Технология прокатного производства

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.4 – Положение нейтральной линии калибра НЛК в квадратном (а) и швеллерном (б) калибрах

 

При прокатке профилей сложной формы НЛК определяется положением центра тяжести поперечного  сечения раската. Например, при прокатке швеллеров (рис.2.4б) координата центра тяжести:

 

 

где ; ; – площади отдельных элементов профиля;

      z₁;z₂;z₃ – расстояния от начала отсчета (линия 00) до центров тяжести указанных элементов профиля.

 

РАЗЪЕМ валков – место, где граница профиля переходит с одного валка на другой. Разъем валка является его слабым местом, поскольку в него устремляется металл в случае переполнения калибра.

ЗАКРУГЛЕНИЯ калибров имеют весьма важное значение для устойчивой и успешной работы калибровки. Закругления в разъемах калибра позволяют избежать образования закатов из-за переполнения калибров, а в глубине калибра - чрезмерного остывания углов раската и исключают возможность концентрации напряжений в ручье валка.

3.3 Элементы  калибровки  валков

 

Основной величиной, определяющей размер стана, принято  считать диаметр рабочих валков - у сортовых станов, для листовых - длину бочки валков. Если на стане имеются клети с разнообразными диаметрами валков, то определяющим является диаметр валков чистовой клети. Но так как вследствие переточек диаметры валков уменьшаются, то размер стана определяют расстоянием между осями шестеренных валков, которое остается неизменным. Воображаемые диаметры, при которых валки в клети соприкасались бы друг с другом без зазора называются начальными диаметрами валков Do.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3.5 – Схема к определению размера стана и начальных диаметров валков

 

1 – шестеренные  валки; 2 – шпиндели; 3 – рабочие  валки;

 

Do = (D_ов + D_он)/2 = (D_бв + D_бн)/2 +S;

 

Степень изменения  диаметра валков рабочей клети характеризуется  коэффициентом переточки:

k = (D_max + D_min)/2

 

ВЕРХНЕЕ И НИЖНЕЕ ДАВЛЕНИЕ. Преобладание диаметра одного валка над другим, выраженным в миллиметрах в калибровке валков называется давлением. Верхнее давление  - D_в > D_н, нижнее давление - D_н > D_в. Нижнее давление применяют на обжимных станах, где оно способствует предотвращению удара выходящей полосы о станинные ролики. Верхнее давление - в сортовых станах для удобства эксплуатации выводной арматуры.

Б. Б. Диомидов и Н. В. Литовченко рекомендуют следующие величины верхнего давления т, мм:

Станы	Черновые клети	Промежуточные клети	Чистовые клети
Крупносортные	3 – 4	2 – 3	1,0
Среднесортные	2 – 3	1 – 2	0,5 – 1,0
Мелкосортные и проволочные	1,0 – 1,5	1,0 – 1,5	0

На блюмингах  обычно применяют нижнее давление 5-10 мм.

Линию, делящую  расстояние между осями валков пополам, называют СРЕДНЕЙ ЛИНИЕЙ ВАЛКОВ.

 

 

 

Линию, на которой располагают  калибры (совпадает с НЛК), называют ЛИНИЕЙ ПРОКАТКИ. В общем случае они (СРЕДНЯЯ ЛИНИЯ ВАЛКОВ и ЛИНИЯ ПРОКАТКИ) не совпадают из-за давления валков на величину:

 

Δ = D_о/2 - D_он/2, Do = (D_ов + D_он)/2, m = D_ов - D_он.

 

Следовательно, Δ = D_ов/4 + D_он/4 - D_он/2= (D_ов - D_он)/4   или    Δ = m /4.

 

Диаметр валков, по которому происходит соприкосновение металла  с валком, называют КАТАЮЩИМ ДИАМЕТРОМ ВАЛКОВ (у калибров простой формы). У фасонных калибров КАТАЮЩИЙ ДИАМЕТР ВАЛКОВ определяет линейную скорость выхода полосы из калибра – V = ω*R_k

 

БУРТЫ – элементы калибровки служащие для разделения нескольких калибров одновременно расположенных в валках. Ширина буртов должна быть достаточной для восприятия осевого усилия прокатываемого металла (особенно в глубоковрезанных калибрах – балочных, швеллерных, рельсовых) и возможность установки вводной и выводной валковой арматуры.

 

3.4 Характеристика отдельных систем калибров

Для прокатки простых  сортовых профилей применяют калибры  простой формы: ящичные, овальные, шестиугольные, квадратные и др. (см. рис. 3.2). Указанные калибры используют в определенных сочетаниях, обеспечивающих необходимые условия деформации металла на стане: интенсивное уменьшение сечения исходной заготовки в черновых проходах, формирование готового про- филя в чистовых клетях, удаление окалины с раската, получение хорошей поверхности проката и т.д. Совокупность чередующихся калибров одного или двух видов называют системой калибров. Часто в системах калибров чередуются неравноосные калибры (например, овал) и равноосные калибры (например, квадрат). Такие системы калибров обеспечивают деформацию металла от одного равноосного сечения к другому. Название системы калибров включает виды чередующихся калибров. Наиболее распространенными являются следующие системы калибров (рис. 3.6 и 3.7): прямоугольник – ящичный калибр (система ящичных калибров), ромб – квадрат, ромб – ромб и др.

Каждая система калибров имеет свои преимущества и недостатки, что предопределяет область ее применения.

