ITRM930487A1 - Dispostivo di guida del tipo fortemente rigido per materiali d'acciaio da laminare. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"DISPOSITIVO DI GUIDA DEL TIPO FORTEMENTE RIGIDO PER MATERIALI D'ACCIAIO DA LAMINARE"

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un dispositivo per guidare materiale d'acciaio da laminare in un laminatoio allo scopo di ottenere prodotti o semilavorati laminati d?acciaio di varie forme guali vergelle, barre d'acciaio e travi a doppio T. Pi? in particolare, la presente invenzione concerne un pi? rigido dispositivo di guida di materiale d'acciaio applicabile ad una laminazione a caldo a bassa temperatura, ad una laminazione ad alta velocit? e ad una laminazione a forte carico per acciaio speciale, che si ? diffusa nella tecnica tendendo ad aumentare il carico esercitato sul dispositivo di guida del materiale d'acciaio.

Sono tradizionalmente noti vari tipi di dispositivi di guida di materiale d'acciaio, quali un tipo con guida a rulli ed un tino con guida ad attrito. Ad esempio, il tradizionale dispositivo di guida del tipo con guida a rulli mostrato in fig. 3 comprende una coppia di organi di presa 1 a rulli, aventi rulli di guida 2 per guidare un materiale d'acciaio 3 da laminare. L'interspazio dei rulli definito fra i rulli di guida 2 pu? essere regolato in conformit? con la dimensione del materiale d'acciaio 3, azionando un cilindro 4 per far ruotare gli organi di presa 1 a rulli intorno a rispettivi perni 5.

All'attuale livello tecnologico del settore, il dispositivo di guida del tipo con guida a rulli ? essenziale per laminare vergelle, fili, barre ed altri profilati d'acciaio ed ha una lunga storia. Tuttavia, non sono state affatto divulgate informazioni su dati realmente misurati relativi al carico esercitato sui rulli di guida durante la guida di materiali d'acciaio al carbonio da laminare. Inoltre, il carico esercitato sui rulli di guida non ? stato mai studiato sistematicamente, n? preso praticamente in considerazione nella guida di materiali d'acciaio da laminare. Vale a dire, la progettazione e l'utilizzazione del dispositivo di guida del tipo con guida a rulli ? progredito sostanzialmente in base all'esperienza dei tecnici esperti nel settore.

Il sopramenzionato carico aenerato nel dispositivo di guida di materiale d'acciaio pu? essere sommariamente esposto come segue.

Il carico F esercitato sul rullo di guida nel dispositivo di guida di materiale d'acciaio ? aumentato fino al valore di carico massimo FT che si ottiene calcolando a ritroso il momento torcente plastico complessivo T (valore teorico) determinato in conformit? con la forma della sezione, con la dimensione e con la resistenza alla deformazione dei materiali d?acciaio da laminare. Il carico F ? stato finora ritenuto, in effetti. approssimativamente il 20% al 60% del valore del carico massimo FT. Cosi, si ? pensato che fosse sufficiente il dispositivo di guida del tipo con guida a rulli, capace di tollerare il carico di una tale entit? e, conseguentemente, che potesse essere realizzato con una struttura flessibile. Nelle attuali circostanze, ? stata scarsamente presa in considerazione finora l'idea di aumentare la "rigidit?" del dispositivo di guida del tipo con guida a rulli.

Solo la Pubblicazione dopo esame No. SHO 61-1929 di Modello di Utilit? giapponese discute della "rigidit?" del dispositivo di guida di materiale d'acciaio del tipo con guida a rulli. Tuttavia, il concetto tecnico di determinare l'incremento pi? conveniente dell'interspazio dei rulli formato fra i rulli di cruida rispetto al carico esercitato sui rulli di guida non ? menzionato in alcuna parte della sopra citata pubblicazione giapponese, n? in altri documenti finora pubblicati .

In anni recenti, ha fatto progressi la tecnica di laminazione con carico elevato guale guella del tipo di laminazione a caldo ad alta velocit? e/o a bassa temperatura, allo scopo di ottenere miglioramenti di produttivit?, di conservazione di energia e di razionalizzazione del processo (ad esempio, adozione di un processo in linea per il trattamento termico) nella laminazione di materiali d'acciaio ed allo scopo di fabbricare materiali d'acciaio ad alta resistenza, pronti per l'uso pratico. Sotto tale severa condizione di laminazione, avviene inevitabilmente di freguente, durante il processo di laminazione, l'inclinazione del materiale d'acciaio e diventa un problema serio da risolvere nel settore della laminazione.

