ITMI20002284A1 - PROCESS AND EQUIPMENT FOR THE PRODUCTION OF HOT-ROLLED THIN AND ULTRA-THIN TAPES WITH DIMENSIONAL AND GEOME CHARACTERISTICS - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: DESCRIPTION of the industrial invention entitled:
“PROCEDIMENTO ED APPARECCHIATURA PER LA PRODUZIONE DI NASTRI SOTTILI E ULTRASOTTILI LAMINATI A CALDO CON CARATTERISTICHE DIMENSIONALI E GEOMETRICHE MIGLIORATE” "PROCESS AND EQUIPMENT FOR THE PRODUCTION OF THIN AND ULTRA-THIN HOT ROLLED BELTS WITH IMPROVED DIMENSIONAL AND GEOMETRIC CHARACTERISTICS"
La presente invenzione riguarda un procedimento e relativa apparecchiatura per la produzione di nastri sottili ed ultrasottili laminati a caldo aventi caratteristiche dimensionali e geometriche migliorate, comparabili a quelle proprie dei nastri laminati a freddo di pari spessore. The present invention relates to a process and relative apparatus for the production of thin and ultra-thin hot rolled strips having improved dimensional and geometric characteristics, comparable to those of cold rolled strips of the same thickness.
E’ noto, anche in base a studi recenti, che attualmente sono in notevole crescita le quote di mercato dei nastri sottili ed ultrasottili (cioè nella gamma degli spessori 0,6- 1,5 mm) laminati a caldo, rispetto a quelli laminati a freddo, nell’ impiego nei vari settori dell’ industria, in particolare quello automobilistico. It is known, also on the basis of recent studies, that the market shares of hot-rolled thin and ultra-thin strips (i.e. in the range of thicknesses 0,6-1,5 mm) are currently growing considerably, compared to those rolled to cold, for use in various industrial sectors, in particular the automotive one.
Le richieste riguardano soprattutto i nastri in acciaio a basso contenuto di carbonio, microlegato e, più recentemente, anche ad alto contenuto di carbonio. Lo sviluppo di questi prodotti è condizionato dai limiti dei processi tradizionali di laminazione che, a causa dei bassi spessori, non sono in grado di garantire le caratteristiche geometriche e dimensionali tipiche dei nastri laminati a freddo, nonché la qualità della superficie, pregiudicandone l’impiego diretto. In particolare, un aspetto particolarmente negativo è costituito dal profilo trasversale del nastro perché non completamente parallelo, in prevalenza a forma lenticolare convessa con notevoli differenze di spessore tra centro e bordi. Questi processi di laminazione utilizzano infatti generalmente cilindri di appoggio o di “back-up” più larghi del nastro da laminare. The requests mainly concern steel strips with a low carbon content, micro-alloyed and, more recently, also with a high carbon content. The development of these products is conditioned by the limits of traditional rolling processes which, due to the low thicknesses, are not able to guarantee the geometric and dimensional characteristics typical of cold rolled strips, as well as the quality of the surface, thus compromising their use. direct. In particular, a particularly negative aspect is constituted by the transversal profile of the belt because it is not completely parallel, mainly in a convex lenticular shape with considerable differences in thickness between the center and edges. In fact, these lamination processes generally use back-up or back-up cylinders that are wider than the strip to be laminated.