Система ящичных  калибров включает чередующиеся в определенной последовательности неравноосные (прямоугольные) и равноосные (квадратные) ящичные калибры. Квадратный калибр может повторяться через один прямоугольный калибр (см. рис. 3.6,a) или через два прямоугольных калибра (см. рис. 3.6, б). В некоторых случаях (см. рис. 3.6,в) переход от одного квадрата к другому делают через три прохода в неравноосных ящичных калибрах, причем два первых калибра являются пластовыми, а третий калибр – ребровым. Наиболее целесообразной является первая схема прокатки (см. рис. 3.6,а), поскольку она позволяет кантовать раскат после каждого прохода, что способствует улучшению качества поверхности проката.

Прокатка в ящичных  калибрах обладает следующими преимуществами: равномерная деформация металла  по ширине профиля; хорошее удаление окалины с боковой поверхности раската; неглубокий врез в валки (по сравнению с другими равновеликими по площади калибрами) и, следовательно, небольшое ослабление прочности валка; возможность получения из одного калибра профилей различной толщины за счет изменения положения верхнего валка; устойчивое положение раската на рольганге при передаче его из калибра в калибр.

К недостаткам системы  ящичных калибров относится невозможность  получения геометрически правильного квадрата из-за выпуска калибра; деформация металла происходит только в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Благодаря изложенным особенностям, систему ящичных калибров применяют для получения крупных заготовок на обжимных и заготовочных станах, в обжимных и черновых клетях сортовых станов для прокатки промежуточных квадратов со стороной 60– 100 мм, а также при прокатке полосовой стали.

 

 

Рис. 3.6 – Схемы прокатки по системе ящичных калибров и на гладкой бочке валков:

 а) квадрат - прямоугольник - квадрат;

б) квадрат - прямоугольник - прямоугольник - квадрат;

в) квадрат - прямоугольник - прямоугольник - ребровой калибр - квадрат;

г) квадрат - гладкая бочка - квадрат;

д) квадрат - гладкая бочка - гладкая бочка - квадрат.

 

Тонкими линиями  показаны контуры задаваемой в калибр полосы.

 

Разновидностью применения ящичных калибров является случай прокатки по схеме гладкая бочка – ящичный квадрат (см. рис. 3.6, г, д), когда прямоугольные сечения раската получают на гладкой бочке валков, а квадратные – в ящичных калибрах. Применение гладкой бочки взамен ящичного калибра позволяет получить ряд дополнительных преимуществ: увеличение прочности и снижение расхода валков, возможность прокатки на гладкой бочке прямоугольных сечений разных размеров за счет изменения межвалкового зазора и, следовательно, уменьшение числа перевалок при переходе с одного профиля на другой. Однако при прокатке на гладкой бочке максимально допустимые углы захвата и, следовательно, обжатия получаются меньше, чем при прокатке в ящичных калибрах. Поэтому при прочих равных условиях система калибровки гладкая бочка – ящичный квадрат характеризуется меньшей интенсивностью деформации по сравнению с системой ящичных калибров. Схемы калибровки с чередованием гладкой бочки валков и ящичных калибров обычно применяют на непрерывных и последовательных станах.

 

 

Рис. 3.7 – Схемы прокатки по различным системам калибров:

а - ромб - квадрат; б - ромб - ромб; в - овал - квадрат; г - шестиугольник- квадрат; д - овал - ребровой овал; е - овал - круг; ж - плоский овал - круг;

з - овал - овал; и - прямоугольник - гладкая бочка; к - круг - гладкая бочка

 

Система ромб – квадрат состоит из чередующихся ромбических и квадратных калибров, врезанных в валки по диагонали (рис. 3.7, а). Раскат в калибры задают также по диагонали и кантуют после каждого прохода на 90^о. 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.

Систему калибров ромб – квадрат применяют на заготовочных станах для получения квадратной заготовки со стороной 60 – 120 мм и на сортовых станах в черновых клетях в качестве вытяжной, а также в чистовых группах клетей при прокатке квадратной стали.

Система калибров ромб – ромб представляет серию геометрически подобных ромбических калибров (рис. 3.7,б), в которых раскат прокатывают с кантовкой на 90^о после каждого прохода. По системе ромб – ромб можно получать также квадратный профиль путем прокатки раската в одном и том же калибре за два прохода с кантовкой. Такой способ иногда используют для получения промежуточных квадратных заготовок из любого калибра системы.

Система калибров ромб – ромб во многом аналогична системе ромб – квадрат, но вместе с тем имеет свои особенности. При одинаковом отношении осей ромбических калибров в обеих системах, устойчивость раската в калибрах системы ромб – ромб хуже, чем в калибрах системы ромб – квадрат. Это можно объяснить тем, что разница углов при вершине калибра и задаваемого в него раската при прокатке по системе ромб – ромб больше, чем при прокатке по системе ромб – квадрат. Для улучшения условий устойчивости раската отношения осей у калибров систем ромб – ромб делают меньше, чем у ромбических калибров системы ромб – квадрат, вследствие чего коэффициенты обжатия и вытяжки при прокатке по системе ромб – ромб получаются меньше.

Эта особенность определила применение системы калибров ромб – ромб на линейных станах при прокатке высоколегированных сталей, для которых из-за низкой пластичности большие обжатия и вытяжки недопустимы. На современных высокопроизводительных непрерывных станах систему калибров ромб – ромб почти не применяют из-за низких коэффициентов вытяжки.

Система калибров овал – квадрат (см. рис, 3.7, в) 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^о, а квадратные – на 45^о. 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.