rolos de trabalho.
As medidas a seguir podem ser aplicadas mediante usodo modelo de cálculo também durante intervalos comvelocidade de laminação variável. Obtém-se então:
o ajuste da desejada superfície de tira (p.ex. comrelação à aspereza ou lisura e outras características dequalidade),
- o ajuste da planicidade de tira desejada,
- a garantia da estabilidade de processo (evitando-se umafissura da tira) e
- um eficaz aproveitamento dos meios.
Para a assim chamada laminação flexível (p.ex. comoprocesso de laminação a frio para obtenção de distintasespessuras de tira pelo comprimento de tira) é consideradoque com lubrificação constante, devido à diminuição deespessura variável pelo comprimento de tira, via de regrase altera drasticamente o estado do processo. A força delaminação fortemente variável só condicionalmente podeadmitir um ajuste da planicidade de tira desejada. Nasfases de alta diminuição da espessura, portanto, éconvenientemente o ajuste de um menor índice de atrito nafenda de laminação, eventualmente em combinação com umaumento das trações de tira, para se compensar ao menosparcialmente esse efeito pela redução da força delaminação. Esse processo pode se dar sob consideração dadependência dos outros parâmetros de processos, comodescrito acima, com aproveitamento do modelo de cálculofísico (programa de computador).
No desenho estão representados exemplos de execução dainvenção que serão detalhadamente explicados a seguir.
Mostram:
Fig. 1 - um esquema de ligação de blocos de umaarmação de laminação a frio em combinação com órgãos deajuste, que são operados com base em um cálculo de modelo(programa de computador),
Fig. 2 - uma disposição do tipo ligação de blocos dosparâmetros operacionais ou dados de processo, que sãoempregados para o cálculo de modelo com base em física, e
Fig. 3 - uma relação do tipo ligação de blocos dosparâmetros, que são empregados no cálculo de modelo combase em física. (As figs. 1 e 3 se conectam com "2 nocircuito" e w3 no circuito"; as figs. 2 e 3 se conectamcorrespondentemente entre si com "1 no circuito".)
Uma armação de laminação 1 (fig. 1) para tiras demetal 2 (p.ex. de metal pesado ou leve de diversas ligas)apresenta rolos de trabalho 3, 4 superiores e inferiores,que estão montados entre rolos de apoio 5, 6 em peças demontagem. A fig. 1 mostra uma armação de quatro rolos. Aaplicação descrita é viável para todos os tipos de armaçõesde laminação, como p.ex. uma armação de seis rolos, umaarmação de vinte rolos ou uma armação duo, etc.). A tira demetal 2 é guiada por uma estação de desbobinar 7 em um ladode entrada 7a a uma estação de bobinar 8 no lado de saída8a. No lado de entrada 7a é aplicado um agente delubrificação 9 puro como composição química e no lado desaída um agente de resfriamento 10 mediante pulverização. 0agente de lubrificação 9 e o agente de resfriamento 10consistem em substâncias ou gases de ação lubrificante,limpadora e inertizadora e formam também combinações dosmesmos e são aduzidos no lado inferior da tira de laminação2a e no lado superior da tira de laminação 2b. Assubstâncias de ação lubrificante no lado de entrada 7aformam emulsões sem altas frações de água, óleos de base deemulsão, óleos de laminação e/ou concentrados de aditivos.As substâncias de ação limpadora e inertizante consistem emgases inertes congelados, p.ex., de nitrogênio, e suascombinações com outras substâncias.
O dispositivo (fig. 1) para isso empregado consiste emaparelhos de medição de planicidade lia no lado de entrada7a e em um aparelho de medição de planicidade Ilb no ladode saida 8a.
Durante a passagem da tira de metal, com um aparelhode medição de velocidade 12 é medida a velocidade 13 datira de laminação e com outros aparelhos de medição asforças atuantes, de modo que pode ser determinada aqualidade da tira de laminação 14, que corresponde àspropriedades do metal respectivamente produzido, como p.ex.alumínio, aço, latão, cobre e semelhantes. A espessura detira 15 é medida continuamente e pela largura da tira demetal 2. No lado inferior da tira de laminação 2a e no ladosuperior da tira de laminação 2b estão dispostas no lado deentrada 7a fileiras de bocais de pulverização 16 para aadução de agente de lubrificação 9 na quantidade edistribuição específicas de uma lubrificação mínima 17. Naarmação de laminação 1 estão dispostas tais fileiras debocais de pulverização 16 para a lubrificação dos rolos detrabalho 3, 4 superiores e inferiores e dos rolos de apoio5, 6 superiores e inferiores.
No lado de saída 8a estão previstas fileiras de bocaisde pulverização superiores 18 e fileiras de bocais depulverização inferiores 19 para uma aplicação de nitrogênio20 para o resfriamento e inertização e eventualmentealternativamente para agentes de lubrificação 9 comoaplicação 21.