Per poter ottenere nastri di spessore di circa 1 mm come sopra indicato, è necessario infatti aumentare notevolmente la pressione sui cilindri di laminazione per compensare le forze contrarie, di separazione, che reagiscono alla riduzione del nastro, per cui si viene a creare una controspinta nella zona centrale dei cilindri di lavoro e di “back-up” che li porta a flettersi generando un nastro dal profilo convesso. Questa situazione è stata illustrata, a titolo d’esempio, in figura 1, rappresentativa della tecnica nota. Sono evidenti due aspetti negativi di tale condizione, il primo dei quali è costituito dalla forma convessa o lenticolare del profilo del nastro, mentre il secondo è dato dall’usura localizzata dei cilindri di lavoro in corrispondenza dei bordi del nastro contrassegnati dalle frecce FI in figura 1. In figura 2, sempre relativa alla tecnica nota, la fase a rappresenta ancora la situazione di figura 1 per quanto riguarda il profilo convesso del nastro 1 e la fase b mette in evidenza le deformazioni che possono instaurarsi nei cilindri di lavoro in conseguenza del’usura localizzata in corrispondenza dei bordi del nastro, nelle zone contrassegnate dalla frecce FI in fase a, e generata dalla flessione maggiore esercitata dai cilindri in dette zone rispetto alla zona centrale per l’effetto “a tenaglia” sul nastro stesso e per la maggiore durezza dei bordi a causa della temperatura più bassa esistente in quella zona rispetto al resto del nastro. Anche nei laminatoi a freddo i cilindri di back-up hanno larghezza maggiore del nastro da laminare, ma non si hanno gli inconvenienti suddetti perchè il nastro ha la stessa temperatura dal bordo al centro ed i bordi sono rifilati per cui il nastro ha la stessa resistenza meccanica su tutta la larghezza. In order to obtain strips with a thickness of about 1 mm as indicated above, it is in fact necessary to considerably increase the pressure on the lamination cylinders to compensate for the opposite, separation forces, which react to the reduction of the strip, so that a counter-thrust is created in the central area of the work and back-up cylinders which causes them to bend, generating a belt with a convex profile. This situation has been illustrated, by way of example, in Figure 1, representative of the prior art. Two negative aspects of this condition are evident, the first of which consists of the convex or lenticular shape of the belt profile, while the second is given by the localized wear of the work rolls at the edges of the belt marked by the arrows FI in the figure 1. In figure 2, again relating to the known technique, phase a still represents the situation of figure 1 as regards the convex profile of the belt 1 and phase b highlights the deformations that can occur in the working rolls as a consequence of the 'localized wear at the edges of the belt, in the areas marked by the arrows FI in phase a, and generated by the greater bending exerted by the cylinders in said areas with respect to the central area due to the "pincer" effect on the belt itself and for the greater hardness of the edges due to the lower temperature existing in that area compared to the rest of the belt. Also in cold rolling mills the back-up rolls have a greater width than the strip to be laminated, but the aforementioned drawbacks do not occur because the strip has the same temperature from the edge to the center and the edges are trimmed so that the strip has the same resistance. mechanics over the entire width.
E’ noto d’altra parte che, per ottimizzare l’usura dei cilindri, la maggior parte dei produttori di nastri sottili ed ultrasottili a caldo adottano tecniche di laminazione che prevedono sequenze di nastro a larghezza variabile secondo il cosiddetto schema a “cassa da morto” vale a dire, con riferimento alla figura 3, partendo con nastri stretti c, con fase intermedia d a nastri larghi seguita infine ancora da larghezze decrescenti e. Questo procedimento, se da un lato migliora le caratteristiche geometriche dei nastri, dall’altro peggiora la produttività degli impianti con notevoli costi di esercizio ed è per questa ragione che i produttori di nastro a caldo sono restii a produrre nastri sottili, specialmente da bramma di spessore convenzionale. On the other hand, it is known that, in order to optimize the wear of the cylinders, most producers of thin and ultra-thin hot strips adopt lamination techniques that provide variable-width strip sequences according to the so-called "dead box" scheme. That is, with reference to Figure 3, starting with narrow belts c, with intermediate phase d with wide belts, finally followed by decreasing widths e. If on the one hand this process improves the geometric characteristics of the strips, on the other hand it worsens the productivity of the plants with considerable operating costs and it is for this reason that the producers of hot strips are reluctant to produce thin strips, especially from slabs of conventional thickness.