Gli utenti attuali richiedono rigorosamente prodotti o semilavorati laminati d'acciaio di alta aualit?, aventi un'elevata precisione nella dimensione e nella forma della sezione ed una superficie priva di difetti.

Ouantungue i laminatoi siano stati migliorati per essere pi? ripidi, aumentando cos? significativamente la gualit? dei semilavorati laminati d'acciaio, il dispositivo di guida del tipo con guida a rulli ha fatto piccoli progressi ed ha ancora sofferto di inconvenienti guali l'insuccesso della laminazione del materiale d'acciaio, l'evenienza di discontinuit? dimensionali e difetti, come i difetti superficiali ottenuti nel prodotto finale.

Questi svantaggi sono causati dalla ridotta rigidit? del dispositivo di guida del tipo con guida a rulli avente una struttura relativamente flessibile, che ? ritenuta la causa dell'inclinazione del materiale d'acciaio mentre avanza attraverso il dispositivo di guida sotto pressione. Dal momento che il dispositivo di guida mostrato in fig. 3 ? realizzato con una struttura flessibile come sopra menzionato, il materiale d'acciaio 3 da laminare ? svantaggiosamente guidato sull'inclinazione mentre viene afferrato fra i rulli di guida 2 come illustrato in fig. 4.

Un oggetto della presente invenzione ? guello di fornire un dispositivo di guida di materiale d'acciaio del tipo fortemente rigido, in grado di impedire che un materiale d'acciaio da laminare si inclini nell'interspazio dei rulli formato fra i mezzi di guida del dispositivo di auida, diminuendo l'incremento dell'interspazio dei rulli fra i mezzi di auida rispetto alla variazione del carico esercitato sul materiale d'acciaio, cosi da precludere la possibilit? di provocare un insuccesso della laminazione, discontinuit? dimensionale e difetti superficiali di prodotti finali Quali veroelle e profilati d'acciaio.

Allo scopo di ottenere l'oooetto sopra descritto, la presente invenzione fornisce un dispositivo di auida comprendente mezzi di auida montati fra aabbie di laminazione per auidare un materiale d'acciaio da laminare, in cui il materiale d'acciaio ? in contatto con i mezzi di auida nelle porzioni di contatto, e la riaidit? (K) dei mezzi di auida nelle porzioni di contatto ? definita in conformit? dell'eauazione:

K = Fmax / Smax

in cui Fmax rappresenta il carico massimo esercitato sui mezzi di auida, mentre Smax rappresenta il valore massimo ammissibile compreso nell'intervallo in cui si determina un incremento dell'interspazio dei rulli fra le porzioni di contatto. La condizione per Fmax ? la seauente:

in cui FT ? il carico esercitato sui mezzi di auida nelle sopramenzionate porzioni di contatto, che ? dato dal momento torcente generato nella guida del materiale d'acciaio fra i mezzi di guida, T ? un valore teorico di un momento torcente plastico complessivo determinato secondo la forma e la dimensione della sezione del materiale d'acciaio da laminare e la temperatura di laminazione, ed L ? un braccio di coppia dato dalla distanza fra le porzioni di contatto in cui il materiale d'acciaio ? in contatto con i mezzi di guida .

La condizione per Smax sotto la condizione di Fmax ? la seguente:

in cui 51 ? l'incremento dell'interspazio dei rulli fra le porzioni di contatto appena prima che il materiale d?acciaio da laminare sia completamente inclinato a 90? nell'interspazio dei rulli definito fra le porzioni di contatto.

La condizione del massimo Fmax fornito nella suddetta condizione per Smax significa che l'incremento dell'interspazio dei rulli fra la porzioni di contatto varia con il carico F esercitato sulle porzioni di contatto e diventa, al pi?, Fmax. Ad esempio, laddove Fmax ? 1,6?FT, Smax diventa 0,6?51.