Todas as substâncias para lubrificação e resfriamentosão determinadas segundo os valores do cálculo de modelo deum modelo de cálculo 22 determinados por cálculo ou porexperiência em sua quantidade variável e os correspondentessinais são encaminhados aos respectivos elementos nosaparelhos de ajuste conectados aos aparelhos de medição. Oprocesso de laminação, especialmente o processo delaminação a frio, é assim extremamente flexível devido àadaptação das condições de atrito. A dependência daquantidade de agente de lubrificação dos parâmetros deprocesso em si variáveis pode ser reajustada em curtoprazo. Em geral, com isso se obtém uma adaptação de atritona fenda de laminação. A lubrificação mínima se destacapelo fato de que é aplicado apenas tanto agente delubrificação 9 quanto é necessário no processo delaminação. Um assim chamado óleo de base pode entãoconsistir em diversas substâncias de base químicas, podendoum "meio 1" para a lubrificação mínima 17 ser misturado comum "meio 2) de diversas classes de tipo x, y para dar um"meio n", até serem obtidas as propriedades requeridas,como p.ex. viscosidade e capacidade de lubrificação, para alubrificação mínima 17. O processo é continuado no lado desaída 8a com base na aplicação de nitrogênio e na aplicaçãode lubrificantes alternativos.
Conforme a fig. 2, estão reunidos os dados de processo23 para tanto apropriados: o pacote "1 no circuito" contém,lido da esquerda para a direita, a velocidade da tira doaparelho de medição de velocidade 12, depois a qualidade datira (p.ex. resistência à ruptura).A espessura de tira 15, a largura de tira 24, doaparelho de medição de planicidade lia a planicidade detira 25, a superfície de tira (aspereza) 26, a distribuiçãode tração de tira 27. A tração de tira 28 é determinada doaparelho de medição de planicidade 11a.
Os parâmetros da força de laminação 2 9 resultam dodiâmetro de rolo 30, da aspereza de rolo 31, do material derolo 32, do momento de laminação 33, da temperatura de rolo34 e da redução de espessura 35 da tira de metal 2. Osvalores análogos estão previstos no lado de saída 8a.
Na fig. 3 estão reunidos os dados autônomos,individualmente considerados, para o modelo de cálculo 22.Depois são obtidos os dados de processo 23 das grandezasfísicas, sendo que no modelo de cálculo 22 são incluídosoutros sub-modelos de cálculo (programadas de computador).
A configuração do plano de passo 36 é otimizada por ummodelo básico. Para a avaliação da película lubrificante éusado um modelo 37 tribológico. Um modelo de temperatura 38bem como as deformações 39 elásticas dos rolos 3, 4, 5, 6são aplicados segundo conhecimentos convencionais.Igualmente é considerado um modelo de fenda de laminação 40mecânico (programa de computador). Além disso, um modelo 41para otimização da qualidade de superfície é incluído nomodelo de cálculo 22. A adaptação de atrito ao processo delaminação 42 se faz sob consideração da laminação deredução, quando do acabamento ou quando da laminaçãoflexível. Além disso são introduzidos um modelo 43hidrodinâmico da distribuição do agente de lubrificação 9 eum modelo (programa de computador) 44 para marcação deaspereza (da superfície de rolo sobre a tira de metal 2).Dos parâmetros predeterminados para o modelo decálculo 22 são formados dados prévios 45 para a força delaminação 29 e a tração de tira 28 (parte esquerda fig. 3) .Há um ajuste 4 6 individual dos circuitos de regulagem paraa espessura de tira 15 e a planicidade de tira 25, esuperfície de tira 26 com relação à aspereza, brilho eoutras características de superfície, bem como umaotimização de plano de passo 47 com adaptação de atrito aoprocesso de laminação individual.
Para o lado de saída 8a deve haver na fig. 3 (partedireita) uma previsão 4 8 e uma otimização dodesenvolvimento da temperatura dos rolos de trabalho 3, 4 eda tira de metal 2. Uma determinação de meio delubrificação 4 9 segundo tipo, viscosidade e temperaturadeve ser indicada. Além disso, deve ser introduzida umaotimização 50 dá qualidade de superfície da tira e umaseleção do valor para a aspereza dos rolos de trabalho.