Un tentativo di risolvere tale problema è stato proposto nel brevetto USA 4.162.627 rendendo spostabili nelle due direzioni longitudinali opposte i cilindri di appoggio, variando così la zona di contatto di questi con i cilindri di lavoro. Si hanno tuttavia difficoltà dovute al contatto dei cilindri di back-up con superfici variamente e fortemente usurate del cilindro di lavoro, il che può influenzare ulteriormente in modo negativo il profilo del nastro. An attempt to solve this problem has been proposed in US patent 4,162,627 by making the support rolls movable in the two opposite longitudinal directions, thus varying the contact area of these with the work rolls. However, there are difficulties due to the contact of the back-up rolls with variously and heavily worn surfaces of the work roll, which can further negatively influence the profile of the belt.
E’ stato anche proposto, per esempio con il brevetto GB-A-2.202.174, di adottare cilindri di lavoro con un’estremità conica e l’altra cilindrica, da parti opposte del nastro da laminare, detti cilindri essendo traslabili assialmente in senso opposto tra di loro così che entrambi i bordi laterali del nastro da laminare siano posizionati in corrispondenza di una zona conica, rispettivamente del cilindro di lavoro superiore e di quello inferiore, muovendosi di un’entità corrispondente all’usura dei cilindri stessi e mantenendo comunque una traslazione rispetto ai bordi del nastro che è legata al diverso profilo che si vuole ottenere per ciascuna larghezza. Questa tecnologia, nonché quella descritta in EP-A-899029 ed in WO 99/47283, che prevedono scanalature in estremità alternativamente opposte dei cilindri di lavoro e di back-up traslabili assialmente è comunque applicabile sempre in concomitanza con il suddetto sistema di produzione a “cassa da morto”. It has also been proposed, for example with the patent GB-A-2.202.174, to adopt work rolls with one conical end and the other cylindrical, on opposite sides of the strip to be rolled, said cylinders being axially translatable in the direction opposite each other so that both lateral edges of the strip to be rolled are positioned in correspondence with a conical area, respectively of the upper and lower work roll, moving by an amount corresponding to the wear of the rolls themselves and in any case maintaining a translation with respect to the edges of the belt which is linked to the different profile to be obtained for each width. This technology, as well as that described in EP-A-899029 and in WO 99/47283, which provide grooves at alternately opposite ends of the work and back-up cylinders which can be moved axially, is however always applicable in conjunction with the aforementioned production system. "coffin".
Con la domanda di brevetto MI 98A000143 a nome dello stesso richiedente è stato proposto un metodo di laminazione a caldo di nastri sottili ed ultrasottili comprendente fasi successive di traslazione laterale nella direzione assiale dei cilindri di lavoro e di appoggio in direzioni opposte. Con tale metodo si sono ottenuti buoni risultati per quanto riguarda le caratteristiche dimensionali e geometriche del nastro prodotto, con ridotti fenomeni di usura dei cilindri stessi, ma chiaramente questo metodo richiede che siano apprestati delicati dispositivi di movimentazione dei cilindri di lavoro e di back-up, con relativi organi di sincronizzazione dei movimenti. With the patent application MI 98A000143 in the name of the same applicant, a method of hot rolling of thin and ultra-thin strips has been proposed, comprising successive lateral translation steps in the axial direction of the working and supporting rolls in opposite directions. With this method, good results have been obtained as regards the dimensional and geometric characteristics of the produced strip, with reduced wear phenomena of the rolls themselves, but clearly this method requires that delicate devices for handling the work rolls and back-up be prepared. , with related movement synchronization organs.
