Рациональная калибровка. Коэффициент неравномерности формоизменения металла

Содржание:

Введение

1. Классификация калибров

2. Схемы прокатки

3. Исследование влияния геометрии калибра

4.Рациональная калибровка. Коэффициент неравномерности формоизменения металла

5. Заключение 

 

Введение:

Для современных прокатных станов характерны большие объемы производства и высокие скорости прокатки. Например, производительность блюмингов и непрерывно-заготовочных станов составляет 5—6 млн. т 
проката в гол, а скорость прокатки на новых проволочных станах возросла до 80—100 м/с и более. В этих условиях экономический эффект может быть получен за счет повышения точности расчета калибровок прокатных валков и разработки оптимальных режимов прокатки блюмов, заготовок и сортовых профилей.

В задачу калибровки входит определение формы и размеров калибров, которые растачивают на валках для получения различных прокатных изделий. От того, насколько правильно выбрана калибровка валков, зависят размеры и качество поверхности получаемого готового профиля, который должен отвечать требованиям технических условий и ГОСТов.

При разработке калибровки валков необходимо учитывать особенности деформации металла в калибрах, с тем, чтобы избежать образования больших внутренних напряжений в прокатываемом металле и готовом профиле и обеспечить равномерный и минимальный износ калибров.

Калибровка должна удовлетворять требованиям механизации и автоматизации прокатного производства, способствовать улучшению условий труда, а также обеспечить высокую производительность прокатного стана при минимальном расходе энергии и равномерном распределении нагрузки по клетям. Разработка калибровки валков, отвечающей указанным требованиям, является весьма сложным и многосторонним процессом, в котором необходимо учитывать закономерности течения металла в калибрах, силовые условия прокатки, захватывающую способность валков, температурные режимы деформации, прочность оборудования, мощность привода стана и другие факторы.

Целью данной курсовой работы была разработка схемы калибровки валков при производстве шестигранной стали, расчет рациональной калибровки по критерию прорабатываемости структуры металла при производстве шестигранника №48 на среднесортном стане «350» ОАО «Северсталь».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Классификация  калибров.

Существуют следующие системы вытяжных калибров: «ромб – квадрат», «овал – квадрат», «овал – ребровой овал»,  «шестиугольник – квадрат» и другие, в том числе и разновидности перечисленных. Каждая из этих систем имеет свои преимущества, недостатки и область применения.

Чистовые системы калибров предназначены для получения готового профиля с требуемой точностью и с минимальным количеством дефектов. Форма чистовых калибров максимально приближена к форме готового профиля. Эти системы характеризуются относительно небольшими вытяжками, составляющими 1,05 – 1,15.

Прокатку шестигранной стали осуществляют по различным схемам, однако во всех схемах в качестве предчистового калибра служит шестиугольный, который после кантовки на 900 задается в чистовой шестигранный калибр, врезанный таким образом, чтобы разъем его проходил через середину боковых граней шестигранника. Такое расположение чистового калибра обеспечивает хорошее выполнение углов профиля и снижает вероятность искажения формы и размеров шестигранника при возможном колебании уширения в процессе прокатки.

Рисунок 1.1 - Различные схемы прокатки шестигранной стали: а) «овал-квадрат»; б) «Ромб-квадрат»; в) «овал-круг»

     «Овал – квадрат»:

Система калибров «овал-квадрат» является наиболее эффективной вытяжной системой. По сравнению с другими системами калибров она позволяет получать наибольшие коэффициенты вытяжки и соответственно уменьшать количество проходов. При прокатке по этой системе овальные полосы кантуют на 90°, а квадратные — на 45°. При такой схеме деформации металл поочередно обжимается в четырех направлениях, а углы профиля систематически обновляются. Благодаря этому улучшается проработка металла и получается равномерное охлаждение раската по всему сечению. Поэтому систему калибров овал-квадрат применяют на среднесортных, мелкосортных и проволочных станах, где требуется интенсивное уменьшение сечения заготовки при сохранении температуры раската.

К основным недостаткам системы калибров «овал-квадрат» относится значительная неравномерность деформации по ширине раската и неравномерное распределение коэффициентов вытяжки между овальным и квадратным калибром. Неравномерное обжатие по ширине раската имеет место как в овальном, так и в квадратном калибрах и вызывает увеличение износа валков и расхода энергии на прокатку. Из-за больших обжатий по краям квадратной полосы в овальном калибре на боковой поверхности раската могут получаться складки, снижающие качество готового профиля. Коэффициент вытяжки в овальном калибре всегда больше, чем в квадратном, вследствие чего получается неравномерная силовая загрузка оборудования стана, а также неравномерная выработка этих калибров, что оказывает влияние на качество поверхности проката. Отмеченные недостатки ограничивают возможность применения системы калибров «овал-квадрат» при прокатке качественных сталей.

 

«Квадрат – шестиугольник»:

Система «квадрат - шестиугольник» характеризуется более равномерной деформацией металла по ширине, а заполнения калибра шестиугольника осуществляется главным образом за счет уширения. Недостатком этой схемы прокатки  являются значительные коэффициенты высотной деформации, так как исходные квадраты принимают больших размеров. Схема характеризуется известной универсальностью.

 

«Шестиугольник – квадрат»:

В системе «шестиугольник – квадрат» происходит обновление углов у квадратного раската, дополнительно облегчаются условия кантовки металла при подаче в квадратный калибр. Применение шестиугольных калибров упрощает расточку валков и конструкцию валковой арматуры. В квадратном калибре положение шестиугольного раската более устойчиво, чем у овального. При деформации шестиугольного раската в квадратном калибре вытяжка может быть больше, чем при обжатии в нём овального раската.

В этой системе происходит обновление углов у квадратов, также как и в системе калибров «овал – квадрат». Замена овального калибра шестиугольником с углом наклона боковых стенок 45° дает ряд технологических преимуществ:

• шестиугольник лучше удерживается валковой арматурой, более надежно работают кантующие  устройства при задаче шестиугольника в квадратный калибр;
• положение шестиугольника в квадратном калибре более устойчиво, чем овального профиля;
• при прокатке в шестиугольном калибре квадратной заготовки распределение деформации по ширине заготовки более равномерно, чем в овальном калибре;
• увеличивается коэффициент вытяжки в квадратном калибре при обжатии шестиугольника, так как имеется большой простор на уширение;
• упрощается расточка валков и конструкция валковой арматуры.

 

Система «ромб-квадрат» состоит из чередующихся ромбических и квадратных калибров, врезанных в валки по диагонали Раскат в калибры задают также по диагонали и кантуют после каждого прохода на 90°. На прокатных станах с чередующимися вертикальными и горизонтальными клетями ромбические калибры располагают на вертикальных валках, а квадратные - на горизонтальных. При этом необходимость кантовки раската отпадает.

Основным преимуществом этой системы является возможность получения геометрически правильных квадратов в чистовом и каждом промежуточном квадратном калибре. Кроме того, из одного квадратного калибра можно получать квадраты нескольких смежных размеров путем регулирования положения валков по высоте. Система «ромб-квадрат» характеризуется достаточно хорошей устойчивостью раската в калибрах, что дает возможность получать значительные коэффициенты вытяжки. Преимуществом системы является также равномерное относительное обжатие по ширине калибра.

Система калибров «ромб - квадрат имеет ряд недостатков». Глубина вреза ручьев в валки в 1,41 раза больше, чем у равновеликих по площади ящичных калибров. Это существенно ослабляет прочность валков и, кроме 
того, вызывает повышенный износ калибров, так как значительная разница рабочих диаметров валков по ширине ручья вызывает дополнительное скольжение прокатываемого металла относительно поверхности валков. 
При прокатке металл получает обжатие только в двух взаимно перпендикулярных направлениях, вследствие чего углы ромбического и квадратного профиля не обновляются и охлаждаются быстрее, чем основная часть сечения. Поэтому по остроугольным кромкам раската возможно образование поперечных  трещин, особенно при прокатке малопластичных сталей и сплавов. Для снижения вероятности появления этих трещин делают специальные закругления в углах и разъеме калибров. Недостатком системы ромб-квадрат является также необходимость удерживания раската при задаче в валки, что особенно ощутимо на линейных станах, где для этого 
на некоторых станах применяют ручной труд.

Система калибров «овал-квадрат» является наиболее эффективной вытяжной системой. По сравнению с другими системами калибров она позволяет получать наибольшие коэффициенты вытяжки и соответственно уменьшать количество проходов.

При прокатке по этой системе овальные полосы кантуют на 90°, а квадратные — на 45°. При такой схеме деформации металл поочередно обжимается в четырех направлениях, а углы профиля систематически обновляются. Благодаря этому улучшается проработка металла и получается равномерное охлаждение раската по всему сечению. Указанные преимущества особенно важны при деформации полос малых сечений (квадрат со стороной 50—70 мм и менее). Поэтому систему калибров овал-квадрат применяют на среднесортных, мелкосортных и проволочных станах, где требуется интенсивное уменьшение сечения заготовки при сохранении температуры раската.

К основным недостаткам системы калибров «овал-квадрат» относится значительная неравномерность деформации по ширине раската и неравномерное распределение коэффициентов вытяжки между овальным и квадратным калибром. Неравномерное обжатие по ширине раската имеет место как в овальном, так и в квадратном калибрах и вызывает увеличение износа валков и расхода энергии на прокатку. Из-за больших обжатий по краям квадратной полосы в овальном калибре на боковой поверхности раската могут получаться складки, снижающие качество готового профиля. Коэффициент вытяжки в овальном калибре всегда больше, чем в квадратном, вследствие чего получается неравномерная силовая загрузка оборудования стана, а также неравномерная выработка этих калибров, что оказывает влияние на качество поверхности проката. Отмеченные недостатки ограничивают возможность применения системы калибров овал-квадрат при прокатке качественных сталей.

Недостатком этой системы калибров является также склонность к сваливанию полосы в калибрах; при малых отношениях осей овального калибра может происходить сваливание квадратной полосы, а при больших отношениях осей — сваливание овальной полосы.

Рисунок 1.2 – чистовые калибры для прокатки шестигранной стали

 

В данном расчете в качестве первого предчистового калибра используется квадрат, прокатанный по системе «овал – квадрат», который затем задается в предчистовой калибр. Эта схема характеризуется повышенными коэффициентами высотной деформации в условиях значительной неравномерности деформирования по ширине, и по сравнению с другими системами калибров она позволяет получать наибольшие коэффициенты вытяжки и соответственно уменьшать количество проходов.

Рисунок 1.3 - Система калибров овал-квадрат

При расчете обжимной группы берем систему ящичных калибров – ящичный квадрат повторяется через один прямоугольный калибр, так как она предусматривает кантовку раската после каждого прохода, что обеспечивает улучшение качества поверхности готового проката.

2. Схемы прокатки.

Калибры чистовой группы показаны на рисунке 2.

Схемы калибровки при производстве шестигранной стали:

 

Рисунок 2.1 - Схемы калибровки при производстве шестигранной стали.

Рисунок 2.2 – Схемы калибровки валков 6 – 12 клетей.

 

 

 

 

 

 

3. Исследование  влияния геометрии калибра.

Расчеты производились в программе «Калибр».

Скоростной режим до калибровки

Таблица 3.1.

Ориентировочный скоростной режим
Клеть №	Площадь сечения, кв. мм	Катающий диаметр, мм	Скорость прокатки, м/c
1	2	3	4
1	17760	380	1,32
2	14557	387	1,61
3	11835	399	1,97
4	9622	331	2,43
5	7823	432	2,99
6	6360	362	3,67
7	5171	360	4,52
8	4204	378	5,56
9	3446	385	6,78
10	2825	391	8,27
11	2374	347	9,85
12	1995	401	11,72