In breve, secondo la presente invenzione viene impedito che il materiale d'acciaio guidato fra i mezzi di guida si inclini soddisfacendo alle seauenti tre condizioni :

Ulteriori oggetti della presente invenzione diverranno ovvi in seguito, dalla comprensione delle forme illustrative di realizzazione sul punto di essere descritte oppure saranno indicati nelle rivendicazioni allegate, e gli esperti nel settore riceveranno svariati vantaggi gui non citati coll?impiego dell'invenzione nella pratica.

Gli altri scopi e caratteristiche della presente invenzione verranno spiegati gui di seguito in dettaglio con riferimento ai disegni allegati, in cui:

fig. 1 ? un diagramma che rappresenta la relazione fra coefficienti (m ed n), m=Fmax/FT essendo riportato sulle ordinate, n=S/?1 sulle ascisse;

fig. 2 ? una sezione trasversale che mostra un materiale d'acciaio avente una sezione ovale per determinare variabili geometriche (a e b);

fig. 3 ? una vista in pianta mostrante mezzi di guida convenzionali a rulli; e

fig. 4 ? una vista frontale ingrandita del materiale d'acciaio tenuto tra rulli di auida in un suo assetto inclinato.

Verr? descritta una forma di realizzazione della presente invenzione, in cui ? presentato, a titolo di esempio, un dispositivo di auida di materiale d'acciaio del tipo con cruida a rulli.

Per risolvere l'inconveniente che un materiale d?acciaio da laminare si inclini nel dispositivo di cruida, ? necessario evidenziare il valore massimo di carico esercitato sui rulli di auida nel dispositivo di auida durante la laminazione del materiale d'acciaio, e l'ampiezza dell'interspazio dei rulli formato fra i rulli di auida appena prima che il materiale d'acciaio sia completamente inclinato a 90? nell'interspazio dei rulli fra i rulli di auida. Inoltre, auesti dati di laminazione dovrebbero essere aeneralizzati per conformarsi alle varie condizioni di laminazione.

Ricerche sul valore massimo del carico esercitato sui rulli di auida come sopra notato, condotte per un lungo periodo di tempo, rivelano che la condizione di laminazione di una variet? di materiali d'acciaio ? sostanzialmente soddisfatta dalla seauente Eauazione (1). Fia. 1 rappresenta i dati ottenuti dalle ricerche. da cui pu? essere valutata la stessa Eauazione (1).

in cui Fmax rappresenta il carico massimo esercitato sui rulli di auida nel processo di laminazione del medesimo materiale d'acciaio.

Il termine FT ? il carico esercitato sui rulli di auida , che ? definito dalla seguente Equazione (2) usando un valore teorico T del momento torcente plastico complessivo determinato secondo la forma geometrica della sezione, la dimensione e la resistenza alla deformazione dei materiali d?acciaio da laminare.

in cui L rappresenta un braccio di coppia (distanza fra i punti di contatto in cui il materiale d'acciaio da laminare viene in contatto con i rulli di cruida) determinato secondo la forma e la dimensione della sezione del materiale d?acciaio e la forma e la dimensione dell'interspazio dei rulli formato fra i rulli di auida.

Come unico esempio, il momento torcente plastico complessivo T (valore teorico) del materiale d'acciaio 3 avente una sezione ovale come mostrato in fig. 2 ? espresso come seaue:

in cui kfm rappresenta la resistenza media bidimensionale alla deformazione alla temperatura in cui il materiale d'acciaio viene laminato.

Per quanto riquarda come ? determinato l'interspazio fra i rulli di quida appena prima che il materiale d'acciaio sia completamente inclinato a 90?, l'interspazio dei rulli 51 fra i rulli di quida pu? essere determinato mediante un metodo di costruzione che impieqa, ad esempio, un sistema CAD o altri adatti metodi di costruzione. Cio?, pu? essere rappresentato lo stato in cui il materiale d'acciaio si inclina qradualmente quando l'interspazio 51 fra i rulli di quida si allarqa qradualmente, dove la forma e la dimensione della sezione qeometrica del materiale d'acciaio e la condizione dimensionale dei rulli di quida sono noti. Come risultato delle ricerche sulla riqidit? (Koldl fra i rulli di quida, fu trovato che, quando il materiale d'acciaio incomincia a inclinarsi nel dispositivo di quida a rulli, la riqidit? ? inclusa nel sequente intervallo:

Investiqando sulle condizioni per impedire l'inclinazione del materiale d'acciaio e realizzando strutture di prova dei dispositivi di quida una dopo l'altra, potrebbe essere stabilito il modello di riqidit? per il dispositivo di quida a rulli dell'invenzione.

In primo luogo, la condizione per il qrado massimo dell?interspazio fra i rulli di guida, Smax, sotto il valore massimo del carico, Fmax, esercitato sui rulli di cjuida per impedire al materiale d'acciaio di inclinarsi, pu? essere definita come segue:

Vi ? il caso in cui il materiale d'acciaio guidato e stretto fra i rulli di guida sia completamente inclinato a 90? guando il coefficiente (n) dell'incremento dell'interspazio dei rulli fra i rulli di guida, S, supera 0,8, dando origine cos? eventualmente all'insuccesso della laminazione. Pertanto, il coefficiente (n) dell'incremento dell'interspazio dei rulli (S) dovrebbe essere inferiore a 0,8. Quando il coefficiente (n) dell'incremento dell'interspazio dei rulli (S) non ? maggiora di 0,2, si ha la possibilit? che il semilavorato laminato d'acciaio possa assumere difetti superficiali sotto le condizioni seguenti.

Il valore ottimale del suddetto coefficiente (n) ? determinato in conformit? con varie condizioni di laminazione guali il tipo di materiali d'acciaio da laminare, la temperatura di laminazione, la velocit? di laminazione, la forma e la dimensione della sezione del materiale d'acciaio. e le aperture formate in serie in una trafila di laminazione. Tuttavia, in base alle esperienze degli autori della presente invenzione, ? generalmente preferibile che il valore ottimale sia 0,2?n?0,5. Il siqnificato tecnoloaico del coefficiente (n) ? quale arado di inclinazione (anaglo) del materiale d'acciaio fra i rulli di auida dovrebbe essere ammissibile nell'operazione di laminazione, e, a questo riauardo, i responsabili dei laminatoi nelle rispettive aziende hanno un differente punto di vista per determinare il valore ottimale.

Cosi, l'incremento (S) dell'interspazio dei rulli formato fra i rulli di auida dovrebbe essere determinato entro l'intervallo definito mediante l'Equazione (5) sopra notata.

In secondo luoqo. dai risultati delle ricerche fu chiaro che il valore massimo Fmax del carico esercitato sui rulli di auida nella laminazione di vari materiali d'acciaio per un lunqo periodo di tempo dovrebbe essere determinato entro l'intervallo definito dall'E-quazione (6) sequente:

Pertanto, la riqidit? (K) dei rulli di quida, con cui al materiale d'acciaio pu? essere impedito di inclinarsi nell'interspazio fra i rulli di quida nel dispositivo di quida a rulli durante il corso di un processo prolunqato di laminazione, ? dato da:

Quantunque il rapporto Fmax/FT ed il valore ottimale del coefficiente (m) nell'Equazione (6) siano anche determinati in conformit? con le condizioni di laminazione nel laminatoio, si pu? dire, qrazie all'esperienza deali autori della presente invenzione, che la condizione di 1,5 ? m ? 2,0 sia preferibile dal punto di vista del modello.

Quantunque il reale valore di misurazione compreso nell'intervallo di 0,6 ? m ? 1,0 possa essere impieaato per laminare materiali d?acciaio al carbonio a temperatura normale, ? desiderabile il valore di misurazione di modello compreso nell'intervallo di 1,0 ? m ? 2,0. Il motivo di ci? sta nel fatto che il meccanismo di reaolazione dei rulli dovrebbe essere reqolato per far fronte alla variazione delle condizioni di laminazione ed inoltre per rimediare alla piccola deviazione dei rulli di quida o di altri componenti del laminatoio, il che avviene inevitabilmente durante il corso di un processo prolunqato di laminazione, portando una disuniformit? di reaolazione alla disposizione di rulli o di quida a rulli nel laminatoio. Di consequenza, aumenta il peso eccessivo sul dispositivo di quida a rulli.