Costituisce pertanto uno scopo della presente invenzione quello di fornire un procedimento e relativa apparecchiatura per il controllo del profilo e delle tolleranze di nastri laminati a caldo, in particolare di spessore compreso tra 0, 6 e 1,5 mm, senza comprimerne i bordi ma anzi ricevendo dai bordi del nastro stesso una controspinta che tende a compensare la curvatura convergente, dando luogo ad un profilo sostanzialmente parallelo o “piatto”, con caratteristiche geometriche comparabili a quelle proprie dei nastri laminati a freddo. Ciò anche prescindendo da movimentazioni assiali dei rulli di lavoro o di back-up e quindi senza che siano necessari costosi e delicati organi di controllo a questo riguardo. It is therefore an object of the present invention to provide a process and relative apparatus for checking the profile and tolerances of hot-rolled strips, in particular with a thickness between 0, 6 and 1.5 mm, without compressing the edges but rather receiving from the edges of the belt itself a counter-thrust which tends to compensate for the convergent curvature, giving rise to a substantially parallel or "flat" profile, with geometric characteristics comparable to those of cold rolled strips. This also regardless of axial movements of the work or back-up rollers and therefore without the need for expensive and delicate control organs in this regard.
Questo scopo viene ottenuto mediante un procedimento ed un’apparecchiatura aventi le caratteristiche riportate nelle rivendicazioni. This object is achieved by means of a process and an apparatus having the characteristics indicated in the claims.
Altri scopi, vantaggi e caratteristiche della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente descrizione del procedimento e relativa apparecchiatura con riferimento ai disegni annessi in cui: Other objects, advantages and characteristics of the present invention will become clearer from the following description of the process and related apparatus with reference to the annexed drawings in which:
le Figure 1 e 2 mostrano schematicamente insiemi di cilindri di una gabbia di laminazione secondo la tecnica nota, per la produzione di nastri sottili o ultrasottili; la Figura 3 mostra schematicamente l’andamento della larghezza del nastro laminato con la tecnologia cosiddetta a “cassa da morto”; Figures 1 and 2 schematically show assemblies of rolls of a rolling stand according to the known art, for the production of thin or ultra-thin strips; Figure 3 schematically shows the trend of the width of the rolled tape with the so-called "deadbox" technology;
la Figura 4 e la Figura 5 mostrano schematicamente i cilindri di una gabbia di laminazione secondo la presente invenzione, mostrando più in particolare nella seconda di esse la distribuzione delle forze. Figure 4 and Figure 5 schematically show the cylinders of a rolling stand according to the present invention, showing more particularly in the second of them the distribution of the forces.
Con riferimento ai disegni ed in particolare alle figure 4 e 5 rappresentative della presente invenzione, mentre le figure 1-3 sono già state considerate neU’enunciare la tecnica nota, 1 è ancora il nastro da laminare, chiaramente non rappresentato in scala, ma con uno spessore maggiore, in rapporto alla larghezza, di quanto sarebbe risultato per un nastro sottile o ultrasottile, e ciò per una maggiore chiarezza illustrativa. I due cilindri di appoggio o di back-up sono stati indicati con 2, mentre 3 sono i due cilindri di lavoro a contatto con il nastro 1, indicati perfettamente paralleli tra loro. 11 procedimento della presente invenzione e l’apparecchiatura che lo realizza non prevedono alcun ausilio di sistemi speciali come organi di movimentazione dei cilindri in senso assiale e di regolazione e sincronizzazione di tali movimenti anche senza escludere spostamenti assiali dei cilindri, ma cilindri di back-up opportunamente sagomati e dimensionati in modo tale che la lunghezza 1 della zona di contatto con i cilindri di lavoro 3 sia inferiore alla larghezza L del nastro 1. Preferibilmente i cilindri di back-up 2 sono smussati alle estremità, e quindi hanno una lunghezza assiale maggiore di 1, formando un angolo 4 con i cilindri di lavoro. With reference to the drawings and in particular to Figures 4 and 5 representative of the present invention, while Figures 1-3 have already been considered in the prior art, 1 is still the strip to be laminated, clearly not represented to scale, but with a greater thickness, in relation to the width, than it would have been for a thin or ultra-thin tape, and this for greater illustrative clarity. The two support or back-up cylinders have been indicated with 2, while 3 are the two working cylinders in contact with the belt 1, indicated perfectly parallel to each other. The process of the present invention and the apparatus that carries it out do not provide for any aid of special systems such as members for moving the cylinders in the axial direction and for adjusting and synchronizing these movements, even without excluding axial displacements of the cylinders, but back-up cylinders. suitably shaped and dimensioned in such a way that the length 1 of the contact area with the work rolls 3 is less than the width L of the belt 1. Preferably the back-up rolls 2 are chamfered at the ends, and therefore have a greater axial length of 1, forming an angle 4 with the work rolls.