LISTA DE REFERÊNCIAS 1 armação de laminação 2 tira de metal 2a lado inferior da tira de laminação2b lado superior da tira de laminação3 rolo de trabalho superior4 rolo de trabalho inferior5 rolo de apoio superior 6 rolo de apoio inferior 7a lado de entrada 8 estação de bobinagem 8a lado de saída 9 agente ι de lubrificação puro10 agente de resfriamento
11a aparelho de medição de planicidade (lado de entrada)
11b aparelho de medição de planicidade (lado de saída)
12 aparelho de medição de velocidade
13 velocidade de tira de laminação
14 qualidade de tira de laminação
15 espessura de tira
16 fileira de bocais de pulverização
17 quantidade, composição e distribuição da lubrificaçãomínima
18 fileira de bocais de lubrificação superior (aplicaçãode nitrogênio
19 fileira de bocais de lubrificação inferior (aplicaçãode nitrogênio
20 aplicação de nitrogênio
21 aplicação de substâncias de lubrificação alternativas
22 modelo de cálculo (programa de computador)
23 dados de processo
24 largura de tira
25 planicidade de tira
26 superfície de tira
27 distribuição de tração de tira
28 tração de tira
29 força de laminação
30 diâmetro de rolo
31 aspereza de rolo
32 material de rolo
33 momento de laminação
34 temperatura de rolo
35 redução de espessura36 configuração de plano de passo
37 modelo tribológico (programa de computador)
38 modelo de temperatura (programa de computador)
39 deformação elástica do rolo
40 modelo de fenda de laminação mecânico (programa decomputador)
41 modelo / qualidade de superfície
42 adaptação de atrito ao processo de laminação
43 modelo hidrodinâmico (programa de computador)
44 modelos para marcação de aspereza
45 predeterminação de força de laminação/tração de tira
46 estabelecimento do Io plano de sistema de regulagem
47 otimização/adaptação do plano de passo
48 previsão do desenvolvimento da temperatura
49 determinação do agente de lubrificação
50 otimização da superfície de tira/aspereza do rolo detrabalho
Claims (10)
1. Processo para lubrificação e resfriamento de rolo(3, 4, 5, 6) e tira de metal (2) quando da laminação em umaarmação de laminação (1) , sendo que ao menos no lado deentrada (7a) da armação de laminação (1) um agente delubrificação (9) e no lado de saída (8a) da armação delaminação (1) um agente de resfriamento (10) é aplicado porpulverização e sendo que substâncias ativas emlubrificação, em limpeza e inertização ou gases (meios) ousua combinação são aduzidos no lado inferior da tira delaminação (2a) e no lado superior da tira de laminação (2b)e/ou no rolo de trabalho inferior (4) da armação delaminação (1) ou no rolo de trabalho superior (3) ,caracterizado pelo fato de que a quantidade do agente delubrificação puro, aplicado ao lado de entrada (7a), é detal maneira continuamente calculada e dosada com auxílio deum modelo de cálculo (22) físico que corresponde àquantidade mínima de agente de lubrificação efetivamentenecessária quando da laminação; e que o modelo de cálculofísico para o cálculo contínuo da quantidade mínima doagente de lubrificação considera continuamente os dados deprocesso (23)- velocidade de tira de metal (13),- qualidade de tira de metal (14),- planicidade de tira de metal 11a, 11b) ,- superfície de tira de metal (26) ,- tração de tira de metal (28),no lado de entrada (7a) e no lado de saída (8a) da armaçãode laminação (1) bem como os dados de processo- força de laminação (29),- diâmetro de rolo de trabalho (30),- aspereza de rolo de trabalho (31) e- material de rolo (32).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o modelo de cálculo (22)físico considera ainda as seguintes grandezas:- para uma configuração de plano de passo a previsão eotimização- uma avaliação da película agente de lubrificação atravésde um modelo (37) tribológico- um modelo de temperatura (38)- a deformação elástica dos rolos (3, 4, 5, 6)- um modelo mecânico de fenda de laminação (4 0)- um modelo para otimização da qualidade de superfície (41)- uma adaptação de atrito (42) ao processo de laminaçãoquando da laminação de reduçãoou quando da laminação de acabamento ou quando da laminaçãoflexível- um modelo (43) hidrodinâmico e- um modelo (44) para a marcação de aspereza entre tira demetal (2) e rolos de trabalho (3, 4).
3. Processo, de acordo com as reivindicações 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que durante o processo delaminação são predeterminadas com base em uma regulagempelo modelo de cálculo (22) as grandezas de ajustevariáveis a seguir para aplicação do agente de lubrificação(9) líquido ou gasoso e do agente de resfriamento (10):- fluxo volumétricô,- pressão,- temperatura,- diversos ajustes pela largura de tira de laminação (24) ,- diversos ajustes eventualmente para o lado inferior datira de laminação (2a) e o lado superior da tira delaminação (2b).
4. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1, 2ou 3, caracterizado pelo fato de que a proporção de misturade meios líquidos para gasosos seja variada emcorrespondência a um programa de computador (22) do modelofísico.
5. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1,-2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que antes do iníciodo processo de laminação são predeterminados dados deprocesso (23), como p.ex. força de laminação (29), traçãode tira (28), espessura de tira (15) e semelhantes, em umplano de passo.
6. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1,-2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que são empregadosdados de processo (23) para uma predeterminação de umcircuito de regulação para espessura de tira (15) ,prolongamento do material de laminação, planicidade de tira(25) , aspereza da tira e/ou superfície da tira (26) .
7. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1,-2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que épredeterminada uma previsão (48) para otimização dodesenvolvimento da temperatura na tira de metal (2) e/ounos rolos de trabalho (3, 4).
8. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1,-2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que é feitauma seleção de agente de lubrificação segundo tipo defabricante, viscosidade e comportamento de temperatura.
9. Processo de acordo com uma das reivindicações 1, 2,-3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que umaotimização (50) da superfície da tira de laminação é feitamediante seleção da aspereza dos rolos de trabalho.
10. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1,-2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que asmedidas anteriores podem ser aplicadas mediante uso domodelo de cálculo (22) também durante intervalos comvelocidade de laminação variável.
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