Fiq, 1 manifesta i concetti tecnici e proqettuali del dispositivo di quida a rulli secondo l'invenzione insieme con l'effetto dell'invenzione. Fio. 1 mostra la relazione fra il coefficiente {m) ed il coefficiente (n) in cui sono laminati rispettivamente materiali di acciaio al carbonio, di acciaio speciale e di acciaio inossidabile in un semilavorato laminato d'acciaio ad una temperatura normale o bassa impiegando una trafila di laminazione, avente aperture ovali e tonde in serie sotto la condizione che l'interspazio dei rulli.51 fra i rulli di guida diventi approssimativamente 2 mm appena prima che il materiale di acciaio sia compietamente inclinato a 90?. Il segno in fig. 1 indica che non ? avvenuta alcuna inclinazione del materiale d'acciaio, il segno indica che ? avvenuta un'inclinazione del materiale d'acciaio, ed il segno significa che il materiale d'acciaio ha assunto numerosi difetti superficiali.

Inoltre, fig. 1 indica che i coefficienti (m) ed (n) ottimali cadono nella regione circondata dai punti di intersezione (A, B, C, D) delle due linee orizzontali a tratti di 1,0 e 2,0 nel numero adimensionale (m=Fmax/FT) e delle due linee verticali a tratti di 0,2 e 0,8 nel numero adimensionale (n=S/51). Vale a dire la pendenza della retta, che collega un punto entro la suddetta regione all'origine, indica la desiderata rigidit? adimensionale minima.

Nel seguito sar? descritta la rigidit? del dispositivo di guida a rulli.

Il valore massimo Fmax del carico esercitato sul dispositivo di guida a rulli ? stato finora valutato come segue:

Poich? l'operazione di laminazione di materiali d'acciaio al carbonio a temperatura normale fu eseguita con l'esperienza accumulata dall'operatore, il carico esercitato sul dispositivo di guida a rulli fu determinato nel 20% al 60% del valore di carico massimo FT come stabilito in precedenza. Per guesto motivo ? stato impiegato finora il dispositivo di guida a rulli con struttura flessibile avente una rigidit? ridotta. Tuttavia, non sono infreguenti le volte in cui il materiale d'acciaio si inclina nel dispositivo di guida a rulli durante il corso dell'esecuzione dell'operazione di laminazione in condizioni gravose per materiali d'acciaio speciale a temperatura normale. Per risolvere completamente questo problema, la presente invenzione introduce chiaramente la "rigidit? nel dispositivo di guida a rulli" per fornire un meccanismo di guida di materiale d'acciaio in grado di impedire che il materiale d'acciaio da laminare si inclini come sopra menzionato.

In primo luogo. la situazione in cui il carico esercitato sul dispositivo di quida a rulli viene sotto la relazione espressa dalla seguente Equazione (9) fu confermata con considerevole frequenza.

L'invenzione fu realizzata alla luce delle suddette situazioni .

Il motivo per cui il carico massimo Fmax supera FT ? che il carico esercitato sul dispositivo di guida a rulli ? provocato dalla deformazione elastica del materiale d'acciaio posto fra i rulli di quida e non pu? essere precisamente trascurato, e che quando il materiale d'acciaio stretto fra i rulli di quida si inclina di un certo grado, il materiale d'acciaio ? stirato alquanto plasticamente con il carico di sostegno. Cosi si ? avuta l'esiqenza di un dispositivo di guida a rulli in grado di resistere al carico.

In secondo luogo, il requisito di impedire che il materiale d'acciaio sia completamente inclinato a 90? nel dispositivo di guida a rulli ? definita come Equazione (5), portando cosi ad una rivoluzione nella tecnica e nel modello del dispositivo di quida a rulli. Secondo la presente invenzione che provvede a far fronte ai requisiti sopra menzionati, potrebbe essere nuovamente sviluppato il "dispositivo di quida a rulli del tipo fortemente rigido", in grado di impedire al materiale d'acciaio di inclinarsi fra i rulli di guida, producendo cos? semilavorati laminati d'acciaio di alta qualit? aventi un'alta precisione nella dimensione e nella forma della sezione ed una superficie priva di difetti. Questo "metodo e dispositivo di guida di materiale d'acciaio del tipo fortemente rigido" secondo la presente invenzione pu? essere applicato ad un convenzionale laminatoio che ? fatto funzionare generalmente in una condizione normale e che procura risultati sufficienti di laminazione.

Il sopramenzionato dispositivo di guida a rulli dell'invenzione ? applicato per la laminazione di svariati materiali d'acciaio sotto varie condizioni, incluse una temperatura di laminazione ed una velocit? di laminazione. Pertanto, ? essenziale decidere il valore massimo Fmax del carico esercitato sui rulli di guida dalle estremit? delle suddette condizioni di laminazione dei materiali d'acciaio come sopra notato. Inoltre, l' interspazio dei rulli ?1 fra i rulli di guida ? auspicabilmente determinato guanto pi? piccolo possibile nelle suddette condizioni. Prendendo in considerazione queste condizioni, una sufficiente rigidit? (K) per il dispositivo di guida a rulli pu? essere decisa adeguatamente dall'Equazione (7) sopra notata.

Per essere concreti, al dispositivo di guida a rulli pu? essere conferita una rigidit? sufficiente irrigidendo dapprima i componenti del dispositivo e migliorando la forma e la dimensione della sezione dei componenti del dispositivo, secondariamente applicando una pre-sollecitazione al dispositivo, ed in terzo luogo ampliando l'interspazio fra i rulli di guida per alloggiare il dispositivo in un laminatoio.

E ' evidente che la tecnica ed il concetto progettuale del dispositivo di guida a rulli secondo la presente invenzione non sono in alcun modo limitativi e possono essere generalmente applicati ad un dispositivo di guida di materiale d'acciaio del tipo con guida ad attrito che non impiega rulli di guida. Nel dispositivo del tipo con guida ad attrito, mezzi di guida a manicotto corrispondono a mezzi di guida del materiale d'acciaio da laminare nel dispositivo del tipo con guida mediante rulli. Inoltre, i materiali d'acciaio da laminare nella presente invenzione non dovrebbero essere intesi come limitativi.

Secondo la presente invenzione, al materiale d'acciaio avanzante attraverso il dispositivo di guida pu? essere impedito di inclinarsi nell'interspazio fra i rulli di guida cosi che si possa ovviare efficacemente a vari inconvenienti di laminazione del materiale d'acciaio quali un insuccesso della laminazione, un deterioramento nella precisione della forma e dimensione della sezione del semilavorato laminato d'acciaio e difetti superficiali su di esso. Ne deriva che pu? essere migliorata l'efficienza della laminazione e la produttivit? dei semilavorati laminati d'acciaio, e pu? essere elevata l'efficienza di produzione e la qualit? dei prodotti.

Quantunque l'invenzione sia stata descritta nella sua forma preferita con un certo grado di approfondimento, si comprende che la presente divulgazione della forma preferita possa essere modificata nei dettagli costruttivi e che la combinazione e la disposizione delle parti possa essere modificata senza allontanarsi dallo spirito e dall'ambito dell'invenzione come in seguito rivendicata.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONE 1. Dispositivo di guida del tipo fortemente rigido comprendente mezzi di guida montati fra gabbie di laminazione per guidare un materiale d'acciaio da laminare avente varie forme e dimensioni di sezione, in cui il materiale d'acciaio ? in contatto con i mezzi di guida in porzioni di contatto, e la rigidit? (K) di detti mezzi di guida nelle porzioni di contatto con detto materiale d'acciaio ? definita mediante l'Equazione :

   in cui Fmax rappresenta il carico massimo esercitato su detti mezzi di guida, ed ? definito da:

   in cui FT ? il carico esercitato su dette porzioni di contatto, che ? dato dal momento torcente generato durante la laminazione di detto materiale d'acciaio, T ? un valore teorico di un momento torcente plastico complessivo determinato secondo la forma e la dimensione della sezione di detto materiale d'acciaio ed una temperatura di laminazione, ed L ? un braccio di coppia dato da una distanza fra le porzioni di contatto in cui detto materiale d'acciaio ? in contatto con detti mezzi di guida, e Smax rappresenta il valore massimo ammissibile compreso in un intervallo in cui si determina l?incremento di un interspazio dei rulli definito fra le porzioni di contatto, ed ? definito sotto la condizione di Fmax come segue:

   in cui ?1 ? l'incremento dell'interspazio dei rulli fra le porzioni di contatto appena prima che il materiale d'acciaio sia completamente inclinato a 90?.