Come si vede meglio con riferimento alla figura 5, la pressione F esercitata dai cilindri di back-up si distribuisce, trasmessa dai cilindri di lavoro 3, su tutta la larghezza del nastro 1 in laminazione e di conseguenza anche la forza separante G o reazione del nastro stesso ha lo stesso andamento sui cilindri evitando che questi si flettano o comunque riducendo al minimo tale flessione. Questa sarà in ogni caso proporzionale alle forze in gioco ed alla resistenza G opposta dal materiale, nonché alle forze di precarico F2 applicate ai cilindri di lavoro. In tal modo si evita l’usura preferenziale in corrispondenza dei bordi, cioè nelle zone FI indicate in figura I, in quanto la pressione specifica esercitata dai cilindri 3 è uniformemente distribuita su tutta la larghezza del nastro, contrariamente a quanto avviene nei sistemi tradizionali dove si concentra proprio sui bordi causando l’usura dei cilindri in quei punti (si veda anche figura 2). Si noti che lo smusso laterale dei cilindri 2, che determina la zona d’angolo 4, riducendo la zona di contatto con i cilindri di lavoro ad un tratto inferiore alla larghezza L del nastro da laminare, consente una distribuzione omogenea delle forze su tutta la larghezza del nastro eliminando l’effetto negativo della flessione dei cilindri e comunque compensandola così da evitare zone di usura localizzata tra le due coppie di cilindri, in corrispondenza dei bordi dei cilindri di lavoro 2. Si e trovato che preferibilmente il rapporto tra la zona di contatto dei cilindri di back-up, indicata con 1 in figura 5, e la larghezza del nastro L, cioè 1/L, è compreso tra 0,5 e 1, preferibilmente pari a 0,9. La profondità dello smusso, ovvero la massima distanza che si ha tra i cilindri di lavoro e back-up in corrispondenza degli angoli 4 può variare tra 0 e 10 mm con un valore preferenziale intorno a 2,25 mm. As can be seen better with reference to Figure 5, the pressure F exerted by the back-up rolls is distributed, transmitted by the work rolls 3, over the entire width of the strip 1 being rolled and consequently also the separating force G or reaction of the the belt itself has the same trend on the cylinders, preventing them from bending or in any case reducing this bending to a minimum. This will in any case be proportional to the forces involved and to the resistance G opposed by the material, as well as to the preload forces F2 applied to the work rolls. In this way preferential wear is avoided at the edges, i.e. in the areas FI indicated in figure I, since the specific pressure exerted by the cylinders 3 is uniformly distributed over the entire width of the belt, contrary to what occurs in traditional systems where it concentrates precisely on the edges causing wear on the cylinders in those points (see also figure 2). It should be noted that the lateral chamfer of the rolls 2, which determines the corner area 4, by reducing the contact area with the working rolls to a length less than the width L of the strip to be rolled, allows a homogeneous distribution of the forces over the entire length. width of the strip, eliminating the negative effect of the bending of the cylinders and in any case compensating it so as to avoid localized wear zones between the two pairs of cylinders, in correspondence with the edges of the working cylinders 2. It has been found that preferably the ratio between the contact of the back-up cylinders, indicated with 1 in Figure 5, and the width of the belt L, that is 1 / L, is comprised between 0.5 and 1, preferably equal to 0.9. The depth of the chamfer, i.e. the maximum distance between the work and back-up cylinders at the corners 4, can vary between 0 and 10 mm with a preferential value of around 2.25 mm.
Come detto più sopra, data la distribuzione delle forze, i cilindri di lavoro non saranno soggetti a sensibili concavità, come rappresentate nelle figure 1 e 2, ma sarà più probabile che essi assumano una forma convessa che tuttavia non avrà alcun effetto negativo, in particolare sull’usura dovuta al contatto con i cilindri di back-up, grazie alla forma smussata di questi ultimi. In ogni caso le deviazioni dovute alla forma concava o convessa saranno al massimo di ± 0,30 mm e preferibilmente ± 0,20 mm. As mentioned above, given the distribution of the forces, the working rolls will not be subject to significant concavities, as shown in Figures 1 and 2, but it will be more likely that they will assume a convex shape which, however, will not have any negative effect, in particular on wear due to contact with the back-up cylinders, thanks to the rounded shape of the latter. In any case, the deviations due to the concave or convex shape will be at most ± 0.30 mm and preferably ± 0.20 mm.
in un esempio di realizzazione, un laminatoio a caldo per nastri sottili ed ultrasottili ha cinque gabbie i cui cilindri di lavoro e di back-up hanno una lunghezza rispettivamente di 1900 e 1500 mm. Questi ultimi hanno un diametro massimo di 1450 mm ed un diametro minimo di 1300 mm, con uno smusso complessivo di 150 mm in senso assiale. 11 diametro massimo dei cilindri di lavoro è di 700 mm per le prime due gabbie e di 600 mm per le rimanenti tre, mentre il diametro minimo è di 630 mm per le prime due gabbie e di 540 mm per le rimanenti, avendo preferibilmente una forma concava. in an embodiment example, a hot rolling mill for thin and ultra-thin strips has five stands, the working and back-up rolls of which have a length of 1900 and 1500 mm respectively. The latter have a maximum diameter of 1450 mm and a minimum diameter of 1300 mm, with an overall bevel of 150 mm in the axial direction. The maximum diameter of the working rolls is 700 mm for the first two stands and 600 mm for the remaining three, while the minimum diameter is 630 mm for the first two stands and 540 mm for the remaining ones, preferably having a shape concave.
E’ presente una certa concavità nei cilindri di lavoro, sostanzialmente nulla nella prima gabbia fino ad un valore pari a - 0,2 mm nelle ultime gabbie. Il tratto di appoggio I tra cilindri di back-up e cilindri di lavoro è costante, pari a 1200 mm, inferiore alla larghezza L del nastro che è di 1330 mm. There is a certain concavity in the work rolls, substantially zero in the first stand up to a value equal to - 0.2 mm in the last stands. The support section I between the back-up cylinders and the work cylinders is constant, equal to 1200 mm, less than the width L of the belt which is 1330 mm.
Dalla descrizione che precede risulta evidente anche il vantaggio, proprio della presente invenzione, di consentire la produzione di nastri a caldo sottili e ultrasottili alla massima larghezza senza dover cambiare continuamente la larghezza del nastro, come invece è necessario seguendo il programma di lavoro di figura 3, mentre è possibile ridurre la frequenza dei cambi dei cilindri di lavoro fino a circa 100 km di nastro laminato, come risulta da prove pratiche effettuate. I nastri sottili ed ultrasottili laminati a caldo di massima larghezza ottenuti con il procedimento e l’apparecchiatura secondo la presente invenzione presentano inoltre caratteristiche geometriche e dimensionali comparabili a quelle dei nastri ri laminati a freddo di pari spessore e larghezza. The advantage of the present invention is also evident from the above description of allowing the production of thin and ultra-thin hot strips at the maximum width without having to continuously change the width of the strip, as instead is necessary following the work program of figure 3. , while it is possible to reduce the frequency of work roll changes up to about 100 km of rolled strip, as shown by practical tests carried out. The thin and ultra-thin hot-rolled strips of maximum width obtained with the process and equipment according to the present invention also have geometric and dimensional characteristics comparable to those of cold-rolled strips of equal thickness and width.
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