научная статья по теме ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОПЕРЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства

Текст научной статьи на тему «ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОПЕРЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА»

Оптические и тепловые методы

УДК 004.056; 061.68;

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОПЕРЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА

Б. Т. Будаи, Б. Т. Породнов, И. В. Мякутина

В настоящее время все более актуально экологически чистое высокоточное измерение параметров листового проката. Известные экологически чистые высокоточные оптические триангуляционные измерители параметров листового проката позволяют измерять параметры только продольных дефектов листового проката. Показано, что модернизация оптического триангуляционного высокоточного измерителя продольных дефектов листового проката позволяет высокоточно измерять и поперечные дефекты листового проката. Совместно с измерителем продольных дефектов проката такой измеритель позволяет контролировать основные параметры проката. Это обеспечивает экологически чистый выпуск высокосортного листового проката.

Ключевые слова: листовой прокат, поперечные параметры, оптический триангуляционный метод, высокоэффективный измеритель, экологически чистый метод.

Известно, что сначала производят горячий прокат листа, а затем параметры листа улучшают путем холодного проката. Так как производство горячего проката намного дешевле производства холодного проката [1, с. 179], то все актуальнее становится задача обеспечения параметров горячего проката на уровне параметров холодного проката.

Лист проката может двигаться в направлении оси х с большими скоростями, достигающими значений [2, с. 179]

« 101,5 м/с. (1)

Обычно отклонения толщины проката не должны превышать диапазон значений [3, 4]

|ДАд| < 10-1,5 ■ И0. (2)

При малых толщинах листа Н0 ~ 0,5 мм диапазон допустимых отклонений толщины составляет:

для горячего проката [3]

|ДАд| < 0,05 мм; (3)

для холодного проката [4]

|ДАд| < 0,02 мм. (4)

Лист проката обычно изготавливают из слябов, по толщине в 15—20 раз превышающих толщину выпускаемого листа. При этом отклонения толщины порядка сотых долей миллиметра (3), (4) определяются износом валков последней и/или предпоследней клети чистовой обработки [3—7]. Если дефект горячей прокатки в установившемся режиме управления, например, превосходит значения (3) или (4), необходимо заменить валок, не дожидаясь увеличения значений таких дефектов.

Борис Тиборович Будаи, доктор техн. наук, профессор кафедры технической физики ФТИ УрФУ. Тел. (343) 375-41-46. E-mail: buda@olympus.ru

Борис Трифонович Породнов, доктор физ.-мат. наук, профессор кафедры технической физики ФТИ УрФУ. Тел. (343) 375-93-50. E-mail: pbt@list.ru

Ирина Викторовна Мякутина, аспирант кафедры технической физики ФТИ УрФУ Тел. (343) 261-70-51, 375-41-46.

В зависимости от дефектов валков прокатного стана, дефекты листового проката могут быть как продольными, так и поперечными. Измерение продольных дефектов листа рассмотрено ранее [8, 9]. Ниже описаны проблемы измерения поперечных дефектов проката. Отклонения от основных контролируемых параметров поперечных дефектов листа обусловлены несколькими характерными признаками [3—6]:

1) отклонение средней толщины проката АН0;

2) выпуклость листа АНвып (рис. 1а);

3) вогнутость листа АНвогн (рис. 16);

4) изменение ширины листа А1 (рис. 1е).

Рис. 1. Отклонение измеряемых параметров листового проката по ширине листа.

С учетом вышеизложенного и соотношений (3), (4) обеспечение требуемого допуска по толщине проката достигается при выполнении условия

АН > \АН

д — I с

(5)

где АНс — суммарное отклонение толщины листа, которое в зависимости от выпуклости или вогнутости можно представить

\АН I <

ДН„ +ДН ,

| 01 вып

|ДНП| + ДН .

0 вогн

(6)

Обычно при горячей прокатке отклонение средней толщины проката [3]

\ АН \ < 0,05 мм. (7)

6

в

I

ш

Аналогично (7) отклонения для дефектов выпуклости или вогнутости равны:

АН < 0,05 мм; (8)

вып — ' ' V /

АН < 0,05 мм. (9)

вогн ' 4 '

Требования по ширине листа проката обычно представляют в виде [3, 4]

А1ш < 101 мм. (10)

Рассмотрим возможности измерения параметров проката (8—10). Для исключения ошибок измерения, обусловленных возможным подъемом листа или продольными дефектами листа, аналогично [8, 9] используют измерители сверху и снизу листа.

В ранее рассмотренных триангуляционных измерителях продольных параметров листового проката луч лазера падал на лист проката вдоль направления движения листа, что позволяло непрерывно измерять параметры проката [8, 9]. При измерении поперечных дефектов проката можно применить традиционное решение [10], которое заключается в том, что в направлении, перпендикулярном направлению движения листа (с использованием направляющей), передвигается модуль оптико-электронной системы (МОЭС), включающий излучатель и приемник. Недостатком такого решения является то, что направляющая, вдоль которой перемещается МОЭС, может колебаться, прогибаться под весом МОЭС, что приводит к ошибкам измерения. Для уменьшения влияния этого дестабилизирующего фактора необходимо уменьшить количество подвижных элементов.

Вследствие симметричности процессов измерения параметров листа сверху и снизу него [8, 9], рассмотрим измерение параметров листа только сверху на примере дефекта "вогнутость" (рис. 2). Лазер (Л) излучает в

Рис. 2. Высокоточное измерение поперечных дефектов листового проката.

направлении, перпендикулярном направлению движению листа. Траектория сканирования луча задается зеркалом, поворачиваемым приводами, и в идеале должна быть пилообразной (рис. 2б, штриховая линия). Однако, учитывая реальное время, необходимое на торможение двигателя привода, поворачивающего зеркало, траекторию движения лазера в плоскости листа ¡(1) делают с учетом необходимого торможения двигателя. При этом рабочий ход процесса торможения оказывается линейным (рис. 2б, сплошная линия), учитывающим возможное максимальное отклонение А1м от номинального значения ширины листа ¡ш.

Как и в [8, 9], луч лазера, отраженный от поверхности листа, попадает в приемник. Если бы не было рассматриваемого дефекта "вогнутость", луч отразился бы так, как показано на рис. 2а пунктирной линией. Луч, представленный сплошной линией, соответствует отклонению толщины листа от максимального значения на величину Ай(^) в момент времени . Соответствующий сигнал формируется и с противоположной стороны листа. Кроме того, сигнал у (/(0), соответствующий сигналу за пределами основной ширины листа, позволяет выявить отклонение ширины листа А1ш(1) от номинальной ширины ¡ш (см. рис. 1в).

Дефекты, возникающие продольно направлению движения листа, появляются с периодичностью порядка миллисекунд вследствие того, что проявляются на каждом периоде поворота валков прокатного стана [9]. Поперечные дефекты более медленны, так как при каждом повороте валков приводят практически к одинаковой выпуклости или вогнутости. Поэтому целесообразный период развертки луча лазера Т0 (рис. 2б) может составлять единицы секунд.

Основные колебания прокатного стана обусловлены вертикальными колебаниями из-за вертикальных сил давления валков; эти силы непостоянны вследствие неравномерного износа валков [9]. Как было отмечено ранее, если МОЭС крепится на направляющей, перпендикулярной направлению движения, то вертикальные колебания приводят к колебаниям направляющей, вдоль которой перемещается МОЭС. Это приводит к снижению точности измерения, так как колебания верхней и нижней направляющих могут происходить не в фазе. Для устранения этого дестабилизирующего фактора привода зеркал сверху и снизу листа скрепляются жесткой вертикальной штангой. При этом вертикальные колебания зеркал эквиваленты продольным дефектам, они оказываются в фазе и не сказываются на точности измерения поперечных дефектов листа.

В результате применения вышеназванных решений максимально допустимые значения дефектов типа отклонение средней толщины (7), "выпуклость" (8), "вогнутость" (9), отклонение ширины листа (10) (см. рис. 1) соответствуют требованиям допусков, предъявляемых к горячему прокату. Однако эти дефекты могут измеряться и с более высокой точностью (4) [8, 9], что позволяет обеспечивать выпуск проката с допусками, соответствующими требованиям к холодному прокату.

Таким образом, в ФТИ УрФУ разработан высокоэффективный оптический триангуляционный измеритель поперечных параметров листового проката, обеспечивающий экологически чистое высокоточное измерение параметров листового проката, в том числе горячего проката на уровне, соответствующем точности измерения параметров холодного проката. Это позволяет измерять все основные параметры, регламентируемые ГОСТом, как вдоль направления движения листового проката, так и в перпендикулярном направлении. Применение такого измерителя позволяет уменьшить себестоимость выпуска проката путем исключения дорогостоящей стадии холодного проката.

Уральский федеральный университет Поступила в редакцию

имени первого Президента России 15 августа 2013 г.

Б.Н.Ельцина

ЛИТЕРАТУРА

1. Ефименко С. П., Следнев В. П. Вальцовщик листовых станов.— М.: Металлургия. 1980.— 320 с.

2. Фотиев М. М. Электрооборудование прокатных и трубных цехов.—М.: Металлургия, 1995.— 256 с.

3. Требования к параметрам горячего листового проката. ГОСТ 19903—74.

4. Требования к параметрам холодного листового проката. ГОСТ 19904—90.

5. Металлопродукция. Методы измерения отклонений формы. ГОСТ 26877—91.

6. Шпонько А.А. Совершенствование технологии холодной прокатки листовой стали для обеспечения регламентированной продольной волнистости ее поверхности.— Автореф. дис. ... канд. техн. наук.— Магнитогорск: МГТУ, 2002.

7. Горячая прокатка стальных полос.— http://profznanie.com/prokatka/prokatka-gor.htmL 03.03.2013.

8. Будаи Б.Т., Породнов Б.Т., Мякутина И.В., Товкач Е.Ф. Разработка высокоточного экологически чистого метода измерения толщины листового проката.— Дефектоскопия, 2012, № 8, с. 49—54.

9. Будаи Б. Т., Породнов Б. Т., Мякутина И. В. Высокоэффективный измеритель параметров листового проката.— Дефектоскопия, 2014, № 1, с. 12—18.

10. Лазерный измеритель линейных размеров.—https://www. google.ru/search?q=Лазерный +измеритель+линейных+размеров&ie=utf-8&oe

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком